Gebauer, Bernhard: Hyaluronsäure als Verlaufsparameter im Rahmen der Lebertransplantation

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Kapitel 1. Einleitung

1.1. Entwicklung der Lebertransplantation

Die Idee der Lebertransplantation (LTX) wurde erstmals Anfang der 50er Jahre von C. Stewart Welch publiziert (1). Die ersten klinischen Experimente an Ratten machten in den späten 50er Jahren Thomas E. Starzl und Francis Moore (2, 3). Nach Perfektionierung der Transplantations-Operationstechnik führte Starzl 1963 die erste orthotope Lebertransplantation am Menschen durch.

Die Resultate der ersten Jahre waren ernüchternd, da die meisten Patienten in der frühen postoperativen Phase verstarben. Von 1963 bis Anfang der 80er Jahre wurden weltweit etwa 330 Lebertransplantationen durchgeführt und die 1-Jahres-Überlebensrate lag bei circa 28 % (3). Ursachen der schlechten Ergebnisse waren unter anderem die mangelhaften Möglichkeiten der Immunsuppression und die noch wenig entwickelte Operationstechnik.

Anfang der 80er Jahre zeigten bereits die ersten klinischen Studien mit dem neuen Immunsuppressivum Cyclosporin A (CyA) dramatische Fortschritte. Im Vergleich zu dem zuvor favorisierten Therapieschema mit Azathioprin (AZA) und Steroiden stieg unter Cyclosporin A und Steroiden die 1-Jahres-Überlebensrate von circa 30 % auf über 65 % und die Anzahl der akuten Abstoßungen ging von etwa 80 % auf 40 % zurück (3-6).

Zu dieser Entwicklung trugen natürlich auch die Fortschritte in der chirurgischen Technik, der Anästhesie, der besseren Selektion der Patienten und der Verbesserung der Konservierung bei.

Seit Ende der 80er Jahre steht die University of Wisconsin (UW) Lösung zur Verfügung und zeigt große Vorteile bei der Konservierung der Spenderorgane, so daß die kalte Ischämiezeit von 8 Stunden auf 24 Stunden verlängert werden konnte (3, 7 - 10). Die Verlängerung der kalten Ischämiezeit hatte unter anderem den Vorteil, daß die zu transplantierenden Organe vor der Transplantation noch genauer untersucht und biopsiert werden konnten.


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Seit Juni 1983 ist die Lebertransplantation durch die Consensus Development Conference of the National Health in den USA als Therapie der terminalen Lebererkrankungen anerkannt (8, 11).

Die Einführung des venösen Bypasses mit Pumpe (1983), die während der anhepatischen Phase den venösen Rückstrom von den Nierenvenen, den abdominalen Organen und den unteren Extremitäten zum Herzen sicherstellt, verbesserte die postoperativen Ergebnisse (12). Es zeigte sich, daß durch den venösen Bypass die Inzidenz von postoperativen Nierenfunktionsstörungen abnahm und der intraoperative Verbrauch von Blutkonserven reduziert werden konnte. Eine weitere Reduktion des Verbrauchs an Blutkonserven konnte durch die Einführung von Aprotinin, einem Antifibrinolytikum, erreicht werden (13).

Durch die Einführung der Seit-zu-Seit Choledochocholedochostomie mit T-Drainage konnte das Auftreten von Insuffizienzen und Stenosen der Gallengangsanastomose und das Auftreten von septischen Komplikationen gesenkt werden (10, 14, 15).

Neben Cyclosporin A wird derzeit auch das etwas potentere Immunsuppressivum FK506 (Prograf, Fujisawa, Osaka, Japan) angewendet (16). Dieses bietet im Vergleich zu Cyclosporin A nicht nur die Potenz akute und chronische Abstoßungen zu verhindern, sondern kann auch akute und frühe chronische Abstoßungen therapieren (17 - 21).

Als Induktionstherapie direkt im Anschluß an die Transplantation sind heutzutage Anti-Lymphozyten Immunglobulin (ALG, Mérieux, Frankreich) und Anti-T-Lymphozyten Immunglobulin (ATG, Fresenius, Deutschland) gebräuchlich (22, 23). In klinischer Erprobung befinden sich Interleukin 2 Rezeptor Antagonisten wie BT563 (Biotest, Dreieich, Deutschland) oder Simulect (Novartis, Deutschland) (24).

