Effekte der regionalen Sympathikolyse auf die Barrierefunktion des Darmes in der Endotoxinämie

Abstract

Die intakte epitheliale Barriere des Darmes ist entscheidend für die Homöostase des Organismus von Mensch und Säugetier. In der Sepsis, die noch immer die dritthäufigste Todesursache für Erwachsene in Deutschland ist, wird diese epitheliale Barriere geschwächt. Die Reaktionen des Immunsystems auf eine Infektion sind komplex und laufen auf mehreren Ebenen ab. Dabei stellen sowohl die Leukozytenadhäsion als auch die Freisetzung von Zytokinen und deren Signalwege wichtige Schritte dar. Das von der induzierbaren NO-Synthase (iNOS) gebildete Stickstoffmonoxid (NO) scheint hier eine besondere Rolle zu spielen. Durch thorakale Epiduralanästhesie (TEA) und die daraus resultierende Sympathikolyse werden verschiedene Aspekte des Immunsystems beeinflusst. Die vorliegende Arbeit sollte klären, ob die TEA im normotensiven Endotoxinämie- Modell bei Ratten durch Beeinflussung monozytärer Zellen und der Menge des von ihnen produzierten NO oxidativen Stress im Gewebe vermindern kann, dadurch die epitheliale Permeabilität verringert und somit protektiv auf die Funktion der Darmbarriere wirkt. Hierzu wurden Ratten anästhesiert, hämodynamisch überwacht, kontrolliert beatmet und mit einem thorakalen Epiduralkatheter versehen. Danach wurden sie in drei Gruppen randomisiert: In Gruppe 1 und 2 wurde die Endotoxinämie durch einen Bolus LPS induziert; epidural wurde in Gruppe 2 Lidocain, in Gruppe 1 und 3 NaCl appliziert. Gruppe 3 diente somit als gesunde Kontrollgruppe. Alle Tiere erhielten intravenöse NaCl-Infusion sowie epidurale Infusion; Blutgase und zelluläre Bestandteile des Blutes wurden bestimmt. Nach 300 Min. wurde die epitheliale Barriere indirekt mittels einer ligierten Ileumschlinge quantifiziert. Hierbei wurde der Farbstoff FITC- Dextran in das Darmlumen injiziert und nach 30 Min. dessen Konzentration im Blut bestimmt. Am Ende des Versuches wurden Organe für die Bestimmung von Nitrat/Nitrit als NO-Produkte, von Isoprostan als Marker für oxidativen Stress und für die Quantifizierung der endothelialen Permeabilität über die wet-to- dry weight ratio entnommen. Für die immunhistochemische Bestimmung der iNOS wurden am Versuchsende Darmstücke nach einer speziellen Präparation der Tiere entnommen. Die TEA führte zu einer signifikant geringeren Konzentration von FITC-Dextran im portalvenösen Blut und zeigt damit eine Verminderung der epithelialen Permeabilität gegenüber den endotoxämischen Tieren ohne TEA. Die Anzahl der Makrophagen im Darmgewebe, die iNOS exprimieren, war durch die TEA signifikant erniedrigt. Die Gewebskonzentration der NO-Produkte Nitrat und Nitrit in Lunge und Herz war bei der TEA-Gruppe niedriger als bei Gruppe 1, in den anderen Organen (Dünndarm, Leber, Niere) und im Portalvenenplasma war lediglich eine Tendenz zu geringeren Werten zu beobachten. Die Bestimmung der endothelialen Permeabilität ergab keine wesentlichen Unterschiede zwischen den Gruppen. Die Konzentration von 8-Isoprostan im Dünndarm wurde durch die TEA signifikant erniedrigt. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass sich die TEA günstig auf die in der Endotoxinämie erhöhte Permeabilität des Darmepithels auswirkt. Damit einhergehend kam es zu verminderter Einwanderung von Makrophagen ins Darmgewebe und verminderter iNOS-Exprimierung, ebenso verringerte sich der oxidative Stress im Darmgewebe. Ursächlich für den Effekt der Sympathikolyse dürfte damit zumindest teilweise die Beeinflussung des NO- Signalweges sein. Da die Konzentration von NO-Produkten in den Organen, die nicht im Bereich der TEA lagen, niedriger war, lässt dies auf einen systemischen Effekt der TEA schließen.

The intact epithelial barrier of the gut is important for homoeostasis of the organism in human beings and mammals. In sepsis, still the third most cause of death for adults in Germany, this epithelial barrier is impaired. Reactions of the immune system on an infection are complex and multi-layered. Important ways of action herein are leukocyte adhesion and release and subsequent signalling of cytokines. Nitric oxide (NO), produced by the inducible NO- Synthase (iNOS), seems to play a key role. The thoracic epidural anaesthesia (TEA) and the resulting sympathetic blockade affect various issues of the immune system. This study was designed to show whether TEA in a normotensive endotoxemia model in rats was able to reduce oxidative tissue stress by influencing monocytic cells and their release of NO, thereby attenuating epithelial permeability and protecting gut barrier function. Rats were aneasthetised, hemodynamically monitored, ventilated and equipped with a thoracic epidural catheter. Then they were randomized in three groups: Endotoxemia in group 1 and 2 was induced by a bolus of Lipopolysaccharid (LPS); epidural application was lidocaine in group 2, NaCl in group 1 and 3. Group 3 thus served as a healthy control. All animals received intravenous NaCl infusion as well as epidural infusion; blood gas analyses and measurement of cellular blood components were done. After 300 min. the epithelial barrier was indirectly quantified by the means of a ligated loop of ileum. The dye FITC-Dextran was injected into the ileal lumen, and after 30 min., its concentration in the blood was measured. At the end of the experiment, organs were taken for measurements of nitrate/nitrite as NO products, isoprostane as a marker for oxidative stress and for the quantification of endothelial permeability by way of measuring wet-to-dry weight ratio. After a special preparation of some animals, pieces of intestine were taken for the immunohistochemical depiction of iNOS. TEA leaded to a significantly reduced concentration of FITC-Dextran in the portal venous blood and thus showed decreased epithelial permeability, compared to endotoxemic animals without TEA. Gut macrophages expressing iNOS were significantly diminished through TEA. The concentration of NO products nitrate and nitrite in lung and heart was lower in group 2 than in group 1; in the other organs (gut, liver, kidney) and in portal venous blood, there was only a tendency to lower concentrations through TEA. The quantification of endothelial permeability did not show any differences between groups. Gut concentration of isoprostane was significantly lower in the TEA group. In this study, a beneficial effect of TEA on – through endotoxemia enhanced – gut permeability could be shown. Accompanied was this by decreased extravasation of macrophages into gut tissue, reduced iNOS expression and less oxidative stress in gut tissue. The effects of sympathetic blockade show – at least in parts – its influence on the NO signalling pathway. Since the concentration of NO products in organs, which were not lying in the area of sympathetic blockade, were lower, a systemic effect of TEA must be assumed.