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Die Sepsis stellt ein hoch komplexes, klinisch heterogenes Krankheitsbild dar, das die Medizin und Wissenschaft auf der ganzen Welt vor große Herausforderungen stellt. Obwohl nahezu jeder erfahrene Intensivmediziner Unterschiede zwischen einem Patienten mit abdomineller Sepsis und einem Patienten mit Urosepsis benennen könnte, haben nur sehr wenige Forschungsgruppen diese Unterschiede
weiter untersucht und beschrieben. Jede Sepsis beginnt in einem anatomischen Fokus der Infektion, der sich fast überall im menschlichen Körper befinden kann. Existieren Unterschiede zwischen Patienten mit unterschiedlichem Sepsisfokus? Ist Sepsis vielleicht nicht gleich Sepsis? Um diese Fragen zu beantworten, hat unsere Arbeitsgruppe über einen Zeitraum von acht Jahren die Daten von 816 Sepsispatienten ausgewertet, deren Fokus ausschließlich im Abdomen, Respirationstrakt, Urogenitaltrakt oder den Knochen und Weichteilen lag. Die Patienten wurden über den gesamten Studienzeitraum konsekutiv eingeschlossen und prospektiv auf das Vorliegen einer Sepsis gescreent. Wir verglichen klinische, mikrobiologische und laborchemische Daten zum Sepsiszeitpunkt zwischen den Fokusgruppen und konnten signifikante Unterschiede in allen drei Bereichen beobachten. Beispielsweise war die Inzidenz für das Auftreten eines septischen Schocks bei Patienten mit abdominellem und urogenitalem Fokus signifikant höher als bei den anderen Gruppen. In Bezug auf die mikrobiologischen Unterschiede waren die Urosepsis und die Knochen- und Weichteilsepsis mit deutlich höheren Blutkulturpositivitäten assoziiert. Außerdem unterschied sich das Erregerspektrum zwischen den Gruppen. Des Weiteren konnten wir Unterschiede in den Laborergebnissen der Patienten zum Sepsiszeitpunkt feststellen. Fast die Hälfte der Patienten mit Urosepsis zeigte pathologisch erhöhte PCT-Werte im Vergleich zu nur 15 % der respiratorischen Gruppe. Weiterhin hatten dreimal so viele Patienten mit Fokus im Bereich Knochen/Weichteile eine Hypoalbuminämie wie Patienten der urogenitalen und pulmonalen Gruppe. Darüber hinaus waren die verschiedenen Sepsisfokusse mit Unterschieden in den SOFA-Scores, SIRS-Kriterien und dem Auftreten von Organdysfunktionen zum Sepsisbeginn assoziiert. Die vorliegende Dissertation liefert eindeutige Hinweise auf klinische, laborchemische und mikrobiologische Unterschiede zwischen Sepsispatienten mit verschiedenen Sepsisfokussen zum Beginn der Sepsis. In großen randomisierten Studien sollte den deutlichen Unterschieden zwischen den verschiedenen Sepsisfokussen möglicherweise mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden, damit therapeutische Ansätze, welche nur einer Subgruppe helfen, mit ausreichender Fallzahl herausgearbeitet werden können.
Schwere Sepsis und septischer Schock bleiben die führende Todesursache auf deutschen Intensivstationen. Mehrere Autoren haben gezeigt, dass die protokollgesteuerte Therapie der Sepsis einen signifikanten Überlebensvorteil bringt. Problematisch bleibt die Implementierung des Standards in die tägliche Routine. Das Ziel dieser Arbeit ist es nachzuweisen, dass die kontinuierliche Weiterbildung der Mitarbeiter auf mehreren Ebenen die Compliance mit dem 6-Stundensepsisbundle signifikant verbessert was folglich zur Senkung der Letalität führt. Als Intervention wurde ein kontinuierliches systematisches Weiterbildungsprogramm für Ärzte und Schwestern mit dem Schwerpunkt frühzeitige Erkennung und leitliniengemäße Behandlung der Sepsis nach den Empfehlungen der Surviving Sepsis Campaign eingeführt. Weiter wurden zum Thema Sepsis Plakate ausgehängt, Kitteltaschenkarten mit Diagnosekriterien und Therapieleitlinien verteilt und Intranetseiten neu eingerichtet. Patienten der Intensivstationen der Klinik für Anästhesie und Intensivmedizin wurden im Zeitraum von Januar 2006 bis Juni 2009 täglich auf SIRS Kriterien gescreent und bei Erfüllung der Sepsiskriterien in die Studie eingeschlossen. Mittels der SSC-Software wurde die Erfüllung der Kriterien des 6h-Bundles vor und nach der Intervention untersucht und die Krankenhausletalität berechnet. Insgesamt wurden 277 Patienten eingeschlossen. Davon 132 in die präinterventionelle und 145 in die postinterventionelle Kohorte. Folgende Änderungen der einzelnen Parameter wurden festgestellt. Häufigkeit der Blutkulturentnahme vor Antibiotikagabe 18,9% vs. 46,9%, Antibiotische Compliance 70,5% vs. 86,2%, Scv02>70% 19,1% vs. 45,9% sind im signifikanten Ausmaß gestiegen. Die Krankenhausletalität ist von 58,3% auf 40% statistisch signifikant gesunken. Anhand der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit kann zusammenfassend postuliert werden, dass kontinuierliche Weiterbildung der Mitarbeiter die Compliance mit Sepsisprotokollen verbessert und mit einer Senkung der Krankenhausletalität assoziiert ist.
Die Sepsis (Typ B) als Folge des regelhaft auftretenden postoperativen Immundysfunktions-syndroms ist prognostisch als besonders ungünstig einzustufen und ein immer noch schwer beherrschbares Problem auf chirurgischen Intensivstationen. Eine adäquate Therapie ist vor diesem Hintergrund unbedingt erforderlich. In diesem Kontext war es das Ziel, den Einfluss von R-848 als synthetischen TLR7-Agonisten in murinen Sepsismodellen zu untersuchen und nähere Aussagen über die Expression von TLR7 in der murinen Sepsis zu gewinnen. Methodisch wurde die 16G-CASP als endogenes und die i.v.-Infektion mit Burkholderia pseudomallei als exogenes Sepsismodell verwendet. Sowohl immunhistochemisch als auch auf molekularer Ebene (mRNA) konnte eine schwache Expression von TLR7 in nativen murinen Milzmakrophagen, B-Zellen und plasmazytoiden dendritischen Zellen und im Verlauf der Sepsis eine Hochregulation dieses Rezeptors gezeigt werden. Ex vivo wurde der Nachweis erbracht, dass R-848 in vergleichbarem Maße wie LPS pro- und antiinflammatorische Zytokine induziert. Eine immunstimulatorische Potenz des TLR7-Agonisten konnte in der nativen Maus anhand von Analysen der Zytokine nach Gabe von R-848 in vivo gezeigt werden. TLR7-Stimulation ändert den Ablauf der Sepsis in vivo, was zunächst im CASP-Modell untersucht wurde. Die Überlebenskinetik zeigte einen Trend zur Mortalitätsreduktion nach R-848-Vorbehandlung. Unter Burkholderieninfektion konnte eine signifikante Verlängerung des Überlebens ebenfalls ermittelt werden. Um diesen Unterschied erklären zu können, wurden als nächstes die bakterielle Belastung und Zytokinspiegel verschiedener Kompartimente unter TLR7-Stimulation 12 und 20 Stunden nach CASP analysiert. Bei tendentiell gegenläufigem Zytokinprofil zeigte sich die Bakterienzahl unter R-848-Stimulation sowohl im Peritoneum, als auch in der Milz signifikant gegenüber der Kontrolle abgesunken. R-848 konnte in vorinfizierten RAW-Makrophagen die Phagozytoserate gegenüber der physiologischen Kontrolle steigern, zeigte jedoch keinen Unterschied bei nicht-infizierten Makrophagen. In einem Replikations- und Invasionsassay fand sich die intrazelluläre Keimzahl unter R-848-Stimulation um 50 Prozent nicht signifikant abgesunken. Septische Apoptoseraten korrelieren mit dem Schweregrad des Sepsisverlaufs. Der protektive Einfluß von R-848 konnte anhand eines signifikanten Rückgangs der Apoptoserate in immunologisch bedeutenden Organen gezeigt werden. TLR7 als primär für die Virusabwehr bekannter Mustererkennungsrezeptor kann demnach auch in systemischen bakteriellen Infektionen ein mögliches Ziel immuntherapeutischer Interventionen sein, was weitergehend untersucht werden sollte.
Die Sepsis und der septische Schock stellen die häufigste Todesursache auf chirurgischen Intensivstationen dar. Viele Studien haben gezeigt, dass die Barriere-funktion in sekretorischen Organen, wie z. B. Leber, Gehirn und Darm, durch das septische Krankheitsbild beeinflusst wird. Wichtige Determinanten dieser Organbarrieren sind die Effluxtransporter multidrug resistance protein 1 (kodiert durch Mdr1) und das multidrug resistance-associated protein 2 (Mrp2). Sie haben großen Einfluss auf die Absorption und Verteilung sowie Ausscheidung von potentiell toxischen Xenobiotika, unter anderem auch Arzneimittel. Unser Ziel war es, mit der vorliegenden Arbeit einerseits die Expression, anderseits die Funktion der Membran-Transporter Mdr1 und Mrp2 in verschiedenen Organen mit und ohne Sepsis zu untersuchen. Des Weiteren sollte geklärt werden, inwieweit Talinolol als probe drug neben dem bereits gut charakterisierten Transport über Mdr1 auch ein Substrat für Mrp2 ist. Hierzu wurden jeweils 12 männliche Lew.1W-Ratten des Wildtyps und 12 des Mrp2-defizienten Stamms mit Talinolol vorbehandelt. Je sechs Tieren beider Rattenstämme wurde ein Röhrchen in die Darmwand implantiert (colon ascendens stent peritonitis – CASP), die Kontrolltiere wurden scheinoperiert. Nach drei Tagen wurde die Mdr1b- und Mrp2-mRNA-Expression über die real time reverse transcription- Polymerasekettenreaktion im Jejunum, Ileum, Leber, Niere, Gehirn und Hoden analysiert. Weiterhin bestimmten wir sowohl aus den oben genannten Organen als auch aus dem Blut sowie dem gesammelten Urin und Stuhl die Talinololkonzentrationen mittels high pressure liquid chromatography (HPLC) und Fluoreszenzdetektion. Septische Ratten des Wildtyps zeigten gegenüber ihrer Kontrolle eine nominal gesunkene jejunale Mdr1b-mRNA-Expression mit einer gleichzeitig um 20% verminderten Talinololausscheidung über den Stuhl als möglichen Ausdruck der gestörte Absorptionsbarriere des Darms. Weiterhin waren die Mdr1b-mRNA-Level in der Leber erhöht, jedoch ließ sich die zu erwartende Reduzierung der intrahepatische Talinololkonzentration nicht bestätigen. Die Konzentrationen von Talinolol im Gehirn sanken während der Sepsis auf fast ein Drittel der Kontrollgruppe bei unveränderter Mdr1-Expression. Mrp2 scheint hingegen keinen Einfluss auf die Talinololkinetik während der Sepsis zu haben.