Monoklonale Antikörper OKT3 (Orthoclone, Cilag GmbH, Sulzbach, Deutschland) gegen T-Lymphozyten werden bei steroid-resistenten Abstoßungen und zur Dosisreduktion der Immunsuppression bei toxischen Nebenwirkungen der Immunsuppressiva, z.B. Nierenversagen, eingesetzt (3, 25).

Im Gegensatz zur Nierentransplantation (NTX) konnte gezeigt werden, daß eine Übereinstimmung im humanen Leukozyten-Antigen (HLA)-System zwischen Spender und Empfänger bei der Lebertransplantation nicht notwendig ist. Jedoch sollten Spender und Empfänger im ABO-Blutgruppensystem übereinstimmen (6, 26).


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1.2. Komplikationen nach Lebertransplantation

Die häufigsten Komplikationen nach Lebertransplantation sind akute Abstoßungen, Infektionen und Hepatitis B oder C Reinfektionen. Chirurgische Komplikationen, wie Gallengangskomplikationen und Thrombosen der Arteria hepatica variieren in den verschiedenen Zentren, treten jedoch generell etwas seltener auf (6). Noch seltener sind die initiale Nicht-Funktion (INF) des Transplantats (1,5 - 11 %) und chronische Abstoßungen (4 \|-\| 17 %) (27 - 29).

Bei 40 - 80 % der Lebertransplantationen treten Episoden von akuten Abstoßungen auf (5, 16, 23, 30 - 33). Diese akuten Abstoßungen, die meist in den ersten zwei Wochen nach Transplantation auftreten, können in den meisten Fällen erfolgreich mit Methylprednisolon behandelt werden. Schwerere Abstoßungsepisoden, die nicht auf Steroide ansprechen (=steroid-resistent), machen den Einsatz von OKT3 oder FK506 notwendig (18, 19). Die potente Immunsuppression zur Kontrolle der Abstoßung bahnt oft Infektionen den Weg.

4 - 17 % der Transplantate entwickeln in den ersten 3 Jahren nach Lebertransplantation eine chronische Abstoßung. Typisch für die chronische Abstoßung ist eine Entzündung des peripheren Gefäßsystems und des Subendotheliums, die zu einer konzentrischen, intimalen Wandverdickung, der sogenannten ”allograft arteriosclerosis“ und einer Rarifizierung des Gallengangssystems, dem ”vanishing bile duct syndrom“, führt (34, 35, 36).

Etwa 40 - 70 % aller Patienten machen nach Lebertransplantation wenigstens eine Episode einer bakteriellen (v.a. Enterbakteriacae), viralen (v.a. Zytomegalievirus), fungalen (v.a. Candida und Aspergillus) oder protozoalen (v.a. Pneumozystis carinii) Infektion durch (37 - 41). Die Angaben zur Mortalität durch Infektionen schwanken von 40 bis 89 %, je nach Schwere des untersuchten Krankheitskollektivs. Für die Infektionen werden vor allem 3 Ursachen verantwortlich gemacht: Chirurgische Komplikationen, Reaktivierung eines latenten Virus und Über-Immunsuppression.

Wichtige Therapieansätze bei der Therapie der Infektionen sind deshalb die Verbesserung der chirurgischen Techniken (z.B. Seit-zu-Seit Choledochochole-dochostomie), die Infektionsprophylaxe (z.B. selektive Darmdekontamination), die


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Minimierung und Perfektionierung der Immunsuppression (z.B. Blutspiegelkontrollen) und die frühzeitige Diagnosestellung der Infektion.

15 - 30 % aller Transplantate haben eine schlechte initiale Funktion (9, 27 \|-\| 29, 42, 43). Obwohl sich die Transplantate mit schwerem Konservierungs- und Reperfusionsschaden in der Regel innerhalb der ersten 3 bis 4 Wochen nach Transplantation erholen, so sind sie doch mit einer erhöhten Inzidenz von akuten Abstoßungen und frühen Transplantatversagen verbunden (9, 44 - 48). So führt eine schlechte initiale Funktion zu erhöhter Morbidität und Mortalität nach Lebertransplantation. Studien haben gezeigt, daß bei der initialen Funktionsstörung vor allem die Lebersinusoidalen Endothelzellen (LEC) geschädigt sind (9, 44, 49, 50).

