Effects of hypoxia/ischemia-induced damage of the cochlear hair cells

Rahmendatei Zusammenfassung Literatur PublikationenHypoxie und Ischämie sind wichtige pathogenetische Faktoren für die Entstehung von Innenohrerkrankungen wie Hörsturz, Lärmschwerhörigkeit, Presbyakusis und Tinnitus. Zielstellung dieser Arbeit ist es, einen Beitrag zum besseren Verständnis des Mechanismus der Haarzellschädigung durch Hypoxie/Ischämie zu leisten und neue Protektionsmöglichkeiten für Haarzellen gegenüber Hypoxie/Ischämie zu testen. Die Untersuchungen erfolgten am Modell der organotypischen Kultur des Cortischen Organs von neugeborenen Ratten (3.-5. postnataler Tag). Auf Grund der Bedeutung von Elektrolyten für die Haarzelle prüften wir den Einfluss der Kalium (K+)-Konzentration auf den Haarzellverlust. Ischämie von 3 bis 4 h resultierte bei 5 mM K+ in einem signifikanten Verlust von inneren (IHZ) und äußeren (ÄHZ) Haarzellen. Der Verlust betrug im apikalen, medialen und basalen Segment 15-25 % ÄHZ und 35-51 % IHZ, wobei das apikale Segment eine geringere Schädigung aufwies als das basale. Bei 30 und 50 mM K+ erfolgte keine Erhöhung, sondern eine Verringerung des ÄHZ-Verlustes im basalen Segment. Bei 70 mM K+ konnte eine signifikante Verringerung des Verlustes an IHZ und ÄHZ im medialen und basalen Bereich der Cochlea nachgewiesen werden. Der Einfluss des Kalzium (Ca2+)-Transportes auf die Haarzellen wurde mit Blockern der „smooth endoplasmatic reticulum calcium"-ATPase (SERCA), Thapsigargin und Cyclopiazonsäure (,,cyclopiazonic acid'', CPA), sowie Blockern der Plasmamembran-Calcium-ATPase (PMCA), Eosin und Orthovanadat (o-Vanadat), untersucht. Thapsigargin und CPA zeigten unter Normoxie und Ischämie bei den verwendeten Konzentrationen keine Wirkung. Im Gegensatz dazu hatten Eosin und o-Vanadat dosisabhängig sowohl unter Normoxie als auch unter Ischämie einen schädigenden Einfluss. Die verstärkende Wirkung der PMCA-Blocker auf den Haarzelltod unterstützt die Vermutung, dass die PMCA- Aktivität ein Schlüsselfaktor für die intrazelluläre Ca2+-Konzentration und das Überleben der Haarzellen ist. In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von ,,recombinant human erythropoetin'' (rhEPO) und dem Edelgas Argon auf den Haarzellverlust untersucht. Sowohl rhEPO als auch Argon erwiesen sich als protektiv gegenüber Ischämie bzw. Hypoxie.Hypoxia and ischemia are important pathogenetic factors for sudden hearing loss, noise-induced hearing loss, presbyacusis and tinnitus. The aim of the work was to contribute to the understanding of the mechanism of hypoxia- induced hair cell (HC) loss and to test new possibilities for HC protection. The study was carried out using organotypic cultures of the organ of Corti of newborn rats. Because of the important role of electrolytes for the HC function, we analyzed the effects of potassium and calcium on the ischemia- induced HC loss. Ischemia of 3-4 h duration resulted in a loss of 15-25% outer hair cells and 35-51% inner hair cells. The apical segment showed the lowest HC loss. An increase of potassium concentration to 30 and 50 mM decreased the HC loss. The effects of calcium on the HC survival under ischemic conditions were tested by using inhibitors of the smooth endoplasmatic reticulum calcium- ATPase (SERCA), thapsigargin and cyclopiazonic acid (CPA), and inhibitors of the plasma membrane calcium ATP-ase (PMCA), eosin and o-vanadate. Thapsigargin and CPA had no effect on the HC survival. In contrast, eosin and o-vanadate showed a damaging effect under normoxia and ischemia. We assume that PMCA activity is a key factor for the maintenance of cellular calcium homeostasis and the survival of HCs. In the present work we tested the effect of recombinant human erythropoietin and of argon on the ischemia-induced HC loss. Both substances protected the hypoxia/ischemia-induced HC loss. The present data show that the organotypic culture of the organ of Corti is a useful model to study effects of different substances on the HC survival. However, direct conclusions for adult animals or human beings are limited