Einleitung

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Die Nieren spielen eine zentrale Rolle in der Regulation lebenswichtiger physiologischer Abläufe. Neben der Ausscheidung wasserlöslicher, nicht-proteingebundener körpereigener und körperfremder Substanzen wie Pharmaka und Gifte ist eine Hauptaufgabe der Nieren die Regulation des Elektrolyt- und Volumenhaushaltes sowie des Säuren- und Basenhaushaltes. Neben diesen Funktionen ist die Niere an der Synthese und Freisetzung unterschiedlicher Hormone und modulierender Faktoren der Blutdruckregulation beteiligt. Weiterhin erfolgt in der Niere der Abbau niedermolekularer Plasmaproteine und Peptidhormone. Außerdem ist sie Erfolgsorgan extrarenal gebildeter Hormone. Fällt die Funktion der Niere aus, so spricht man von Niereninsuffizienz, und eine Nierenersatztherapie kann erforderlich werden. Dabei unterscheidet man in eine akute und chronische Verlaufsform der Niereninsuffizienz.

1.1  Akute und chronische Niereninsuffizienz

Bei der akuten Niereninsuffizienz kommt es über Tage oder wenige Wochen rasch zum progredienten Nierenfunktionsverlust mit Versiegen der Harnsekretion und Ansteigen der Retentionswerte im Blut. Dabei unterscheidet man ursächlich das prärenale, das renale und das postrenale Nierenversagen. Die Inzidenz des akuten Nierenversagens liegt etwa bei 200/1.000.000 [1] Einwohner pro Jahr, wobei mit etwa 75% eine prärenale zirkulatorisch-ischämische Ursache des akuten Nierenversagens am häufigsten beobachtet wird [2]. Beim akuten Nierenversagen ist eine vollständige Reversibilität möglich. Hingegen kommt es bei der chronischen Niereninsuffizienz über Monate und Jahre zur irreversiblen progredienten Abnahme des Glomerulumfiltrates als Ausdruck einer durch chronische Destruktion verminderten Anzahl funktionstüchtiger Nephrone. Am Ende der chronischen Niereninsuffizienz steht die terminale Niereninsuffizienz, die unbehandelt zum Tode führt und eine Nierenersatztherapie in Form von Dialyse oder Nierentransplantation erforderlich macht. Die häufigsten Ursachen der chronischen Niereninsuffizienz in Deutschland sind die Glomerulonephrititiden mit etwa 24%, der Diabetes mellitus mit etwa 22%, die interstitielle Nephritis mit etwa 15%, die vaskuläre Nephropathie mit etwa 11%, die kongenitalen Zystennieren mit etwa 8%, sowie weitere Ursachen [3]. Die Definition und Klassifikation der Stadien der chronische Nierenerkrankung kann unterschiedlich erfolgen. International anerkannt ist die Klassifikation der Stadien, den amerikanischen K/DOQI-Empfehlungen [4] entsprechend, nach der glomerulären Filtrationsrate (GFR). Nach K/DOQI unterteilen wir die Stadien der chronischen Nierenerkrankung wie in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1: Stadieneinteilung der Niereninsuffizienz nach den K/DOQI-Empfehlungen

Stadium 1

normale oder erhöhte GFR (>=90ml/min/1.73m2)

Stadium 2

leicht erniedrigte GFR (zwischen 60 und 89ml/min/1.73m2)

Stadium 3

moderat erniedrigte GFR (30-59ml/min/1.73m2)

Stadium 4

schwerer Verlust der GFR (15-29ml/min/1.73m2)

Stadium 5

kompletter Nierenfunktionsverlust mit einer GFR <15ml/min/1.73m2

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Dabei ist die chronische Nierenerkrankung definiert als ein Nierenschaden mit oder ohne Funktionseinschränkung bzw. eine GFR <60ml/min/1.73m2 für mehr als drei Monate. Der Nierenschaden ist definiert als strukturelle Veränderung (Histopathologie) oder Marker des Nierenschadens wie pathologische Blut- oder Urintests (z.B. Proteinurie/Albuminurie, Hämaturie) bzw. bildmorphologische Veränderungen. Kommt es nach Ausschöpfung der konservativen Behandlungsmöglichkeiten (Blutdrucksenkung, Eiweißrestriktion, reichliche Flüssigkeitszufuhr, Diuretikagabe, Komplikationsbehandlung) zur terminalen Niereninsuffizienz mit klinischem Fortschreiten der urämischen Symptome, ist eine Nierenersatztherapie indiziert. Dabei kommen als Behandlungsmöglichkeiten der chronisch terminalen Niereninsuffizienz die Nierenersatzverfahren, wie die Hämodialyse und die Peritonealdialyse, und die Nierentransplantation in Frage. Das Ziel vieler terminal niereninsuffizienter Patienten besteht in dem Wunsch, durch eine Nierentransplantation wieder eine weitgehende Unabhängigkeit von der Dialyse zu erreichen. Die Wartezeit auf eine Nierentransplantation beträgt in der Regel mehrere Jahre. Einer steigenden Zahl niereninsuffizienter Pat. steht eine in den letzten Jahren relativ konstant bleibende Zahl an gespendeten Nieren (Kadaverspenden, aber auch Lebendspenden unter Verwandten) gegenüber. Zudem ist das Nierentransplantatüberleben trotz moderner Immunsuppressiva in der Regel begrenzt. Daher wird die Relevanz der wissenschaftlichen Beschäftigung mit den Dialyseverfahren mit dem Ziel der Erweiterung und Verbesserung dieser Verfahren (Hämo- und Peritonealdialyse) ersichtlich.

1.2 Wahl des Nierenersatzverfahrens

Die Auswahl des Nierenersatzverfahrens hängt von vielen Faktoren ab: Es werden dabei medizinische Aspekte, wie vorhandene Nierenrestfunktion, ausreichende Ultrafiltration und „Gift“-Elimination durch das gewählte Verfahren, Möglichkeit eines Gefäßzuganges, Erfahrungen der Dialyseeinrichtung mit dem jeweiligen Verfahren, kardiovaskuläre und hämodynamische Situation, sowie nichtmedizinische Aspekte, wie Flexibilität und persönlicher Wunsch des Patienten (und/oder des medizinischen Betreuers), soziale Probleme und Kosten des Verfahrens für die Entscheidungsfindung herangezogen. Das letztendlich entscheidende medizinische Auswahlkriterium ist aber das zu erwartende Patientenüberleben. Viele Studien haben die Prognose von HD- versus PD-Patienten untersucht (Zusammenfassung siehe Van Biesen et al. [5]), wobei die endgültige Antwort auf die Frage nach dem Verfahren, welches das längstmögliche Patientenüberleben ermöglicht, aufgrund einer Vielzahl von Problemen in der Studienmethodik und Patientenauswahl schwierig zu beantworten bleibt. Die viel entscheidendere Antwort für den Patienten auf die Frage nach dem längstmöglichen Überleben sollte die richtige Auswahl der Sequenz der Nierenersatzverfahren sein, die ihm das ermöglicht. Diese Frage versucht das von Van Biesen et al. [5] vorgestellte Konzept der „integrierten Therapieannäherung für terminal niereninsuffiziente Patienten“ zu beantworten. In einer retrospektiven Studie verglichen sie das Gesamtüberleben von Patienten, die entweder mit Hämodialyse oder Peritonealdialyse begonnen hatten und fortführten oder das Verfahren jeweils wechselten. Da eine adäquate Nierenersatztherapie bei Peritonealdialysepatienten ohne eine vorhandene Restfunktion der Nieren schwierig zu erreichen ist und andererseits die Restfunktion der Nieren während der Zeit der Peritonealdialysebehandlung besser als bei der Hämodialyse erhalten bleibt, war eine zentrale Frage, ob Patienten, die mit der Peritonealdialysebehandlung begonnen hatten und dann später zur Hämodialyse wechselten, gleiche Überlebenszeiten, wie Patienten, die von Beginn an mit Hämodialyse behandelt wurden, erreichten. Diese Frage konnte eindeutig positiv beantwortet werden. Das Konzept, mit dem einen Verfahren zu beginnen und dann erforderlichenfalls zwischen den Verfahren inklusive Nierentransplantation zu wechseln, könnte eine zufriedenstellende Lösung für die zukünftige Verfügbarkeit und Kostenentwicklung der Nierenersatzverfahren bei zunehmender Anzahl an terminal niereninsuffizienten Patienten darstellen. Darüber hinaus scheint es einen Transplantatüberlebensvorteil für Patienten zu geben, die vor Transplantation mit der Peritonealdialyse behandelt wurden [6,7,8].

