1 Einleitung

1.1  Sepsis

1.1.1  Geschichte

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Der Begriff „Sepsis“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet soviel wie „Gärung“ oder „Fäulnis“. Schon Hippokrates stellte ca. 400 vor Christus die Hypothese auf, „dass eine bestimmte Erkrankung, die 7-14 Tage nach einer Verwundung auftritt, mit Fieber beginnt und häufig mit dem Tod endet, durch eine Fäulnis der Gewebe und dadurch freigesetzte Gifte verursacht würde“. Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts blieb diese pathophysiologische Erklärung zunächst bestehen (112).

Die von Semmelweis 1847 eingeführten antiseptischen Praktiken, wie z.B. die Händedesinfektion mit Chlorkalk, durch die die Mortalität im Wochenbett von 13,6% auf 1,5% abnahm, geschah unter der Vorstellung, dass dadurch die Übertragung eines putriden Giftes verhindert werden könnte. Dies stellte eine der ersten klinischen Studien zu Infektionskrankheiten dar (112, 119).

Mit der Begründung der modernen Mikrobiologie durch Louis Pasteur und Robert Koch und mit dem Nachweis von Bakterien 1860 war die Basis für eine rationalere Erklärung der Sepsis gegeben (112). 1885 definierte Ziegler in seinem Lehrbuch der Pathologie die Sepsis als „eine Vergiftung des Organismus durch Toxine, Toxalbumie, Fermente und andere Produkte bakteritischer Zersetzung, also eine septische Intoxikation“. Hugo Schottmüller formulierte 1914 anlässlich der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Innere Medizin die erste Definition der Sepsis:

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„Eine Sepsis liegt dann vor, wenn sich innerhalb des Körpers ein Herd gebildet hat, von dem aus konstant, oder periodisch pathogene Bakterien in den Blutkreislauf gelangen, derart, dass durch die Invasion subjektiv oder objektiv Krankheitserscheinungen ausgelöst werden.“ (178).

Das von Alexander Fleming 1928 entdeckte Penicillin verhalf zum ersten wesentlichen Fortschritt in der Behandlung von Infektionskrankheiten (156). Der verbreitete Einsatz der nachfolgenden Aminopenizilline und der Cephalosporine in den 60er Jahren führte jedoch bald, durch den Selektionsdruck dieser Antibiotika in Verbindung mit den noch nicht ausreichenden Hygienemaßnahmen, zu einem konzentrierten Auftreten nosokomialer gram-negativer Sepsisfälle (112).

Das intensivmedizinische Monitoring verbesserte sich stetig und es wurden zunehmend adjuvante medikamentöse Behandlungen entwickelt. 1987 wurde in zwei Multicenter-Studien der Einsatz des Methylprednisolons in der adjuvanten Sepsistherapie geprüft (35, 36). Die Diskussion über diese Studien offenbarte, dass die Einschlusskriterien und die damit verbundene Mortalität der Studienkollektive die Ergebnisse beträchtlich beeinflussten (112). Die bisherige Sepsisdefinition reichte nicht aus, um vergleichbare Studien durchzuführen.

1.1.2 Definitionen

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1991 veröffentlichte Bone einen Vorschlag zur Definition der Sepsis und beschrieb dabei vier unterschiedliche Schweregrade dieses Krankheitsbildes:

  1. Sepsis
  2. Sepsis-Syndrom
  3. Septischer Schock
  4. Therapierefraktärer septischer Schock


Er erklärte die systemische Reaktion auf eine Infektion zur Basis des gesamten Syndroms (30). In dieser Definition blieb unberücksichtigt, dass auch nicht infektionsbedingte Erkrankungen wie Trauma oder Pankreatitis zu einem klinischen Bild führen können, das von dem des
Sepsis-Syndroms nicht zu unterscheiden ist. Deshalb wurde 1991 im Rahmen einer Consensus Conference der amerikanischen „Society of Critical Care Medicine“ (SCCM) und des „American College of Chest Physicians“ (ACCP) eine einheitliche, verbindliche Krankheitsentität festgelegt:

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„Da eine systemische inflammatorische Reaktion sowohl durch eine infektiöse, als auch durch eine nicht-infektiöse Ursache ausgelöst werden kann, wird der Begriff SIRS
(Systemic Inflammatory Response Syndrome) eingeführt“ (34).

Das SIRS wird dabei gekennzeichnet durch das Vorliegen von mindestens 2 der folgenden Symptome:

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Ist das SIRS durch eine gesicherte infektiöse Ursache bedingt, bezeichnet man es als Sepsis (34). Da die Sepsis mit ihren Folgen ein Erkrankungsbild mit kontinuierlich ineinander übergehenden klinischen und pathophysiologischen Schweregraden ist, die wiederum die Prognose beeinflussen, unterscheidet man Sepsis, schwere Sepsis und den septischen Schock voneinander (34).

Die schwere Sepsis ist gekennzeichnet durch die oben aufgeführten Symptome plus Zeichen der Organdysfunktionen, Hypoperfusionszeichen oder septisch induzierter Hypotonie. Laktaterhöhung, Azidose, Oligurie oder eine akute Veränderung der Bewusstseinslage zählen zu den Hypoperfusionszeichen. Unter der septisch induzierten Hypotonie versteht man einen systolischen Blutdruck <90 mmHg oder einen Abfall von 40 mmHg vom Ausgangswert bei Ausschluss anderer Hypotonieursachen (34).

Den septischen Schock bezeichnet man als einen Krankheitszustand, der mit einer septischen Hypotension einhergeht, die trotz adäquater Volumensubstitution persistiert und mit Zeichen der Hypoperfusion oder Organdysfunktion vergesellschaftet ist. Patienten, die durch Behandlung mit inotropen oder vasokonstriktiven Substanzen nicht mehr hypotensiv sind, aber trotzdem Zeichen der Hypoperfusion oder Organdysfunktionen aufweisen, werden auch in das Syndrom des septischen Schockes eingeordnet (34).

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Das Auftreten von Organdysfunktionen beim Akutkranken mit der Erfordernis einer
(intensiv-) medizinischen Intervention zur Aufrechterhaltung der Homöostase wurde entsprechend der Richtlinien der ACCP/SCCM als MODS (Multiple Organ Dysfunction Syndrom) definiert (34).

Ein direkt im Rahmen eines Traumas infolge von Operationen mit ausgedehnter Gewebezerstörung oder nach ausgeprägten Schockzuständen entstehendes Multiorganversagen nennt man primäres Multiorganversagen (34). Das sekundäre Multiorganversagen entwickelt sich nach einer stabilen Phase durch einen zweiten Insult, wie z.B. einer bakteriellen
Infektion -“two-hit“-Modell (55).

Aufgrund zunehmend verfeinerter diagnostischer Methoden können heute verschiedene Aktivierungszustände des Immunsystemes während der Sepsis charakterisiert werden. Die systemische inflammatorische Antwort auf eine Infektion ist die Folge einer unphysiologischen Aktivität inflammatorischer und antiinflammatorischer Mediatoren. Die Verschiebung des Gleichgewichtes zur inflammatorischen Seite mit vermehrter Aktivität proinflammatorischer Zytokine wird als SIRS charakterisiert, ein Übergewicht der antiinflammatorischen Mediatoren als „Compensatory Antiinflammatory Response Syndrome“- CARS (32). Nach Bone et al. wird unter CARS im engeren Sinne ein HLA-Nachweis von <30% auf Monozyten mit einer verminderten Fähigkeit zur Produktion von Entzündungs-Zytokinen, wie z.B. Tumornekrosefaktor α (TNF-α) und Interleukin-6 (IL-6) definiert (37).

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Oft treten pro- und antiinflammatorische Reaktionen im Krankheitsverlauf simultan auf, was als ein gemischt antagonistisches Reaktionssyndrom - „Mixed Antagonistic Response Syndrome“ (MARS) bezeichnet wird (32).

Die Definitionen der ACCP/SCCM-Consensus-Conference sind in der internationalen medizinischen Versorgung vor allem wegen ihrer eingeschränkten Spezifität wenig verbreitet. Zu dem ist in der gegenwärtigen „International Statistical Classification of Diseases and Related Health Problems“ -ICD-10 der Begriff der „Sepsis“ durch Anlehnung an eine rein mikrobiologisch orientierte Definition sehr weit und unscharf gefasst. Daher bemühen sich die ACCP und SCCM sowie andere internationale Fachgesellschaften, die Konsensuskriterien weiterzuentwickeln. Es wurde in Analogie zu der TNM-Klassifikation maligner Tumore ein Klasssifikationssystem vorgeschlagen, das die Patienten auf der Grundlage von Prädisposition („P“), Infektion („I“), inflammatorischer Reaktion („R“) und Organdysfunktion („O“) nach ihrem Risiko stratifiziert.

Das sogenannte „PIRO“-Konzept bewertet dabei die Prädisposition im Sinne der Vorerkrankungen, die Infektion durch positiven Nachweis in Kulturen, die inflammatorische Reaktion nach den SIRS Kriterien und der Konzentration des C-reaktiven Proteins (CRP), sowie die Organdysfunktion nach Scores wie z.B. dem „Sequential Organ Failure Assessment“-SOFA und dem MODS. Die Integration weiterer inflammatorischer Marker wie Procalcitonin und Interleukin-6 in die Risikobewertung der inflammatorischen Reaktion wird durch diverse Studien noch geprüft (44).

