Einfluss von EUK-8 auf die funktionelle Kapillardichte und die Leukozyten- Endothel-Interaktion bei experimenteller Endotoxinämie

Abstract

Trotz der medizinischen Fortschritte der letzten Jahre liegt die Prävalenz der schweren Sepsis bei 11% und stellt die dritthäufigste Todesursache dar. Jährlich sterben in Deutschland 60000 Menschen aufgrund einer Sepsis und auf Intensivstationen steht die durch diese Erkrankung bedingte Mortalität an erster Stelle. Als ursächlich für die Entwicklung einer Sepsis beziehungsweise eines Multiple Organ Dysfunction Syndrom (MODS) werden Alterationen im Bereich der Mikrozirkulation angesehen. Eine entscheidende Rolle in diesem Prozess spielen die Leukozyten, welche unter anderem durch Freisetzung von Sauerstoffradikalen zur Entstehung der endothelialen Dysfunktion beitragen und diese zusätzlich agravieren. Daher wird in der Antagonisierung der schädigenden Mediatoren, wie zum Beispiel reaktiven Sauerstoffspezies, ein Behandlungsansatz zur adjunktiven Sepsis-Therapie gesehen. EUK-8 - ein antioxidativ wirkendes SOD/Katalase-Mimetikum, welches der oxidativen Schädigung von Organen entgegenwirkt, hat bereits in mehreren Studien positive Effekte auf die Mikrozirkulation und die Inflammationsreaktion gezeigt. Die Beeinflussung der mesenterialen Mikrozirkulation, insbesondere der funktionellen Kapillardichte und der Leukozyten-Endothel-Interaktion, standen im Mittelpunkt dieser Arbeit. Ziel dieser tierexperimentellen Untersuchung war es, dieses Antioxidants hinsichtlich seiner Wirksamkeit bei Vorliegen einer Sepsis tierexperimentell zu untersuchen. Die Untersuchung mikrozirkulatorischer Störungen ist unter klinischen Bedingungen nur beschränkt möglich, daher wählten wir mit Genehmigung der zuständigen Tierschutzkommission ein Tiermodell an der Ratte. Mit Hilfe dieses Modelles wurde der Effekt der Gabe von EUK-8 auf die mesenteriale Mikrozirkulation, auf die systemische Entstehung von Produkten einer Oxidationsreaktion (MDA, oxLDL, AOPP, Kontrollen zur Peroxidbestimmung), die antioxidative Kapazität und auf paraklinische Parameter, wie die Leukozytenzahl, unter einer Lipopolysaccharidbelastung von 10 mg/kg Körpergewicht untersucht. Die Beurteilung der mesenterialen Mikrozirkulation erfolgte mittels Intravitalmikroskopie. Hierbei wurde das Ausmaß der Leukozytenadhärenz am Endothel der mesenterialen Venolen als Maß für die Leukozytenaktivierung und die funktionelle Kapillardichte als Parameter für die Endothelperfusion bestimmt. In der intravitalmikroskopischen Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass nach einer Stunde Endotoxinämie die LPS-bedingte Abnahme der funktionellen Kapillardichte in den mesenterialen Venolen durch die Verabreichung von EUK-8 signifikant beeinflusst werden konnte. Es zeigten sich signifikante Unterschiede beim Vergleich zwischen Kontroll- und Endotoxingruppe sowie zwischen der Endotoxin- und der EUK-8-Gruppe. Ebenso kam es zu einer signifikanten Reduktion der Anzahl der fest adhärenten Leukozyten an mesenterialen Venolen der Ratte in der Endotoxin-EUK-8-Gruppe im Vergleich zur Endotoxin-Gruppe. Die temporäre Leukozytenadhärenz wurde durch die EUK-8-Gabe nicht statistisch charakteristisch beeinflusst. Durch den Einsatz von EUK-8 konnten die Parameter MDA, oxLDL und AOPP sowie die Kontrollen zur Peroxidbestimmung nicht signifikant beeinflusst werden. Auch bezüglich der antioxidativen Kapazität und der endotoxinbedingte Leukopenie konnte kein statistisch charakteristischer positiver Effekt nachgewiesen werden. Der nachgewiesene Effekt von EUK-8 auf die funktionelle Kapillardichte und die feste Leukozytenadhärenz unterstützt die Hypothese, dass leukozytenunabhängige Mechanismen für diesen Vorgang existieren. Gleichzeitig konnte der intravitalmikroskopisch evaluierte Effekt von EUK-8 durch die Bestimmung der gewählten labordiagnostischen Parameter in dieser Versuchsanordnung nicht nachvollzogen werden. Für den klinischen Einsatz von EUK-8 ist ein aussagekräftiger Laborparameter als Kontrolle über den Behandlungserfolg jedoch unerlässlich. Daher sollten sich weiterführende Untersuchungen mit anderen Entzündungsmarkern, wie beispielsweise den Interleukinen, befassen. Andere Studien könnten die bereits evaluierten Parameter über einen längeren Zeitraum erfassen, da nach längerer Untersuchungsdauer möglicherweise noch ein signifikanter Unterschied in Erscheinung treten könnte.

