Einfluss der Gabe von HyperHAES und N-Acetylcystein© auf die kortikale Perfusion und den sekundären Hirnschaden nach 'controlled cortical impact injury' bei der Ratte

Abstract

Fragestellung: Der posttraumatische sekundäre Hirnschaden ist ein multifaktorielles Geschehen, welches zusätzlich zur mechanisch bedingten Primärläsion zum zeitverzögerten Untergang von Hirngewebe führt. Kann HyperHaesTM (HHAES) durch seine hyperosmotisch-hyperonkotischen Eigenschaften den posttraumatisch verminderten regionalen zerebralen Blutfluss verbessern und die Größe des sekundären Hirnschadens beeinflussen? N-Acetylcystein (NAC) verbessert die mikrozirkulatorische Hämodynamik, reduziert oxidativen Stress und vermindert die posttraumatische inflammatorische Reaktion. Kann NAC somit den posttraumatischen vaskulären Schaden verringern und die Größe des Kontusionsvolumens beeinflussen? Die Wirkung beider Substanzen auf den posttraumatischen Blutfluss, Hirnödem und die Ausdehnung des sekundären Hirnschadens nach dem so genannten Controlled Cortical Impact Injury (CCII) wurde bei der Ratte untersucht. Material und Methoden: 132 männlichen Sprague Dawley Ratten wurde in Isoflurannarkose eine fokale Kontusion mittels CCII links temporo-parietal appliziert. Innerhalb von 15 Minuten nach Trauma wurde entweder HHAES oder physiologische Kochsalzlösung (4ml/kg KG, intravenös) injiziert. In weiteren Gruppen wurde NAC oder Plazebo (163 mg/kg KG, intraperitoneal) drei Mal pro Tier appliziert: direkt posttraumatisch, 2 und 4 Stunden nach Trauma. Arterielle Blutgasanalysen (BGA), Körperkerntemperatur, mittlerer arterieller Blutdruck (MAD) und der intrakranielle Druck (ICP) wurden überwacht. Der regionale zerebrale Blutfluss (rCBF) wurde mittels Laser-Doppler-Sonde perikontusionell zu den Zeitpunkten vor Trauma sowie 30 Minuten, 4 und 24 Stunden posttraumatisch bestimmt. 24 Stunden nach Trauma erfolgte die Hirnentnahme. Hemisphärenschwellung und hemisphärischer Wassergehalt wurden gravimetrisch 24h nach Trauma bestimmt. Das posttraumatische Kontusionsvolumen wurde planimetrisch mittels Triphenyl- Tetrazoliumchlorid-Färbung (TTC) nach 24 Stunden und zusätzlich in der HHAES und Plazebogruppe nach 7 Tagen bestimmt. Ergebnisse: Physiologische Parameter unterschieden sich zwischen den Gruppen nicht und blieben im Verlauf der Versuche im Normbereich. Der ICP war direkt nach HHAES-Infusion signifikant verringert. Die perikontusionelle Perfusion nach 4 Stunden war in der Plazebogruppe signifikant verringert (56.5 ± 6.2%), sowohl gegenüber den Ausgangswerten als auch im Vergleich mit der HHAES-Gruppe (85.2 ± 12.1%). Die fokale Perfusion der NAC-Tiere unterschied sich statistisch nicht von der Plazebogruppe. Eine Phase der Hyperperfusion konnte in allen Gruppen 24 Stunden nach Trauma beobachtet werden. Die posttraumatische Hemisphärenschwellung war bei den HHAES-Tieren tendenziell verringert (Plazebo: 8.9 ± 0.6% vs. HHAES: 8.3 ± 0.3% und NAC: 8.9 ± 0.6%). Der posttraumatische Wassergehalt war in allen traumatisierten Hemisphären signifikant höher als auf der nichttraumatisierten Gegenseite. In den traumatisierten Hemisphären konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen gefunden werden (Plazebo: 80.1 ± 0.2% vs. HHAES: 79.95 ± 0.05% und NAC 80.15 ± 0.3%). Das Kontusionsvolumen fiel 7 Tage nach Trauma bei HHAES- Gabe signifikant geringer aus (23.4 ± 3.5 mm3) gegenüber Plazebo-Applikation (39.6 ± 6.2 mm3). Dieser Unterschied war auch 24h nach Trauma nachzuweisen, jedoch nur ohne statistische Signifikanz. In der NAC-Gruppe waren Kontusionsvolumen und prozentualer Anteil kontusionierten Gewebes am Gesamthemisphärenvolumen niedriger als bei den Plazebotieren (53.5 ± 4.7 mm3 vs. 66.3 ± 5.3 mm3), ohne jedoch statistische Signifikanz zu erreichen. Schlußfolgerung: HHAES verhindert die posttraumatische perikontusionelle Minderperfusion und reduziert signifikant das Kontusionsvolumen 7 Tage nach Trauma ohne Effekt auf das posttraumatische Hirnödem. NAC reduziert tendenziell die Größe des Kontusionsvolumens nach CCII (p=0.09), zeigt jedoch keinen Effekt auf die perikontusionelle Perfusion oder die Hirnödemformation.