1.1.3 Inzidenz und Mortalität

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Die langjährige Entwicklung des Sepsisbegriffes und die nach wie vor weltweit von Klinikern, Epidemiologen und Mikrobiologen unterschiedlich benutzten Definitionen der „Sepsis“ machen deutlich, wie schwer es ist, international valide epidemiologische Daten zu erheben (159).
Die weitverbreitetsten Daten stammen aus Statistiken des Center for Disease Control (CDC) in Atlanta. Darin wurde im Jahre 2000 eine weltweit jährliche Inzidenz der schweren Sepsis von
ca. 3/1000 Einwohner und somit über 18 Millionen/Jahr angegeben. Darüber hinaus wird geschätzt, dass die Zahl der Sepsispatienten um 1,5% pro Jahr zunimmt (6, 97). Seit 1979 hat sich die Zahl der Menschen, die eine Sepsis erleiden, verdreifacht (130). Die Letalität dieser Erkrankung liegt in den letzten Jahren nahezu unverändert hoch bei 30-40% und steigt im septischen Schock bis auf über 70% an (6, 7). Die Anzahl der Todesfälle nahm in den letzten
2 Jahrzehnten um 83% zu. Somit rangierte die Diagnose „Sepsis“ in der Todesursachenstatistik der USA von 2000 auf Platz 10 (5). Auf interdisziplinären Intensivstationen stellt die Sepsis mit einer Inzidenz von 10-14% sogar die häufigste Todesursache dar (124, 184). Für Deutschland gibt es noch wenig valide Daten. Schätzungen gehen von 125000 bis 300000 Fällen pro Jahr aus (165). Nach einer Studie des Kompetenznetzes Sepsis (Sepnet) sterben in Deutschland jeden Tag durchschnittlich 162 Menschen an Sepsis. Die offizielle Todesursachen-Statistik des Statistischen Bundesamtes ging 2002 allerdings nur von 16,7 Sepsis-Toten pro Tag aus (45).

Als Ursache dieser Entwicklung kommen mehrere Faktoren in Frage. Zum einen erhöht sich in den meisten westlichen Staaten die durchschnittliche Lebenserwartung. Somit vergrößert sich die Zahl multimorbider älterer Patienten, die am stärksten gefährdet sind, an einer Sepsis zu erkranken. Für den Anstieg der Sepsis-Inzidenz trug zum anderen der medizinische Fortschritt bei, wie z.B. der zunehmende Invasivitätsgrad diagnostischer und therapeutischer Maßnahmen, aggressivere Krebstherapien oder Immunsuppression bei Transplantationspatienten.

Hinzukommen verbesserte Überlebensraten bei Patientengruppen mit Sepsis-Prädisposition, worunter Frühgeborene und Patienten mit Begleiterkrankungen gezählt werden (15, 31). Nicht zuletzt hat der verbreitete Gebrauch von Breitbandantibiotika die Rate der Antibiotikaresistenzen und der nosokomialen Infektionen erhöht (150).

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Der hohe personelle und materielle Aufwand, verbunden mit enormen Behandlungskosten bei der Intensivpflege septischer Patienten, verleiht der Therapie der Sepsis eine große sozioökonomische Relevanz (105). Ökonomische Analysen ergeben, dass 21-46% der Gesamtkosten für Intensivtherapie in Deutschland für die Sepsistherapie investiert werden (138).

1.1.4 Ätiologie und Pathogenese

1.1.4.1  Grundlegende Mechanismen

Als Ursachen für die Sepsis oder das SIRS kommen neben Infektionen durch Bakterien, Viren und Pilze auch Insulte wie Trauma, Reperfusion, hypovolämischer/hämorrhagischer Schock, Pankreatitis oder auch extrakorporale Zirkulation in Betracht (34). Da die Sepsis und das SIRS pathogenetisch in vielen Abläufen vergleichbar sind, werden diese pathophysiologischen Ereignisse exemplarisch an Hand einer Sepsis durch gramnegative Erreger erläutert. Ein Toxin gramnegativer Erreger in Form von Lipopolysaccharid (LPS) von Escherichia coli (E.coli) wurde auch in unserem tierexperimentellen Modell eingesetzt.

Gramnegative Infektionen (v.a. E.coli, Klebsiella spp., Pseudomonas spp.) waren in den 60er bis frühen 70er Jahren die dominierende Ursache für die schwere Sepsis. In den letzten beiden Dekaden nahmen grampositive Infektionen (v.a. Staphylokokken, Streptokokken) zu, so dass heute von einem Verhältnis von 50:50 ausgegangen wird (26).

1.1.4.2 Endotoxin und Endotoxinrezeptoren

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Endotoxine sind Lipopolysaccharide in der äußeren Lamellenhälfte der Zellmembran
gram-negativer Bakterien. Dieses LPS kann durch Phenol-, Trichloroacetat- oder
Chloroform-Phenol-Petroleum-Etherextraktion als Reinsubstanz gewonnen werden. Von außen nach innen baut es sich aus einem Polysaccharidanteil (O-Antigen), einem Kernoligosaccharid und einem für alle gramnegativen Bakterien typischen Lipidkomplex (A-Antigen) auf.

Das A-Antigen ist fest in der äußeren Schicht der Bakterienmembran verankert und kovalent mit dem O-Antigen verbunden, welches auf der Membranoberfläche des gramnegativen Bakteriums präsentiert wird. Da die molekulare Struktur des O-Antigens innerhalb der Bakterienspezies stark variiert, kann anhand dieses Antigenes eine Klassifizierung unterschiedlicher Stämme vorgenommen werden („fingerprint“). Gegen diesen Bestandteil des LPS werden bei Infektion des menschlichen Organismus Serotyp-spezifische Antikörper produziert, die zu einer Opsonierung und Phagozytose des Bakteriums führen. Das isoliert applizierte O-Antigen ist wenig toxisch (106).

Der größte Virulenzfaktor ist dem Lipid A zuzuordnen. Neben der pathophysiologischen Wirkung ist diese hochkonservierte Struktur unabdingbar für die LPS-Bindung an immunkompetente Zellen. Selbst wenn es ohne die anderen Komponenten (O-Antigen und Kernpolysaccharid) des LPS appliziert wird, induziert es ein breites Spektrum von septiformen Reaktionen, die mit dem klinischen Bild bei septischen Patienten vergleichbar sind (43, 155).

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LPS wird von Bakterien entweder während ihres schnellen Wachstums oder ihrer Zerstörung freigesetzt. Im Intravasalraum bindet es sich an verschiedene Serumproteine und Rezeptoren. Es existieren Serumproteine, die durch Bindung des Endotoxins dessen Toxizität herabsetzen und somit zu einer Art Neutralisation beitragen können. Dabei handelt es sich z.B. um das
„High Density Lipoprotein“-HDL, das „Low Density Lipoprotein“-LDL, oder das „Bactericidal Permeability-Increasing protein“-BPI (180).

Das BPI befindet sich physiologischerweise auf der Oberfläche neutrophiler Granulozyten, in ihren Granula und in geringer Konzentration im Serum. Bei einer gramnegativen Infektion, bei der große LPS-Mengen freigesetzt werden, wird BPI vermehrt aus den azurophilen Granula LPS-aktivierter neutrophiler Granulozyten freigesetzt und bindet hochaffin das Lipid A des LPS. Da diese Bindung von BPI nicht serotypspezifisch eingegangen wird, kann es verschiedene
LPS-Formen neutralisieren. Dadurch besitzt es einen bedeutenden regulatorischen Einfluss bei der Beschränkung der durch LPS ausgelösten Inflammationsreaktion. In einer experimentellen Studie an Mäusen, Ratten und Kaninchen konnte bei zeitgleicher BPI-Applikation sowie
BPI-Applikation 30 Minuten vor (pre-treatment) bis 60 Minuten nach Endotoxingabe (posttreatment) eine protektive Wirkung verzeichnet werden (180).

Neben den Serumproteinen, die durch Bindung von Endotoxin dessen Toxizität herabsetzen, sind die anderen Endotoxin-Rezeptoren aufzuführen, die zur Vermittlung und Verstärkung der Endotoxinwirkung im Sinne einer Opsonierung dienen. Dies ist vor allem das „Lipopolysaccharide Binding protein“ (LPB), welches in der Leber synthetisiert wird. Der LPB/LPS-Komplex induziert in Alveolarmakrophagen von Kaninchen eine 1000fach höhere und in menschlichen Alveolarmakrophagen eine 100fach höhere TNF-α Produktion als LPS alleine. Da das LPB sowohl am Transport von LPS zum endotoxinneutralisierenden HDL, als auch am Transport zum zellulären LPS-Rezeptor beteiligt ist, schreibt man ihm eine duale Rolle in der Interaktion mit Endotoxin zu (131, 180).

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BPI und LBP werden durch ein Gen auf dem Chromosom 20 kodiert. Während der Sepsis sind beide Proteine in erhöhter Konzentration im Serum nachweisbar (80, 179). Dennoch können die gesamten physiologisch vorkommenden LPS-abschwächenden Proteine oft eine systemische Inflammationsreaktion nicht abwenden, da eine unzureichende Regulation proinflammatorischer Mediatoren dem im Wege steht (180).

Der zellständige Rezeptor für den LBP/LPS-Komplex ist das membranassoziierte Glykoprotein mCD14, das auf der Oberfläche von Monozytenvorläuferzellen und auf allen reifen myeloischen Zellen (aktivierte Monozyten, Makrophagen, Granulozyten) exprimiert wird (90, 206). Über einen Glycophosphatidylinositol (GPI)-Anker ist mCD14 an der Zellmembran fixiert und besitzt keine transmembrane Domäne. Dadurch ist mCD14 nicht zu einer intrazellulären Signaltransduktion befähigt (91, 92). Für die Signaltransduktion existiert neben mCD14 ein zusätzlicher Co-Rezeptor, der sogenannte Toll-like Rezeptor (108). Toll-like Rezeptoren vermitteln eine angeborene oder in der frühen Entwicklung erworbene Immunität
(“innate immunity“) und richten sich gegen Oberflächenstrukturen von pathogenen Keimen
(Pathogen Associated Molecular Pattern -PAMP). Die Aktivierung dieser Rezeptoren führt zum einen zu einer Bildung von Substanzen mit unmittelbarer antimikrobieller Wirkung und zum anderen über eine Signaltransduktionskaskade zur Aktivierung von Transkriptionsfaktoren, wie z.B. nukleärem Faktor-κB -NF-κB (23, 144). Daraus resultiert die überwiegende Bildung von proinflammatorischen Mediatoren (z.B. TNF-α, IL-1, IL-6) neben anderen Mediatoren, die nicht unmittelbar proinflammatorisch agieren, jedoch z.B. Fieber auslösen können (53).

