Refine
Document Type
- Doctoral Thesis (5)
Language
- German (5)
Has Fulltext
- yes (5)
Is part of the Bibliography
- no (5)
Keywords
- Tierversuch (5) (remove)
Institute
- Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin (5) (remove)
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.
Die Sepsis geht auch heute noch mit einer hohen Letalität einher und stellt besonders im ökonomischen Bereich große Anforderungen an die Intensivstationen in unseren Krankenhäusern. Die Volumensubstitution gilt als eine der Säulen in der Therapie der Sepsis, jedoch ist der Einsatz von kolloidalen Lösungsmitteln wie der Hydroxyethylstärke (HAES) umstritten. Wir untersuchten die Auswirkungen unterschiedlicher HAES-Lösungen auf die intestinale Mikrozirkulation bei experimenteller Endotoxinämie. Durch Applikation von LPS induzierten wir ein sepsisähnliches Krankheitsbild und beurteilten unter Zuhilfenahme der Fluoreszenzmikroskopie intravital die intestinale Leukozytenadhärenz und Kapillarperfusion. Ebenso evaluierten wir die Konzentrationen einiger Zytokine mittels der FACS-Analyse und bestimmten Parameter der Makrohämodynamik sowie Blutgase. Wir untersuchten sieben Gruppen mit jeweils 10 Tieren (Lewis Ratten): Kontrollgruppe (16ml/kg Ringer Laktat), endotoxinämische Kontrollgruppe (Lipopolysaccharid (LPS) 5mg/kg + 16ml/kg Ringer Laktat), LPS + 64ml/kg Ringer Laktat, LPS + 64ml/kg Jonosteril®, LPS + 16ml/kg 6% HAES (200/0.5), LPS + 16ml/kg 6% Voluven® (130/0.4), LPS + 16ml/kg 6% Volulyte® (130/0.4; in balancierter Elektrolytlösung). Die Intravitalmikroskopie der intestinalen Mikrozirkulation wurde zwei Stunden nach Induktion der Endotoxinämie durchgeführt. Der mittlere arterielle Blutdruck und die Herzfrequenz sanken in allen Gruppen kurz nach LPS-Applikation, stiegen danach an und zeigten im Versuchsablauf innerhalb der Behandlungsgruppen keine signifikanten Unterschiede. Es herrschten daher für alle Gruppen gleiche makrohämodynamische Konditionen zum Zeitpunkt der Intravitalmikroskopie. In den Venolen 1. Grades ließ sich die dauerhafte Leukozytenadhärenz durch Ringer Laktat 64ml, Jonosteril, HAES 6%, Voluven® und Volulyte® signifikant verringern. Die deutlichste Reduzierung der festen Leukozytenadhärenz manifestierte sich in der HAES 6%-Gruppe in der, gegenüber der Gruppe mit inadäquater Volumensubstitution mit 16ml Ringer Laktat, eine 30%-ige Reduktion erzielt wurde. In den Venolen mit geringerem Durchmesser (V3) zeigten sich für fest und temporär adhärente Leukozyten keine signifikanten Unterschiede zwischen den kristalloiden und kolloidalen Lösungen. In der Endotoxinämie fiel bei inadäquater Volumensubstitution mit Ringer Laktat 16ml eine Reduzierung der funktionellen Kapillardichte und eine Erhöhung der Anzahl dysfunktioneller Kapillaren in der Lamina muscularis longitudinalis et circularis auf. Es zeigte sich sowohl durch den Einsatz von Hydroxyethylstärke als auch von Kristalloiden eine Verbesserung der Mikrozirkulation in diesen beiden Schichten im Vergleich zur 16ml Ringer Laktat-Gruppe. Die FCD-Werte der Lamina muscularis circularis wurden mittels adäquater Volumensubstitution signifikant verbessert und auf Kontrollgruppen-Niveau angehoben, was einer Erhöhung der FCD um 25% entspricht. Einen signifikanten Unterschied zwischen den HAES-Lösungen konnten wir nicht finden. Der Vergleich der Blutgase zeigte keine Disparitäten zwischen den kristalloiden und kolloidalen Lösungen sowie zwischen den einzelnen HAES-Lösungen. Lediglich der pO2-Wert fiel in der HAES 6%-Gruppe signifikant höher aus als in den restlichen Gruppen. Während der Sepsis wird das Immunsystem aktiviert und die involvierten Zellen schütten Mediatoren aus, um Signalkaskaden zu regulieren. Wir evaluierten die Zytokine TNF-α, IL-1α, MCP-1, IFN-γ und GM-CSF. Es fanden sich Erhöhungen der Konzentrationen aller genannten Zytokine nach LPS-Applikation. HAES-Lösungen vermochten lediglich die Spiegel von MCP-1 signifikant gegenüber den kristalloiden Lösungen zu senken. Bei den restlichen Zytokinen verhielt es sich hingegen entgegengesetzt und unter Applikation von HAES-Lösungen zeigten sich signifikant höhere Werte von TNF-α, IL-1α, IFN-γ und GM-CSF als in den Kristalloid-Gruppen. Der Einfluss von Hydroxyethylstärke auf diese Mediatoren wird konträr beschrieben und bedarf weiterer Untersuchungen. Insgesamt ist festzuhalten, dass HAES in der Lage ist, die Leukozytenaktivierung zu reduzieren und die intestinale Perfusion zu verbessern und zeigte damit in einem Kurzzeitmodell positive Auswirkungen auf die intestinale Mikrozirkulation. Signifikante Unterschiede zwischen unterschiedlichen HAES-Lösungen konnten wir nicht finden.
