Cytochrommessungen

Die Kraftwerke der Zellen..

In den Mitochondrien läuft der lebensspendende Prozeß der Energiegewinnung mittels Sauerstoff ab. An ihren Zellmembranen wird durch Enzyme der Atmungskette ein elektrochemischer Gradient aufgebaut und für die geregelte Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff genutzt, und die so gewonnene  Energie in ATP gespeichert.

..und ihre Enzyme

Den entscheidenden Teil der Elektronenweitergabe übernehmen die Cytochrome (Zellfarbstoffe), die je nach Aktivitätszustand oxidiert oder reduziert sein können. Durch Abgabe ihrer Elektronen an Sauerstoff sind sie oxidiert, und die Atmungskette oder innere Atmung ist in vollem Fluß.

Energie bedeutet Leben

Der Mensch ist auf diese Art der Energiegewinnung angewiesen. Deshalb ist die Arbeit der Mitochondrien ein Parameter für den Vitalitätszustand der Zellen. Ohne sie kann die Zelle nur eine kurze Zeit die Energienachfrage mit anaerober Energiegewinnung überbrücken. Cytochrome sind also ein Frühwarnsystem, z. B. bei Sauerstoffmangel. Andererseits ist der Redoxzustand ein Beweis für die Funktionstüchtigkeit und Vitalität der Zelle.

Redoxzustand der Cytochrome

Cytochrome sind die Farbstoffe des Gewebes (Cyto=Zelle, chrôma = Farbe).
Das Licht nimmt auf dem Weg durch das Gewebe die Farbe der Cytochrome an. Weißlicht, das ins Gewebe eintritt wird von Cytochromen  spektral verändert. Die Art der Veränderung und damit das rückgestreute Lichtspektrum hängt vom Redoxzustand der Cytochrome ab.
Im O2C wird das detektierte Licht durch spezielle Software-Algorithmen analysiert und somit aus dem Farbspektrum der Redoxzustand der Cytochrome bestimmt.

In der Transplantationsmedizin ist ein optimaler Zustand der Organe während der kritischen Zeit bis zur Reimplantation essentiell. Bis jetzt konnte der Zustand eines Organs nur indirekt über Produkte des Metabolismus, wie z. B. pH oder Lactate, bestimmt werden. Die Darstellung der Spektren bedeutet eine direkt Visualisierung des aeroben Zustandes des Gewebes. Ebenso können Veränderungen im Metabolismus beobachtet werden.
In der wissenschaftlichen Forschung werden oft durchblutete Gewebe und Zellkulturen benutzt um physiologische, biochemische und pharmakologische Interaktionen zu untersuchen. Dafür muß die Qualität des Versuchsaufbaus bezüglich der Sauerstoffversorgung des Organs oder der Zellkultur vor und während der Versuche bekannt sein.

Literatur:

O2C

Papers

• Detection of mitochondrial electron chain carrier redox status by transhepatic light intensity during rat liver reperfusion.
  
Dutkowski P, Krug A, Krysiak M, Dunschede F, Seifert JK, Junginger T. Cryobiology. 2003 Oct

Vorträge

• Etablierung einer neuen spektrophotometrischen Technik zur in vivo Beobachtung sauerstoffsensitiver Cytochrome in der isoliert perfundierten Lunge
  N. Sommer, H.A. Ghofrani, R.T. Schermuly, W. Seeger, F. Grimminger, N. Weissmann; Herbstsymposium der Sektion Zellbiologie der Deutschen Gesellschaft für Pneumologie, Okt 2005
• Vortrag: Etablierung einer neuen spektrophotometrischen Technik zur in vivo Beobachtung sauerstoffsensitiver Cytochrome in der isoliert perfundierten Lunge
• Neue Methode zur Bestimmung metabolischer Zustände: In Zellen über den Cytochrom-Redox-Zustand und im Gewebe durch die Bestimmung der postkapillären Sauerstoffsättigung sowie des kapillären Blutflusses.
  A. Krug, T. Derfuss; 9. Chirurgischen Forschungstage, Frankfurt 2005
  
  
• O2C relevant data extracted from "Neue Methode zur Bestimmung metabolischer Zustände: In Zellen über den Cytochrom-Redox-Zustand und im Gewebe durch die Bestimmung der postkapillären Sauerstoffsättigung sowie des kapillären Blutflusses."
  
  
  

Habilitationen

• "Beeinflussung des Leberzellmetabolismus und der Freisetzung von reaktiven Sauerstoffspezies durch hypotherme oxygenierte oszillierende Leberperfusion"
  
P Dutkowski, 2001

Empho

Papers

• Spectrophotometric in vivo determination of local mitochondrial metabolism by use of a tetrazolium salt.
  J. Hoper, Physiol Meas, 1997
• Model validation and improved determination of chromophore concentrations in quantitative tissue spectrophotometry
  S. van Huffel, Proc SPIE, 1997
• In vivo investigations of vascular density and local mitochondrial metabolism after irradiation
  L. Plasswilm L, Adv Exp Med Biol, 1997
• Analysis of downregulation of cellular energy demand by 2D measurements of intracapillary HbO2, Hb, pO2, and redox state of cytochromes
  A. Krug, Proc SPIE, 1995
• Simultaneous monitoring of NAD(P)H, cytochromes, pO2, and HbO2 in liver tissue
  A. Krug, Proc SPIE, 1995
• Monitoring of redox-state of respiratory enzymes and myoglobin oxygenation in the working rat heart in normoxia and oxygen deficiency
  
J. Zundorf, Adv Exp Med Biol, 1992