Objective: Secondary brain damage is characterized by delayed tissue damage developing after the mechanically caused primary lesion. Due to its hyperosmotichyperoncotic properties HyperHaesTM (HHES) can restore impaired posttraumatic local cerebral perfusion could and thereby influence secondary brain damage. N-Acetylcysteine (NAC) improves microcirculatory hemodynamics, reduces oxidative stress and reduces posttraumatic inflammatory response. Can NAC lower vascular damage and influence the size of posttraumatic contusion volume? Possible beneficial effects of both substances on cerebral blood flow, brain edema and impact on development of secondary brain damage after the so- called controlled cortical impact injury (CCII) were investigated in rats. Materials and methods: 132 male isoflurane-anaesthetized Sprague Dawley rats were subjected to a left temporo-parietal focal contusion. Within 15 minutes following trauma, either HHES or physiological saline (4ml/kg b.w.) was administered intravenously. Two additional groups received three intraperitoneal injections of NAC or physiological saline (163 mg/kg b.w.) directly after trauma as well as 2 and 4 hours after trauma. Arterial blood gases (ABG), core body temperature, mean arterial blood pressure (MABP) and intracranial pressure (ICP) were monitored. Regional cerebral blood flow was recorded by a laser Doppler probe in pericontusional areas before trauma and at 30 minutes, 4, and 24 hours after trauma. 24 hours following trauma animals were sacrificed for brain removal. Brain swelling and water content were measured gravimetrically. Posttraumatic contusion volume was determined planimetrically using triphenyl-tetrazoliumchloride staining at 24 hours and additionally at 7 days after trauma in HHES and controls. Results: Temperature and ABG remained stable. No significant changes in MABP were seen between the groups. ICP was significantly lower directly after HHES infusion. Pericontusional perfusion at 4 hours in the placebo group was significantly impaired (56.5 ± 6.2%) in comparison to baseline as well as to HHES treated animals (85.2 ± 12.1%). Focal perfusion in NAC treated animals did not differ statistically from controls. A period of posttraumatic hyperperfusion was observed in all groups 24 hours after trauma. A tendency towards a decrease in posttraumatic hemispheric swelling was observed in the HHES group (placebo: 8.9 ± 0.6% vs. HHAES: 8.3 ± 0.3% and NAC: 8.9 ± 0.6%). Posttraumatic water content was significantly increased in traumatized vs. non-traumatized hemispheres in all groups. No significant changes were seen in traumatized hemispheres comparing all groups (placebo: 80.1 ± 0.08% vs. HHES: 79.95 ± 0.05% and NAC 80.15 ± 0.3%). Contusion volume was significantly decreased following HHES administration (23.4 ± 3.5 mm3) versus placebo group (39.6 ± 6.2 mm3) 7 days after trauma, although no significant reduction could be shown after 24 hours. In the NAC group contusion volume and the percentage of damaged tissue following CCI were reduced versus placebo (53.5 ± 4.7 mm3 vs. 66.3 ± 5.3 mm3), however, without reaching statistical significance. Conclusion: HHES reverses posttraumatic pericontusional hypoperfusion and significantly reduces contusion volume 7 days after trauma. Although NAC with its antioxidant potency shows no effect on perfusion alterations, it still induces a reduction in contusion volume following CCII.