1.2.1  Hämodialyse

Bei der konventionellen Hämodialyse erfolgt die Elimination von urämischen Metaboliten aus dem Blut des Patienten mittels eines Dialysators innerhalb von 3-5 Stunden an 3-4 Tagen/Woche. Hierzu muß ein ausreichend großes Blutvolumen pro Zeiteinheit gereinigt werden, wozu ein entsprechender Gefäßzugang erforderlich ist. Meist werden arteriovenöse Gefäßzugänge, die sogenannten Shunts, bevorzugt am Unter- oder Oberarm, mit oder ohne Gefäßprothese angelegt. Bei der Hämodialyse findet der Stofftransport mittels Diffusion gemäß eines Konzentrationsgradienten über eine semipermeable Membran statt, die sich zwischen Blut und Dialysatlösung befindet. Um den Gradienten zwischen Blut und Dialysat möglichst groß zu halten, werden Blut und Dialysat nach dem Gegenstromprinzip geleitet. Das Dialysat wird nach einem Durchfluß verworfen. Die Porengröße der Dialysemembran definiert dabei die Durchlässigkeit für verschieden große Moleküle. Dabei werden Stoffe nicht nur eliminiert, sondern auch über das Dialysat zugeführt (z.B. Bikarbonat, Calcium und Glukose).

1.2.2 Peritonealdialyse (CAPD):

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Bei der alternativ zur Hämodialyse angewandten Peritonealdialye entfällt eine extrakorporale Blutzirkulation und das Peritoneum wird zur Entfernung der harnpflichtigen Substanzen herangezogen.

1.2.2.1  Prinzip:

Bei der Peritonealdialyse wird dem Patienten ein perkutaner Verweilkatheter (sogenannter Tenckhoffkatheter) periumbilikal in die Peritonealhöhle implantiert und im subkutanen Gewebe verankert. Über diesen Katheter instilliert sich der Pat. eine Peritonealdialyselösung (PDL), die physiologische Mengen an Natrium, (Kalium), Calzium, Magnesium, sowie Laktat als Puffer und unterschiedliche Konzentrationen an Glukose (herkömmliche PDL) enthält. Bei der häufigsten Form der Peritonealdialyse, der sogenannten kontinuierlichen ambulanten Peritonealdialyse (CAPD) werden 2.0 – 2.5 Liter der Peritonealdialyselösung in der Regel viermal pro Tag in die Peritonealhöhle eingebracht und verbleiben dort tagsüber für etwa vier Stunden sowie für etwa zehn Stunden über Nacht. Während dieser Zeit kommt es aufgrund des durch die Glukose verursachten osmotischen Gradienten zur Ultrafiltration von Wasser in die Bauchhöhle. Dabei kommt es weiter zur Diffusion harnpflichtiger Substanzen in die PDL aufgrund des Konzentrationsgradienten zwischen ihr und dem Blut. Nach einigen Stunden ist ein meist völliger Ausgleich der Plasma- und Dialysatkonzentration erreicht und die „verbrauchte“ Lösung muss gegen frische Lösung ausgetauscht werden. Begrenzt wird die Ultratfiltration des Peritoneum unter anderem durch die Absorption von etwa 1 ml/min Peritonealdialyselöung durch die diaphragmalen Lymphgefäße. Bei der CAPD erreicht man ein ungefähres Drainagevolumen von acht (4*2l) bis zehn (4*2.5l) Litern plus Ultrafiltrationsvolumen pro Tag. Bei einem angenommenem kompletten Ausgleich des Harnstoffs zwischen Blut und Dialysat erreicht man so etwa acht bis zehn Liter (plus ultrafiltrierte Menge) an Harnstoffclearance pro Tag, sowie eine von der Transportkapazität des Peritoneum abhängige Ultrafiltration von Wasser.

Alternativ gibt es zur CAPD Verfahren zur automatisierten Peritonealdialyse (APD). Bei diesen Verfahren ist der Patient zumeist unabhägig von mehrmaligen Dialysatwechseln tagsüber. Die Dialysatwechsel erfolgen hier mittels eines APD-Gerätes (sogenannter Cycler) automatisch über Nacht, während der Pat. schläft.

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Bei allen Dialyseformen kann eine Restfunktion der Niere bezüglich Harnstoff- und Kreatininclearance wesentlich zur Verbesserung der Gesamtclearance beitragen. Z.B. bewirkt eine zusätzliche Clearance von 1 ml/min eine Steigerung der Clearance um 10 Liter pro Woche.

Da sich die residuale Nierenfunktion während der ersten Jahre Peritonealdialyse meist drastisch verschlechtert, muß in den meisten Fällen im Verlauf das Peritonealdialysevolumen bzw. die Glukosekonzentration in den Lösungen pro Tag erhöht werden.

Die Vorteile der Peritonealdialyse gegenüber der Hämodialyse liegen u.a. in ihrer kontinuierlichen Behandlungsmethode. Es erfolgt nahezu ständig ein Stoff- und Volumentransport über das Peritoneum. Dadurch werden stärkere, möglicherweise hämodynamisch wirksame, Volumenschwankungen vermieden. Außerdem kann auf einen Blutzugang verzichtet werden, der selbst zu Komplikationen führen kann. Ein entscheidendes Kriterium für viele Patienten ist die weitgehende Unabhängigkeit von einem Dialysezentrum, über das natürlich trotzdem die Kontrolle des Verfahrens geschehen sollte.

1.2.2.2 Aufbau des Peritoneum (Ultrastruktur und Zellpopulationen der Peritoneal-membran):

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Das Peritoneum (Bauchfell) kleidet mit einem parietalen Blatt (Peritoneum parietale) die Bauch- und Beckenhöhle aus und überzieht mit einem viszeralen Blatt (Peritoneum viscerale) einen großen Teil der Bauch- und Beckenorgane. Zwischen parietalem und viszeralem Blatt liegt die Peritonealhöhle, Cavum peritonaei. Das Omentum majus und Omentum minus sind Peritonealduplikaturen im Oberbauch. Unter dem Lichtmikroskop besteht das Peritoneum apikal zunächst aus einer einfachen Schicht Mesothelzellen über einer kontinuierlichen Basalmembran. Dabei handelt es sich um flache, polygonale Zellen mit einem zentral gelegenen Kern. Die Mesothelzellen tragen an ihrer Oberfläche Mikrovilli (Durchmesser ca. 0.8μm, je 2-3μm lang) in variabler Anzahl und besitzen alle in etwa die gleiche Größe. Sie haben eine regelmäßige Form und sind ca. 20-35 μm dick. Sie sind polygonal angeordnet und bilden eine kontinuierliche Schicht mit den angrenzenden Zellen [9,10]. Das Mesothelium liegt dem verbindenden submesothelialen Gewebe auf, welches sowohl dem parietalen, als auch visceralen Peritoneum unterliegt. Es ist etwa 2-3 mm dick [10] und besteht aus gerichteten Kollagenfaserbündeln, elastischer Lamina und extrazellulärer Matrix, in dem sich insbesondere Fibroblasten, aber auch vereinzelte Makrophagen [11], Adipozyten und Mastzellen finden lassen. Nahe der Oberfläche finden sich Lymphgefäße, unterhalb der Basalmembran schließlich die versorgenden Kapillaren und Venolen.

