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Physiologie: Unser Sauerstoffsensor arbeitet mit Kohlenmonoxid

Woher weiß unser Körper eigentlich, wann er mehr Sauerstoff braucht und tiefer atmen muss? Sein Messgerät ist lange bekannt - wie es funktioniert, erst jetzt verstanden.
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Unser Körper misst ständig den Sauerstoffgehalt in unserem Blut, um notfalls gegensteuern zu können, wenn er rasch sinkt oder steigt. Als Sensor dient uns dabei das "Glomus caroticum", ein Zellbündel, das an der Abzweigung der beiden Halsschlagadern liegt und dem Gehirn signalisiert, wie es um die Sauerstoffversorgung steht: Je nach Lage der Dinge sorgen dann die Atemzentren im Hirn zum Beispiel dafür, dass wir schneller und tiefer atmen, um mehr Sauerstoff ins Blut zu bekommen. Dies alles war seit langer Zeit bekannt – für die Aufklärung der Sensorfunktion hatte Corneille Heymans schon 1938 den Medizinnobelpreis erhalten. Seit damals blieb aber unklar, wie eigentlich der Gassensor unseres Körpers funktioniert. Offenbar spielen in den Sensorzellen neben Sauerstoff auch die Gase Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff eine Rolle: Wie dies genau im Glomus caroticum funktioniert, berichtet nun ein internationales Forscherteam im Magazin "Science Signaling".

Funktion des Blutsauerstoffsensors | Der Blutsauerstoffsensor unseres Körpers – das Glomus caroticum – liegt an der Abzweigung der Halsschlagadern. In ihm messen die "Typ-1"-Zellen" den Sauerstoffgehalt. Ist dieser niedrig (rot dargestellt), so wird über eine chemische Reaktionskette die Produktion von H2S verstärkt und über einen kaliumabhängigen Kanal und die Nervenbahn ein Signal gesendet, welches die Atmung anschließend vertieft und beschleunigt. Umgekehrt läuft der Mechanismus im "grünen" Fall, bei ausreichender Sauerstoffversorgung.

Bekannt war bereits der merkwürdige Umstand, dass im reiskorngroßen Glomus caroticum Kohlenmonoxid und Schwefelwasserstoff als Signalstoffe fungieren: CO wird in den Zellen unter der Einwirkung des Enzyms Hämoxigenase-2 (HO-2), H2S durch das Enzym Cystathion-G-Lyase (CSE) produziert. Beide Gase interagieren dann auf eine nicht genau geklärte Weise, woraus sich schließlich die weitergegebene Information über den Sauerstoffgehalt ergibt. Dies funktioniert, so die Forscher in ihrer neuen Studie, weil in Gegenwart von Sauerstoff vor allem das HO-2-Enzym aktiv wird – und in einem Rückkopplungsmechanismus über das vermehrt freigesetzte CO das zweite Enzym, CSE, zunehmend inaktiviert wird. Das CSE-Produkt H2S, welches für eine beschleunigte Atmung sorgt, wird nun immer weniger ausgeschüttet. Umgekehrt läuft der Mechanismus bei niedrigem Sauerstoffgehalt – am Ende sorgt mehr H2S dann für tiefere Atemzüge. Vielleicht lässt sich dieses Wissen auch praktisch anwenden, hoffen die Forscher – etwa indem Notfallmediziner in kritischen Situationen das Glomus caroticum gezielt stimulieren.

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