Nosokomiale Infektionen, insbesondere die nosokomiale Sepsis, spielen auf der neonatologischen Intensivstation eine große Rolle, weil sie mit einer erhöhten Morbidität und Mortatlität verbunden sind. Da die Diagnosestellung bei Neonaten, insbesondere bei Frühgeborenen, schwierig ist, ist die Prävention der nosokomialen Sepsis äußerst wichtig. Die vorliegende Arbeit befasste sich mit der Analyse, ob es Risikofaktoren für eine mikrobiologische Kolonisation und dem Auftreten einer neonatalen Sepsis gibt und ob eine bakterielle Besiedlung der Neonaten mit dem Entstehen einer neonatalen Sepsis einhergeht. Zu diesem Zweck wurden in einem Zeitraum von 32 Monaten (2003-2006) alle Neonaten auf der Neo-ITS der Universitätsmedizin Greifswald, die den Kriterien für eine nosokomiale Sepsis entsprachen, in dieser Arbeit eingeschlossen (n=68). Um die erhobenen Daten dieser Kinder vergleichen zu können, wurden ebenfalls 68 Kinder, die keine Sepsis hatten, aus diesem Zeitraum nach entsprechenden Kriterien als Kontrollgruppe berücksichtigt, so dass die Gesamtfallzahl für diese Arbeit 136 betrug. Von den 136 Säuglingen wurden verschiedene peripartale Faktoren, wie beispielsweise Liegedauer, Geburtsgewicht, Mutteralter bei der Geburt, Geburtsort etc. erfasst. Zusätzlich kamen Ergebnisse eines routinemäßigen mikrobiologischen Monitorings hinzu. Die erhobenen Daten wurden mit SPSS ausgewertet. Im Ergebnis zeigten sich eine lange Liegedauer, ein geringes Aufnahmegewicht, das Vorkommen einer NEC und der Geburtsort Greifswald als signifikante Risikofaktoren für eine neonatale Sepsis. Ein weiterer tendenziell begünstigender Faktor für des Entstehen einer Sepsis war das Vorkommen von Fehlbildungen (p=0,06). Für eine mikrobiologische Kolonisation sind ebenfalls eine lange Liegedauer, ein geringes Geburts- bzw. Aufnahmegewicht und das Vorkommen einer NEC Risikofaktoren. Zusätzlich konnten auch geringes Gestationsalter und längere Dauer der Muttermilchernährung als begünstigende Faktoren für eine Besiedlung der Neonaten bestimmt werden. Nach Unterteilung der Kolonisation in einzelne Bakterienspecies ergaben sich ähnliche Risikofaktoren. Es ergab sich kein Zusammenhang zwischen einer Kolonisation und einer neonatalen Sepsis, d. h. eine Kolonisation unabhängig von der Bakterienspecies stellt kein Risikofaktor für die Entwicklung einer Sepsis dar. In der vorliegenden Arbeit konnten verschiedene Risikofaktoren für das Auftreten einer neonatalen Sepsis und für die Besiedlung der Neonaten identifiziert werden, die bereits in der Literatur beschrieben wurden wie lange Liegedauer, geringes Geburtsgewicht, Fehlbildungen und NEC. Nach aktueller Studienlage korreliert auch ein geringes Gestationsalter mit dem Auftreten einer Sepsis, was in unserer Arbeit nicht bewiesen werden konnte. Da ebenfalls kein Zusammenhang zwischen einer bakteriellen Kolonisation und dem Entstehen einer neonatalen Sepsis gefunden wurde, bedeuten die in dieser Arbeit routinemäßig durchgeführten mikrobiologischen Abstriche keinen direkt-infektiologischen Vorteil.
Aufgrund der Erschöpfung des antioxidativen Abwehrsystems des Organismus entstehen während einer Sepsis schwere Zell- und Organschäden durch die unkontrollierte Freisetzung von ROS. Da bisher wenig über die Regulation und Funktion antioxidativer Enzyme bei mikrobiellen Infektionen bekannt ist, sollten die Stressproteine Peroxiredoxin 6 (Prx 6) und Hämoxygenase-1 (HO-1) sowie die Metabolite des Häm-Abbaus Kohlenstoffmonoxid (CO) und Eisen am Beispiel von Infektionen mit Burkholderia pseudomallei, dem fakultativ intrazellulär lebenden Gram negativen Erreger der Melioidose, charakterisiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Genexpression von Prx 6 als Antwort auf eine Infektion mit B. pseudomallei in Knochenmarkmakrophagen (BMM) und Organen von C57BL/6-Mäusen differenziell reguliert wird. Obwohl weder der Knockout noch die Überexpression von Prx 6 einen Einfluss auf das intrazelluläre Überleben und die zytotoxische Wirkung von B. pseudomallei in BMM ausübte, deuten die Ergebnisse auf eine Beteiligung von Prx 6 bei der Regulation der Zytokinexpression nach der Infektion hin. In einem pulmonalen sowie systemischen Mausmodell konnte belegt werden, dass die Überexpression von Prx 6 einen Überlebensvorteil infizierter Mäuse darstellt, welcher mit reduzierten Keimlasten in Organen sowie Änderungen im Zytokinprofil einherging. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Überexpression von Prx 6 an der Eingrenzung der proinflammatorischen Antwort nach einer Infektion mit B. pseudomallei beteiligt ist und dadurch zum Schutz des Wirtes beitragen kann. Im zweiten Teil der Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass die Genexpression des ebenfalls häufig im Zusammenhang mit dem Zellschutz beschriebenen Enzyms HO-1 durch eine Infektion mit B. pseudomallei in BMM sowie Lunge, Leber und Milz von C57BL/6-Mäusen induziert wird. Die pharmakologische Induktion der HO-1 resultierte in einer Reduktion der proinflammatorischen Antwort von BMM, wodurch das intrazelluläre Überleben von B. pseudomallei und die damit verbundene Zellschädigung begünstigt wurden. In vivo führte die Induktion der HO-1 zur Einschränkung der Pathogenkontrolle, was sich in einem früheren Versterben, erhöhten Keimlasten am Infektionsherd und den peripheren Organen sowie einer erhöhten Zytokinfreisetzung und Zellschädigung infizierter Tiere äußerte. Auch der Einsatz eines CO-freisetzenden Moleküls schränkte die Abwehr gegenüber B. pseudomallei in BMM und in vivo ein. Im dritten Teil der Arbeit deuten die Ergebnisse zum Einfluss von Eisen, als weiteren Häm-Metaboliten, darauf hin, dass die Erhöhung der Verfügbarkeit des für den Wirt und das Pathogen essentiellen Metalls teilweise für die schädigende Wirkung der HO-1-Induktion bei muriner Melioidose verantwortlich gemacht werden kann. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Genexpression des Peptidhormons Hepcidin und des Eisenspeicherproteins Ferritin durch die Infektion von BMM mit B. pseudomallei, bei gleichzeitiger Reduktion der Transkription des Eisenexprotproteins Ferroportin, induziert wird. Die exogene Erhöhung der Eisenverfügbarkeit in BMM führte zu einer verstärkten intrazellulären Replikation, während die Depletion dieses Elements das Überleben von B. pseudomallei reduzierte. Infolge einer intranasalen Infektion mit B. pseudomallei war die Genexpression von Ferroportin in der Leber reduziert, was die Einlagerung von Eisen in die Leber erhöhte. Verursacht durch erhöhte Genexpressionsraten von Hepcidin stieg dessen systemische Konzentration, wodurch es zur Etablierung hypoferrämischer Bedingungen im Serum infizierter Mäuse kam. Auch im Mausmodell begünstigte die Erhöhung der Eisenverfügbarkeit das bakterielle Wachstum in Organen, die proinflammatorische Antwort des Wirtes sowie die Hepicidinkonzentration im Serum. Im Gegensatz dazu führte die Chelation von Eisen zur Reduktion der bakteriellen Ausbreitung und einem verbesserten Überleben infizierter Tiere. Die Verfügbarkeit von Eisen begünstigt demnach nicht nur das Überleben von B. pseudomallei in der Umwelt und die Bildung von Biofilmen, sondern ist auch im Rahmen muriner Melioidose ein kritischer Faktor für die Pathogenese.
In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von endogenem TNF-related apoptosis inducing ligand (Trail) auf die murine polymikrobielle Sepsis untersucht, weil Vorversuche ergeben hatten, dass die Applikation von exogenem Trail bei Sepsis zu einem Überlebensvorteil führt. Für die Untersuchungen wurden transgene Trail defiziente Tiere mit C57BL/6 Wildtyp Tieren verglichen. Die Colon ascendens stent peritonitis (CASP) diente als Modell für die polymikrobielle peritoneale Sepsis. Anders als nach den Ergebnissen der Vorversuche zu erwarten, konnte in der Überlebenskinetik kein Nachteil durch die endogene Trail-Defizienz festgestellt werden. Die bakterielle Clearance war durch den genetisch bedingten Mangel an Trail nicht eingeschränkt. Im Blut war die Elimination der Bakteriämie sogar effizienter. Durchflusszytometrisch wurden unterschiedliche Zellpopulationen identifiziert und verglichen, um die Auswirkungen der Trail-Defizienz auf Einzelzellebene zu beleuchten. GITR eignete sich im CASP-Modell nicht als Marker für regulatorische T-Zellen. Seine Expression stieg durch die Aktivierung der T-Zellen unabhängig von der Zugehörigkeit zu den Effektor T-Zellen oder den regulatorischen T-Zellen. Deshalb wurden die regulatorischen T-Zellen in dieser Arbeit durch den Transkriptionsfaktor Foxp3 und den Aktivierungsmarker CTLA-4 charakterisiert. Der Anteil der regulatorischen T-Zellen war in der transgenen Trail-/- Versuchsgruppe im Vergleich zu der Kontrollgruppe erhöht. Diese Beobachtung konnte durch die immunhistochemische Färbung von regulatorischen T-Zellen bestätigt werden. Die Expression des Trail-Rezeptors DR5 stieg bei CASP in der transgenen Trail-defizienten Versuchsgruppe an, wohingegen in der Wildtyp Gruppe keine Veränderungen beobachtet wurden. Allerdings besitzen die Trail-defizienten Tiere nach aktuellem Wissen keinen Liganden für diesen Todesrezeptor. Dennoch zeigten sie bei CASP einen höheren Anteil apoptotischer Zellen als Wildtyp-Tiere. Dies wurde sowohl mit Zellzyklusanalysen und TUNEL-Färbungen gezeigt. Da der Zelltod nicht durch Trail hervorgerufen sein konnte, wurde nach weiteren Apoptose-induzierenden Substanzen in diesem Sepsismodell gesucht. Weder die durchflusszytometrische Bestimmung von TNF-Rezeptoren noch die Bestimmung von Glukokortikoiden im Serum mittels ELISA zeigten bei CASP Anstiege in der Trail-/- Versuchsgruppe oder in Wildtyp-Tieren. Schließlich wurde die Reaktivität der Immunzellen bei CASP ex vivo untersucht. Dazu wurden die Zellen in vitro stimuliert und die Zytokinspiegel im Überstand bestimmt. In einigen Experimenten wurde Apoptose in vitro durch Applikation eines universellen Caspaseinhibitors unterbunden. Die überraschenden Ergebnisse zeigten eine Zunahme der proinflammatorischen Zytokine, vor allem TNF-α und INF γ und des antiinflammatorischen Zytokins Il-10. Insgesamt stützen die Ergebnisse die Arbeitshypothese, dass Trail-Defizienz bei Sepsis negative Auswirkungen hat, nicht. Die überraschende Beobachtung, dass der sepsisinduzierte Zelltod in Abwesenheit des „Todessignals“ Trail zunimmt, eröffnet interessante Perspektiven für die zukünftige Forschung.