Mit zunehmender Therapiedauer kommt es im Rahmen der Peritonealdialysebehandlung über Jahre zu signifikanten Veränderungen der Morphologie und der Ultrastruktur des Peritoneum, welche schließlich in einer Fibrosierung der Peritonealmembran münden können [12,13,14]. Damit verbunden sind dann auch Veränderungen des Sofftransportes über die Membran, welche schließlich zu ihrem Funktionsverlust als „Dialysemembran“ führen können. Morphologisch ist dabei vorwiegend das Mesothel betroffen, für das eine verstärkte Ausprägung des rauhen endoplasmatischen Retikulums bei gleichzeitiger Verminderung der Oberflächenmikrovilli sowie der mikropinozytotischen Vesikel beschrieben wurde [10,15]. Seitens des Submesothels wurde eine Rarefizierung des Bindegewebes sowie eine Sklerosierung gefunden [16]. Ursächlich für die morphologischen Veränderungen werden unter anderem das urämische Milieu des Peritoneldialysepatienten gemacht.In einer neueren Studie [17] wurden die morphologischen Eigenschaften der parietalen Peritonealmembran von 130 Peritonealdialysepatienten untersucht und mit denen von normalen Individuen, Prädialysepatienten und Hämodialysepatienten untersucht: So konnte bei urämischen Prädialysepatienten sowie bei Hämodialysepatienten eine ähnlich starke Verdickung der submesothelialen Zone wie bei Peritonealdialysepatienten in den ersten zwei Jahren der Therapie gefunden werden. Diese Veränderungen waren signifikant im Vergleich zu der Beschaffenheit des Peritoneum bei Nicht-Urämikern. Allerdings waren die morphologischen Veränderungen bei Peritonealdialysepatienten im Laufe der Jahre zunehmend stärker ausgeprägt im Vergleich zu den Prä- oder Hämodialysepatienten. Diese Veränderungen scheinen im direkten Zusammenhang mit den instillierten Peritonealdialyelösungen sowie den durchgemachten Peritonitisepisoden zu stehen [18]. Davies et al. [19] konnten in einer prospektiv angelegten Studie bei 303 Patienten eines einzigen Dialysezentrums nachweisen, dass Patienten, die in den ersten Jahren einer erhöhten Menge an Glukose ausgesetzt waren, einen erhöhten peritonealen Transport und einen früheren Verlust der verbleibenden Nierenfunktion hatten.

1.2.2.3 Peritoneale Abwehrmechanismen:

Bis zu 50% der Patienten im Peritonealdialyseprogramm verlassen es innerhalb von fünf Jahren. Hauptgründe sind wiederholte Infektionen, Verlust der Transportkapazität für die Stoffe und Versagen der Ultrafiltration [20]. Trotz zahlreicher technischer Verbesserungen zur Erhöhung der Hygiene, wie verbesserte Peritonealdialysekatheter oder veränderte Konnektions-/Diskonnektionssysteme stellt die Infektion, im schlimmsten Fall die Peritonitis, das größte Akutproblem der Peritonealdialyseverfahren dar.

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Die CAPD-assoziierte Peritonitis ist vom klinischen Bild meist nur oligosymptomatisch. So klagt die Mehrzahl der Patienten über abdominelle Beschwerden, häufig findet sich eine Abwehrspannung, sowie bei der Hälfte der Patienten erhöhte Temperaturen. Dabei kommt es aufgrund der vermehrten Reabsorption von Soluten und freiem Wasser während der Peritonitis zur erschwerten Flüssigkeitsbilanzierung. Gleichzeitig findet meist ein vermehrter Verlust von Plasmaeiweißen in das Peritonealdialysat statt. Die gesteigerte Reabsorption, sowie der Eiweißverlust scheinen im Zusammenhang mit einer gesteigerten Synthese von vasodilatierenden Prostanoiden (Prostaglandin E2 [PGE2], Prostazyklin [PGI2]) zu stehen [21,22,23]. Klinisch primär auffällig ist zumeist die deutliche Trübung des drainierten Dialysats infolge deutlich bis massiv erhöhter peritonealer Leukozytenzahl, die zur überwiegenden Zahl (>90%) aus polymorphkernigen Granulozyten bestehen [24]. Hingegen bestehen im infektfreien Intervall die Mehrzahl (>80%) der Leukoyten aus Makrophagen.

Offensichtlich kommt der Einstrom von polymorphkernigen Granulozyten (PMN) infolge chemotaktischer Reaktionen zustande. Dabei scheinen die Peritonealmakrophagen (PMθ) eine entscheidende Rolle zu spielen. Diese reagieren in vitro auf Stimulation mit bakteriellem Lipopolysaccharid (Endotoxin) aus der Zellwand von gramnegativen Bakterien, sowie nach Exposition gegenüber grampositiven Organismen mit einer Synthese einer Vielzahl immunologisch aktiver Substanzen. Dabei handelt es sich überwiegend um verschiedene Zytokine, wie IL-1, IL-6, IL-8 und TNFα, sowie Metaboliten des Arachidonsäurestoffwechsels, wie PGE2 und PGI2 und Lipoxygenase-Produkten, wie LTB4 und LTC4 [11]. Einige der wichtigen Zytokine und Chemokine sind weiter unten näher erläutert. Peritonealmakrophagen haben also eine zentrale Bedeutung für die Koordinierung und Regulation der peritonealen Abwehrmechanismen. Neben den Makrophagen scheinen allerdings noch andere Zellpopulationen im Peritoneum an Infektabwehrmechanismen beteiligt zu sein, da die absolute Zahl an Peritonealmakrophagen, selbst während Peritonitisepisoden die hohen Konzentrationen an Mediatoren wie PGE2, PGI2 [21,23,22], IL-6 [25,26] und IL-8 [26,27], die im Peritonealeffluat gefunden werden, nicht hinreichend erklären können. Neben den Peritonealmakrophagen müssen also auch die zwei größten residenten Zellpopulationen in Betracht gezogen werden: Peritoneale Mesothezellen und Fibroblasten.

Nach Etablierung der Gewinnung von humanen peritonealen Mesothelzellen [28] kann seit einiger Zeit die Bedeutung des peritonealen Mesothels und nach Etablierung der Gewinnung humaner peritonealer Fibroblasten [29] die Bedeutung dieser Zellpopulation in vitro charakterisiert werden. Es ist inzwischen bekannt, dass die beiden Zellpopulationen nicht nur eine Ultrafiltrationsbarriere darstellen, sondern auch aktiv durch Sekretion von Zytokinen, Prostaglandinen, Lipiden, Proteoglykanen und Wachstumsfaktoren an der peritonealen Infektabwehr beteiligt sind.

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Ausgehend von diesen Erkenntnissen wurden von Topley et al. [30,31] das Model des „intraperitonealen Zytokin-Netzwerkes“ entwickelt (Abb. 1):

Das initiale Signal geht bei einer peritonealen Entzündungsreaktion demzufolge von aktivierten Peritonealmakrophagen als „erste Verteidigungslinie“ aus, die über vergleichsweise geringe Ausschüttung (Picogramm-Bereich) an aktivierenden Signalen, wie IL-1β und TNFα, peritoneale Mesothelzellen aktivieren. Darauf reagieren die von diesen Signalen erreichten Mesothelzellen mit der massiven Produktion (Nanogramm-Bereich) von IL-6, Chemokinen (IL-8) und Prostaglandinen. IL-8 bewirkt dabei die Rekrutierung von Neutrophilen an den Ort der Entzündung. IL-6 sowie die Prostaglandine sind nicht nur proinflammatorisch, sondern auch für die Begrenzung der Entzündungsreaktion verantwortlich. Diese können nämlich die Synthese von TNFα und IL-1β inhibieren [32,33,34].

Weniger wusste man bis vor einigen Jahren über die Rolle der Peritonealfibroblasten während der peritonealen Entzündungsreaktion. Das oben beschriebene Modell wurde dann von Jörres et al. [35] um die Rolle der Peritonealfibroblasten, als zweitgrößte Zellpopulation der Peritonealmembran, wie folgt ergänzt:

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Peritonealfibroblasten werden in vitro von rekombinant hergestellten IL-1β und/oder TNFα zur Induktion von IL-6 mRNA als auch IL-8 mRNA stimuliert, und IL-6 Protein bzw. IL-8 Protein lässt sich in Folge nachweisen. Simultan kommt es zu IL-6 und IL-8 mRNA-Expression und entsprechender Proteinsynthese nach Stimulation der HPFB mit peritonealen Makrophagenüberständen.

Zusammenfassend lässt sich die Funktion der Peritonealfibroblasten so beschreiben: Der Peritonealfibroblast reagiert auf proinflammatorische Stimulation durch Proliferation und erhöhter Synthese von Anteilen der extrazellulären Matrix und trägt damit höchstwahrscheinlich zur Peritonealfibrose bei CAPD-Patienten bei. Gleichzeitig spielt der Peritonealfibroblast durch die Produktion von immunologisch aktiven Molekülen auch selbst eine Rolle bei der peritonealen Entzündung [36].


Interleukine und Chemokine

Im Folgenden sollen kurz die wichtigsten Interleukine, die bei der Interaktion der peritonealen Zellen eine Rolle spielen, erläutert werden: Bei ruhenden peritonealen Mesothelzellen in Zellkulturen wurden u.a. nach Stimulation mit Interleukin-1 beta (IL-1β) oder Tumornekrosefaktor alpha (TNFα), die beide Mediatoren von aktivierten peritonealen Makrophagen sind, die Produktion von Interleukin-6 (IL-6) und Interleukin-8 (IL-8) gefunden. Weiterhin produzieren Mesothelzellen vasodilatatorische Prostaglandine (PGE2, PGI2). Prostaglandinen kommen dabei neben pro- auch antiinflammatorische Aufgaben zuteil, indem sie die Produktion von IL-1β und TNFα in aktivierten Monozyten und Makrophagen

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herunterregulieren [36].


