Problemstellung

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Von großer Bedeutung für den Kliniker in der perioperativen Behandlung von Patienten ist das möglichst frühzeitige Erkennen infektiöser Komplikationen, um rechtzeitig und gezielt zum Beispiel durch das Einleiten einer antibiotischen Therapie intervenieren zu können. In der klinischen Praxis dienen neben allgemeinen Symptomen für eine Infektion (Fieber, Reduzierung des Allgemeinzustandes) vor allem die Bestimmung des Blutbildes (Leukozytenzahl) und das CRP als diagnostische Standardparameter. Das CRP als Marker für neu aufgetretene Entzündungsreaktionen und deren Verlaufskontrolle ist aus dem klinischen Alltag derzeit nicht wegzudenken. Allerdings sind diese Entzündungszeichen und –marker für die Diskriminierung von SIRS versus Sepsis und von fortgeschrittenen Sepsis-Stadien (Schwere Sepsis, Septischer Schock) ungeeignet; insgesamt zeichnen sie sich durch sehr geringe Spezifität und zum Teil mangelnde Sensitivität vor allem in den Frühstadien einer Infektion aus [74,75,76]. Insofern muss die Frage, ob es den Marker gibt, der in der Lage ist, schwerwiegende infektiöse Komplikationen möglichst noch vor deren klinischer Manifestation vorherzusagen, derzeit mit einem klaren Nein beantwortet werden.

Somit darf man folgern, dass es einen großen Bedarf an neuen, potenteren Markern gibt, die in der Sepsis- und Entzündungsdiagnostik den konventionellen Markern überlegen sind. Im Bericht der SCCM/ESICM/ACCP/ATS/SIS International Sepsis Definitions Conference von 2001 (siehe Kapitel 1.2) wurde in bezug auf die klinische Diagnose „SIRS“ genau diese Notwendigkeit geäußert [5].

Kenntnisse der komplexen Zusammenhänge zwischen immunologischer Aktivierung und Deaktivierung im Rahmen einer systemischen Entzündungsreaktion können als eine wichtige Voraussetzung für das Entdecken neuer Sepsis-Marker angesehen werden. Das Verständnis dieser Zusammenhänge ermöglicht die Identifizierung beteiligter Mediatoren, die quantitativ Aufschluss über den jeweiligen „Status“ des Immunsystems (zum Beispiel Immunaktivierung – Deaktivierung – Paralyse) geben können, was für die klinische Einschätzung des Patienten bedeutsam sein kann. Bestimmte Mediatoren kommen als immunologische Marker in Betracht mit dem Potenzial septische Komplikationen vorherzusagen. Dies war und ist Gegenstand intensiver Forschung. Angesichts der klinischen Relevanz infektiöser und septischer Krankheitsbilder und ihrer großen gesundheitsökonomischen Bedeutung (siehe Kapitel 1.1) erscheint dies als gerechtfertigt.

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Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine prospektive Kohortenstudie unter 81 Patienten durchgeführt, die sich elektiv einem herzchirurgischen Eingriff unter Einsatz der Herzlungenmaschine unterzogen. Erhöhtes Alter (>70 Jahre) und eine stark eingeschränkte linksventrikuläre Pumpfunktion (<25 %) gelten als bedeutende Risikofaktoren (siehe Kapitel 1.3) für postoperative Komplikationen (wie zum Beispiel Infektionen) und waren Voraussetzung für den Einschluss der Patienten.

Die Patienten wurden vom 1. bis mindestens zum 3., wenn möglich bis zum 6. postoperativen Tag hinsichtlich der Entwicklung postoperativer infektiöser Komplikationen analysiert, und es wurden immunologische Parameter bestimmt, die unterschiedliche Aspekte des Immunstatus widerspiegeln:

 

● Als Marker für die Immunaktivierung dienten die Bestimmung von IL-6, total-IL-8 (nach Erythrozytenlyse), PCT, LBP und CRP im Blutplasma, sowie die Oberflächenexpressionen von CD71, CD64 und CD11b auf Monozyten und CD64 und CD11b auf neutrophilen Granulozyten. Außerdem wurde die ex vivo Elastase-Produktion in Vollblut ermittelt.

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Auf die Rolle von IL-6, IL-8, LBP, CRP, CD64, CD11b und Elastase wurde bereits in Kapitel 1.1 eingegangen. PCT (Procalcitonin) ist das Vorläuferprotein des Hormons Kalzitonin und wird in diversen Geweben im Zuge einer systemischen Entzündung sezerniert. Als Trigger für die PCT-Freisetzung fungiert insbesondere bakterielles Endotoxin [2]. Der Transferrin-Rezeptor CD71 wird auf Makrophagen, nicht aber auf Monozyten exprimiert. Anstiege auf Monozyten weisen auf eine Differenzierung zu Prä-Makrophagen im Rahmen erhöhter systemischer Zytokin-Spiegel hin (Döcke et al., unveröffentlichte Daten). Die genannten Parameter waren und sind Gegenstand zahlreicher Studien hinsichtlich ihrer Eignung als Infektions- / Sepsis-Marker [13,14,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,28,75,76,77,78,79,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89]. Insbesondere das PCT zeigte zum Teil gute Ergebnisse bei der Diskriminierung zwischen sterilem SIRS und Sepsis.

