Einfluss des von Streptococcus pneumoniae produzierten H2O2 auf die zerebrale Hyperämie in der Frühphase der experimentellen Pneumokokkenmeningitis

Abstract

Mit den beschriebenen Experimenten konnte gezeigt werden, dass das von lebenden Pneumokokken gebildete H2O2 einen wesentlichen Anteil der in der Frühphase (6 Stunden) der experimentellen Meningitis beobachteten Zunahme des regionalen zerebralen Blutflusses verursacht. Die Antagonisierbarkeit durch den spezifischen Kanalblocker TEA spricht für einen direkten vasodilatierenden Effekt des bakteriellen H2O2 durch Aktivierung von calciumabhängigen Kaliumkanälen der glatten Gefäßmuskulatur. Hiermit wurde einerseits eine neuartige Funktion von bakteriell produziertem H2O2 beschrieben, das bislang als Pneumokokken-Exotoxin mit oxidativ zellschädigender Wirkung bekannt war. Zum anderen wurde ein neuartiger Mechanismus beschrieben, der gemeinsam mit wirtsseitig vermittelten Effekten zur intrakraniellen Hyperämie in der Pneumokokkenmeningitis beiträgt. Diese spezifische Regulation des Vasotonus durch ein bakterielles Stoffwechselprodukt stellt einen über die bakterielle Meningitis hinaus neuartigen Befund dar, der auch bei anderen invasiven Infektionen durch H2O2-produzierende Streptokokken (Sepsis, Pneumonie) von pathophysiologischer Relevanz sein kann.

Bacterial meningitis is a life-threatening disease associated with a high frequency of neurological sequelae in survivors. A large proportion of acute neurological complications are linked to alterations of cerebral blood flow. The most common pathogen, Streptococcus pneumoniae, releases vasoactive hydrogen peroxide (H2O2) due to the lack of a functional catalase. The aim of this study was to determine the impact of bacterial H2O2 on regional cerebral blood flow (rCBF) and intracranial pressure (ICP) in a 6 h rat model of pneumococcal meningitis. Following infection with H2O2-producing wildtype pneumococci (strain D39), rCBF increased to 217 ± 23 % of baseline. The rCBF increase was significantly smaller following challenge with the H2O2-deficient mutant SpxB- (135 ± 17 %) or purified pneumococcal cell walls (PCW; 192 ± 5 %). The rCBF increase was strongly attenuated also when D39-induced meningitis was treated with H2O2-degrading catalase or with tetraethylammonium (TEA), a blocker of calcium sensitive potassium channels, which mediate H2O2-induced vasodilation. Catalase did not significantly reduce the rCBF increase caused by SpxB- or PCW. These findings identify bacterial H2O2 as an equally potent vasodilator compared to host-derived mediators. Conversely, host-derived H2O2 does not appear to mediate cerebral vasodilation in early meningitis. Bacterial H2O2 mediated only a small proportion of meningitis-associated ICP increase. Direct modulation of vascular tone by bacterial H2O2 represents a novel pathophysiological concept with possible relevance in other invasive streptococcal infections, e.g. pneumonia and sepsis.