Impact of EUK-8 Administration on the Functional Capillary Density and Leukocyte Adherence in Experimental Endotoxemia The prevalence of severe sepsis remains by 11 % despite all the medical improvements in recent years. Each year 60000 people die in Germany due to sepsis and in intensive care units it is the main cause for mortality. Alterations within the microcirculation are believed to be causative for the development of sepsis or Multiple Organ Dysfunction Syndrome (MODS). Leukocytes have a decisive role in this process, causing amongst other the release of oxygen radicals, which facilitate endothelial dysfunction and furthermore aggravate this process. Therefore antagonising harmful mediators such as reactive oxygen radicals is seen as a possible starting point of treatment in adjunctive sepsis therapy. In several studies EUK- 8, an antioxidative superoxide dismutase/catalase – mimetic, which counters the oxidative damaging of organs, has been shown to have positive effects on the microcirculation and the inflammatory response. The main focus of this study was on influencing the mesenterial microcirculation, especially of functional capillary density and the leukocyte-endothelial interactions. Aim of this experimental animal study was to investigate the efficiency of the antioxidant EUK-8 in the presence of sepsis. Investigations on microcirculatory disturbances in a clinical setting are only possible in a limited fashion. Therefore we chose an animal model in the rat with the approval of the animal ethics committee. The effect of giving EUK-8 on the mesenterial microcirculation, on the systemic synthesis of products of oxidative reactions (MDA, oxLDL, AOPP, controls for peroxide evaluation), the antioxidative capacity and on paraclinical parameter such as the number of leukocytes was investigated under a lipopolysaccharid load of 10mg/kg body weight. Mesenterial microcirculation was evaluated using intravital microscopy. The amount of leukocyte adherence to the endothelium of the mesenterial venules was used as a measurement for leukocyte activation. Functional capillary density was used as a parameter for the endothelial perfusion. Intravital microscopy investigations showed that after an hour of endotoxemia the LPS caused reduction of functional capillary density of the mesenterial venules could be influenced significantly by application of EUK-8. Significant differences were revealed in comparisons of control and endotoxin groups as well as between endotoxin and EUK-8 groups. A significant reduction of the number of sticky adherent leukocytes on mesenterial venules of the rat in the endotoxin-EUK 8 group in comparison to the endotoxin group was also noted. Rolling leukocyte adherence was not significantly influenced by EUK-8 application. No significant effects on the parameters MDA, oxLDL and AOPP as well as controls for peroxide evaluation were induced by usage of EUK-8. Similarly endotoxin induced leukopenia and antioxidative capacity were not influenced significantly. The proven effect of EUK-8 on the functional capillary density and on the sticky leukocyte adherence supports the hypothesis that leukocyte independent mechanisms exist for this procedure. The effects of EUK-8 observed by intravital microscopy could not be confirmed by the chosen laboratory parameters of the experiment. For clinical usage an indicative laboratory parameter as a control for successful treatment is a necessity. Therefore continuing investigations with other inflammatory markers, such as interleukines ought to be conducted. Other studies could investigate the already evaluated parameters over a longer period of time, as significant differences could occur after a longer period of examination.