Die schwere Sepsis und der septische Schock sind aufgrund ihrer Häufigkeit, ihrer hohen Sterblichkeit, der hohen direkten und indirekten Kosten und insbesondere ihrer einschneidenden Folgen für die Lebensqualität Betroffener und ihrer Angehörigen ein relevantes Thema auf Intensivstationen weltweit. Die große Heterogenität des Krankheitsbildes erschwert eine rasche Diagnosestellung und eine schnelle Therapieeinleitung. Als ursächlich für die Verzögerung sehen viele Autoren ein mangelndes Wissen und eine daraus resultierende Verkennung der Dringlichkeit einer zeitkritischen Behandlung. Zum jetzigen Zeitpunkt existieren zu wenig belastbare Studien, die verlässliche Aussagen über den optimalen Zeitpunkt und die notwendige Zeitspanne bis zur Diagnostik und Therapie treffen können. Ebenso fehlen insbesondere in dieser frühen Phase der Sepsis wichtige Strukturen und Algorithmen, wie sie bereits bei anderen Notfällen seit Jahren etabliert sind. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zunächst zu untersuchen, inwieweit eine mangelnde Priorisierung besteht und wie sich diese auf die viel diskutierte Forderung nach umgehender Diagnostik und Therapie überträgt. Dazu sollen die in Greifswald erhobenen Zeiten im Vergleich zu den Leitlinienempfehlungen und der aktuellen Studienlage diskutiert werden. Zur besseren Verdeutlichung wurden Daten von Polytraumapatienten aus Greifswald herangezogen. Darüber hinaus fand ein literaturbasierter Vergleich mit bereits etablierten Strukturen anerkannter Notfälle statt. Im Rahmen der vorliegen-den Arbeit wurden dazu retrospektiv 297 volljährige Patienten ausgewählt, die sich im Zeit-raum vom 4. Januar 2010 bis 24. Dezember 2015 mit schwerer Sepsis und septischem Schock auf den Intensivstationen ITS 1 und ITS 2 der Universitätsmedizin Greifswald befanden und die im Anschluss an eine radiologische Fokussuche eine operativ/interventionelle Herdsanierung erhalten haben. Zunächst bestätigen unsere Daten, im Einklang mit der bestehenden Studienlage, einen positiven Einfluss einer schnellen Herdsanierung auf die Letalität. Ebenso zeigen sie die Bedeutung einer frühestmöglichen Diagnosestellung der Sepsis. Vor allem zeigen unsere Ergebnisse eine deutliche mangelnde Priorisierung von Sepsispatienten im klinischen Alltag. Es zeigte sich, dass vor allem fehlende Strukturen zu Beginn der Behandlung und Defizite im Bereich der Kommunikation zu den wichtigsten Problemen im Umgang mit Sepsispatienten gehören. Aus diesen Erkenntnissen wurde ein Algorithmus abgeleitet, der in Zukunft die Früherkennung sowie die initiale Behandlung erleichtern soll. Er soll eine Antwort auf die Frage geben, ob ein Patient mit unspezifischen Symptomen an einer Sepsis erkrankt sein könnte. Auf diese Weise soll dem Notfall Sepsis im klinischen Alltag eine priorisiertere Stellung eingeräumt werden.
Abstract
Background
Critically ill patients frequently develop muscle atrophy and weakness in the intensive‐care‐unit setting [intensive care unit‐acquired weakness (ICUAW)]. Sepsis, systemic inflammation, and acute‐phase response are major risk factors. We reported earlier that the acute‐phase protein serum amyloid A1 (SAA1) is increased and accumulates in muscle of ICUAW patients, but its relevance was unknown. Our objectives were to identify SAA1 receptors and their downstream signalling pathways in myocytes and skeletal muscle and to investigate the role of SAA1 in inflammation‐induced muscle atrophy.
Methods
We performed cell‐based in vitro and animal in vivo experiments. The atrophic effect of SAA1 on differentiated C2C12 myotubes was investigated by analysing gene expression, protein content, and the atrophy phenotype. We used the cecal ligation and puncture model to induce polymicrobial sepsis in wild type mice, which were treated with the IкB kinase inhibitor Bristol‐Myers Squibb (BMS)‐345541 or vehicle. Morphological and molecular analyses were used to investigate the phenotype of inflammation‐induced muscle atrophy and the effects of BMS‐345541 treatment.
Results
The SAA1 receptors Tlr2, Tlr4, Cd36, P2rx7, Vimp, and Scarb1 were all expressed in myocytes and skeletal muscle. Treatment of differentiated C2C12 myotubes with recombinant SAA1 caused myotube atrophy and increased interleukin 6 (Il6) gene expression. These effects were mediated by Toll‐like receptors (TLR) 2 and 4. SAA1 increased the phosphorylation and activity of the transcription factor nuclear factor ‘kappa‐light‐chain‐enhancer' of activated B‐cells (NF‐κB) p65 via TLR2 and TLR4 leading to an increased binding of NF‐κB to NF‐κB response elements in the promoter region of its target genes resulting in an increased expression of NF‐κB target genes. In polymicrobial sepsis, skeletal muscle mass, tissue morphology, gene expression, and protein content were associated with the atrophy response. Inhibition of NF‐κB signalling by BMS‐345541 increased survival (28.6% vs. 91.7%, P < 0.01). BMS‐345541 diminished inflammation‐induced atrophy as shown by a reduced weight loss of the gastrocnemius/plantaris (vehicle: −21.2% and BMS‐345541: −10.4%; P < 0.05), tibialis anterior (vehicle: −22.7% and BMS‐345541: −17.1%; P < 0.05) and soleus (vehicle: −21.1% and BMS‐345541: −11.3%; P < 0.05) in septic mice. Analysis of the fiber type specific myocyte cross‐sectional area showed that BMS‐345541 reduced inflammation‐induced atrophy of slow/type I and fast/type II myofibers compared with vehicle‐treated septic mice. BMS‐345541 reversed the inflammation‐induced atrophy program as indicated by a reduced expression of the atrogenes Trim63/MuRF1, Fbxo32/Atrogin1, and Fbxo30/MuSA1.
Conclusions
SAA1 activates the TLR2/TLR4//NF‐κB p65 signalling pathway to cause myocyte atrophy. Systemic inhibition of the NF‐κB pathway reduced muscle atrophy and increased survival of septic mice. The SAA1/TLR2/TLR4//NF‐κB p65 atrophy pathway could have utility in combatting ICUAW.
Background
Sepsis-induced intensive care unit-acquired weakness (ICUAW) features profound muscle atrophy and attenuated muscle regeneration related to malfunctioning satellite cells. Transforming growth factor beta (TGF-β) is involved in both processes. We uncovered an increased expression of the TGF-β receptor II (TβRII)-inhibitor SPRY domain-containing and SOCS-box protein 1 (SPSB1) in skeletal muscle of septic mice. We hypothesized that SPSB1-mediated inhibition of TβRII signalling impairs myogenic differentiation in response to inflammation.
Methods
We performed gene expression analyses in skeletal muscle of cecal ligation and puncture- (CLP) and sham-operated mice, as well as vastus lateralis of critically ill and control patients. Pro-inflammatory cytokines and specific pathway inhibitors were used to quantitate Spsb1 expression in myocytes. Retroviral expression plasmids were used to investigate the effects of SPSB1 on TGF-β/TβRII signalling and myogenesis in primary and immortalized myoblasts and differentiated myotubes. For mechanistical analyses we used coimmunoprecipitation, ubiquitination, protein half-life, and protein synthesis assays. Differentiation and fusion indices were determined by immunocytochemistry, and differentiation factors were quantified by qRT-PCR and Western blot analyses.
Results
SPSB1 expression was increased in skeletal muscle of ICUAW patients and septic mice. Tumour necrosis factor (TNF), interleukin-1β (IL-1β), and IL-6 increased the Spsb1 expression in C2C12 myotubes. TNF- and IL-1β-induced Spsb1 expression was mediated by NF-κB, whereas IL-6 increased the Spsb1 expression via the glycoprotein 130/JAK2/STAT3 pathway. All cytokines reduced myogenic differentiation. SPSB1 avidly interacted with TβRII, resulting in TβRII ubiquitination and destabilization. SPSB1 impaired TβRII-Akt-Myogenin signalling and diminished protein synthesis in myocytes. Overexpression of SPSB1 decreased the expression of early (Myog, Mymk, Mymx) and late (Myh1, 3, 7) differentiation-markers. As a result, myoblast fusion and myogenic differentiation were impaired. These effects were mediated by the SPRY- and SOCS-box domains of SPSB1. Co-expression of SPSB1 with Akt or Myogenin reversed the inhibitory effects of SPSB1 on protein synthesis and myogenic differentiation. Downregulation of Spsb1 by AAV9-mediated shRNA attenuated muscle weight loss and atrophy gene expression in skeletal muscle of septic mice.
Conclusions
Inflammatory cytokines via their respective signalling pathways cause an increase in SPSB1 expression in myocytes and attenuate myogenic differentiation. SPSB1-mediated inhibition of TβRII-Akt-Myogenin signalling and protein synthesis contributes to a disturbed myocyte homeostasis and myogenic differentiation that occurs during inflammation.
Background: In postoperative sepsis, mortality is increased due to the surgically induced immune dysfunction. Further causes of this traumatic effect on the immune system include burn injuries and polytrauma, as well as endogenous traumata like stroke. Several animal models have been defined to analyse the characteristics of trauma-induced immune suppression. This article will correlate our results from animal studies and clinical observations with the recent literature on postoperative immune suppression. Methods: The previously described model of surgically induced immune dysfunction (SID) was performed in mice by laparotomy and manipulation of the small intestine in the antegrade direction. Blood samples were collected 6 and 72 h following SID to analyse the white blood cell count and corticosterone levels. To assess the postoperative immune status in humans, we analysed expression of HLA-DR on monocytes of 118 patients by flow cytometry prior to and 24, 48 and 72 h after surgery. Results: The postoperative immune suppression in our SID model is characterised by lymphocytopenia and significantly increased corticosterone levels in mice dependent on the degree of surgical trauma. This is comparable to the postoperative situation in humans: major and especially long-lasting surgery results in a significantly reduced expression of HLA-DR on circulating monocytes. Previous studies describe a similar situation following burn injury and endogenous trauma, i.e. stroke. Conclusions: We suggest the completion of our previously published sepsis classification due to the immune status at the onset of sepsis: type A as the spontaneously acquired sepsis and type B as sepsis in trauma-induced pre-existing immune suppression.
