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2Diss_Jaskulsky_Mathis.pdf

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48<br />

5.4 Laborwerte<br />

5.4.1 TNF-α:<br />

Die Konzentrationen von TNF-α zum Zeitpunkt t = 0 min zeigt keinerlei signifikante<br />

Unterschiede zwischen den vier Gruppen. Vergleicht man jedoch die Konzentrationen zum<br />

Zeitpunkt t = 165 min miteinander, ergeben sich signifikante Unterschiede (Abb. 25):<br />

Abb. 25 TNF alpha t = 0 und t = 165 min, Mittelwerte + Standardabweichungen, LPS =<br />

Endotoxinämie 5 mg/kgKG LPS i.v., DHEA = 28 mg/kgKG Dehydroepiandrosteron i.m


49<br />

5.4.2 Interferon-γ<br />

Wie aus Abb. 26 zu ersehen ist, war die Konzentration der Interferon-γ Konzentration zum<br />

Beginn des Versuchs unterhalb der Nachweisgrenze. Zum Zeitpunkt t = 165 min<br />

unterschieden sich folgende Gruppen voneinander: Kontrolle vs. DHEA+LPS mit p


50<br />

5.4.3 Interleukin-1 α<br />

Bei der Konzentration von Interleukin-1α zeigen sich signifikante Unterschiede folgender<br />

Gruppen zum Zeitpunkt t = 165 min: Kontrolle vs. LPS, Kontrolle vs. DHEA+LPS, DHEA<br />

vs. LPS, DHEA+LPS vs. LPS, jeweils mit p


51<br />

5.4.4 Granulocyte macrophage colony-stimulating factor (GM-CSF)<br />

Die GM-CSF Konzentration unterscheidet sich signifikant zum Zeitpunkt t = 165 min<br />

zwischen der Kontrollgruppe und der DHEA+LPS-Gruppe (p


52<br />

5.4.5 Interleukin-4<br />

Zum Zeitpunkt t = 0 gab es in der Konzentration des Interleukin-4 zwischen den Gruppen<br />

keinerlei Unterschiede. Jedoch zum Zeitpunkt t = 165 unterschieden sich die Kontrollgruppe<br />

gegen die LPS-Gruppe (p


53<br />

5.4.6 Laktat<br />

Die Bestimmung des Laktats aus dem arteriellen Blut zeigt, dass die LPS-Gruppe bei der<br />

zweiten Blutentnahme t = 165 min gegenüber allen anderen 3 Gruppen einen signifikant<br />

höheren Laktatwert aufweist, jeweils ist p


54<br />

6 Diskussion<br />

6.1 Temperatur<br />

Während des Experimentes kam es, auch unter Berücksichtigung der Temperaturregulierung<br />

durch die Wärmematte, in den verschiedenen Gruppen zu signifikant unterschiedlichen<br />

Temperaturverläufen: Sowohl die beiden nicht endotoxämischen Gruppen als auch die<br />

Kombinationsgruppe aus DHEA+LPS unterschieden sich zum Zeitpunkt t = 165 min in<br />

signifikantem Ausmaß von der LPS-Gruppe. Dies zeigt zum einen, dass der Temperaturanstieg<br />

durch das verabreichte Endotoxin verursacht wurde, zum anderen aber auch deutlich,<br />

dass DHEA in diesem Versuchsablauf in der Lage war, diesen Temperaturanstieg zu<br />

verhindern. Barckhausen et al. 4 veröffentlichten eine Arbeit, in der ebenfalls ein Effekt der<br />

DHEA-Behandlung auf die Temperatur der dort untersuchten Mäuse beobachtet wurde. Bei<br />

diesen Experimenten wurde jedoch ein verminderter Temperaturabfall im Rahmen einer CLP<br />

Sepsis (Cecal ligation and puncture) beobachtet.<br />

6.2 Herzfrequenz<br />

Die Herzfrequenz zeigt in den verschiedenen Gruppen variable Verläufe, die sich durch die<br />

LPS-Gabe erklären lassen. Wie in der Arbeit von Hsu et al. 34 beschrieben wird, kommt es<br />

durch LPS-Gabe zu einem Herzfrequenzanstieg. Gleiches konnte auch in dieser Arbeit<br />

nachgewiesen werden. DHEA-Therapie konnte keine Senkung der Herzfrequenz gegenüber<br />

der LPS-Gruppe herbeiführen. Der Anstieg der Herzfrequenz bei Endotoxämie ist eine<br />

Reflextachykardie, die durch eine sympathoadrenerge Gegenregulation auf Grund des<br />

gesunkenen MAP`s zustande kommt. Hierdurch versucht der Organismus einem sinkenden<br />

Herzminutenvolumen, ausgelöst durch einen sinkenden MAP, entgegenzuwirken. Die<br />

Kontrolltiere, welche ausschließlich DHEA erhielten, zeigten einen Trend zur Reduktion der<br />

Tachykardie.<br />

6.3 Mittlerer Arterieller Blutdruck<br />

Wie im vorherigen Abschnitt erläutert wurde, kam es bei den Experimenten dieser Arbeit zu<br />

teils starken Absenkungen des mittleren arteriellen Blutdrucks (MAP) sowie zu einer dadurch<br />

ausgelösten Reflextachykardie. Bereits in verschiedenen Arbeiten konnte aufgezeigt werden,<br />

dass eine Endotoxämie zu einem signifikanten Abfall des MAP führt 6,17,42,43,54,66 .<br />

