[Seite 15↓]

2  Theoretische Vorbetrachtungen

2.1 Ätiopathogenese der Sepsis

2.1.1 Ätiologie

Ausgehend von der Definition der Sepsis nach den Kriterien der ACCP/SCCM-Consensus Conference 1991 handelt es sich um die systemische Reaktion auf eine Infektion, verbunden mit klinischen Symptomen [33]. Verknüpft man aus didaktischen Gründen wegen der in weiten Strecken identischen Abläufe in der Pathogenese die Ätiologie von Sepsis und SIRS, so kommen die verschiedensten Ursachen als Stimuli des Krankheitsprozesses in Betracht. Neben Infektionen durch Bakterien, Viren, Pilze und Parasiten sind es Ereignisse wie Trauma, Reperfusion, hypovolämischer / hämorrhagischer Schock, Pankreatitis oder auch die extrakorporale Zirkulation [31; 48; 225].

Die pathophysiologischen Vorgänge seien exemplarisch anhand einer Sepsis durch gramnegative Erreger dargestellt, da sie auch als tierexperimentelles Modell in dieser Arbeit diente. Gramnegative Bakterien sind für mehr als ein Drittel der Sepsis-Episoden verantwortlich [248]. Am häufigsten wird Escherichia coli isoliert [245]. Das pathogene Agens der gramnegativen Bakterien ist das Endotoxin.

2.1.1.1 Endotoxin

Endotoxine sind Bestandteile der äußeren Membran gramnegativer Bakterien. Chemisch sind sie Lipopolysaccharide. Die Begriffe Endotoxin und Lipopolysaccharid (LPS) werden oft synonym benutzt. Als LPS wird im engeren Sinne die durch Phenol-, Trichloroacetat- oder Chloroform-Phenol-Petroleum-Etherextraktion aus Bakterien gewonnene Reinsubstanz bezeichnet. Endotoxin ist das natürlich vorkommende Agens.

Das LPS-Polymer ist aus einem variablen Polysaccharidanteil, bestehend aus O-Antigen und dem zweiteiligen Kernoligosaccharid (inner core, outer core), und einem bei allen gramnegativen Bakterien einheitlichen Lipidkomplex, dem Lipid A, aufgebaut. Das O-[Seite 16↓]Antigen ist über die Core-Struktur kovalent mit dem Lipid-A verbunden, welches fest in der äußeren Schicht der Bakterienmembran verankert ist [151]. Das O-Antigen wird hingegen von den gramnegativen Bakterien auf der Membranoberfläche präsentiert. Die molekulare Struktur des O-Antigen variiert innerhalb der Bakterienspezies stark, so dass anhand des O-Antigens eine Typisierung verschiedener Stämme möglich ist („fingerprint“). Gegen diesen Bestandteil des Endotoxins werden bei einer Infektion des menschlichen Organismus Serotyp-spezifische Antikörper (AK) gebildet, die zu einer Opsonierung und Phagozytose des Bakteriums führen (Serotyp-spezifische Immunantwort). Das O-Antigen ist jedoch, wenn es ohne das "Rest-Endotoxin" appliziert wird, wenig toxisch [151; 237].

Abb. 3 : Lipid-A; Chemische Struktur

Die wesentliche Toxizität des LPS ist dem Lipid A zuzuordnen. Diese, in allen gramnegativen Bakterien hochkonservierte Struktur, ist für einen Großteil der pathophysiologischen Veränderungen verantwortlich und ebenso essentiell für die LPS-Bindung durch immunkompetente Zellen. Auch dann, wenn es ohne die anderen Komponenten (Kernoligosaccharid und O-Antigen) des LPS appliziert wird, ruft es ein breites Spektrum von Reaktionen hervor, die auch unter septischen Bedingungen beim Menschen beobachtet werden können [47; 237].


[Seite 17↓]

Endotoxin wird von Bakterien entweder während ihres schnellen Wachstums oder ihrer Zerstörung freigesetzt [3]. In der Regel liegt es in Form von Aggregaten oder Mizellen vor. Einmal freigesetzt, bindet Endotoxin schnell an verschiedene Serumproteine und Rezeptoren.

2.1.1.2 Endotoxin-Rezeptoren

Die Bindung von Endotoxin an Serumproteine kann zu einer Abschwächung der Toxizität im Sinne einer Neutralisierung führen. Dies ist z.B. bei der Bindung an das high density lipoprotein (HDL), das low density lipoprotein (LDL) oder das bactericidal permeability-increasing protein (BPI) der Fall [191; 237]. BPI ist in den azurophilen Granula der Neutrophilen gespeichert [81; 237].

Andererseits dienen bestimmte Proteine zur Vermittlung und Verstärkung der Endotoxinwirkung im Sinne einer Opsonierung. Hier ist vor allem das lipopolysaccharide binding protein (LBP) zu nennen. Der LBP/LPS-Komplex bewirkt eine 1000fach stärkere TNF-α-Induktion in Makrophagen als LPS allein [194]. Eine ähnliche Rolle scheint das Septin zu spielen [319].

BPI und LBP weisen eine starke Ähnlichkeit auf [263]. Beide 60 kD-Proteine stimmen in der Aminosäurensequenz am NH2-terminalen Ende zu 45 % überein. An dieser Stelle binden sie hochaffin Lipid A. Ihre Erbinformation ist in derselben Region des Chromosoms 20 kodiert [107]. In der Sepsis finden sich erhöhte Serumkonzentrationen beider Proteine.

Der zellständige Akzeptor für den LBP/LPS-Komplex ist die CD14-Struktur, ein membranassoziiertes Glykoprotein (53 kD). Es wird besonders auf aktivierten Monozyten, Makrophagen und Granulozyten gefunden [47; 66]. Der CD14-Rezeptor haftet über einen Glycophosphatidylinositol-Anker (GPI) an der Zellmembran und besitzt keine transmembranäre Domäne. Dies scheint eine Funktion als direkt wirkendes Zellsignalprotein auszuschließen [269]. CD14 wird jedoch nach Bindung des Liganden internalisiert und ist eng assoziiert mit einem Protein, das Kinaseaktivität besitzt. Die Kinaseaktivität ist von entscheidender Funktion bei der intrazellulären Signaltransduktion [320]. Eine wichtige Rolle spielen in diesem Zusammenhang die Toll-like-Rezeptoren [267]. Eine weitere Konsequenz der GPI-Verankerung des Moleküls in der Zellmembran ist die leichte Abspaltbarkeit des Moleküls durch GPI-spezifische Phospholipasen C und D.


[Seite 18↓]

Das „shedding“ von CD14 führt zu löslichen Formen des LPS-Rezeptors (soluble CD14, sCD14; [20]). Lösliches CD14 kann einerseits die Endotoxinaktivität im Serum inhibieren, andererseits können LBP/LPS/sCD14-Komplexe Zellen aktivieren, die CD14 nicht auf der Membranoberfläche exprimieren [84]. Da ein CD14-Verlust jedoch nicht zu einem totalen Reaktionsverlust gegenüber LPS führt, werden zusätzliche CD14-unabhängige Endotoxinsignalübermittlungswege angenommen [47].

