The inhaled pharmacotherapy is fundamental in the management of obstructive lung diseases such as asthma bronchiale or chronic obstructive pulmonary disease. In this context short- and long-acting β2-agonists play a prominent role as relieve and control medication. Regarding the risk-benefit profile of an inhaled drug, the pattern of pulmonary deposition and the rate and extent of absorption into systemic circulation are essential parameters. New developments of drugs are characterized by high lung retention and improved efficacy. The aim of the present thesis was the parallel evaluation the pharmacokinetic (PK) and -dynamic (PD) properties of inhaled β2-agonists employing an isolated human lung perfusion model (IPL). The short-acting β2-agonist salbutamol and the newly developed ultra long-acting β2-agonist GW597901 were chosen for the analysis of pulmonary drug absorption and bronchodilation. In a pharmacokinetic enabling study an established human IPL setting was modified to monitor the pharmacokinetics of the β2-agonists by measuring the concentrations in perfusion fluid, lung tissue and BAL samples obtained during and after the experiments. The IPL model revealed differences in the pulmonary absorption behaviour of GW597901 and salbutamol. The lipophilic compound GW597901 was distributed to a lower extent into the perfusion fluid compared to the more hydrophilic compound salbutamol. The analyzed time profiles of nebulized salbutamol in the perfusate were consistent to with a clinical study if considering experimental conditions as the actual deposited doses and the differing volume of distribution. Thus, the suitability of the IPL model for the PK analysis of inhaled β2-agonists was confirmed. In a PK/PD study the human ex vivo model was employed for the first time for the evaluation of the clinical relevant bronchodilating effect induced by inhaled β2-agonists in addition to the analysis of their pharmacokinetics. Thereby the focus was to determine the onset and extent of bronchodilation. A new method was established to monitor changes in lung function parameters due to pharmacodynamic interventions over the duration of the experiment that allowed permanent online recording of the ventilation volume and lung mechanic parameters. Bronchial challenges with aerolised MCh were performed successfully in isolated ventilated human lung lobes, even though the responder rate was lower than expected despite high administered doses. The administration of the short acting agent salbutamol led to an immediate onset of action recognized as a sudden increase of the ventilation volumes. The bronchodilation following the application of GW597901 was observed delayed after about 6 min. Monitored lung function parameters considerably improved by both β2 - agonists in the IPL setting but not significantly different. Thus, in regard of the different applied doses GW597901 had a higher intrinsic activity and bronchodilating potency than salbutamol. The concentrations of salbutamol and GW597901 in the perfusate determined in the PK/PD study were significantly lower than those observed in the pharmacokinetic enabling study, while the tmax values and the course of the distribution profiles remained similar. Most likely, the application of nebulized MCh prior to the administration of the β2 - agonists had a substantial influence on their pharmacokinetic behaviour. It is yet not clear whether pharmacodynamic effects or molecular competition processes for the passage to the systemic circulation or both influenced the redistribution of the β2 - agonists as seen in the PK/PD study. The potential clinical relevance of this observation has to be further investigated. The development of pulmonary edema during the experiment was one limitation of