Auch in dieser Arbeit wurden zwischen der Kontrollgruppe und der LPS-Gruppe<br />

signifikante Unterschiede festgestellt: Wie aus Abb. 11 ersichtlich ist fällt der Blutdruck der


55<br />

Kontrollgruppe signifikant geringer als der der LPS-Gruppe. Panayiotou et al. 54 untersuchten<br />

einen möglichen Zusammenhang einer LPS-Applikation bei Mäusen mit einer Plasma-NO-<br />

Konzentrationserhöhung. Auch wenn die klassischen Mediatoren des Sepsisgeschehens<br />

Zytokine sind, gibt es eine Vielzahl von Protein- und Lipidmediatoren, die zusätzlich<br />

freigesetzt werden. Solche sekundären Mediatoren oder Effektoren sind unmittelbar für die<br />

funktionellen und strukturellen Schäden verantwortlich. Hierzu zählt Stickstoffmonoxid<br />

(NO). Zudem fand Mailman heraus, dass abdominelle vagale Afferenzen an der frühen LPSinduzierten<br />

Hypotension beteiligt sind 37 . Beides könnte für die auch in dieser Arbeit<br />

gefundenen hypotensiven Werte verantwortlich sein. Wie verändert die Applikation von<br />

DHEA sowohl ohne als auch in Kombination mit einer LPS-Gabe den mittleren arteriellen<br />

Blutdruck? Pavlovic et al. 56 postulierten eine potentielle vasodilatierende Wirkung von DHEA<br />

in Rattenarterien. Verantwortlich hierfür ist eine Aktivierung der endothelialen Nitrit-Oxid-<br />

Synthase (eNOS) nach Bindung des DHEA an einen Steroid spezifischen, G-Protein<br />

gekoppelten Rezeptor.<br />

Eine solche vasodilatierende Wirkung konnte während der Experimente dieser Arbeit<br />

nicht beobachtet werden. Der MAP-Abfall in der DHEA+LPS-Gruppe erfolgt ähnlich schnell<br />

und drastisch wie in der LPS-Gruppe, jedoch erholten sich die Tiere schneller von dieser<br />

Kreis-laufdepression (keine statistische Signifikanz). Die Tiere der DHEA-Gruppe wiesen<br />

über den beobachteten Zeitraum den stabilsten Blutdruckverlauf auf. Dies ist möglicherweise<br />

auf eine DHEA-induzierte Katecholaminfreisetzung (Noradrenalin und Dopamin) zurückzuführen,<br />

welche durch Charalampopoulos und Kollegen postuliert wurde 16 .<br />

6.4 Leukozytenadhärenz<br />

Dass Endotoxin zu einer Zunahme der Anzahl adhärenter Leukozyten führt, ist hinlänglich<br />

bekannt und wurde durch zahlreiche Arbeiten belegt 7-9,59+60 . Auch in dieser Arbeit konnte eine<br />

Abnahme der temporär mit dem Endothel interagierenden Leukozyten gefunden werden.<br />

Dieses Ergebnis zeigte sich sowohl in Venolen 1. Grades als auch in Venolen 3. Grades.<br />

Lediglich in den Venolen 1. Grades konnte ein erhöhter Rolling-flow der DHEA-Kontroll-<br />

Gruppe gegenüber der Kontrollgruppe beobachtet werden. Eine Zunahme der Anzahl der<br />

temporär mit dem Endothel interagierenden Leukozyten durch DHEA in Kombination mit<br />

LPS konnte nicht gezeigt werden. Ayhan et al. 3 sowie Barkhausen et al. 5 konnten zeigen, dass<br />

DHEA zu einer Reduktion der Adhäsionsfaktoren und somit zu einer Reduktion der Leukozytenrekrutierung<br />

führt. Verantwortlich hierfür ist eine verminderte Expression von<br />

Adhäsionsmolekülen auf den Leukozyten durch DHEA (u.a. E-Selektin, CD-11b, CD-18,


56<br />

CD-44), aber auch die Expression von ICAM-1 und VCAM-1 als interzelluläre bzw.<br />

vaskuläre Adhäsionsmoleküle werden durch DHEA reduziert. Angenommen wird, dass<br />

DHEA durch eine Dephosphorilierung über eine Proteinphosphatase mehrere zelluläre<br />

Signaltrans-duktionen inhibiert. Zu diesen gehören unter anderem die Phosphoinositol-3-<br />

Kinase, die Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK) und die Glycogen-Synthase-Kinase 3,5 .<br />

Diese Effekte konnten in dieser Arbeit bei den Venolen 3. Grades aufgezeigt werden,<br />

hier war die Anzahl adhärenter Leukozyten sowohl in der DHEA-Kontroll-Gruppe als auch in<br />

der DHEA-LPS-Kombinationsgruppe signifikant reduziert. Ähnliche Trends zeigen sich in<br />

den Venolen 1. Grades, jedoch ohne Signifikanz.<br />

6.5 Funktionelle Kapillardichte<br />

Dem Gastrointestinaltrakt und vor allem dem Darm mit seiner Mukosa kommt in der<br />

