Study of the Ca²⁺ ATPase activity and intracellular electrolyte concentration in red blood cells and platelets of essential and secondary hypertensives

Abstract

Changes in transmembrane Ca²⁺ transport causing an increase in cytoplasmic free Ca²+ concentration may play a role in the pathogenesis of hypertension. Since cellular Ca²⁺ ATPase activity is crucial in the regulation of cytoplasmic free Ca²⁺, in the present study, changes in cellular Ca²⁺ ATPase activity in normotensives (NT, n=12), essential (EH, n=15) and renal hypertensives (RH, n=10, serum creatinine 6.7 ± 2.3 mg/dl) were studied. Measurements were performed in hemolysates, which were either untreated, or incubated with trifluperazine to inhibit calmodulin (maximal Ca²⁺ ATPase activity). Furthermore in the hemolysate free Ca²⁺ concentration was measured with a Ca²⁺ selective electrode. In platelets of normotensives and essential hypertensives cytosolic free Ca²⁺ concentration was measured using fura 2.

Tab. 1 shows mean values and standard deviations of Ca²⁺ ATPase activity in mmol phosphate/min and 10⁶ cells, and of free intracellular Ca²⁺ concentration (Ca²⁺, in µmot/I *p< 0.01, +p<0.05) and the cytosolic free Ca²⁺ in platelets (Ca²+ nmol/l, •p<0.02).

Tab.1

Ca2+ ATPase act.	untreated	basal act.	max. act.	free Ca2+ (red cells)	free Ca2+ (platelets)
NT EH RH	15,1±2,1 15,3±4,7 13,8±7,1	7,1±3,6 9,0±5,3 6,1±5,2	16,0±2,3 35,4±14,4* 15,2±8,2	2,4±0,6 6,3±4,5* 3,6±0,9+	72,2±41,1 100,2±56,3•

The results thus show an increased maximal Ca²⁺ ATPase activity in essential hypertensives. This points to an increase in total number of Ca²⁺ ATPase molecules. The increased capacity for Ca²⁺ extrusion may be a compensatory reaction to an increased cytoplasmic free Ca²⁺ concentration in essential hypertensives. Conversely, in renal hypertensives no change in Ca²⁺ ATPase was observed. The measurements of maximum Ca²⁺ ATPase activity could therefore be useful for biochemical characterization of essential hypertensives.

Zusammenfassung

Veränderungen des Kalziumstoffwechsels der Zellmembranen scheinen über eine Erhöhung des intrazellulären freien Kalziums eine wichtige Rolle in der Pathogenese der Hypertonie zu spielen. In diesem Zusammenhang kommt der Bestimmung der zellulären Kalzium-Adenosintriphospatase(ATPase)-Aktivität als wesentlichem Regulator des zytoplasmatischen freien Kalziums eine besondere Rolle zu.

In der vorliegenden Untersuchung wurden Veränderungen der KalziumATPase-Aktivität von normotonen Probanden (NT, n=12), Probanden mit essentieller Hypertonie (EH, n=15, unbehandelt) und Probanden mit renoparenchymatöser Hypertonie (RH, n=10, Serumkreatinin 6,7 ± 2,3 mg/dl) untersucht. Die Messungen der Kalzium-ATPase-Aktivität wurden in Hämolysaten durchgeführt, die entweder unbehandelt oder mit Trifluperazin, einem Kalmodulininhibitor, inkubiert wurden (max. Kalzium-ATPase-Aktivität). Darüber hinaus wurde in diesen Hämolysaten die freie intrazelluläre Kalziumkonzentration mit kalziumselektiven Elektroden bestimmt. Bei Probanden mit essentieller Hypertonie und normotonen Probanden wurde ebenfalls die intrazelluläre freie Kalziumkonzentration in Thrombozyten mit der Fura-2-Methode bestimmt. Die Ergebnisse der Untersuchungen sind in Tab. 1 dargestellt.

Tab.1 Mittelwerte und Standardabweichungen der Kalzium-ATPase-Aktivität in mmol Phosphat/min und 10⁶ Zellen und der intrazellulären Kalziumkonzentration in Erythrozyten (Ca²⁺, in µmol/l *p<0,01, +p<0,05) und die intrazelluläre freie Kalziumkonzentration in Thrombozyten (Ca²+µmol/l, •p<0,02).

Die Ergebnisse zeigen, daß die max. Kalzium-ATPase-Aktivität bei Probanden mit essentieller Hypertonie im Vergleich zu Probanden mit renoparenchymatöser Hypertonie und der normotonen Kontrollgruppe signifikant erhöht ist. Dieses mag auf eine erhöhte Kapazität für den Kalziumauswärtstransport hindeuten und könnte als ein kompensatorischer Mechanismus zur Regulation der erhöhten intrazellulären Kalziumkonzentration bei essentiellen Hypertonikern erklärt werden. Im Gegensatz dazu wurde bei Probanden mit renoparenchymatöser Hypertonie keine signifikante Änderung der Kalzium-ATPase-Aktivität gemessen. Die Untersuchungen der max. Kalzium-ATPase-Aktivität können möglicherweise zur biochemischen Charakterisierung essentieller Hypertoniker herangezogen werden.