5 Diskussion

↓64

5.1  Anmerkungen zu Material und Methodik

5.1.1  Wahl des experimentellen kortikalen Kontusionsmodells

Zur Erzeugung eines experimentellen Schädel-Hirn-Traumas existieren verschiedene Modelle, die in der Vergangenheit zur Erforschung der Mechanismen des posttraumatischen Hirnödems herangezogen wurden.

↓65

Im häufig verwendeten Fluid Percussion-Modell wird durch Injektion einer variablen Flüssigkeitsmenge unter einem variablen Druck in die kraniotomierte Schädelhöhle ein transienter Anstieg des intrakraniellen Druckes erzeugt [Dixon, 87].Im Weight Drop-Modell fällt ein Gewicht auf eine auf dem fixierten, geschlossenen Schädel befestigte Stahlplatte, wobei sich die Kontusionskraft diffus über den Schädel verteilt und partiell durch elastische Komponenten des Schädelknochens und der Wirbelsäule abgefangen wird [Marmarou, 94].

Das hier verwendete Controlled Cortical Impact Injury-Modell (CCII) erzeugt vornehmlich eine fokale kortikale Hirnverletzung, während das Fluid Percussion- und das Weight Drop-Modell zu einer diffusen Hirnschädigung führen. Bei dem CCII Modell wird ein druckluftbetriebener Bolzen, dessen Stoßgeschwindigkeit, Impressionstiefe und –dauer fein regulier- und steuerbar sind, auf die freigelegte Gehirnoberfläche beschleunigt, ohne dabei die Dura mater zu verletzen [Dixon, 91]; [Lighthall, 88]. Diese Kontusion ist verbunden mit einer signifikanten Schwellung der kontusionierten Hemisphäre mit intraparenchymaler, subduraler und subarachnoidaler Hämorrhagie, die sich im weiteren Verlauf in eine nekrotische Kavität umwandelt. Das enstehende Hirnödem setzt sich sowohl aus vasogenen als auch aus zytotoxischen Anteilen zusammen, wobei die vasogene Komponente geringer ausfällt als im Kälteläsionsmodell Klatzos [Unterberg, 97]; [Unterberg, 97; Klatzo, 87]. Bei diesem Modell wird mit einem auf –70 ºC abgekühlten Kupferstempel eine fokale kortikale Kälteläsion erzeugt, die von einem perifokalen Hirnödem umgeben ist [Klatzo, 87].

Ferner kommt es im CCII-Modell zu einer sekundären Zunahme von Kontusion und Ödem, einer langanhaltenden Erhöhung von Glutamat, TNF-α und IL-6 im Liquor sowie zu einer Abnahme der kortikalen Perfusion (s.u.) und zu metabolischen und energetischen Veränderungen [Stroop, 98]; [Stover, 00]; [Kroppenstedt, 00]; [Sutton, 94]. Der in der vorliegenden Studie vorhandene läsionsgrößenabhängige Gewichtsverlust 24 Stunden nach CCII [7,3% des Ausgangsgewichtes bei einer hemisphäralen Schwellung von (7,53 ± 0,48) %, 9,1 % bei einer hemisphäralen Schwellung von (11,21 ± 2,55 %] steht im Einklang mit Beobachtungen bei Mäusen 24 Stunden nach Trauma. Diese hatten ebenfalls ca. 8 % ihres Ausgangsgewichtes verloren und bei doppelter Traumastärke ca. 10 % [Hannay, 99].

↓66

Trotz der realitätsnahen Nachstellung und seines mechanischen Prinzips mit standartisiertem morphologischen Korrelat, durch das das CCII-Modell den anderen Modellen überlegen ist, kann die uneinheitliche Krankheitsentität des menschlichen Schädel-Hirn-Traumas auch durch dieses Modell nicht perfekt simuliert werden.

5.1.2 Wahl der Versuchstiere

Ratten verfügen über weitgehend bekannte physiologische, pathophysiologische neurochemische und molekularbiologische Abläufe im Vergleich zu höheren Spezies (z.B. dem Menschen). Des weiteren zeichnen sie sich gegenüber anderen Tierspezies durch eine höhere immunologische Stabilität und geringere Streßanfälligkeit aus. Physiologische, pathologische und Regenerationsprozesse laufen im Rattenorganismus sehr viel schneller ab und lassen sich so in kürzerer Zeit beobachten. Viele neuropharmakologische Untersuchungen und Traumamodelle sind bislang vornehmlich bei der Ratte etabliert.

Die Narkoseführung gestaltet sich bei Ratten verglichen mit größeren Tieren genauso wie der übrige apparative Aufwand einfacher. Ferner sind Ratten leichter stereotaktisch zu fixieren und exakter im MR-Tomographen zu positionieren als größere Tiere.

↓67

Interindividuelle Unterschiede von Tieren gleichen Alters und die Mengen der zu applizierenden Substanzen sind geringer. Ebenso sind die Beschaffungs- und Unterhaltskosten bei Ratten relativ niedrig.

Problematisch ist hingegen das kleine Hirnvolumen, bei dem sich im Rahmen der gravimetrischen Bestimmung der hemisphäralen Schwellung ein geringer Trennungsfehler stärker auswirken kann.

5.1.3 Effekt von osteoplastischer Trepanation und Inhalationsnarkose

Bei den zusätzlich magnetresonanztomographisch untersuchten Tieren kam es im Vergleich zu den rein gravimetrischen untersuchten Tieren bei völlig identischem Vorgehen hinsichtlich der Kraniektomie und Traumatisierung zu einer 49%-igen (7,53 auf 11,2 %) Steigerung der hemisphäralen Schwellung und zu einer Minderung der antiödematösen Wirkung des Bradykinin-B2-Rezeptor-Antagonisten LF 16.0687 Ms (3 mg/kg KG) auf die hemisphärale Schwellung. Der hemisphärale Wassergehalt der traumatisierten Hemisphäre steigerte sich bei diesen Tieren um 1% bei fehlender Veränderung in der nicht-traumatisierten Hemisphäre.

↓68

Ein Unterschied zwischen diesen Gruppen bestand darin, daß der bei der Kraniektomie entstandene Knochendeckel im Rahmen der MRT-Untersuchungen mittels Zahnzement wieder eingesetzt wurde. Damit wurde konnte eine besseren Kontrastierung der Läsion gegenüber dem der freigelegten Dura mater aufliegenden Weichteilgewebe erzielt werden. In neueren Untersuchungen an Mäusen konnte gezeigt werden, dass das Wiedereinsetzen des zuvor entnommenen Knochendeckels direkt nach CCII zu einer 40%igen Zunahme der Läsionsgröße führte [Zweckenberger, 03].

Zum anderen wurden die im MRT untersuchten Tiere länger narkotisiert. Alle Tiere wurden spontanatmend mit Isofluran und N20 narkotisiert. Sie wiesen in der arteriellen Blutgaskontrolle eine sehr gute Oxygenierung sowie eine Normokapnie auf, so daß auf eine Intubationsnarkose verzichtet werden konnte.

Neben den Vorteilen der leichten Steuerbarkeit und schnellen Beendigung der Inhalationsnarkose mit Isofluran, sind auch nachteilige Veränderungen unter der Narkose mit volatilen Anästhetika (Halotan und Isofluran) beschrieben.

↓69

Isofluran besitzt bei nicht-traumatisierten Tieren kein neutrales zerebrovaskuläres Wirkungsspektrum. Es bewirkt eine zerebrale Vasodilatation, die mit einer Zunahme des zerebralen Blutflusses (CBF), der CO2-Reaktivität und des intrakraniellen Druckes (ICP) einhergeht [Todd, 96]; [Lee, 95]; [Kaieda, 89]. Zudem wird der zerebrale Stoffwechsel gesenkt und die Kopplung zwischen Stoffwechsel und CBF aufgehoben [Michenfelder, 80]; [Murr, 90].