Auch Zellen, die den CD14-Rezeptor auf ihrer Oberfläche nicht exprimieren, wie z.B. Endothelzellen, können durch Bindung des LPS/LPB-Komplexes an lösliche CD14-Rezeptoren stimuliert werden (71). GPI-spezifische Phospholipasen C und D spalten den Rezeptor aus ihrer Verankerung, genannt „sheeding“, und führen zur löslichen Form des LPS-Rezeptors
(soluble CD14 -sCD14).

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Diese enzymatische Abspaltung entsteht sowohl spontan als auch verstärkt durch LPS und
TNF-α. Möglicherweise besitzt sCD14 dadurch eine immunmodulierende Wirkung (18). Da sCD14 einerseits die zelluläre Aktivierung mCD14-negativer Zellen durch geringe Mengen LPS vermittelt, andererseits bei großen Mengen eine neutralisierende Fähigkeit ausbildet, wird ihm ebenfalls, wie dem LPB, eine duale Rolle zugeschrieben. Durch die Bindung von LPS an erhöhten Mengen sCD14 wird eine überschießende Aktivierung mCD14-positiver Zellen verhindert (180).

Da ein CD14-Verlust nicht zu einem totalen Reaktionsverlust gegenüber LPS führt, werden zusätzliche CD14-unabhängige Endotoxin-Signal-Übermittlungswege postuliert, wie z.B. leukozytäre LPS-Rezeptoren der Familie der CD11b/CD18-Glykoproteine, auch genannt
β2-Integrin oder Mac-1 Antigen (43, 53, 104). So genannte „Scavenger-Rezeptoren“ auf Makrophagen, die LPS binden, spielen ebenfalls eine Rolle bei der Erkennung und Entgiftung von LPS. Jedoch führt die Bindung an diese Rezeptoren zu keiner Aktivierung der Makrophagen und Monozyten (60, 64, 87).

1.1.4.3 Mediatoren

Eine Vielzahl von Reaktionen folgt der LPS-Aktivierung sensibler Zellen. Beispiele sind Zytokinfreisetzung, Produktion reaktiver Sauerstoffspezies, Elastasefreisetzung, Sekretion von Lipidmediatoren (Eicosanoide, „Platelet Activating Factor“ -PAF), Aktivierung der Gerinnungskaskade, Expression von Adhäsionsmolekülen auf Endothelzellen und Granulozyten, sowie die Freisetzung vasoaktiver Mediatoren (180). Normalerweise findet eine adäquate Abwehrreaktion des Immunsystems statt und die Infektion wird beseitigt. Eine überschießende Immunreaktion führt zur Schädigung bis zum Tode des Organismus (29).

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Zu den wichtigsten Mediatorgruppen des zellulären Systems zählen Zytokine, Eicosanoide (Prostaglandine, Leukotriene, Thromboxane) und reaktive Sauerstoffspezies (Reactive Oxygen Species -ROS). Unter die Zytokine fallen der Tumornekrosefaktor α, Interleukine, Chemokine, Interferone (IFN) und „Colony-Stimulating Factors“ -CSF (180).

Besonders TNF-α, IL-1β, IL-6 und IL-8 sind streng assoziiert mit dem Sepsis Syndrom. Durch z.B. Endotoxin wird eine sequenzielle Freisetzung dieser Zytokine im Sinne einer Zytokinkaskade ausgelöst (25). Eine herausragende Rolle spielt dabei das Zytokin TNF-α. Es ist im Zeitverlauf der Sepsis das erste Zytokin, das im Plasma Spitzenspiegel erreicht (22, 69).
TNF-α (Synonym: Cachektin) wird neben dem Endothel und natürlichen Killerzellen vor allem von Monozyten und Makrophagen synthetisiert. Etwa 90 Minuten nach Gabe eines LPS-Bolus konnten sowohl beim Tier als auch beim Menschen maximale Konzentrationen an TNF-α gemessen werden (22, 70). Spezifische Rezeptoren für TNF-α werden auf einer Vielzahl von Zellen gefunden, über die TNF-α sein pleiotropes Wirkungsspektrum vermittelt (25).

Eine generalisierte Wirkung beruht auf der Inhibition der Lipoprotein-Lipase-Aktivität und führt bei längerem Anhalten zur Kachexie. TNF-α kann die Induktion sekundärer Zytokine
(z.B. IL-1, IL-6, IL-8) auslösen. Es steigert die Adhärenz von Granulozyten
(„Polymorphonuclear Neutrophils“ -PMN) an Endothelzellen und die Diapedese von PMN durch die endothelialen Barrieren im umliegenden Gewebe. TNF-α erhöht die prokoagulatorische Aktivität des Endothels und induziert sekundäre inflammatorische Mediatoren wie Prostaglandine, Thromboxane, Leukotriene, PAF, Stickstoffmonoxid und reaktive Sauerstoffspezies (180). Über die Anlagerung so genannter Adaptermoleküle
„TNF-R1-Associated Death Domain protein“-TRADD und „Fas-Associated Death Domain
protein“ -FADD an den TNF-Typ 1 Rezeptor wird die Caspase-8 aktiviert und somit eine Apoptose ausgelöst (152).

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IL-1, auch genannt „Lymphocyte Activating Factor“ -LAF oder endogenes Pyrogen, wird von Makrophagen, Monozyten, Endothelzellen, Keratinozyten, neutrophilen Granulozyten und
B-Lymphozyten gebildet (125). Es ist eine der vielseitigsten Mediatorsubstanzen des Immunsystems. Es kommt in zwei Formen mit identischer Funktion vor- als IL-1α und als IL-1β. Es wirkt über spezifische Rezeptoren auf die Zielzellen ein und bewirkt z.B. eine Stimulierung der Lyphozytenproliferation, Fieber und eine Zytokinproduktion von IL-6 und IL-8. Somit haben
IL-1β und TNF-α diverse Funktionen gemeinsam und gehören zu den frühen proinflammatorischen Zytokinen der Sepsis (25). IL-1β fördert gemeinsam mit TNFα die Exprimierung von Adhäsionsmolekülen auf Zelloberflächen. Im peripheren Gefäßbett wird durch IL-1β die Synthese sekundärer Mediatoren wie PAF, Prostaglandinderivate und Nitridoxid induziert (61). IL-1β kann beim Zelluntergang in erhöhter Konzentration im Serum gemessen werden und hat wie TNF-α nur eine kurze Halbwertszeit von 6-10 Minuten. Bei Patienten mit Meningokokkensepsis, septischer Purpura, Kawasakisyndrom und rheumathoider Arthritis konnten erhöhte Plasmakonzentrationen von IL-1β verzeichnet werden (70, 125).

Wie TNF-α ist das IL-6 an der Tumor- und Entzündungskachexie kausal beteiligt (180).
LPS, IL-1β und TNF-α stimulieren die Bildung von IL-6 in Monozyten, Endothelzellen und Fibroblasten. IL-6 ist ein wesentlicher Mediator der Akutphasereaktion und wirkt synergistisch mit TNF-α und IL-1β (141, 180). Beim septischen Schock korreliert der Blutspiegel von IL-6 mit der Prognose der Patienten und eignet sich als Marker für den Schweregrad der Erkrankung
(33, 163, 189). Auch bei anderen Stressreaktionen, großen Operationen, Verbrennungen und Traumen kommt es zu einer vermehrten Ausschüttung von IL-6, die mit dem Ausmaß des Gewebetraumas korreliert (51, 149). Auf der Oberfläche von PML verursacht IL-6 eine vermehrte Expression von Adhäsionsmolekülen, die zur Migration der PML in das entzündete Gewebe führen (183). Die Stimulation von Endothelzellen durch IL-6 induziert eine Expression von spezifischen endothelialen Adhäsionsmolekülen (183). Zum einen wirkt IL-6 auf alle Zielzellen, wie z.B. B-Zellen, Hepatozyten und Fibroblasten proinflammatorisch und ist für die klinischen Zeichen des SIRS, wie z.B. Fieber, mit verantwortlich (33). Zum anderen wirkt IL-6 antiinflammatorisch, indem es die endotoxinstimulierte IL-1- und TNF-α Synthese hemmt (2). Daneben stimuliert IL-6 die Produktion von Adrenocorticotropen Hormon (ACTH) und damit die Bildung von Glukokortikoiden, die ebenfalls antiinflammatorische Wirkung besitzen (180).

Ein als antiinflammatorisch geltender Mediator ist das Zytokin IL-10. Es wird vorrangig von
T-Helfer-2-Zellen produziert, hemmt T-Helfer-1-Zellen in ihrer Aktivität und wirkt vor allem an B-Zellen, indem es die Expression von „Major Histocompatibility Complex-II“- MHC-II steigert. Außerdem co-stimuliert es das Wachstum von Makrophagen. IL-10 hemmt die Freisetzung der proinflammatorischen Zytokine, vor allem von TNF-α und IL-1 aus Monozyten und Makrophagen. Es reguliert den löslichen Zytokinantagonisten IL-1-Rezeptorantagonist hoch und hemmt die Bildung der induzierbaren Stickstoffmonoxid-Synthase, die für hämodynamische Veränderung mit verantwortlich ist (99, 180). In unserer Studie wählten wir aufgrund der oben beschriebenen Bedeutung in der Sepsis die Zytokine TNF-α, IL-1β, IL-6 und IL-10 aus.

