Entwicklung des perifokalen Hirnödems und Therapie mit dem selektiven Bradykinin-B2-Rezeptor-Antagonisten LF 16.0687 Ms Beurteilung anhand magnetresonanztomographischer und gravimetrischer MethodenNils-Kristian DohseMeinen Eltern111.1231.2451.31.4671.5891.6210113123.113806#31714153.23.2.1163.2.21718311#2723.2.31920411#509213.2.4223.2.5233.2.624801#3362526273.2.73.2.8283.2.9293.2.103.2.11303.33.3.1313.3.1.132166#5333811#3083.3.1.2675#26334381#443.3.1.335746#4463.3.1.436807#53137807#53738857#138828#28839829#2903.3.240810#127413.3.2.1433#1443.3.2.242846#15343586#1333.3.34434.1444.1.145731#381754#3864.1.24.1.2.146502#37147868#43248833#41249824#4244.1.2.250649#4724.24.2.151499#3694.2.252483#338418#3144.2.34.2.3.1534.2.3.254554.2.3.3564.2.3.44.34.3.157772#5234.3.24.3.2.158543#40359625#4704.3.2.260577#4144.3.361438#3344.3.462433#4314.3.563634#45564610#4214.3.65645.15.1.165665.1.2675.1.368695.2705.2.17172735.2.2745.2.3757677785.37980815.4825.4.183661#381848586742#465875.4.288786#3248990362#24391925.4.3939495407#2975.4.4965.4.597985.55.5.1639#305991001015.5.25.5.31025.61031041056105106107LiteraturverzeichnisDanksagungErklärung an Eides StattdeInhaltsverzeichnisHilfeAus der Klinik für Neurochirurgie
der Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin BerlinDISSERTATIONEntwicklung des perifokalen Hirnödems und Therapie mit dem selektiven Bradykinin-B<sub>2</sub>-Rezeptor-Antagonisten LF 16.0687 Ms<br/>Beurteilung anhand magnetresonanztomographischer und gravimetrischer MethodenZur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr.med.)vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité
Universitätsmedizin Berlinvon
Nils-Kristian Dohseaus Hamburg
Prof. Dr. med. J. W. Dudenhausen
Prof. Dr. med. Martin Paul Prof. Dr. med. A. Unterberg Prof. Dr. med. A. v. Deimling Prof. Dr. med. E. Rickels Datum der Promotion: 26.11.2004 Abstract Deutsch

Das posttraumatische Hirnödem trägt zur erhöhten Morbidität und Mortalität Schädel-Hirn-traumatisierter Patienten bei. Das vasodilatierende Bradykinin führt als ein Bestandteil des Kallikrein-Kinin-Systems über Bradykinin-2 (B2)-Rezeptoren zu einer Öffnung der Blut-Hirn-Schranke und trägt damit zur Entstehung und Aufrechterhaltung des vasogenen bzw. zytotoxischen Hirnödems bei. Eine selektive Hemmung der B2-Rezeptoren konnte bereits die Ausbreitung des posttraumatischen vasogenen Hirnödems erfolgreich vermindern.

Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurde zunächst die Entwicklung des vasogenen Hirnödems, der hemisphäralen Schwellung und der Integrität der Blut-Hirn-Schranke im zeitlichen Verlauf bis 7 Tage nach Controlled Cortical Impact Injury (CCII) an Ratten anhand T2- und T1-gewichteter MRT-Bildgebung charakterisiert. Im zweiten Teil wurde eine mögliche therapeutische Wirkung des spezifischen B2-Antagonisten LF 16.0687 Ms auf das posttraumatische Ödem und der Blut-Hirn-Schrankenöffnung durch Anwendung von MRT- und gravimetrischer Methoden untersucht. In den T2-gewichteten Sequenzen kam es innerhalb von 90 Minuten nach CCII zum prozentual stärksten Anstieg der hemisphäralen Schwellung, ein Maximum lag zwischen 24 und 48 Stunden vor gefolgt von einer Abnahme bis 7 Tage danach. T1-gewichtete Aufnahmen zeigten ein durch die Extravasation von Gadolinium-DTPA erzeugtes Maximum der Kontrastverstärkung innerhalb des Läsionszentrums bereits 6 Stunden nach CCII, während die Kontrastverstärkung in der Ödemperipherie erst nach 48 Stunden Maximalwerte erreichte. Bei einer frühzeitigen Gabe des Kontrastmittels 90 Minuten nach CCII kam es im Verlauf zu einer signifikant höheren Kontrastverstärkung innerhalb der traumatisierten Hemisphäre, vermutlich durch eine Retention des extravasierten Kontrastmittels. Dies könnte für eine frühe Restitution der Blut-Hirn-Schranken Integrität innerhalb der Kontusion sprechen, während der Verschluß perikontusionell erst später erfolgt.
LF 16.0687 Ms führte bei frühzeitiger Gabe nach CCII zu einer signifikanten Reduktion der gravimetrisch bestimmten posttraumatischen hemisphäralen Schwellung um 27%. Hierbei korrelierte die im MRT ermittelte hemisphärale Schwellung signifkant mit den gravimetrisch gemessenen Werten.