the IPL model. For the determination of the onset of edema formation four potential biochemical markers, specifically surfactant-protein A (SP-A), angiotensin-converting enzyme (ACE), urea and lactate dehydrogenase, were measured in perfusion fluids. In this context, an ELISA method for the quantification of human SP-A in biological matrices was successfully established. The investigations showed that the concentrations of SP-A and ACE in the perfusate increased over time as a sign for lung tissue damage and correlated with the degree of edema formation. For the first time the IPL model was used for the evaluation of potential pulmonary edema marker and the results have shown that it is valuable tool for further investigations in this field. In conclusion, the pharmacokinetic and pharmacodynamic characterization of GW597901 and salbutamol was successfully achieved using the IPL model. This ex vivo methodology may contribute to further insights and understanding of the complex pharmacokinetic processes of inhaled β2 – agonists in the lung. / Die Inhalationstherapie stellt den grundlegenden Baustein in der Behandlung obstruktiver Lungenerkrankungen wie Asthma bronchiale oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung dar. Eine essentielle Rolle spielen dabei kurz- und langwirksame β2 – Agonisten, die sowohl als Bedarfs- und Kontrollmedikation eingesetzt werden. Bei Betrachtung des Nutzen-Risiko-Verhältnisses eines inhalativen Arzneistoffes sind das pulmonale Depositionsmuster und die Geschwindigkeit und das Ausmaß, mit welcher der Arzneistoff in die systemische Zirkulation gelangt, von zentraler Bedeutung. Das Ziel dieser Arbeit war die Bestimmung pharmakokinetischer (PK) und -dynamischer (PD) Eigenschaften inhalativer β2 – Agonisten anhand des isolierten humanen Lungenperfusionsmodells (IPL). Der kurzwirksame β2 – Agonist Salbutamol und der neue langwirksame Vertreter GW597901 dienten dabei als Modellsubstanzen für die Analyse der pulmonalen Absorption und den Effekt der Bronchodilatation. In einer ersten Versuchsreihe wurde das etablierte IPL Modell derart modifiziert, um mittels gemessener Konzentrationen in der Perfusions- und Lavageflüssigkeit sowie in Lungengewebsproben die Pharmakokinetik von β2 – Agonisten zu bestimmen. Das IPL Modell zeigte Unterschiede im pulmonalen Absorptionsverhalten von GW597901 und Salbutamol. Der lipophile Vertreter GW597901 wurde in geringerem Ausmaß in die Perfusionsflüssikeit umverteilt als das hydrophile Salbutamol. Das analysierte Absorptionsprofil von Salbutamol korrelierte dabei sehr gut mit Daten einer Humanstudie, wenn man die experimentellen Bedingungen wie die tatsächlich deponierte Dosis und das abweichende Verteilungsvolumen berücksichtigte. Dadurch war die Eignung des IPL Modells zur PK Analyse inhalativer β2 – Agonisten bestätigt. Zusätzlich zur Betrachtung der PK wurde das humane IPL Modell nun zum ersten Mal zur Untersuchung des klinisch relevanten Effekts der Bronchdilatation der β2 – Agonisten herangezogen. Dabei sollten vor allem der Beginn und das Ausmaß der induzierten Bronchodilatation bestimmt werden. Es konnte erfolgreich eine neue Methode etabliert werden, die es erlaubte durch permanente online Aufzeichnung von Ventilationsparameter Änderungen in der Lungenfunktion darzustellen, die durch pharmakodynamische Interventionen ausgelöst wurden. Erstmals wurde erfolgreich eine bronchiale Provokation an einem ex vivo ventilierten humanen Lungenlappen durchgeführt. Jedoch war trotz hoher verabreichter MCh Dosen die Responderrate niedriger als erwartet. Die Applikation des kurzwirksamen Vertreters Salbutamol führte zu einem sofortigen Effekt. Der Wirkeintritt der Bronchodilatation verursacht durch GW597901 war hingegen um ungefähr 6 Minuten verzögert. Unter