Doctoral Thesis
Refine
Document Type
- Doctoral Thesis (5) (remove)
Language
- German (5) (remove)
Has Fulltext
- yes (5)
Is part of the Bibliography
- no (5)
Keywords
- Endotoxin (5) (remove)
Institute
- Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin (5) (remove)
Die Sepsis geht auch heute noch mit einer hohen Letalität einher und stellt besonders im ökonomischen Bereich große Anforderungen an die Intensivstationen in unseren Krankenhäusern. Die Volumensubstitution gilt als eine der Säulen in der Therapie der Sepsis, jedoch ist der Einsatz von kolloidalen Lösungsmitteln wie der Hydroxyethylstärke (HAES) umstritten. Wir untersuchten die Auswirkungen unterschiedlicher HAES-Lösungen auf die intestinale Mikrozirkulation bei experimenteller Endotoxinämie. Durch Applikation von LPS induzierten wir ein sepsisähnliches Krankheitsbild und beurteilten unter Zuhilfenahme der Fluoreszenzmikroskopie intravital die intestinale Leukozytenadhärenz und Kapillarperfusion. Ebenso evaluierten wir die Konzentrationen einiger Zytokine mittels der FACS-Analyse und bestimmten Parameter der Makrohämodynamik sowie Blutgase. Wir untersuchten sieben Gruppen mit jeweils 10 Tieren (Lewis Ratten): Kontrollgruppe (16ml/kg Ringer Laktat), endotoxinämische Kontrollgruppe (Lipopolysaccharid (LPS) 5mg/kg + 16ml/kg Ringer Laktat), LPS + 64ml/kg Ringer Laktat, LPS + 64ml/kg Jonosteril®, LPS + 16ml/kg 6% HAES (200/0.5), LPS + 16ml/kg 6% Voluven® (130/0.4), LPS + 16ml/kg 6% Volulyte® (130/0.4; in balancierter Elektrolytlösung). Die Intravitalmikroskopie der intestinalen Mikrozirkulation wurde zwei Stunden nach Induktion der Endotoxinämie durchgeführt. Der mittlere arterielle Blutdruck und die Herzfrequenz sanken in allen Gruppen kurz nach LPS-Applikation, stiegen danach an und zeigten im Versuchsablauf innerhalb der Behandlungsgruppen keine signifikanten Unterschiede. Es herrschten daher für alle Gruppen gleiche makrohämodynamische Konditionen zum Zeitpunkt der Intravitalmikroskopie. In den Venolen 1. Grades ließ sich die dauerhafte Leukozytenadhärenz durch Ringer Laktat 64ml, Jonosteril, HAES 6%, Voluven® und Volulyte® signifikant verringern. Die deutlichste Reduzierung der festen Leukozytenadhärenz manifestierte sich in der HAES 6%-Gruppe in der, gegenüber der Gruppe mit inadäquater Volumensubstitution mit 16ml Ringer Laktat, eine 30%-ige Reduktion erzielt wurde. In den Venolen mit geringerem Durchmesser (V3) zeigten sich für fest und temporär adhärente Leukozyten keine signifikanten Unterschiede zwischen den kristalloiden und kolloidalen Lösungen. In der Endotoxinämie fiel bei inadäquater Volumensubstitution mit Ringer Laktat 16ml eine Reduzierung der funktionellen Kapillardichte und eine Erhöhung der Anzahl dysfunktioneller Kapillaren in der Lamina muscularis longitudinalis et circularis auf. Es zeigte sich sowohl durch den Einsatz von Hydroxyethylstärke als auch von Kristalloiden eine Verbesserung der Mikrozirkulation in diesen beiden Schichten im Vergleich zur 16ml Ringer Laktat-Gruppe. Die FCD-Werte der Lamina muscularis circularis wurden mittels adäquater Volumensubstitution signifikant verbessert und auf Kontrollgruppen-Niveau angehoben, was einer Erhöhung der FCD um 25% entspricht. Einen signifikanten Unterschied zwischen den HAES-Lösungen konnten wir nicht finden. Der Vergleich der Blutgase zeigte keine Disparitäten zwischen den kristalloiden und kolloidalen Lösungen sowie zwischen den einzelnen HAES-Lösungen. Lediglich der pO2-Wert fiel in der HAES 6%-Gruppe signifikant höher aus als in den restlichen Gruppen. Während der Sepsis wird das Immunsystem aktiviert und die involvierten Zellen schütten Mediatoren aus, um Signalkaskaden zu regulieren. Wir evaluierten die Zytokine TNF-α, IL-1α, MCP-1, IFN-γ und GM-CSF. Es fanden sich Erhöhungen der Konzentrationen