Bei etwa 1,5 - 11 % der Lebertransplantatate kommt es zu einer initialen Nicht-Funktion (INF), der schwersten Form der schlechten initialen Funktion, und führt zur Retransplantation oder Tod wegen akutem Transplantatversagen (43).

1.3. Neuere Therapieansätze

Ein Hauptproblem der Transplantationsmedizin ist nach wie vor die unzureichende Menge an geeigneten Organen. In den letzten Jahren zeigte sich, daß auch kritische Spenderorgane gute postoperative Ergebnisse und Transplantatüberlebensraten haben, so daß man die Spenderkriterien großzügiger handhaben kann (3).

Wegen der Limitierung der zur Verfügung stehenden Organe wurde die sogenannte ´split-liver´ oder Verwandten Transplantation entwickelt, bei der entweder eine Spenderleber für 2 Empfänger geteilt wird oder ein lebender nicht-zirrhotischer Spender die Lebersegmente II und III an einen Empfänger spendet (3, 51). Eine andere neue Methode ist die ´reduced-size´ Transplantation, bei der eine Spenderleber geteilt wird und 2 kleinen Kindern oder Säuglingen transplantiert wird (3, 51). Beide Methoden sind aber noch Gegenstand intensiver Forschung und rechtfertigen noch keinen routinemäßigen Einsatz.


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1.4. Hyaluronsäure

Hyaluronsäure (Hyaluronic acid (HA), Hyaluronan, Hyaluronate) wurde 1934 zum ersten Mal von Meyer und Palmer im Glaskörper des Auges isoliert. Der Name ´hyal-´ leitet sich vom griechischen ´hyalos´ (=glasig) ab (52 - 54).

Abb. 1 : Aufbau der Hyaluronsäure aus GlcNAc-GlcUA-Disaccharid-Untereinheiten (aus : 55)

Hyaluronsäure ist ein lineares Polysaccharid, bestehend aus Disaccharid-Untereinheiten, die N-Acetylglucosamin (GlcNAc) und D-Glucuronsäure (GlcUA) enthalten [D-Glucuronsäure (1-beta-3) N-Acetyl-D-Glucosamin (1-beta-4)]n. Ein HA-Molekül besteht aus 10.000 Disaccharid-Untereinheiten und hat ein Molekulargewicht in der Größenordnung von 106 bis 107 Dalton.

HA wird von der Zellmembran aller Körperzellen, vor allem der mesenchymalen Zellen, synthetisiert und kommt ubiquitär im Körper vor, mit einer besonders hohen Konzentration in den Bindegeweben, der extrazellulären Matrix, der Nabelschnur, der Gelenkflüssigkeit, dem Knorpelgewebe, der Haut und dem Glaskörper des Auges. HA wird von der Hyaluron Synthetase, die in der Zellmembran lokalisiert ist, gebildet. Die Synthese wird reguliert durch viele Faktoren, unter anderem Wachstumsfaktoren wie z.B. Transforming growth factor beta (TGF-beta) und Platelet Derived Growth Factor (PDGF), Hormonen und Entzündungsmediatoren (z.B. Interleukin-1beta (IL-1beta) und Tumor Nekrose Faktor-alpha (TNF-alpha)) (55 - 58).

HA wird durch die Lymphgefäße zu den Lymphknoten (LN) transportiert, wo 80 - 90 % der HA abgebaut werden. Die verbliebenen 10 - 20 % gelangen in den Blutkreislauf und werden dort von den Endothelzellen der Lebersinusoiden (LEC) durch spezifische


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Rezeptoren aufgenommen und intrazellulär zu Glucuronsäure und N-Acetylglucosamin abgebaut (55, 59 - 61). Fraser et al. konnten anhand von Elektronen-Mikroskopie Autoradiometrien an Ratten mit [3H]-markiertem HA zeigen, daß die LEC für die Aufnahme von HA aus der Blutzirkulation verantwortlich sind (62). 90 % der totalen Radioaktivität war lokalisiert in den Leberendothelzellen.