Background: Magnetic resonance imaging (MRI) techniques are rarely used in the context of abdominal sepsis and in sepsis research. This study investigates the impact of MRI for monitoring septic peritonitis in an animal model (colon ascendens stent-induced peritonitis, CASP). The CASP model closely mimics that of human disease and is highly standardized. The most frequently employed readout parameter in mouse CASP studies is prolonged or decreased rate of survival. Monitoring the progression of peritonitis via MRI could provide a helpful tool in the evaluation of severity. The use of alternative readout systems could very well reduce the number of research animals. Perspectively, clinical improvement after certain treatment could be classified. Methods: This study describes for the first time MRI findings following the induction of septic peritonitis in mice using the CASP model. Two sublethal groups of mice with septic peritonitis were investigated. Each had received one of two differing stent diameters in order to control the leakage of feces into the abdominal cavity. Each mouse served as its own control. Imaging and analyses were performed blinded. Gut diameters, stomach volume, abdominal organ wall diameters, and volume of the adrenal glands were measured. Serum corticosterone levels were detected using ELISA. Serum IL-6, TNF-α, IL-1β, and IL-10 levels were screened by cytometric bead array. Statistical analysis was performed using the Mann-Whitney U test for nonparametric probes and the Kruskal-Wallis and t tests. Results: Using a 7-tesla MRI scanner 24 and 48 h after induction of septic peritonitis, interenteric fluid, organ swelling of spleen and adrenal glands, as well as dilatation of the stomach were compared to nonseptic conditions. Swelling of adrenal glands resulted in an increased serum corticosterone level. In addition, the wall of the intestine bowel was thickened. Based upon these findings, an MRI score (MRI sepsis score, MSS) for abdominal sepsis in mice was established. Reduced stent sizes led to reduced severity of the abdominal sepsis, which could be reproduced in the MSS, which is described here for the first time. Conclusions: Intraabdominal variations during septic peritonitis are detectable by MRI techniques. MRI methods should become a more important tool for the evaluation of abdominal peritonitis. MSS could provide an interesting tool for the evaluation of therapeutic strategies.
Background: Magnetic resonance imaging (MRI) techniques are rarely used in the context of abdominal sepsis and in sepsis research. This study investigates the impact of MRI for monitoring septic peritonitis in an animal model (colon ascendens stent-induced peritonitis, CASP). The CASP model closely mimics that of human disease and is highly standardized. The most frequently employed readout parameter in mouse CASP studies is prolonged or decreased rate of survival. Monitoring the progression of peritonitis via MRI could provide a helpful tool in the evaluation of severity. The use of alternative readout systems could very well reduce the number of research animals. Perspectively, clinical improvement after certain treatment could be classified. Methods: This study describes for the first time MRI findings following the induction of septic peritonitis in mice using the CASP model. Two sublethal groups of mice with septic peritonitis were investigated. Each had received one of two differing stent diameters in order to control the leakage of feces into the abdominal cavity. Each mouse served as its own control. Imaging and analyses were performed blinded. Gut diameters, stomach volume, abdominal organ wall diameters, and volume of the adrenal glands were measured. Serum corticosterone levels were detected using ELISA. Serum IL-6, TNF-α, IL-1β, and IL-10 levels were screened by cytometric bead array. Statistical analysis was performed using the Mann-Whitney U test for nonparametric probes and the Kruskal-Wallis and t tests. Results: Using a 7-tesla MRI scanner 24 and 48 h after induction of septic peritonitis, interenteric fluid, organ swelling of spleen and adrenal glands, as well as dilatation of the stomach were compared to nonseptic conditions. Swelling of adrenal glands resulted in an increased serum corticosterone level. In addition, the wall of the intestine bowel was thickened. Based upon these findings, an MRI score (MRI sepsis score, MSS) for abdominal sepsis in mice was established. Reduced stent sizes led to reduced severity of the abdominal sepsis, which could be reproduced in the MSS, which is described here for the first time. Conclusions: Intraabdominal variations during septic peritonitis are detectable by MRI techniques. MRI methods should become a more important tool for the evaluation of abdominal peritonitis. MSS could provide an interesting tool for the evaluation of therapeutic strategies.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein Routine-TDM auf einer Intensivstation über 3 Jahre bei Patient:innen mit Sepsis während einer kontinuierlichen Meropenemtherapie durchgeführt und auf die Umsetzung und den praktischen Nutzen hin untersucht. Da Meropenem ein Antibiotikum mit zeitabhängiger Wirkung ist, war das Ziel Konzentrationen unterhalb der 4-fachen MHK und ein dadurch bedingtes mögliches Therapieversagen zu vermeiden.
Die Patient:innen erhielten zu Beginn eine Tagesdosierung von 6 g/d mit einem initialen Bolus von 0,5 g Meropenem. Die Dosierung wurde entsprechend der erhobenen Meropenemkonzentrationen durch das Routine-TDM nach Einschätzung des ärztlichen Personals angepasst. Es wurden keine Vorgaben bzgl. eines oberen Grenzwertes oder Umsetzung der Dosisanpassungen gemacht. Das TDM ergab gerade zu Beginn erhöhte Meropenemkonzentrationen, sodass Dosissteigerungen fast ausschließlich erst nach vorheriger Dosisreduktion durchgeführt werden mussten. Konzentrationen, bei denen eine Steigerung oder eine Reduktion der Dosis beschlossen wurde, wiesen eine hohe Variabilität auf. Das Anpassungsverhalten des ärztlichen Personals kann als sehr konservativ beschrieben werden. Die Dosissteigerungen wurden bereits sehr früh und Dosisreduktionen eher spät durchgeführt.
Bei knapp 46 % der Patient:innen wurde die Dosis gar nicht angepasst und bei 46 % der Patient:innen wurde insgesamt eine Dosisreduktion durchgeführt. Dies war zu 96 % eine Halbierung der Tagesdosis auf 3 g/d. Die gemessenen Wirkkonzentrationen unterschieden sich bei Patient:innen die 6 g/d und bei Patient:innen die 3 g/d Meropenem erhielten letztendlich nicht signifikant voneinander. Dies zeigt, dass die Dosisanpassungen genutzt wurden um andere Einflussfaktoren auf die Konzentration auszugleichen.
In einer multivarianten Regressionsanalyse zeigten die Nierenfunktion, die Körpergröße und das Körpergewicht einen signifikanten Einfluss auf die Antibiotikumkonzentration. Dennoch zeigte die Regressionsanalyse sich in den Extrembereichen ungenau, weshalb ein TDM sehr sinnvoll ist. Gerade bei einer veränderten Nierenfunktion oder bei Patient:innen mit RRT zeigte sich ein TDM als sehr hilfreich. Patient:innen mit ARC zeigten sich in der vorliegenden Arbeit signifikant häufiger unterdosiert und Patient:innen mit RRT wiesen eine höhere Variabilität der gemessenen Konzentrationen auf. Tools zur Anpassung der Dosierung anhand der Nierenfunktion wurden in Studien bisher überwiegend als unzureichend beschrieben. Bei Patient:innen mit RRT werden verschiedenste Dosierungsoptionen aktuell diskutiert. Insgesamt wurde bei knapp 5,8 % der Patient:innen eine Unterdosierung detektiert. Daraufhin wurde vom ärztlichen Personal inkonsequent reagiert. Einen Einfluss auf das klinische Outcome konnte durch das TDM oder durch die Unterdosierungen nicht ausgemacht werden. Lediglich die Schwere der Sepsisart zeigte einen signifikanten Einfluss auf die Mortalität.
Neurologische Auffälligkeiten, wie Krampfanfälle konnten nur selten detektiert werden. Patient:innen, bei denen diese auffielen, zeigten zwar signifikant höhere Meropenemkonzentrationen, allerdings ließen sich die Symptome nicht mit Sicherheit auf die Antibiotikatherapie zurückführen, da diese Patient:innen zusätzlich eine neurologische Grunderkrankung hatten. In gezielten Studien zu neurotoxischen Nebenwirkungen bei Betalaktamen wird der Zusammenhang mit supratherapeutischen Konzentrationen aber immer öfter beschrieben.
Zusammenfassend zeigt sich, dass das TDM einen maßgeblichen Einfluss auf die Therapieentscheidungen hatte. Unterdosierungen sind unter der gewählten Dosierungsform nur selten aufgetreten und Dosissteigerungen waren kaum nötig. Gerade bei Patient:innen mit RRT oder erhöhter Nierenfunktion zeigte sich das TDM als nützlich. Die Grenzen für Anpassungen variierten sehr stark und wurden eher konservativ gewählt. Ein genau definierter Zielbereich der angestrebten Meropenemkonzentration und festgelegte Optionen zur Dosisanpassung könnten den Nutzen des TDMs weiter erhöhen. Weitere prospektive Studien sind nötig, um eine Obergrenze zu definieren und Toxizität zu vermeiden.
Empfehlungen für die Praxis:
• Fortsetzung des TDMs bei kritisch kranken Patient:innen
• Etablierung einer SOP zur Dosisanpassung sowie Reduzierung der Startdosierung auf 3 g Meropenem/d mit Initialbolus von 0,5 g
• Hinweise bei Patientengruppen mit Gefahr für Unter- oder Überdosierungen.
Obwohl große Fortschritte in der experimentellen und klinischen Intensivmedizin bezüglich Pathophysiologie und Diagnose der Sepsis erzielt wurden, bleibt die Letalität weiter nahezu unverändert hoch. Aufgrund einer immer länger lebenden, multimorbiden Bevölkerung, ist damit zu rechnen, dass sich die Inzidenz immer weiter erhöht. Eine der Hauptursachen für die Entwicklung einer Sepsis und eines Multiorganversagens ist das Versagen der Mikrozirkulation, der Hauptort für den Gas- und Nährstoffaustausch. Die Ursachen die zum Versagen der Mikrozirkulation führen sind vielfältig und umfassen das dysfunktionale Endothel, die vermehrte Leukozyten-Endothel-Interaktion, Gerinnungsstörungen und die Ausbildung von mikrovaskulären Shunts. Eine Verbesserung der Mikrozirkulation scheint deshalb ein wichtiger therapeutischer Ansatz zu sein. Aktiviertes Protein C hat neben seiner anti-koagulatorischen Funktion anti-inflammatorische, anti-apoptotische und barrierestabilisierende Eigenschaften, die während einer Sepsis positiv auf die Mikrozirkulation wirken. Wir untersuchten welche Wirkung aPC auf die mesenteriale Mikrozirkulation hat, indem wir die Plasmaextravasation und die Leukozyten-Endothel-Interaktionen beobachteten. In unserem Versuch stellten wir fest, dass aPC die Anzahl temporärer und fest adhärenter Leukozyten, sowie die Plasmaextravasation bei Endotoxinämie signifikant verringerte. Durch die Gabe von aPC konnte die Freisetzung von IL-1β signifikant reduziert werden, während wir eine Erhöhung der TNF-α Konzentration und keinen Einfluss auf die IL-6 und IL-10 Konzentration feststellen konnte. Unsere Ergebnisse zeigen, dass aktiviertes Protein C die Mikrozirkulation im Mesenterium verbessert hat. Da die Mikrozirkulation in der Pathogenese der Sepsis eine wesentliche Rolle spielt, lässt sich vermuten, dass aPC den Verlauf einer Sepsis positiv beeinflussen und somit von Vorteil für die Patienten sein könnte.
