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Unabhängig vom medizinischen Fortschritt stellt die Sepsis auch im 21. Jahrhundert ein Krankheitsbild mit hoher Mortalitätsrate, progredienter Inzidenz und zunehmender volkswirtschaftlicher Bedeutung dar. Ein zentraler therapeutischer Faktor ist der Erhalt mikro- und makrozirkulatorischer Hämodynamik. In vorangegangenen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass die Modulation von Tyrosinkinasen und Tyrosin-Phosphatasen die Mikrozirkulation in septischen Zuständen positiv beeinflussen kann.
Wir untersuchten die Auswirkungen des Tyrosine receptor kinase B -Agonisten Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) auf die intestinale Mikrozirkulation und Leukozyten-Endothel-Interaktion unter experimenteller Endotoxinämie mittels intravitaler Fluoreszenzmikroskopie. Hierzu wurden die funktionelle, dysfunktionelle und nicht-funktionelle Kapillardichte der Lamina muscularis longitudinalis, circularis und des Stratums mucosae sowie die Leukozytenadhärenz der Venolen der submukösen Darmwand bestimmt. Ergänzend erfolgte eine Messung der hämodynamischen Parameter Herzfrequenz und mittlerer arterieller Blutdruck, sowie von Körpertemperatur, Blutgasen und Laktatkonzentration. Eine Bestimmung von Zyto- bzw. Chemokinen erfolgte mittels Fluorescent Bead Immunoassay.
Die intravenöse Applikation von BDNF führte unter Endotoxinämie zu einer signifikant erhöhten konstanten Leukozytenadhärenz in den Venolen dritten Grades der Darmwand und zu einer tendenziellen Zunahme um ca. 33 % in den Venolen ersten Grades. Die funktionelle Kapillardichte zeigte sich hingegen nach Behandlung der Endotoxinämie in den Laminae musculares longitudinalis und circularis tendenziell reduziert. Die Dichte nicht-funktioneller Kapillaren verhielt sich konkordant nach Behandlung mit BDNF tendenziell erhöht. Die Behandlung mit BDNF führte zu keiner Beeinträchtigung der Hämodynamik, jedoch zu einer signifikanten Basenabweichung unter Endotoxinämie. Eine Veränderung der Zytokinspiegel wurde nach BDNF-Applikation nicht verzeichnet.
Die Hinweise auf eine Verschlechterung der intestinalen Kapillarperfusion und der Nachweis einer verstärkten Leukozytenaktivierung nach BDNF-Applikation in systemischer Inflammation identifizieren die Blockade der durch endogenem BDNF vermittelten Kaskaden als mögliches therapeutisches Ziel. Es scheint daher sinnvoll, in weiterführenden tierexperimentellen und ggf. klinischen Studien den Nutzen von BDNF-Antagonisten in der Therapie systemisch-inflammatorischer Zustände wie der Sepsis zu evaluieren
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.
Hypertensive Schwangerschaftserkrankungen sind mit einer uterinen-vaskulären Maladaptation und/oder einem Ungleichgewicht vasokonstriktorischer und vasodilatatorischer Mediatoren im maternalen Kompartiment assoziiert. Eine generalisierte periphere Vasokonstriktion wird peripartal beschrieben. In einer prospektiven Querschnittstudie war zu klären, ob und welche funktionellen Alterationen der peripheren Mikrozirkulation mittels Laser-Doppler bereits im 2. Trimenon der Gravidität bei Frauen mit hypertensiven Schwangerschaftserkrankungen erfassbar sind. Bei 312 unausgewählten Frauen der Querschnittsstudie wurden in der 21. SSW mittels farbkodierter Doppler-Sonographie in den Strömungsprofilen der Aa. uterinae die Resistance-Indices und Notch-Phänomene ermittelt. Nach dem Auftreten der Notch-Phänomene teilten wir die Schwangeren in 3 Gruppen: Gruppe A: kein Notch (n=280); Gruppe B: unilateraler Notch (n=24); Gruppe C: bilateraler Notch (n=8). Mittels Laser-Doppler erfolgte standardisiert die Beurteilung der kutanen Mikrozirkulation am volaren Unterarm. Unter Ruhebedingungen und während der reaktiven Hyperämie wurden Parameter der Basalzirkulation (integraler Blutfluss, Erythrozytengeschwindigkeit und Erythrozytenkonzentration), Vasomotion und funktionellen Reservekapazität der Endstrombahn erfasst. Von den 312 im 2. Trimenon untersuchten Frauen konnten in 254 Fällen die