Nach Trauma führt eine längere Narkose mit Isofluran zu einer z.T. reversiblen Erhöhung des zerebralen Wassergehaltes in der traumatisierten, als auch in der nicht-traumatisierten Hemisphäre [Stover, 00]. Ferner zeigte Isofluran im Kälteläsionsmodell in weiter vom Focus entfernten Bereichen der traumatisierten Hemisphäre eine sekundäre, ca. 3 Stunden andauernde Hyperämie im Vergleich zur Kontrollgruppe [Murr, 90].

Auch N2O löst eine Zunahme des zerebralen Wassergehaltes der traumatisierten und der nicht-traumatisierten Hemisphäre aus [Smith, 76].

5.2 Entwicklung des posttraumatischen Hirnödems

↓70

Das infolge einer fokalen Kontusion entstehende Hirnödem stellt einen zum Teil reversiblen funktionellen Schaden dar und setzt sich aus verschiedenen Komponenten zusammen, die eine unterschiedliche Dynamik und Ausprägung zeigen. Diese Veränderungen können beim CCII-Modell und bei anderen Traumamodellen beobachtet werden.

Eine Komponente ist der Primärinsult (irreversibler Substanzdefekt), der sich zuerst als Nekrosezone demarkiert [Kälteläsionsmodell [Eriskat, 94]] und sich im zeitlichen Verlauf dann in eine nekrotische Kavität umwandelt, die glial organisiert wird [Weight Drop-Modell [Feeney, 81]]. Weitere Komponenten sind das vasogene und das zytotoxische Hirnödem, wobei der vasogene Anteil in den Anfängen der Erforschung des posttraumatischen Hirnödems als allein dominierend favorisiert wurde [Reulen, 77].

Barzó berichtete, daß kurz nach Erzeugung eines diffusen Schadens mit dem Weight Drop-Modell das vasogene Ödem anteilig dominiert, 60 Minuten nach Trauma jedoch eine zytotoxische Komponente entsteht, die wiederum 1-2 Wochen lang vornehmlich nachweisbar ist [Barzó, 96], [Barzó, 97]. Diese Annahme stützte er auf Beobachtungen der magnetresonanztomographisch gemessenen ADC-Werte (Apparent Diffusion Coefficient), welche die zufällige, translationale Bewegung der Wasserstoff-Protonen beschreiben und im Falle des zytotoxischen niedrig und im Falle des vasogenen Hirnödems hoch sind [Ito, 96].

5.2.1  Wachstumsdynamik im zeitlichen Verlauf

↓71

Die Wachstumsdynamik des posttraumatischen Hirnödems ist Gegenstand intensiver Forschung und wurde vor allem anhand gravimetrischer Methoden und histologischer Marker wie z.B. Meerrettich-Peroxydase und Evans Blue in Traumamodelle fokaler Läsion und der diffuser Hirnverletzung charakterisiert.

Im CCII-Modell beschrieb Baskaya anhand der Evans Blue-Extravasation eine Ödemformation 2 Stunden nach Trauma an der traumatisierten Stelle und eine nachfolgende Ausbreitung über die gesamte Hemisphäre mit einem Maximum nach 24 Stunden [Baskaya, 97]. Der Wassergehalt der traumatisierten Hemisphäre ist folglich nach 24 Stunden maximal und hält sich bis zum Zeitpunkt von 48 Stunden sowohl in der traumatisierten (signifikant) als auch in der nicht-traumatisierten (nichtsignifikant) Hemisphäre auf einem Plateau [Stover, 00].

Im lateralen Fluid Percussion-Modell zeigte sich, daß der Wassergehalt der traumatisierten Hemisphäre zwischen einer Stunde und sechs Stunden nach Trauma am stärksten zunahm und nach 24 Stunden seinen Maximalwert erreicht hatte [McIntosh, 90].

↓72

Im Kälteläsionsmodell wurde tendenziell eine ähnliche Dynamik beobachtet, bei der die hemisphärale Schwellung 12 Stunden nach Trauma bereits am größten und der hemisphärale Wassergehalt erst nach 24 Stunden maximal war [Schneider, 94]. Hier war auch ein Anstieg des Wassergehaltes der nicht-traumatisierten Hemisphäre zu beobachten, der nach 24 Stunden am höchsten war.

Im Weight Drop-Modell zeigte sich ein entsprechender Anstieg des Wassergehaltes als Verringerung des spezifischen Gewichtes mit einem Maximum nach 18 bzw. 24 Stunden [Shapira, 88];[Van den Brink, 90]. Nach 4 bis 7 Tagen wurden wieder Normalwerte erreicht [Shapira, 93]. Barzó beschrieb mittels Magnetresonanz-tomographie einen Anstieg der Wassergehaltes der traumatisierten Hemisphäre nach einer Stunde, der nach 24 Stunden maximal war und dann noch einmal nach 7 Tagen anstieg [Barzó, 97]. Beobachtungen der Ventrikelgröße ergaben im modifizierten Weight Drop-Modell nach einer Stunde die kleinste Größe der Ventrikel, die sich in den ersten drei Tagen stark vergrößerte, nach zwei Wochen wieder Normalgröße erreicht hatte und bis zum 42. Tag wieder zunahm [Hayasaki, 97]. Darauf basierend nahmen die Autoren an, daß sich das Ödem nach zwei Wochen aufgelöst hatte und sich dann eine zerebrale Atrophie entwickelt hatte.

Die Werte der hemisphäralen Schwellung, die magnetresonanztomographisch zu den Zeitpunkten 90 min, 6, 24, 48 Stunden und 7 Tage nach CCII gemessen wurden, stehen im Einklang mit Verläufen, die an anderen Modellen und zum Teil anderen Methoden erhoben wurden. So zeigte sich ein rascher Anstieg der hemisphäralen Schwellungswerte bis zum Erreichen des Schwellungsmaximums 24 Stunden nach CCII. Die Zunahmegeschwindigkeit der hemisphäralen Schwellung war zwischen Trauma und 90 Minuten nach CCII maximal und nahm dann ab. Nach 7 Tagen waren nahezu Ausgangswerte erreicht und die Kontusion stellte sich morphologisch als nekrotische Kavität dar.

↓73

Planimetrische Verfahren in der T2-gewichteten Bildgebung machten ferner deutlich, daß die Kontusion mit dem sie umgebenden Ödem innerhalb der traumatisierten Hemisphäre stärker wuchs als die relative Größenzunahme der gesamten Hemisphäre (Abb. 13, S. 29).

5.2.2 Rückbildung des perifokalen Hirnödems

Die Rückbildung des perifokalen Hirnödems erfolgt in drei Phasen, deren genaue Mechanismen bislang nicht klar definiert werden konnten.

Parallel zur Ödemformation verläuft die erste Phase der Restitution aufgrund von Druckgradienten aus dem Extrazellulärraum in das Ventrikelsystem über den sog. „Bulk Flow“ [Reulen, 77]. Die Restitutionsgeschwindigkeit ist hierbei unabhängig von der Molekülgröße der Proteine [Cserr, 77].