Tobramycin und Imipenem sind zwei im klinischen Alltag häufig eingesetzte Medikamente, insbesondere in der Therapie einer Sepsis. Antibiotika können neben der antimikrobiellen Wirkung, anti-/proinflammatorische Effekte haben. Die klinische Relevanz dieser Studie besteht darin, einen Beitrag zum weiteren Verständnis der Wirkungen einer antibiotischen Therapie zu leisten. Potentielle Nebenwirkungen bei der Auswahl einer Antibiose mit dem Wissen, dass die intestinale Mikrozirkulation die wichtigste Rolle bei der Entwicklung eines septischen Organversagens spielt, sollten gezielt untersucht werden. Dazu wurden intravitalmikroskopische Untersuchungen der Darmwand am terminalen Ileum der gesunden Ratte durchgeführt. Die Vitalparameter wurden erfasst, der intestinale mikrovaskuläre Blutfluss gemessen. Zu Beginn und zum Abschluß des Experimentes wurden die Zytokinspiegel bestimmt. Imipenem in Kombination mit Cilastatin verminderte die funktionelle Kapillardichte und den intestinalen mikrovaskulären Blutfluss in der gesunden Ratte, die Leukozyten–Endothel-Interaktion war vermindert. Tobramycin hatte keine Auswirkungen auf die funktionelle Kapillardichte. In den postkapillären Venolen waren vermehrt aktivierte Leukozyten nachweisbar. Weder Imipenem noch Tobramycin hatten Auswirkungen auf die Makrohämodynamik. Die Zytokinspiegel blieben, mit Ausnahme von erniedrigten IL-10-Spiegeln nach Tobramycingabe, unbeeinflusst. Es ist bekannt, dass Imipenem und Tobramycin neben ihren antibiotischen Wirkungen auch immunmodulatorische Fähigkeiten haben. Die reduzierte Kapillardichte in der gesunden Ratte nach Zienamgabe könnte durch die Auswirkungen des obligat mit Imipenem kombinierten Zusatzstoffs Cilastatin erklärt werden. Der erhöhte Anteil an fest adhärenten Leukozyten nach Tobramycingabe stützt die bekannten, teils kontrovers diskutierten, Einflüsse von Aminoglykosiden direkt auf Leukozyten. Inwiefern diese Effekte durch die Antibiose auf die kommensale Besiedlung verursacht werden, lässt sich durch die vorliegende Arbeit nicht klären. Weitere tierexperimentelle Arbeiten sollten die kombinierten Stoffe Imipenem und Cilastatin getrennt untersuchen.
Die Frage der effizienten Behandlung von Sepsis und septischem Schock sind von großer Bedeutung, da die Letalität dieses Krankheitsbildes auch noch trotz der heutigen modernen intensivmedizinischer Maßnahmen sehr hoch ist. Gefährdet sind vor allem polytraumatisierte Patienten, Verbrennungspatienten und Patienten nach großen operativen Eingriffen. Mitverantwortlich für die steigende Inzidenz der Sepsis ist ein ansteigendes Durchschnittsalter der Patienten mit zunehmender Zahl an Begleiterkrankungen. Dem Gastrointestinaltrakt wird bei der Entstehung und Aufrecherhaltung von Sepsis und septischen Schock eine besondere Bedeutung zugeschrieben. Schon Meakins und Marschall beschrieben 1986 den Gastrointestinaltrakt als „Motor des Multiorganversagens“. Die Darmmukosa trennt die intestinale Mikroflora vom systemischen Blutkreislauf. Die Integrität der intestinalen Mukosa hängt aufgrund besonderer anatomischer Verhältnisse in den Darmvilli entscheidend von einer stabilen Perfusion der Mikrozirkulation ab. Unter bestimmten Umständen (Trauma, Schock, Endotoxinämie, etc.) kommt es zu einer Minderperfusion der Zottenspitzen in den Darmvilli und zur Störung der intestinalen Barrierefunktion. Eine Translokation von Bakterien und bakteriellen Produkten in die Mikrozirkulation über das physiologische Maß hinaus mit der Aktivierung der systemischen Immunantwort durch inflammatorische Zytokine ist die Folge. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Gabe von APC bei experimenteller Endotoxinämie die funktionelle Kapillardichte, als ein Maß der mikrozellulären Perfusion, signifikant verbessert. Darüber hinaus wirkt APC antiinflammatorisch, indem es die Leukozytenadhärenz am Endothel submuköser intestinaler Venolen reduziert. Diese Effekte von APC, die in anderen Arbeiten ebenfalls beobachtet werden konnten, sind nun in dieser Arbeit zum ersten Mal auch an der Darmwand festgestellt worden].
Als ein hochwirksamer Mechanismus zur Generierung und Aufrechterhaltung einer lokalen Toleranz des adaptiven Immunsystems wurde die durch inflammatorische Stimuli, wie IFN-gamma, TNF-alpha oder Lipopolysaccharide, induzierbare Enzymaktivität der Indoleamin 2,3- Dioxygenase (IDO) erkannt, welche durch den Abbau der essentiellen Aminosäure Tryptophan die Bildung toxischer/immunregulativer Metabolite (Kynurenine) initiiert, und dadurch adaptive Immunreaktionen durch Bildung eines tolerogenen Milieus am Ort ihrer Expression wirkungsvoll unterdrückt. Das in der Sepsis beobachtete Versagen des Immunsystems wird als Immunparalyse bezeichnet. Darunter wird die anhaltende Hypoinflammation bei persistierender Infektion im septischen Syndrom verstanden. Der funktionelle Immunzelldefekt, durch den die septische Immunparalyse gekennzeichnet ist, scheint maßgeblich für die Mortalität in der hypoimmunen Phase des septischen Syndroms verantwortlich zu sein. Die zuvor genannten Beobachtungen führen zu der Frage, inwieweit eine Steigerung des durch IDO eingeleiteten Kynureninabbauweges im septischen Syndrom beobachtet werden kann, und ob ein Zusammenhang mit dem Schweregrad des Syndroms und damit mit der Pathophysiologie der Sepsis besteht. Die frühzeitigere und richtige Erkennung einer Sepsis bei gefährdeten Patienten würde einen bedeutenden Vorteil bei der erfolgreichen Behandlung gewähren. Ein besseres Verständnis der immunregulativen Mechanismen in der Sepsis könnte von entscheidender Relevanz für die Beeinflussung der mortalitätsdeterminierenden Immunparalyse und damit für die erfolgreiche Behandlung der Sepsis sein. Aus diesem Verständnis ließen sich immunmodulatorische / immunrekonstitutive Therapieansätze ableiten. Zur Bestimmung der Kynureninstoffwechselaktivität bei septischen Patienten wurde eine Methode zur simultanen Messung von Schlüsselmetaboliten dieses Stoffwechsels mittels quantitativer Tandem Massenspektrometrie etabliert. Diese ermöglichte die näherungsweise Bestimmung der IDO Aktivität sowie der Aktivität des durch sie eingeleiteten Stoffwechselweges aus humanen Plasmaproben. Im Rahmen einer klinischen Studie an 100 intensivtherapierten chirurgischen Patienten wurde der Verlauf der Plasmakonzentrationen der Schlüsselmetabolite während des Intensivaufenthaltes gemessen und mit intensivmedizinischen Routinelaborparametern, immunologischen Laborparametern sowie klinischen Parametern und Scores verglichen. In septischen Patienten ist der durch IDO eingeleitete Kynureninabbauweg deutlich aktiviert. Die Aktivierung des Abbauweges erfolgt sehr früh im septischen Syndrom und differenziert in dem untersuchten Patientengut septische von nicht septischen Patienten besser als Procalcitonin (PCT). In einer multivariaten Varianzanalyse konnte ein Zusammenhang besonders hoher Plasmakonzentrationen der Kynurenine mit dem Zustand des septischen Schocks sowie mit dem septischen Nierenversagen nachgewiesen werden. Die plasmatische Akkumulation der Kynurenine in der Niereninsuffizienz wurde im Rahmen einer weiteren Studie an Patienten in verschiedenen Stadien einer Niereninsuffizienz näher untersucht. Ein Anstieg der Plasmakonzentrationen der Kynurenine in Abhängigkeit von der Schwere der Niereninsuffizienz konnte in dieser Studie auch unabhängig von dem Vorliegen einer Sepsis gezeigt werden. Niedrige Tryptophanspiegel im Plasma von kritisch kranken und septischen Patienten sprechen für eine verminderte Verfügbarkeit von Tryptophan für abhängige Stoffwechselwege, wie die Synthese von Indoleaminen und als Substratquelle für den zellulären Energie- stoffwechsel. Die beobachteten Konzentrationen der Kynurenine erreichen Werte, welche in vitro und in vivo im Mausmodell durch eine zytotoxische Wirkung auf natürliche Killerzellen, B-Lymphozyten und insbesondere T-Lymphozyten als immunregulatorisch wirksam nachgewiesen wurden. Es kann somit festgehalten werden, dass bei septischen Patienten ein immunsuppressiver Mechanismus zu einem sehr frühen Zeitpunkt aktiviert wird und eine systemische Ausprägung erfährt, die sich experimentell als hoch wirksam erwiesen hat. Die Beobachtung der erhöhten Konzentrationen der Kynurenine und deren Korrelation mit Indikatoren chronischer Entzündungsprozesse hsCRP (High Sensitivity C Reactive Protein) und sTNFR-1 (Soluble Tumor Necrose Factor Receptor-1) bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz stützen die These sowie neuere Erkenntnisse einer chronischen Inflammation als zugrundeliegenden Pathomechanismus des Nierenversagens. Die vorliegenden Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse über einen immunsuppressiven Mechanismus, welcher in der Sepsis bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt des Syndroms aktiviert wird und eine mögliche Bedeutung für die Entstehung der septischen Immunparalyse sowie des akuten Nierenversagens im septischen Multiorganversagen haben könnte.
Untersuchung zum Einfluss von Dehydroepiandrosteron auf die intestinale Mikrozirkulation bei experimenteller Endotoxinämie Abstrakt Einleitung: Sepsis und septischer Schock stellen die Haupttodesursachen auf chirurgischen Intensivstationen dar. Das Ziel dieser Studie war es den Einfluss von Dehydroepiandrosteron (DHEA) auf die intestinale Mikrozirkulation bei experimenteller Endotoxinämie mittels Intravital-Mikroskopie (IVM) zu untersuchen. Methodik: Die Studie wurde mit 40 männlichen Lewis 1A Ratten durchgeführt. Die Tiere wurden in 4 Gruppen unterteilt: 1. Kontrollgruppe, 2. DHEA-Gruppe, 3. LPS-Gruppe, 4. DHEA+LPS-Gruppe. Die DHEA-Gabe erfolgte als pre-treatment (28 mg/kgKG i.m.). Endotoxinämie wurde mit 5 mg/kgKG LPS von E. coli induziert. Klinische Parameter (mittlerer arterieller Blutdruck, Herzfrequenz, Körpertemperatur) wurden gemessen. Bei allen Tieren erfolgte IVM der Leukozytenadhärenz in Venolen 1° und 3° in submukösen Schichten. Die funktionelle Kapillardichte (FCD) der longitudinalen und circulären Muskelschicht sowie der intestinalen Mukosa wurde gemessen. Blutentnahmen erfolgten zur Messung der Konzentrationen von TNF-alpha, IFN-gamma, IL-1 alpha, GM-CSF, IL-4 und des Laktats. Ergebnisse: 90 Minuten nach Endotoxinexposition sank die FCD signifikant in der nicht-therapierten LPS-Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe. DHEA-Applikation verbesserte die FCD signifikant. Die Leukozyten-Endothel-Interaktion war in der nicht-therapierten LPS-Gruppe signifikant erhöht, im Vergleich zur Gruppe 1, jedoch signifikant reduziert in der DHEA-behandelten LPS-Gruppe. Konzentrationen proinflammatorischer Zytokine (TNF-alpha, IL-1 alpha) sowie die Laktatkonzentration waren in den nicht-therapierten LPS-Gruppen zum Zeitpunkt t=165 Minuten erhöht. DHEA-Behandlung reduzierte diese Konzentrationen signifikant. Schlussfolgerung: DHEA-Gabe verbessert die intestinale FCD, senkt die Leukozytenadhärenz und die Konzentration von TNF-alpha, IL-1 alpha sowie Laktat bei experimenteller Endotoxinämie.