Weitere leukozytäre LPS-Rezeptoren sind die Rezeptoren der Familie der CD11b/CD18-Glykoproteine [47]. Auch der sogenannte Scavenger-Rezeptor auf Makrophagen, ein 95 kD Molekül, bindet LPS und spielt eine Rolle bei der Entgiftung und Erkennung des Endotoxins. Die LPS-Bindung an diesen Rezeptor führt jedoch nicht zu einer Aktivierung der Makrophagen und Monozyten [118].

2.1.2 Pathogenese

Infolge des primären Insults (hier: Endotoxin) kommt es zur Aktivierung humoraler (z.B. Komplement-, Gerinnungs-, Kallikrein-Kinin-System) und zellulärer (Monozyten/Makrophagen, Granulozyten u.a.) Kaskadensysteme mit Freisetzung von entsprechenden Mediatoren. Zu den wichtigsten Mediatorgruppen gehören Zytokine, Eicosanoide und reaktiven Sauerstoffspezies. Zytokine sind sezernierte Signalproteine, die mit spezifischen zellulären Rezeptoren reagieren. Ihre biologische Aktivität liegt im Bereich von 10-10 bis 10-13 M und ist damit der von Hormonen vergleichbar. Sie wirken sowohl autokrin (auf die eigene Zelle zurück) als auch parakrin (auf andere Zellen). In der Sepsis pathogenetisch wichtige Zytokine sind die Interleukine (IL), die Interferone (IFN), der Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) und verschiedene koloniestimulierende Faktoren (z.B. G-CSF, GM-CSF). Da parallel zur Entzündungsreaktion sofort eine Gegenregulation einsetzt, kann eine weitere Unterteilung der Zytokine nach pro- oder antiinflammatorischer Potenz vorgenommen werden. Als proinflammatorisch gelten u.a. TNF-α, IL-1 und IL-8, antiinflammatorisch wirken z.B. TGF-β, IL-4 und IL-10. Dem TNF-α wird eine primäre Rolle in der Pathogenese der Sepsis zugeschrieben [31; 47].


[Seite 19↓]

2.1.2.1 Tumornekrosefaktor-α

Die herausragende Rolle des Mediators TNF-α resultiert aus verschiedenen Beobachtungen. Bei Sepsis erreicht TNF-α als erstes Zytokin Spitzenspiegel im Plasma [233]. Durch Gabe hoher Dosen von TNF-α können viele der Befunde und Symptome des septischen Schocks, wie Hypotension und Neutropenie, experimentell erzeugt werden [130; 296]. Die Gabe von Antikörpern gegen TNF-α schützt vor letalen Effekten einer experimentellen Infektion [136].

TNF-α (Syn.: Cachektin) ist ein 17 kD Molekül, das in großem Umfang von Monozyten / Makrophagen produziert wird. Es ist in Form größerer Vorläufermoleküle in der Zellmembran verankert. Seine Freisetzung erfolgt proteolytisch durch eine Serinprotease. Circa 30 min nach einem experimentellen Endotoxinbolus ist TNF-α im Serum messbar. Das Maximum wird ungefähr 90 min danach erreicht [265]. TNF-α entfaltet seine Wirkung auf fast allen Zellen über Rezeptoren, die sich auf der Zelloberfläche der Zielzellen befinden.

Zwei TNF-α-Rezeptortypen, ein 55 kD (Typ I, CD120a) und ein 75 kD (Typ II, CD120b) Rezeptor sind beschrieben. Die Mehrzahl der schädigenden Mechanismen wie Zytokinsynthese und Zytotoxizität, werden durch den kleineren 55 kD Rezeptor vermittelt. Die biologische Wirkung von TNF-α wird durch TNF-α-bindende Proteine inhibiert. Sie stellen Fragmente extrazellulärer Domänen der TNF-Membranrezeptoren dar (sogenannte lösliche TNF-Rezeptoren p55, p75).

TNF-α induziert unter anderem die Aktivierung von nukleärem Faktor κb (NF-κB). In Endothelzellen und Leukozyten kommt es dadurch z.B. zur Expression weiterer Zytokine, insbesondere auch von sogenannten Adhäsionsmolekülen. Dies führt zur verstärkten Leukozytenadhärenz am Endothel (s.u.).

Über die Anlagerung der Adaptermoleküle TRADD (TNF-R1-associated death domain protein) und FADD (Fas-associated death domain protein) an den TNF-Typ I-Rezeptor wird die Caspase-8 aktiviert und somit Apoptose ausgelöst [229].

In den Monozyten und Makrophagen selbst – den Hauptproduzenten von TNF-α - kommt es zur Steigerung der Phagozytose, zur Auslösung des respiratory burst und damit zur vermehrten Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies [324]. Analog werden auch neutrophile Granulozyten aktiviert [102].


[Seite 20↓]

2.1.2.2 Reaktive Sauerstoffspezies

Die reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) stellen einen weiteren wesentlichen Mediator in der Sepsis dar. Wegen der vorgeschalteten Aktivierungsprozesse werden sie auch als sekundäre, finale oder terminale Mediatoren bezeichnet. Zu den ROS zählen die freien Sauerstoffradikale sowie auch andere oxidierende Substanzen (z.B. NO).

Freie Radikale sind Atome oder Moleküle mit einem oder mehreren unpaaren Elektronen. Im menschlichen Organismus fallen sie bei der Reduktion von molekularem Sauerstoff sowie bei der Oxidation von Wasserstoffperoxid an. Die Reduktion des molekularen Sauerstoff zum Superoxidanion wird bei vielen biologischen Leistungen aerober Zellen, wie der Atmung, beobachtet. Reaktive Sauerstoffmetabolite werden desweiteren als Co-Substrat vieler biologischer Syntheseschritte nachgewiesen, z.B. bei Reaktionsschritten, die durch Oxigenasen katalysiert werden oder an der mischfunktionellen Oxidase der Mikrosomen [86].

Als Hauptquelle reaktiver Sauerstoffradikale in der Sepsis werden die Leukozyten angesehen. Im Rahmen der Leukozytenaktivierung kommt es zur Stimulation der NADPH-Oxidase. Sie katalysiert die Reduktion von Sauerstoff zum Superoxidanion.

Das Superoxidanion (O2-°) wird normalerweise an Phagozytenvakuolen abgegeben, um dort an der Zerstörung eingeschlossener Bakterien mitzuwirken. Es kann aber auch - z.B. bei frustraner Phagozytose - an den Extrazellulärraum abgegeben werden. Die Superoxiddismutase (SOD) wandelt den größten Teil der Superoxidanionen in Wasserstoffperoxid (H2O2) um. H2O2 und O2-°haben selbst nur geringe antibakterielle Wirkungen. Sie sind aber Vorläufer wirksamerer Verbindungen, die in Folgereaktionen gebildet werden. In der Haber-Weiss-Reaktion reagieren H2O2 und O2-° zum sehr reaktiven Hydroxylradikal. Unter biologischen Bedingungen muss diese Reaktion durch freies Eisen katalysiert werden, das abwechselnd als Oxidations- und Reduktionsmittel agiert. Bei der Dismutation von O2-° kann Singulett-Sauerstoff entstehen [113].