1.1.4.4 Reaktive Sauerstoffspezies

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Die Reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) stellen weitere wesentliche Mediatoren in der Sepsis dar. Aufgrund der vorausgehenden Aktivierungsvorgänge gehören sie zu den sekundären inflammatorischen Mediatoren (180). Zu ihnen zählen freie Sauerstoffradikale wie Superoxidradikale und Hydroxyradikale und reaktive Sauerstoffverbindungen ohne Radikalcharakter wie Wasserstoffperoxid, Singulet Sauerstoff, hyperchlorige Säure, Ozon und Stickstoffmonoxid (164).

Die Hauptquelle der ROS in der Sepsis sind die Leukozyten (neutrophile und eosinophile Granulozyten, Monozyten, Makrophagen). Ihre Aktivierung stimuliert die membrangebundene „reduzierte Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid-Phosphat“ (NADPH)-Oxidase, die molekularen Sauerstoff zum Superoxidradikal reduziert (respiratory-burst). Das Superoxidanion wird in die Phagozytenvakuolen abgegeben und wirkt bei der Zerstörung von eingeschlossenen Mikroorganismen mit (168). Die Superoxiddismutase (SOD) wandelt die meisten Superoxidradikale in Wasserstoffperoxid um. Wasserstoffperoxid und Superoxidradikale haben nur geringe antibakterielle Wirkungen, sind aber wichtige Vorläufermoleküle von wirksameren Verbindungen. Das Wasserstoffperoxid reagiert mit dem Superoxidanion zu dem hochreaktiven Hydroxyradikal (164).

Die in den azurophilen Granula von Phagozyten befindliche Myeloperoxidase katalysiert die Reaktion von Wasserstoffperoxid und Chloridionen zum stark bakteriziden Hypochlorid (76). Ein weiterer Reaktionsweg der Superoxidanionen ist die Reaktion mit Stickoxiden, die von Endothel und Leukozyten gebildet werden, zu Peroxynitriden. Diese Peroxynitride zerfallen unter anderem wiederum in Hydroxyradikale (168).

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Eine weitere wichtige Quelle für die Entstehung von Sauerstoffradikalen ist das Xanthinoxidase (XO) -Xanthindehydrogenase (XDH)- System. Bei Reoxygenierung von ischämischem Gewebe, wie z.B. dem Intestinum bei Sepsis, gelangt molekularer Sauerstoff in dieses Gebiet. Der in Endothelzellen durch Ischämie vermehrte Anfall der Purinprodukte Hypoxanthin und Xanthin aktiviert das XO-XDH-Enzymsytem. Die XO katalysiert die Reaktion von Hypoxanthin und molekularem Sauerstoff zu Harnsäure. Als Nebenprodukt entstehen dabei Superoxidradikale (164).

Sauerstoffradikale besitzen eine bedeutende Funktion bei der Abtötung von Mikroorganismen und bei der Gewebserneuerung. Sie können jedoch, wenn sie im Übermaß synthetisiert werden, auch eine Reihe negativer Effekte haben. Sie induzieren eine Hydrolyse von Kohlenhydraten, bewirken Funktions- und Strukturänderungen von Proteinen, können zur Oxidation von Nukleinsäuren führen und die „Desoxyribonucleinsäure“ (DNS) Reparationsmechanismen stören. Sauerstoffradikale tragen über eine Stimulierung der Lipidperoxidation zur Membrandestabilisierung bei und können letztendlich zu einem Kapillarleck
(„capillary-leak-Syndrome“) führen (164).

Bei der Lipidoxidation entstehen stabile Reaktionsprodukte. Diese diffusiblen Moleküle der Lipidoxidation, wie z.B. das Malondialdehyd, können auch fern vom Ort ihres Entstehens Toxizität vermitteln (111).

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Durch den oxidativen Stress werden über den Kontakt mit einer Zielzelle eine Reihe von Genen aktiviert („stress reponse genes“). Dazu gehört die Aktivierung von Kinasenkaskaden, Inaktivierung von Protein-Thyrosin-Phosphatasen oder die Aktivierung von NF-κB. Dadurch kommt es zur Synthese und Freisetzung von Zytokinen, Antioxidantien und Sauerstoffradikal abbauenden Enzymen. Dies kann zur Reparatur von Zellschäden oder aber, falls das im Rahmen einer systemischen Entzündungsreaktion nicht mehr möglich ist, zum gerichteten Zelltod, der Apoptose führen (180). Die anhaltende Mediatorfreisetzung vermittelt eine weitere Leukozytenaktivierung im Sinne eines „circulus vitiosus“( 120).

1.1.4.5 Leukozyten und Leukozyten-Endothel-Interaktion

Quantitative und qualitative Veränderungen des zirkulierenden Leukozytenpools sind diagnostische Kriterien eines SIRS bzw. einer Sepsis. Eine Zunahme der zirkulierenden Leukozytenzahl kann Folge einer Mobilisierung ruhender wandständiger Leukozyten („marginating pool“) sein. Die Mobilisierung kann z.B. aus der Zunahme des Herzzeitvolumens resultieren. Eine Leukozytose kann durch vermehrte Freisetzung von teilweise unreifen Granulozyten aus dem Knochenmark durch Mediatoren, wie den Interleukinen oder dem CSF induziert werden. Des Weiteren nimmt man eine verzögerte Apoptose der Leukozyten an, die durch den Einfluss von LPS und proinflammatorischen Zytokinen verursacht wird. Eine Leukopenie kann eine gesteigerte Adhäsion am Endothel durch zunehmende Expression von Adhäsionsmolekülen reflektieren oder durch eine Beeinträchtigung der Stammzellreifung im Knochenmark in Frage kommen (17).

Die Leukozyten-Endothel-Interaktion ist ein kontinuierlicher, physiologisch vorkommender Mechanismus, der z.B. bei lokalen Infektionen zur effektiven Herdbekämpfung dient. Durch die systemisch ausgeschütteten proinflammatorischen Mediatoren kommt es zur Adhärenz aktivierter Leukozyten in der terminalen Strombahn. Dabei handelt es sich insbesondere um die Polymorphkernigen Neutrophilen Lymphozyten (PMNL). Die Expression von leukozytären und endothelialen Adhäsionsmolekülen spielt dabei eine ausschlaggebende Rolle (17). Die Migration der Leukozyten erfolgt in Form von Chemotaxis. Chemotaktische Substanzen (z.B. IL-8, Komplementfaktor C5a, Leukotrien B4, PAF) werden von vielen aktivierten Zelltypen, wie z.B. von aktivierte Lymphozyten und Endothelzellen produziert (188).

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Während der Sepsis kann es neben Gerinnungsstörungen durch die Abnahme des Blutflusses und damit der Scherkraft in Venolen und Kapillaren sowie durch eine verminderte Verformbarkeit der Leukozyten zu Gefäßthrombosierungen kommen. Die verstärkte Leukozytenadhärenz und die Stase bedingen eine zusätzliche Verlegung terminaler Strombahnen (17, 180). Adhärierende Leukozyten setzen Sauerstoffradikale und Proteasen frei, die zur Schädigung des Gefäßendothels bis hin zur Störung der Mikrozirkulation und zum konsekutiven Organversagen führen können (190).

Unter dem Begriff der Leukozyten-Endothel-Interaktion versteht man im Wesentlichen vier Vorgänge, die die Leukozyten durch LPS, Zytokine und Radikale verstärkt durchlaufen
(88, 191):

  1. die Leukozytenmargination aus der Strommitte,
  2. die temporäre Interaktion der Leukozyten mit dem Endothel („Rolling“),
  3. die feste Adhärenz der Leukozyten am Endothel („Sticking“),
  4. die Diapedese der Leukozyten durch das Endothel und Migration in das umliegende Gewebe

↓20

Das temporäre Interagieren der Leukozyten mit dem Endothel kann als Adhäsion geringer Affinität beschrieben werden. In einer postkapillären Venole mit einem Durchmesser von
ca. 30 µm „rollen“ Leukozyten mit einer mittleren Geschwindigkeit von 50 µm/s. Dieses „Rolling“ wird durch eine Familie von Transmembranrezeptoren, die Selektine, vermittelt.

Dazu gehören drei monomere Adhäsionsrezeptoren, die L-, E- und P-Selektine, die alle eine sich gleichende NH2-terminale extrazelluläre Domäne besitzen (78).

↓21

Alle 3 Selektine erkennen und binden spezifische Glykoproteine und/oder Glykolipide, die alle das Tetrasaccharid Sialyl-Lewis x (sialyl-CD15) enthalten (188). Dieser Ligand wird auf allen zirkulierenden myelogenen Zellen sowie auf zirkulierenden Lymphozyten exprimiert.
Sialyl-CD15 agiert vor allem als Ligand für Endothelzellen, deren Oberfläche E- und P-Selektine exprimieren (195).

Daneben wurde das Glykolipid Sulfatid als ein potentieller Ligand für P- und L-Selektine erkannt (122). Das primäre Andocken der Granulozyten an das Endothel wird über Sialyl-CD15 vermittelt, geht dann unmittelbar in eine rollende Bewegung über, bei der sich die Zelle im Blutstrom um die eigene Achse dreht. Dieses Rollen kommt durch eine Vielzahl repetitiver Bindungen zustande, wobei die Scherkraft überwiegt und damit die Bewegung induziert (123).

Im entzündlichen Gewebe führt das Leukozyten-Rolling häufig zu einer festen Adhäsion am Endothel. Diese mit hoher adhäsiver Interaktion haftenden PMNL werden als „Stickers“ bezeichnet. Nach der meist verwendeten Definition sind das Leukozyten, die in postkapillären Venolen für mindestens 30 Sekunden stationär verharren (78). Die Ausbildung einer entgegen der Scherkräfte des Blutstromes stabilen Adhäsion wird durch lokal gebildete Entzündungsmediatoren vermittelt. Diese werden während des Leukozyten-Rollings ausgeschüttet, aktivieren die PMNL, die dadurch Adhäsionsmoleküle aus der Familie der
β-Integrine exprimieren. Dabei werden L-Selektine proteolytisch von der Zelloberfläche der Leukozyten abgetrennt (190).