Die adäquate Therapie und damit das Outcome von Patienten mit schwerer Sepsis und septischem Schock sind trotz intensiver Forschung nach wie vor unbefriedigend. Dabei stellt auch die Diagnose und Behandlung der sepsis-assoziierten Enzephalopathie eines der ungelösten Probleme dar. In den letzten Jahren wurden große Hoffnungen in das später vom Markt genommene Drotrecogin alpha gesetzt. In der hier vorliegenden Arbeit sollte zunächst ein geeignetes Modell zur Untersuchung der zerebralen Mikrozirkulation etabliert werden. Hierzu wurden Pia mater-Gefäße mittels Trepanation freigelegt und die bereits von der Forschung an der intestinalen Durchblutung etablierte Intravitalmikroskopie, welche als Vergleichsmethode benutzt wurde, eingesetzt. Daraufhin wurde die Anwendung zweier, in der experimentellen Forschung häufig verwendeter Sepsismodelle geprüft. Diese waren einerseits die Induktion einer Endotoxinämie mittels direkter Applikation von E.coli-Toxinen sowie andererseits die Auslösung einer Septikämie mittels CASP-Operation. In beiden Versuchsmodellen ließ sich eine adäquate septische Reaktion mit relevanter Störung der zerebralen Mikrozirkulation sowie Aktivierung der Leukozyten-Endothel-Interaktion nachweisen. In einem zweiten Schritt wurden an einem dieser beiden Modelle, der Endotoxinämie, Auswirkungen einer Therapie mit aktiviertem Protein C untersucht. Es fand sich ein protektiver Einfluss auf die Kapillarperfusion, sowie eine Reduktion der Leukozytenadhärenz. Bezüglich der Makrozirkulation sowie der Plasmaextravasation ließen sich keine signifikanten Veränderungen beobachten. Die Ergebnisse dieser Untersuchung bestätigen Effekte von aktiviertem Protein C auf die Mikrozirkulation, die bereits an anderen Organen und Geweben erhoben wurden. Trotz der Marktrücknahme des rekombinant hergestellten Wirkstoffes auf Grund nicht reproduzierbarer Effekte auf die Sepsis-Mortalität bleibt somit die Frage, ob in den kommenden Jahren eine Wiedereinführung der Medikation bei spezifischen Patientengruppen und Organdysfunktionen sinnvoll ist.
Die Diagnostik der schweren Sepsis und des septischen Schocks stellt eine Herausforderung dar, denn noch heute kann nur ein Zusammenspiel aus vielen Einzelparametern einen Anhalt für eine septische Erkrankung geben. Die Abnahme von Blutkulturen gilt dabei als Goldstandard der Diagnostik einer Sepsis und des septischen Schocks und stellt ein wichtiges Hilfsmittel dar, um Erreger nachweisen zu können. Diese Suche der verursachenden Erreger im Blut dient der adäquaten Therapieeinleitung. Die gezielte Antibiotikawahl kann bei Sepsispatienten das Outcome verbessern, die Krankenhausliegezeit verkürzen sowie einer Resistenzentwicklung entgegenwirken.
Mit der vorliegenden Arbeit sollten Zusammenhänge zwischen der Anzahl abgenommener Blutkultursets und der Positivitätswahrscheinlichkeit bei Patienten mit schwerer Sepsis und septischen Schock unter den heutigen Bedingungen einer Leitlinien-orientierten Diagnostik und Therapie untersucht werden. Damit sollten Empfehlungen bezüglich der Anzahl zu entnehmender Blutkultursets aufgezeigt werden. In einer retrospektiven Datenanalyse wurden die Daten von 590 Patienten der Universitätsmedizin Greifswald mit schwerer Sepsis und septischen Schock und damit 4464 Blutkultursetergebnisse analysiert. Es wurden unterschiedliche Gesichtspunkte aus zwei Gruppen untersucht und miteinander verglichen. Der erste untersuchte Schwerpunkt umfasste alle Blutkulturpaare, die während der beiden definierten Zeiträume entnommen wurden. Letztendlich konnte gezeigt werden, dass für beide Zeitgruppen mit der Entnahme von drei Blutkultursets Positivitätswahrscheinlichkeiten über 98% erreicht werden konnten.
Es wurden ebenfalls die Positivitätsraten für verschiedene Keimspezies untersucht. Es konnte bei der überwiegenden Anzahl der detektierten Keimspezies die Entnahme von drei Blutkultursets empfohlen werden. Bei einigen Problemkeimen wie z.B. P. aeruginosa sollte im Vorfeld eine Abwägung für die Wahrscheinlichkeit des Keims als ursächlich für die Sepsis erfolgen. Ist die Wahrscheinlichkeit hoch, sollten als praktische Konsequenz vier Blutkulturpaare entnommen werden.
Weiterhin wurden die Positivitätswahrscheinlichkeiten der verschiedenen Primärfokusse verglichen. Hier reichte es in der 2-Stunden-Gruppe aus, zwei Blutkultursets zu entnehmen, um eine über 95%ige Nachweisrate von Erregern zu erzielen. Im Vergleich dazu zeigte sich für die 24-Stunden-Gruppe, dass dafür drei Blutkulturpaare notwendig waren. Da der Respirationstrakt und der abdominelle Fokus
fast Dreiviertel aller Fokusse in unserer Studie darstellten, sollte bei diesen Primärfokussen die Positivitätsrate möglichst hoch angestrebt werden. Daher zogen wir das praktische Fazit, dass auch hier unabhängig der Zeitgruppe drei Blutkulturen entnommen werden sollten. Somit sollten drei Blutkultursets bei Sepsisverdacht aus einer Punktionsstelle vor dem Beginn einer Antibiotikatherapie entnommen werden. Neben einer deutlichen Zeitersparnis konnten für die meisten Mikroorganismen sowie Primärfokusse damit maximale Positivitätswahrscheinlichkeiten erzielt werden. Von einer Entnahme von nur einem Set sollte abgesehen werden. Die Differenzierung bei einem Hautkeimnachweis in einer entnommenen Blutkultur zwischen einer möglichen Kontamination oder einer echten Bakteriämie ist dabei nur bedingt zu interpretieren. Für noch konkretere Aussagen und zur stetigen Verbesserung unserer Medizin sind weitere Studien mit dieser Thematik entsprechend unabdinglich.
In dieser Arbeit wurde LOX-1 der Ratte kloniert und rekombinant dargestellt. Es wurden polyklonale Antikörper gegen zwei Bereiche von LOX-1 generiert. Der zytosolische Bereich von LOX-1 wird in vitro phosphoryliert. Ischämie führt im Rattenherzen zu vermehrter Expression von LOX-1. Vorbehandlung der Tiere mit Sildenafil kann diesen Effekt vermindern. LPS-Induzierte Sepsis führt im Rattendarm zu vermehrter Expression von LOX-1 auf mRNA-Ebene.
Sepsis ist ein Krankheitsbild mit ausgeprägter klinischer Relevanz, das im klinischen Alltag immer wieder große Probleme aufwirft. Zum einen sind die zugrunde liegenden pathophysiologischen Vorgänge im Wesentlichen unverstanden und zum anderen sind große interindividuelle Unterschiede im Erfolg verschiedener Therapieansätze zu beobachten. Die Funktion und Relevanz von Arzneimitteltransportern ist letztlich unklar und unter Umständen stellen sie Einflussgrößen dar, die sich auf Therapie und Prognose einzelner Patienten auswirken können. Des Weiteren muss aufgrund der Vielzahl der parallel verwendeten Wirkstoffe von einem großen Interaktionspotential der verwendeten Substanzen ausgegangen werden. Im Rahmen der vorgelegten Dissertation wurde die Frage eruiert, ob eine systemische Entzündungsreaktion die Expression dieser Transportproteine beeinflusst. Dafür standen Proben zweier unterschiedlicher Sepsismodelle zur Verfügung, die mittels quantitativer PCR und Immunfluoreszenz auf die Expression der pharmakologisch wichtigen ABC-Transporter P-gp, mrp2, BCRP1 und mrp5 in verschiedenen Organen hin untersucht wurden. Bis auf das mrp2, das nur in Darm, Niere und Leber detektiert werden konnte, konnten alle untersuchten Transporter in den betrachteten Organen auf mRNA-Ebene nachgewiesen werden. Diese Befunde wurden teilweise mittels Immunfluoreszenz-Untersuchungen bestätigt. So konnte beispielsweise die kanalikuläre Lokalisation des mrp2 bestätigt und MRP5, wie schon für das humane Herz beschrieben, in den Kardiomyozyten und Endothelzellen lokalisiert werden. Der Vergleich der Sepsismodelle und der nativen Proben zeigt ein uneinheitliches Bild: Hier wurden in den meisten Fällen erhöhte Expressionsspiegel für die CASP-Sepsis beobachtet, wohingegen es beim LPS-Modell vorrangig zu einer Abnahme kam. Lediglich mrp2, das in beiden Modellen vermindert exprimiert war, bildete hier eine Ausnahme. Diese sehr differierenden Ergebnisse sind dabei sehr wahrscheinlich im Versuchdesign begründet. Aufgrund der unterschiedlichen Applikationsverfahren ist beispielsweise mit verschiedenen Anwartzeiten und einem differierenden Zytokinprofil zu rechnen, wodurch die voneinander abweichenden Effekte hinsichtlich der Transporterexpression zu erklären wären. Betrachtet man die Ergebnisse im Einzelnen, so zeigt sich für P-gp nur im CASP-Sepsismodell eine signifikante Expressionsänderung. Die hier beobachtete gesteigerte Transporterexpression könnte durch eine Verminderung der lokalen und systemischen Verfügbarkeit von P-gp Substraten auch funktionelle Bedeutung haben. Die ebenfalls gemessene BCRP1-Expression unterlag insgesamt erheblichen Schwankungen, so dass hier keine eindeutigen Ergebnisse erzielt werden konnten. Für BCRP1 konnte lediglich im Gehirn während beiden Sepsisanordnungen eine deutlich erhöhte Expression festgestellt werden. Vor dem Hintergrund einer möglichen cerebralen Hypoxie im Rahmen der Sepsis, könnte die Zunahme als kompensatorischer Schutzmechanismus vor Akkumulation von BCRP1-Substraten, wie beispielsweise Porphyrinen, interpretiert werden. Die cGMP/cAMP-Effluxpumpe mrp5 zeigt schließlich in allen Organen der CASP-Gruppe ebenfalls eine Expressionszunahme, während es im LPS-Modell in Darm, Niere und Milz zu einer Expressionsabnahme kommt. Es wird diskutiert, ob der Transporter an der Regulation der intrazellulären Konzentration der second messengers cAMP und cGMP beteiligt ist, was im Hinblick auf eine sepsisbedingte Vasodilatation und myokardiale Depression, die beide u.a. über den NO-cGMP-Signaltransduktionsweg reguliert werden, von Interesse wäre. Im Rahmen der Experimente kam es in den Herzproben bei LPS- bzw. CASP-Sepsis zu einem gleich bleibenden Verhalten bzw. zu einer Zunahme des Transportervorkommens, so dass letztlich keine sichere Korrelation zwischen den pathophysiologischen Veränderungen im Rahmen einer Sepsis und der Funktion von mrp5 gestellt werden kann. Zusammenfassend kann man eine Beeinflussung der Transporter durch ein septisches Geschehen ausmachen, wobei die klinische Relevanz und Funktion der Transporter durch weitere Analysen zu klären bleibt.
