1  EINLEITUNG

• 1.1 Akutes Leberversagen

• 1.2 Die hepatische Enzephalopathie

  • 1.2.1 Ammonium

  • 1.2.2 Mercaptane

  • 1.2.3 Kurz- und mittelkettige Fettsäuren

  • 1.2.4 Phenole

  • 1.2.5 Synergismus der einzelnen Neurotoxine

• 1.3  Ammonium-, Aminosäure- und Proteinstoffwechsel, Harnstoffzyklus

• 1.4  Glucosestoffwechsel der Hepatozyten

• 1.5 Laktatstoffwechsel

• 1.6 Konservative Therapie des akuten Leberversagens

• 1.7 Leberunterstützungssysteme

  • 1.7.1 Künstliche Leberunterstützungssysteme

  • 1.7.2 Biologische Leberunterstützungssysteme

  • 1.7.3 Hybride Leberunterstützungssysteme

• 1.8 Indikation für die extrakorporale Leberunterstützung

• 1.9 Beurteilung der Stoffwechselaktivität hybrider Leberunterstützungssysteme anderer Arbeitsgruppen

  • 1.9.1 Arbeitsgruppe Demetriou[89, 90]

  • 1.9.2 Arbeitsgruppe Sussman, Kelly[95]

  • 1.9.3 Arbeitsgruppe Margulis[97, 98]

• 1.10 Fragestellung der eigenen Arbeit

2  MATERIAL UND METHODEN

• 2.1 Beschreibung des Leberzellreaktors

• 2.2 Sicherheitsfunktionen des Bioreaktors

• 2.3 Systemaufbau

• 2.4 Spendertiere

• 2.5 Organentnahme

• 2.6 Zellisolierungsverfahren

• 2.7 Zellmenge und -viabilität, Quantifizierung der Zellschädigung

• 2.8 Kulturmedium

• 2.9 Zelleinfüllung

• 2.10 Der Zellkulturbetrieb

  • 2.10.1  Einstellungen

  • 2.10.2 Funktions- und Qualitätsabschätzung der Zellkultur

  • 2.10.3 Leberfunktionstests und Stoffwechselleistung

  • 2.10.4 Protokollierung

• 2.11 Voraussetzungen für den klinischen Einsatz und Therapieplanung

• 2.12 Einschlußkriterien

• 2.13 Ausschlußkriterien

• 2.14  Darstellung der Plasmaseparation

• 2.15 Therapieüberwachung und Datenerhebung

• 2.16 Bestimmung der Stoffwechselleistung

• 2.17 Bestimmung der Parameter

  • 2.17.1 Bestimmung der Glucose–Konzentration

  • 2.17.2 Bestimmung der Laktat-Konzentration

  • 2.17.3 Bestimmung der Harnstoff-Konzentration

  • 2.17.4 Bestimmung der Ammonium-Konzentration

3  ERGEBNISSE

• 3.1  Ammoniumstoffwechsel

• 3.2  Glutaminstoffwechsel

• 3.3  Harnstoffwechsel

• 3.4 Liberation porcinen Albumins

• 3.5  Glucosestoffwechsel

  • 3.5.1 Glucosespiegel der Patienten

  • 3.5.2 Begleitmedikation mit Einfluß auf den Glucosespiegel des Patienten

  • 3.5.3  Glucosestoffwechsel des Bioreaktors

• 3.6  Laktat

4  DISKUSSION

• 4.1 Ammoniumstoffwechsel

• 4.2 Glutaminstoffwechsel

• 4.3 Harnstoffwechsel

• 4.4 Porcines Albumin

• 4.5  Glucosestoffwechsel

  • 4.5.1 Glucoseeinstellung der Patienten während der Therapie

  • 4.5.2 Glucosestoffwechsel des Bioreaktors

• 4.6 Laktatstoffwechsel

• 4.7  Effektivität hybrider Leberunterstützungssysteme im klinischen Einsatz / Möglichkeiten der Optimierung

• 4.8 Risiken hybrider Leberunterstützungssysteme

  • 4.8.1 Antikoagulation

  • 4.8.2 Biokompatibilität

  • 4.8.3  Transmissionsrisiko durch xenogenen Kontakt

  • 4.8.4  Immunologische Aspekte

• 4.9  Ethische Aspekte

• 4.10 Ausblick

  • 4.10.1 Zellquellen

  • 4.10.2 Qualitätssicherung hybrider Leberunterstützungssysteme

Literaturverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

Lebenslauf

Danksagung

Erklärung an Eides Statt

Tabelle 1: Ursachen des akuten Leberversagens nach W. M. Lee 1993[5]

Tabelle 2:Zuordnung von Klassifikation und Ätiologie des Leberversagens nach O’Grady und Williams[6]

Tabelle 3: Gradeinteilung der Enzephalopathie nach Trey[1]

Tabelle 4: Meilensteine in der Entwicklung hybrider Leberunterstützungssysteme nach Busse 1999[87]

Tabelle 5: Effektparameter für die Bioartificial Liver BAL, Rozga 1994

Tabelle 6: Biochemische Effektparameter aus der Arbeitsgruppe Margulis

Tabelle 7: Ausschluß von Zoonosen

Tabelle 8: Zusammensetzung der Zellisolationslösungen

Tabelle 9: Leberfunktionstests

Tabelle 10: Voraussetzungen einer Zellkultur für den Einsatz zur Therapie

Tabelle 11: Allgemeine Patientendaten

Tabelle 12: Bioreaktordaten

Tabelle 13: Glucoseinfusion

Tabelle 14: Noradrenalingabe bei Patient 5 und 6

Tabelle 15: Gabe von FFP-Konserven

Tabelle 16: verwendete Zellmasse verschiedener hybrider Leberunterstützungssysteme

Tabelle 17: Filtratflußraten verschiedener Leberunterstützungssysteme

Tabelle 18: Risiken hybrider Leberunterstützung

Abb. 1: Schematische Darstellung des Glutaminzyklus und des Harnstoffzyklus

Abb. 2: Schematische Darstellung des hLUS. A. Bioreaktor mit Schutzgehäuse und Erwärmungsvorrichtung. B. Bioreaktormonitor mit Gasversorgung und Pumpen für den Bioreaktorkreislauf. C. Patientenmonitor zur Plasmagewinnung.