↓22

Alle Integrine sind α/β Heterodimere, die sich aus größeren α-Untereinheiten (120-180 kD) und kleineren β-Untereinheiten (90-110kD) zusammensetzen. Beide Einheiten sind Transmembranproteine, die ihren Hauptteil extrazellulär präsentieren. Bedeutende Subfamilien sind die
β1-(CD29), β2-(CD18) und die β3-(CD61) Integrine. Diese Subfamilien bestehen jeweils aus einer variablen α-Kette (CD11a-c) und einer allen Vertretern gemeinsamen β-Kette (CD18) (98).

Die β2-Integrine, die ausschließlich auf weißen Blutzellen vorkommen, werden je nach synthetisierenden Zelltypen unterschieden. Auf Lymphozyten werden sie als „Lymphocyte Function Associated Antigen“- LFA-1 (Syn: CD11a/CD18) bezeichnet. Granulozyten sowie Monozyten exprimieren den Mac-1 Rezeptor (Syn: CD11b/CD18) und zusätzlich das p150.95
(Syn: CD11c/CD18) Antigen (187). Die Bedeutung dieser β2-Integrine wird durch das Krankheitsbild des „Leukocyte Adhesion Defiency Syndrome“ illustriert. Ursache ist ein genetischer Defekt des β2-kodierenden Genes, wodurch es rezidivierend zu Infektionen kommt, die aktivierten Leukozyten aber nicht in der Lage sind, an den Ort des Entzündungsgeschehens zu gelangen. Ein Sticken ist auf Grund dieses Defektes nicht möglich, weshalb sich bei Betroffenen keine Bildung von Eiter zeigt (195).

β2-Integrine werden ständig auf zirkulierenden Lymphozyten exprimiert, ohne dass sie eine Adhäsivität vermitteln. Durch inflammatorische Mediatoren, vor allem Chemokine, werden sie rapide in einen hoch aktivierten Zustand versetzt, der die feste Adhäsion ermöglicht (78). Chemokine werden unter anderem vom vaskulären Endothel synthetisiert, würden aber durch den Blutfluss schnell abströmen. Man vermutet, dass das Rollen der Leukozyten ihnen den längeren Kontakt mit Chemokinen ermöglicht. Die mehrfache Bindung von Chemokinen an Rezeptoren der rollenden Leukozyten induziert über G-Proteine eine innermolekulare Konformationsänderung der Integrine. Dadurch erhöht sich die Bindungsaffinität der
β2-Integrine und es erfolgt eine feste Adhäsion an das Endothel (188).

↓23

Die Stimulation des vaskulären Endotheles führt zur Synthesesteigerung von interzellularen Adhäsionsmolekülen, den Integrin-Liganden. Dabei handelt es sich um das Intercellular Adhesion Molecule-1 (ICAM-1, CD54) und ICAM-2. Sie zählen zu einer Superfamilie der Immunglobuline, da sie den Immunglobulinmolekülen ähnlich gefaltete Domänen aufweisen (190). ICAM-1 bindet an die leukozytären β2-Integrine LFA-1 und an das Mac-1 Antigen. Es besitzt fünf extrazelluläre Immunglobulindomänen, die über einen transmembranen Bereich verankert sind, sowie eine kurze zytoplasmatische Kette, über die es mit dem endothelialen Zytoskelett interagieren kann. Neben dem Endothel kann ICAM-1 noch von einer Vielzahl anderer Zellen exprimiert werden. Ohne Stimulation durch Entzündungsmediatoren ist es nur auf wenigen Zellen zu finden (78, 187). ICAM-2 wird auch ohne Entzündungsreaktion auf Endothelzellen gefunden. Entzündungsmediatoren steigern dessen Synthese nicht. Daher wird ICAM-2 eine Bedeutung bei der Lymphozyten-Rezirkulation zugeschrieben. Es interagiert nur mit dem leukozytären β2-Integrin LFA-1 (187).

Ein bedeutendes Adhäsionsmolekül für die Leukozyten Rezirkulation der Mukosa ist das „Mucosal Addressin Cell Adhasion Molecule-1“ (MAdCAM-1). Da es neben Integrinen auch das L-Selektin bindet und somit Leukozyten-Rolling vermittelt, spielt es eine duale Rolle als Integrin- und Selektin–Ligand (188). Letztendlich führt die Interaktion der β-Selektine mit den interzellulären Adhäsionsmolekülen zu einer festen Adhärenz der PMNL an das Gefäßendothel. Dadurch wird der abschließende Schritt, die transendotheliale Diapedese der Leukozyten, ermöglicht. Eine bedeutende Funktion scheint hierbei das „Platelet-Endothelial Cell Adhesion Molecule-1“ (PECAM-1, CD31) zu spielen. Es wird von Endothelzellen und Leukozyten gleichermaßen konstitutiv gebildet. Bestimmte Bereiche des PECAM-1-Moleküles regulieren die transendotheliale Diapedese und die nachfolgende Wanderung der Leukozyten durch die extrazelluläre Matrix (190).

1.1.4.6 Endothelschädigung und Plasmaextravasation

Die Extravasation von Plasma bei Endotoxinämie äußert sich im gesteigerten Lymphabfluss und bei einer Überschreitung der Transportkapazität der Lymphgefäße konsekutiv in einem Ödem. Das Ausmaß der Extravasation hängt dabei von der Gefäßoberfläche, der Wandpermeabilität und dem intravasalen Druck ab (193).

↓24

Die Permeabilitätssteigerung des Endotheles im Rahmen eines Entzündungsgeschehens betrifft vorwiegend die Kapillaren und postkapillären Venolen. Eine Vielzahl von Mediatoren wie z.B. Serotonin, Histamin, Arachidonatabkömmlinge, Komplementfaktoren, Plättchenaktivierungsfaktoren, Zytokine und Toxine, verursachen und verstärken diese pathologische Permeabilitätssteigerung (162). Das „capillary-leak-Syndrome“ ist ein typisches Erscheinungsbild der Endothelschädigung bei der Sepsis. Unter einem „capillary-leak-Syndrome“ versteht man den Austritt von intravaskulärer Flüssigkeit in den interstitiellen Raum (105).

Die Endothelzellen der postkapillären Venolen besitzen myosinhaltige kontraktile Eiweiße. Unter dem Einfluss von Entzündungsmediatoren können sie sich kontrahieren. Dadurch entstehen Lücken zum einen zwischen den interendothelialen Zellkontakten und zum anderen innerhalb der Venolenbasalmembran. Durch entzündungsauslösende Toxine, wie z.B. das Endotoxin, kann es direkt zur Schädigung des Endotheles kommen. Im geringfügigsten Falle äußert sich diese Schädigung nur in einer reversiblen Auflockerung der Zona occludens. Später kann auch ein apikales Zellödem, verbunden mit einer Mikrovillosität der lumenseitigen Zellmembran auftreten. Schließlich bilden sich unter dem Endothelbelag Blasen, so dass die geschädigten Endothelzellen aus ihrem rohrartigen Verband mit dem Blutstrom herausgerissen und abtransportiert werden. Diese entzündungsbedingte Veränderung der Gefäßmembran führt zum Anhaften von Thrombozyten und Granulozyten (162).

Während eines Entzündungsgeschehens tragen hämodynamische Faktoren zusätzlich zu einer Permeabilitätssteigerung bei. Die lokale Erhöhung des intravasalen Druckes, hervorgerufen durch gesteigerte Durchblutung, führt zur Exsudation (180). Die Exsudation bewirkt zusammen mit der proteolytischen Veränderung der Interzellularsubstanz eine Gewebeschwellung. Das eiweißreiche Exsudat verdünnt somit lokal die Konzentration entzündlicher Substanzen. Außerdem ermöglicht sie den Antransport von Antikörpern. Ferner wird durch das im Gewebe gebildete Fibrin der entzündliche Schaden abgegrenzt und die Erreger können an die Fibrinfäden fixiert werden. Auf der anderen Seite ist diese Ödemflüssigkeit ein sehr gutes Nährmedium für die Erreger selbst, die sich dadurch weiter vermehren können (162).

↓25

Das Endothel spielt, neben der Synthese von Entzündungsmediatoren, eine bedeutende Rolle bei der Regulation des Gerinnungssystemes und bei der Aufrechterhaltung der Hämostase. Die sepsisbedingte Schädigung des Endotheles hat zur Folge, dass diese Funktionen nicht mehr effektiv ausgeführt werden können (180).

Auch wenn während Endotoxinämie die Extravasation in fast allen Geweben nachweisbar ist, wird der Gastrointestinaltrakt bzw. der Dünndarm als ein Hauptort für diesen Prozess angesehen (193). Daneben führt der mit der Extravasation verbundene intravasale Flüssigkeitsverlust, kombiniert mit der hämodynamischen Konstellation während der Sepsis, zu kardiogenen Funktionsstörungen. Die respiratorische Situation wird durch ein interstitielles Lungenödem verschlechtert. Die Nieren werden durch den Volumenmangelzustand in ihrer Funktion beeinträchtigt. Daher ist die Behandlung des Ödems in der Therapie der Sepsis eines der grundlegenden Therapieprinzipien (180).