[Seite 21↓]

Abb. 4 : O2 - Sauerstoff, O2-° - Superoxidanion, H2O2 - Wasserstoffperoxid, SOD ‑ Superoxiddismutase, OH° - Hydroxylradikal, HOCl - unterchlorige Säure, ONOO‑° ‑ Peroxynitrite, NO° - Stickstoffmonoxid, Cl- - Chloridion, TNF – Tumornekrose-faktor-α, IL - Interleukine, IF - γ-Interferon (aus [102])

Unterchlorige Säure (HOCl) ist ein Radikal mit einer wesentlich wirksameren antibakteriellen Wirkung. Es wird aus Chloridionen und H2O2 durch die Myeloperoxidase hergestellt [102; 155]. Dieses Enzym befindet sich in den azurophilen Granula von Phagozyten. Ein weiterer Reaktionsweg, der sich vom Superoxidanion abzweigt, ist dessen Reaktion mit Stickoxiden, die von Endothel und Leukozyten gebildet werden, zu Peroxynitriten (ONOO-°). Peroxynitrite wiederum zerfallen u.a. zum Hydroxylradikal (OH°).

Eine bedeutende ROS-Quelle ist auch das Xanthinoxidase-Xanthindehydrogenasesystem. Dieses Enzymsytem ist insbesondere im Gefäßendothel lokalisiert und katalysiert die Zweischrittoxidation von Hypoxanthin zu Xanthin und schließlich zu Harnsäure. Das Enzym existiert in 2 Zuständen. Die Dehydrogenaseform (XDH) nutzt NAD+ als Elektronenakzeptor. Die Oxidaseform (XO) benötigt molekularen Sauerstoff als Elektronenakzeptor. Diese Form ist deshalb in der Lage, Superoxidradikale zu produzieren. Beide Enzymformen liegen unter normalen Bedingungen in einem Verhältnis von 85% zu 15% (XDH/XO) vor. Eine Verschiebung dieses Verhältnisses zugunsten der Oxidaseform wird bei Ischämie/Reperfusions (I/R) - Vorgängen beobachtet. Im Verlauf einer Sepsis können wiederholt Episoden von Ischämie und Reperfusion auftreten [332; 333]. [Seite 22↓]Ebenso wird die Bildung der Xanthinoxidase aus der Xanthindehydrogenase im Rahmen der Leukozytenaktivierung induziert. Leukozyten besitzen offensichtlich eine entscheidende Funktion bei der XDH/XO-Umwandlung. Eine wichtige Rolle spielt hierbei die Elastase von aktivierten Neutrophilen, die in der Lage ist, eine XDH/XO Umwandlung vorzunehmen [231; 332].

Wenn ein Radikal sein unpaares Elektron abgibt, ein anderes Elektron aufnimmt oder mit einem Nichtradikal (einem Biomolekül) reagiert, wird aus dem Nichtradikal ein Radikal. Deshalb verläuft die Reaktion eines Radikals mit einem Nichtradikal oft als Kettenreaktion und geht mit der Bildung von in ihrer Struktur und/oder Funktion veränderten Reaktionsprodukten einher. Nur wenn zwei Radikale miteinander reagieren, entstehen nicht-radikalische Produkte (Terminationsreaktion, [158]). Freie Radikale können jede biochemische Komponente der Zelle attackieren. Jedoch sind Lipide, Proteine und Nukleinsäuren die wichtigsten "Ziele des radikalischen Stresses" [252].

Abb. 5 : Lipidperoxidation


[Seite 23↓]

Lipide sind sehr häufig betroffen, da sie ubiquitär im Organismus in der Biomembran von Zellen und Zellorganellen (Phospholipide) vorkommen. Hochreaktive Radikale, wie beispielsweise das Hydroxylradikal, können den Lipiden ein Wasserstoffatom entziehen [158]. Ziel sind insbesondere doppelt allylständige Wasserstoffatome. Es entstehen Lipidradikale. Diese reagieren mit Sauerstoff weiter zu einem Hydroperoxyradikal, welches sich z.B. durch Anlagerung eines Wasserstoffatoms aus einem noch nicht angegriffenen Lipidmolekül zum Hydroperoxylipid stabilisiert. Hierbei entsteht ein neues Lipidradikal. Fettsäureperoxide sind instabil und zerfallen unter Schädigung der Strukturen, deren Bestandteil sie sind.

Die Folgen können z.B. eine veränderte Membranfluidität und -permeabilität, einhergehend mit einer gestörten Zellverformbarkeit oder sogar die Zerstörung der Zellintegrität sein [158; 332]. Desweiteren entstehen stabile Reaktionsprodukte der Lipidperoxidation (reaktive Aldehyde, z.B. Malondialdehyd, 4-Hydroxyalkenal) - sogenannte diffusible Moleküle der Lipidperoxidation, die auch fern vom Ort ihrer Entstehung Toxizität vermitteln können [158].

Proteine werden sowohl durch das Hydroxylradikal als auch durch Superoxid oxidativ geschädigt. Schwefel enthaltende Aminosäuren sind hier besonders prädisponiert [112]. Hierbei kann durch die Oxidation von Thiolgruppen eine Veränderung der Enzymfunktion resultieren [158].

Destruktive Wirkungen von Radikalen wurden auch an Nukleinsäuren beschrieben. Sie beruhen darauf, dass Nukleinsäuren an ihrem Basenteil hydroxyliert werden und sich mit anderen Desoxyribonukleinsäuren (DNS) verbinden oder sich aufspalten. Chromosomenbrüche und Nukleinsäurestrukturmodifikationen sind möglich. Außerdem werden Replikations- und Reparationsmechanismen gestört [332].

ROS sind außerdem potente Induktoren z.B. des nukleären Faktors κB (NF-κB). Dies führt wiederum zu einer Perpetuierung der Mediatorfreisetzung und weiteren Leukozytenaktivierung im Sinne eines circulus vitiosus[182]. Unter physiologischen Bedingungen inhibieren endogene Antioxidantien die ROS-Wirkung. Im Rahmen der systemischen Entzündungsreaktion reicht die endogene antioxidative Kapazität jedoch nicht aus, so dass es zu den beschriebenen deletären Konsequenzen kommt.