↓74

Nachdem die Druckgradienten abgefallen sind, finden in der zweiten Phase der Resolution des Ödems 24 Stunden nach Trauma verstärkt Diffusionsvorgänge durch den Extrazellulärraum in die subarachnoidale und ventrikuläre zerebrospinale Flüssigkeit statt [Ohata, 92]. Die Rückdiffusion großmolekularer (Texas Red-Albumin / MW 66 000 D) und kleinmolekularer Fluoreszenzmarker (Na+-Floureszein / MW 376 D) ist hierbei abhängig vom ICP. Bei niedrigem ICP beginnt die Rückdiffusion beider Marker zu einem früheren Zeitpunkt als bei höherem ICP [Wrba, 98; Wrba, 98]. Die Arteriolen und Venolen im Bereich des perifokalen Hirnödems nehmen in der dritten Phase der Ödemrückbildung durch Pinozytose die Ödemflüssigkeit auf [Vorbrodt, 85]; [Uhl, 99]. Neben diesen Drainageprozessen findet ebenfalls eine Pinozytose der Ödemflüssigkeits-Proteine durch Astrozyten und Mikroglia statt [Klatzo, 80].

5.2.3 Dynamik des Blut-Hirn-Schranken-Schadens und der zerebralen Durchblutung

Die Endothelzellen der Hirngefäße bilden eine kontinuierliche Wand, welche die Penetration wasserlöslicher und potentiell neurotoxischer Substanzen in das zentrale Nervensystem verhindert. Zudem halten sie die Ionenkonzentrationen des extrazellulären Raums des ZNS und des intravasalen Plasmas gegeneinander aufrecht. Das morphologische Korrelat wird als Blut-Hirn-Schranke (BHS) bezeichnet [zur Übersicht: [Pardridge, 99]].

Die strukturelle und funktionelle Schädigung der BHS führt posttraumatisch zur Entstehung des vasogenen Hirnödems. Diese Störung kann durch den Übertritt verschiedener Substanzen unterschiedlichen Molekulargewichts vom Plasma in das Gehirngewebe quantifiziert werden. Hierbei werden vornehmlich Evans Blue, Meerrettichperoxidase, Na+-Floureszein (MW: 376 D) und die Gadolinium-DTPA-Extravasation verwendet.

↓75

Das verabreichte Kontrastmittel Gadolinium-DTPA lag als wasserlöslicher Metall-Salz-Komplex mit einem Molekulargewicht von 550 Dalton vor. Dieses Kontrastmittel überwindet die intakte Blut-Hirn-Schranke nicht, verfügt über eine Plasmahalbwertszeit von ca. 90 Minuten, wird zu 90 % innerhalb von 24 Stunden renal eliminiert und hepatisch zu einem Prozentsatz von 0,02 % der applizierten Dosis pro 24 Stunden abgebaut [Kilgore, 87]. Der hohe Wirkungsgrad von Gadolinium als Kontrasmittel wurde durch eine entsprechende Anpassung der Repetionszeit (TR=500 ms) zusätzlich optimiert.

Der Grad der Kontrastverstärkung zwischen der traumatisierten und nicht-traumatisierten Hemisphäre im T1-Bild hängt von der Stärke der Kontrastmittelextravasation ab. Hierbei erscheint das Kontusion-Ödem-Areal (bzw. evtl. intrakontusionelle Blutungen) durch den Kontrastmittelübertritt heller (hyperintens) als die nicht-traumatisierte Hemisphäre [Barzó, 97].

Studien, die die Dynamik der Öffnung der BHS frühzeitig nach Trauma und dann im Verlauf untersuchten, differierten zum Teil erheblich in ihren Ergebnissen. So zeigte sich, daß 90 Sekunden nach mildem Trauma noch keine BHS-Störung messbar war, 4 Minuten bis 30 Minuten nach Trauma aber eine Öffnung der BHS stattfand [Nawashiro, 94]; [Barzó, 96] / Gadolinium-DTPA). Es wurde aber auch schon eine Öffnung der BHS bis 15 Stunden nach Trauma beschrieben [Van den Brink, 94].

↓76

Untersuchungen mit Meerrettich-Peroxydase zeigten erstmals eine biphasische Öffnung der BHS, die direkt nach Trauma bis eine Stunde danach und dann wieder nach 24 Stunden stattfindet [Baldwin, 96]. Dieses Verhalten wies der ipsilaterale Hippocampus auf, während sich die Öffnung der BHS im Bereich des kontusionierten Kortex in diesen Zeitraum nicht änderte. Eine mit der BHS-Öffnung assoziierte Evans Blue Extravasation hat eine Betonung 4-6 Stunden und 3 Tage nach Trauma im Kortex der traumatisierten Hemisphäre zur Folge [Shapira, 93]; [Baskaya, 97]. Diese zweite Öffnung könnte mit einer verspäteten Reperfusion oder mit der Einwirkung von Mediatorsubstanzen zusammenhängen. Die erste Öffnung scheint essentiell für die Entstehung des Hirnödems innerhalb der ersten 24 Stunden zu sein. Die zweite Öffnung bewirkt aber keinen weiteren Anstieg des Ödemvolumens [Baskaya, 97].

In der vorliegenden Studie wurde bei einigen Tieren Gadolinium-DTPA zu einem frühen Zeitpunkt von 90 Minuten nach Trauma verabreicht und dann noch jeweils zu den Zeitpunkten 6 und 24 Stunden nach CCII, bei anderen Tieren nur zu den Zeitpunkten 6 und 24 Stunden nach Traumatisierung. Die Unterschiede hinsichtlich der Kontrastmittel-extravasation und der damit verbundenen unterschiedlichen Kontrastverstärkungswerte in der Nativ-T1-Bildgebung unterstützen teilweise die Hypothese der frühen Öffnung und Schließung der BHS. Denn die hohen Kontrastverstärkungswerte in der Nativ-T1-Bildgebung zum Zeitpunkt 6 Stunden nach CCII bei den Tieren mit früher Kontrastmittelinjektion im Vergleich zu Tieren ohne frühe KM-Injektion können aus der Addition verschiedener Effekte resultieren:

Einerseits wächst die Kontusion (bzw. das Ödem) und intrakontusionelle Erythrozyten lysieren. Auf diese Weise wird verstärkt Methämoglobin gebildet, das eine Beschleunigung der T1-Relaxationszeit und damit eine signalintensive Abbildung bewirkt. Dies führt zu einer mittleren Aufhellung der Graustufenwerte (bzw. Anhebung der Signalintensität) der traumatisierten Hemisphäre. Dieser Effekt ist allerdings bei Tieren mit und ohne frühe Kontrastmittelgabe (bei sonst völlig identischem Vorgehen) gleich. Für den Unterschied der Kontrastmittelextravasation bzw. hinsichtlich der Kontrastverstärkungswerte zwischen den beiden Gruppen zu den Zeitpunkten 6 und 24 Stunden nach CCII gibt es unter Berücksichtigung der in der T2-gewichteten Bildgebung ermittelten identischen Wachstumsdynamik der Kontusion beider Gruppen einen anderen Grund: Auch ein Verbleiben des Extravasates im Parenchym könnte dafür verantwortlich sein. Dieser Rückhalt des Kontrastmittels im Parenchym durch Schließen der Blut-Hirn-Schranke wurde schon von Barzò et al. beschrieben [Barzó, 97]. Er schlußfolgerte, daß sich die Blut-Hirn-Schranke etwa 25 bis 30 Minuten nach Trauma wieder schließt, wenn keine nachteiligen Faktoren wie Hypoxie und Hypotension die Öffnung verlängern.

↓77

Der Sachverhalt, daß die Injektion von Kontrastmittel 90 Minuten nach CCII zu einem Verbleiben des Kontrastmittels im Parenchym führt, das noch nach 6 und 24 Stunden zu messen ist, unterstützt die These, daß die Blut-Hirn-Schranke auch noch 90 Minuten nach Trauma teilweise geöffnet ist.