Abb. 3: Schematische Darstellung des Kapillarnetzwerkes

Abb. 4: Schematische Darstellung des extrakorporalen Kreislaufs. P = Druckmessung, LD = Luftdetektor, SV = Sicherheitsventil, BP = Blutpumpe, RP = Reaktorpumpe, FP = Filtratpumpe

Abb. 5: Ammoniumspiegel der Patienten während der Therapie; gestrichelte Linie: Therapieende bzw. –unterbrechung; Therapiebeginn bei Zeitpunkt 0.

Abb. 6: Ammoniumplasmaspiegel in Patient 6 und Bioreaktor 6; berechnete Ammoniumaufnahme durch den Bioreaktor (graue Balken); gestrichelte Linie: Therapieunterbrechung.

Abb. 7: Ammoniumaufnahme und -freisetzung durch die Bioreaktoren; gestrichelte Linie: Therapieunterbrechung

Abb. 8: Verlauf der Glutaminspiegel der Patienten während der Therapie; gestrichelte Linien: Therapieende bzw. -unterbrechung; Therapiebeginn bei Zeitpunkt 0.

Abb. 9: Glutaminaufnahme/-freisetzung der Bioreaktoren

Abb. 10: Verlauf der Harnstoffspiegel aller Patienten während der Therapie; gestrichelte Linien: Therapieende bzw. -unterbrechung; Therapiebeginn bei Zeitpunkt 0.

Abb.10 a: Verlauf der Harnstoffspiegel aller Patienten außer Patient 2 während der Therapie; Patient 2 hatte auf Grund einer vorbestehenden renalen Erkrankung hohe Plasmaharnstoffkonzentrationen, so daß durch Weglassen eine übersichtlichere Darstellung der Y-Achse ermöglicht wird. Therapiebeginn bei Zeitpunkt 0; gestrichelte Linie: Therapieende bzw Therapieunterbrechung.

Abb. 11: Creatininspiegel aller Patienten während der Therapie; Therapiebeginn bei Zeitpunkt 0; gestrichelte Linie: Therapieende bzw. -unterbrechung.

Abb. 12: Harnstoffplasmaspiegel in Patient 6 und Bioreaktor 6; graue Balken: Harnstoffliberation durch den Bioreaktor; gestrichelte Linie: Therapieunterbrechung

Abb. 13: Harnstoffaufnahme/-freisetzung der Bioreaktoren während der Therapie

Abb. 14: Schweinealbumin-Plasmakonzentration der Patienten

Abb. 15: Glucosespiegel der Patienten während der Therapie; gestrichelte Linie: Therapieende bzw. –unterbrechung; Therapiebeginn bei Zeitpunkt 0.

Abb. 16: Fresh Frozen Plasma

Abb. 17: Glucosefreisetzung/-aufnahme durch die Bioreaktoren während der Therapie

Abb. 18: Glucoseplasmaspiegel von Patient 6 und Bioreaktor 6; graue Balken: berechnete Glucosefreisetzung durch den Bioreaktor; gestrichelte Linie: Therapieunterbrechung

Abb. 19: Laktatplasmaspiegel von Patient 1 und Bioreaktor 1 (Normalbereich 0,63-2,44 mmol/l)

Abb. 20: Laktatplasmaspiegel Patient 2 und Bioreaktor 2 (Normalbereich 0,63-2,44 mmol/l)

Abb. 21: Laktatplasmaspiegel von Patient 3 und Bioreaktor 3 (Normalbereich 0,63-2,44 mmol/l)

Abb. 22: Laktatplasmaspiegel von Patient 4 und Bioreaktor 4 (Normalbereich 0,63-2,44 mmol/l) a = Konzentrationsdifferenz am Zeitpunkt 2 Stunden b = zeitliche Verzögerung durch Durchmischungsverhältnisse im Bioreaktor von ca. 2 Stunden

Abb. 23: Laktatspiegel Bioreaktor um 2 Std. verzögert und Patient 4 (Normalbereich 0,63-2,44 mmol/l)

Abb. 24: Laktatplasmaspiegel Patient 5 und Bioreaktor 5 (Normalbereich 0,63-2,44 mmol/l)

Abb. 25: Laktatplasmaspiegel Patient 6 und Bioreaktor 6 (Normalbereich 0,63-2,44 mmol/l)

Abb. 26: Laktatplasmaspiegel von Patient 7 und Bioreaktor 7 (Normalbereich 0,63-2,44 mmol/l)

Abb. 27: Laktatplasmaspiegel Patient 8 und Bioreaktor 8 (Normalbereich 0,63-2,44 mmol/l)

Abb. 28: Ammoniumbilanz von 14 Bioreaktoren aus dem Zellkulturbetrieb

Abb. 29: Netto-Harnstoffbilanz von 7 Bioreaktoren im Zellkulturbetrieb

Abb. 30: Glucosebilanz von 14 Bioreaktoren im Zellkulturbetrieb

Abb. 31: Laktatbilanz von 15 Bioreaktoren aus dem Zellkulturbetrieb