Trotz der Fortschritte der modernen Medizin beschränkt sich die kausale Therapie der schweren Sepsis und des septischen Schocks auf die Fokussanierung und die kalkulierte antiinfektive Therapie. Eine Antibiotikagabe sollte hierbei sofort nach Sepsisdiagnose und Gewinnung von Blutkulturen erfolgen. Weiterhin kann die Dosierung und Applikationsdauer der Antibiotika bei diesem Patientengut ein Problem darstellen.
Ziele der vorliegenden Arbeit waren die Untersuchung des Einflusses einer frühen und adäquaten Antibiotikatherapie auf die Sterblichkeit und die Liegedauer der Patienten. Hierzu wurden im Rahmen einer prospektiven Untersuchung 950 Patienten zwischen 2006 und 2013 erfasst und untersucht. Zudem wurden 301 dieser Patienten, welche initial Meropenem erhielten, hinsichtlich verschiedener Dosierungs- und Infusionsregime gesondert betrachtet. Weitere Untersuchungsschwerpunkte waren die verabreichten Antiinfektiva, die nachgewiesenen Erreger und der Sepsisfokus.
Als Ergebnisse der vorliegenden Arbeit können festgehalten werden:
1. Der Fokus hat Einfluss auf das Überleben der Patienten. Patienten mit urogenitalem Fokus wiesen in Subgruppenanalysen die niedrigste Sterblichkeit auf. 2. Carbapeneme waren die mit Abstand am häufigsten eingesetzten Antibiotika (33,6%), mit 65,4% machten die Betalaktamantibiotika die größte Substanzklasse aus. 3. Von den Patienten erhielten 50,7% eine Kombinationstherapie und bei 18,5% der Patienten erfolgte in den ersten 24 h eine Umstellung der Therapie. Es ergaben sich keine signifikanten Unterschiede hinsichtlich Sterblichkeit und Liegedauer. 4. Insgesamt 122 (12,8%) Patienten wurden kalkuliert antimykotisch behandelt. Es erfolgte jedoch nur bei 27 (2,8%) Patienten in den Blutkulturen ein Pilznachweis, von diesen wurden initial 13 Patienten kalkuliert antimykotisch behandelt. Die Krankenhausliegedauer und die Sterblichkeit dieser Patienten lag signifikant höher als bei Patienten ohne Pilznachweis bzw. ohne Antimykotikagabe. 5. Von den 950 Patienten wurden 767 (80,7%) entweder nach Antibiogramm oder Leitlinie adäquat behandelt. Bezüglich der 90-Tage-Sterblichkeit zeigte sich eine niedrigere Sterblichkeit in der Gruppe von Patienten, welche eine nach Antibiogramm oder Leitlinie adäquate Therapie erhielten. 6. In der untersuchten Population betrug die mediane Dauer bis zur ersten kalkulierten Antibiotikagabe 40 min und die durchschnittliche Dauer 98,28 min. Die 90-Tage-Sterblichkeit und die Intensivliegedauer war in einigen Subgruppen niedriger, wenn die erste Antibiotikadosis innerhalb von 180 min nach Sepsisdiagnose verabreicht wurde.
7. In der bivariaten Betrachtung zeigt sich der Zusammenhang zwischen der Adäquatheit sowie dem Zeitpunkt des Beginns der antimikrobiellen Therapie deutlicher. In der Gruppe von Patienten ohne adäquate Therapie nahm die 28-Tage-Sterblichkeit alle 180 min um 4-5% zu. Die 90-Tage-Sterblichkeit nahm in diesem Zeitraum um 6,4-7,5% zu. 8. In der Subgruppenanalyse von Patienten welche mit Meropenem behandelt wurden, zeigten sich Vorteile hinsichtlich einer prolongierten Infusion (4 h) von insgesamt 6 g/d. In dieser Gruppe lag die Sterblichkeit signifikant niedriger.
Die schwere Sepsis und der septische Schock sind ein intensivmedizinischer Notfall. Es lässt sich in Zusammenschau der Ergebnisse festhalten, dass im Sinne des „hit hard and early“- Prinzips eine frühe und adäquate, kalkulierte antiinfektive Therapie hinsichtlich des Überlebens und der Liegedauer von Patienten mit schwerer Sepsis und septischem Schock zu bevorzugen ist. Weiterhin sollten der Pharmakokinetik und -dynamik der Betalaktamantibiotika, wie z. B. Meropenem, nach initialer Bolusgabe mit einer prolongierten bzw. kontinuierlichen Infusion Rechnung getragen werden. In Kombination mit einem TDM können zudem Fehldosierungen vermieden werden.
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.
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.
Der Vigileo™ Monitor bietet gemeinsam mit dem FloTrac™ Druckwandler die Möglichkeit einer minimalinvasiven Herzzeitvolumenmessung ohne vorherige Kalibration. Bei einem Bias von 0,725 L/min., einem Übereinstimmungsintervall von -2,160 L/min. bis 3,609 L/min. und einem prozentualen Fehler von 49,15% ist die Genauigkeit im Vergleich zur transpulmonalen Thermodilution vermindert. Aufgrund der Funktionsweise des zugrundeliegenden APCO-Algorithmus ergibt sich die theoretische Möglichkeit eines Fehlers auf vier Ebenen: Ein bei jeder Messsituation und jedem Patienten dem Algorithmus zugrunde liegender Fehler, ein Fehler durch individuelle Merkmale des Patienten, ein der Messsituation zuzuordnender Fehler und ein situationsunabhängiger zufälliger Messfehler. Die Modellierung einer interindividuellen und einer intraindividuellen Varianz mit einer gemischt linearen Regressionsgleichung zeigte keine bessere Anpassung gegenüber einer generalisierten linearen Gleichung, welche diese Unterschiede nicht berücksichtigt. Somit ist ein Vergleich von Studien mit einer unterschiedlichen Anzahl von Messpunkten pro Patient zulässig. Es wurde gezeigt, dass der APCO-Algorithmus zu niedrige Werte ergibt bei hohem Herzzeitvolumen oder niedrigem systemischen Widerstandsindex. Entsprechend wurden zu hohe Werte gefunden bei einem hohem systemischen Widerstandsindex, niedrigem Herzzeitvolumen, globalen enddiastolischem Index, arteriellem Mitteldruck und niedrigem kardialen Funktionsindex. Unter Berücksichtigung der o.g. Kovariablen reduzierte sich der residuelle prozentuale Fehler auf 21,48%, was eine mit der transpulmonalen Thermodilution vergleichbare Genauigkeit darstellen würde. Das mituntersuchte Online Correction System zeigte ähnliche Messwertdifferenzen mit einem Bias von 0,606 L/min., einem Übereinstimmungsintervall von -2,805 bis 4,018 L/min. und einem prozentualen Fehler von 57,78%. Im Gegensatz zum APCO-Algorithmus weist das Online Correction System eine bedeutende interindividuelle Variabilität auf, sodass bei der statistischen Analyse die Anzahl der Messpunkte pro Patient zu berücksichtigen ist. Weiterhin wurde in der Auswertung ebenfalls bei hohem Herzzeitvolumen ein zu niedriges Ergebnis für das Online Correction System gefunden, zu niedrige Werte waren ebenso bei niedrigem systemischen Widerstandsindex, hohem arteriellen Mitteldruck und hoher Dobutamindosis zu beobachten. Zu hohe Werte waren bei hohem APACHE II-Score, hohem zentralvenösem Druck und entsprechend bei hohem systemischen Widerstandsindex oder niedrigem arteriellen Mitteldruck zu erkennen. Der residuelle prozentuale Fehler verringerte sich nach Berücksichtigung der Kovariablen auf 21,36%, was ebenfalls der transpulmonalen Thermodilution vergleichbar wäre.
Eine Sepsis ist die schwerste Verlaufsform einer akuten Infektion. Sie stellt trotz intensiver Forschung und einer langen Historie insbesondere in dem intensivmedizinischen Bereich immer wieder vor neue Herausforderungen. Die Ausprägungen können sich auf zirkulatorischer, zellulärer und metabolischer Ebene zeigen und imponieren durch vielseitige klinische Manifestationen. Bedingt durch die aktuelle Altersstruktur der Bevölkerung und den zahlreichen Komorbiditäten stellt die Sepsis ein Krankheitsbild mit hoher Sterblichkeitsrate dar.
In der vorliegenden Arbeit untersuchten wir im Tiermodell die pleiotropen Wirkungen von Simvastatin in der Sepsis bei experimenteller Endotoxinämie. Damit griffen wir die Ergebnisse klinischer Studien auf, die besagen, dass eine Veränderung des Fettstoffwechsels die Mortalität der Sepsis verringert.
Unser Interesse richtete sich dabei auf die intestinale Mikrozirkulation. Mittels Intravitalmikroskopie wurde die Leukozytenadhärenz der Venolen der submukösen Darmwand und die funktionelle Kapillardichte in den unterschiedlichen Schichten der Darmwand untersucht. Da sich die Sepsis sehr vielseitig manifestiert, erfolgte begleitend zu dem Versuchsablauf eine kontinuierliche Messung der
hämodynamischen Parameter. Mit Hilfe von repetitiven Blutentnahmen, wurden die metabolischen Veränderungen protokoliert.
Nach LPS induzierter Endotoxinämie führte die Simvastatingabe im Versuchsablauf zu keiner Verbesserung der infekttypischen, hämodynamischen intestinalen Situation. In der Intravitalmikroskopie zeigten sich keine proangiogenen Veränderungen der Kapillardichte in der Lamina muscularis longitudinalis und circularis. Bei der Beobachtung der Leukozyten-Endothelinteraktion konnte zwar ein Anstieg der Leukozytenadhärenz festgestellt werden, jedoch kein protektiver Effekt nach Medikamentengabe.
Unsere Hypothese, dass eine Lipidmodulation mit Simvastatin in der akuten Sepsistherapie eine wichtige Rolle spielen könnte, wurde in unserem Versuchsaufbau nicht nachgewiesen. Die pleiotropen Effekte des Medikamentes in niedriger Dosierung scheinen keinen Einfluss auf das septische Geschehen zu haben. Die von uns vermutete Wirkung scheint eher bei einer prophylaktischen und langfristigen Einnahme gegeben zu sein. Dies könnte Gegenstand der Betrachtung von weiteren Untersuchungen sein.
Auch eine initial höhere therapeutische Dosierung und mehrfach Gabe eines Statins über einen längeren Zeitraum könnte Gegenstand einer weiteren Untersuchung sein.