Bekräftigt wird diese Vermutung durch die Größe des Kontrastmittelextravasationsareales. Bei den Tieren, die nur zu den Zeitpunkten 6 und 24 Stunden nach CCII der MRT-Bildgebung unterzogen wurden, zeigte sich in der kontusionszentralen Schicht 5 nach 6 Stunden ein höherer Wert für die Kontrastmittelextravasation als 24 Stunden nach CCII. Die Kontrastmittelextravasation nahm ab bzw. hatte zum Zeitpunkt von 6 Stunden nach CCII schon ein Plateau erreicht (s. Abb. 18, S. 33). Gleichzeitig stieg das absolute Kontusions- bzw. Ödemvolumen in der T2-gewichteten Bildgebung noch an (s. Abb. 12, S. 29). Diese Beobachtungen könnten durch ein Schließen der Blut-Hirn-Schranke im Zeitraum zwischen 90 und 6 Stunden nach CCII erklärt werden.

Der BHS-Schaden, der sowohl bei fokaler als auch diffuser Hirnverletzung vorliegt (mit einer stärkeren Betonung in der fokalen Verletzung), ist hauptsächlich innerhalb der Kontusion und perikontusionell vorhanden, während die BHS in den übrigen Hirnarealen intakt bleibt [Adelson, 98];[Bullock, 90];[Vorbrodt, 85]. Perikontusionell wurde auch die stärkste Extravasation groß- und kleinmolekularer Proteine, mit einem Maximum zwischen dem dritten und zehnten Tag nach Trauma, gemessen [Todd, 90]. Das CCII-Traumamodell produziert eine fokale Ischämie und auch in entfernteren Hirnarealen, wie z.B. dem Thalamus kommt es zu einer CBF-Reduktion. Der zerebrale Blutfluß (CBF) ist innerhalb des Kontusionsareals reduziert [Bryan, 95; Nawashiro, 94]. In den perifokalen Randbereichen ist der CBF 30 Minuten nach Trauma erhöht und im Zeitraum von 4 bis 8 Stunden nach CCII ca. 40 % reduziert [Nawashiro, 94];[Kroppenstedt, 00]. Der CBF der kontralateralen Hemisphäre wird nicht verändert [Bryan, 95].

↓78

In der vorliegenden Studie ergab sich bei genauerer Analyse des Kontrastverhaltens läsionszentraler, peripherer und weit entfernter Punkte der traumatisierten und nicht-traumatisierten Hemisphäre ein ähnliches Muster. So ist der BHS-Schaden innerhalb des Läsionszentrums am stärksten und erreicht hinsichtlich der Kontrastverstärkung schon sehr früh ein Plateau durch Verschluß der BHS (in den zentralen Schichten 4-6), während in den peripheren Schichten die Werte bis zum Zeitpunkt von 48 Stunden nach CCII noch ansteigen (s. Abb. 15, S. 31). Die BHS scheint peripher länger geöffnet zu sein. Das gleiche Bild mit geringeren Werten als im Läsionszentrum zeigte sich in der Ödemperipherie / Hippocampusregion (s. Abb. 16, S. 31). Die Werte in den weiter entfernten Kortexmeßpunkten und in der Basalganglienregion blieben über alle Zeitpunkte konstant niedrig (s. Abb. 16, S. 31 u. Abb. 17, S.32).

5.3 Das Mediatorenkonzept des posttraumatischen (vasogenen) Hirnödems

Mediatoren des vasogenen Hirnödems können aus dem nekrobiotischen, kontusionierten oder ischämischen Primärfokus selbst (z.B. Glutamat und Serotonin) oder aus dem intravasalen Kompartiment in das Hirn gelangen [Baethmann, 83; Baethmann, 78].

Dabei können sie vielfältige Wirkungen ausüben wie z.B. die Verstärkung der Blut-Hirn-Schrankenstörung, eine Beeinträchtigung der zerebralen Mikrozirkulation, Verstärkung der neuronalen und glialen Zellschwellung sowie letztlich auch den damit verbundenen Zelluntergang. Mediatoren können sich in ihrer neurotoxischen Wirkung gegenseitig potenzieren.

↓79

So begünstigt Bradykinin die weitere Ausbreitung und Aufrechterhaltung des vasogenen Hirnödems durch die Verstärkung der BHS-Permeabilität und arteriellen Dilatation [Wahl, 96].

Glutamat führt über Rezeptoren zu einer gesteigerten Wasser- und Na+- Permeabilität der Zellmembranen, die eine Zellschwellung, -nekrose und so eine weitere Ausschüttung von Glutamat zur Folge hat [zur Übersicht: [Kempski, 01]].

Bei einer topischen Applikation von Histamin durch kortikale Superfusion kam es durch Abnahme des pialen Gefäßwiderstandes zu einer signifikanten Weitstellung der pialen Gefäße, was zu einer Erhöhung des zerebralen Blutflusses, einer Öffnung der BHS und der Entstehung eines vasogenen Ödems führte [Butt, 95] [zur Übersicht: [Schilling, 97]].

↓80

Arachidonsäure hatte ebenfalls bei kortikaler Superfusion einen Abfall des transendothelialen Widerstandes und eine konsekutive Aufweitung der Blut-Hirn-Schranke zur Folge. Freie Fettsäuren lassen eine Zellschwellung durch Störung des Zellstoffwechsels und somit ein zytotoxisches Ödem enstehen.

Ferner konnte die verstärkte Synthese von NO und freien Radikalen posttraumatisch nachgewiesen werden, die wie die oben genannten Substanzen die posttraumatischen BHS-Öffnung erhöhen und das entstandene Ödem weiter verstärken [Ikeda, 90] [zur Übersicht: [Wahl, 93]].

Die Rolle der Prostaglandine [Pickard, 81] und Leukotriene [Wolfe, 76];[Unterberg, 87; Unterberg, 90; Unterberg, 92] wird kontrovers diskutiert. Es konnte weder eine durch Leukotriene verursachte BHS-Öffnung eindeutig nachgewiesen, noch eine Ödemformation nach lokaler Leukotrien-Applikation festgestellt werden. Daraus wurde gefolgert, daß Leukotriene nicht zu den Hirnödem-Mediatoren gezählt werden können.

↓81

Serotonin wurde zwar nach der Cold lesion verstärkt freigesetzt, dennoch konnte weder ein kausaler Zusammenhang zwischen der Ausschüttung von Serotonin und der Entstehung des posttraumatischen Hirnödems festgestellt noch dieses durch zusätzliche Applikation verstärkt werden [Pappius, 83] [zur Übersicht: [Wahl, 93]].

5.4 Das Kallikrein-Kinin-System im zentralen Nervensystem

Alle Komponenten des Kallikrein-Kinin-Systems konnten (bei Mensch und Ratte) im zentralen Nervensystem nachgewiesen werden [Bhoola, 92].

Obgleich die genaue physiologische Funktion dieses Systems innerhalb des ZNS noch unbekannt ist, so wird doch angenommen, daß eine intrinsische Funktion des Gewebskallikreins u.a. ist, Vorläufersubstanzen neuronaler Wachstumsfaktoren zu prozessieren, die wiederum die Einheit der Neurotransmitter und der synaptischen Funktion erhalten. Bradykinin selber nimmt die Rolle eines Modulators und/oder Neurotransmitters ein [Bhoola, 92].

↓82

Bradykinin ist eines der stärksten endogen schmerzverstärkenden und proinflammatorisch wirksamen Produkte einer Serie von pathophysiologischen Prozessen, die nach einer Gewebeverletzung des zentralen Nervensystems ablaufen [Walker, 95]. Zudem ist seit langem bekannt, daß Bradykinin zu den wichtigsten Mediatorsubstanzen des Hirnödems gehört, die nach einer traumatischen, ischämischen oder entzündlichen Gewebeverletzung entstehen können.