Verläufe der weiteren Schwangerschaft, der Geburt und des Wochenbetts verfolgt werden. In der prospektiven Studie erfolgte die Gruppenzuordnung nach dem späteren Auftreten hypertensiver Schwangerschaftserkrankungen: Gruppe 1: normoton (n=228); Gruppe 2: Gestationshypertonie (n=20); Gruppe 3: Präeklampsie/Pfropfpräeklampsie (n=6). In die Auswertung gingen Parameter des maternalen und perinatalen Auskommens ein. Die statistische Bearbeitung erfolgte mit dem Programm SPSS 11.5; Mann- Whitney-Test, bivariate Korrelationsanalyse nach Spearman, p<0,05. In der Querschnittsuntersuchung wiesen Schwangere der Gruppe C kutan geringere integrale Blutflusswerte (p<0,05) und tendenzielle Einschränkungen der Erythrozytengeschwindigkeiten unter Ruhebedingungen auf als Frauen der Gruppen A und B. Zwischen den Gruppen A und B fanden sich keine Unterschiede der kutanen Mikrozirkulation. In der prospektiven Studie waren unter Ruhebedingungen und während reaktiver Hyperämie tendenzielle, nicht aber signifikante Einschränkungen der Blutflussmessgrößen in Gruppen 2 und 3 nachweisbar. Im Gesamtkollektiv ergaben sich signifikante Korrelationen dieser Parameter zu den BMI und den diastolischen Blutdruckwerten im 2. Trimenon. Beziehungen zum maternalen und perinatalen Auskommen ergaben sich nicht. In Gruppe 2 gab es signifikant mehr VLBW-Kinder, in Gruppe 3 zusätzlich mehr SGA-Kinder, Frühgeborene, neonatale Verlegungen und Sectionaes. Da signifikante Alterationen des Ruheblutflusses und der funktionellen Reservekapazität im 2. Trimenon der Gravidität vor Manifestation der hypertensiven Schwangerschaftserkrankungen mittels Laser-Doppler dabei nicht erfasst wurden, ist der Einsatz der Methode im Rahmen eines Screenings bzw. zur Verlaufskontrolle einer präventiven Therapie nicht sinnvoll.
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].
Although the benefit of expedient antibiotic therapy remains unquestioned, little is known about the effects that are unrelated to their antimicrobial property but which the antibiotics may exert upon the septic microcirculation. Impairment of intestinal microcirculation has been recognized as an important factor in the pathogenesis of the septic syndrome (intestine = ¡°motor¡± of multiple organ failure). To examine the effects of various antibiotics on microcirculation is justified by the fact that one of major features of sepsis is disturbance of microcirculation. However, monitoring of pharmacological effects on intestinal blood flow is nearly impossible during acute therapy in humans and requires sophisticated equipment when applied to experimental animals. Therefore, the aim of this study was to evaluate the effects of common antibiotics on intestinal microcirculation using intravital microscopy (IVM) and on the release of the cytokines in septic and endotoxemic rats. In a first series of experiments we induced sepsis by using colon ascendens stent peritonitis (CASP) model in the rat (16 hours prior microscopy). We evaluated the effects of common antibiotics on intestinal microcirculation using intravital microscopy (functional capillary density (FCD) and leukocyte-endothelial interactions) and on the release of the cytokines TNF-¥á, IL-1©¬, IL-6 and IL-10. Metronidazole (MET) (10 mg/kg); imipenem (IMI) (20 mg/kg); tobramycin (TOB) (25 mg/kg); vancomycin (VAN) (70 mg/kg); and erythromycin (ERY) (5 mg/kg) were given intravenously 16 hours following sepsis induction. To differentiate antimicrobial from anti-inflammatory effects we performed a second series of experiments using endotoxin (LPS, i. v.) and intravital microscopic examination was performed 2 hours later. Cytokine release was estimated at the end of the experiments. In the CASP model, acute administration of metronidazole was associated with an improvement of markers of the intestinal microcirculation in septic rats (CASP). Our study showed that vancomycin stimulated leukocyte rolling, while erythromycin prevented the activation of leukocyte-endothelial interaction in postcapillary intestinal