Einfluss einer gemischten respiratorisch-metabolischen Azidämie auf die Nierenphysiologie und -morphologie

Abstract

Einleitung: Die akute Nierenschädigung (ANS) ist trotz enormer Fortschritte in der Nierenersatztherapie nach wie vor mit einer hohen Morbidität und Mortalität assoziiert. Neben Faktoren wie einer maschinellen Beatmung (MB), konnte eine Azidose als Risikofaktor für die Entwicklung eines akuten Nierenversagens bei septischen Patienten identifiziert werden. Für kritisch kranke Patienten ist die Identifizierung der Rolle einer Azidose für die Nierenfunktion jedoch aufgrund komplexer, multifaktorieller Risikokonstellationen deutlich erschwert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, den Einfluss einer Azidämie auf die Nierenfunktion unter Ausschluss infektiöser Zustände, wie einer Sepsis, zu evaluieren. Methodik: 35 junge, gesunde Schweine wurden in 6 Gruppen randomisiert. Für drei Versuchsarme wurde jeweils eine Gruppe mit einer kontinuierlichen veno-venösen Hämofiltration (CVVH-) und eine Kontrollgruppe gebildet: Normoxämisch-balancierter Säurebasehaushalt (NB-CVVH und NB-CTRL), normoxämisch-azidämisch (NA-CVVH und NA-CTRL) und hypoxämisch-azidämisch (HA-CVVH und HA-CTRL). In den Azidämiegruppen wurde mittels low-tidal-volume-ventilation und Säureinfusion eine gemischte Azidämie (pH 7,19-7,24) und in den Hypoxämiegruppen zusätzlich eine Hypoxämie induziert und für fünf Stunden aufrechterhalten. Hämodynamik, Beatmungsparameter und Diurese wurden kontinuierlich gemessen, Blutgasananlysen halbstündlich. Interleukin-6 (IL-6), TNF-alpha und Interleukin-18 (IL-18) wurden im Blut und im Nierengewebe, NGAL (neutrophil gelatinase associated lipocalin) wurde im Urin gemessen. Gewebeproben der Nieren wurden (immun-) histologisch untersucht. Ergebnisse: Die Versuchstiere waren jederzeit hämodynamisch stabil bei suffizienter Diurese unter durchweg physiologischen Herzzeitvolumina (HZV). Interessanterweise kam es bei azidämischen Tieren zu einer Zunahme der Diurese, begleitet von einem Abfall des Urin-pH. IL-18 und NGAL als frühe Biomarker einer ANS zeigten in den azidämischen Gruppen zum Teil signifikant erhöhte Plasmawerte. Passend hierzu erbrachte die histologische Untersuchung signifikant mehr reversible und irreversible Zellschäden in den normoxämisch-azidämischen Gruppen und eine weitere Zunahme in den hypoxämisch-azidämischen Gruppen. Die Messung proinflammatorischer Mediatoren im Gewebe und im Plasma konnte eine Biotrauma- induzierte ANS ausschließen. Diese Erkenntnis ergab sich aus Subgruppenanalysen der Immunhistologie, da sich ein inverser Zusammenhang zwischen den Gewebespiegeln proinflammatorischer Mediatoren und dem Ausmaß der histomorphologischen Schädigung zeigte. Schlussfolgerung: Es konnte gezeigt werden, dass eine isolierte Azidämie ohne begleitende Sepsis bereits nach fünfstündiger Azidämieexposition zu einem relevanten, histologisch nachweisbaren Schaden der Nieren führt. Aus immunhistologischen Untersuchungen ergab sich, dass dies ursächlich nicht auf ein Azidämie-induziertes, inflammtorisches Biotrauma zurück zu führen war. Die Ergebnisse führen zur Hypothese, dass eine Azidämie als eine Art „first-hit“ zu einer Erschöpfung der renalen Energiereserven im Rahmen der renalen Kompensationsarbeit bei der Korrektur des Säure-Base-Haushaltes führt, welche durch kompensationsassoziierte Diurese in der klinischen Überwachung zunächst den destruktiven Einfluss auf die Niere maskiert.

Introduction: Despite major advances in renal replacement therapy acute kidney injury (AKI) is still associated with high morbidity and mortality. Beside risk factors like mechanical ventilation, acidosis has been identified as one factor contributing to AKI. However, in critically ill patients with multiple risk factors a differentiated analysis of the influence of acidosis is hard to perform. Therefore, the aim of our study was to evaluate the impact of an acidaemia on renal function excluding sepsis or other infections. Methods: 35 young and healthy pigs were randomized into 6 groups. Three test pairs were settled with or without exposition to a continuos veno-venous haemofiltration (CVVH), respectively. The groups differed by: normoxaemia-balanced acid-base- status (NB-CVVH and NB-CTRL), normoxaemia-acidaemic (NA-CVVH and NA-CTRL) and hypoxaemia-acidaemic (HA-CVVH and HA-CTRL). Due to low-tidal-volume- ventilation and acid-infusion a mixed acidaemia (pH 7.19-7.24) was induced into acidaemic groups. HA-groups underwent an additional hypoxaemia. Acidemia and hypoxaemia were maintained for five hours. Haemodynamics, ventilation parameter, blood gas analysis and diuresis were monitored constantly as well as interleukin-6 (IL-6), TNF-aplha and interleukin-18 (IL-18) in blood and tissue samples, neutrophil gelatinase-associated lipocalin (NGAL) was analyzed in urine specimen. Tissue samples of the kidneys were (immuno-) histologically examined. Results: All animals were haemodynamically stable throughout the entire experiment. Animals had sufficient diuresis facing a physiologic cardiac output at any time. Interestingly, diuresis increased in acidemia groups while urine-pH decreased. Increased plasma levels of IL-18 and NGAL indicated a developing AKI in the acidaemia groups. Concordantly, normoxic- acidaemia groups had significantly more reversible and irreversible cell damage in histopathological examination, just exceeded by hypoxaemia- acidaemia groups. Due to measurements of proinflammatory cytokines in tissue and plasma a biotrauma induced AKI was excluded, because subgroup analysis of immunohistology revealed an inverse correlation between tissue levels of proinflammatory cytokines and histopathological cell damage. Conclusion: We were able to demonstrate that an isolated acidaemia without concomitant sepsis already leads to a relevant histologically detectable damage of the kidneys after only five hours exposition to acidaemia. Immunohistochemical investigations showed that other than inflammatory factors induced the renal damage. Results are leading to the hypothesis that the acidaemia works as a kind of „first hit“ by increasing renal workload with respect to the correction of acid-base-status abnormalities and thereby contributing to a depletion of renal energy reserves. Initially increasing diuresis clinically masks the early onset of an AKI due to the compensation for acidosis by the kidneys.