Pathogenese der Sepsis eine herausragende Rolle zu 8-10,37,50,62,65,73 . Die intestinale funktionelle<br />

Kapillardichte ist von besonderer Bedeutung für den Verlauf der Sepsis. Im Rahmen einer<br />

Endotoxämie kommt es zur Abnahme der funktionellen Kapillardichte 9+10 . Hierfür sind<br />

mehrere Gründe verantwortlich:<br />

1. Durch das Kapillarleck kommt es zur Plasmaextravasation und somit zu einem<br />

Gewebeödem mit sich daraus ergebendem Druck auf die Kapillaren.<br />

2. Im septischen Schock kommt es zu einer Redistribution von Blut in vital wichtige<br />

Organe und somit zu einer Hypoperfusion der intestinalen Kapillaren.<br />

3. Im Rahmen einer disseminierten intravasalen Gerinnung (DIC) kann die funktionelle<br />

Kapillardichte reduziert werden.<br />

4. Durch eine vermehrte Leukozytenadhärenz kommt es zur Minderperfusion.<br />

5. Eine verminderte Verformbarkeit der Erythrozyten erschwert die Kapillarperfusion.<br />

Die Auswirkung verschiedenster Medikamente auf die durch Endotoxin<br />

beeinträchtigte Mikrozirkulation ist seit langem Bestandteil mehrerer Studien 26,27,62,65 .<br />

Unter anderem beschäftigte sich Birnbaum in einer seiner Arbeiten mit der Wirkung von<br />

Dopexamin auf den intestinal mikrovaskulären Blutfluss in einem Sepsismodell, in einer<br />

anderen Arbeit mit den Effekten des Koagulationsfaktors XIII auf die funktionelle<br />

Kapillardichte bei experimenteller Endotoxämie 9,10 . Kuebler et al. 37 beschäftigten sich, und<br />

das ist für diese Arbeit auf Grund der Stoffwechselnähe zu dem hier untersuchten DHEA<br />

besonders interessant, mit der Rolle von Estradiol auf die Perfusion des Splanchnikusgebietes


57<br />

bei Sepsis. Ayhan et al. 3 stellten fest, dass DHEA im Endotoxämiemodell die Leukozytenaktivität<br />

reduziert, die Geschwindigkeit der Erythrozyten erhöht und die Kapillarperfusion<br />

verbessert.<br />

Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass DHEA die funktionelle Kapillardichte<br />

verbessert. Sowohl in der Lamina muskularis longitudinalis als auch in der Lamina<br />

muskularis circularis weist die DHEA+LPS-Gruppe signifikant weniger dysfunktionelle und<br />

nonfunktionelle Kapillaren auf, als die Endotoxämiegruppe. Zudem zeigt sich durch DHEA<br />

eine signifikante Reduktion der dysfunktionellen Kapillaren der Lamina mucosae. Dieser<br />

Effekt kann durch die Reduktion der Anzahl adhärenter Leukozyten erklärt werden, welche<br />

durch eine verminderte Expression von Adhäsionsmolekülen auf den Leukozyten zustande<br />

kommt (Kapitel 6.4). Eine mögliche mikrozirkulatorische Vasodilatation, welche durch<br />

Pavlovic et al. 56 nachgewiesen wurde und durch eine Aktivierung der endothelialen Nitrit-<br />

Oxid-Synthase (eNOS) nach Bindung des DHEA an einen Steroid spezifischen, G-Protein<br />

gekoppelten Rezeptor erklärbar ist, kann zu einer verbesserten Perfusion geführt haben.<br />

Möglicherweise hat DHEA auch antiödematöse Eigenschaften und vermag somit ebenfalls<br />

die funktionelle Kapillardichte zu verbessern.<br />

6.6 Zytokine<br />

Im Falle einer Sepsis werden Zytokine als Mediatoren des entzündlichen Geschehens<br />

freigesetzt 21,26,34,42,57,64,72,79 . Im Rahmen unserer Arbeit beschäftigten wir uns mit TNF-α,<br />

Interferon-γ, Interleukin-1 α, GM-CSF sowie Interleukin-4. Hier zeigt sich ein heterogenes<br />

Bild der Zytokinkonzentrationen. Unsere Ergebnisse sind größtenteils kongruent mit denen<br />

der existierenden Literatur und stimmen in der Vorstellung überein, dass es zu einer DHEAabhängigen<br />

Restoration der Immunantwort bei Sepsis kommt:<br />

TNF-α:<br />

Der Tumornekrosefaktor-α gilt als früher Mediator der Sepsis und ist bei experimenteller<br />

Endotoxinämie bereits nach wenigen Minuten nachweisbar. Hierdurch ist TNF-α ein idealer<br />

Indikator für die Sepsisinduktion.<br />

Gebildet wird er durch Monozyten, Makrophagen, T-Zellen, Neutrophile<br />

Granulozyten sowie NK-Zellen. Seine Produktion wird durch die Anwesenheit von IL-2,<br />

Interferon-γ und GM-CSF unterstützt, durch Interleukin-6, TGF-ß sowie PGE 2 jedoch<br />

inhibiert 39 . Die Zellbindung geschieht über spezielle Rezeptoren, welche eine Aktivierung


