Die isoliert autolog hämoprefundierte Schweinelunge: Untersuchungen an Schlachthoforganen

Abstract

In dieser Studie wurde ein Ersatzmodell für Tierversuche untersucht, deren Grundlage autolog hämoperfundierte Schweinelungen in einem geschlossenem Kreislaufsystem bilden, die in kommerziellen Schlachthofbetrieben gewonnen wurden. Als Ausgangsbasis dienten die bereits bekannten Modelle der Organperfusion. Für die Auswertung des Ersatzmodells wurden 12 isoliert autolog hämoperfundierte Schweinelungen aus dem Schlachthofbetrieb (Ex vivo) mit 6 isoliert autolog hämoperfundierten Schweinelungen verglichen, die unter OP-Bedingungen gewonnen (Ex vivo OP) wurden. Die gleichen dabei erhobenen Vitalparameter der beiden Vergleichsgruppen, wurden vor der Lungenentnahme, in den narkotisierten und kontrolliert beatmeten Schweinen (In vivo) erhoben und ebenfalls verglichen. Dieses Reperfusionssystem (hier auch als Ersatzmodell bezeichnet) erlaubt eine neue Möglichkeit zur Erfassung und Erforschung respiratorischer sowie zirkulatorischer Parameter, ohne die Beeinflussung durch andere Organsysteme. Für die Lungentransplantationsmedizin ist der Ischämie-Reperfusionsschaden, den erhöhte pulmonale Widerstände, eine eingeschränkte Gaswechselleistung sowie eine schlechte Atemmechanik kennzeichnen, von vordergründiger Bedeutung. Zudem ist der Ischämie- Reperfusionsschaden mit einer deutlichen Ödemneigung in den verschiedenen Lungenkompartimenten verbunden. Durch diese Studie ist es möglich, an einem intakten Organ ohne Zerstörung der strukturellen Integrität, physiologische Eigenschaften zu untersuchen und die wesentlichen Parameter zu kontrollieren, einzustellen und beizubehalten. Aus dem Vergleich der gewonnenen Parameter der beiden Reperfusionsgruppen mit denen der narkotisierten Schweine resultiert, dass der Ischämie-Reperfusionsschaden sich in beiden ILP-Gruppen reproduzieren und somit besser untersuchen lässt. In zukünftigen Studien wäre dadurch die Möglichkeit gegeben, sowohl im Rahmen der Grundlagen- als auch der pharmakologischen Forschung Substanzen zu testen, unabhängig bzw. isoliert vom Gesamtorganismus. Die Möglichkeit der Verwendung eines Organs, gewonnen in einem kommerziellen Schlachthofbetrieb, stellt damit eine sinnvolle Ergänzung der bereits vorhandenen Modelle dar. Als Alternativlösung zu Tierversuchen besteht der große Vorteil in der hohen Verfügbarkeit unter Berücksichtigung ethischer Belange bei gleichzeitiger Minimierung der Einschränkung der Forschung. Durch die gewonnenen Daten während der ILP ist nachgewiesen worden, dass die Organe von Schlachthoftieren, im Vergleich zu denen, die unter OP.-Bedingungen gewonnen wurden, einen geringeren pulmonal vaskulären Widerstand, eine höhere Compliance, eine geringere Ödemneigung, vergleichbare pulmonal-venöse Sauerstoffpartialdrücke sowie pulmonal-arterielle Drücke aufwiesen und demzufolge einen geringeren Ischämie-Reperfusionsschaden auslösten. Im Rahmen der Erforschung des Ischämie-Reperfusionsschadens bei Humanlungen nach einer Transplantation wurde festgestellt, dass Endothelin diesen Prozess darüber hinaus negativ beeinflusst. In verschiedenen Studien konnte eine Verstärkung der massiven Beeinträchtigung der Lungenfunktion durch dieses Peptid nachgewiesen werden. Zu jedem Entnahmezeitpunkt der Proben aus beiden ILP-Vergleichsgruppen wurden im Vergleich zu den narkotisierten Schweinen, erhöhte ET-1-Werte festgestellt. Des Weiteren war im Versuchsverlauf ein weiterer Anstieg der ET-1-Konzentration nach der Lungenpassage in der Ex vivo OP- und in der Ex vivo- Gruppe zu verzeichnen. Somit ist erwiesen, dass in der Lunge ET-1 produziert wird und dessen Produktion im Versuchsverlauf mit dem Ischämie-Reperfusionsschaden zunimmt. Gleichzeitig war die ET-1-Freisetzung in der Ex vivo OP- Gruppe geringer als in der Ex vivo- Gruppe und das trotz schlechter Vitalparameter. Folglich lässt sich der Ischämie-Reperfusionsschaden nicht nur durch das Endothelin erklären, sondern als das komplexe Zusammenspiel von verschiedenen Schlüsselmechanismen, reguliert durch mehrere Mediatoren.

An alternative to laboratory animals was investigated using autologous hemoperfused pig lungs in a closed circulation system. Well known models of organ perfusion served as a guideline. The analysis included twelve isolated autologous hemoperfused pig lungs, collected from a slaughterhouse (ex vivo), compared to six autologous hemoperfused pig lungs derived under surgical conditions (ex vivo OP). Vital parameters were not only compared between the two groups (ex vivo and ex vivo OP), but also to narcotised and breath controlled pigs (in vivo) prior to lung extraction. This reperfusion system allows new possibilities to analyse respiratory and circulatory parameters, without any interactions of other organs. For lung transplantation the occurring ischemia-reperfusion injury is most important represented by higher pulmonary resistance, restricted gas exchange and poor respiratory mechanics. In addition, the ischemia-reperfusion injury is associated with edema in different lung compartments. This study enables the analysis of an intact organ on its physiological properties and parameters, without destroying the structural integrity. The comparison of the parameters analysed in the collected reperfused pig lungs (ex vivo; ex vivo OP) to narcotised pigs (in vivo), showed that the ischemia-reperfusion injury is reproducible in the collected slaughterhouse lungs. Fundamental research, like that of pharmacologic substances, can bring great possibilities for future studies, since these are isolated and independent of the whole organism. Collecting and using slaughterhouse lungs provide a good complementation to already known methods. The advantage to laboratory animals is the high availability, the economic approach, as for minimising experimental restriction when regarding ethical aspects. The derived data, during the study, showed that the extracted slaughterhouse lungs had a lower pulmonary vascular resistance, a higher compliance, lower tendencies to edema and similar pulmonary vein oxygen partial pressure, compared to those lungs collected under surgical conditions, and therefore decreasing the ischemia-reperfusion injury on the lung. Several studies on the ischemia-reperfusion injury in human lungs, after transplantation, confirmed that the procedure and lung function was negatively influenced through the protein endothelin. In the own study, higher endothelin-1 (ET-1) values were found at every sample taking in both groups (ex vivo and ex vivo OP) compared to the narcotised pigs (in vivo). A rise of the ET-1 concentrations continued with trial time in both groups of reperfused pig lungs. This study showed that ET-1 production in the lung increased with trial time and ischemia-reperfusion injury. ET-1 concentrations were lower in the ex vivo OP group compared to the ex vivo group, despite worse vital parameters. In conclusion, the ischemia-reperfusion injury is not only explained by the protein endothelin, but by the complex combination of different mechanisms, regulated through many mediators.