IL-1
β : IL-1β wird von aktivierten Makrophagen als erste Antwort in der peritonealen Entzündungsreaktion produziert. IL-1β aktiviert dabei neben TNFα, peritoneale Mesothelzellen, die mit der Produktion von IL-6, IL-8 und Prostaglandinen antworten.


IL-6 und sIL-6R:
Mesothelzellen und Makrophagen sind in der Lage IL-6 zu produzieren [35]. Dabei sind die HPMC die bedeutendste Quelle für die IL-6-Ausschüttung, die durch proinflammatorische Zytokine, wie IL-1 und TNFα ausgelöst wird. IL-6 hat sowohl eine pro- als auch antiinflammatorische Rolle [37]. Man glaubt, seine Aufgabe bei der peritonealen Infektion besteht darin, die peritoneale Inflammation zu begrenzen, da man gefunden hat, dass es die Produktion von IL-1 und TNFα in aktivierten Monozyten herunterreguliert. Es hat außerdem einen potenziell permeabilitätserhöhenden Effekt auf das Peritoneum [35]. Die antiinflammatorische Wirkung wiederum ist abhängig vom löslichen IL-6-Rezeptors (sIL-6R): Der Leukozyteneinstrom während einer Peritonitis ist durch eine frühe peritoneale Akkumulation von Neutrophilen charakteriziert. Diese werden nach und nach durch eine Population von mononukleären Zellen ersetzt. Dabei ist der Wandel in der Leukozytenrekrutierung, bei dem IL-6 und sIL-6R eine zentrale Rolle spielen, entscheidend für die erfolgreiche Bekämpfung des infektiösen Agenz und der Wiederherstellung der Gewebehomeostase. Der IL-6/sIL-6R-Komplex ist für die Begrenzung der Inflammation entscheidend. HPMC tragen allerdings keinen IL-6R und sind nicht in der Lage den löslichen Rezeptor zu produzieren. Es konnte gezeigt werden, dass die einwandernden Neutrophilen eine wichtige Quelle für den löslichen IL-6-Rezeptor sind und damit insgesamt für die Begrenzung der Inflammation entscheidend sind [38]. IL-6 und sIL-6R haben also insgesamt eine hohe Relevanz als Mediator beim peritonealen Abwehrmechanismus [25,26,27].

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IL-8:
IL-8 ist ein chemotaktisches Zytokin mit proinflammatorischer und wachstumsfördernder Aktivität. Es wird hauptsächlich von Monozyten/Makrophagen gebildet und hat potente chemotaktische Aktivität auf Neutrophile, T-Lymphozyten und Basophile [35]. Neben dem ebenfalls stark chemotaktisch wirkenen LTB4 [39,40] dürfte es sich bei IL-8 um einen der entscheidenden Mediatoren zur Rekrutierung von Granulozyten bei der peritonealen Infektabwehr handeln.


TNF
α : TNFα ist ein Zytokin mit vielfältigen proinflammatorischen Eigenschaften [37], welches auch Fibroblasten und Mesothelzellen aktiviert. Bei CAPD-assoziierter Peritonitis ist TNFα ergänzend zu IL-1 eines der initialen Signale für die Aktivierung der peritonealen Mesothelzellen, die mit einer Sekretion von IL-8 antworten, das für die chemotaktische Rekrutierung von polymorphnukleären Leukozyten verantwortlich ist.


Die Vorgänge, die bei dem peritonealen Abwehrmechanismus stattfinden, sind in Abbildung 1 zusammengefasst.

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Abbildung 1: Modell des Zytokinnetzwerkes und der chemotaktischen Interaktion der residenten und nicht residenten peritonealen Zellen.

(Abkürzungen siehe Tabelle der Abkürzungen)

1.2.2.4 Die Wirkung von Peritonealdialyselösungen (PDL):

Seit ca. 30 Jahren wird die Peritonealdialyse als ein möglicher Standard in der Therapie der terminalen Niereninsuffizienz eingesetzt. Dabei spielt die Integrität und die Funktion der Peritonealmembran eine entscheidende Rolle. Seit längerer Zeit ist bekannt, dass die bislang gebräuchlichen herkömmlichen Peritonealdialyselösungen, die Integrität dieser Membran direkt und indirekt (s.u.) schädigen können. Die Notwendigkeit, sich mit der Frage der Einflüsse der PDL auf die Membran auseinanderzusetzen, wird leicht einsichtig, wenn man sich vor Augen führt, dass das Peritoneum im Jahr etwa 3000 Litern der Peritonealdialyselösungen ausgesetzt ist. So finden sich in Abhängigkeit vom Beginn der CAPD und Anzahl an durchgemachten Peritonitiden histologische Veränderungen bei CAPD-Patienten: Aufgrund der kontinuierlichen Schädigung der Mesothelzellen durch die Peritonealdialyselösungen kommt es bereits nach kurzer Zeit zu einem erhöhten Zellumsatz, d.h. einem erhöhten Austausch geschädigter Zellen durch neue. Die progressiven Veränderungen schließen auch die zunächst nur teilweise Reduktion oder im schlimmsten Fall das komplette Verschwinden der Mikrovilli ein. Außerdem kann es zur Öffnung von Zellverbindungen kommen. Nach einigen Monaten CAPD zeigen sich mesotheliale Basalmembranveränderungen, die erhöhte Zeichen der Replikation aufweisen [9].

Während nach Entwicklung der Peritonealdialyse zunächst einfache intravenöse Lösungen (0.8% Natriumchlorid, 5% Dextrose und Ringerlaktatlösung) als Peritonealdialyselösungen mit Nebenwirkungen wie Lungenödem, Elektrolytstörungen und Säuren- Basenungleichgewicht zum Einsatz kamen, erkannte man später, dass die Peritonealdialyselösungen ähnliche Zusammensetzungen wie interstitielle Flüssigkeiten haben und im Verhältnis zum Blut hyperton sein müssen, um die Ultrafiltration von freiem Wasser bewerkstelligen zu können. Glukose wurde schließlich als sicheres und effektives osmotisches Agenz eingesetzt und wird bis heute als Standard in den meisten Peritonealdialyselösungen verwendet.

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Die Benutzung von Glukose als osmotisches Agenz birgt aber auch zahlreiche unerwünschte Wirkungen [41], die im folgenden Abschnitt diskutiert werden. Seit einiger Zeit sind nun auch alternative osmotische Agenzien auf dem Markt, die zum Teil bereits im klinischen Gebrauch sind, sich teilweise aber auch noch in der klinischen Forschung befinden. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um aminosäuren- und icodextrinhaltige Lösungen, die für eine begrenzte Anzahl an Dialysatwechseln pro Tag alternativ zu glukosehaltigen Lösungen eingesetzt werden können.

Um dem Patienten eine möglichst lange Zeit an der Peritonealdialyse zu ermöglichen, gilt es, die für ihn bestmögliche Kombination aus nötiger Ultrafiltration, Funktionserhalt der Peritonealmembran, Ernährungszustand, sowie Komfort zu finden. Für die Zukunft stehen die Entwicklung neuer osmotischer Agenzien (z.B. Glycerol) und die Verbesserung der automatischen PD mit kontinuierlichem Fluß von PDL mit niedrigem Glukosegehalt (0.2%-0.5%) an. Das ideale osmotische Agenz muss dabei erstens eine ausreichende Ultrafiltratsleistung und ein hohes Ultrafiltrationsvolumen pro absorbierter Masse ermöglichen, zweitens leicht metabolisiert werden, ohne dabei lokale peritoneale oder systemische Toxizität aufzuweisen und muss drittens zu akzeptablen Kosten leicht hergestellt werden können (nach Holmes et al. [42]).