58<br />

von nukleären Faktoren (NF-κB, Transkriptionsfaktoren) sowie eine Expression von<br />

Adhäsionsmolekülen bewirken. Diese führen u.a. zur vermehrten Leukozytenadhärenz sowie<br />

zur Verstärkung der Zytokin-Expression. Neutrophile und Makrophagen/Monozyten steigern<br />

nach TNF-α-Stimulation die Phagozytose, die Produktion von Sauerstoffradikalen,<br />

degranulieren und setzen Enzyme frei 23 .<br />

Die Ergebnisse unserer Arbeit zeigen einen Konzentrationsanstieg von TNF-α bei<br />

experimenteller Endotoxinämie. Dieser ist unbestritten und durch diverse Arbeiten belegt 4,33 .<br />

Die signifikant höhere Konzentration der unbehandelten LPS-Gruppe ist als eindeutiger Beleg<br />

für die Sepsisinduktion zu werten. Den in den nicht-septischen Gruppen gesehenen Konzentrationsanstieg<br />

führen wir auf das operationsbedingte Trauma sowie den Stress der<br />

Versuchstiere zurück 74 .<br />

Unsere Arbeit zeigt einen Konzentrationsrückgang von TNF-α bei DHEA-<br />

Behandlung. Hildebrand und Kollegen 33 konnten aufzeigen, dass DHEA, in einem Model mit<br />

polymikrobieller Sepsis durch CLP, in der Lage ist die Konzentrationen von TNF-α zu<br />

senken. Die speziellen Rezeptoren Tumor-Nekrose-Faktor-Rezeptor-I und -II (TNF-RI und<br />

TNF-RII) scheinen hierfür verantwortlich zu sein. Jedoch konnte gezeigt werden, dass es<br />

ebenfalls in genmanipulierten TNF-Rezeptor Knockout-Mäusen zu einer Konzentrationsreduktion<br />

des TNF-α nach DHEA-Behandlung kam. Dies führt zu der Annahme, dass die<br />

DHEA-Wirkung durch weitere noch zu untersuchende Interaktionen geschieht.<br />

Barkhausen und Kollegen 4 konnten nachweisen, dass DHEA-Behandlung bei<br />

bestehender Endotoxinämie die mRNA-Expression des TNF-α reduziert. Also scheint ein<br />

weiterer Effekt der DHEA-Therapie in der transkriptionellen Modifikation der TNF-α<br />

Expression zu liegen.<br />

Weitere klinische Studien sind notwendig um den genauen molekularbiologischen<br />

Mechanismus der DHEA-Wirkung auf die TNF-α-Konzentration bei experimenteller Endotoxinämie<br />

herausfinden zu können.<br />

Interferon-γ<br />

Das Glykoprotein Interferon-γ wird durch natural killer-Cells (NK) und natural killer T<br />

(NKT)-Cells sowie von CD4 und CD8 zytotoxischen T-Lymphozyten (Effektorzellen, Th-1)<br />

nach Antigenkontakt produziert. Die Wirkung ist eine immunstimulierende durch Aktivierung<br />

der Makrophagen sowie durch Bildung reaktiver Sauerstoffradikale 68 . Interferon-γ fördert die<br />

LPS-induzierte NF-κB-Aktivierung und wirkt als Induktor der iNOS 32 , somit trägt es<br />

entscheidend zur Letalität bei Endotoxinämie bei.


59<br />

In unseren LPS-freien Gruppen zeigte sich über den gesamten Versuchsablauf kein<br />

Konzentrationsanstieg der IFN-γ Konzentration. Hingegen führte die Applikation von 5<br />

mg/kg LPS zu einer signifikanten Konzentrationszunahme des IFN-γ.<br />

Die Gabe des DHEA hatte auf diese Konzentration keinen Einfluss. Im Falle des IFNγ<br />

existieren in der Literatur keine Angaben zu molekularen Mechanismen und der genauen<br />

Wirkung. So zeigt sich in der Literatur ein uneinheitliches Bild: Choi 19 konnte zeigen, dass<br />

DHEA dosisabhängig zu einer Konzentrationssenkung des IFN-γ führt. Chang 15 hingegen<br />

wies einen Konzentrationsanstieg bei DHEA-Exposition nach; hier wurden jedoch nicht<br />

verschiedene, sondern lediglich eine Dosis von 200 mg/kg/d DHEA appliziert. Eine<br />

Konzentrationsreduktion proinflammatorischer Zytokine durch DHEAS über eine Inhibierung<br />

des inflammatorischen Transkriptionsfaktors NF-κB ist nachgewiesen 1 , genauso eine<br />

Reduktion des IFN-γ-Plasmaspiegels durch eine Inhibierung dieses Transkriptionsfaktors 41 .<br />

Vermutlich senkt DHEA über diesen Mechanismus die Produktion des IFN-γ, welches<br />

unter Berücksichtigung der weiteren Ergebnisse unserer Arbeit (Konzentrationssenkung<br />

anderer proinflammatorischer Zytokine) bei möglicherweise höherer DHEA-Dosis eine<br />