5.4.1  Grundlagen des Kallikrein – Kinin Systems

Die zur Gruppe der Serinproteasen gehörenden Kallikreine (Kininogenasen) werden als inaktive Präkallikreine von den Hepatozyten sezerniert. Gewebs- und Plasmakallikreine unterscheiden sich in Molekulargewicht, Substratspezifität, immunologischen Eigenschaften und dem Kinintyp, den sie produzieren. Durch sog. limitierte Proteolyse bewirken sie die Freisetzung von Kininen aus deren hochmolekularen Vorläufern, den Kininogenen. Physiologische Inhibitoren sind der C1-Inhibitor, α2-Makroglobulin, α1-Antitrypsin und ATIII [Schachter, 79].

Die biologisch inerten Kininogene werden ebenfalls in den Hepatozyten synthetisiert und als Einzelketten-Glykoproteine in Endothelzellen und neutrophilen Granulozyten gespeichert[Bhoola, 92]. Sie werden in sog. HK (heigh molecular weighted Kininogens / 88 - 120 kDa), LK (low molecular weighted Kininogens / 50 - 68 kDa) und T-Kininogen (Akute-Phase-Protein, nur bei der Ratte vorkommend) unterschieden.

↓83

Die HK nehmen vornehmlich im Blut, die LK sowohl im Blut als auch im Gewebe an kaskadierenden Prozessen - wie z.B. der Blutgerinnung und Entzündungsreaktionen - teil. Durch ihre inhibierende Wirkung auf die Cysteinproteasen übernehmen sie aber auch zellschützende Funktionen [Moreau, 86].

Aus LK entsteht durch die Wirkung von Gewebskallikrein Kallidin (Lys-Bradykinin) und aus HK Bradykinin [zur Übersicht: [Bhoola, 92] s.a. Abb. 30]. LK kann durch die Einwirkung der neutrophilen Elastase und Plasma-Kallikrein auch zu Bradykinin abgebaut werden.

Abb. 5.1: Enzymatisch bedingte Formation der verschiedenen Kinine (modifiziert nach [Bhoola, 92]

↓84

Die Kinine Kallidin und Bradykinin sind Peptide von gleicher vasoaktiver pharmakologischer Potenz. Lokal freigesetzte Kinine werden durch lokale, frei zirkulierende und in der Lunge lokalisierte Kininasen inaktiviert, was zu der sehr kurzen biologischen Halbwertzeit von 30 Sekunden führt.

Die Wirkung der Kinine wird durch NO und PGE2, der endothelständigen Kininase und dem endothelständigen Kinin-Rezeptor moduliert.

Auf zellulärer Ebene fördern Kinine den Glukose- und Chloridtransport (ohne Laktatproduktion) und stimulieren die Osteoklastenaktivität (ähnlich den Tachykininen wie z.B. Substanz P, Substanz K und Neuromedin).

↓85

Die durch ein Trauma ausgelöste Kinin-Formation findet durch zwei separate Kaskaden im Plasma und Gewebe statt:

Im Plasma bindet inaktiver Faktor XII oder Hageman-Faktor an die negativ geladene Oberfläche der freiliegenden Basalmembran. Der so aktivierte Faktor XII bildet das inaktive, an HK gebundene Prekallikrein in Kallikrein um, das wiederum HK zu Bradykinin umwandelt.

Im Gewebe ist der Kininvorläufer LK (70 % des Gesamtkinin-Bestandes). Das inaktive Gewebskallikrein wird hier durch den Gewebeschaden freigesetzte proteolytische Enzyme aktiviert. Die aktive Form liberiert Kallidin aus LK. Bei Ratten wird mehr Bradykinin als Kallidin durch Gewebeschaden freigesetzt (s. Abb. 31).

↓86

Abb. 5.2: Bildung von Bradykinin im Gewebe und Plasma [modifiziert nach [Walker, 95]]

Der Umsatz der Kinine hängt von der Formationsrate und dem Maß der Inaktivierung durch Kininasen (Peptidasen) ab. Diese Enzymgruppe beinhaltet die Kininase-I-Carboxypeptidasen (KI-CPN, KI-CPM) und die Kininase-II-Peptidasen (KII-ACE, KII-NEP).

KI-CPN wird hepatisch synthetisiert, kann sich an Gefäßendothel assozieren, inaktiviert ca. 90% des frei zirkulierenden Bradykinins durch Hydrolyse und verhindert die Entstehung von NO durch Substrathemmung der NO-Synthetase.

↓87

KII-ACE ist im Plasma löslich, aber auch als Gewebeenzym im Gefäßendothel der Lunge (wo es den größten Teil des zirkulierenden Bradykinins bei seiner Lungenpassage inaktiviert), den neuroepithelialen Zellen (Subfornicales Organ, palido-nigrale dendritische Zellen) und in den luminalen Zellen der Plexus choroideus vorhanden. Neben Bradykinin reguliert KII-ACE auch die Konzentration von Enkephalinen, Neurotensinen, Substanz P, ANF und LHRH und wandelt Angiotensin I in Angiotensin II um. Bei Ratten erfolgt die Kininregulation zum größten Teil durch KII-ACE.

Hohe Gesamt-Konzentrationen von Bradykinin wurden in Hypophyse, Rückenmark, Kleinhirn und Kortex (höchste Regional-Konzentration) gefunden [Perry, 84; Kariya, 85]. Kallikrein wurde im gesamten ZNS mit besonders hohen Konzentrationen in der Hypophyse und der Epiphyse nachgewiesen [Chao, 87].

5.4.2 Kinin-Rezeptoren: Signaltransduktion und Lokalisation im Zentralen Nervensystem

Die durch Bradykinin hervorgerufenen Effekte werden durch verschiedene Signaltransduktionsprozesse vermittelt, die auf die Aktivierung endothelialer, glialer und neuronaler Kinin-Rezeptoren beruhen. Es sind zwei Kinin-Rezeptoren bekannt:

↓88

Der BK 2 -Rezeptor (constitutive), der bevorzugt Bradykinin und Kallidin bindet und
der BK 1 -Rezeptor (inducible), der Des-Arg-Bradykinin (primäres Bradykinin-Abbauprodukt) bindet (s. Abb. 32).

Der BK2-Rezeptor gehört als integrales rhodopsinähnliches Membranprotein mit sieben transmembranspannenden Regionen zu der Gruppe der „7M-Rezeptoren“, die unter physiologischen Bedingungen bei Seh- und Riechprozessen sowie bei Hormonwirkungen die Signalübertragung gewährleisten [zur Übersicht: [Regoli, 98]].

Abb. 5.3: Bradykinin B2- und B1-Rezeptoren [aus: [Raidoo, 97]]

↓89

Durch ein an den Rezeptor gekoppeltes spezifisches G-Protein (Gα und Gq) werden Phospholipase A2 (Produktion von Prostaglandinen und Leukotrienen) und die Phosphatidyl-Inositol spezifische Phospholipase C aktiviert [Farooqui, 90]; [Homayoun, 91]. Dies wiederum bewirkt die Freisetzung von sekundären Botenstoffen wie Inositoltrisphosphat (IP3), Diacylglycerol (DAG) und Arachidonsäure [Homayoun, 91];[Miller, 87] (s. Abb. 33). Bradykinin induziert die Produktion von IP3 und DAG sehr schnell (die höchsten Spiegel werden schon Sekunden nach der Applikation erreicht [zur Übersicht: [Francel, 92]]). Die Folge ist eine verstärkte Lipolyse und eine Erhöhung der Kalziumkonzentration durch Influx und verstärkte Mobilisation aus intrazellulären Kompartimenten wie dem endoplasmatischen Retikulum und den Mitochondrien [Stephens, 93]; [Doctrow, 94]. Kalzium kann aber auch durch die Wirkung von aus IP3 entstandenem IP4 über membranständige Kalziumkanäle aus dem Extrazellularraum in die Zelle gelangen [zur Übersicht: [Francel, 92]]. Dadurch werden die Adenylat- bzw. Guanylat-Zyklase stimuliert und die intrazellulären Konzentration zyklischer Nukleotide (cAMP, cGMP) steigen an, die ihrerseits z.B. zu einer Erschlaffung der Gefäßmuskulatur führen.

