Epithelial sodium channel in airway epithelium of the newborn infant : Implications for postnatal pulmonary adaptation

The aim of the present thesis was to study the role of the epithelial sodium channel (ENaC) in clearance of fetal lung fluid in the newborn infant by measurement of airway epithelial expression of ENaC, of nasal transepithelial potential difference (N-PD), and of lung compliance (LC). In addition, the effect of postnatal dexamethasone on airway epithelial ENaC expression was measured in preterm infants with bronchopulmonary dysplasia (BPD). The patient population was formed of selected term newborn infants born in the Department of Obstetrics (Studies II-IV) and selected preterm newborn infants treated in the neonatal intensive care unit of the Hospital for Children and Adolescents (Studies I and IV) of the Helsinki University Central Hospital in Finland. A small population of preterm infants suffering from BPD was included in Study I. Studies I, III, and IV included airway epithelial measurement of ENaC and in Studies II and III, measurement of N-PD and LC. In Study I, ENaC expression analyses were performed in the Research Institute of the Hospital for Sick Children in Toronto, Ontario, Canada. In the following studies, analyses were performed in the Scientific Laboratory of the Hospital for Children and Adolescents. N-PD and LC measurements were performed at bedside in these hospitals. In term newborn infants, the percentage of amiloride-sensitive N-PD, a surrogate for ENaC activity, measured during the first 4 postnatal hours correlates positively with LC measured 1 to 2 days postnatally. Preterm infants with BPD had, after a therapeutic dose of dexamethasone, higher airway epithelial ENaC expression than before treatment. These patients were subsequently weaned from mechanical ventilation, probably as a result of the clearance of extra fluid from the alveolar spaces. In addition, we found that in preterm infants ENaC expression increases with gestational age (GA). In preterm infants, ENaC expression in the airway epithelium was lower than in term newborn infants. During the early postnatal period in those born both preterm and term airway epithelial βENaC expression decreased significantly. Term newborn infants delivered vaginally had a significantly smaller airway epithelial expression of αENaC after the first postnatal day than did those delivered by cesarean section. The functional studies showed no difference in N-PD between infants delivered vaginally and by cesarean section. We therefore conclude that the low airway epithelial expression of ENaC in the preterm infant and the correlation of N-PD with LC in the term infant indicate a role for ENaC in the pathogenesis of perinatal pulmonary adaptation and neonatal respiratory distress. Because dexamethasone raised ENaC expression in preterm infants with BPD, and infants were subsequently weaned from ventilator therapy, we suggest that studies on the treatment of respiratory distress in the preterm infant should include the induction of ENaC activity.

Raskauden aikana sikiön keuhkot ovat täynnä nestettä. Keuhkojen pintasolukko tuottaa nesteen erittämällä osmoottisesti aktiivista kloridia. Vesi seuraa kloridia passiivisesti täyttäen keuhkot. Syntymän yhteydessä keuhkojen tyhjeneminen ylimääräisestä nesteestä on välttämätöntä normaalin kaasujen vaihdon onnistumiseksi. Väitöskirja-tutkimuksen tavoitteena oli selvittää epiteliaalisen natriumkanavan (ENaC) merkitystä vastasyntyneen lapsen keuhkonesteen poistossa. Väitöskirjassa selvitettiin myös, miten bronkopulmonaarisesta dysplasiasta (BPD) kärsivälle ennenaikaisesti syntyneelle lapselle annettu deksametasoni vaikuttaa ilmateiden ENaC:n mRNA:n määrään eli ilmentymiseen. Väitöskirjaan sisältyvissä tutkimuksissa on mitattu ilmateiden ENaC:n ilmentymistä sekä välillisesti ENaC:n toimintaa mittaamalla nenän pintasolukon eli epiteelin transepiteliaalista potentiaalieroa (N-PD) ja keuhkojen myötäävyyttä, keuhkokomplianssia (LC). Potilasaineisto muodostui Naistenklinikalla täysi-aikaisina syntyneistä lapsista (tutkimukset I-IV) sekä Lasten-klinikan vastasyntyneiden teho-osastolla hoidossa olleista ennenaikaisina syntyneistä lapsista (tutkimukset I ja IV). Tutkimuksessa I oli pieni otos BPD:stä kärsiviä ennenaikaisesti syntyneitä lapsia. Tutkimuksissa I sekä III-IV mittasimme ilmateiden ENaC:n ilmentymistä. Tutkimuksissa II ja III mittasimme N-PD:n sekä LC:n. Tutkimuksen I osalta potilasnäytteiden ENaC:n ilmentyminen mitattiin Hospital for Sick Children -sairaalan tutkimusinstituutissa Kanadan Ontariossa, Torontossa. Kaikki muut laboratoriotutkimukset toteutettiin Lasten ja nuorten sairaalan Tieteellisessä laboratoriossa. Kaikki N-PD- ja LC-mittaukset suoritettiin joko Naistenklinikan tai Lastenklinikan osastoilla. Toiminnallisten tutkimusten avulla selvitimme, että ensimmäisten elintuntien aikana mitattu ENaC:n toimintaa kuvaava amiloridiherkän N-PD:n prosenttiosuus oli yhteydessä LC:n arvoon kahden ensimmäisen syntymän jälkeisen päivän aikana. Totesimme, että BPD:stä kärsiville ennenaikaisesti syntyneille lapsille annettuun deksametasonihoitoon liittyi ENaC:n ilmentymisen nopea nousu. Näillä lapsilla taudin oireet lievenivät siten, että hengityskonehoito voitiin lopettaa. Tämä liittyy mahdollisesti ylimääräisen keuhkonesteen poistumiseen hoidon myötä. Totesimme myös, että syntymähetken ilmateiden ENaC:n ilmentyminen oli yhteydessä raskauden kestoon: ennenaikaisesti syntyneillä lapsilla ilmateiden ENaC:n ilmentyminen oli matalampi kuin täysiaikaisilla lapsilla. Ilmateiden βENaC-alayksikön ilmentyminen laski merkitsevästi syntymän jälkeen sekä ennenaikaisesti että täysiaikaisina syntyneillä lapsilla. Alateitse syntyneillä täysiaikaisilla lapsilla ilmateiden αENaC:n ilmentyminen oli merkitsevästi alhaisempi ensimmäisen elinpäivän jälkeen kuin keisarinleikkauksella syntyneillä lapsilla. Yhteenvetona toteamme, että ENaC saattaa olla merkittävä tekijä täysiaikaisen vastasyntyneen lapsen keuhkojen sopeutumisessa syntymänjälkeiseen ympäristöön, mutta myös ennenaikaisesti syntyneen lapsen hengitystoimintaan liittyvissä ongelmissa.