Konsequenz darstellen könnte. Der genaue molekulare Mechanismus verbleibt unklar, es<br />

bedarf weiterer experimenteller Studien um diesen bei experimenteller Endotoxinämie zu<br />

untersuchen.<br />

Interleukin-1α<br />

Interleukin-1α existiert zunächst als ProIL-1α intrazellulär und wird nach Zellschädigung<br />

durch extrazelluläre Proteasen zum Interleukin-1α gespalten. Über eine vermehrte Prostaglandinsynthese<br />

wird Fieber induziert, zudem ist IL-1α an der Chemotaxis von Leukozyten<br />

beteiligt und induziert Adhäsionsmoleküle.<br />

In den LPS-freien Gruppen unseres Experimentes konnte kein relevanter Anstieg der<br />

IL-1〈-Konzentrationen zum Zeitpunkt der zweiten Bestimmung registriert werden. Die endotoxinämischen<br />

Tiere wiesen zu diesem Zeitpunkt hingegen signifikant erhöhte Serumspiegel<br />

auf. Die Gabe des DHEA führte zu einem signifikanten Konzentrationsabfall des IL-1〈 im<br />

Vergleich zur Endotoxinämie-Gruppe.<br />

Mehrere Studien zeigen, dass das Vorhandensein einer Endotoxinämie zu einer<br />

Elevation der Interleukin-1α Genexpression führt 51 . Weitere Studien untersuchen die molekulare<br />

Wirkung des Interleukin-1α 25,70 : Unter anderem wirkt dieses Zytokin über eine Interaktion<br />

mit dem Toll-like-Rezeptor 2 (TLR-2), zudem ist eine Konzentrationserhöhung des<br />

Adhäsionsmoleküls ICAM-1 durch Interleukin-1α beschrieben, welches im Rahmen einer


60<br />

Endotoxinämie (Kapitel 6.4) zu einer Reduktion der mikrovaskulären Perfusion führen kann.<br />

DHEA-Therapie führt bei experimenteller Endotoxinämie zu einer signifikanten<br />

Reduktion der Interleukin 1-α-Konzentration im Vergleich zur LPS-Gruppe. Vergleichende<br />

Studien, die den molekularen Mechanismus der DHEA-Wirkung auf die IL-1〈−Konzentration<br />

beschreiben, existieren in der Literatur nicht. Möglicherweise können für diesen Effekt die im<br />

Zusammenhang mit dem IFN-γ gefundenen Mechanismen herangezogen werden.<br />

GM-CSF:<br />

Der Granulocyte macrophage colony-stimulating factor ist ein weiteres proinflammatorisches<br />

Zytokin und beeinflusst das Wachstum und die Differenzierung hämatopoetischer Vorläuferzellen.<br />

Es ist ein von T-Zellen, Makrophagen, Fibroblasten, Endothelzellen und vom<br />

Knochenmarkstroma produziertes Polypeptid.<br />

Zum Beginn unserer Arbeit stellten wir in allen Gruppen niedrige GM-CSF-<br />

Konzentrationen fest. Zum Ende des Versuchs war die Konzentration in den Endotoxinämie-<br />

Gruppen signifikant gesteigert. Die mit DHEA-behandelte Endotoxinämiegruppe weist die<br />

höchste Konzentration an GM-CSF zum Versuchsende auf.<br />

Eine Korrelation zwischen GM-CSF und dem Toll-like-Rezeptor 4 (TLR-4) ist<br />

beschrieben: Bozinovski et al. 12 wiesen nach, dass eine Neutralisation des GM-CSF über den<br />

Antikörper 22E9 zu einer Reduzierung der physiologischen Toll-like-Rezeptor 4-Expression<br />

führt. DHEA hingegen erhöht die mRNA-Expression der TLR-2 und 4 23 und so möglicherweise<br />

die Konzentration des GM-CSF. Das Vorhandensein einer Endotoxinämie scheint für<br />

diese Erhöhung Voraussetzung zu sein: die mit DHEA-behandelte Kontrollgruppe weist keine<br />

signifikante Konzentrationserhöhung zur Kontrollgruppe auf. Auch bezüglich des proinflammtorischen<br />

Zytokins GM-CSF sollten weitere Studien den genauen molekularen<br />

Mechanismus klären.<br />

IL-4:<br />

Das Interleukin-4 ist ein antiinflammatorisches Zytokin, welches von Mastzellen, basophilen<br />

Granulozyten sowie Th2-Zellen gebildet wird. Seine wesentliche Aufgabe besteht in der<br />

Ausdifferenzierung von naiven Th0-Zellen zu Th2-Zellen, des weiteren fördert es die<br />

Proliferation von T-Zellen, B-Zellen sowie Mastzellen. Eine Wirkung des Interleukin-4<br />

geschieht über eine Hemmung von Th1-Zellen, da diese über eine Interferon-γ Erhöhung<br />

Makrophagen aktivieren können.<br />

Caetano et al. 13 konnten zeigen, dass eine Endotoxinämie durch Trypanosoma cruzi zu


61<br />

einer Konzentrationserhöhung des Interleukin-4 führt. Gleiches ist in den Ergebnissen unserer<br />

Arbeit zu finden. Die Endotoxinämie-Gruppe weist zum Versuchsende die höchste IL-4-<br />

Konzentration auf. Dies ist dadurch zu erklären, dass während der systeischen Inflammation<br />

neben einer exzessiven Produktion und Freisetzung proinflammatorischer Zytokine auch<br />

antiinflammatorische Reaktionskaskaden mit deren Freisetzung von statten gehen 23 .<br />