Berücksichtigung der unterschiedlichen verabreichten Dosen zeigen diese Ergebnisse eine höhere intrinsische Aktivität und atemwegserweiternde Wirksamkeit von GW597901 im Vergleich zu Salbutamol. Die analysierten Konzentrationen von GW597901 und Salbutamol im Perfusat waren in der PK/PD Studie signifikant niedriger als diejenigen, die in der vorherigen PK Versuchsreihe gemessen wurden, während die jeweiligen Tmax Werte und Umverteilungsprofile unverändert blieben. Die wahrscheinlichste Erklärung hierfür ist, dass die Applikation von MCh vor der Vernebelung der β2 – Agonisten einen erheblichen Einfluß auf deren pharmakokinetischen Verhalten hatte. Gegenwärtig kann nicht mit Sicherheit eine Aussage darüber getroffen werden, ob pharmakodynamische Effekte, Konkurrenzmechanismen um die Aufnahme in den systemischen Kreislauf auf molekularer Ebene oder beides zu einem veränderten Umverteilungsverhalten der β2 – Agonisten in der PK/PD Studie geführt haben. Die Entwicklung von Lungenödemen im Verlauf der Experimente war eine Einschränkung des IPL Modells. Um den Beginn einer Ödembildung besser bestimmen zu können, wurden vier potenzielle biochemische Marker in Perfusatproben untersucht, das Surfactant Protein-A (SP-A), das Angiotensin-konvertierende Enzym (ACE), Harnstoff und das Enzym Lactatdehydrogenase (LDH). Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die Konzentrationen von SP-A und ACE im Perfusat über die Zeit als Anzeichen für eine Lungengewebsschädigung in Korrelation zum Ausmaß der Ödembildung anstiegen. Zum ersten Mal wurde das IPL Modell für die Bestimmung von biologischen Markern für pulmonale Ödementstehung herangezogen und die Ergebnisse haben gezeigt, dass dieses ex vivo Modell einen vielversprechenden Ansatz für weitere Untersuchungen in diesem Bereich bietet. Damit konnten erfolgreich Methoden entwickelt werden, um mit Hilfe des humanen IPL Modells die pharmakokinetischen und -dynamischen Eigenschaften von GW597901 und Salbutamol zu charakterisieren. Die angewandte ex vivo Methodik kann hierbei einen wertvollen Beitrag und weiterführende Erkenntnisse zum besseren Verständnis der komplexen pharmakokinetischen Vorgänge inhalativer β2 – Agonisten leisten.

In unserem Institut wurde in vorangegangenen Studien der Nachweis für die Präsenz des Natrium-Glukose-Kotransporters (SGLT-1) im Pansenepithel von Schafen sowohl auf molekularbiologischer als auch auf funktioneller Ebene erbracht. Im Dünndarm von Monogastriern und Wiederkäuern hängt die Aktivität des SGLT-1 im Wesentlichen vom phylogenetischen Ernährungstyp (Wiederkäuer: Konzentrat-selektierer oder Rauhfutterkonsumenten), vom aktuellen Substratangebot und der Beeinflussung durch stoffwechselaktive Hormone ab. Es ist bekannt, dass bei vermehrter Aufnahme leicht verdaulicher Kohlenhydrate die Präsenz des intestinalen SGLT-1 erhöht ist. Eine Stimulation des SGLT-1 durch den intrazellulären Messenger cAMP ist beschrieben. Im Rattendünndarm wurde eine cAMP-vermittelte Erhöhung der Glukoseaufnahme durch pankreatisches Glukagon 29, enterisches Glukagon 37 und Adrenalin nachgewiesen. Die vorliegenden In-vitro- Studien am Pansenepithel waren der Frage gewidmet, inwiefern sich die bisher am Dünndarm untersuchten Regulationswege auf den ruminalen SGLT-1 übertragen lassen. Dies betraf im Einzelnen: - Phylogenetische Unterschiede bei der ruminalen SGLT-1-Aktivität zwischen verschiedenen Ernährungstypen (Schaf, Damwild) - Regulation des SGLT-1 durch kurzfristige Änderungen des Substratangebots - Steigerung der Glukoseaufnahme durch Hormone (Katecholamine u. Glukagon), Die Studien wurden mittels einer modifizierten Ussing-Kammer-Technik durchgeführt. Von Schafen und Damwild wurde die Tunica mucosa der Pansenepithelien präpariert und in Ussing-Kammern inkubiert. Nach einer