dc.contributor.author
Otto, Natalie Maureen
dc.date.accessioned
2018-06-08T01:29:03Z
dc.date.available
2012-11-20T09:24:56.869Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/13411
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-17609
dc.description.abstract
Eine Hyperglykämie ist bei unterschiedlichen Patientengruppen mit einer
schlechteren Prognose verbunden. Erhöhte Glukosewerte korrelieren bei
diabetischen, neurologischen, nephrologischen und kardiologischen Erkrankungen
mit einer gesteigerten Morbidität und Mortalität. Auch bei schwer erkrankten,
intensivpflichtigen Patienten ist eine Hyper¬glykämie ein unabhängiger
Risikofaktor für Mortalität. Demgegenüber senkt eine intensivierte
Insulintherapie (IIT) die Mortalität von Intensivpatienten. Diese klinischen
Beobachtungen führten im Rahmen der vorliegenden Arbeit zur Untersuchung
folgender Fragestellungen: − Führen hyperglykämische Bedingungen in vitro zu
einer Modulation des Immun¬systems bzw. zu veränderten Zellfunktionen von PBMC
mit möglicherweise gestei¬ger¬ter Prädisposition für Infektionen? − Führt die
Zugabe von Glukose zum PBMC-Zellkulturmedium zu einer Alteration der
Zytokinausschüttung von IL-1ß und IL-6? − Übt Insulin durch direkte und
sekundäre Mechanismen im Rahmen einer Ernied¬ri¬gung des Glukosespiegels einen
protektiven Effekt auf die Immunantwort aus? − Welche Auswirkung hat die
Veränderung der Osmolarität auf die Immunantwort? − Beeinflusst die Addition
weiterer hyperosmotischer Substanzen, wie Mannitol, Harnstoff oder das
Enantiomer der Glukose, die L-Glukose, zum Zellmedium die Zytokinproduktion ?
− Welche Bedeutung hat der Zusatz aus Glukose und anderen hyperosmotisch
wirk¬sa¬men Substanzen, wie Mannitol, auf die Phagozytose und den oxidativen
Burst? − Welche Pathomechanismen liegen der Zytokinfreisetzung unter
hyperglykämischen und hyperosmolaren Bedingungen zugrunde und welche
Funktionen haben hierbei die MAP-Kinasen? Die vorliegende Arbeit zeigt, dass
erhöhte Glukosekonzentrationen die LPS-stimulierte Zytokinproduktion von
humanen PBMC dosisabhängig signifikant steigern. Die Zugabe des Enantiomers
L-Glukose bewirkt eine Zunahme der Zytokinfreisetzung für IL-1ß und IL-6,
allerdings weniger ausgeprägt als bei der physiologisch vorkommenden
D-Glukose. Die Resultate dieser Arbeit belegen, dass die Aktivierung der p38
-MAP-Kinase unter hyper¬glykämischen Bedingungen für die Steuerung der
Zytokinfreisetzung verantwortlich ist. Insulin allein führt lediglich zu einer
signifikanten Steigerung der IL-1ß , nicht jedoch der IL-6-Produktion, und
dies ausschließlich bei höchster Insulinkonzentration. Die Kom¬bi¬nation von
Insulin mit Glukose im Zellmedium reduziert die Produktion beider Zyto¬ki¬ne
signifikant verglichen mit Glukose allein. Dieser Effekt weist einen
protektiven Ein¬fluss von Insulin auf die Entzündungsreaktion im Rahmen einer
reduzierten pro¬inflam¬ma¬to¬rischen Zytokinausschüttung durch Senkung der
Hyperglykämie im Zellmilieu nach. Weitere Versuche belegten, dass die Zugabe
von Mannitol und Harnstoff zum Zell¬medium ebenfalls eine Steigerung der
Zytokinproduktion hervorruft. Es zeigte sich allerdings, dass bei gleicher
Osmolarität im Zellmedium, abhängig von der jeweils hinzugefügten Substanz,
die Zytokinfreisetzung unterschiedlich ausgeprägt war. Die Zytokinausschüttung
erzielte unter Glukosezugabe im Vergleich zu den anderen Sub¬stan¬zen die
höchste Wirkung. Gemeinsamer Mechanismus für die zytokinsteigernden Effekte
scheint also die Steigerung der Osmolarität zu sein. In Vollblutproben bewirkt
die Addition von Glukose eine Suppression der Phagozytose und des oxidativen
Bursts. Dieser Effekt war nicht spezifisch für Glukose, da die Zugabe von
Mannitol ebenfalls zu einer Abnahme der Phagozytose und des oxidativen Bursts
führt, wenn auch in geringerem Ausmaß als nach Glukosebeimischung. Demzufolge
be¬wirken hyperglykämische Bedingungen eine weitere Einschränkung der
Immun¬antwort. Eine Übertragung dieser Laborergebnisse auf die klinische
Situation von Intensiv¬patien¬ten lässt folgende Hypothese zu: Hyperglykämie
führt bei intensivpflichtigen Patienten zu einer Stimulation von IL-1ß und
IL-6 sowie zu einer Erniedrigung der Phagozytose und des oxidativen Bursts.