 Bradykinin Controlled Cortical Impact Injury (CCII) Vasogenes Hirnödem LF-16.0687 Ms B2-Rezeptor-Antagonist MRT Blut-Hirn-Schranke Abstract English

Posttraumatic brain edema contributes to a higher morbidity and mortality in severe head-injured patients. Vasodilatating bradykinin, part of the kallikrein-kinin-system, mediates over bradykinin 2 (B2) receptors an blood-brain-barrier (BBB) disfunction and causes the formation and maintenance of vasogenic and cytotoxic brain edema. A selective blocking of the B2 receptors has been shown to successfully reduce brain edema formation.
One objective of this study was to analize the development of vasogenic brain edema, lesion-size, hemispheric swelling and BBB-integrity after controlled cortical impact injury (CCII) in rats over a period of 7 days using magnetic resonance imaging (MRI) techniques (T2- and T1-weighted MRI, Gadolinium-DTPA (Gd-DTPA)). The other purpose was to investigate the protective effect of the novel nonpeptide B2 receptor antagonist LF 16-0687 Ms on posttraumatic edema and BBB-opening using MRI- and gravimetric methods.
T2-weighted imaging showed the highest percentual increase of hemispheric swelling during the first 90 minutes after CCII, a maximum between 24 and 48 hours after CCII and and a decrease after 7 days. T1-weighted imaging revealed a maximum of contrast enhancement caused by extravasation of Gd-DTPA in the lesion-center 6 hours after CCII, while contrast enhancement in the lesion periphery reached its maximum at 48 hours.After an early administration of Gd-DTPA (90 minutes after CCII) contrast enhancement in the traumatized hemisphere was significantly higher compared to the non-traumatized hemisphere. This could be explained by a retention of Gd-DTPA caused by an early closure of the BBB in the lesion-center, while BBB-integrity in the lesion-periphery re-establishes later. The novel nonpeptide B2receptor antagonist LF 16-0687Ms significantly reduced brain swelling by 27% after single administration measured by gravimetric wet-dry-weighting. Gravimetric and T2-weighted MRI-measurements of hemispheric swelling correlated significantly.

 Bradykinin controlled cortical impact injury (CCII) vasogenic brain edema LF16-0687 Ms B2 receptor antagonist MRI blood-brain-barrier Meinen Eltern

Inhaltsverzeichnis

  • 1 Einleitung

    • 1.1  Definition und klinische Bedeutung des perifokalen Hirnödems

    • 1.2 Pathophysiologische und morphologische Einteilung des Hirnödems nach Trauma

    • 1.3 Mediatoren des posttraumatischen Hirnödems

    • 1.4 Therapie des posttraumatischen Hirnödems und des erhöhten intrakraniellen Drucks

    • 1.5 Bradykinin, Bradykininrezeptorantagonisten und das vasogene Hirnödem

    • 1.6 Diagnostik des posttraumatischen perifokalen Hirnödems

  • 2 Zielsetzung der Arbeit

  • 3 Material und Methodik

    • 3.1  Versuchstiere und Versuchsgruppen

    • 3.2 Versuchsdurchführung

      • 3.2.1  Narkose

      • 3.2.2 Kraniektomie

      • 3.2.3 Die Controlled Cortical Impact Injury (CCII) -Trauma-Einheit

      • 3.2.4 Magnetresonanztomographische (MRT) -Anlage und Software

      • 3.2.5 MRT-Messreihe

      • 3.2.6 Die T2- und T1-gewichteten Sequenzen

      • 3.2.7 Verabreichung des Bradykinin-B2-Rezeptorantagonisten LF 16.0687 Ms

      • 3.2.8 Überwachung des mittleren arteriellen Blutdruckes (MABP)