1.2.2.4.1  Glukose als osmotisches Agenz in PDL:

Glukose ist (mangels gleichwertiger Alternativen) das am häufigsten eingesetzte osmotische Agenz in Peritonealdialyselösungen. Sie ist als effektives osmotisches Agenz einsetzbar und kostengünstig für die breite Anwendung herstellbar. Glukose birgt, zumindest in der Verwendung in den heute gebräulichen konventionellen Zubereitungen, aber auch Gefahren. Ein nicht unerheblicher Teil der Glukose wird nämlich absorbiert. Dies bringt metabolische Komplikationen wie Übergewicht und Hyperdyslipidämie mit Hypertriglyceridämie [20] mit sich. Es kommt aber auch zum Aminosäuren- und Proteinverlust in das Peritonealdialysat (mit unerwünschten Wirkungen wie Malnutrition und negativen Effekten auf die Stickstoffbilanz) mit einem permanenten Verlust von etwa 8 bis 15 g Gesamtprotein und 2 bis 4 g Aminosäuren pro Tag [43].

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Neben diesen metabolisch ungünstigen Wirkungen gibt es aber auch direkte negative Eigenschaften der konventionellen PDL auf das Peritoneum als Dialysemembran, die nicht nur aus der Verwendung von Glukose (und der damit verbundenen erhöhten Osmolalität) per se resultieren, sondern auch abhängig von der Art der Herstellung der Lösungen und der daraus folgenden Zusammensetzung sind.


pH-Wert in Peritonealdialyselösungen

Peritonealdialyselösungen müssen beim Herstellungsprozess sterilisiert werden. Dabei wird als einfachstes und kostengünstigstes Verfahren die Hitzesterilisation angewandt. Bei hohen Temperaturen kommt es jedoch in Abhängigkeit vom pH-Wert (je höher, desto stärker) zur Degradation von Glukose [44,45]. Makroskopisch erkennt man dies am regelrechten „Karamelisieren“ der bei neutralem pH-Wert (pH7.4) sterilisierten Lösung – diese Lösung ist klinisch natürlich nicht mehr einsetzbar. Aus diesem Grund werden die Lösungen bei einem unphysiologisch niedrigen pH-Wert von zumeist 5.5 sterilisiert, welcher per se zu unerwünschten Wirkungen auf das Peritoneum führen kann. Es gibt mehrere in vitro Untersuchungen, die den negativen Einfluss von einem niedrigem pH-Wert auf Zellen zeigen [46,47]. In vivo scheint dieser negative Effekt eine untergeordnete Rolle zu spielen, da der pH-Wert durch die Äquilibrierung durch transperitoneale Puffersubstanzen sowie in der Bauchhöhle verbliebendes Restdialysat innerhalb von 20-30 Minuten auf nahezu neutrale Werte angehoben wird [47].


Osmolalität in Peritonealdialyselösungen

Um einen ausreichenden osmotischen Gradienten ins Dialysat zu erreichen, muss Glukose in hohen Konzentrationen verwendet werden. Die damit verbundene unphysiologisch hohe Osmolalität wird für einen weiteren Teil der Bioinkompatibilität der PDL verantwortlich gemacht: Allerdings führte die Inkubation von humanen Mesothelzellen mit Mannitol (gleiche Osmolalität wie Glukose) in steigenden Konzentrationen in vitro im Vergleich zur Inkubation mit Glukose zu einer weniger starken Reduktion der Proliferation der Zellen [48], so dass Glukose per se eine eigene Toxizität zu haben scheint. Wieslander et al. [49] untersuchten zwei osmotisch unterschiedliche (290 mOsm/liter und 390 mOsm/liter) NaCl-Lösungen (NaCl 0,9% und NaCl 1,2%) in ihrer Wirkung auf L929 Fibroblasten. Dabei konnten sie keine signifikanten Unterschiede in Bezug auf das Zellwachstums nach 72 Stunden feststellen, so dass die eigentliche Osmolalität keine grössere Rolle zu spielen scheint. Gotloib et al. [50] veröffentlichten Untersuchungen bezüglich des Effektes von Osmolalität auf mesotheliale Monolayer in einem in vivo Mausmodell über 30 Tage. Die Effekte, die durch die Hyperosmolalität von einer filtersteriliserten und Mannitol enthaltenden PDL an den Mesothelzellen ausgelöst wurden, waren im Gegensatz zu den durch eine hitzesteriliserte aber ansonsten identisch zusammengesetzte Glukoselösung (4.25%) gleicher Osmolalität nach einer Regenerationszeit von 7 Tagen zum größten Teil reversibel. Daraus schließen Gotloib und Mitarbeiter, dass die Effekte, die durch Glukose selbst und seine Degradationsprodukte ausgelöst werden, eine wesentlich größere Rolle spielen, als die hohe Osmolalität.


Puffer in Peritonealdialyselösungen

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Um den pH-Wert in den PDL stabil zu halten, müssen die Peritonealdialyselösungen gepuffert werden. Dabei kommt in den herkömmlichen Lösungen überwiegend Laktat als Puffer zum Einsatz, für das zumindest bei niedrigem pH-Wert negative Einflüsse auf Peritonealzellen bekannt sind. Passlick-Deetjen et al. [51] beschrieben den Mechanismus, über den Laktat in vitro bei niedrigem pH-Wert der PDL den intrazellulären pH-Wert in Neutrophilen, Makrophagen [52] und Mesothzellen relativ schnell senken kann:

Normalerweise befinden sich Laktat und Milchsäure in einem Gleichgewicht, welches sich bei extrazellulär niedrigem pH in Richtung Milchsäure verändert. Diese ungeladene Form kann leicht ins Innere der Zelle gelangen und dissoziiert dann im neutralen Zellinneren in Laktat und Protonen, welche die intrazelluläre Azidifizierung bewirken. Außerdem transportiert der Laktat/Protonen Kotransporter, der in polymorphnukleären Leukozyten identifiziert wurde, in einer sauren Umgebung vermehrt Laktat ins Zellinnere. Der niedrige intrazelluläre pH führt dann möglicherweise über die Minderung von zellulärem Adenosintriposphat [53] zur Störung der Zellfunktion.



GDP in Peritonealdialyselösungen

Neben diesen vor allem akut wirkenden negativen Effekten von PDL wie pH-Wert, Osmolalität und Laktat als Puffer, wurden erstmals von Wieslander et al. eine eher als chronisch wirkende Toxizität (auf Zellen) im Zusammenhang mit der Hitzesterilisation der Lösungen beschrieben. In dieser Arbeit sprechen Wieslander et al. [49] von einer (neben pH-Wert und Osmolalität) bestehenden „generellen Toxizität“ der hitzesterilisierten glukosehaltigen PDL. Dabei beziehen sie sich auf die unterschiedliche Wirkung von filtersterilisierten versus (zusätzlich) hitzsteriliserten, glukosehaltigen und im Labor selbst hergestellten Peritonealdialyselösungen (pH 7.3 bis 7.6 durch Mischung mit Zellkulturmedium) auf Fibroblasten der Zellinie L-929: Nach 72 stündiger Inkubation mit diesen PDL fanden sie ein signifikant besseres Wachstum der Zellen, die mit der filtersterilisierten PDL im Vergleich zu den mit der (zusätzlich) hitzesterilisierten PDL behandelten Zellen. Eine ebenfalls eingesetzte kommerziell erhältliche hitztesteriliserte PDL wirkte nach pH-Neutralisation (Mischung mit Zellkulturmedium) ähnlich auf die Zellen, wie die im Labor hergestellte und (zusätzlich) hitzesteriliserte Lösung. Später konnte die Ursache der Toxizität hitzesteriliserter PDL identifiziert werden: Glukose wird mit zunehmender Temperatur und steigendem pH-Wert in unterschiedliche Glukosedegradationsprodukte (GDP) umgewandelt. Diese sind inzwischen zu einem Teil identifiziert und in ihrer Wirkung auf das Peritoneum untersucht (Tabelle 2).