Die Arachidonsäure wird durch die Enzyme Zyklooxygenase und/oder Lipoxygenase zu Prostaglandinen, Leukotrienen und Tromboxanen metabolisiert. Die Prostaglandine (z.B. PGI2) induzieren ebenfalls eine Vasodilatation [zur Übersicht: [Francel, 92] und [Walker, 95]].

Auch NO wird durch Stimulation der NO-Synthetase verstärkt synthetisiert und bewirkt eine Vasodilatation über cGMP, dessen Synthese es durch Stimulation der Guanylatzyklase fördert [Ikeda, 94] (s. Abb. 33).

↓90

Abb. 5.4: B2-Rezeptoren gekoppelte Mechanismen

Die Inhibierung der Zyclooxygenase durch Aminosalizylsäure reduzierte die Bradykinin vermittelte Dilatation der pialen Arteriolen [Copeland, 95]. Allerdings konnte eine Reduktion des durch Bradykinin vermittelten Hirnödems durch eine Dexamethason-Vorbehandlung und damit verbundene Hemmung der Phospholipase A2 bei der Katze nicht bewiesen werden [Schürer, 89].

Die Aktivierung der Proteinkinase C könnte z.B. die Endozytose der Endothelzellen und die damit verbundene Ödementstehung stimulieren [Guillot, 90]. Ferner bewirken Kinine einen Anstieg von exitatorischen Aminosäuren wie Glutamat, die z.B. in einem Infarktareal freigesetzt, einen weiteren Zellschaden verursachen [Bhoola, 87].
Die molekulare Analyse des BK1-Rezeptors steht noch aus.

↓91

Bei Säugetieren dominieren im zentralen Nervensystem die B2-Rezeptoren gegenüber den B1-Rezeptoren [Kariya, 85; Privitera, 91].

Für Ratte und Meerschwein konnten diverse B2-Bindungsstellen auf kortikalen, Kleinhirn sowie Hirnstamm-Astrozyten [Hösli, 93], in Pons, Rückenmark und verschiedenen Kernen der Medulla oblongata nachgewiesen werden [Cholewinski, 91]; [Fujiwara, 88].

Die Mehrheit der B2-Bindungsstellen wurde in diesen Studien auf zerebralen Kapillaren, Neuronen der Trigeminus-Ganglien und im Bereich des Rückenmarks auf den sensorischen C-Fasern gefunden, des weiteren auf Neuronen der dorsalen Wurzel und der Substantia gelatinosa [Homayoun, 91]; [Davis, 88]; [Fujiwara, 88].

↓92

Bei der Ratte sind B2-Rezeptoren auch auf kortikalen Oligodendrozyten lokalisiert [Stephens, 93].

Den ersten Nachweis von B2-Rezeptoren auf humanen Neuronen im Hirnstamm, Basalganglien, Kortex und supraoptischen, tuberalen und paraventrikulären Hypothalamuskernen erfolgte durch Raidoo [Raidoo, 96].

B1-Rezeptoren finden sich hauptsächlich im Thalamus und Hypothalamus und legen eine Funktion im Rahmen der Nozizeption, der (systemischen) Blutdruck- und Temperaturregulation nahe [Raidoo, 97].

5.4.3 Wirkungen der Kinine auf das zentrale Nervensystem

↓93

Inflammatorische Reaktionen des ZNS in Folge einer direkten traumatischen und ischämischen Schädigung des Gehirns oder der Weichteile (z.B. durch ein artifizielles Weichteiltrauma) bewirken eine Aktivierung des Kallikrein-Kinin-Systems [Rodell, 97]. Die Aktivierung des Kallikrein-Kinin-Systems findet im Falle des ZNS nicht nur am Ort der primären Schädigung zunehmend statt, sondern auch perifokal, weiter peripher und sogar in Arealen der kontralateralen Hemisphäre. Dies wies Ellis anhand posttraumatisch erhöhter Kininogenkonzentrationen in Arealen im Traumafokus, perifokal und kontralateral nach [Ellis, 89].

Bradykinin führt zu einer Zytokinfreisetzung (IL-1,TNF) aus Monozyten und zur Bildung verschiedener Mediatoren wie z.B. Prostaglandine und Leukotriene über die Aktivierung der Phospholipase A2 und C, zur Ausschüttung von Neurotransmittern, Plättchen aktivierenden Faktor (PAF), Azetycholin und Noradrenalin (s. Abb. 34).

Es kommt zu einer Schmerzempfindung durch direkte Stimulation der sensorischen C- und Aδ-Faser-Endungen und Ausschüttung von Substanz P (potenziert durch Thromboxane, Prostaglandine und Serotonin).

↓94

Die intraventrikuläre Injektion von Bradykinin bewirkt einen Anstieg des systemischen Blutdrucks [Lewis, 90]. Diese RR-Erhöhung geht mit einer verminderten Konzentration von Noradrenalin im ZNS einher, die wahrscheinlich mit einer erhöhten Konzentration von Noradrenalin, Adrenalin und 5-HAT in der Blutbahn gekoppelt ist [zur Übersicht: [Walker, 95]].

Gleichzeitig kam es zu einer Tachykardie, die durch direkte kardiale Stimulation (B2-Rezeptoren vermittelt) und einen erhöhten Sympathikotonus der Blutgefäße hervorgerufen wurde [Madeddu, 92]. Die laterale septale Region scheint hierbei spezifisch für die blutdrucksteigernde Wirkung von Bradykinin zu sein.

Eine kurzzeitige (2-5 Minuten) Exzitation wurde von einer länger andauernden Sedation gefolgt. Ein ähnlicher Effekt wurde auch bei der intravasalen Gabe von Bradykinin in die A. carotis bei der Katze berichtet [Fior, 93].

↓95

Ferner führte die zerebrale Injektion von Bradykinin zu einer systemischen Hyperthermie [Rao, 88].

Abb. 5.5: Zusammenfassung der Kinin-Effekte auf das ZNS [aus: [Walker, 95]

5.4.4 Wirkungen von Bradykinin auf Vasomotorik und die Blut-Hirn-Schranke

Posttraumatisch kommt es zu einer erhöhten Bradykininkonzentration in Gehirn und Rückenmark [Ellis, 89]. Während Bradykinin die zerebralen Arteriolen maximal dilatiert, zeigt es an den postkapillären Venolen eine konstringierende Wirkung [Unterberg, 83]; [Unterberg, 84]; [Katusic, 93]. Eine Infusion von Bradykinin über die A. carotis bei der Katze zeigte eine minimale Verkleinerung des intravitalmikroskopisch bestimmten Durchmessers der pialen Gefäße und eine Erhöhung des zerebralen Blutflusses (CBF) [Unterberg, 84; Unterberg, 85]. Kamitani wies 1985 durch intraventrikuläre Applikation von Kallikrein die Umwandlung von endogenen Kininogenen in Bradykinin und dessen dilatierende Wirkung auf zerebralen Arteriolen nach [Kamitani, 85]. Diese Ergebnisse ließen vermuten, daß Bradykinin hier über abluminal lokalisierte Rezeptoren wirkt. Über diese bewirkt es eine verstärkte Extravasation von Proteinen und Flüssigkeit („Bulk Flow“) mit konsekutivem Ödem durch Vasodilalation der Arteriolen, Erhöhung der vaskulären Permeabilität durch Relaxation und Separation der Endothelzellen bei gleichzeitiger Kontraktion der postkapillären Venolen und Erhöhung des Laserdoppler-Blutflusses [Unterberg, 84]; [Haberl, 89]; [Wahl, 85].