[Seite 24↓]

2.1.3  Leukozyten-Endothel-Interaktion

Die durch die primären und sekundären Mediatoren aktivierten Leukozyten im Blutstrom interagieren in typischer Weise mit dem Gefäßendothel, das ebenfalls durch Mediatoren stimuliert wird. Dieser, bei lokaler Infektion sinnvolle Prozess zur Herdbekämpfung kann im Rahmen der überschießenden Leukozytenaktivierung bei Sepsis eine verheerende Wirkung ausüben. Die Leukozyten-Endothel-Interaktion (LEI) in der Mikrozirkulation multipler Organe führt über Perfusionsstörungen zu schweren Struktur- und Funktionsstörungen, die sich klinisch als MODS bzw. MOV darstellen. Sie stellen einen zentralen Pathomechanismus der Sepsis dar.

Unter Leukozyten-Endothel-Interaktion wird eine Sequenz von Vorgängen subsummiert, welche die Leukozytenmargination aus der Strommitte, das temporäre und feste Adhärieren der Leukozyten am Gefäßendothel sowie deren Emigration ins Gewebe beschreibt und sich über die Expression von Adhäsionsmolekülen vollzieht. Neben einer verstärkten Aktivierung der LEI sind bei Endotoxinämie und Sepsis auch Störungen, z.B. der Migrationsfähigkeit der aktivierten Leukozyten beschrieben [318].

Das temporäre Interagieren der Leukozyten mit dem Endothel (Leukozyten-Rolling) wird vornehmlich durch eine Familie von drei monomeren Adhäsionsrezeptoren, welche alle eine sich gleichende NH2-terminale extrazelluläre Domäne besitzen - die sogenannten Selectine (P-, L-, E-Selectin) - vermittelt.

Abb. 6 : Leukozytenrolling, Erläuterung siehe Text (aus [184])


[Seite 25↓]

L-Selectin (Syn.: LECAM-1, LAM-1, Mel-14 antigen, gp90mel , Leu8/TQ-1 antigen, CD62L) ist das kleinste der Selectine. Es ist auch ohne äußere Stimuli reichlich auf Granulozyten, Monozyten und zirkulierenden Lymphozyten vorhanden und besitzt sowohl Liganden- als auch Rezeptorfunktion [184]. Es erkennt komplexe Zuckerstrukturen als Seitenketten induzierbarer Trägermoleküle (Membranproteine und –lipide) , wie z.B. das Sialyl-Lewisx-Antigen (SLex) und übernimmt so das primäre Andocken der Granulozyten an die Endothelbarriere. Diese initiale Bindung geht unmittelbar in eine rollende Bewegung über, bei der sich die Zellen im Blutstrom um ihre eigene Achse drehen. Das Rollen kommt durch eine Vielzahl von transienten, aber repetitiven Bindungen zustande (Überwiegen der Scherkräfte). L-Selectin präsentiert selbst SLex-enthaltende Epitope und ist somit auch Ligand für P- und E-Selectin [184].

P-Selectin (Syn.: GMP-140, PADGEM, CD62P) wurde ursprünglich auf aktivierten Thrombozyten gefunden, später aber auch in denWeibel-Palade-Körperchen von Endothelzellen identifiziert [36]. Es ist das größte der bekannten Selectine und ragt ungefähr 40 nm über die Endothelzelloberfläche hinaus [276]. Es wird nach kurzer Stimulation z.B. mit LPS, TNF-α oder H2O2 blitzartig auf der Oberfläche von Endothelzellen exprimiert [184; 227]. Die Expression ist jedoch nicht dauerhaft und scheint somit nur in der Frühphase der Leukozytenadhäsion von Bedeutung zu sein.

E-Selectin (Syn.: ELAM-1, CD62E) wird ausschließlich auf Zytokin- und/oder LPS-aktivierten Endothelzellen gefunden. In kultivierten Endothelzellen findet man eine maximale Expression nach vier Stunden, welche ca. 24 Stunden anhält [24]. An E-Selectin binden hauptsächlich Granulozyten, aber auch Monozyten und einige T-Zell-Subpopulationen. E-Selectin wird eine wichtige Funktion bei der Granulozytenmigration durch zytokinaktivierte Endothelzellen hindurch zugeschrieben. Weitere alternative Wege werden vermutet, da der Migrationsprozess die E-Selectin-Expressionszeitspanne überdauert [184].

Alle drei Selectine erkennen unterschiedliche Glykoproteine und/oder Glykolipide, die jedoch alle Sialyl-Lewisx oder das IsomerSialyl-Lewisa enthalten. Diese Liganden werden auf allen zirkulierenden myelogenen Zellen sowie auch auf zirkulierenden Lymphozyten exprimiert. Insbesondere Sialyl-Lewisx, welches Bestandteil von L-Selectin auf Granulozyten ist, agiert als Ligand für Endothelzellen, an deren Oberfläche E-Selectin und P-Selectin exprimiert werden [184]. Zusätzlich wurde das Glykolipid Sulfatidals ein potentieller Ligand für P- und L-Selectin erkannt.

Die feste Leukozytenadhärenz wird unter physiologischen Wandscherraten durch Integrine vermittelt. Integrine sind Heterodimere, die aus größeren α-Untereinheiten (120-170 [Seite 26↓]kD) und kleineren ß-Untereinheiten (90-100 kD) bestehen. Beides sind Transmembranproteine, die ihren Hauptteil extrazellulär exponieren. Die ß2-Subfamilie der Integrine, die ausschließlich auf Leukozyten exprimiert wird, beinhaltet verschiedene Heterodimere, welche alle die ß2-Kette (CD18) enthalten. ß2-Integrine werden ständig auf zirkulierenden Leukozyten exprimiert, ohne dass sie in ihrem Nativzustand Adhäsivität vermitteln.

Abb. 7 : Leukozytensticking, Erläuterung siehe Text (aus [184])

Man unterscheidet LFA-1 (Lymphocyte function-associated antigen-1, CD11a/CD18, αLß2-Integrin) auf Lymphozyten undMac-1 (CD11b/CD18, αMß2-Integrin) auf Granulozyten/Monozyten, welche zusätzlich P150,95(Syn.: CD11c/CD18, αXß2) exprimieren. Chemotaktische Aktivierung durch Entzündungsmediatoren führt zu einer blitzartigen Actin-Polymerisierung in den Granulozyten und gleichzeitig zu einem Rearrangement der Integrine an deren Oberfläche, was eine Verbindung der Integrine zum Zytoskelet vermuten lässt. Die Folge ist, dass die Granulozyten adhäsiv werden [184].

