Therapeutische Beeinflussung septischer Mikrozirkulationsstörungen durch Adrenomedullin: Eine intravitalmikroskopische Studie am isoliert perfundierten Rattenileum

Abstract

Eine mucosale Hypoxie infolge von Minderperfusion stellt in der Sepsis ein wichtiger Pathomechanismus dar, der zur Störung der intestinalen Barrierefunktion führen kann. Die Translokation von Bakterien und Toxine aus dem Darmlumen sowie die Freisetzung von Inflammationsmediatoren könnte zu einer Aggravation septischer Krankheitsbilder führen. Adrenomedullin ist ein körpereigenes vasoaktives Peptid, welches in der Sepsis von der Mucosa des Gastrointestinaltraktes gebildet wird. Es verfügt in der experimentellen Sepsis über protektive Eigenschaften, deren Mechanismen noch weitgehend unklar sind. In der vorgelegten Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich Mikrozirkualtionsstörungen des Darmes durch Adrenomedullin beeinflussen lassen. Hierzu wurde ein isoliert perfundiertes Rattenileummodell gewählt und kombinierte intravitalmikroskopische Untersuchung der Mikrozirkulation und spektrophotometrischen Messung der Mucosaoxygenierung durchgeführt. Das Modell erlaubte so eine isolierte und detaillierte Analyse der Mikrozirkulation unter Ausschluss systemischer zirkulatorischer, nervaler und humoraler Einflüsse. Zur Auslösung septischer Mikrozirkulationsstörungen wurde alpha-Toxin von Staphylococcus aureus, einem klinisch relevanter Sepsiserreger, kontinuierlich in die Arteria mesenterica superior infundiert. Alpha-Toxin führte zu einer ausgeprägten Vasokonstriktion submucöser Widerstandsgefäße, nicht jedoch der terminalen Villusarteriolen. Daraus entwickelte sich ein Perfusionsmismatch innerhalb der Darmwand, das auf einer Umverteilung des Perfusatflusses beruhte und mit einer 50 %-igen Reduktion der Villusperfusion und Hypoxie einherging. Die Umverteilung der Perfusion äußerte sich auch durch eine verminderte Sauerstoffaufnahme des Darmes. Die unter alpha-Toxin unzureichende Sauerstoffversorgung der Mucosa äußerte sich auch anhand einer beeinträchtigten Sauerstoffausschöpfung des Darmes. Der Anstieg der mucosalen Hämoglobinkonzentration wurde als Folge einer postkapillären Vasokonstriktion und einer vermehrten Flüssigkeitsextravasation durch eine endotheliale Schrankenstörung gedeutet. Sie kann zusätzlich zur mucosalen Perfusionsminderung beigetragen haben. Durch die Gabe von Adrenomedullin konnte der Effekt von alpha-Toxin auf die Mucosaperfusion deutlich vermindert werden. Neben der Verbesserung der Perfusion zeigte sich ein Anstieg der mucosalen Hämoglobinoxygenierung. Gleichzeitig fand sich eine Sauerstoffaufnahme auf dem Niveau der Kontrollwerte. So ist davon auszugehen, dass sich die gefäßerweiternden Adrenomedullineffekte in besonderem Maße im Bereich der Mucosa ausgewirkt haben. Adrenomedullin, welches vorwiegend im Bereich der Mucosa exprimiert wird, spielt im Sinne einer parakrinen Wirkung eine wichtige Rolle hinsichtlich der Regulation des mucosalen Blutflusses.

In sepsis mucosal hypoxia, caused by diminished perfusion represents an important determining factor leading to intestinal-barrier failure. In this case the invasion of intestinal bacteria, toxins and other inflammatory mediators can further aggravate existing septic events. Adrenomedullin is an endogenous vasoactive peptide produced by the mucosa of the gastro-intestinal tract. In cases of experimentally induced sepsis it was found to exhibit protective properties, but the mechanism of this action is still unknown. In the work presented here, the corrective influence of Adrenomedullin on microcirculatory disturbances of the intestine was investigated. To evaluate mucosal microcirculation, an isolated rat ileum was selected as model and studied with intravital microscopy combined with spectrophoto¬metric measurements of mucosal oxygenation. This way the model has allowed a detailed and isolated analysis of the microcirculation, while excluding systemic circulatory, neural and humoral influences. Microcirculatory disturbances were induced by the powerful bacterial pathogen alpha-toxin from Staphylococcus aureus, infusing it continuously into the arteria mesenterica superior. The alpha-toxin led to a considerable vasoconstriction of the mucosal blood vessels and thus resulted in an increased perfusion-resistance. Furthermore, a perfusion mismatch arose in the intestinal wall based on redistribution of the perfusion flow and caused a 50% reduction of the villus perfusion and mucosal hypoxia. The insufficient oxygen supply of the mucosa, caused by the alpha- toxin, was also evident by the compromised oxygen uptake of the intestine. The rise of mucosal haemoglobin content was suggested to be consequenced by a postkapillary vasoconstriction und an increased fluid extravasation due to endothelial hyperpermeability. These alpha-toxin effects may have contributed to diminished mucosal perfusion. Administration of Adrenomedullin significantly reduced alpha-toxin effects on mucosal microcirculation. As a result of a a complete redistribution of the perfusion flow towards the mucosa the oxygenation of the mucosa was definitively improved. Moreover organ oxygen uptake was near control levels. It is thus to be assumed that the blood- vessel-dilating effect of Adrenomedullin is most pronounced in the area of the mucosa. Mucosa derived Adrenomedullin may act as paracrine mediator significantly involved in the regulation of intestinal mucosal blood flow.