Sepsis ist eine der häufigsten Todesursachen und doch in der Bevölkerung und auch zum Teil von ärztlichen Kollegen unterschätzt. Bis heute bilden Blutkulturen den Goldstandard in der Diagnostik einer Sepsis. Das gerade eine schnelle Therapie für das Outcome der Erkrankten entscheidend ist, konnte bereits durch viele Studien und Publikationen gezeigt werden. Bei einer Analyse der Abläufe der Blutkulturdiagnostik im Universitätsklinikum Greifswald stießen wir auf eine deutliche Zeitverzögerung durch den Transport von beimpften, nicht bebrüteten Blutkulturen von schwer Erkrankten in das ausgelagerte mikrobiologische Labor. Als Folge verzögert sich die gesamte Kette der Blutkulturdiagnostik und damit einhergehend auch die Therapieanpassung. In unserem Setting fand sich lediglich für 12,29 % der Blutkulturen keine Zeitverzögerung durch verzögerte Transporte beimpfter Blutkulturen zum mikrobiologischen Labor oder durch ein Positivitätssignal der bebrüteten Blutkultur außerhalb der Laboröffnungszeiten für Blutkulturen der Labor-Gruppe. Um diesem Defizit entgegenzuwirken untersuchten wir den Effekt einer Blutkulturbebrütung vor Ort. Wir fanden im Vergleich zur Bebrütung im ausgelagerten Labor eine signifikante Reduktion der Zeit bis zum mikrobiologischen Ergebnis der Erregerdiagnostik mit Resistogramm (TTR). Durch die Installation eines Bebrütungssystems auf der Intensivstation konnte zudem die Zeit bis zum Wissen um Blutkulturpositivität deutlich reduziert werden. Die hier gezeigten Daten zeigen durch eine unmittelbare vor Ort Bebrütung einen Lösungsansatz für die Optimierung der Präanalytik der Blutkulturdiagnostik bei schwer kranken Patienten. Insbesondere für Kliniken mit externer Mikrobiologie können unsere Schlussfolgerungen von Interesse sein.
Mechanische Beatmung als lebensnotwendige intensivmedizinische Maßnahme kann die intestinale Mikrozirkulation schädigen und einen beatmungsassoziierten Lungenschaden verursachen. Der Einfluss von Pressure Support Ventilation (PSV) versus kontrolliert mechanischer Beatmung (CMV) auf die intestinale Mikrozirkulation, den alveolären Lungenschaden, den Gasaustausch und die Zytokinaktivierung in der bronchoalveolären Lavage (BAL) bei experimenteller Sepsis und experimenteller Lungenschädigung wurde untersucht. 60 männliche Sprague-Dawley Ratten wurden je einer Kontrollgruppe, einer Säuregruppe oder einer Sepsisgruppe randomisiert zugeteilt. 15 Stunden vor Beginn der Experimente wurde bei 20 Tieren zur Induktion einer experimentellen Sepsis die Colon Ascendens Stent Peritonitis (CASP) - Operation unter sterilen Bedingungen durchgeführt. 20 Tiere dienten als Kontrolltiere und bei 20 Tieren wurde ein Lungenschaden mittels intratrachealer Applikation von 2,5 ml/kg HCL pH 1,25 induziert. Pro Versuchsreihe wurde je eine Gruppe mit 10 Tieren druckunterstützt (PSV) und die andere Gruppe volumenkontrolliert (CMV) beatmet. Die Hämodynamik und der Gasaustausch wurden überwacht. Mittels intravitaler Fluoreszenzmikroskopie im Bereich des terminalen Ileums wurden die Leukozytenadhärenz (n/mm2) und die funktionelle Kapillardichte (mm/mm2) analysiert. Nach der Tötung der Versuchstiere mittels KCl erfolgte die Autopsie mit Entnahme der BAL zur Zytokinbestimmung und Gewinnung von Gewebeproben für die Bestimmung des alveolären Lungenschadens. Bei den CASP-Tieren zeigte sich eine signifikante Einschränkung der intestinalen Mikrozirkulation, jedoch ohne Entwicklung eines indirekten Lungenschadens. Tiere mit Säure-induzierter Lungenschädigung zeigten eine steigende Elastance und einen signifikanten Abfall des Oxygenierungsindex, der jedoch stets bei Werten oberhalb 300 mmHg lag. Trotz der nur milden Reduktion des Oxygenierungsindex bei den Tieren der Säuregruppe kam es zu einer ähnlich ausgeprägten Schädigung der intestinalen Mikrozirkulation wie bei den Sepsistieren. Im Vergleich zur PSV zeigte sich für die CMV ein protektiver Effekt auf das Ventilations-Perfusion-Verhältnis. Bei Tieren der Säuregruppe ließen sich unter kontrollierter Beatmung niedrigere Zytokinkonzentrationen in der bronchoalveolären Lavage nachweisen. Die erhaltene Spontanatmung (PSV) zeigte einen positiven Effekt bezogen auf die Dehnbarkeit des Lungengewebes. Zusätzlich zeigte sich ein Trend zu einer milderen Ausprägung des alveolären Lungenschadens. Verglichen mit CMV, konnte bei Tieren mit PSV eine niedrigere Leukozytenadhärenz und eine bessere funktionelle Kapillardichte in der Intravitalmikroskopie gezeigt werden. Unsere Arbeit konnte einen protektiven Effekt der erhaltenen Spontanatmung (PSV) auf die intestinale Mikrozirkulation nachweisen. Weiterhin zeigte sich, dass bereits ein mildes Aspirationstrauma die intestinale Mikrozirkulation schwerwiegend schädigen kann, was den Stellenwert der Prävention von Aspirationsgeschehen im klinischen Alltag verdeutlicht.
In der vorliegenden Arbeit wurde die Kombination von Dehydroepiandrosteron und Orthovanadat bei experimenteller Endotoxinämie als Tiermodell der Sepsis untersucht und das Outcome einer solchen Therapie im Hinblick auf Leukozyten- Endothel-Interaktion, Kapillarperfusion, Vitalparameter, Blutgasanalyse und Zytokinfreisetzung evaluiert. Es wurden sechs Versuchsgruppen mit je zehn Tieren in die Studie eingeschlossen. Im Versuchsablauf erfolgte 2,5 Stunden nach der chirurgischen Präparation und der Gabe der Testsubstanzen (oder Placebo) die intravitalmikroskopische Untersuchung des Intestinums. Hierbei wurde in submucosalen, postkapillären und Sammel- Venolen die Leukozytenadhäsion gemessen und die Kapillardichte in der longitudinalen und zirkulären Darmwandmuskulatur, sowie in der Darmmucosa bestimmt. Weitere Untersuchungen schlossen die kontinuierliche Messung der Vitalparameter und die Bestimmung der Zytokinlevel und Blutgaswerte zum Zeitpunkt t = 0 min und t = 180 min des Experiments ein. In den Gruppen mit LPS-Gabe kam es zu einer initialen Senkung des Blutdrucks mit einer temporären Steigerung der Herzfrequenz. Im Verlauf stabilisierten sich diese Werte. Auch zeigten die LPS-Gruppen eine signifikante Zunahme der Leukozytenadhäsion und eine Abnahme der Kapillardichte in der Intravitalmikroskopie. In den Therapie-Gruppen mit DHEA und OV konnte eine signifikante Reduktion der Leukozytenaktivierung beobachtet werden. Die Zytokine TNF-α und IL-1, sowie das Laktat waren ebenfalls rückläufig. Im Vergleich der beiden Therapiegruppen zeigte Gruppe mit der reduzierten DHEA-Dosis leichte Vorteile. Die in der Sepsis potentiell nachteilige Vasodilatation durch DHEA wurde in unserem Experiment in der Kombination mit OV nicht beobachtet. Durch diesen Effekt und/oder immunmodulatorischer Eigenschaften der Substanzkombination, scheint das positive Outcome im Hinblick auf verringerte Leukozytenaktivierung und 119 verbesserte Kapillarperfusion in unseren Experimenten bedingt worden zu sein. Dies erscheint insbesondere für die intestinale Mikrozirkulation von besonderer Bedeutung (Darm als Motor der Sepsis).
Die vor kurzem veröffentlichten „Third International Consensus Definitions for Sepsis and Septic Shock“ verdeutlichen die unveränderte Aktualität und Relevanz der Sepsis und des septischen Schocks. Patienten mit septischem Schock besitzen eine Krankenhaussterblichkeit von 40 %. Die dritthäufigste Ursache einer Sepsis ist eine abdominelle Infektion. Aufgrund des oft lebensbedrohlichen Verlaufs insbesondere bei alten, multi-morbiden, vorerkrankten oder immunsupprimierten Patienten ist es von enormer Bedeu-tung, die Pathogenese bzw. mögliche medikamentöse Therapiepfade zu erforschen.
Das Endocannabinoidsystem besteht aus den Cannabinoidrezeptoren (CB1 und CB2) deren endogenen Liganden, sog. Endocannabinoiden (hauptsächlich Anandamid und 2-arachidonoylglycerol) und entsprechenden Enzymen für Transport und Abbau der Endocannabinoide. Das Ziel unserer Arbeit war es, am Tiermodell die Rolle des Endocannabinoid-Systems in der Sepsis zu untersuchen, um mögliche neue Therapieoptionen für die Sepsis entwickeln zu können.
Endocannabinoide können hypo- sowie hypertensive Effekte auslösen. In dem von uns gewählten Versuchsmodell (CASP) wurde nach Aktivierung des CB1- bzw. CB2-Rezeptors kein signifikanter Einfluss auf die Hämodynamik beobachtet.
Es zeigte sich in unseren Ergebnissen eine signifikante Minderung der Leukozytenadhärenz sowohl bei der Aktivierung des CB1-Rezeptors durch ACEA (2,5 mg/kg KG) als auch durch die Aktivierung des CB2-Rezeptors durch HU308 (10 mg/kg KG). In allen CASP-Gruppen zeigte sich eine signifikante Verringerung der FCD zum Zeitpunkt der Intravitalmikroskopie. Nach Gabe des CB1-Agonisten ACEA bzw. des CB2-Agonisten HU308 waren im Wesentlichen keine signifikanten Effekte im Vergleich zur unbehandelten CASP-Gruppe zu beobachten.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Endocannabinoid-System ein anti-inflammatorisches Behandlungspotential in der Sepsis aufweist. Ein akuter Einfluss auf Makro- oder Mikrozirkulation konnte in unseren Pilotexperimenten nicht beobachtet werden. Die anti-inflammatorischen Effekte der CB1- bzw. CB2-Aktivierung lassen jedoch langfristig Verbesserungen auch dieser Parameter erwarten und sollten daher in weiteren Studien untersucht werden.
Zusätzlich zu ihrer Zielstellung humane Thrombozyten auf das Vorkommen von NAP1L1 zu untersuchen, liefert diese Arbeit Anhalt für die potenzielle Funktion diese „nukleären“ Proteins in diesem anukleären Zelltyp. Eine Enflussnahme von NAP1L1 auf den Transport und ggf. Import eines Schlüsselenzyms des mitochondrialen Stoffwechsels (DLAT) erscheint als ein möglicher Mechanismus für die Einflussnahme auf systemische entzündliche Prozesse durch NAP1L1.
Für humane Thrombozyten sind die beschriebenen Veränderungen von DLAT eine der ersten Hinweise auf eine aktive Regulation der intramitochondrialen Proteinausstattung in Reaktion auf die systemische Infektion mit bakteriellen und viralen Erregern. Bislang existierten in dieser Situation nur Daten, welche z.B. die direkte Beeinflussung von Plättchen durch Erreger, z.B. durch induzierte Degradation des anti-apoptotischen BcL-x208, beschreiben.
In der Zukunft wird es wichtig sein zu ergründen, welche funktionellen Konsequenzen aus einer Mehr- oder Minderexpression von NAP1L1 im Bezug auf die thrombozytäre Mitochondrienfunktion entstehen, im Weiteren welchen pathophysiologischen Stellenwert diese Änderungen besitzen und wie man diese dann therapeutisch beeinflussen kann.
Fest steht, dass die in der Einleitung aufgeworfene Frage, ob die im Rahmen einer akuten, systemischen Entzündungsreaktion beobachteten metabolischen Veränderungen eher Ausdruck einer aktiven Regulation als eines pathologischen Defektes sind, auch auf die humanen Thrombozyten übertragen werden muss.