Neuroprotektion bei fokaler zerebraler Ischämie der Ratte durch präkonditionierenden oxidativen Stress

Abstract

Die effektive Behandlung von Hirninfarktpatienten bereits vor oder während des Akutereignisses hat entscheidenden Einfluss auf die Prognose der Patienten. Vor dem klinischen Hintergrund, dass die frühzeitige Behandlung des Hirninfarktes limitiert ist, wurden in den letzten Jahrzehnten die Pathomechanismen der zerebralen Ischämie sowie neuroprotektive Mechanismen intensiv erforscht. In dieser Arbeit wurde tierexperimentell untersucht, ob eine hyperbare Sauerstofftherapie im fokalen zerebralen Ischämiemodell eine Ischämietoleranz hervorruft und was die zugrundeliegenden Mechanismen sind. Deshalb wurden Wistar-Ratten einer permanenten fokalen zerebralen Ischämie unterzogen, nachdem sie an fünf aufeinanderfolgenden Tagen mit hyperbarem Sauerstoff präkonditioniert wurden. Verglichen wurden dabei unbehandelte Kontrollen und hyperbar präkonditionierte Tiere. Weiter beurteilt wurde der Effekt von reinem Sauerstoff und der Effekt des nichtenzymatischen Radikalfängers Dimethylthiourea. Ausgewertet wurden das Infarktvolumen, die Entstehung freier Radikale und das Verhalten enzymatischer Radikalfänger. Als Ergebnis fand sich eine ca. 30%ige Reduktion des Infarktvolumens bei den hyperbar präkonditionierten Tieren. Zusätzliche kam es zu einem Anstieg freier Radikale im Hirngewebe der präkonditionierten Tiere und zu einem tendenziellen Anstieg der enzymatischen Radikalfänger Mangan-Superoxiddismutase und Katalase. Dieser Effekt konnte durch den nichtenzymatischen Radikalfänger komplett aufgehoben werden, was für die entscheidende Rolle der freien Radikale in diesem Modell spricht. Eine Schädigung durch hyperbare Sauerstofftherapie im Hirngewebe unbehandelter Ratten fand sich nicht. Wir konnten somit in diesem Tiermodell der fokalen zerebralen Ischämie erstmals zeigen, dass die Behandlung mit hyperbarem Sauerstoff zur vermehrten Bildung freier Radikale führt. Über weitere, uns bisher noch unbekannte Mechanismen kommt es initiiert durch den oxidativen Stress zur Ischämietoleranz und damit Neuroprotektion in diesem Modell. In Zusammenschau unserer Ergebnisse und der Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen spielen hier außer oxidativem Stress vermutlich weitere Signalgeber und Signalwege eine Rolle. Vorstellbar ist, dass durch verschiedene Mechanismen ein gemeinsamer Endweg aktiviert wird, der zur Neuroprotektion führt. Möglicherweise spielen hier apoptose-regulierende Vorgänge gefolgt von einer Inhibition apoptotischer Vorgänge, vor allem in der Penumbra der zerebralen Ischämie, eine wichtige Rolle. Die weitere Erforschung dieser komplexen Kaskade von Ereignissen, die zur Ischämietoleranz und Neuroprotektion führen, ist eine Herausforderung für die Zukunft.

Effective treatment of patients with the diagnosis of acute stroke has great impact on the prognosis of these patients, whereas early effective treatment of stroke patients is limited. Hence many research was made on the pathomechanisms of cerebral ischemia in the past decades. In this study we investigated in a model of focal cerebral ischemia in rats if preconditioning with hyperbaric oxygen leads to ischemic tolerance in the brain and if which mechanisms are potentially involved. Therefore male Wistar rats were preconditioned with hyperbaric oxygen on five consecutive days. On day six permanent focal cerebral ischemia was introduced. Four days later the animals were sacrificed, the brains were achieved and prepared and serial brain slices were stained. Infarct volume was determined and controls were compared to treated animals. Additionally to the the effect of hyperbaric oxygen the effects of pure oxygen and the pre-treatment with a non-enzymatic radical scavenger were assessed. Further studies were made on the content of free radicals and radical scavenging enzymes in treated and untreated animals. In the results we could show an approximately 30 % reduction of infarct volume in the hyperbaric oxygen-preconditioned groups. There was an increase in free radicals and (as a trend) an increase in radical scavenging enzymes in these groups. Furthermore the reduction of infarct volume was abolished by pre- treatment with the non-enzymatic radical scavenger. There were no signs of damage in the brains of hyperbaric oxygen-preconditioned animals. Thus we demonstrated for the first time in a focal model of cerebral ischemia that hyperbaric oxygen as a preconditioning stimulus leads to ischemic tolerance in the brain and that this phenomenon is potentially linked through free radicals and radical scavenging mechanisms. Which further steps are necessary for this tolerance induction is still unknown. In synopsis with the results of other investigators apoptosis and regulation of apoptosis could play a main role. But further investigation on this is needed an this is the great challenge for the future.