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Tabelle 2: Bislang bekannte Glukosedegradationsprodukte (GDP) in pharmazeutischen Glukoselösungen (*Stern markiert bislang nachgewiesene GDP in PDL)

Glukosedegradationsprodukte (GDP)

Referenz

5-Hydroxymethylfuraldehyd*

Nilsson-Thorell et al. [54]

Acetaldehyd*

Nilsson-Thorell et al. [54]

Formaldehyd*

Nilsson-Thorell et al. [54]

2-Furaldehy*

Nilsson-Thorell et al. [54]

Glyoxal*

Nilsson-Thorell et al. [54]

Methylglyoxal*

Nilsson-Thorell et al. [54]

Valeraldehyd*

Nilsson-Thorell et al. [54]

Ameisensäure

Wieslander et al. [55]

Levulinsäure

Jellum et al. [56]

5-Hydroxymethylfursäure

Wieslander et al. [55]

2,5-Dicarboxysäure

Wieslander et al. [55]

2-keto-3desoxy-Glucose

Jellum et al. [56]

2-(2´-hydroxyacetyl)-Furan

Jellum et al. [56]

3-deoxy-D-erythro-hexos-2-Ulose

Linden et al. [57]

3-Deoxyglucoson*

Linden et al. [57]

3,4-Dideoxyglucoson-3-Ene*

Linden et al. [58,59]

Martinson et al. (Arbeitsgruppe Wieslander) hielten die Glukosedegradationsprodukte bereits in ihrer 1992 erschienenen Veröffentlichung als relevant in bezug auf den Einfluss auf peritoneale Zellen [60]. Vor kurzem wurde die Wirkung von GDP und unterschiedlich sterilisierten PDL in vitro mit (erstmalig) humanen peritonealen Mesothelzellen (HPMC) untersucht [61]. Vorher waren die Versuche mit GDP nur an tierischen oder modifizierten menschlichen Zelllinien (z.B. L929 Fibroblasten) durchgeführt worden (Zusammenfassung: [61]), die für den Einfluss der GDP weniger empfindlich zu sein scheinen. Witowski et al. [61] untersuchten den akuten (24 Stunden) Effekt von GDP und unterschiedlich sterilisierten glukosehaltigen PDL auf humane peritoneale Mesothelzellen (HPMC) bezüglich ihres Wachstums, Vitalität und IL-6 Freisetzung als funktionellen Parameter. Die Zellproliferation, Vitalität und IL-1β-stimulierte IL-6-Freisetzung der HPMC konnte dosisabhängig durch verschiedene GDP (Acetaldehyd, Formaldehyd, Glyoxal, Methylglyoxal, Furaldehyd, aber nicht 5-Hydroxymethylfurfural) inhibiert werden; dies teilweise signifikant stärker verglichen mit L929-Zellen. Diese Effekte konnten ebenfalls für die Inkubation mit hitzesterilisierter im Vergleich zu filtersterilisierter PDL gezeigt werden. Dabei wurde die Proliferation von HPMC durch filtersterilisierte PDL nach Zugabe von GDP gehemmt, wobei allerdings höhere Dosen erforderlich waren, als sie in PDL gefunden wurden. Da in der klinischen PD-Situation jedoch die Peritonealzellen chronisch, d.h. über lange Zeiträume diesen niedrigeren GDP-Konzentrationen ausgesetzt sind, entwickelten Witowski et al. [62] ein Langzeitinkubationsmodell bis zu 36 Tagen. Während dieses Zeitraumes wurden die Zellen wiederholt den GDP in solchen Konzentrationen ausgesetzt, die auch in herkömmlichen Peritonealdialyselösungen gefunden werden. Dabei wurde die Fähigkeit der HPMC, Zytokine (IL-6) und extrazelluläre Matrix (Fibronectin) zu sezernieren, sowie zusätzlich die Zellvitalität, Morphologie und Proliferation untersucht. Die Inkubation der Zellen mit den GDP führte zu einer signifikanten Reduktion des von den HPMC gebildeten IL-6 und Fibronectin. Dabei wurden mehr als 80% der Veränderungen dieser Parameter während der ersten 12 Tage beobachtet. Gleichzeitig kam es zu einem Vitalitätsverlust und einer morphologischen Veränderung der Zellen. Nach 36 Tagen Inkubationsdauer war die Anzahl der Zellen, die mit den GDP behandelt wurden, um nahezu 60% reduziert. Es konnte jedoch eine Erholung und Normalisierung ihrer Proliferationskapazität nach Überführung in ein GDP-freies Kulturmedium beobachtet werden, so dass die GDP-induzierten Funktionsstörungen offenbar reversibel sind [62].


AGE-Bildung durch Peritonealdialyselösungen

In vivo sind die Glukosedegradationsprodukte reaktive Vorstufen zur Bildung von glykosilierten Proteinen, den sogenannten advanced glycation end products (AGE).Diese enstehen aus der Maillard-Reaktion, bei der die Carbonylgruppen der offenkettigen Glukose mit einer Aminogruppe des Proteins reagieren und so eine instabile und reversible Schiffbase bilden. Aus diesem Zwischenprodukt kann nach Amadori-Neuanordnung ein stabiles Ketoamin, das sogenannte Amadoriprodukt, entstehen [63]. Diese Reaktion erreicht ein Equilibrium nach ca. 28 Tagen [63]. Über einen Zeitraum von mehreren Wochen bis Monaten kann das Amadori-Produkt einer Vielzahl von chemischen Reaktionen unterliegen und so die advanved glycation end products (AGE) bilden, die irreversibel an das Protein gebunden sind [63]. AGE werden ihrerseits als eigenständiger Bioinkompatibilitätsfaktor angesehen. Nakayama et al. [64] konnten das Vorhandensein von AGE im menschlichen Peritoneum von CAPD-Patienten in Abhängigkeit von der Behandlungszeit mit der CAPD nachweisen: Je länger (Monate bis Jahre) ein Patient den glukosehaltigen PDL ausgesetzt war, desto mehr AGE ließen sich nachweisen. Dabei sind AGE eine mögliche Ursache für die im Laufe der Behandlungsjahre bei CAPD-Patienten nachzuweisende Zunahme der Permeabilität der Peritonealmembran. AGE scheinen neben GDP und Glukose einen positiven Einfluss auf die Bildung von vaskulär-endothelialen Wachstumsfaktor (VEGF) zu haben [65,66,66,67,68]. Von VEGF ist bekannt, dass es die Gefäßrekrutierung und -neubildung fördert, was wiederum zur Erhöhung des Transportes über die Peritonealmembran führt. Das osmotische Agenz wird verstärkt „absorbiert“, damit kommt es zur Verminderung oder sogar zum Verlust der Ultratfiltrationskapazität der Peritonealmembran.

Alternative glukosehaltige Peritonealdialyselösungen: Verwendung verschiedener Puffer, neutrale pH-Werte und Reduktion von Glukosedegradationsprodukten

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Alternative glukosehaltige PD-Lösungen verschiedener Hersteller (Tabelle 3) befinden sich derzeit in der klinischen Einführung.

Tabelle 3: Alternative glukosehaltige PDL führender Hersteller

Produktname

Firma

Zusammensetzung

Balance

Fresenius, Deutschland

pH 7.4, Puffer: Laktat 35mmol/l,
Glukose 1.5% bzw. 4.25%

BicaVera

Fresenius, Deutschland

pH 7.4, Puffer: Bikarbonat 35mmol/l,
Glukose 1.5% bzw. 4.25%

Gambrosol Trio

Gambro, Schweden

pH 5.5-6.5, Puffer: Laktat 39-41mmol/l,
Glukose 1.5%, 2.5% bzw. 3.9%

Physioneal

Baxter, USA

pH 7.4, Puffer: Laktat 15mmol/l und Bikarbonat 25mmol/l, Glukose 1.36%, 2.27% bzw. 3.86%


Ziel ist, eine PDL zu entwickeln, die möglichst pH-neutral ist, wenige GDP enthält und dabei gleichzeitig kostengünstig produziert werden kann. Dies ist mit einigen technischen Schwierigkeiten verbunden. Möchte man den pH-Wert in der Lösung neutral halten, um dessen negative Eigenschaften auf die Peritonealmembran, wie z.B. die intrazelluläre Azidifierung durch Laktat, zu verhindern, so bleibt einem zunächst nur die Möglichkeit, die Filtersterilisierung zu verwenden, um eine starke Degradierung der Glukose, die zum Karamelisieren der Lösung führt, zu verhindern. Dieses Verfahren ist wegen der sehr hohen Produktionskosten und des aufwendigen Zulassungsverfahrens für die Massenanwendung nicht praktikabel. Bei der Entwicklung von PDL wurde daher ein Umweg zunutze gemacht, der nicht nur die Verwendung einer pH-neutralen Lösung ermöglicht, sondern gleichzeitig die Entstehung von GDP minimiert. Sterilisiert man Glukose bei sehr niedrigem pH-Wert und in relativ hoher Konzentration, so wird die Enstehung von GDP auf ein Minimum reduziert. Dabei sollte gleichzeitig die Anwesenheit von katalysierenden Substanzen vermieden werden [45]. Eine Lösung für dieses Problem ist die Verwendung von sogenannten Doppelkammerbeuteln: Darin wird Glukose zusammen mit den Elektrolyten getrennt vom Puffersystem bei sehr niedrigem pH-Wert sterilisiert. Der Puffer befindet sich in einem zweiten Kompartiment bei einem hohen pH-Wert. Kurz vor Verwendung der Lösung mischt der Patient die Kompartimente durch Druck auf eine Trennmembran, und die resultierende Lösung ist nahezu pH-neutral. Ein Beispiel für eine solche Lösung ist die in dieser Arbeit verwendete Balance-Lösung (Abbildung 2).