Leukozyten-Integrine interagieren hauptsächlich mit endothelialen Adhäsionsmolekülen der Immunglobulin-Superfamilie. Das Intercellular adhesion molecule 1 (ICAM-1,Syn.: CD54) ist der wichtigste physiologische Ligand für LFA-1 auf dem Endothel. Es wird aber auch noch auf einem breiten Spektrum anderer Zellen exprimiert. Seine Synthese wird massiv durch Zytokine stimuliert (TNF-α, IL-1). Ohne Entzündungsreaktion ist es nur auf wenigen Zelltypen zu finden [276]. ICAM-1 besitzt eine kurze [Seite 27↓]zytoplasmatische Kette, über die es mit dem endothelialen Zytoskelet interagieren kann. Ein alternativer Ligand für LFA-1 ist ICAM-2. Im Gegensatz zu ICAM-1 wird ICAM-2 auch ohne Entzündungsreaktion auf Endothelzellen gefunden. Zytokine erhöhen die Bildung und Expression von ICAM-2 nicht. Daher wird eine Bedeutung von ICAM-2 bei der Lymphozyten-Rezirkulation angenommen [277]. Mac-1 bindet sowohl mit ICAM-1 als auch mit Liganden, die nicht zur Immunglobulinklasse gehören (Fibronectin, Fibrinogen, Faktor X). VCAM-1 (vascular cell adhesion molecule 1) aus der Immunglobulin-Superfamilie ist endothelialer Hauptligand für das ß1-Integrin VLA-4 (very late antigen 4, α4ß1). Es wird auf zytokinstimulierten Endothelzellen in einer Kinetik ähnlich dem ICAM-1 exprimiert. Dieser Mechanismus stellt einen zweiten Lymphozyten/Endothel-Adhäsionsmechanismus dar.

Die Migration der Leukozyten ins Gewebe erfolgt in Richtung der größten Konzentration chemotaktischer Substanzen (Chemotaxis). Ein alternativer Mechanismus ist die Haptotaxis. Hier bewegen sich die Zellen in Richtung der höchsten Adhäsivität [277]. Ein Schlüsselmolekül der transendothelialen Migration ist das PECAM-1 (Platelet-endothelial cell adhesion molecule, CD31). Es wird von Endothelzellen und Leukozyten gleichermaßen konstitutiv exprimiert. Eine Blockade von PECAM-1 mit monoklonalen Antikörpern verhindert die Leukozytendiapedese, nicht jedoch die Adhärenz.

Die extravasierten Leukozyten benötigen in der Regel weitere aktivierende Stimuli (Immunkomplexe, lösliche Mediatoren), um ihre schädigende Wirkung im Gewebe zu entfalten. Diese sind in der Sepsis im Übermaß vorhanden. Zudem sind adhärente Leukozyten sensibler gegenüber exogenen Aktivatoren als in Suspension befindliche Zellen (outside in-signaling [134]). Infolge der Verengung des Interzellularraumes durch die Leukozyten können z.B. im Lungengewebe makromolekulare physiologische Inhibitoren aus dem Intravasalraum nicht mehr wirken (microenvironment theory [122]).

Die molekularen Vorgänge der jetzt einsetzenden Gewebeschädigung hängen insbesondere mit der Generation von ROS (s.o.) zusammen. Aber auch LEI-unabhängige Prozesse spielen eine Rolle. Die weiteren aktivierten humoralen und zellulären Kaskadensysteme induzieren ebenso Gewebeschädigung. So kommen aus dem Komplementsystem die Anaphylatoxine C3a und C5a. Fibrinspaltprodukte führen zu einer Permeabilitätssteigerung der Endothelbarriere [285]. Ebenso wirken bestimmte Metabolite der Arachidonsäure (Eicosanoide). Vasoaktive Substanzen werden auch von Thrombozyten freigesetzt. Abschließend sei noch die direkte Toxizität von Endo- aber auch Exotoxin genannt.


[Seite 28↓]

2.2  Sepsismodelle

Der Tierversuch ist ein unverzichtbares Bindeglied zwischen molekular- bzw. zellbiologischen Untersuchungen und klinischen Studien. Er vereint die Möglichkeit der Aufklärung von Pathomechanismen mit der Option der Entwicklung von Therapieformen. Der Vorteil von Tierexperimenten ist die Chance, unter reproduzierbaren Verhältnissen kausale Untersuchungen am Gesamtorganismus durchzuführen.

Die Besonderheit bei der Entwicklung von tierexperimentellen Sepsismodellen ist, dass das klinische Bild, welches simuliert werden soll, sich als sehr komplex und uneinheitlich darstellt. Die Schwierigkeiten bei der Definition der Krankheitsentität wirken sich zwangsläufig auch auf die Gültigkeit von Tiermodellen aus. Hinzu kommen die allgemeinen Limitationen von Tierversuchen, wie speziesabhängige Unterschiede in der Reaktion auf exogene Noxen, unterschiedliche anatomische und metabolische Charakteristika u.a., die in einer schwierigen Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse auf den Menschen resultieren.

In der Literatur werden im wesentlichen zwei Verfahren benutzt, um tierexperimentell pathophysiologische Veränderungen zu erzielen, die denen der Sepsis ähnlich sind. Dies sind erstens Modelle mit vitalen Infektionserregern, die entweder von außen in den Organismus eingebracht werden oder innerhalb des Organismus freigesetzt werden. Im Gegensatz dazu existieren eine Vielzahl von Sepsismodellen mit Verabreichung von Endotoxin (Lipopolysaccharid) - einem Zellmembranbestandteil gram-negativer Bakterien – auf verschiedenen Applikationswegen. Diese Versuchsanordnungen sollten korrekterweise als Endotoxinmodelle (endotoxicosis) bezeichnet werden. Ebenso können auch andere Toxine verabreicht werden. Je nach Dosis und Zeitraum der Applikation können bei allen Verfahren akute oder chronische sepsisähnliche Zustände hervorgerufen werden.

Modelle mit vitalen Infektionserregern lassen sich in vier Gruppen einordnen [316]. Die erste Gruppe wird von Versuchen mit Weichteilinfektionen als Sepsis-Fokus gebildet. Bereits 1964 beschrieben Albrecht et al. [5] ein Modell der hyperdynamen Sepsis als Folge eines definierten Oberschenkelabszesses und Walker et al. ein Hautabszessmodell mit Pseudomonas aeruginosa[312]. Die zweite Gruppe von Tiermodellen benutzt die Implantation von Faeces oder lebenden Erregern in die freie Bauchhöhle [4; 46]. Hier kann das klinische Bild einer Peritonitis, eine der häufigsten Sepsis-Ursachen, simuliert werden. [Seite 29↓]Diese Modelle zeichnen sich durch einen protrahierten Krankheitsverlauf aus und beginnen oft wie beim Menschen mit einer hyperdynamen Phase. Den dritten Komplex bilden Studien mit parenteraler Applikation lebender Mikroorganismen. Besonders häufig wird hier Escherichia coli eingesetzt [4].

Abb. 8 : Cecal ligation and puncture - Modell zur Sepsis-Induktion

Schließlich ist als viertes das CLP-Modell (cecal ligation and puncture, Abbildung 8) zu nennen. Dieses Modell wurde erstmals 1980 von Wichterman et al. [316] beschrieben und wird seitdem sehr häufig benutzt. Die Entwicklung der Peritonitis-Symptomatik nach Darmperforation im CLP-Modell benötigt einen längeren Zeitraum und ähnelt somit stark dem klinischen Verlauf, ist aber gleichzeitig mit einer notwendigen längeren Anwartezeit verbunden. Nachteilig im CLP-Modell ist die relativ schlechte Quantifizierbarkeit der exakten Dosis und der Art sepsisauslösender Mikroorganismen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt aus dem Darmlumen in die Bauchhöhle übertreten.