aller genannten Zytokine nach LPS-Applikation. HAES-Lösungen vermochten lediglich die Spiegel von MCP-1 signifikant gegenüber den kristalloiden Lösungen zu senken. Bei den restlichen Zytokinen verhielt es sich hingegen entgegengesetzt und unter Applikation von HAES-Lösungen zeigten sich signifikant höhere Werte von TNF-α, IL-1α, IFN-γ und GM-CSF als in den Kristalloid-Gruppen. Der Einfluss von Hydroxyethylstärke auf diese Mediatoren wird konträr beschrieben und bedarf weiterer Untersuchungen. Insgesamt ist festzuhalten, dass HAES in der Lage ist, die Leukozytenaktivierung zu reduzieren und die intestinale Perfusion zu verbessern und zeigte damit in einem Kurzzeitmodell positive Auswirkungen auf die intestinale Mikrozirkulation. Signifikante Unterschiede zwischen unterschiedlichen HAES-Lösungen konnten wir nicht finden.
Die Sepsis ist trotz Einführung neuer diagnostischer und therapeutischer Prinzipien nach wie vor ein Krankheitsbild mit sehr hoher Letalität. Eine hämodynamische Stabilisierung mit Hilfe adäquater Volumengabe und des Einsatzes potenter Vasokonstriktoren gilt als Basistherapie von Patienten mit septischem Schock. Letzteres birgt jedoch die Gefahr einer weiteren Verschlechterung der intestinalen Mikrozirkulation, deren Störung als ein kardinaler Mechanismus für die Entwicklung eines Multiorganversagens gilt. Ziel der Arbeit war es, im Rahmen einer experimentellen Endotoxinämie den Einfluss des synthetischen Vasopressin - Analogons Desmopressin, selektiver Agonist des Vasopressin V2-Rezeptors mit vasodilatatorischen Eigenschaften, auf die intestinale Mikrozirkulation mittels Intravitalmikroskopie zu evaluieren. Hierzu untersuchten wir in den submukösen Venolen der Darmwand von Ratten die Leukozytenadhärenz sowie die Dichten funktioneller, dysfunktioneller und nicht-funktioneller Kapillaren in der Lamina muscularis longitudinalis et circularis und im Stratum mucosae. Zusätzlich wurden pro- und antiinflammatorische Zytokine aus Serumproben mittels Durchflusszytometrie (FACS) bestimmt sowie die Auswirkungen der Therapie auf Körpertemperatur, Blutgase und Laktatkonzentration untersucht. Während der Versuche erfolgte eine konstante Messung des mittleren arteriellen Blutdrucks und der Herzfrequenz als makrohämodynamische Parameter. Die Desmopressin-Applikation führte zu einer signifikanten Verbesserung der Mikrozirkulation in allen untersuchten Darmschichten. In der Lamina muscularis longitudinalis verdreifachte sich die Dichte funktionell perfundierter Kapillaren im Vergleich zu den unbehandelten septischen Tieren (Kapillardichte 35.5 ± 4.81 cm-1 in der LPS-Gruppe vs. 105 ± 4.8 cm-1 in der mit Desmopressin behandelten septischen Gruppe; Mittelwerte ± SEM, je Gruppe n=10, P<0.001). Die Zahl adhärenter Leukozyten konnte in den submukösen Venolen 1. Ordnung signifikant um 22% reduziert werden (259 ± 26 n/mm2 in der LPS-Gruppe vs. 203 ± 17 n/mm2 in der Therapiegruppe; Mittelwerte ± SEM, je Gruppe n=10, P<0.05). Die Serumspiegel der proinflammatorischen Zytokine sanken unter der Therapie mit Desmopressin ebenfalls signifikant. Es konnte beispielsweise eine 39-prozentige Reduktion der TNF-α-Konzentration erreicht werden (429 ± 119 pg/ml in der LPS-Gruppe vs. 262 ± 69 pg/ml in der Therapiegruppe; Mittelwert ± SEM, je Gruppe n=10, P<0.05). Die makrohämodynamischen Parameter wurden von der Substanz nicht beeinflusst. Aufgrund der positiven Effekte des Desmopressins auf intestinale Mikrozirkulation, Leukozytenadhärenz und systemische Inflammation und der fehlenden negativen Beeinflussung der systemischen Hämodynamik erscheint es sinnvoll, in weiterführenden tierexperimentellen und klinischen Studien den Nutzen des Medikamentes in der Sepsistherapie, z.B. als möglicher Kombinationspartner bekannter Vasokonstriktoren, zu evaluieren.