      • 3.2.9 Blutentnahmen

      • 3.2.10 ICP-Messung

      • 3.2.11 Entblutung des Tieres und Hirnentnahme

    • 3.3 Auswertungsmethoden

      • 3.3.1  Auswertung der MRT-Bilddaten

        • 3.3.1.1  Bestimmung des Ödemvolumens

        • 3.3.1.2 Bestimmung des relativen Anteils des Ödemareales an der Hemisphäre

        • 3.3.1.3 Bestimmung der hemisphäralen Schwellung

        • 3.3.1.4 Bestimmung der Kontrastmittelextravasation

      • 3.3.2 Gravimetrische Bestimmung der posttraumatischen Hemisphärenschwellung

        • 3.3.2.1  Zerebraler Wassergehalt

        • 3.3.2.2 Bestimmung des Trennfehlers

      • 3.3.3 Statistische Auswertung

  • 4 Ergebnisse

    • 4.1  Dynamik der posttraumatischen perifokalen Hirnödem-Entwicklung nach CCII

      • 4.1.1  T2-gewichtete Bildgebung

      • 4.1.2 T1-gewichtete Aufnahmen mit Kontrastmittelapplikation

        • 4.1.2.1  Grad der Kontrastverstärkung

        • 4.1.2.2 Ausdehnung der Kontrastmittel-Extravasation

    • 4.2  Therapie des posttraumatischen Hirnödems mit LF 16.0687 Ms

      • 4.2.1  Gravimetrische Bestimmung der hemisphäralen Schwellung

      • 4.2.2 Zerebraler Wassergehalt

      • 4.2.3 Physiologische Parameter

        • 4.2.3.1  Mittlerer Arterieller Blutdruck (MABP)

        • 4.2.3.2 Intrakranieller Druck (ICP) und Zerebraler Perfusionsdruck (CPP)

        • 4.2.3.3 Ergebnisse der arteriellen Blutgasanalyse

        • 4.2.3.4 Posttraumatische Gewichtsentwicklung

    • 4.3 Magnetresonanztomographische Quantifizierung der Wirkung von LF 16.0687 Ms

      • 4.3.1  T2-gewichtete Aufnahmen

      • 4.3.2 T1-gewichtete Aufnahmen mit Kontrastmittelapplikation

        • 4.3.2.1  Grad der Kontrastverstärkung

        • 4.3.2.2 Fläche der Kontrastmittelextravasation

      • 4.3.3 Gravimetrische Bestimmung der hemisphäralen Schwellung

      • 4.3.4 Korrelation zwischen Magnetresonanztomographie und Gravimetrie

      • 4.3.5 Gravimetrische Bestimmung des zerebralen Wassergehaltes

      • 4.3.6 Posttraumatische Gewichtsabnahme

  • 5 Diskussion

    • 5.1  Anmerkungen zu Material und Methodik

      • 5.1.1  Wahl des experimentellen kortikalen Kontusionsmodells

      • 5.1.2 Wahl der Versuchstiere

      • 5.1.3 Effekt von osteoplastischer Trepanation und Inhalationsnarkose

    • 5.2 Entwicklung des posttraumatischen Hirnödems

      • 5.2.1  Wachstumsdynamik im zeitlichen Verlauf

      • 5.2.2 Rückbildung des perifokalen Hirnödems

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

    • 5.3 Das Mediatorenkonzept des posttraumatischen (vasogenen) Hirnödems

    • 5.4 Das Kallikrein-Kinin-System im zentralen Nervensystem

      • 5.4.1  Grundlagen des Kallikrein – Kinin Systems

      • 5.4.2 Kinin-Rezeptoren: Signaltransduktion und Lokalisation im Zentralen Nervensystem

      • 5.4.3 Wirkungen der Kinine auf das zentrale Nervensystem

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

      • 5.4.5 Kininantagonistische Substanzen und Kinin-Rezeptor-Antagonisten

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

      • 5.5.1  Chemische Struktur, Pharmakodynamik und -kinetik

      • 5.5.2 Andere tierexperimentelle Untersuchungen an Trauma-Modellen

      • 5.5.3 Interpretation der Therapiestudien mit LF 16.0687 Ms

    • 5.6 Vergleich der Quantifizierungsmöglichkeiten des posttraumatischen Hirnödems mittels MRT und Gravimetrie

  • 6 Zusammenfassung und Ausblick

  • Literaturverzeichnis

  • Danksagung

  • Erklärung an Eides Statt

Tabellen

  • Tab.3.1: PARAVISION-Parameter der T2-gewichteten Sequenz

  • Tab.3.2: PARAVISION-Parameter der T1-gewichteten Sequenz

  • Tab.4.1: Mittlerer arterieller Blutdruck [mmHg]:

  • Tab.4.2: ICP und CPP

  • Tab.4.3: Blutgase der Kontrollgruppe (n=12):

  • Tab.4.4: Blutgase LF 16.0687 Ms 3mg/kg KG (n=12):

  • Tab.4.5: Blutgase LF 16.0687 Ms 30mg/kg KG (n=14)

Bilder

  • Abb. 3.1: MRT-Meßzeitpunkte der hemisphäralen Schwellung über 7 Tage

  • Abb. 3.2: Darstellung der Kraniektomie [modifiziert nach: [Pellegrino, 79]]

  • Abb. 3.3: Schemazeichnung der Bolzen-Positionierung

  • Abb .3.4: Transversale Scout-Aufnahmen zur Schichtpositionierung

  • Abb. 3.5: Bestimmung des Ödemareals in der T2-gewichteten Bildgebung (Schicht 5)

  • Abb. 3.6: Bestimmung des Volumens der traumatisierten Hemisphäre (Schicht 5)

  • Abb. 3.7: Bestimmung des Gesamthirn-Volumens (Schicht 5)

  • Abb. 3.8: Anflutung des Kontrastmittels in der T1-gewichteten Bildgebung 24 h nach CCII

  • Abb. 3.9: Markierung der traumatisierten Hemisphäre in den T1-gewichteten Bildern

  • Abb. 3.10: Spezifische Stoßrichtungs-Messpunkte in der traumatisierten und nicht-traumatisierten Hemisphäre (Schicht 5)

  • Abb. 3.11: Spezifische Kortex-Messpunkte in der traumatisierten und nicht-traumatisierten Hemisphäre (Schicht 5)

  • Abb. 4.1: Volumendifferenz zwischen traumatisierter und nicht-traumatisierter Hemisphäre (in Prozent der nicht-traumatisierten Hemisphäre)

  • Abb. 4.2: Relativer Anteil des Kontusions- / Ödemvolumens am Volumen der traumatisierten Hemisphäre

  • Abb. 4.3: Grad der Kontrastverstärkung 20 Minuten nach Kontrastmittelapplikation

  • Abb. 4.4: Grad der Kontrastverstärkung des Läsionszentrums in den Schichten 3-7

  • Abb. 4.5: Grad der Kontrastverstärkung des Läsionszentrums im Vergleich mit in Stoßrichtung gelegenen Meßpunkten (Schicht 5)

  • Abb. 4.6: Grad der Kontrastverstärkung des Läsionszentrums im Vergleich mit kortikal gelegenen Meßpunkte (Schicht 5)

  • Abb. 4.7: Fläche der Kontrastmittelextravasation in den Schichten 3-7 jeweils 20 Minuten nach KM-Applikation zu den verschiedenen Meßzeitpunkten nach CCII

  • Abb. 4.8: Hemisphärale Schwellung nach Gabe von LF 16.0687 Ms

  • Abb. 4.9: Wassergehalt der traumatisierten und nicht-traumatisierten Hemisphäre

  • Abb. 4.10: Interhemisphärale Differenz des Wassergehaltes

  • Abb. 4.11: Volumendifferenz zwischen traumatisierter und nicht-traumatisierter Hemisphäre (in Prozent der nicht-traumatisierten Hemisphäre) in T2-gewichteter Bildgebung

  • Abb. 4.12: Grad der Kontrastverstärkung in der Kontusion mit und ohne frühe KM-Applikation (90 min nach CCII)

  • Abb. 4.13: Grad der Kontrastverstärkung zwischen traumatisierter und nicht-traumatisierter Hemisphäre 20 Minuten nach Kontrastmittelapplikation

  • Abb. 4.14: Fläche der Kontrastmittelextravasation 5 Minuten nach KM-Applikation (NaCl und LF 16.0687 Ms im Vergleich)

  • Abb. 4.15: Hemisphärale Schwellung nach NaCl und LF 16.0687 Ms-Gabe der gravimetrisch und zusätzlich magnetresonanztomographisch untersuchten Tiere

  • Abb. 4.16: Regression zwischen gravimetrisch und magnetresonanztomographisch bestimmter hemisphäraler Schwellung

  • Abb. 4.17: Wassergehalt der traumatisierten und nicht-traumatisierten Hemisphäre nach NaCl und Substanzgabe (MRT-Tiere vs. Nicht-MRT-Tiere)

  • Abb. 4.18: Interhemisphärale Differenz des Wassergehaltes (MRT-Tiere vs. Nicht-MRT-Tiere)

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

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

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

  • Abb. 5.4: B2-Rezeptoren gekoppelte Mechanismen

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

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