Dies könnte zu einer gesteigerten Prädisposition für Infektionen in dieser
Patientenpopulation führen. Unter der IIT bzw. bei Aufrechterhaltung der
Normoglykämie im Patientenblut kommt es zu einer Verbesserung bzw.
Normalisierung der Immunantwort. Die Daten dieser Arbeit bieten eine Erklärung
für die Assoziation zwischen IIT und Mortalität bei intensivpflichtigen
Patienten.
de
dc.description.abstract
In different populations, hyperglycemia is associated with a poor prognosis.
High glucose blood levels correlate with higher morbidity and mortality in
diabetic, neurological, nephrologcial and cardiac diseases. Hyperglycemia is
also an independent risk factor contributing towards mortality in critically
ill patients. Intensive insulin-therapy (IIT) lowers mortality in this patient
population. The clinical findings of this study lead to the following
questions: \- do hyperglycemic conditions in vitro lead to a modulation of the
immune system or to a change in PBMC cell function with a possible increase in
predisposition to infection? \- does the addition of glucose to PBMC cells
induce an alteration of cytokine release of IL-1ß or IL-6? \- does insulin
(introduced through primary or secondary mechanisms) have a protective effect
on the immune system by reducing blood glucose levels? \- what effect does a
change in omsolarity have on immune system response? \- will cytokine release
be affected by the addition of other hyperosmolar substances such as mannitol,
urea or the enantiomer of D-glucose, L-glucose? \- what impact does the
addition of glucose and other hyperosmotic substances have on phagocytosis and
oxidative burst activity? \- what are the underlying pathomechanism involved
in cytokine release under hyperglycemic and hyperosmolar conditions? What is
the role of MAP-Kinases? This paper shows that high blood glucose
concentrations significantly stimulate LPS induced cytokine release in a dose
dependent matter. The addition of enantiomer L-glucose leads to an increase in
cytokine release of IL-1ß and IL-6, although this increase is less prominent
in the case of physiologically prevalent d-glucose. This study argues that the
activation of p38-MAP-Kinase under hyperglycemic conditions is responsible for
regulating cytokine release. Insulin alone leads to an increase in IL-1ß, but
not to an increased production of IL-6 and only with the highest insulin
concentration. The combination of insulin and glucose in cells reduces
significantly the production of both cytokines compared to the effect of
glucose alone. Insulin thus has a protective effect on inflammation through a
reduced pro-inflammatory cytokine release and through reduced hyperglycemic
levels in the cell. Other studies are in line with our findings that adding
mannitol and urea to the cell media increases cytokine release. While the same
osmolarity has been maintained in the cell media the cytokine release was
different with each substance. The cytokine production after adding glucose
was the highest. A common mechanism for these cytokine responses seems to be a
change in osmolarity. In human whole blood samples the addition of glucose
leads to a suppression of phagocytotic and oxidative burst activity. This
effect was not specific to glucose. Mannitol also led to a decrease in
phagocytotic and oxidative burst activity, although in a less pronounced way
than when glucose is added. Hence, hyperglycemic conditions lead to yet
another reduction in the immune system response. Applying these laboratory
findings to the clinical situation of critically ill patients presents the
following hypothesis: Hyperglycemia in the critically ill leads to a
stimulation of IL-1ß and IL-6 as well as to decreased phagocytotic and
oxidative burst activity. This can lead to an increased predisposition for
infection in the patient population. IIT with maintaining normoglycemic blood
levels leads to an improvement or normalization of the immune system response.
Our data provides an explanation for the association between IIT and mortality
of the critically ill.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject
cytokine release
dc.subject.ddc
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften::610 Medizin und Gesundheit
dc.title
Auswirkung von Hyperglykämie und Osmolarität auf die Zytokinproduktion und
Phagozytose von mononukleären Zellen aus peripherem Blut
dc.contributor.contact
natalie.otto@charite.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. med. Ralf Schindler
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. Dr. h. c. U. Heemann
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. med. N. Marx
dc.date.accepted
2012-11-30
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000039370-4
dc.title.translated
Effects of hyperglycemia and osmolarity on cytokine release by PBMC and on
phagocytosis from peripheral human blood
en
refubium.affiliation
Charité - Universitätsmedizin Berlin
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000039370
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000012141
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access