Unsere Arbeit zeigt, dass DHEA zu einer signifikanten Konzentrationsreduktion des<br />

IL-4 nach 165 Minuten führt. DHEA scheint die T-helfer-Lymphozyten Balance der sich<br />

gegenseitig supprimierenden Zelllinien Th-1 und Th-2 zu modulieren 80 . Bezüglich des<br />

Interleukin-4 gibt es in der Literatur keine vergleichbaren Studien, die eine Klärung des<br />

molekularen Mechanismus bieten.<br />

6.7 Laktat<br />

In Skelettmuskel, Haut, Darmmukosa, Erythrozyten, Nieren und Gehirn werden zusammen<br />

etwa 0,7–1,3 mmol Laktat pro Stunde gebildet. Erhöhte Laktatspiegel werden häufig bei<br />

Endotoxinämie und Sepsis gemessen. Hierbei wird eine Hyperlaktatämie (2-5 mmol/l) von<br />

einer Laktatazidose (>5mmol/l) unterschieden 39 . Bei Darmischämie, Schock, aber auch bei<br />

Endotoxingabe können erhöhte Laktatwerte gemessen werden. Die Laktatdehydrogenase<br />

oxidiert Laktat zu Pyruvat und reduziert gleichzeitig NAD + zu NADH/H + .<br />

Auch wenn umstritten ist, ob die Elimination von Laktat bei Sepsis und MODS einen<br />

Benefit für die Genesung des Patienten erbringt, so gibt es dennoch Therapiekonzepte, bei<br />

denen NaHCO3 bei sehr niedrigen arteriellen pH Werten gegeben wird 58 .<br />

Ausschließlich die Tiere, die isoliert LPS erhielten wiesen zu diesem Zeitpunkt einen<br />

signifikant erhöhten Laktatspiegel, eine Hyperlaktatämie mit ca. 3 mmol/l, auf. Damit sind<br />

unsere Ergebnisse der Endotoxinämiegruppe kongruent mit denen der Versuchsreihe von<br />

Lehmann 39 , der bei Applikation von 5 mg/kg LPS nach 4 Stunden eine Hyperlaktatämie von<br />

3,5 mmol/l nachweisen konnte. Endotoxin selbst ist durch Stimulation der Glukose-<br />

Transporter-Protein-Synthese in der Lage die Glykolyse zu stimulieren und durch eine<br />

Hemmung der Pyruvatdehydrogenase die Laktatproduktion zu verstärken 14,20 .<br />

Beachtlich ist, dass es DHEA im Rahmen dieser Arbeit vermag den arteriellen<br />

Laktatspiegel zum Zeitpunkt der zweiten Blutentnahme, also t = 165 min, signifikant<br />

gegenüber der LPS-Gruppe zu senken. Arango et al. 2 wiesen in ihrem Versuch bei einem<br />

Ischämie-Reperfusions-Modell eine erniedrigte Konzentration des Enzyms Laktatdehydrogenase<br />

bei DHEA-Behandlung nach. Des weiteren erkannten sie eine schützende


62<br />

Funktion für die Membranintegrität-, -stabilität und -funktion, vermutlich ein antioxidativer<br />

Effekt. Die Entstehung und der Abbau von Laktat sind intrazelluläre Prozesse, welche bei<br />

Zellschädigung im Blut messbar werden.<br />

Übertragen auf die Darmmukosa würden die hier festgestellten niedrigeren Laktatwerte<br />

in der DHEA-behandelten Endotoxinämie Gruppe einen Zellschutz durch das DHEA<br />

vermuten lassen.<br />

6.8 Methodenkritik<br />

6.8.1 Versuchsmodell<br />

In der Literatur werden im wesentlichen zwei Modelle benutzt, um pathophysiologische<br />

Veränderungen wie bei klinischer Sepsis erzielen zu können 39 : Dazu gehören Modelle mit<br />

vitalen Infektionseregern, entweder von außen in den Organismus eingebracht oder innerhalb<br />

des Organismusses freigesetzt. Gegensätzlich hierzu existieren diverse Modelle mit der<br />

Verabreichung von Endotoxin (Lipopolysaccharid) gram-negativer-Bakterien. Modelle mit<br />

vitalen Infektionserregern kann man in vier Gruppen einteilen:<br />

1. Versuche mit Weichteilinfektionen als Sepsis-Fokus<br />

2. Implantation von Faeces oder lebenden Erregern in die freie Bauchhöhle, Simulation<br />

des klinischen Bildes einer Peritonitis<br />

3. Parenterale Applikation lebender Mikroorganismen, am häufigsten Escherichia coli<br />

4. CASP-Methode (Colon ascendens Stent-Peritonitis) oder CLP (cecal ligation an<br />

puncture)<br />

Im Rahmen dieser Arbeit wurden 5 mg/kgKG LPS gegeben. Die Auswirkungen der<br />

Endotoxinämie sind abhängig von der Dosierung des gegebenen LPS`. Eine Dosiserhöhung<br />

könnte deutlichere pathologische Werte hervorbringen und eventuell weitere Effekte der<br />

DHEA-Therapie signifikant werden lassen. Von weiterer Bedeutung ist, ob die<br />