einminütigen mukosalen Inkubation mit D-Glukose (einschließlich 14C-markierter Glukose) erfolgte die Bestimmung der Glukosekonzentration im Epithelzelllysat mittels Szintillationszählung der radioaktiv markierten Glukose. Der Einfluss verschiedener Substanzen auf die Glukoseaufnahme wurde durch entsprechende Vorinkubation untersucht. Es konnten folgende Befunde erhoben werden: - Die ruminale Glukoseaufnahme bei einer mukosalen Glukosekonzentration von 200 µM erfolgt bei Schafen zu ca. 60 % über den SGLT-1, bei Damwild betrug dieser Anteil nur etwa 25 %. - Eine mehrstündige Erhöhung des mukosalen Glukoseangebotes auf 10 mM resultierte in einer ca. 50%igen Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme beim Schaf. - Die Hormone Glukagon 37 und Adrenalin bewirkten am Schafspansen eine deutliche Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme. Glukagon 29 hatte einen geringen Effekt, während Noradrenalin die Glukoseaufnahme nicht nachweisbar beeinflusste. - Im Rahmen einer detaillierteren Charakterisierung des Adrenalineffektes konnte eine Stimulation des SGLT-1 auch durch den -Rezeptoragonist Isoproterenol und den 2-spezifischen Agonisten Terbutalin ausgelöst werden. Andere rezeptorspezifische Agonisten (alpha-1, alpha-2, beta-1 und beta-3) hatten keinen Einfluss. Schlussfolgernd lässt sich postulieren, dass der SGLT-1 bei Schafen der bedeutendste Transportmechanismus für die ruminale Glukoseaufnahme ist und bei Damwild im Gegensatz zu den vom Dünndarm bekannten Verhältnissen eine untergeordnete Rolle spielt. Eine Steuerung ist ähnlich wie im Dünndarm sowohl durch erhöhtes Glukoseangebot als auch durch Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration möglich. Die Hormone Adrenalin und Glukagon 37 stimulieren die Glukoseaufnahme in den getesteten Konzentrationen signifikant. Der Signalweg der Adrenalin-vermittelten Stimulation verläuft über Aktivierung der Adenylatzyklase und Proteinkinase A. Dafür scheint ein beta-2-Rezeptor im Pansenepithel verantwortlich zu sein. Die praktische Relevanz der untersuchten Stimulierbarkeit des SGLT-1 könnte in vivo in der schnellen Entfernung überschüssiger Glukosemengen aus dem Vormagen liegen, um eventuell einer bakteriellen Dysfermentation im Pansen entgegenzusteuern. / Recent studies evidenced the presence of the sodium / glucose cotransporter, SGLT-1, in ruminal epithelia of sheep and showed its ability to absorb glucose. Concerning the possibility of regulation of SGLT-1, the influence of substrate concentration has been reported in other tissues. There are phylogenetic adaptions according to the feeding habits of different ruminants (grass and roughage consumer, intermediate mixed feeder and concentrate selectors) and the possibility to short-term adaption in response to the availability of easely fermentable carbohydrates. Furthermore, some hormones are known to stimulate glucose uptake. The important role of cyclic AMP (cAMP) as an intracellular mediator and stimulator of glucose uptake is well described. There is evidence for the influence of hormones stimulating the SGLT-1 by rising the cAMP level. Stimulation of intestinal glucose uptake occured after preincubation with pancreatic glucagon (glucagon 29), enteric glucagon (glucagon 37) and epinephrine in the rat small intestine. To proove whether the regulatory priciples of the intestinal SGLT-1 apply also to the SGLT-1 in the ruminant forestomach, the heredescribed studies addressed the following topics: -Quantification of SGLT-1-mediated glucose uptake in the rumen of ruminants with different feeding habits (sheep vs. fallow deer) -Short-term regulation of glucose uptake by substrate availability -Modulation of glucose uptake by hormones with stimulatory effects on cAMP level Glucose uptake studies