Endotoxin wird experimentell in der Regel intraperitoneal oder intravenös verabreicht. Hierbei ist es von wesentlicher Bedeutung, ob die Applikation bolusartig oder kontinuierlich erfolgt und ob eine adäquate Volumentherapie durchgeführt wird. Die intraperitoneale [Seite 30↓]Endotoxingabe unterscheidet sich klinisch nicht essentiell von den obengenannten intraperitonealen Infektionsmodellen. Fink et al. beschrieben ein Kaninchenmodell mit intraperitonealer LPS-Bolusgabe, das nach 16-18 Stunden hämodynamisch große Ähnlichkeiten mit der Frühphase der humanen Sepsis (erhöhtes Herzzeitvolumen, erniedrigter peripherer Widerstand, Zunahme des portalen Blutflusses) zeigt [78]. Die intravenöse Endotoxininfusion ist am besten geeignet, kurzfristig verschiedene Sepsis-Phasen zu modellieren. In niedrigen Dosen verabreicht, ruft Endotoxin bei verschiedenen Spezies ein hyperdynames Sepsisbild hervor [42]. In höheren Dosen kann ein hypodynames Bild mit erhöhten peripheren Widerständen und erniedrigtem Herzzeitvolumen ausgelöst werden [144].

Auch das Endotoxin-Modell unterliegt Einschränkungen. Als Nachteil gilt, dass nur ein Bakterienbestandteil und kein vollwertiges Bakterium als "Agens" dient, wohingegen z.B. im CLP-Modell native Darmbakterien des verwendeten Versuchstieres als "Agens" dienen. Es sind Sensitivitätsunterschiede verschiedener Tierspezies gegenüber dem Endotoxin und verschiedenen Versuchsdesigns zu beachten [64; 77; 256; 260; 286; 321; 328].

In vielen Untersuchungen wurde die pathophysiologische Bedeutung der Endotoxinämie bestätigt. In einer Studie von Danner et al. wurden LPS-Messungen an 110 kritisch kranken Patienten vorgenommen. Eingeschlossen waren 100 Patienten mit einer bewiesenen oder vermuteten Sepsis (Gruppe 1) und 10 Patienten mit einem Schock anderer Genese (Gruppe 2). LPS wurde in Blutproben von Gruppe 1 in 43% der Fälle, in Gruppe 2 dagegen nur in 10 % der Fälle gefunden [61]. Zusätzliche Hinweise für die pathophysiologische Bedeutung des LPS in der Sepsis stammen aus Studien an freiwilligen Probanden. Hierbei konnten mit sehr kleinen LPS-Dosen (4 ng/kg KG) hämodynamische, hämatologische und metabolische Veränderungen erzeugt werden, die in qualitativer Hinsicht den bei septischen Patienten zu beobachtenden pathophysiologischen Veränderungen ähneln. Beobachtet wurden unter anderem Tachykardie, Blutdruckabfall, Fieber, Leukozytose, Lymphopenie sowie ein erhöhtes Herzminutenvolumen [242].

Ein Vorteil des Endotoxin-Modells im Vergleich mit dem CLP-Modell ist die genauere Quantifizierbarkeit der "challenge"-Dosis. Damit verbunden ist ein exakt reproduzierbarer Symptom-Zeit-Verlauf. In Abhängigkeit von der verwendeten Endotoxin-Dosis können laborchemische Veränderungen, pathophysiologische und klinische Symptome [Seite 31↓]schon 30 - 45 Minuten nach Applikation des Endotoxins beobachtet werden [323]. Die Handhabung des LPS ist einfach und ermöglicht eine Minimierung des organisatorischen und logistischen Versuchsaufwandes. Als Fazit kann gelten: LPS ist in der Lage, diejenigen Pathomechanismen anzustoßen, welche letztlich die klinischen Symptome, biochemischen Veränderungen und Organdysfunktionen erzeugen, die auch bei der Sepsis beobachtet werden [47; 78; 237].

2.3 Therapeutische Optionen

Analog zu den kaskadenhaften Abläufen in der Pathogenese der Sepsis kann eine Therapiekaskade aufgestellt werden [264]. In der klinischen Praxis erscheint oftmals der frühzeitige kombinierte Einsatz von Behandlungsmaßnahmen indiziert. Alle Therapiestrategien sollten jedoch mit den Mitteln der Ergebnisforschung (evidence-based medicine) validiert werden [55; 268]. Dazu ist das Vorliegen systematischer Studien an großen Patientenkollektiven notwendig. Dies ist in vielen Bereichen der Sepsis-Behandlung noch nicht der Fall. Übereinstimmung besteht darin, dass die Herdsanierung die unabdingbare Basis der Sepsis-Therapie darstellt. Als weitere Säule der Therapie gelten antiinfektiöse Maßnahmen, wobei die Relevanz antibiotikainduzierter Endotoxin- und Zytokinfreisetzung noch nicht ausreichend untersucht ist. Die dritte Säule der Sepsistherapie ist die supportive Behandlung der Organdysfunktionen, ein Bereich, in dem enorme Fortschritte erzielt werden konnten. Als vierte Säule entwickelt sich die Unterbrechung des Toxin-Mediator-Netzwerkes durch Neutralisation, Antagonisierung, Elimination, antiinflammatorische und immun-modulatorische Substanzen. Diese therapeutische Option kombiniert mit dem Anliegen der Protektion der intestinalen Mikrozirkulation (dritte Säule) stellte die Leitlinie für die Auswahl der Substanzen in den vorliegenden Untersuchungen dar.


[Seite 32↓]

2.3.1  Antioxidative Substanzen

Dem Organismus stehen wirksame Schutzmechanismen gegenüber radikalischer Belastung zur Verfügung. Die drei wichtigsten endogenen Enzymsysteme im Gewebe sind die Superoxiddismutase (SOD), die Katalase und die Glutathionperoxidase [252]. Die Vitamine C und E stellen bedeutende nichtenzymatische Antioxidantien dar [50; 171]. Infolge ihrer unterschiedlichen Wasser- und Lipidlöslichkeit sind die endogenen Antioxidantien für bestimmte Kompartimente zuständig (Membranen, Zytoplasma, Extrazellulärraum). Schäden im Organismus treten nur dann auf, wenn diese Schutzsysteme unzureichend ausgebildet oder durch eine verstärkte Entstehung von Radikalen überlastet sind. Aus in vivo-Studien ist bekannt, dass es unter Applikation von Bakterien oder Endotoxin zu einer starken Bildung reaktiver Sauerstoffspezies in zahlreichen Organen, wie Dünndarm, Magen, Lunge und Leber kommt [205; 211; 323]. Andererseits konnte gezeigt werden, dass unter endotoxämischen Bedingungen die Aktivität der SOD in einigen Organen, z.B. der Lunge, abnimmt. Im Magen wurde unter identischen Bedingungen eine Zunahme (Induktion) beobachtet. Im Dünndarm traten keine Veränderungen der SOD-Aktivität auf [323]. Somit ist eine differenzierte Reaktion verschiedener Organe auf radikalischen Stress zu beobachten. Therapeutisch bestehen zwei prinzipielle Möglichkeiten, die radikalische Belastung des Organismus zu senken. Entweder man versucht die Radikalbildung einzudämmen - z.B. durch kompetitive Hemmung radikalgenerierender Enzyme - oder bereits gebildete Radikale werden abgefangen (radical scavenging). Als Beispiel für die erste Option ist das von uns untersuchte Oxypurinol zu nennen. Das ebenfalls von uns untersuchte 21-Aminosteroid U-74389G wirkt als Radikal-Scavenger über den zweiten Weg.