Die Evaluation des Einflusses der Antibiotika Linezolid und Tigecyclin auf die Mikrozirkulation im Rahmen einer akuten experimentellen Endotoxinämie war Ziel unserer Arbeit. Das Monitoring der Vitalparameter erfasste Herzfrequenz, mittleren arteriellen Blutdruck, Atemfrequenz und Körpertemperatur über die gesamte Dauer des Experiments. Mit Hilfe der Intravitalmikroskopie ermittelten wir in postkapillären mesenterialen Venolen die temporäre und permanente Leukozyten-Adhärenz nach Anfärben mit Rhodamin sowie das Ausmaß der Plasmaextravasation aus dem Gefäß in das Interstitium mittels FITC-markiertem Albumin. Zudem wurden die Konzentrationen pro- und antiinflammatorischer Zytokine aus Serumproben zu Beginn und am Ende des Versuches ermittelt. Durch die experimentelle Endotoxinämie kam es tendenziell zu einem Blutdruckabfall in den LPS-belasteten Gruppen, durch hämodynamische Stabilisierung mit Hilfe von Volumentherapie wurde dieser allerdings begrenzt. An den drei Mikroskopierzeitpunkten befanden sich alle Gruppen auf etwa gleichem Blutdruck-Niveau. Des Weiteren führte die LPS-Applikation zu einem Anstieg der Herz- und Atemfrequenz. Die Körpertemperatur wurde auf konstant 36°C gehalten. Aus den Untersuchungsergebnissen ist abzuleiten, dass die beiden Antibiotika keinen Einfluss auf die Makrohämodynamik haben. Zudem zeigte sich in unseren Messungen unter Endotoxinämie ein erwarteter Anstieg aller gemessenen Zytokinspiegel (TNF-α, IL-1β, IL-4, IL-6 und IFN-γ), welche weder von Linezolid noch von Tigecyclin beeinflusst wurden. Die endotoxämischen Bedingungen erzeugten typische pathophysiologische Veränderungen im Gebiet des Mesenteriums: eine gesteigerte Leukozytenaktivierung und Adhäsivität am Endothel sowie die daraus bedingte Reduktion des Rollerflows. Die Therapie mit Tigecyclin konnte eine signifikante Zunahme der adhärenten Leukozyten im Vergleich zur Kontrollgruppe nicht verhindern, erzielte allerdings eine signifikante Abnahme der Anzahl der „Sticker“ im Vergleich zur LPS-Gruppe. Dementsprechend konnte die Tigecyclin-Applikation den Roller-Flow signifikant verbessern, erreichte aber nicht das statistische Niveau der Kontrollgruppe. Linezolid konnte hatte ebenfalls die Leukozytenaktivierung vermindern, jedoch ohne eine statistische Signifikanz zu erzielen. Zusammenfassend bewirkte der Einsatz des Antibiotikums Tigecyclin eine signifikante Verminderung der Leukozytenaktivierung in der intestinalen Mikrozirkulation, was die Evaluation dieses Medikamentes für die eine immunmodulatorische Therapie der Sepsis in weiterführenden tierexperimentellen und klinischen Studien sinnvoll erscheinen lässt. Linezolid zeigte eine nur tendenzielle Abnahme der Leukozyten-Endothel-Interaktion, was jedoch in weiteren Studienmodellen evaluiert werden sollte.