 

● Als Marker für die systemische Gegenregulation diente die Bestimmung von IL-10 im Plasma, als Marker für eine erniedrigte Immunkompetenz wurden die monozytäre Expression von HLA-DR und von CD86 und die ex vivo TNF-α-Produktion im Vollblut gemessen.

HLA-DR, IL-10 und die ex vivo TNF-α-Produktion wurden bereits im Kapitel 1.1 besprochen. CD86 ist als kostimulatorisches Molekül (Signal 2 der Immunzell-Aktivierung) auf Antigen-präsentierenden Zellen (APZ) der Ligand für T-lymphozytäres CD28. Es gibt Hinweise für eine bezüglich HLA-DR ähnlich-gerichtete Regulierung, so dass es als potenzieller Infektionsmarker geeignet schien [38,90]. Eine Assoziation der genannten Parameter mit dem klinischen Verlauf einer Sepsis konnte in zahlreichen Studien gezeigt werden [33,35,36,37,38,44,76].

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● Des weiteren wurden auf mRNA-Ebene quantitativ die leukozytären Expressionen von IL-8, Rantes und TNF-α (Immunaktivierung) und von IL-10, SOCS-3 und HO-1 (Immundeaktivierung) gemessen.

Rantes ist ein chemotaktisch wirksames Chemokin, das unter LPS-Einfluss exprimiert wird [91,92]. Allerdings wird bei Septikern eine geringere Expression beobachtet [93]. Hämoxigenase (HO)-1, ein Hitze-Schock-Protein, wird unter inflammatorischen und anderen Stress-Bedingungen verstärkt exprimiert. Es führt über die Bildung von Kohlenmonoxid (CO), cGMP und Biliverdin zur Hemmung der inflammatorischen Kapazität von Monozyten / Makrophagen, sowie zu Veränderungen von Endothel- und glatten Muskelzellen (Relaxation von Gefäßmuskulatur) [94,95,96,97]. Experimentelle Tierversuchsreihen zeigten in Sepsismodellen eine wichtige protektive Rolle von HO-1 [94,98,99]. Suppressor of Cytokine Signaling (SOCS)-3 gilt als ein Mediator für die immunsuppressiven Effekte von IL-10 [100,101].

Durch die statistischen Auswertungen der Messergebnisse und durch Bezugsetzung der Marker zum Auftreten des Zielereignisses (Entwicklung von Infektion im postoperativen Verlauf) sollte folgenden Fragen nachgegangen werden:

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  1. Lässt sich das Modell „Systemische Immunaktivierung – Gegenregulation mit Immundepression – hohe Infektanfälligkeit“ bei Risikopatienten nach kardiopulmonalen Eingriffen unter Einsatz der Herzlungenmaschine bestätigen?
  2. Gibt es neue Marker, die mit hoher Wahrscheinlichkeit postoperative infektiöse Komplikationen bei diesen Patienten vorhersagen können?
  3. Wenn ja, haben diese Marker ein höheres diskriminatives Potenzial hinsichtlich der Entwicklung postoperativer infektiöser Komplikationen als konventionelle Routine-Marker wie SIRS oder CRP?

Die Frage nach der Übertragung des theoretischen Modells auf diese Patientenpopulation dient dazu, das Verständnis der immunologischen Zusammenhänge während systemischer Entzündung zu verbessern. Dies ist grundsätzlich von Bedeutung für zukünftige theoretische Fragestellungen, sowie für die Entdeckung neuer klinischer Marker (siehe oben).

Die Ergebnisse hinsichtlich der Vorhersage von Infektion können einen Beitrag leisten zur Vervollständigung des Bildes, das man derzeit von den genannten potenziellen Markern in der Fachwelt hat. Dem Ziel der Etablierung dieser neuen Marker mit höherer Aussagekraft im Vergleich zu konventionellen SIRS-Kriterien und CRP könnte man ein Stück näher kommen.

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Obwohl zahlreiche Arbeiten zum Immunmonitoring existieren, war eine breite Anwendung mangels Standardisierung bislang sehr eingeschränkt. Durch die Kalibrierung mittels QuantibriteTM-Standard-Beads bei der Bestimmung der Oberflächenmoleküle und die Verwendung des semi-automatischen IMMULITE®-Systems für die Bestimmung einiger der humoralen Faktoren wurde ein sehr hohes Maß an Standardisierung erreicht (Interassay-Varianz cv <8 % beziehungsweise <6 % (interne Qualitätskontrolle, Institut für Medizinische Immunologie der Charité (CCM))). Erstmals in einer derartigen Studie wurde damit ein komplexes hochstandardisiertes Immunmonitoring-Programm für diese Fragestellung und bei einem solchen Patientenkollektiv gewählt. Damit wird eine bessere Quantifizierung des Ausmaßes, in welchem die Homöostase zwischen Inflammation und Antiinflammation bei diesen Patienten gestört ist, möglich. Zudem wird eine wichtige Voraussetzung für die Etablierung dieser neuen Marker geschaffen, und eine einheitliche Angabe von Schwellenwerten wird möglich.


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11.04.2006