2.3.1.1 Oxypurinol

Allopurinol und Oxypurinol sind Isomere des Hypoxanthins bzw. Xanthins. Beide Substanzen können (Allopurinol nach Oxidierung zum länger wirksamen Metaboliten Oxypurinol) eine feste Bindung mit der Xanthinoxidase eingehen und das Enzym dadurch hemmen. Die Bildung von Superoxidanionen und letztlich Wasserstoffperoxid wird verhindert [332]. In Dosen von 30-50 mg/kg KG kann Oxypurinol auch direkt als ein Hydroxylradikalfänger agieren [196; 201].


[Seite 33↓]

Abb. 9 : Natürliche Metabolite und pharmakologische Inhibitoren der Xanthinoxidase

2.3.1.2 Lazaroide

Als „Lazaroide“ bezeichnet man die 21-Aminosteroide (benannt nach dem biblischen Bettler Lazarus, der sich von den Abfällen der Reichen ernährte [Lukas 16, 19-31]). Solche „Abfallprodukte“ des Stoffwechsels sind z.B. reaktive Sauerstoffspezies. Lazaroide binden insbesondere Lipidperoxyl- und Phenoxylradikale und können dadurch einer möglichen Gewebeschädigung entgegenwirken. Sie hemmen effektiv die eisenabhängige Lipidperoxidation, sind aber auch in eisenfreier Umgebung wirksame Antioxidantien [115]. Zusätzlich haben 21-Aminosteroide einen membranstabilisierenden Effekt. Diese kombinierte Wirkung hemmt die sterische Ausbreitung eines ROS-Angriffes auf zelluläre Membranen. Spezifische glukokortikoide oder mineralokortikoide Wirkungen besitzen die 21-Aminosteroide nicht [43; 43].

Eine der ersten derartigen Substanzen war U-72099E, ein Non-Glukokortikoid mit antioxidativen Effekten im Hochdosisbereich. In die Klinik Eingang gefunden hat das 21-Aminosteroid U-74006F (Tirilazad mesylate). In experimentellen Untersuchungen wird häufig das Lazaroid U-74389G (Abb. 10) eingesetzt.

Inzwischen gibt es weitere 21-Aminosteroide, wie das hochwirksame U-74500A, welches wegen galenischer Probleme pharmazeutisch bisher nicht verwertbar war, und die Lazaroide [Seite 34↓]der 2. Generation (z.B. U-78517F) mit Tokopherol-ähnlicher Struktur.

Kennzeichnend für die Effekte der Lazaroide ist die Existenz eines Dosisoptimums (u-shaped action, [116]).

Abb. 10 :6α-Methylprednisolon (links) und das 21-Aminosteroid U-74389G (rechts)

2.3.2 Vasoaktive Substanzen

Vergleichbar mit den antioxidativen Schutzsystemen gehören auch vasoaktive Substanzen zum Arsenal der körpereigenen Regulationsmechanismen zur Wiederherstellung der Homöostase bei oder nach Abweichungen vom Normzustand. Überschreiten die Abweichungen die Grenze der Restitutionskapazität, so kommt es zum Zusammenbruch der Systeme, d.h. im Falle der Vasoregulation zum (septischen) Schock. Die physiologische Kreislaufzentralisation erreicht die Grenzen der Effektivität. Die endogenen Katecholamine Adrenalin, Noradrenalin und Dopamin sowie die anderen endogenen vasoaktiven Substanzen (z.B. Eicosanoide, Endothelin, NO-System) können den Kreislauf nicht mehr stabilisieren. Ohne Eingriff von außen ist damit die Sauerstoffversorgung aller Organe akut gefährdet. Außerdem tritt im septischen Schock eine Distributionsstörung im Bereich der Mikrozirkulation verschiedener Organe durch ein Nebeneinander von inadäquater Vasodilatation und –konstriktion auf (mismatch). Daneben kommt es zu metabolischen Störungen in der Sauerstoffverwertung, so dass trotz adäquater Perfusion Ischämieerscheinungen resultieren können. Klinisch resultiert daraus meist ein erniedrigter [Seite 35↓]peripherer Gefäßwiderstand, der aber auch bei erhöhtem Herzminutenvolumen nicht darüber hinwegtäuschen darf, dass Gebiete mit nicht ausreichender Perfusion existieren. Zeichen der Organdysfunktion werden manifest. Die Basistherapie des septischen Schocks mit Volumen und Vasokonstriktoren kann zwar kurzfristig den Blutdruck stabilisieren, es erscheint jedoch sinnvoll, gezielt auch vasodilatatorische Substanzen einzusetzen, um die durch mismatch und metabolische Störungen gekennzeichnete Mikrozirkulation wichtiger Organe zu verbessern. Dafür sind verschiedene Substanzgruppen geeignet [174; 176; 202]. Einerseits bieten sich Katecholamine und deren Derivate an, die aufgrund der Rezeptorenverteilung organspezifisch eingesetzt werden können. Zum anderen können auch weniger organspezifisch wirksame vasoktive Substanzen verwendet werden. Hier spielen die Prostaglandine eine wichtige Rolle. Im septischen Geschehen treten oft Imbalancen im Eicosanoidstoffwechsel auf. Die resultierenden Störungen im Bereich der Mikrozirkulation könnten somit kausal behandelt werden.

2.3.2.1 Dopexamin

Dopexamin ist ein synthetisches Analogon des endogenen Katecholamins Dopamin. Ähnlich wie Dopamin bewirkt es über DA1-Rezeptoren eine Relaxierung der glatten Gefäßmuskulatur, besonders im Splanchnikusgebiet und in der Niere, und somit eine Vasodilatation in den betreffenden Stromgebieten. Über DA2-Rezeptoren hemmt es die Wiederaufnahme von Noradrenalin in sympathischen Nervenfasern. Die Potenz von Dopexamin an peripheren Dopamin-Rezeptoren wird mit 1/3 der Potenz von Dopamin angegeben [44].