Die Sepsis ist trotz Einführung neuer diagnostischer und therapeutischer Prinzipien nach wie vor ein Krankheitsbild mit sehr hoher Letalität. Eine hämodynamische Stabilisierung mit Hilfe adäquater Volumengabe und des Einsatzes potenter Vasokonstriktoren gilt als Basistherapie von Patienten mit septischem Schock. Letzteres birgt jedoch die Gefahr einer weiteren Verschlechterung der intestinalen Mikrozirkulation, deren Störung als ein kardinaler Mechanismus für die Entwicklung eines Multiorganversagens gilt. Ziel der Arbeit war es, im Rahmen einer experimentellen Endotoxinämie den Einfluss des synthetischen Vasopressin - Analogons Desmopressin, selektiver Agonist des Vasopressin V2-Rezeptors mit vasodilatatorischen Eigenschaften, auf die intestinale Mikrozirkulation mittels Intravitalmikroskopie zu evaluieren. Hierzu untersuchten wir in den submukösen Venolen der Darmwand von Ratten die Leukozytenadhärenz sowie die Dichten funktioneller, dysfunktioneller und nicht-funktioneller Kapillaren in der Lamina muscularis longitudinalis et circularis und im Stratum mucosae. Zusätzlich wurden pro- und antiinflammatorische Zytokine aus Serumproben mittels Durchflusszytometrie (FACS) bestimmt sowie die Auswirkungen der Therapie auf Körpertemperatur, Blutgase und Laktatkonzentration untersucht. Während der Versuche erfolgte eine konstante Messung des mittleren arteriellen Blutdrucks und der Herzfrequenz als makrohämodynamische Parameter. Die Desmopressin-Applikation führte zu einer signifikanten Verbesserung der Mikrozirkulation in allen untersuchten Darmschichten. In der Lamina muscularis longitudinalis verdreifachte sich die Dichte funktionell perfundierter Kapillaren im Vergleich zu den unbehandelten septischen Tieren (Kapillardichte 35.5 ± 4.81 cm-1 in der LPS-Gruppe vs. 105 ± 4.8 cm-1 in der mit Desmopressin behandelten septischen Gruppe; Mittelwerte ± SEM, je Gruppe n=10, P<0.001). Die Zahl adhärenter Leukozyten konnte in den submukösen Venolen 1. Ordnung signifikant um 22% reduziert werden (259 ± 26 n/mm2 in der LPS-Gruppe vs. 203 ± 17 n/mm2 in der Therapiegruppe; Mittelwerte ± SEM, je Gruppe n=10, P<0.05). Die Serumspiegel der proinflammatorischen Zytokine sanken unter der Therapie mit Desmopressin ebenfalls signifikant. Es konnte beispielsweise eine 39-prozentige Reduktion der TNF-α-Konzentration erreicht werden (429 ± 119 pg/ml in der LPS-Gruppe vs. 262 ± 69 pg/ml in der Therapiegruppe; Mittelwert ± SEM, je Gruppe n=10, P<0.05). Die makrohämodynamischen Parameter wurden von der Substanz nicht beeinflusst. Aufgrund der positiven Effekte des Desmopressins auf intestinale Mikrozirkulation, Leukozytenadhärenz und systemische Inflammation und der fehlenden negativen Beeinflussung der systemischen Hämodynamik erscheint es sinnvoll, in weiterführenden tierexperimentellen und klinischen Studien den Nutzen des Medikamentes in der Sepsistherapie, z.B. als möglicher Kombinationspartner bekannter Vasokonstriktoren, zu evaluieren.
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.
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.