Endotoxingabe bolusartig oder kontinuierlich erfolgt. Eine adäquate Volumentherapie hat in<br />

allen zu vergleichenden Gruppen zu erfolgen. Unter diesen Voraussetzungen liegt in der<br />

Vergleich-barkeit ein möglicher Vorteil der experimentellen Endotoxämie durch LPS. Ein<br />

weiterer Vorteil der LPS-Gabe ist, dass diese Methode zeitlich besser planbar ist als die<br />

CASP-Methode, bei der zwischen Chirurgie und Mikroskopie viele Stunden liegen müssen,


63<br />

um eine Peritonitis erzeugen zu können. Jedoch unterliegt auch das Endotoxin-Modell Einschränkungen:<br />

Bei LPS-Gabe wird lediglich ein Bakterienbestandteil appliziert und kein<br />

vollwertiges Bakterium, wobei hingegen im Rahmen des CASP-Modells die körpereigenen<br />

Bakterien des Versuchstieres zur Induktion der Sepsis dienen.<br />

Bei der CASP (Colon ascendens Stent-Peritonitis) oder CLP (cecal ligation and puncture)<br />

wird nach einer medianen Laparotomie ein Stent zwischen Darmlumen und Bauchhöhle<br />

gelegt und somit eine Peritonitis induziert. Dies mag einerseits das realistischere der beiden<br />

Verfahren sein und ähnelt somit stark dem klinischen Verlauf, da die Verletzung des Darmes<br />

eine entscheidende Rolle bei der Peritonitis spielt. Andererseits ist dieses Verfahren vom<br />

Operateur und dessen Fähigkeiten abhängig. Ein weiterer Nachteil stellt die schlechte<br />

Quantifizierbarkeit der genauen Dosis und Art sepsisauslösender Mikroorganismen dar.<br />

6.8.2 Applikationsweg und Dosierungen<br />

Die Applikation des hier verwendeten DHEA geschah in einer Dosierung von 28 mg/kgKG.<br />

Gelöst wurde das DHEA, welches in Pulverform vorlag, in 1 ml Flüssigkeit, bestehend aus<br />

0,7 ml Ethanol (da DHEA in NaCl ausfällt) und 0,3 ml NaCl, die Gabe erfolgte als<br />

Pretreatment intramuskulär, wobei die Tiere jeweils 0,1 ml in die Hinterläufe injiziert<br />

bekamen.<br />

Unter anderem Molinari et al. 48 konnten nachweisen, dass eine intravenöse<br />

Applikation von DHEA unmittelbare gefäßmodulierende Effekte aufweist. Daher entschieden<br />

wir uns in dieser Arbeit für die Gabe eines intramuskulären Depots, welches eine<br />

gleichmäßigere Freigabe des DHEA bewirkt und so vermag diese unmittelbaren Gefäßeffekte<br />

zu reduzieren. Jedoch könnte die gewählte Zeitspanne von 165 min für eine intramuskuläre<br />

Gabe relativ kurz sein, um eine maximale Freisetzung des DHEA und somit eine maximale<br />

systemische Wirkung zu erzielen.<br />

Auch Ethanol hat unmittelbare Eigenwirkungen: So führt es zur Vasodilatation von<br />

(Haut-) Gefäßen und kann somit zu einer Hypotension führen. In den 0,2 ml waren absolut<br />

0,14 g Ethanol enthalten. Auf das Gewicht einer Ratte (ca. 200 g) bezogen wären das<br />

demnach 0,7 g/kg und somit 49 g Ethanol auf einen 70 kg schweren Menschen über einen<br />

Zeitraum von 165 Minuten. Bei einem Ethanolabbau von ca. 1g/10kgKG/h würde ein 70 kg<br />

schwerer Mensch in etwa 7 Stunden benötigen, um die applizierte Ethanoldosis abzubauen.<br />

Auch wenn die Ethanoldosis in allen vier Gruppen identisch war, so ist zu vermuten, dass das<br />

Ethanol eine Eigenwirkung hatte. Weitere DHEA-Experimente mit und ohne Ethanol sollten


64<br />

folgen, um diese Eigenwirkung untersuchen zu können.<br />

6.8.3 Zeitablauf<br />

Der Versuchsablauf bei dieser Arbeit betrug 165 Minuten. Zu diskutieren sind die wichtigen<br />

Zeitpunkte im Rahmen dieser 165 Minuten:<br />

Die initiale Präparation (Intubation, Laparotomie) dauerte ca. 20 Minuten. Dieses<br />

Zeitfenster ist stark vom chirurgischen Geschick und der Erfahrung des Operateurs abhängig.<br />

Bereits die erste Blutentnahme erfolgte nach einem großen chirurgischen Trauma, welches<br />

einen Einfluss auf die gemessenen Parameter gehabt haben könnte. Die sich anschließende 90<br />

minütige Ruhephase war in allen vier Gruppen gleich und bietet ein standardisiertes<br />

Zeitfenster vor der Intravitalmikroskopie. Auch diese Ruhephase kann zeitlich variiert werden<br />

(z.B. verlängert) um die immunologischen und zellulären Akutfolgen des chirurgischen<br />

Traumas zu reduzieren.