Abb. 2 : Metabolismus von Hyaluronsäure

Der Abbau der HA in den Leberendothelzellen (LEC) ist so effektiv, daß die Halbwertzeit der HA im Blutkreislauf nur etwa 2 - 5 Minuten beträgt (63). Die Niere filtriert und teilweise katabolisiert HA mit geringem Molekulargewicht. Dieser Mechanismus macht aber weniger als 1 % der gesamten HA-Clearance aus und ist gegenüber dem Katabolismus in den LEC zu vernachlässigen (64). Die normale Serumkonzentration liegt unter 100 µg/l mit dem Mittelwert bei 30 - 40 µg/l. Der totale HA-Umsatz im Serum liegt bei 10 - 100 mg/24h.

HA wird therapeutisch bei ophthalmologischen und otologischen Operationen (Visco-Chirurgie) und selten als intraartikuläre Injektion bei Gelenkerkrankungen (Viscosupplementation) eingesetzt (55, 65).

Die Funktionen von HA im menschlichen Körper sind noch Gegenstand intensiver Forschung. Man vermutet, daß HA durch seine massive Wasserbindung für die Wasser- und Plasmaprotein-Homöostase im Körper verantwortlich ist und als osmotischer Puffer


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dient. Auch wird der HA durch sein visco-elastisches Verhalten eine Art Schmierfunktion besonders in Gelenken und Muskelfibrillen zugeschrieben.

Die HA-Produktion ist im besonderen gesteigert während der Zellproliferation und während der Mitose, so daß HA eine wichtige Rolle bei der Ablösung der Zellen während der Mitose zugeschrieben wird. Hyaluronsäure steigert weiterhin die Interleukin 1 Produktion und stimuliert die phagozytotische Aktivität von Monozyten und Granulozyten.

Hyaluronsäure ist auch als diagnostischer Parameter zu verwenden. Erhöhte HA Serum-Konzentrationen konnten bei rheumatoider Arthritis, Psoriasis, Sklerodermie, Sepsis, Wilm´s Tumor, Mesotheliom und bei Erkrankungen der Leber z.B. Leberzirrhose beobachtet werden (55, 66). Verschiedene Studien haben versucht zu klären, ob diese Konzentrationserhöhungen eher auf einer vermehrter HA-Produktion oder HA-Freisetzung beruhen, oder Folge eines reduzierten HA-Abbaus in der Leber sind.

Moderat erhöhte HA-Serumkonzentrationen, besonders von niedermolarem HA, konnten auch bei Patienten mit dialysepflichtigem chronischem Nierenversagen festgestellt werden (67).

Konventionelle Lebertests (GOT, GPT, Bilirubin) messen die Funktion der Hepatozyten, während die Serumkonzentration der Hyaluronsäure (HA) abhäbgig ist von der Funktion der Leberendothelzellen (LEC), welche vermutlich die ersten Angriffspunkte bei der Konservierungs-Reperfusions-Erkrankung und der akuten Abstoßung sind (68).

Studien nach Lebertransplantation haben gezeigt, daß HA sehr gut zur Quantifizierung der Funktion der LEC eingesetzt werden kann. Weitere Studien demonstrierten, daß die HA-Konzentration im Serum sehr gut mit der initialen Funktion der transplantierten Leber korreliert (9, 44, 49, 69 - 73).

Auch bei akuten Abstoßungen nach Lebertransplantation steigt die Serum-Konzentration von Hyaluronsäure an (74 - 76). Bezüglich des Verhaltens von HA bei Infektionen nach Lebertransplantation ist bisher wenig bekannt, jedoch konnten Studien bei Sepsis-Patienten zeigen, daß Serum-HA-Konzentrationen bei Sepsis erhöht sind (77, 78).


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1.5. Fragestellung

  1. Finden sich besonders hohe HA-Konzentrationen im leber-venösen Blut ?
  2. Zeigt sich auch in unserem Patientenkollektiv eine Korrelation zwischen HA und Konservierungs-Reperfusions-Schaden ?
  3. Kann HA Patienten frühzeitig identifizieren, die wahrscheinlich eine steroid-resistente Abstoßung entwickeln ?
  4. Ist HA ein Indikator für chronische Abstoßungen ?
  5. Kann HA Patienten identifizieren, die ein besonders hohes Risiko für eine Infektion haben ?
  6. Kann HA Patienten vor Ausbruch der Infektion diagnostizieren ?
  7. Kann HA Patienten identifizieren, die wahrscheinlich an einer schweren Infektion versterben ?

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