were performed in vitro using a modified Ussing chamber technique. Ruminal epithelia were incubated on the mucosal side with glucose (including 50 kBq 14C-glucose) for 1 min. Glucose content of the lysed epithelia was measured by scintillation counting. The influence of certain substances on glucose uptake was investigated by preincubation with these substances either on the serosal, mucosal or both sides of the epithelia. RESULTS - Ruminal glucose absorption in sheep is mediated to approximately 60 % by SGLT-1, whereas the SGLT-1 of fallow deer transports only 25 % of the glucose (at a mucosal glucose concentration of 200 µM). - After mucosal preincubation with 10 mM glucose for several hours, the SGLT-1-mediated glucose uptake of sheep rumen raised up to 150 %. - The hormones glucagon 37 and epinephrine increased SGLT-1-mediated glucose transport in the sheep rumen. A minor stimulation was also observed after addition of glucagon 29, whereas norepinephrine had no effect on glucose uptake. - The effect of epinephrine was characterized in detail. It could be simulated by using the beta-receptoragonist isoproterenol as well as the beta-2-receptor agonist terbutaline. No effect was observed with alpha-1-, alpha-2-, beta-1- and beta-3-receptor agonists. These results lead to the following conclusions: SGLT-1 is the most important transport mechanism for ruminal glucose uptake in sheep. In contrast to the high SGLT-1-activity in the intestine of fallow deer, there is only a minor relevance in the rumen of this species. A fast significant stimulation of the ruminal SGLT-1 of sheep in vitro is possible by rising glucose supply and serosal addition of epinephrine and glucagon 37 in the tested concentrations. Glucagon 29 and norepinephrine had no effect on SGLT-1 under the used experimental conditions. The intracellular signalling of the epinephrine action involves the pathway via adenylate cyclase and protein kinase A. The investigated effect of epinephrine is mediated by beta-2-adrenoceptors. The priciples of regulation of the ruminal SGLT-1 are similar to the intestine. Perhaps, in vivo, up-regulation of glucose absorption by substrates and hormones is important for a fast removal of excess glucose from rumen to prevent dysfermentation.

Die Funktionalität β1- und β2-adrenerger Rezeptoren wird durch Polymorphismen in ihrer kodierenden Region moduliert. Wir haben uns die Technik des Fluoreszenz-Resonanz- Energie-Transfers (FRET) zu Nutze gemacht, um den Einfluss der am häufigsten vorkommenden Polymorphismen (Ser49Gly und Gly389Arg im β1AR, Arg16Gly und Gln27Glu im β2AR) auf die Rezeptorkonformation nach Aktivierung zu untersuchen. Dafür wurden FRET-Sensoren für die beiden βAR-Subtypen mit einem gelb-fluoreszierenden Protein (YFP) sowie einem cyan-fluoreszierenden Protein (CFP oder Cerulean) in der dritten intrazellulären Schleife bzw. am C-Terminus verwendet. Nach Stimulierung der βARSensoren konnte die Aktivierung der polymorphen Rezeptorvarianten in lebenden Zellen in Echtzeit untersucht werden. Dabei behielten die FRET-Sensoren sowohl die Bindungsaffinitäten der nativen Rezeptoren als auch eine intakte Funktionalität hinsichtlich der Bildung von sekundären Botenstoffen. Der Vergleich der Aktivierungskinetiken der verschieden polymorphen Varianten des β1AR und β2AR ergab keine signifikanten Unterschiede nach einer einmaligen Stimulation. Es zeigte sich jedoch, dass Rezeptorpolymorphismen die Aktivierungskinetik vorstimulierter βAR erheblich beeinflussen. So konnten wir im Vergleich zur ersten Aktivierung eine schnellere Aktivierung der Gly16-Varianten des β2AR sowie des Gly49Arg389-β1AR feststellen, während die Arg16-β2AR-Variante und der Ser49Gly389-β1AR dagegen bei einer wiederholten Stimulation langsamer aktiviert