LOX-1 ist ein membranständiger Rezeptor, der u.a. auf Endothelzellen exprimiert wird. Für Veränderungen in der Rezeptorexpression wurden verschiedene Faktoren identifiziert. Neben oxidiertem LDL und Angiotensin II stellen Zytokine wie beispielsweise TNF-α entscheidende Faktoren dar. LOX-1 stellt zudem ein Adhäsionsmolekül für Leukozyten und Bakterien dar. In dieser Arbeit wurde in einem tierexperimentellen Modell die Inhibition von LOX-1-Rezeptoren durch spezifische Antikörper bei experimenteller Endotoxinämie untersucht. Als Hypothese wurde angenommen, dass eine Blockierung von LOX-1-Rezeptoren mit einem spezifischen Antikörper eine Verbesserung der intestinalen Mikrozirkulation mit Abnahme der Leukozytenadhärenz bewirkt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Verabreichung von LOX-1-Antikörpern zu einer Reduktion der Leukozytenadhärenz führt. Auf m-RNA Ebene konnte eine signifikante Minderung der Expression von LOX-1 nach Applikation des LOX-1-Antikörpers nachgewiesen werden. Gegenwärtig ist die Bedeutung von LOX-1 in den pathophysiologischen Zusammenhängen der Sepsis noch nicht ausreichend verstanden. Weitere Arbeiten sind diesbezüglich erforderlich. Diese Arbeit bestätigt, dass die LOX-1-Inhibition ein attraktives Target in der Modulation der endotoxinvermittelten Leukozytenaktivierung in der Mikrozirkulation bei Sepsis darstellt.
Im Rahmen einer Sepsis oder experimentellen Endotoxinämie zeigt sich eine Aktivierung des Gerinnungs-Fibrinolyse-Systems, des Kontakt- und Komplementsystems. Es kommt es zu einer erhöhten Leukozyten-Endothelinteraktion, einer endothelialen Dysfunktion und einem Capillary-leakage-Syndrom. Bei Sepsis-Patienten kann eine verminderte Konzentration des funktionellen C1-Esterase-Inhibitors festgestellt werden. Durch exogene Zufuhr konnte in klinischen und tierexperimentellen Untersuchungen eine Verminderung des capillary leakage und eine hämodynamische Stabilisierung erreicht werden. Ziel unserer Untersuchungen war die Bestimmung des Einflusses des C1-INH auf hämodynamische, biochemische und intravitalmikroskopische Parameter der Mikrozirkulation unter Endotoxinämie. Die Untersuchungen wurden an der Darmwand (Submukosa-Muskularis-Mukosa)und am Mesenterium durchgeführt. Die Hämodynamik blieb durch den C1-INH im Wesentlichen unbeeinflusst. Es zeigte sich eine Reduktion der funktionellen Kapillardichte der Mukosa des Darmes durch die Endotoxinämie. Die funktionelle Kapillardichte war in der Tunica muscularis circularis im Sinne eines „mismatch“ erhöht. Somit zeigte sich eine typische septische Mikrozirkulationsstörung. Die Gabe von C1-INH konnte die Mukosadurchblutung ohne Einfluss auf dieses „mismatch“ signifikant erhöhen. Die Endotoxinämie führte zu einer vermehrten Leukozytenadhärenz. C1-INH konnte diese Endotoxinwirkung signifikant vermindern. Nach unseren Erkenntnissen ist dies der erste intravitalmikroskopische Nachweis einer verminderten Leukoyzten-Endothel-Interaktion durch C1-INH in postkapillären Venolen der Darmwand. Die zur Quantifizierung des Capillary-leakage-Syndroms gemessene Plasmaextravasation konnte durch C1-INH ebenfalls reduziert werden. Als biochemischen Parameter einer proinflammatorischen Immunantwort zeigte sich ein erhöhter TNF-alpha-Spiegel in beiden Verumgruppen. Im Gegensatz dazu ergab sich durch die Applikation von C1-INH ein Anstieg der Konzentration des antiinflammatorischen Interleukin-10. Zusammenschauend könnten diese C1-INH-Wirkungen, insbesondere eines verminderten capillary leakage, entweder auf die verminderte Leukozytenadhärenz oder die beobachtete Immunmodulation zurückzuführen sein. Nach Analyse der Literatur scheint der von uns gefundene erhöhte Interleukin-10-Spiegel in der Frühphase der Sepsis einen positiven Einfluss aufzuweisen. Weitere tierexperimentelle Arbeiten sollten Adhäsionsmoleküle sowie Parameter des Kontakt- und Komplementsystems erfassen.