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Abbildung 2: Beispiel einer zweikammrigen Peritonealdialyselösung Balance (Fresenius)


Dabei wird durch die Verwendung dieser Systeme nicht nur die Entstehung von GDP während der Produktion, sondern auch für die Dauer der Lagerung vermindert. Da es in konzentrierten wässrigen Lösungen normalerweise zur spontanen Degradation von Glukose kommt, kann nämlich auch hier durch Lagerung der Glukose in hoher Konzentration bei niedrigem pH-Wert ein Teil der Degradation verhindert werden. Bei der Verwendung von Doppelkammersystemen ist auch eine Variation des verwendeten Puffersystems möglich. So ist die Verwendung von Bikarbonat als Puffer möglich, bei der es bei Benutzung von herkömmlichen Einkammersystemen zu technischen Schwierigkeiten kommt [69]. Diese resultieren daraus, dass es bei Verwendung hoher Bikarbonatkonzentrationen, die notwendig sind, um die metabolische Azidose bei Niereninsuffizienz zu korrigieren, zur Präzipitierung von Calciumcarbonat kommt. Dabei sind bei der Verwendung von Bikarbonat als Puffer allerdings zusätzliche Ansprüche an die verwendeten Plastikmaterialien zu stellen, um ein Entweichen von Kohlendioxid, das bei der Verwendung von Bikarbonat entsteht, aus dem Beutel zu verhindern.

Die akuten Effekte, die eine neutrale und bikarbonatgepufferte PDL im Vergleich zu einer sauren und laktatgepufferten PDL auf HPMC haben, wurde vor einigen Jahren von Jörres et al. untersucht [41]. So fanden sie eine dosis- als auch zeitabhängig verbesserte Funktion, ausgedrückt durch die stimulierte IL-6-Produktion von HPMC und humanen peritonealen Fibroblasten (HPFB), nach Inkubation mit der pH-neutralen, bikarbonatgepufferten PDL. Im Vordergrund für die verbesserte Biokompatibilität der bikarbonatgepufferten Doppelkammer-PDL bei der Durchführung dieser Akutexperimente steht aber hier, wie auch in der Diskussion von Jörres et al. [41] ausführlich beschrieben, vermutlich vielmehr der pH-Wert und - wie inzwischen bekannt ist - der niedrigere Gehalt an GDP in der Doppelkammer-PDL als die Veränderung des Puffersystems.

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Als ein weiteres mögliches Puffersystem in glukosehaltigen Peritonealdialyselösungen ist die Verwendug von Pyruvat möglich. Brunkhorst et. al. [70] untersuchten in ihrer 1995 erschienenen Arbeit die Verwendung von Pyruvat im Vergleich zu Laktat (je 35 mmol/l) als Puffer in glukosehaltigen PDL (G1.36% versus G3.86%, pH5.5) in ihrer Wirkung auf Proliferation und IL-1ra Produktion von HPMC. Dabei fanden sie eine im Vergleich zur laktatgepufferten PDL signifikant verbesserte Proliferation (niedrige und hohe Glukosekonzentration) und Synthesefunktion in Form einer signifikant erhöhten IL-1ra Ausschüttung (hohe Glukosekonzentration) der pyruvatgepufferten PDL. Brunkhorst et al. vermuten, dass die Laktatoxidation in HPMC durch den hohen Glukoseanteil in den PDL blockiert ist („Crabtree-Effekt“) und damit die Energiegewinnung durch die Glykolyse beeinträchtigt wird. Bei pyruvathaltigen PDL hingegen dient Pyruvat, welches nicht durch die blockierte Laktatoxidation beeinflußt wird, als alternative Energiequelle und schützt so möglicherweise die HPMC-Proliferation, Integrität und Funktion.

Shostak et al. [71] wiesen eine signifikant verbesserte Vitalität von mit Wasserstoffperoxid behandelten Rattenmesothelzellen nach Koinkubation mit Pyruvat nach: Sie inkubierten von Ratten gewonnene peritoneale Mesothelzellen mit 2mM Hydrogenperoxid, dessen Freisetzung durch Mesothelzellen in Anwesenheit von hochprozentiger Glukose signifikant erhöht ist, mit und ohne 2 mM Pyruvat und fanden im MTT-Vitalitätstest eine signifikant verminderte Vitalität der Zellen, die nur mit Wasserstoffperoxid (ohne zusätzliches Pyruvat) behandelt wurden. Die Vitalität der Zellen, die zusätzlich mit Pyruvat behandelt wurden, war im Vergleich zur Kontrolle (unbehandelte Zellen) erhalten. Den protektiven Effekt von Pyruvat führen sie dabei auf seine Eigenschaften als Radikalfänger zurück.

1.2.2.4.2 Alternative osmotische Agenzien:

Seit die Probleme (s.o.), die Glukose insbesondere mit Laktat als Puffer mit sich bringt, bekannt sind, wird an alternativen osmotischen Agenzien gearbeitet. Seit kürzerer Zeit sind nun alternative Peritonealdialyselösungen mit Aminosäuren oder Icodextrin als osmotische Agenzien verfügbar, und erste Biokompatibilitätstests in vivo und in vitro, die unter anderem Thema dieser Arbeit sind, wurden durchgeführt und veröffentlicht.


Aminosäurenhaltige PDL:

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Die Entwicklung einer aminosäurenhaltigen PDL diente primär nicht dem Austausch des osmotischen Agenz, sondern dem Ersatz von körpereigenen Aminosäuren, die während der Peritonealdialysebehandlung über das Bauchfell verloren gehen. Man versprach sich eine Verbesserung der negativen metabolischen Effekte, die Glukose mit sich bringt, wie Hyperdyslipidämie, Übergewicht und den Verlust von Aminosäuren mit daraus resultierender Malnutrition. Außerdem hoffte man durch die Verwendung eines alternativen Agenz auf eine günstige Wirkung auf die peritonealen Zellen und damit auf einen längereren Erhalt des Peritoneum als Dialysemembran.