1.1.5 Bedeutung des Intestinums für die Pathogenese der Sepsis

Die bedrohlichste Komplikation des SIRS oder der Sepsis stellt das Multiorganversagen dar. Mit einer Inzidenz von 10-25% und einer Letalität von 50-70% stellt es die häufigste zum Tode führende Komplikation nach schweren Traumen dar (82). Beim Multiorganversagen, z.B. in Folge der Sepsis, kommt es zur Zentralisation des Kreislaufes, das heißt, zu einer Perfusionsumverteilung zu Gunsten der Vitalorgane Gehirn und Herz. Dieser zunächst sinnvolle Regulationsmechanismus kann bei längerem Fortbestehen zu einer Gefahr für den Gesamtorganismus führen. Auf Grund seiner hohen Dichte an α-1-Rezeptoren gehört der Darm im Rahmen der sympathikoadrenergen Reaktion während eines traumatisch-hämorrhagischen oder septischen Schockes zu den primär minderperfundierten Organen. Der daraus resultierenden intestinalen Ischämie und der damit verbundenen Störung der natürlichen Darmbarriere wird eine bedeutende Rolle in der Genese des Multiorganversagens zugeschrieben (82). Der Darm wird damit als „Motor des Multiorganversagens“ betrachtet und als „undrained abscess of multiple organ failure“ charakterisiert (48, 129).

↓26

Der anatomische Aufbau des Intestinum prädisponiert zur frühen Schadensnahme im septischen Schock. Im Normalzustand stellt die Darmschleimhaut eine sehr effektive Barriere gegen enterale Mikroorganismen da. Das Gegenstromprinzip im Bereich der Mukosa spielt in der Pathogenese der Sepsis eine entscheidende Rolle. Die zentrale Villusarterie verzweigt sich erst in der Zottenspitze, zu ihr parallel verläuft das venöse System. Damit tritt bereits an der Zottenbasis auf Grund des hohen O2-Gradienten ein starker pO2-Abfall im arteriolären Blut auf (205). Eine Ischämie der Zottenspitze bei einem kritischen Blutdruckabfall ist die Folge. Reaktiv bildet sich ein Ödem in der Lamina propria, welches schließlich zu einer Epithelnekrose führen kann (126).

Kommt es nun zu einer Reperfusion, wird mit der Anlieferung von Sauerstoff über eine Aktivierung der XO Xanthin zu Hypoxanthin umgewandelt. Dabei entstehen Sauerstoffradikale und es erfolgt eine Aktivierung von Proteasen bzw. neutrophilen Granulozyten. Dies führt wiederum zu einer weiteren Schädigung der Darmmukosa (77, 79). Durch die intestinale Ischämie kommt es zu Läsionen in der Darmmukosa, wodurch die wirkungsvolle Barriere gegen Mikroorganismen bzw. gegen ihre Bestandteile aufgehoben wird. Die Permeabilität der Darmmukosa steigt. Histologisch spricht man vom durchlässigen Darm -„leaky-gut“ (66, 82, 84).

Der Verlust der Darmbarriere und die daraus resultierende Ausbreitung von Bakterien bzw. ihrer Bestandteile ist als „bacterial translocation" -bakterielle Translokation- definiert (19). Eine Verletzung der natürlichen Darmbarriere in Folge intestinaler Ischämie führt zu einer Aktivierung des GALT („Gut Associated Lymphatic Tissue“). Mit 50-70 % der lymphoiden Zellen stellt dieses Darm-assoziierte lymphatische Gewebe eines der umfangreichsten lymphatischen Gewebe des menschlichen Körpers dar. Durch ein massives Einwirken von antigenen Strukturen (z.B. LPS), die positive Rückkopplung der humoralen und zellulären Systeme sowie durch die Beeinträchtigung von Kontrollmechanismen resultiert eine Agravierung des Sepsisgeschehens in Form einer „Mediatorexplosion“ (55, 82).

↓27

Für die Beurteilung der Darmperfusion stehen in der Klinik verschiedene Indikatormessungen zur Verfügung. Neben der Endoskopie, der Angiographie, der Katheterisierung der Lebervene, der Dopplersonographie und der Bestimmung von biochemischen Serummarkern, wurde auch die tonometrische Messung des intramukösen instestinalen pH-Wertes (pHi) zur Messung der Darmperfusion verwendet (82). Unter der Annahme, dass die Hydrogencarbonat- (HCO3-) Werte im Gewebe und im arteriellen Blut vergleichbar sind, kann mittels der Henderson-Hasselbach-Gleichung aus dem Kohlendioxidpartialdruck der pHi-Wert berechnet werden. Das messende Tonometer liegt dabei nahe der Spitze einer Sonde direkt der Magen- oder Darmwand an (83). Eine Azidose im Bereich der Darmmukosa wird als einer der frühsten Indikatoren einer intestinalen Ischämie angesehen (82).

Eine kombinierte Messung von arteriellem Laktat und pHi stellt einen prädiktiven Wert für das Outcome der Patienten dar. In einer klinischen Studie von Friedmann et al. wurden im Verlauf von 24 Stunden nach Aufnahme auf die Intensivstation der pHi-Wert und die arterielle Laktatkonzentration gemessen. Nach 24 Stunden erreichten diese Parameter eine Spezifität von 100% für die Mortalität, die Sensitivität lag bei 44% (72). Bei der Messung des pHi-Wertes werden allerdings nicht-respiratorische Störungen des arteriellen Säure-Basen-Status in die Tonometrie mit einbezogen, was zu ungenauen Ergebnissen führt. Neuere Untersuchungen favorisieren für die Messung der gastrointestinalen Durchblutung die mukosal-arterielle
CO2-Differenz -pCO2-Gap (201). Exakte Perfusionsbestimmungen des gesamten Gastrointestinaltraktes können mit der Lebervenenkatheterisierung vorgenommen werden. Daneben kann mit Hilfe der Plasma-Disappearance-Rate des Farbstoffes Indozyaningrün (PDRICG) nicht-invasiv die Leberperfusion und -funktion bestimmt werden (107). Therapeutische Ansätze zur Darmprotektion liegen in der frühen Schocktherapie, einer kausalen Beeinflussung der instestinalen Ischämie, in früher enteraler Ernährung, Immunonutrition und selektiver Darmdekontamination (82).

1.2 Therapiekonzepte bei Sepsis

Die konventionelle Therapie der Sepsis beruht auf folgenden Grundsäulen (109, 160):

↓28

Kausale Therapie:

Fokussuche und Fokussanierung,

Adäquate Antibiotikatherapie

Supportive Therapie:

Frühzeitige Kreislaufstabilisierung (differenzierte Volumen- und Katecholamingabe),

Frühzeitige Beatmung,

Erhaltung der Homöostase,

Nierenersatztherapie,

Frühzeitige parenterale Ernährung

Adjunktive Therapie:

Aktiviertes Protein C (Drotrecogin alfa),

Niedrig dosiertes Hydrocortison

Im Oktober 2002 wurde anlässlich des Jahreskongresses der „European Society for Intensive Care Medicine“ (ESICM) in Barcelona die „ Barcelona Declaration“ verabschiedet, woraus im März 2004 die „Surviving Sepsis Campaign Guidelines (SSC) for Management of Severe Sepsis and Septic Shock“ hervorgingen (59). Mit diesen Guidelines stehen durch mehr als
30 internationale Experten konsentierte Leitlinien zum klinischen Umgang mit septischen Patienten zur Verfügung. Die Deutsche Sepsis-Gesellschaft e.V. (DSG) und die Deutsche Interdisziplinäre Vereinigung für Intensiv- und Notfallmedizin (DIVI) haben in Anlehnung an die internationalen Empfehlungen der SSC-Guidelines Leitlinien erarbeitet, die die Versorgungsstruktur im deutschen Gesundheitssystem berücksichtigen. Folgende Leitlinienthemen wurden als voranging eingestuft:

  1. Diagnose,
  2. Prävention,
  3. kausale Therapie,
  4. supportive Therapie,
  5. adjunktive Therapie.

↓29

Die Leitlinien sind nach einem sorgfältig geplanten und streng eingehaltenen Prozess nach den Vorgaben der Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften (AWMF) erstellt worden. Dabei wurden die Leitlinien gemäß den Empfehlungen des „Oxford Centre of Evidence Based Medicine“ in Evidenzgrade I-V eingeteilt. Gemäß der Evidenzgrade können für eine bestimmte Fragestellung Empfehlungen mit Empfehlungsgraden von A)-E) ausgesprochen werden. Entsprechend wird der Evidenzgrad der Studie benannt, die zu dem entsprechenden Empfehlungsgrad geführt hat (159).

In der adjunktiven Sepsistherapie ließ das rekombinante humane aktivierte Protein C erstmals Hoffnung auf ein spezifisches Medikament zur Behandlung der schweren Sepsis aufkommen. Protein C ist einer der Hauptregulatoren der Gerinnung, der die geschwindigkeitsbestimmenden Faktoren der Gerinnungskaskade, Faktor Va und Faktor VIIIa, inaktiviert. Zusätzlich hat Protein C profibrinolytische Eigenschaften. Es kann die Bildung intravasaler Thromben verhindern und fördert die Fibrinolyse und damit die Rekanalisierung eines thrombotisch verschlossenen Gefäßes. Protein C vermag die Adhäsion von Leukozyten am Endothel und die Freisetzung von
IL-1 und TNF-α durch Monozyten zu blockieren. Dadurch kann die systemische Ausbreitung von einer primär lokalisierten Entzündung gebremst werden (105). In der
PROWESS- (Protein C Worldwide Evaluation in Severe Sepsis) Studie, einer doppelblinden, Plazebo-kontrollierten Studie aus dem Jahr 2001, zeigte sich eine absolute Risikoreduktion der Sterblichkeit von 6,1% durch Drotrecogin alfa (aktiviertes Protein C). Seit 2002 ist dieses Medikament zur Therapie erwachsener Patienten mit schwerer Sepsis zugelassen (21). In den Leitlinien der Deutschen Sepsis-Gesellschaft wird allerdings nur ein Empfehlungsgrad
B (Evidenzgrad Ib) für Drotrecogin alfa ausgesprochen, da eine weiterführende Analyse der Prowess-Daten ergab, dass Patienten mit niedrigem Schweregrad einer schweren Sepsis unter der Behandlung eine erhöhte 1-Jahres-Letalität aufwiesen (159). Die meisten adjunktiven Therapieansätze mit Immunmodulatoren (z.B. Immunglobuline, anti-TNF-Αntikörper, löslicher TNF-Rezeptor, Antibradikinin, antiinflammatorisches IL-10, IL-1-Rezeptorantagonist, Interferon-γ), Prostaglandinhemmern und der Einsatz von Gerinnungsinhibitoren
(z.B. Antithrombin-III) befinden sich noch in der klinischen Prüfung und erbringen nur zum Teil den erhofften Erfolg (110, 145).

