Hintergrund Noch heute kann es im Rahmen der offenen Herzchirurgie mit extrakorporaler Zirkulation (EKZ) zu postoperativen Komplikationen kommen, die mit Lungenschädigungen einhergehen können und sich in besonders schweren Fällen in Form eines Postperfusionssyndroms manifes-tieren. Matrix- Metalloproteasen (MMP) scheinen essentiell an der Entstehung und dem Verlauf dieser Lungenschädigungen beteiligt zu sein. Sie gehören zu der Familie der proteolytischen Enzyme und können ihre Aktivität spezifisch gegen Bestandteile der Matrix und der Basal-membran richten. Zu dieser Fermentgruppe gehören Kollagenasen, Stromyelinasen und Gelati-nasen. Verschiedene Zellen bilden und sezernieren diese Enzyme. Die neutrophilen Granulozy-ten produzieren MMP-9 und MMP-8 und speichern sie in ihren Granula. Bei entzündlichen Geschehen kommt es, durch verschiedenen Mediatoren induziert, zur Degranulation. MMP-2 wird hauptsächlich von Fibroblasten gebildet. MMP werden als Zymogene freigesetzt und durch verschiedene Mediatoren aktiviert. In der vorliegenden Arbeit wurde die Expression von MMP-2 und MMP-9 in der bronchoalveo-lären Lavageflüssigkeit (BALF) mit Parametern, die auf eine inflammatorische Lungenschädi-gung nach EKZ hinweisen, verglichen. Durchführung Nach Genehmigung durch das zuständige Ministerium des Landes Schleswig Holstein wurde eine 60 minütige EKZ bei 18 narkotisierten Göttinger Minipigs durchgeführt. Bronchoalveoläre Lavagen wurden vor EKZ sowie 5 und 180 Minuten nach der EKZ gewonnen und später auf ihren Gehalt an MMP-2 und MMP-9, an Interleukinen (IL-1beta, IL-8, TNF-alpha), neutrophi-len Granulozyten und Proteinen untersucht. Weiterhin wurde die Compliance gemessen und die Parameter AaDO2 und QS/QT, zur Bestimmung des Gasaustausches, berechnet. Schließlich wurden Lungenbiopsien zu den oben genannten Zeitpunkten genommen und auf ihren Wasser-gehalt untersucht. Mittels Gelatinase Zymographie wurden die Expressionen von MMP-2 und MMP-9 untersucht und densitometrisch ausgewertet. Ergebnisse Die Konzentrationen von MMP-2 und MMP-9 stiegen zu den Zeitpunkten 5 und 180 Minuten nach der EKZ im Vergleich zum Basiswert signifikant an. Den gleichen Verlauf zeigten die In-terleukine IL-1-beta und IL-8, der TNF-alpha, die Proteinkonzentration in der BALF, der Aa-DO2, QS/QT, die Compliance, der Wassergehalt in der Lunge und die Leukozytenzahl. Die proteolytischen Enzyme korrelierten zu keinem Zeitpunkt mit den gemessenen Parametern. Hingegen bestand eine Korrelation von sämtlichen Parametern 180 Minuten nach der EKZ AaDO2 und QS/QT. Schlussfolgerung Die MMP-2 und MMP-9 beteiligten sich ebenso an der inflammatorischen Reaktion nach EKZ wie der neutrophile Granulozyteneinstrom und die Freisetzung der Cytokine. Weiterhin liegt die Vermutung nahe, dass die Permeabilität der Kapillaren, die sich im Verlaufe und nach der EKZ erhöhten, durch die Enzyme beeinflusst werden. Ob ihre Aktivität von ihren physiologi- schen Inhibitoren stark beeinflusst wird, wurde in dieser Arbeit nicht geklärt, allerdings wäre dies eine mögliche Erklärung für die fehlende Korrelation zu den Gasaustauschparametern. Weitere Kenntnisse über die Aufgaben der MMP bei Lungenschädigungen sind von besonderer Bedeutung, um die genauen Wirkmechanismen dieser Enzyme finden zu können.
Background Activation of Matrix Metalloproteinases in Acute Lung Injury after Cardiopulmonary Bypass in pigs Surgery involving the use of cardiopulmonary bypass (CPB) can be associated with several serious postoperative complications, including pulmonary dysfunction, which may result in a postperfusion syndrome. Matrix metalloproteases (MMPs) seem to be essential component in the development of this lung injury. They belong to the family of proteolytic enzymes and they are able to degrade spe-cific protein components of extrazellular matrix. Other members of this family of enzymes in-clude collagenases, stromyelinases and gelatinases. They are produced and excreted by a variety of different cells. Polymorph neutrophils (PMN) produce MMP-9 and MMP-8, which are stored in their intracytoplasmic granula. During inflammatory reactions, which may be induced by a variety of different mediators, PMN degranulation occurs, releasing the stored MMPs. MMP-2 is produced mainly by fibroblasts. MMPs are set free as zymogens and are activated by different mediators. This study was designed to investigate the expression of MMP-2 and MMP-9 in the bronchoal-veolar lavage fluid (BALF) and to compare it with a number of other variables used to charac-terise the inflammatory cascade and pulmonary function, and which are known to change as a result of the pulmonary dysfunction associated with CPB. Method The appropriate governmental authority approved the experimental protocols used in the pre-sent study. Eighteen intubated minipigs were subjected to a cardiopulmonary bypass for 60 minutes. Bronchoalveolar fluid (BALF) samples were collected before CPB, 5 and 180 minutes post CPB. Subsequently, the concentration of MMP-2, MMP-9, interleukin activity (IL-1beta, IL-8, TNF-alpha), PNM and proteins were measured in the BALF samples. Furthermore the lung compliance, AaDO2, and QS/QT were calculated as variables indicative of the efficiency of pulmonary gas exchange. Finally, biopsies of the lung were obtained and the water content of these tissue sample was estimated. MMP-2 and MMP-9 activities in each sample were determi-nated by zymographic analysis and evaluated by computer. The data were evaluated using a computer statistical analysis pogram SPSS Version 8, Chicago Illinois, USA. Results The MMP-activity of MMP-2 and MMP-9 increased significantly 5 and 180 minutes post CPB compared to the baseline values obtained prior to instigation of CPB. Similar changes devel-oped with the interleukines, the proteins in the BALF, AaDO2, lung QS/QT, compliance, the water in the lung tissue and the PMN. However the changes in BALF metalloproteinase enzyme concentrations failed to show a correlation with any of the other variables measured. All the remaining values were evaluated for correlation with the parameters of gas exchange AaDO2 and QS/QT 180 minutes post CPB. Conclusion MMP-2 and MMP-9 release occurs as part of the inflammatory reaction induced by CPB, as does the migration of PMNs in the lung and the release of interleukins. We investigated the sup-position that the release of metaloproteinase enzymes induces an increase in permeability of the pulmonary capillaries which is responsible for the pulmonary dysfunction associated with CPB. However, we failed to find a correlation with changes in the concentration of other recognised mediators of inflammation or variables used to characterise pulmonary gas exchange. There may have been an influence from Tissue inhibitors of matrix metalloproteases, which cannot be confirmed in this study, nevertheless it would be a possible explanation for the absence of corre-lation between the metalloproteinase enzyme concentrations and the other variables measured. More knowledge about the assignment and activation of MMPs at the time of acute lung injury is needed. It will be of considerable clinical importance to identify the exact function of these enzymes with special regard to both their mechanism of action and their roll in tissue injury in the lung as a result of CPB.
