Experimentelle und klinische Untersuchungen der intestinalen Zirkulation und der Inflammationsreaktion bei Sepsis und Organversagen

Abstract

In unseren experimentellen und klinischen Studien wurden sowohl grundlegende Mechanismen als auch therapeutische Ansatzmöglichkeiten bei Sepsis und Organversagen untersucht. Die Ziele bestanden in der weiteren Erforschung der pathophysiologischen Mechanismen während der experimentellen Endotoxinämie als Sepsismodell im Tierversuch (Ratte), in der Weiterentwicklung des Tiermodells sowie in der Überprüfung und Übertragung von Therapiestrategien im klinischen Setting bei Patienten mit Sepsis und Organversagen. Entsprechend der Fragestellungen der einzelnen Teilarbeiten (s. Kapitel 2, Gegenstand, Ziele und Fragestellungen der Untersuchungen) konnten wir die folgenden wesentlichen Ergebnisse erzielen: 1\. Im Tiermodell fanden wir während experimenteller Endotoxinämie eine Korrelation zwischen den Änderungen des Power-Spektrums des arteriellen Blutdruckes und den Änderungen der mittels Laser-Doppler- Flowmetrie untersuchten intestinalen Mikrozirkulation. Die Endotoxinämie resultierte in einer erhöhten sympathischen Aktivierung der systemischen Gefäße, was sich an einer erhöhten LF-Power des arteriellen Blutdruckes zeigte. Die erhöhte Variabilität der LF-Power des intramukosalen Blutflusses ist jedoch ein sekundärer Effekt in Folge der erhöhten LF-Power des arteriellen Blutdruckes, da der erstgenannte Effekt durch eine systemische, nicht jedoch durch eine lokale Sympathektomie abgeschwächt werden konnte. 2\. Im experimentellen Setting konnten wir ebenfalls zeigen, dass die Behandlung der septischen Tiere mit dem Gerinnungsfaktor XIII die durch die Endotoxinämie verursachte Störung der intestinalen Mikrozirkulation (Verminderung der funktionellen Kapillardichte der intestinalen Mukosa) signifikant vermindert und somit protektiv auf die Mukosa-Perfusion wirkt. Ein Einfluss von FXIII auf die während Endotoxinämie erhöhte Leukozytenadhärenz konnte nicht nachgewiesen werden. 3\. Auch vasoaktive Substanzen wurden von uns in diesem experimentellen Setting untersucht. Die Applikation des synthetischen Katecholamins Dopexamin verhinderte den (als Ausdruck einer gestörten Mikrozirkulation) durch Endotoxingabe induzierten Abfall des intestinalen mikrovaskulären Laser-Doppler-Flusses. Die verminderte funktionelle Kapillardichte wurde ebenfalls günstig im Sinne einer Protektion der Mikrozirkulation beeinflusst. Dopexamin reduzierte ebenfalls die erhöhte Leukozytenaktivierung (Adhärenz an der Gefäßwand intestinaler Venolen) und die TNF-α-Spiegel als Ausdruck einer antiinflammatorischen Wirkung dieser Substanz. 4\. Die Wirkung dieses synthetischen Katecholamins wurde von uns im klinischen Setting bei septischen Patienten im Vergleich mit einer weiteren vasoaktiven Substanz, dem stabilen Prostazyklinanalogon Iloprost, welche zusätzlich das Gerinnungssystem in Sinne einer Hemmung der Thrombozytenaggregation beeinflusst, untersucht. Wir fanden nach Applikation beider Substanzen eine deutliche Erhöhung der Plasmaverschwinderate des Farbstoffes Indozyaningrün im Blut als Ausdruck einer verbesserten gastrointestinalen Perfusion bzw. Leberfunktion. Die beiden Substanzen wirken somit protektiv auf die gastrointestinale Perfusion respektive auf die Leberfunktion bei Patienten im septischen Schock. 5\. Eine weitere klinische Untersuchung des synthetischen Prostazyklinanalogons Iloprost führten wir bei intensivpflichtigen Patienten im Zusammenhang mit der CVVH durch. Die zusätzliche (zur Standardheparinisierung durchgeführte) Applikation von Iloprost führte zu einer Verlängerung der Filterlaufzeiten bei gleichzeitiger Verminderung des Abfalls der relativen Thrombozytenzahlen im Sinne eines Thrombozyten-Schutzes. Interessant dabei war, dass die applizierte Dosis von Iloprost keinen Einfluss auf die durchgeführten Thrombozyten-Funktionsassays hatte. Dies deutet darauf hin, dass hier möglicherweise andere Effekte, als die Hemmung der Thrombozytenaggregation eine Rolle spielen, wie beispielsweise die Verbesserung der rheologischen Eigenschaften der Erythrozyten. Dies würde eine neue Herangehensweise im Zusammenhang mit der Verhinderung der Filterokklusion während CVVH ermöglichen.

In our experimental and clinical studies we investigated both basic pathophysiological mechanisms and therapeutic approaches for sepsis and organ failure. Our aims were to further explore the pathophysiological mechanisms at work during experimental endotoxemia in an animal model (rat); to improve this animal sepsis model; and to both evaluate experimental therapies and advance cross-over into the clinical setting. For the five sub-headings we reported the following results respectively: 1\. During experimental endotoxemia in the animal model we found a correlation between changes in the power spectrum of the arterial blood pressure and changes in intestinal microcirculation as measured by laser Doppler flowmetry. Endotoxemia resulted in increased sympathetic activation in the systemic vessels as indicated by an increased LF power of the arterial blood pressure. We concluded that the increased variability in the LF power of the intramucosal blood flow is secondary to the increase in LF power of the arterial blood pressure because the former effect could be diminished by a systemic but not by a local sympathectomy. 2\. In an experimental setting we found that coagulation factor XIII treatment of sepsis in animals significantly attenuated the disturbance of intestinal microcirculation that is caused by endotoxemia, and so we concluded that treatment with F VIII protects mucosal perfusion. We did not observe any influence of FXII on leukocyte adherence, which is known to be increased during endotoxemia. 3\. We also investigated vasoactive substances in this experimental setting. Administration of the synthetic catecholamine dopexamine prevented the endotoxin-induced decrease in intestinal microvascular laser Doppler flow, which is known to follow disturbance in the microcirculation. We also observed that dopexamine possesses microcirculation-protective properties - the usual decrease in functional capillary density was attenuated. Dopexamine also reduced activation of leukocytes (as measured by adherence to the wall of intestinal venules) and it was associated with reduced TNF- levels, reflecting its anti-inflammatory properties 4\. We compared dopexamine to the stable prostacyclin analogue iloprost, in human sepsis patients. Iloprost is known to inhibit platelett aggregation. In both septic shock patients receiving iloprost and patients receiving dopexamine, the plasma disappearance rate of indocyanine green dye was increased markedly as a result of improved gastrointestinal perfusion or liver function. 5\. We performed a further clinical evaluation of iloprost in critically ill patients undergoing CVVH. We gave iloprost in addition to heparin to CVVH patients compared to heparin alone and observed prolonged filter run times and reduced falls in platelet counts in Iloprost patients. An interesting aspect was that we found no influence of iloprost on platelet function assays. This could indicate that effects other than inhibition of platelet aggregation may explain the beneficial effects of iloprost. One example may be improved rheological properties of red blood cells. This may be a new approach to prevention of filter occlusion during CVVH