Auch unsere Arbeit beschäftigt sich mit einem potenziell adjunktiven Therapieansatz bei der Behandlung der Sepsis. Es wurde der Einfluss von 2 Antioxidantien auf die Mikrozirkulation bei Endotoxinämie untersucht. Dabei handelt es sich um N-Acetylcystein und Tirilazad Mesylat, die in Kombination verabreicht wurden. N-Acetylcystein wird bereits in den Leitlinien der Deutschen Sepsis-Gesellschaft unter dem Punkt „adjunktive Therapie- andere Therapieansätze“ erwähnt. Allerdings mit dem niedrigsten Grad der Empfehlung- Grad E, da für diesen Therapieansatz ein Behandlungsvorteil noch nicht nachgewiesen werden konnte (159).

↓30

Unsere Untersuchung stellt daher einen weiteren Beitrag dar, den im Pathomechanismus der Sepsis durchaus sinnvollen Einsatz von N-Acetylcystein bzw. Tirilizd Mesylat zu untersuchen. Dem Organismus stehen wirksame Schutzmechanismen gegenüber radikalischer Belastung zur Verfügung. Dabei handelt es sich um endogene, antioxidativ wirksame Substanzen im Gewebe, die sich in 4 Gruppen untergliedern lassen (76):

  1. Verbindungen mit einem niedrigen Molekulargewicht (z.B. Vitamin C, E, β-Carotin)
  2. Sulfhydrylgruppendonatoren (z.B. Gluthation)
  3. Proteine mit Sulfhydrylgruppen
  4. Enzyme (z.B. SOD)

Sind die Schutzmechanismen unzureichend ausgebildet oder durch vermehrte Radikalbildung überlastet, wird der Organismus geschädigt. Aus verschiedenen In-Vivo-Studien ist bekannt, dass durch die Applikation von Bakterien oder LPS eine verstärkte Bildung von ROS induziert wird. Vor allem im Dünndarm, im Magen, in der Lunge und in der Leber konnten erhöhte Konzentrationen von ROS gemessen werden (135, 139, 198). Die Plasmakonzentration der antioxidativen Vitamine A, C, E und β-Carotin sind bei septischen Patienten erniedrigt. Daneben konnte ein Konzentrationsabfall der protektiven Enzymsysteme (SOD, Katalase, Glutathionperoxidase) im Muskelgewebe gemessen werden. Im Plasma und in den Erythrozyten von septischen Patienten wurden erhöhte Konzentrationen von Katalase und SOD festgestellt (164).

↓31

Therapeutisch bestehen 2 prinzipielle Möglichkeiten, radikalische Belastung des Organismus zu verringern. Zum einen kann man versuchen, die Radikalbildung z.B. durch Anhebung des endogenen Antioxidantienstatus oder durch Hemmung radikalbildender Enzyme zu inhibieren. Zum anderen kann man Radikalfänger („radical scavenger“) in Form von Sauerstoffradikal-abbauenden Substanzen einsetzen (164). Als Beispiel für die erste Option ist das in dieser Untersuchung eingesetzte N-Acetylcystein (NAC) zu nennen. Über den zweiten Weg wirkt das Tirilazad Mesylat (TM).

1.3 N-Acetylcystein

1.3.1  Allgemeines

NAC ist ein Schwefel enthaltendes Derivat der Aminosäure Cystein, welche natürlicherweise in Nahrungsmitteln vorkommt. Die Entdeckung, dass NAC ein wirksames Antidot gegen die Acetominophen- (Metabolit von Paracetamol) Vergiftung ist, gab den ersten Hinweis auf die Wichtigkeit des NAC als Antioxidans (20). Daneben ist NAC seit Jahren als wirksames Mukolytikum bekannt.

1.3.2 Pharmakokinetik

Oral verabreicht wird NAC schnell und vollständig resorbiert. Im Organismus findet es sich teils in freier Form, teils reversibel über Disulfidgruppen an Plasmaproteine gebunden. Es lokalisiert sich vor allem in der Leber, den Nieren, den Lungen sowie im Bronchialschleim. NAC wird in der Darmwand und bei der ersten Leberpassage zu Cystein deacetyliert.

↓32

Neben kleinen Mengen Taurin und Sulfat sind die beiden Hauptmetabolite Cystin und Cystein. Ca. 30% der verabreichten Dosis werden direkt renal ausgeschieden. Über den Mechanismus nicht-renaler Elimination liegen keine Untersuchungen vor.

1.3.3 Pharmakodynamik

NAC stellt durch Cystein einen essentiellen Vorläufer der Glutathion-Synthese zur Verfügung. Dadurch erhöht es die endogenen Vorräte an Glutathion. Glutathion vermittelt eines der wichtigsten nukleophilen und antioxidativen Wirkprinzipien des Organismus. Glutathion kann die bei bestimmten Intoxikationen entstehenden toxischen, reaktiven, elektrophilen Metaboliten durch Bildung von inerten Komplexen inaktivieren. Elektrophile Verbindungen werden durch Konjugation inaktiviert, oxidierende Verbindungen durch Reduktion neutralisiert.

NAC kann durch die intrazelluläre Erhöhung der Glutathionkonzentration die endogene Antioxidantienkonzentration steigern, Wasserstoffperoxid und andere Hydroxyradikale direkt abfangen und so dem oxidativen Stress entgegenwirken (164, 204).

↓33

NAC, Cystein und Glutathion enthalten Schwefel in der Form der Schwefel-Hydryl-Gruppe.
Die mukolytische Wirkung des NAC beruht auf der Eigenschaft der Sulfhydrylgruppen, die Disulfidbrücken der Mukoproteine des Schleimes zu reduzieren. Dadurch verringert sich die Schleimviskosität (117).

1.3.4 Klinische Anwendung/Effekte

NAC findet hauptsächlich klinische Anwendung bei der Behandlung akuten Paracetamol-Vergiftungen und bei Leberversagen nach Paracetamol-Vergiftungen. Paracetamol wird bei hoher Dosierung in der Leber über das Cytochrom-P450-System metabolisiert. Dabei entsteht ein toxischer Metabolit, der mit Glutathion reagiert. Durch Umwandlung in eine Mercaptursäurekonjugat wird dieser Metabolit über die Niere ausgeschieden. Nach der Einnahme von sehr hohen Mengen von Paracetamol wird ein weiterer, sonst ungenutzter Stoffwechselweg eingeschlagen. Dadurch kommt es zur Arylierung von Zellproteinen in der Leberzelle. Dosisabhängig entsteht eine Leberzellschädigung bis hin zur Leberzellnekrose. NAC kann durch seine oben beschriebenen Eigenschaften bei rechtzeitiger Gabe diesen pathologischen Vorgang verhindern oder aufhalten (117). Bei Vergiftungen durch Acrylnitril, Methacrylnitril und Methylbromid kommt NAC ebenfalls als Antidot zum Einsatz. Des Weiteren ist NAC ein bekanntes Mukolytikum bei der Behandlung akuter und chronischer Erkrankungen des Respirationstraktes (151).

1.4 Tirilazad Mesylat

1.4.1  Allgemeines

TM gehört zu der Gruppe der Lazaroide. Das sind Substanzen mit ähnlichen biochemischen Eigenschaften, deren Name auf einem Paradigma beruht. Wie in der Bibel nachzulesen ist, ernährte sich der Bettler Lazarus von den Abfällen, die von der Tafel der reichen Prasser herab fielen (Lukas 16, 19-31). Bei der biochemischen Zersetzung im Rahmen des ischämiebedingten Zellunterganges, insbesondere in der Phase der Reperfusion, kommt es zu einer Anhäufung von freien Radikalen. Diese verursachen und beschleunigen den nekrotisierenden Effekt der Ischämie und führen letztendlich zum Zelltod. Lazaroide binden diese Radikale und können dadurch die ischämische Zellnekrose auf verschiedenen Entwicklungsstufen eindämmen (140).

↓34

Im übertragenen Sinn sind die freien Radikale die Abfallprodukte von denen sich die Lazaroide „ernähren“. Die Muttersubstanz der Lazaroide (21-Aminosteroide) sind die Glukokortikoide. Durch den Ersatz der Kohlenstoffgruppe 21 des Sterangerüstes durch Aminogruppen entfällt die rezeptorspezifische Aktivität.

Abbildung 1: Glukokortikoid 6a-Methylprednisololon (links), 21-Aminosteroid U-74389G (rechts)

Glukokortikoide vermitteln ihre Wirkung entweder über einen Kernrezeptor (genomische Wirkung), oder spezifisch über Membranrezeptoren bzw. unspezifisch durch physikochemische Wechselwirkungen mit Membranen (nicht-genomische Wirkung). Mit den Lazaroiden wurden bewusst Substanzen entwickelt, die durch die unspezifische Membranwirkung und nicht über Rezeptoren wirken. Dadurch fehlt eine diabetogene Wirkung. Lazaroide haben keinen Effekt auf die Mitogen-stimulierende Zytokinproduktion und bewirken daher auch keine rezeptorvermittelte Immunsuppression (46).

1.4.2 Pharmakokinetik

↓35

TM ist bei gesunden Patienten zu 99% an Plasmaproteine gebunden. Bei der Verstoffwechslung entstehen zwei Metabolite, das U-89678 in höherer und das U-87999 in geringerer Konzentration. TM wird in der Leber metabolisiert und zu ca. 80% biliär/fäkal eliminiert.