venules (V1) that occurred within 16 hours after CASP. TNF-¥á release in untreated CASP rats was twice as high in comparison to all antibiotic-treated CASP rats, except in CASP rats treated with tobramycin. Key findings of the present study are that MET and ERY were more potent than other antibiotics in improving the intestinal microcirculation in the CASP model. Protective effects of metronidazole, erythromycin and vancomycin upon the microcirculation were found in LPS model. The administration of MET or VAN or ERY led to significantly higher FCD values within the longitudinal muscular layers. Metronidazole and erythromycin significantly reduced the n umber of sticking leukocytes within the V1-venules of LPS-challenged animals. Leukocyte rolling flux was significant increased within the V1- and V3-venules of the endotoxemic rats treated with VAN. Some antibiotics showed immuno-modulatory effects: MET or IMI or VAN treated LPS rats showed increased IL-10 levels; while ERY treated LPS rats showed decreased IL-1©¬ and increased IL-6 concentrations. In conclusion, metronidazole and erythromycin exerted a positive influence upon the intestinal perfusion not only within septic microcirculation (anti-bacterial effect) but also in a pathogenically independent manner (anti-inflammatory effect); vancomycin had only anti-inflammatory actions in the endotoxin model without bacterial infection. Imipenem and tobramycin had no effect on intestinal microcirculation in septic and endotoxemic rats. The clinical usefulness of studies such as this is that they could provide important information about possible side effects or indicate some potential beneficial effects of the antibiotics. They can influence not only microcirculation but also inflammatory processes by some mechanisms that are probably unrelated to their antibiotic effect. However, these effects may be particularly relevant to the intestinal microcirculation which plays an essential role in the development of multi-organ failure in the instance of sepsis.
Zum Einfluss von Stoffwechselveränderungen auf die Autoregulation der retinalen Mikrostrombahn
(2010)
Zielstellung: Stoffwechselveränderungen beeinflussen möglicherweise die Parameter der retinalen Gefäße, die mit dem Gefäßanalysegerät (RVA, Imedos Deutschland) gemessen werden. Die Ergebnisse könnten zu einem standardisierten Untersuchungsablauf führen, der die Aussagekraft der retinalen Gefäßanalyse erhöht. Methoden: 40 gesunde Erwachsene im Alter zwischen 18 – 30 Jahren wurden hinsichtlich ihrer endothelialen Funktion der Netzhautgefäße vor und nach einer Mahlzeit gemessen (präprandial; 0,5h und 1,5h postprandial). Blutdruck (diastolisch, systolisch, MAD) und Blutzucker wurden als mögliche Einflußfaktoren definiert. Mit dem Retinal Vessel Analyzer wurde jeweils die dynamische und statische Gefäßanalyse durchgeführt. Die Parameter der der statischen Analyse waren dabei die Durchmesser der Venen und Arterien, sowie der arterio-venöse Quotient (AV- Quotient). Die dynamische Analyse ermittelte die durch Lichtreize hervorgerufene Gefäßreaktionen wie Erweiterung, Verengung und die daraus resultierende Amplitude in Prozent des Grunddurchmessers. Ergebnisse: Während die Blutzuckerwerte 0,5h postprandial anstiegen, verringerten sich die diastolischen Blutdruckwerte. Die statische Gefäßanalyse zeigte einen verringerten venösen Gefäßdurchmesser. Veränderte Stoffwechsellagen verursachten bei der dynamischen Analyse eine postprandiale Zunahme der venösen (p=0,023) und arteriellen (p=0,022) Verengung, sowie der arteriellen Amplitude (p=0,05). Insgesamt waren die Veränderungen der Gefäßparameter eher auf die Blutdruckänderungen als auf die der Blutzuckerwerte nach einer Mahlzeit zurückzuführen. Schlussfolgerung: Veränderungen der Stoffwechsellage beeinflussen die Autoregulation der retinalen Mikrostrombahn. Das Ziel sollte dementsprechend ein standardisierter Messablauf sein, der zu verlässlicheren und vergleichbaren Ergebnissen der retinalen Gefäßanalyse im klinischen Gebrauch führt.