↓96

Die durch Bradykinin vermittelte Produktion von freien Radikalen führt zu einer vermehrten Peroxidierung der neuronalen, glialen und vaskulären Zellmembranen [Hall, 05]. Bradykinin und B2-Rezeptor-Agonisten führen zu einer selektiven BHS-Öffnung für Na+-Fluoreszein, jedoch nicht für Floureszein-Isothiocyanat (FITC)-Albumin oder -Dextran bei Katzen [Unterberg, 84]; [Sanovich, 95]. Die Perfusion mit Na+-Arachidonat öffnete die BHS allerdings auch für Proteine mit einem Molekulargewicht größer als 62.000 KD [Unterberg, 87]. Im Gegensatz dazu bewirkte Bradykinin eine unspezifische Extravasation durch BHS-Öffnung bei Gliomgefäßen der Ratte [Inamura, 94]. Diese Öffnung wird wahrscheinlich durch die konstringierende Wirkung von Bradykinin auf die Endothelzellen hervorgerufen (Aufweitung der interendothelialen „tight junctions“). Bradykinin führt zu einer Entstehung und posttraumatischen Verstärkung des vasogenen Ödems [Maier-Hauff, 84]; [Homayoun, 91]. Unterberg zeigte 1983, daß die Perfusion der zerebralen Ventrikel mit Bradykinin einen signifikanten Anstieg des parenchymalen Wassergehaltes bewirkt [Unterberg, 83]. All diese Befunde legen eine Beteiligung von Bradykinin an Entstehung und Aufrechterhaltung des vasogenen Hirnödems nahe.

5.4.5 Kininantagonistische Substanzen und Kinin-Rezeptor-Antagonisten

Seit der Identifikation des Bradykinins als Mediator des posttraumatischen Hirnödems wurde in den letzten zwanzig Jahren eine Reihe von Substanzen zur Modulation dieser Wirkung in tierexperimentellen und klinischen Studien untersucht.

Die Gabe eines Kallikreininhibitors (Aprotinin, Sojabohnen-Trypsin-Inhibitor) reduzierte die hemisphärale Schwellung im Kälteläsions-Modell [Unterberg, 86].

↓97

Einer der ersten monomeren Bradykinin-Rezeptor-Antagonisten wurde von Stavrek und Stewart 1985 entwickelt. Dieser Antagonist vermindert die dilatierende Wirkung des endogen gebildeten Bradykinin auf die zerebralen Arteriolen und könnte somit eine Rolle in der Eindämmung des posttraumatischen vasogenen Hirnödems spielen [Ellis, 87].

Nach vorangegangenen erfolgversprechenden tierexperimentellen Studien testeten Marmarou und Narotam in klinischen Studien einen selektiven B2-Rezeptor-Antagonisten CP-0127 und kamen zu ähnlichen Ergebnissen [Rodell, 97]; [Marmarou, 99]; [Narotam, 99]. Während Marmarous Studie nur eine Tendenz der Ödem- bzw. ICP-Reduktion zeigte, wies Narotam schon eine signifikante Reduktion des ICP und einen höheren mittleren zerebralen Perfusionsdruck nach, nachdem er eine homogenere Auswahl der Gruppen hinsichtlich der Primärtraumastärke vorgenommen hatte.

Auch das postischämische Hirnödem konnte mit dem selektiven B2-Rezeptor-Antagonisten CP-0597 reduziert werden [Relton, 97].

↓98

Einer der häufigsten eingesetzten und gestesteten B2-Rezeptor-Antagonisten war bis zuletzt HOE-140, der ein selektiver, unspezifischer B2-Rezeptor-Antagonist ist, aber auch an B1-Rezeptoren antagonistisch wirken kann [zur Übersicht: [Stewart, 96]].

5.5 Der spezifische Bradykinin-B2-Rezeptor-Antagonist LF 16.0687 Ms

5.5.1  Chemische Struktur, Pharmakodynamik und -kinetik

Bei LF 16.0687 Ms handelt es sich um einen spezifischen Nichtpeptid-Bradykinin-B2-Rezeptor-Antagonisten, der strukturell dem Peptid-Bradykinin-B2-Rezeptor-Antagonisten LF 16-0335 [Dodey, 98] [Pruneau, 98; Pruneau, 99; Pruneau, 99]verwandt ist und im Gegensatz zu HOE-140 keine partialagonistischen Eigenschaften besitzt [Pruneau, 98]; [Feletou, 94] (s. Abb. 35). Aufgrund dieser nonpeptidischen Eigenschaft und seiner geringen Molekülgröße (949,9 KD / Gd-DTPA: 550 D; Albumin: 65.000 D)ist anzunehmen, daß LF 16.0687 Ms in das zerebrale Parenchym bei vorhandenem BHS-Schaden gelangen kann. Unterstützt wird diese Annahme durch den Sachverthalt, daß LF 16.0687 Ms bei peripherer Verabreichung in einer Dosierung von 10 mg/kg KG Konzentrationen zwischen 10 und 12 nmol im Hirnparenchym bei intakter BHS erreichte (unveröffentlichte Daten von Pruneau et al.).

Abb. 5.6: Chemische Strukturformel von LF 16.0687 [aus:[Pruneau, 99]]

↓99

Das pharmakologisches Profil von LF 16.0687 Ms und die Wirkung auf das posttraumatische Hirnödem im Closed Head Trauma-Modell wurden bereits charakterisiert [Pruneau, 99]; [Pruneau, 99]. In der Studie, die Pruneau 1999 zur Charakterisierung des pharmakologisches Profils durchführte, konnte das 60 Minuten vor einer Bradykinininfusion subkutan injizierte LF 16.0687 Ms Bradykinin-B2-Rezeptoren selektiv hemmen. Dazu wurden Zell-Linien verwendet, die von der menschlichen Umbilikalvene, dem Uterus der Ratte und dem Ileum des Meerschweins stammten [Pruneau, 99].

Konzentrationen bis 19 μM verhinderten nicht die Bindung von [³H]-des-Arg10-[Leu9]kallidin an menschliche Bradykinin B1-Rezeptoren; ein B1-Antagonismus konnte also ausgeschlossen werden. Am B2-Rezeptor ist LF 16.0687 Ms mit einer IC50 von 3nM ca. 1000mal effektiver als CP-0127 [Pruneau, 00].

Ferner konnte ein Antagonismus an Adenosin- (A1-2), Adreno- (α1-2, β1-3), Angiotensin- (AT1-2), Cholezystokinin- (CCK1-2) Dopamin- (D1-3), Endothelin- (ETA-B), GABAA-B-, Glutamat- (AMPA), Histamin- (H1-3), Leukotrien- (BLT) und CysLT1-, nikotinerge Cholinorezeptoren, Neurotensin- (NST1), Opioid (μ,δ und κ), 5-Hydroxytryptamin- (5-HT1A, 1D, 2A, 3, 4), Vasopressin (V1-2)-Rezeptoren, ausgeschlossen werden. Ebenfalls keine Wirkung konnte an L-Typ Ca2+ -Kanälen, N-Typ Ca2+-Kanälen, ATP-sensitive K+-Kanälen, Ca2+-abhängige K+-, Na+- und Cl--Kanälen nachgewiesen werden.

↓100

Nur die muskarinergen M1 und M2 Cholinorezeptoren wurden mit einer ED50 von 0,46 μM, bzw. 0,30 μM blockiert.