wurden. Diese Ergebnisse lassen auf ein "Rezeptorgedächtnis" schließen, das spezifisch für bestimmte polymorphe Rezeptorvarianten ist und eine βAR-Subtyp-spezische Ausprägung zeigt. Die Ausbildung der unterschiedlichen Aktivierungskinetiken hing von der Interaktion des Rezeptors mit löslichen intrazellulären Faktoren ab und bedurfte einer Phosphorylierung intrazellulärer Serin- und Threonin-Reste durch G-Protein-gekoppelte Rezeptorkinasen. Die Interaktion mit löslichen intrazellulären Faktoren scheint für den β1AR weniger stark ausgeprägt zu sein als für den β2AR. Die cAMP-Produktion war für die schneller werdenden, “hyperfunktionellen” Gly16-β2ARVarianten signifikant um mehr als 50% höher im Vergleich zur “hypofunktionellen” Arg16- Variante. Die unterschiedliche Funktionalität spiegelte sich im Therapieausgang bei Tokoysepatientinnen wider, dessen Erfolg mit dem Arg16Gly Polymorphismus verknüpft war. Die Daten implizieren eine intrinsische, polymorphismusabhängige Eigenschaft der βAR, die die Aktivierungskinetik der Rezeptoren bei wiederholten Stimulationen determiniert. Diese könnte auch für die zwischen Individuen variierende Ansprechbarkeit auf β-Agonisten und β-Blocker mitverantwortlich sein. / Signaling through G protein-coupled receptors is known to be influenced by receptor polymorphisms, yet the molecular basis for the functional differences is unclear. To investigate the impact of the most frequent polymorphic sites of the β1- and the β2– adrenergic receptor (Ser49Gly and Gly389Arg for β1AR, Arg16Gly and Gln27Glu for β2AR) on receptor conformation we used a fluorescence resonance energy transfer (FRET) based approach. We made use of βAR-FRET sensors with a yellow fluorescent protein (YFP) inserted into the third intracellular loop and a cyan fluorescent protein (CFP or Cerulean) fused to the C-terminal tail of the βAR. These sensors retained key pharmacological and functional characteristics of the native receptors. Upon stimulation of the sensors we determined the activation characteristics of the polymorphic receptors in real time and in living cells and found that βAR respond to repeated activation with a change of their activation kinetics during subsequent stimulations. This phenomenon differed between polymorphic variants of the βAR. The “hyperfunctional” Gly16-β2AR variants as well as the Gly49Arg389-β1AR became faster in their activation kinetics, while the “hypofunctional” Arg16-β2AR and the Ser49Gly389-β1AR became slower compared to their initial activation. These differences depended on the interaction with soluble cytosolic factors that occurred after the initial activation, and on the phosphorylation of agonist-bound receptors through G protein-coupled receptor kinases. The “memory“ of previous activation is formed already after a first stimulation of only five seconds, whereas the β1AR memory necessitates prestimulation for five minutes and seems to be based on a less stable interaction with intracellular proteins compared to the β2AR. Assuming short-lived and repetitive receptor-ligand interaction under native conditions, we hypothesized that faster activation during single ligand-receptor interaction represents the basis for more effective signaling to downstream effectors. Indeed, the extent of cAMP formation was enhanced by 50% upon stimulation of the Gly16-β2AR compared to the Arg16 variant. The different functionality reflected the outcome of tocolysis treatment with the β2-agonist fenoterol whose success correlated with the Arg16Gly genotype of the patients. Our findings suggest an intrinsic, polymorphism-specific property of the βAR that alters activation kinetics upon continued stimulation and that might account for individual drug responses.

