Effekte verschiedener Therapieansätze auf den Endotoxin-geschädigten Darm

Abstract

Einführung: Mit ca. 60.000 Todesfällen pro Jahr ist die Sepsis die dritthäufigste Todesursache in Deutschland. Für die Entstehung und Aufrechterhaltung gilt die Schädigung der epithelialen Darmbarriere mit konsekutiver bakterieller Translokation als wichtiger Faktor. Das sympathische Nervensystem beeinflusst die Endotoxin-bedingte Aktivierung der immunkompetenten Zellen. In Studie I untersuchten wir die Auswirkungen einer regionalen Sympathikolyse mittels thorakaler Epiduralanästhesie (TEA) auf die Endotoxin-induzierte intestinale Leukozyten-Endothelinteraktion und den endothelialen Schaden. Studie II prüfte, ob TEA die Endotoxin-bedingte Erhöhung der intestinalen epithelialen Permeabilität reduziert. Studie III quantifizierte den Effekt der drei Volumenersatzmittel Hydroxyethylstärke, Gelatine und isotone Kochsalzlösung auf intestinale Mikrozirkulationsstörungen während einer Endotoxinämie. Methodik: In allen Studien wurden männliche Ratten narkotisiert und zum hämodynamischen Monitoring instrumentiert. Dem jeweiligen Studienprotokoll folgend wurde eine Endotoxinämie eingeleitet. Die Tiere von Studie I und II wurden zusätzlich mit einem epiduralen Katheter versehen, über den entweder Lidocain oder isotone Kochsalzlösung appliziert wurde. In Studie I bestimmten wir die Katecholamin- und Zytokinkonzentration im Plasma, die Adhäsionsmolekülexpression, die Leukozytenadhäsion und das intestinale Gewebeödem. Studie II untersuchte die intestinale epitheliale Permeabilität, die Makrophagen-Expression der induzierbaren NO Synthetase und die 8-Isoprostan Gewebekonzentration. Studie III überprüfte die Auswirkungen der verschiedenen Volumenersatzmittel auf die intestinale funktionelle Kapillardichte, die Geschwindigkeit der Erythrozyten und die mesenteriale Leukozyten-Endothelinteraktion. Ergebnisse: Studie I: TEA senkte die Adrenalin-Plasmakonzentration um 32%. Dies war assoziiert mit einer um 48% verminderten Interleukin-1beta Plasmakonzentration, einer verringerter Expression endothelialer Adhäsionsmolekülen (E-Selektin 34%, ICAM-1 42%) und weniger intestinalem Gewebeödem (75%). Studie II: TEA verminderte den Endotoxin-induzierten Anstieg der intestinalen epithelialen Permeabilität um 30%, der Expression der NO-Synthetase um 70% und die Lipidperoxidation um 59%. Studie III: Nach Volumentherapie mit isotoner Kochsalzlösung war die funktionelle Kapillardichte um 18,5% erniedrigt. In der Hydroxyethlstärke- und Gelatinegruppe war dies nicht nachweisbar. Hinsichtlich anderer Untersuchungsparameter ergaben sich keine Unterschiede. Diskussion: Studie I und II: Die Effekte der TEA auf die Adhäsion und Extravasation von Immunzellen können durch die aufgezeigte Reduktion der Plasma-Adrenalinkonzentration bedingt sein. Alternativ muss eine direkte Beeinflussung der Immunzellen über Nervenverbindungen (nerve-immune interplay) oder ein systemischer Effekt des Lidocains in Betracht gezogen werden. Studie III: Bei vergleichbarer Makrohämodynamik und gleichem Volumenstatus der Gruppen scheint ein Effekt innerhalb der Mikrozirkulation wie z.B. die Erythrozyten-Rigidität, die endotheliale Schwellung oder das Ausmaß des umgebenden Gewebeödems für die Unterschiede in der Mirkozirkulation verantwortlich zu sein. Ein Effekt der kolloidalen Lösungen auf die Immunreaktion auf Endotoxin war in diesen Untersuchungen als Ursache nicht zu finden.

Introduction: With approximately 60,000 deaths per year sepsis is the third leading cause of death in Germany. Bacterial translocation due to the damage of intestinal epithelial barrier represents an important factor for the development and maintenance of septic course. The sympathetic nervous system influences the endotoxin-induced activation of immunocompetent cells. Study I examined the effects of regional sympathetic blockade by thoracic epidural anesthesia (TEA) on the endotoxin-induced intestinal leukocyte-endothelial interaction and the consecutive endothelial injury. Study II investigated the impact of TEA on the endotoxin-induced increase in intestinal epithelial permeability. Study III quantified the effect of volume replacement during endotoxemia with either hydroxyethyl starch, gelatin, or isotonic saline on intestinal microcirculatory impairment. Methods: Male rats were anesthetized, cannulated and hemodynamically monitored. Endotoxemia was initiated following the particular study protocol. Animals of study I and II were additionally equipped with an epidural catheter for continuous application of lidocaine or isotonic saline. In study I catecholamine and cytokine concentration in plasma, adhesion molecule expression, leukocyte adhesion and intestinal tissue edema were determined. Study II investigated intestinal epithelial permeability, macrophage expression of inducible NO synthase and 8-isoprostane tissue concentration. Study III examined the effects of different volume replacement regimes on intestinal functional capillary density, velocity of erythrocytes and mesenteric leukocyte-endothelial interaction. Results: Study I: TEA reduced epinephrine plasma concentration by 32%. This was associated with a decrease in interleukin-1β plasma concentration (48%), a decrease in expression of endothelial adhesion molecules E-selectin (34%) and ICAM-1 (42%) and a decrease of intestinal tissue edema (75%). Study II: TEA reduced the endotoxin-induced increase in intestinal epithelial permeability by 30%. Expression of NO synthase and lipid peroxidation were lessened by 70% and 59% respectively. Study III: After fluid resuscitation with isotonic saline the functional capillary density was decreased by 18.5%. There were no detectable changes of functional capillary density in the hydroxyethyl starch or gelatin group. Regarding other test parameters significant differences could not be demonstrated. Discussion: Study I and II: The effect of TEA on the adhesion and extravasation of immune cells may be due to the reduction of plasma epinephrine concentration. Alternatively, a direct influence on the immune cells via nerve connections (nerve-immune interplay) or a systemic effect of lidocaine should be considered. Study III: Under comparable macrohemodynamic parameters and volume status the discrepancy in microcirculation seems to be due to effects like changes in red blood cell rigidity, endothelial swelling or the extent of surrounding tissue edema. An impact of colloidal solutions on the immune response to endotoxin could not be detected.