Da die konzentrationsabhängige Steigerung der Inositolphosphat-Produktion durch Bradykinin durch LF 16.0687 Ms deutlich abgeschwächt wurde, konnte man auch in den funktionellen Tests, die an der menschlichen Umbilikalvene, Rattenuterus und Meerschwein-Ileum durchgeführt wurden eine Abschwächung der kontraktionssteigernden Wirkung von Bradykinin beobachten [Pruneau, 99].

Auch der auf eine Bradykinin-Injektion folgende Blutdruckabfall wurde durch LF 16.0687 Ms antagonisiert (maximaler Effekt 5 Minuten nach Beginn der Infusion [Pruneau, 99]).

↓101

Die durch Bradykinin verursachte Extravasation von Evans Blue nach vorheriger Infusion wurde in Pankreas, Magen und Duodenum durch LF 16.0687 Ms signifikant um 56 bis 69 % reduziert[Pruneau, 99].

5.5.2 Andere tierexperimentelle Untersuchungen an Trauma-Modellen

Testungen von LF 16.0687 Ms am Weight-Drop- und Kälteläsionsmodell ergaben:

Sowohl nach diffuser Schädigung [64%ige Reduktion des posttraumatischen zerebralen Wassergehaltes [Pruneau, 99]] als auch im Kälteläsionsmodell [31%ige Reduktion der hemisphäralen Schwellung [Plesnila, 01]] zeigte sich eine signifikante Reduktion des posttraumatischen Hirnödems und eine damit verbundene Verbesserung der posttraumatischen neurologischen Funktion im Vergleich zur Kontrollgruppe. Es kam zu keiner Beeinflussung des mittleren arteriellen Blutdruckes oder der arteriellen Blutgase durch die Substanz. In der Studie im Rahmen des Weight-Drop-Modells wurde - wie auch in der hier vorliegenden Studie mit dem CCII-Modell - eine Anhebung des Wassergehalts um ca. 1,3 % in der nicht-traumatisierten Hemisphäre (ca. 79,5 %) gegenüber nicht-traumatisierten Tieren (ca. 78,5 %) festgestellt [Pruneau, 99]. In der Studie von Pruneau am Weight Drop-Modell reduzierte die Substanz dosisabhängig (100 mg/kg KG) den minimal erhöhten Wassergehalt der nicht-traumatisierten Hemisphäre, der bei den mit physiologischer Kochsalzlösung therapierten Tieren aufgefallen war [Pruneau, 99].

5.5.3 Interpretation der Therapiestudien mit LF 16.0687 Ms

↓102

Die in der aktuellen Therapiestudie beobachtete Reduktion der hemisphäralen Schwellung steht im Einklang mit den in anderen Schädel-Hirn-Trauma-Modellen erzielten Ergebnissen, bei denen die vasogene Komponente des posttraumatischen Hirnödems im Vordergrund steht [Plesnila, 01; Pruneau, 99]. Tiere, die den Bradykinin-B2-Rezeptor-Antagonisten (Dosis: 3 mg/kg KG) erhielten und zusätzlich magnetresonanztomographisch untersucht wurden, wiesen eine geringere Reduktion der hemisphäralen Schwellungswerte auf. Allerdings fiel hier auch eine insgesamt um ca. 50 % stärkere Ausprägung der hemisphäralen Schwellung bei allen Tieren auf. Die einzigen Modifikationen der Methodik gegenüber der alleinigen Traumatisierung und der nachfolgenden Bestimmung der hemisphäralen Schwellung mittels Feucht-Trocken-Gewichten war zum einen der zur besseren Kontrastierung mit Zahnzement wiedereingesetzten Knochendeckel. Eine wesentliche Steigerung der Kompression (und somit auch der Läsionsgröße), die bei der unverschlossenen Kraniektomie fehlt, ist hier als wahrscheinlicher Grund zu sehen. Dies konnte auch in in Studien an Mäusen bemerkt werden, denen kurz nach CCII der Knochendeckel wiedereingesetzt wurde, was zu einer 40%igen Steigerung der Läsionsgröße nach 24 Studen führte (Zweckenberger et al., 2003). In Kombination damit kann aber auch die im Rahmen der MRT-Untersuchungen notwendige längere Narkosedauer (insgesamt ca. 3 Stunden mehr) ursächlich mitverantwortlich sein.Dies müßte Gegenstand weiterführender Studien sein.

Ein Anstieg des Wassergehaltes der nicht-traumatisierten Hemisphäre von traumatisierten und sogar nicht-traumatisierten Tiere unter der Therapie mit LF 16.0687 Ms wurde ebenfalls in früheren Studien mit dieser Substanz beobachtet [Pruneau, 99].Die Ursache dieses substanzspezifischen Phänomens bleibt ebenfalls unklar. In Erwägung sind hierbei sich potenzierende Effekte zu ziehen wie z.B. der Anstieg der Bradykininkonzentration intrazerebral durch den Operationsstreß durch die Kraniektomie, aber auch der biphasische Anstieg der Kallikreinkonzentration der nicht-traumatisierten Hemisphäre, den Rodell beobachtete [Rodell, 97]. LF 16.0687 Ms könnte diese Mechanismen negativ beeinflussen, bzw. durch vorzeitigen Verschluß der Bluthirnschranke auch auf der nicht-traumatisierten Seite die Rückbildung eines temporär auftretenden leichten Ödems verzögern.

Die fehlende Steigerung des therapeutischen Effektes der Substanz durch eine höhere Dosis läßt sich möglicherweise durch die Beobachtung erklären, daß die Substanz bei subkutaner Applikation in der Dosis von 30 mg/kg KG kristallisierte und zum Teil eine subkutane Nekrose an der Injektionsstelle hervorrief. Es könnte sein, daß die Substanz dadurch unzureichend resorbiert wurde.

5.6 Vergleich der Quantifizierungsmöglichkeiten des posttraumatischen Hirnödems mittels MRT und Gravimetrie

↓103

Zur gravimetrischen Quantifizierung des Hirnödems bieten sich zwei Parameter an:

Die posttraumatische hemisphärale Schwellung (Gewichtszunahme) der traumatisierten Hemisphäre durch die Ödemflüssigkeit und der Wassergehalt beider Hemisphären. Dieser errechnet sich aus der Differenz zwischen Feucht- und Trockengewicht einer Hemisphäre.

Da verschiedene Pharmaka, die die Bradykininwirkung modulieren, auch den Wassergehalt der Kontrollhemisphäre verändern, müssen zur exakten Analyse der Wirkung einer Substanz beide Parameter herangezogen werden.

↓104

Einer der Nachteile der gravimetrischen Methode ist, daß durch die zum Teil erhebliche Verlagerung der Medianebene eine exakte Trennung der Hemisphären in der idealen Mittellinie nahezu unmöglich ist. Dieses Problem läßt sich zwar durch die Verwendung eines Operationsmikroskopes und die Anwendung einer Korrekturformel minimieren, eine exaktere Methode wäre hier jedoch wünschenswert.

Die Gravimetrie setzt immer auch die Tötung des Tieres zum Zeitpunkt der Bestimmung der hemisphäralen Schwellung voraus. Die Anzahl der benötigten Tiere wird durch die mögliche Mehrfachmessung eines Tieres mittels MRT-Bildgebung zu verschiedenen Zeitpunkten stark reduziert.

Ferner lassen sich diverse Zusatzuntersuchungen an demselben Tier vornehmen, die die Narkosedauer nur unwesentlich verlängern. Eventuelle Fehlauswertungen lassen sich an dem gewonnenen Datenbestand durch erneute Auswertung korrigieren.

↓105

Ein limitierender Faktor der MRT-Methoden ist die zusätzliche Narkose, die zur bewegungsfreien Positionierung des Tieres im Tomographen notwendig ist, und das Hirnödem eventuell bei längerer Dauer beeinflußt.


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.
DiML DTD Version 4.0Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML-Version erstellt am:
29.11.2006