65<br />

7 Zusammenfassung:<br />

Sepsis und der septische Schock sind trotz aller Fortschritte in der Intensivmedizin Haupttodesursachen<br />

auf nichtkardiologischen Intensivstationen in westlichen Ländern. Daher wird<br />

wissenschaftlich intensiv nach Möglichkeiten geforscht, um diese Letalität zu senken. In<br />

diesem Kontext wurden die Experimente zu dieser Arbeit durchgeführt.<br />

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Auswirkung von DHEA auf die intestinale Leukozytenaktivierung<br />

und Kapillarperfusion, die Zytokinfreisetzung sowie auf klinische Parameter von<br />

Ratten mit experimenteller Endotoxinämie 39 .<br />

Zu diesem Zweck wurden vier Gruppen gebildet (n = 40, 10 Tiere pro Gruppe): eine<br />

Kontrollgruppe, eine DHEA-Gruppe, eine LPS-Gruppe und eine DHEA+LPS-Gruppe. Das<br />

DHEA wurde als Pretreatment 2,5 Stunden vor der Intravitalmikroskopie i.m. verabreicht.<br />

Beobachtet wurde die Auswirkung der verabreichten Substanzen auf die Leukozytenadhäsion<br />

in Venolen 1. und 3. Grades und die Perfusion der longitudinalen und zirkulären Darmgefäße<br />

sowie die Perfusion der Mukosazotten. Zudem erfolgte zu den Zeitpunkten t = 0 min und t =<br />

165 min eine Bestimmung der Zytokine TNF-α, Interferon-γ, Interleukin-1 α, GM-CSF<br />

(Granolocyte macrophage colony-stimulating factor), Interleukin-4 sowie eine Bestimmung<br />

des Laktatwertes. Während des gesamten Versuchsablaufs erfolgte eine Dokumentation der<br />

Vitalparameter. Die DHEA-Dosis von 28 mg/kgKG wurde intramuskulär appliziert. Das<br />

Endotoxin (LPS von E.coli) wurde in einer Dosierung von 5 mg/kgKG intravenös verabreicht.<br />

Die Auswertung der Ergebnisse hat gezeigt, dass die Temperatur der DHEA+LPS-<br />

Gruppe sowie der DHEA-Gruppe zum Zeitpunkt t = 165 min (definierter Endpunkt)<br />

signifikant niedriger war, als die der LPS-Gruppe.<br />

Im Rahmen einer Endotoxinämie kommt es durch eine Freisetzung von Adhäsionsmolekülen<br />

zur Interaktion von Leukozyten mit dem Endothel und somit zur Adhärenz. Dieses<br />

Ergebnis zeigte sich sowohl in Venolen 1. Grades als auch in Venolen 3. Grades. Die<br />

Leukozytenadhärenz war in beiden Endotoxingruppen, in Venolen 1. Grades und in Venolen<br />

3. Grades, zur Kontrollgruppe signifikant erhöht. Die DHEA+LPS-Gruppe weist signifikant<br />

weniger adhärente Leukozyten in Venolen 3. Grades auf, als die LPS-Gruppe. Ähnliche<br />

Trends zeigen sich in den Venolen 1. Grades.<br />

Dem Gastrointestinaltrakt und vor allem dem Darm mit seiner Mukosa kommt in der<br />

Pathogenese der Sepsis eine herausragende Rolle zu. Im Rahmen einer Endotoxinämie kommt<br />

es zur Abnahme der funktionellen Kapillardichte. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass<br />

DHEA die funktionelle Kapillardichte verbessert. Sowohl in der Lamina muskularis<br />

longitudinalis als auch in der Lamina muskularis circularis weist die DHEA+LPS-Gruppe


66<br />

signifikant weniger dysfunktionelle und nonfunktionelle Kapillaren auf, als die Endotoxinämiegruppe.<br />

Zudem zeigt sich durch DHEA eine signifikante Reduktion der<br />

dysfunktionellen Kapillaren der Lamina mucosae.<br />

Die DHEA-Therapie ist bei experimenteller Endotoxinämie in der Lage, zu einer<br />

signifikanten Reduktion der Interleukin 1-α-Konzentration im Vergleich zur LPS-Gruppe zu<br />

führen. Ein ähnlicher Trend zeigt sich bei TNF-α.<br />

Eine weitere signifikante Reduzierung zeigt sich bei der Konzentration des Laktats<br />

zum Zeitpunkt der zweiten arteriellen Blutentnahme: DHEA reduziert die Laktatkonzentration<br />

auch in der DHEA+LPS-Kombinationsgruppe. Weitere experimentelle und klinische Studien<br />

sind notwendig, um die Bedeutung des DHEA in der Sepsis aufzuklären.


67<br />

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75<br />

9 Eidesstattliche Erklärung<br />

Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Dissertation selbständig verfasst und keine<br />

anderen als die angegebenen Hilfsmittel benutzt habe.<br />

Die Dissertation ist bisher keiner anderen Fakultät, keiner anderen wissenschaftlichen<br />

Einrichtung vorgelegt worden.<br />

Ich erkläre, dass ich bisher kein Promotionsverfahren erfolglos beendet habe und dass eine<br />

Aberkennung eines bereits erworbenen Doktorgrades nicht vorliegt.<br />

Datum<br />

Unterschrift

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