Z Gastroenterol 2009; 47 - P2_34
DOI: 10.1055/s-0029-1191845

Stickstoff-Stoffwechsel während der Leber-Regeneration – Modellierung und Visualisierung

F Schließ 1, S Toepfer 2, S Höhme 3, A Bauer 4, A Krinner 3, M Brulport 4, J Böttger 5, R Guthke 6, JG Hengstler 4, D Drasdo 3, M Pfaff 2, R Gebhardt 7, D Häussinger 1, S Zellmer 7
  • 1Klinik für Gastroenterologie, Hepatologie und Infektiologie, Universitätsklinikum Düsseldorf
  • 2BioControl Jena GmbH, Wildenbruchstr. Jena
  • 3Interdisziplinäres Zentrum für Bioinformatik, Leipzig
  • 4Das Institut für Arbeitsphysiologie, Universität Dortmund
  • 5Institut für Biochemie, Med. Fakultät, Universität Leipzig
  • 6Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut, Jena
  • 7Institute of Biochemistry, University Leipzig

Die Leber spielt eine zentrale Rolle in der Ammoniakentgiftung. Im periportalen Kompartiment wird Ammoniak in Harnstoff überführt (high capacity, low affinity), während im perivenösen Kompartiment der verbleibende Ammoniak durch die in den Scavenger-Zellen exprimierte Glutaminsynthetase fixiert wird (1, 2, 4).

Eine Schädigung der Leber mit Tetrachlorkohlenstoff (CCl4) zerstört das perivenöse Kompartiment und die dort lokalisierte Glutaminsynthetase (3). Innerhalb weniger Tage beginnt im perivenösen Kompartiment der Leber ein Regenerationsprozess, der nach einer Woche beendet ist und den ursprünglichen Zustand wiederherstellt. Als Folge der gestörten Stickstoffentgiftung entwickelt sich eine vorübergehende, systemische Hyperammonämie.

Mit dem vorliegenden Beitrag zeigen wir, dass der Stickstoff-Stoffwechsel der Leber mit einem mathematischen 2-Kompartiment-Modell simuliert werden kann. Für jedes Kompartiment genügen drei nicht lineare Differenzialgleichungen, um die Konzentrationen von Ammoniak, Glutamin und Harnstoff im Blut zu berechnen. Das Modell basiert auf experimentellen Daten der Ratten- und der Mausleber, die ante- und retrograd mit verschiedenen Konzentrationen von NH4Cl und Glutamin perfundiert wurden. Diese Simulationen wurden mit einem zweiten Modell zur Visualisierung der Regeneration nach CCl4-Intoxikation kombiniert (5). Dieses Modell simuliert die Regeneration des Leberlobulus in 3D, basierend auf experimentellen, an der Mausleber gewonnenen Daten. Die Kombination beider Modelle erlaubt die quantitative Vorhersage von Veränderungen des Stickstoff-Stoffwechsels im Verlauf von Leber-Schädigung und -Regeneration, deren Übertragung auf den Menschen von klinischer Bedeutung ist.

Die ersten 4 Autoren haben in gleichem Maß beigetragen

Literatur: (1) Gebhardt & Mecke (1983), EMBO J 2, 567-570 (2) Häussinger (1983), Eur J Biochem 133, 269-275 (3) Häussinger & Gerok (1984), Chem Biol Interact 48; 191-194 (4) Häussinger & Schliess (2007), Front Biosci 12, 371-391 (5) Höhme et al. (2007), Chem Biol. Interact 168, 74-93