So konnten Hanning et al. [72] metabolische Vorteile von laktatgepufferter Aminosäuren-PDL (1.1% und 2.0% Travasol, Baxter) versus laktatgepufferter Glukose-PDL (2.5% und 4.25% Dianeal, Baxter) bei vergleichbarer Kreatinin- und Harnstoffclearance bei Kindern nachweisen. Im Vergleich zur Glukoselösung wurden mit der Aminosäuren-PDL die Verluste an Aminosäuren und Proteinen ins Effluat unter Beibehaltung von Euglykämie mehr als kompensiert. In dieser Studie konnte dies allerdings nur für den jeweiligen Beutelwechsel und nicht über längere Zeit gezeigt werden. Die Wasser-, die Kreatinin- und Harnstoffclearance war mit den aminosäurenhaltigen PDL leicht vermindert. Young et al. [73] beschrieben später in einer Langzeitstudie über 16 Wochen die Vorteile einer auf Aminosäuren basierenden CAPD-Lösung (Baxter 151) bezüglich der nutritiven Effekte im Vergleich zu einer herkömmlichen auf Glukose basierenden CAPD-Lösung (hier: Dianeal 137, Baxter): 85% der Aminosäuren der alternativen PDL wurden innerhalb von 6 Stunden absorbiert. Dabei war am Ende des Austauschzyklus mit dieser Lösung die Konzentration der Plasmaaminosäuren signifikant höher als beim Austausch mit der glukosehaltigen PDL. Obwohl der Verlust von Aminosäuren ins Dialysat und den Urin mit der Aminosäuren-PDL innerhalb der 12 Wochen Studiendauer aufgrund einer reversiblen makromolekularen Leckage langsam anstieg, war die Aufnahme von Aminosäuren (aus dem morgentlichen Wechsel mit der Aminosäuren-PDL) insgesamt gesehen höher. Andere Untersucher konnten später in ähnlichen Studien [74,75] die metabolischen Vorteile von Aminosäuren-PDL bestätigen. Parallel wurden von einigen Autoren [75,76,77] auf negative Eigenschaften von Aminosäuren-PDL aufmerksam gemacht: So können Aminosäuren-PDL das Risiko für eine Hyperhomocysteinämie und damit vermutlich auch das Atheroskleroseriskio bei Peritonealdialysepatienten erhöhen [75]. Den Mechanismus erklären sich die Autoren wie folgt: Nach der Absorption der Aminosäure Methionin aus der aminosäurenhaltigen PDL kommt es zu deren teilweiser Konvertierung in S-Adenosylmethionin, welches ein Methyldonor bei verschiedenen Transmethylierungsreaktionen ist, die auch zur Bildung von S-Adenosylhomocystein und schließlich Homocystein führen. Patienten mit terminaler Niereninsiffizienz können aus noch ungeklärten Ursachen Homocystein nur eingeschränkt metabolisieren. Damit kann es zur Hyperhomocysteinämie kommen, welche ein unabhängiger Risikofaktor für Atherosklerose ist. Brulez et al. [75] fand erhöhte Homocysteinspiegel bei Patienten, die mit einer 1.1% Aminosäuren-PDL behandelt wurden, wobei angemerkt werden muss, dass die dort verwendete PDL von Baxter wesentlich mehr Methionin (5.7 mmol/l) als die von uns getestete PDL Aminobic von Fresenius (Methionin: 2.681 mmol/l) enthält. Aminosäuren sind in ihrer osmotischen Effizienz limitiert und können durch den erhöhten Stickstoffanfall durch die absorbierten Aminosäuren zu erhöhten Harnstoffkonzentrationen führen, wobei Brulez et al. [75] keinen Einfluss auf die (durch das wöchentliche Kt/V ausgedrückte) Dialyseeffizienz finden konnten. Des Weiteren sind Aminosäuren-PDL in ihrer klinischen Toleranz für den Patienten begrenzt und erhöhen die Azidosegefahr [77]: Die Bildung von Wasserstoffionen durch Metabolisation von Lysin, Arginin und Methionin kann dabei zur Azidose führen. Durch Reduktion der genannten Aminosäuren konnten Jones et al. [76] in der Probandengruppe, die den Wechsel mit veränderter Aminosäuren-PDL durchführten, eine Erhöhung des Serumbikarbonats im Vergleich zur Gruppe, die unveränderte Aminosäuren-PDL („konventionelle Zusammensetzung“) erhielten, nachweisen. Zusammengefasst ist die Verwendung aminosäurenhaltiger PDL aufgrund der beschriebenen Problematik nur bis zu einem Beutelwechsel pro Tag möglich.







Icodextrinhaltige PDL:

Parallel zu der Entwicklung von Aminosäuren-PDL wurden Polyglucose-PDL, die Icodextrin als osmotisches Agenz enthalten, entwickelt. Icodextrin ist eine 7.5%ige Glukosepolymerlösung mit einer mittleren Kettenlänge des Polymers von 4-250 Glukoseeinheiten und einem mittleren Molekulargewicht von ungefähr 16200 Dalton. Das Prinzip dieser isoosmolaren Lösung beruht darauf, dass man die im Vergleich zum urämischen Plasma großen Polymere zur Herstellung eines kolloidosmotischen Gradienten nutzt. Diese Peritonealdialyselösung hat daher die folgenden Vorteile: Sie ist isoosmolar mit dem urämischen Serum und verhindert damit Schädigungen der Peritonealmembran, die mit der hohen Osmolalität verbunden sind. Sie ermöglicht Ultrafiltration über lange Austauschperioden von 8-12 Stunden für CAPD [78] und von bis zu 16 Stunden für automatische Peritonealdialyse (APD) [79]. Sie ermöglicht weiterhin eine erhöhte Ultrafiltration und Clearance im Vergleich zu 2.27% Glukose-PDL beim Tageswechsel mit icodextrinhaltiger PDL bei APD-Patienten, ohne das Peritoneum einer hypertonen Lösung auszusetzen [80]. Sie weist metabolische Vorteile im Vergleich zu Glukose-PDL, wie reduzierte Kalorienaufnahme pro Mililiter Ultrafiltration und minimale oder fehlende Insulinantwort, auf [77]. Icodextrin wird vom Peritoneum wie andere große Moleküle (z.B. Albumin) viel weniger absorbiert als Glukose (Die Absorption von Icodextrin passiert eher kontinuierlich über die Lymphgefäße, als über das Peritoneum.) [81], und sie hat Vorteile bei Peritonitis bezüglich Ultrafiltration im Vergleich zu Glukose-PDL: Nach Untersuchungen von Wang et al. [82] an Ratten war die peritoneale Ultrafiltration mit Icodextrin in der Gruppe der Tiere mit artifiziell erzeugter Peritonitis höher als in der Kontrollgruppe der Ratten ohne Peritonitis. Im Vergleich dazu war die peritoneale Ultrafiltration in der Gruppe der mit Glukose-PDL behandelten Ratten mit Peritonitis geringer als bei den Ratten ohne Peritonitis. Die verminderte Ultrafiltration bei Versuchstieren bzw. Patienten mit Peritonitis, die mit Glukose-PDL behandelt werden, erklärt sich daraus, dass während einer Peritonitis Glukose vermehrt peritoneal absorbiert wird und es so zur verminderten transkapillären Ultrafiltrationsrate und damit verminderter peritonealer Flüssigkeitsentfernung kommt. Gleichzeitig wird bei Peritonitis aufgrund von erhöhter hydraulischer Gewebepermeabilität auch direkt vermehrt peritoneale Flüssigkeit absorbiert. Hingegen erhöht sich die peritoneale Absorption bei Benutzung von Icodextrin während einer Peritonitis nicht signifikant [82]. Trotz allem kam es bei den mit Icodextrin behandelten Tieren mit Peritonitis zur erhöhten Ultrafiltration im Vergleich zu den Tieren ohne Peritonitis. Als Erklärung dafür vermuten die Autoren, dass die erhöhte peritoneale Ultrafiltration im Zusammenhang mit der durch die während einer Peritonitis erhöhte Amylaseaktivität steht, die zur Degradation von Icodextrin führt. Dies wiederum erhöht die Dialysatosmolalität und bedingt eine erhöhte Ultrafiltration. Im Vergleich zum Menschen muss einschränkend bemerkt werden, dass Ratten über wesentlich mehr Amylase verfügen und daher als Tiermodell für die Verwendung von Icodextrin schlecht geeignet sind.

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Trotz all dieser Vorteile, die icodextrinhaltige Peritonealdialyselösungen haben, gibt es einige Nachteile, über dessen Konsequenzen es noch keine ausreichenden Erfahrungen gibt. So sind allergische Reaktionen unterschiedlichster Schweregrade bekannt, welche sich überwiegend an der Haut manifestieren [83]. Des Weiteren kommt es zur teilweisen Absorption des Glucosepolymers, welcher dann durch Amylase in Oligosaccharide und zum Disaccharid Maltose hydrolysiert wird. Da die weitere Metabolisation von Maltose aufgrund fehlender zirkulierender Maltaseaktivität im menschlichen Kreislaufsytem eingeschränkt ist, kommt es zu erhöhten Maltose- und Maltotrioseplasmaspiegeln. Zwar findet man Maltase in verschiedensten extraintestinalen Geweben, wie auch in der Niere, doch kommt es dennoch bei Niereninsuffizienz zur Maltoseakkumulation [78], die während CAPD jedoch zwei Wochen nach Therapiebeginn durch kontinuierliche Peritonealclearance von 3 ml/min ein „steady state“ erreicht [81]. Intrazellulär ist genügend Maltase in den intrazellulären Lysosomen enthalten, so dass intrazelluläre Maltose schnell metabolisiert wird [81]. Als weiterer Nachteil kommt hinzu, dass Polyglukoselösungen für kurze CAPD-Wechsel wegen der limitierten osmotischen Effizienz nicht sinnvoll eingesetzt werden können. Außerdem wird eine Blockierung des retikuloendothelialen Systems durch dextrinhaltige PDL diskutiert [77].

Auch Icodextrinlösungen sind in der Lage Proteine zu glykosilieren und damit AGEs zu bilden. Im Vergleich zu Glukose-Standardlösungen mit 1.5%igem Glukoseanteil ist der Anteil an gebildeten AGE für 7.5%ige Icodextrinlösung allerdings 10fach geringer [63], so dass in dieser Arbeit nicht näher darauf eingegangen wird. Weitere mögliche Nachteile der icodextrinhaltigigen Lösung werden im Diskussionsteil besprochen.


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11.12.2006