In unserem Institut wurde in vorangegangenen Studien der Nachweis für die Präsenz des Natrium-Glukose-Kotransporters (SGLT-1) im Pansenepithel von Schafen sowohl auf molekularbiologischer als auch auf funktioneller Ebene erbracht. Im Dünndarm von Monogastriern und Wiederkäuern hängt die Aktivität des SGLT-1 im Wesentlichen vom phylogenetischen Ernährungstyp (Wiederkäuer: Konzentrat-selektierer oder Rauhfutterkonsumenten), vom aktuellen Substratangebot und der Beeinflussung durch stoffwechselaktive Hormone ab. Es ist bekannt, dass bei vermehrter Aufnahme leicht verdaulicher Kohlenhydrate die Präsenz des intestinalen SGLT-1 erhöht ist. Eine Stimulation des SGLT-1 durch den intrazellulären Messenger cAMP ist beschrieben. Im Rattendünndarm wurde eine cAMP-vermittelte Erhöhung der Glukoseaufnahme durch pankreatisches Glukagon 29, enterisches Glukagon 37 und Adrenalin nachgewiesen. Die vorliegenden In-vitro- Studien am Pansenepithel waren der Frage gewidmet, inwiefern sich die bisher am Dünndarm untersuchten Regulationswege auf den ruminalen SGLT-1 übertragen lassen. Dies betraf im Einzelnen: - Phylogenetische Unterschiede bei der ruminalen SGLT-1-Aktivität zwischen verschiedenen Ernährungstypen (Schaf, Damwild) - Regulation des SGLT-1 durch kurzfristige Änderungen des Substratangebots - Steigerung der Glukoseaufnahme durch Hormone (Katecholamine u. Glukagon), Die Studien wurden mittels einer modifizierten Ussing-Kammer-Technik durchgeführt. Von Schafen und Damwild wurde die Tunica mucosa der Pansenepithelien präpariert und in Ussing-Kammern inkubiert. Nach einer einminütigen mukosalen Inkubation mit D-Glukose (einschließlich 14C-markierter Glukose) erfolgte die Bestimmung der Glukosekonzentration im Epithelzelllysat mittels Szintillationszählung der radioaktiv markierten Glukose. Der Einfluss verschiedener Substanzen auf die Glukoseaufnahme wurde durch entsprechende Vorinkubation untersucht. Es konnten folgende Befunde erhoben werden: - Die ruminale Glukoseaufnahme bei einer mukosalen Glukosekonzentration von 200 µM erfolgt bei Schafen zu ca. 60 % über den SGLT-1, bei Damwild betrug dieser Anteil nur etwa 25 %. - Eine mehrstündige Erhöhung des mukosalen Glukoseangebotes auf 10 mM resultierte in einer ca. 50%igen Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme beim Schaf. - Die Hormone Glukagon 37 und Adrenalin bewirkten am Schafspansen eine deutliche Steigerung der SGLT-1-vermittelten Glukoseaufnahme. Glukagon 29 hatte einen geringen Effekt, während Noradrenalin die Glukoseaufnahme nicht nachweisbar beeinflusste. - Im Rahmen einer detaillierteren Charakterisierung des Adrenalineffektes konnte eine Stimulation des SGLT-1 auch durch den -Rezeptoragonist Isoproterenol und den 2-spezifischen Agonisten Terbutalin ausgelöst werden. Andere rezeptorspezifische Agonisten (alpha-1, alpha-2, beta-1 und beta-3) hatten keinen Einfluss. Schlussfolgernd lässt sich postulieren, dass der SGLT-1 bei Schafen der bedeutendste Transportmechanismus für die ruminale Glukoseaufnahme ist und bei Damwild im Gegensatz zu den vom Dünndarm bekannten Verhältnissen eine untergeordnete Rolle spielt. Eine Steuerung ist ähnlich wie im Dünndarm sowohl durch erhöhtes Glukoseangebot als auch durch Erhöhung der intrazellulären cAMP-Konzentration möglich. Die Hormone Adrenalin und Glukagon 37 stimulieren die Glukoseaufnahme in den getesteten Konzentrationen signifikant. Der Signalweg der Adrenalin-vermittelten Stimulation verläuft über Aktivierung der Adenylatzyklase und Proteinkinase A. Dafür scheint ein beta-2-Rezeptor im Pansenepithel verantwortlich zu sein. Die praktische Relevanz der untersuchten Stimulierbarkeit des SGLT-1 könnte in vivo in der schnellen Entfernung überschüssiger Glukosemengen aus dem Vormagen liegen, um eventuell einer bakteriellen Dysfermentation im Pansen entgegenzusteuern. / Recent