Über die Stimulation von ß2-Rezeptoren vermittelt es außerdem eine Relaxierung der glatten Muskulatur in Bronchialsystem und Magen-Darm-Trakt und vor allem eine arterielle Vasodilatation. Hier ist es deutlich potenter als Dopamin. Die Effekte am ß1-Rezeptor sind dagegen gering ausgeprägt. Herzfrequenz- und myokardiale Kontraktilitätssteigerung, die eine Erhöhung des myokardialen Sauerstoff­verbrauchs mit sich bringen, treten somit weniger hervor. Indirekt kommt es jedoch zu einer leichten ß1-Stimulation durch die Inhibition der neuronalen Noradrenalinaufnahme (Uptake-1-Inhibition). Das Herzminutenvolumen nimmt durch die Verringerung des systemischen Gefäßwiderstands zu. Dem Vasodilatationseffekt auf den Blutdruck wirkt die dezente Inotropiesteigerung entgegen.


[Seite 36↓]

Abb. 11 : Strukturformeln von Dopexamin (oben) und Dopamin (unten)

Der wesentliche Unterschied zum Dopamin besteht in der fehlenden Wirkung am α-Rezeptor. Damit verursacht Dopexamin keinerlei Vasokonstriktion, die die obengenannten Effekte antagonisieren würde.

In Deutschland zugelassen wurde das Präparat zur Behandlung der schweren Herzinsuffizienz, die mit konventioneller Therapie nicht befriedigend behandelbar ist.

2.3.2.2 Iloprost

Iloprost ist ein synthetisches Prostacyclinanalogon. Prostacyclin (Epoprostenol, Prostaglandin I2, PGX) ist ein endogener Arachidonsäuremetabolit (Eicosanoid). Arachidonsäure (Eicosapentaensäure) findet sich vor allem in den Phospholipiden der Zellmembran. Unter bestimmten physiologischen und / oder pathologischen Bedingungen werden aus Arachidonsäure über den Lipoxygenaseweg Leukotriene gebildet. Durch die Cyclooxygenase entstehen Prostaglandinendoperoxide (PGG2, PGH2), Ausgangsmoleküle für die Bildung von Prostaglandinen in verschiedenen Geweben, die Synthese von Thromboxan A2 in Thrombozyten und von Prostacyclin im Gefäßendothel. Alle Eicosanoide sind lokal wirksame Hormone mit relativ kurzer Wirkungszeit, welche die Aktivität der Zellen, in denen sie synthetisiert werden und die der Nachbarzellen verändern.


[Seite 37↓]

Prostacyclin wird durch die Prostacyclinsynthetase aus dem Prostaglandinendoperoxid PGH2 gebildet. Es handelt sich dabei um einen zyklischen Enolether, der starke vasodilatierende und thrombozytenaggregationshemmende Wirkungen besitzt. Außerdem wird die Leukozytenadhärenz gehemmt und ein zytoprotektiver Effekt beschrieben. Die Halbwertszeit von Prostacyclin ist jedoch mit ca. 3 Minuten sehr gering. Es wird rasch zu 6-Keto-PGF1αmetabolisiert.

Abb. 12 : Strukturformeln von Prostacyclin (links) und Iloprost (rechts)

Die Suche nach einem stabilen Prostacyclinanalogon führte zur Synthese von Iloprost. Es stellt ein Carbazyklinderivat des Prostacyclins dar. Die Eliminationshalbwertszeit beträgt ca. 30 Minuten. Das pharmakologische Profil ähnelt stark dem des endogenen Epoprostenol. Im Gegensatz zum Epoprostenol ist bei Iloprost jedoch die antiaggregatorische Wirkung um den Faktor 2-7 höher als die vasodilatative Wirkung. Damit wurde eine Limitation des klinischen Gebrauchs von Epoprostenol reduziert. Iloprost ist für die fortgeschrittene Thrombangiitis obliterans mit schweren Durchblutungsstörungen, bei denen eine Revaskularisierung nicht angezeigt ist, in Deutschland zugelassen.


[Seite 38↓]

2.4  Monitoring

Das klinische Monitoring kritisch kranker Patienten hat sich in den letzten Jahren ständig verbessert. Dank hochentwickelter bettseitiger Mess- und Analysegeräte ist es heute möglich, einen tieferen Einblick in die Pathophysiologie der Krankheitsbilder und eine globale Standortbestimmung in der Therapie zu erhalten. Für den Bereich der intestinalen Zirkulation steht jedoch nur ein enges Spektrum an Monitoringverfahren zur Verfügung. Dies liegt zum einen an der schweren Zugänglichkeit des Organsystems und zum anderen – eng damit verbunden - in den noch lückenhaften Erkenntnissen zur Bedeutung des Intestinums im septischen Geschehen.

Das Monitoring eines Organsystems soll in der Regel Struktur und / oder Funktion überwachen und Störungen frühzeitig aufdecken. Die Struktur des Intestinums kann klinisch, radiologisch, minimal invasiv endoskopisch oder offen chirurgisch (optisch / bioptisch) eingeschätzt werden. Eine kontinuierliche Überwachung der Gesamtfunktion ist nicht möglich. Funktionsuntersuchungen betreffen einzelne Teilaspekte. Sie können diskontinuierlich (z.B. Resorptionstests) oder kontinuierlich (z.B. Tonometrie) erfolgen. Zählt man die Leber mit zum Gesamtkomplex Splanchnikusgebiet, so kommen noch Eliminationstests (z.B. ICG-Clearance) und Syntheseuntersuchungen hinzu.

Spezielle Fragestellungen können nur mit experimentellen Methoden beantwortet werden. Dafür ist der Tierversuch unabdingbar. Hier können intravitale Mikroskopierverfahren, wie in dieser Arbeit durchgeführt, eingesetzt und so dynamische Veränderungen auf der Gewebeebene visualisiert werden. Zusätzliche Möglichkeiten bieten sich durch den Einsatz von Fluoreszenzmarkierung oder spezifischen Antikörpern. Experimentell können verschiedene Messtechniken zur Quantifizierung der intestinalen Perfusion benutzt werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Laser-Doppler-Flowmetrie angewandt. Weitergehende Untersuchungen setzen isolierte Darmpräparate, Teile der Darmwand (Ussing-Kammer) oder intestinale Zellpopulationen ein.

Ein Surrogat des Monitorings in der klinischen Praxis ist die Schaffung von Scoring-Systemen. Sind pathophysiologisch wesentliche Parameter erfasst, so korrelieren sie sehr gut mit dem klinischen Verlauf. Im Tierversuch kann das Protokoll derart gestaltet werden, dass unmittelbare Zusammenhänge von Therapiestrategien und Mortalität aufgedeckt werden (Outcome-Studien). In der vorliegenden Studie stand dies nicht im Vordergrund. Vielmehr sollten intravitale Veränderungen evaluiert werden.


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.
DiML DTD Version 3.0Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML-Version erstellt am:
18.01.2005