1.4.3 Pharmakodynamik

TM bewirkt eine Membranstabilisierung durch eine verminderte Membranfluidität. Diese Membranstabilität verhindert ein Voranschreiten der Lipidoxidation, indem die Beweglichkeit von Lipidperoxyl- und Lipidalkoxylradikale innerhalb der Membran reduziert wird. Lazaroide binden insbesondere Lipidperoxyl- und Phenoxyradikale und können dadurch einer möglichen Gewebeschädigung entgegenwirken. TM trägt dazu bei, dass der Gehalt der Zellmembran an Vitamin E, dem wichtigsten endogenen lipidlöslichen Antioxidans, erhalten bleibt. TM besitzt eine hohe Affinität zum Endothel. Dadurch schützt es die Endothelzellfunktionen, wie z.B. die Permeabilität, vor einer Störung durch Sauerstoffradikale (46).

1.4.4 Klinische Anwendung / Effekte

Eines der ersten klinisch untersuchten Lazaroide war U-72099E, ein Non-Glukokortikoid mit antioxidativer Wirkung im Hochdosisbereich. Es wurde in ZNS-Trauma-Studien untersucht und führte durch Weiterentwicklung zu potenteren 21-Aminosteroiden, wie dem U-74006 (Tirilazad Mesylat). Inzwischen gibt es noch wirksamere 21-Aminosteroide wie das U-72099E. Diese Substanz wurde wegen galenischer Probleme und zu schneller Elimination in vivo bisher jedoch noch nicht pharmazeutisch verwendet (85, 86). Klinische Anwendungen findet TM unter dem Präparat Freedox®, ein Medikament im Einsatzbereich „ZNS-aktive Substanzen“. Die Indikation beschränkt sich auf aneurysmal bedingte Subarachnoidalblutungen bei männlichen Patienten. Die pharmakologische Wirkung von TM äußert sich in einer Begrenzung des Ausmaßes sekundärer Gewebsschädigungen. Daneben nimmt die Häufigkeit bzw. Stärke zerebraler Vasospasmen ab.

1.5 Ergebnisse bisheriger Forschungen

1.5.1  N-Acetylcystein

1.5.1.1  Experimentelle Untersuchungen

↓36

In tierexperimentellen Studien konnte nachgewiesen werden, dass NAC bei septischen Tieren die Freisetzung von TNF-α, die Aktivierung proinflammatorischer Zytokine und die zelluläre Apoptose inhibiert. Daneben konnte Gewebezerstörung, induziert durch IL-1, verhindert werden (151, 202). In einem Endotoxinmodell am Schaf wurde die inhibierende Wirkung von NAC auf die Granulozytenaggregation festgestellt (20). Die Leukozytenadhäsion und die vaskuläre Permeabilität in postkapillaren Venolen des Mesenteriums von Ratten waren unter der Behandlung mit NAC während Endotoxinämie geringer, als bei unbehandelten Tieren (175). Eine Studie an endotoxämischen Hunden, deren Femoral- und Pulmonalarterien, die Vena mesenterica superior und Vena renalis, sowie das Perikard katheterisiert wurden, ergab, dass durch die Gabe von NAC der verminderte kardiale Index, sowie der erhöhte systemische und pulmonale Widerstand gesteigert bzw. verringert werden konnten. Des Weiteren konnte in diesem Versuch durch die NAC-Gabe eine verminderte Freisetzung von TNF-α und eine erhöhte Aktivität der Glutathionperoxidase verzeichnet werden (204). NAC scheint daneben eine antikoagulative Wirkung zu besitzen (76).

1.5.1.2 Klinische Untersuchungen

Die Gabe von NAC bei septischen Patienten mit einem „Acute Respiratory Distress Syndrom“ (ARDS) ergab eine Verbesserung der pulmonalen Hypertension, des Herzindex und der Sauerstoffanlieferung (164). In unterschiedlichen klinischen Studien konnte die antioxidative Wirkung von NAC bestätigt werden. Es wurde eine erhöhte Antioxidantienkapazität und ein verminderter oxidativer Stress durch einen verbesserten Thiolredoxstatus und eine gesteigerte Konzentrationen von Glutathion in der Bronchoalveolarflüssigkeit nachgewiesen. Des Weiteren konnte durch NAC die Chemotaxis humaner Neutrophilen und Monozyten inhibiert werden. Der oxidative Metabolismus zur Neutralisierung der hyperchlorigen Säure und der Hydroxyradikale durch neutrophile Myeloperoxidase nahm ab (151). Spies et al. konnten in einer randomisierten prospektiven doppelblinden Studie eine verbesserte Gewebsoxygenation durch die Gabe von
150 mg/kg/h NAC über 15 Minuten, gefolgt von 12,5 mg/kg/h NAC-Dauerinfusion über
90 Minuten, feststellen. 58 septische Patienten erhielten einen Radialis- und Pulmonaliskatheter, daneben erfolgte eine tonometrische Messung des intramukosalen intestinalen pH-Wertes (pHi). Spies et al. konnten eine erhöhte VO2, einen erhöhten pHi, einen verminderten venös-arteriellen pCO2, sowie ein erhöhtes Überleben von 69% bei NAC-Respondern (45%) nachweisen. Über 50% der Studien-Patienten waren NAC-Non-Responder, was zu der Vermutung führte, dass NAC wahrscheinlich nur in der frühen Phase der Sepsis wirkt (186). In einer weiteren randomisierten prospektiven doppelblinden Studie von Rank et al. konnte mit Hilfe der tonometrischen Messung des pHi, der Katheterisierung der Lebervene und der Untersuchung der Plasma-Disappearance von Monoethylglycinexylidid (PDRMEGX) eine verbesserte Leberperfusion und eine verbesserte Leberfunktion durch die Bolusgabe von 150 mg/kg/h NAC, gefolgt von einer kontinuierlichen NAC-Gabe von 12,5 mg/kg/h über 90 Minuten, beobachtet werden (157). Ein kürzlich veröffentlichter Fallbericht von Hein et al. 2004 bestätigte dies in einer weiteren Untersuchung der Leberfunktion an fünf septischen Patienten (93).

1.5.2 Tirilazad Mesylat

1.5.2.1  Experimentelle Untersuchungen

In einem Cecal Ligation and Puncture- (CLP) Sepsis-Modell an Ratten konnte durch die Behandlung mit 3 mg/kg/h TM über vier Stunden eine verbesserte Überlebensrate nach
72 Stunden erreicht werden (154). Experimentelle Untersuchungen an endotoxämischen Hunden, bei denen die Femoral- und Pulmonalarterien, die Vena mesenterica superior und Vena renalis, sowie das Perikard katheterisiert wurden, ergaben, dass durch die Bolusgabe von 80 µg/kg TM, gefolgt von einer Dauerinfusion von TM von 10 µg/kg/h über drei Stunden, eine verminderte Freisetzung von TNF-α, ein verbesserter renaler und mesenterialer Blutfluss, sowie eine verbesserte kardiale Funktion erreicht werden konnten (204).

↓37

In diversen Ischämie/Reperfusionsmodellen konnte gezeigt werden, dass Lazaroide eine protektive Wirkung auf das Endothel haben und in der Lage sind, die Akkumulation von Leukozyten im Gewebe zu reduzieren (49, 63, 96). Daneben scheint TM die gesteigerte Synthese von Eicosanoiden und TNF-α bei Endotoxinämie zu supprimieren (182, 204).

Weitere tierexperimentelle Studien beschäftigen sich mit dem Einsatz von TM beim akuten Lungenversagen. In der Transplantationsmedizin konzentrieren sich die Forschungsvorhaben derzeit auf die Optimierung der Lagerungs- und Transportbedingungen einschließlich der zusätzlichen Anwendung von Antioxidantien. Einzelne Berichte über positive Effekte von Lazaroiden bei Tumoren, neurodegenerativen und demyelinisierenden Erkrankungen liegen vor. Ein eventueller Einsatz bei der Behandlung entzündlich rheumatischer Erkrankungen wird ebenfalls in Erwägung gezogen (46).

1.5.2.2 Klinische Untersuchungen

In der National Acute Spinal Cord Injury Study (NASCIS III) wurde an 499 Patienten mit akuter Rückenmarksverletzung die Wirksamkeit der therapeutischen Gabe von Methylprednisolon mit dem therapeutischen Erfolg von TM verglichen. Wurde TM 0 bis 3 Stunden nach dem Trauma eingesetzt, ergab sich eine vergleichbar gute Wirkung wie beim Methylprednisolon (46).
TM wurde für die klinische Entwicklung ausgewählt und vorrangig bei der Behandlung von akuten Gehirn- und Rückenmarksverletzungen sowie von Schlaganfällen geprüft (85). In experimentellen Untersuchungen zeigte dieses 21-Aminosteroid auch protektive Effekte bei fokaler und globaler Ischämie sowie bei der Behandlung von Subarachnoidalblutungen.

↓38

Eine klinische Studie ergab, dass es unter 6 mg/kg/Tag TM zu einer Begrenzung des Ausmaßes sekundärer Gewebsschädigungen kommt und die Häufigkeit bzw. Stärke zerebraler Vasospasmen abnimmt. TM ist seit 1995 als Therapeutikum für aneurysmal bedingte Subarachnoidalblutungen bei männlichen Patienten zugelassen. Bei weiblichen Patienten zeigte die oben genannte, in klinischen Studien geprüfte Dosierung keine Wirksamkeit. Man vermutet, dass bei jüngeren Frauen auf Grund metabolischer Gegebenheiten höhere Dosen notwendig sind (46). Klinische Untersuchungen des Einsatzes von TM bei Sepsis-Patienten liegen bisher nicht vor.


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24.01.2007