studies evidenced the presence of the sodium / glucose cotransporter, SGLT-1, in ruminal epithelia of sheep and showed its ability to absorb glucose. Concerning the possibility of regulation of SGLT-1, the influence of substrate concentration has been reported in other tissues. There are phylogenetic adaptions according to the feeding habits of different ruminants (grass and roughage consumer, intermediate mixed feeder and concentrate selectors) and the possibility to short-term adaption in response to the availability of easely fermentable carbohydrates. Furthermore, some hormones are known to stimulate glucose uptake. The important role of cyclic AMP (cAMP) as an intracellular mediator and stimulator of glucose uptake is well described. There is evidence for the influence of hormones stimulating the SGLT-1 by rising the cAMP level. Stimulation of intestinal glucose uptake occured after preincubation with pancreatic glucagon (glucagon 29), enteric glucagon (glucagon 37) and epinephrine in the rat small intestine. To proove whether the regulatory priciples of the intestinal SGLT-1 apply also to the SGLT-1 in the ruminant forestomach, the heredescribed studies addressed the following topics: -Quantification of SGLT-1-mediated glucose uptake in the rumen of ruminants with different feeding habits (sheep vs. fallow deer) -Short-term regulation of glucose uptake by substrate availability -Modulation of glucose uptake by hormones with stimulatory effects on cAMP level Glucose uptake studies were performed in vitro using a modified Ussing chamber technique. Ruminal epithelia were incubated on the mucosal side with glucose (including 50 kBq 14C-glucose) for 1 min. Glucose content of the lysed epithelia was measured by scintillation counting. The influence of certain substances on glucose uptake was investigated by preincubation with these substances either on the serosal, mucosal or both sides of the epithelia. RESULTS - Ruminal glucose absorption in sheep is mediated to approximately 60 % by SGLT-1, whereas the SGLT-1 of fallow deer transports only 25 % of the glucose (at a mucosal glucose concentration of 200 µM). - After mucosal preincubation with 10 mM glucose for several hours, the SGLT-1-mediated glucose uptake of sheep rumen raised up to 150 %. - The hormones glucagon 37 and epinephrine increased SGLT-1-mediated glucose transport in the sheep rumen. A minor stimulation was also observed after addition of glucagon 29, whereas norepinephrine had no effect on glucose uptake. - The effect of epinephrine was characterized in detail. It could be simulated by using the beta-receptoragonist isoproterenol as well as the beta-2-receptor agonist terbutaline. No effect was observed with alpha-1-, alpha-2-, beta-1- and beta-3-receptor agonists. These results lead to the following conclusions: SGLT-1 is the most important transport mechanism for ruminal glucose uptake in sheep. In contrast to the high SGLT-1-activity in the intestine of fallow deer, there is only a minor relevance in the rumen of this species. A fast significant stimulation of the ruminal SGLT-1 of sheep in vitro is possible by rising glucose supply and serosal addition of epinephrine and glucagon 37 in the tested concentrations. Glucagon 29 and norepinephrine had no effect on SGLT-1 under the used experimental conditions. The intracellular signalling of the epinephrine action involves the pathway via adenylate cyclase and protein kinase A. The investigated effect of epinephrine is mediated by beta-2-adrenoceptors. The priciples of regulation of the ruminal SGLT-1 are similar to the intestine. Perhaps, in vivo, up-regulation of glucose absorption by substrates and hormones is important for a fast removal of excess glucose from rumen to prevent dysfermentation.