SEPSIS, SCHOCK UND TRAUMATA VOM TIERMODELL IN DIE KLINIK

Transkript

1 SEPSIS, SCHOCK UND TRAUMATA VOM TIERMODELL IN DIE KLINIK Herbert de Groot Institut für Physiologische Chemie, Universitätsklinikum Essen

2 THEMA 1: PROTEKTION DURCH GLYCIN ZELLKULTUR -----> TIERVERSUCH -----> KLINIK THEMA 2: BALANCIERTE INFUSIONSLÖSUNGEN KLINIK -----> TIERVERSUCH

3 Strukturen von Glycin, Alanin und Serin Folie 3

4 METABOLISM OF GLYCINE Struktur des Glycins Folie 4 Petrat et al. Br J Pharmacol 165, , 2011

5 Schutz von kulevierten RaHenhepatozyten vor der hypoxischen Schädigung durch Glycin, Alanin und Serin M. Brecht, H. de Groot, Amino Acids (1994) 6: 25-35

6 Einfluss verschiedener Lösungen auf die Lagerung von kultivierten Rattenhepatozyten bei 4 C Zelltod (%) Celsior-Lsg. UW-Lsg. Labor-Lsg Inkubationszeit (h) Rauen, de Groot, unveröffentlicht

7 Design einer neuen Protektionslösung (N46) im Vergleich zur Histidin-Tryptophan- Ketoglutarat (HTK)-Lösung N46 HTK Cl - 30 mm 32 mm α-ketoglutarate 2 mm 1 mm Aspartate 5 mm - N-Acetylhistidine(-)/N-Acetlyhistidine 57 mm - Na + 16 mm 15 mm K + 10 mm 9 mm Mg 2+ 8 mm 4 mm Ca mm - Arginine 3 mm - Histidine/Histidine(+) 124 mm 198 mm Glycine 10 mm - Alanine 5 mm - Tryptophan 2 mm 2 mm Mannitol - 30 mm Saccharose 33 mm Desferal 0.1 mm - LK 614 (intracellular iron chelator) 10 µm - ph Blue: major alterations (additional protective principles)

8

9

10 Mesenteriale Ischämie bei herzchirurgischen Maßnahmen Mesenteric ischemia (MESI) is a rare but fatal complication after cardiac surgery Ø Incidence: 0,1 0,4 % Ø Mortality: % Rodriguez, R et al.; J Card Surg 25, (2010). Abboud, B. et al.; Interact Cardiovasc Thorac Surg 7(2008) Bolcal, C. et al.; Can. J. Gastroenterol. 19, (2005) Mangi, A. A. et al.; Ann. Surg. 241, (2005) Schütz, A. et al.; Angiology 49, (1998) Folie 10

11 Mesenteric ischemia-reperfusion. Experimental model Arterial/venous Vascular system (rat) Ischemia of Jejunum to Colon transversum Folie 11

12 MESENTERIC ISCHEMIA-REPERFUSION. EXPERIMENTAL PROCEDURE Glycine-Infusion (5, 10, 20 and 75 mg/kg)! (30 min) (90 min) Pre-ischemic (30 min) Ischemia (90 min) Reperfusion (2 h) Blood samples Blood samples Blood samples Blood samples Macroscopic examination Histopathology Measurement of vital signs during the whole experiment Time (min) Folie 12 Male Wistar rats

13 EFFECT OF GLYCINE INFUSION ON THE MEAN ARTERIAL BLOOD PRESSURE DURING MESENTERIC ISCHEMIA-REPERFUSION Folie min ischemia/120 min reperfusion; glycine 120 min Petrat et al. Eur Surg Res 46, , 2011

14 EFFECT OF GLYCINE ON INJURY OF THE RAT SMALL INTESTINE FOLLOWING MESENTERIC ISCHEMIA-REPERFUSION Folie min ischemia/120 min reperfusion; glycine 120 min Petrat et al. Eur Surg Res 46, , 2011

15 Lipopolysaccharid (LPS)-Modell o o o männliche Wistar-Ratten LPS = bakterielles Pathogen (Endotoxin) Glycin, 2 x 50 mg/kg Glycin Glycin LPS 1 mg/kg x h -30 min 0 min 60 min 120 min 180 min 240 min 300 min 360 min Blutproben: BGA, Schädigungsparameter, NO, ROTEM, Hämolyse final: Makroscore, Organgewichte Vitalparameter während des gesamten Experiments Folie 15

16 WIRKUNG VON GLYCIN AUF DIE SCHÄDIGUNG DES DARMS DURCH ENDOTOXINE Folie 16 Effenberger-Neidnicht et al., eingereicht zur Veröffentlichung

17 KLEINE UNKLARHEIT Folie 17 Telekom D1 Werbung Brücke 1994

18 GLYCINE, AN INHIBITORY NEUROTRANSMITTER AND AN INHIBITOR OF THE ACTIVATION OF IMMUNE CELLS Folie 18 Petrat et al. Br J Pharmacol 165, , 2011

19 FORMATION OF PATHOLOGICAL PLASMA MEMBRANE PORES DURING HYPOXIC INJURY AND IST PREVENTION BY GLYCINE Folie 19 Petrat et al. Br J Pharmacol 165, , 2011

20 POSTULIERTE MECHANISMEN, DURCH DIE GLYCIN UND ÄHNLICHE MOLEKÜLE SCHÜTZEN SOLLEN 1. Hemmung einer (hypothetischen) pathologischen Pore ( death channel)durch Glycin IC50: µm 2. Bindung an GlyR, Aktivierung eines Chloridkanals, Hyperpolarisation; dadurch Verhinderung der Aktivierung von Entzündungszellen IC50: µm 3. Wirkung als kleines Chaperon (Stabilisierung von Proteinen und anderen Strukturen; erst in millimolaren Konzentration) Folie 20

21 BLOOD PLASMA GLYCINE CONCENTRATIONS AFTER INFUSION OF DIFFERENT GLYCINE DOSES Physiologischer Konzentrationsbereich 1/4 of the glycine doses given for 30 min under normoxic conditions Folie 21 Petrat et al. Eur Surg Res 46, , 2011

22 PROTEKTION DURCH GLYCIN Offene Fragen Protektiver Mechanismus des Glycins unter in vivo-bedingungen unbekannt (trotz mehr als 2000 Veröffentlichungen) Neues Protektionsprinzip? Protektion klinisch belegbar (Bedingungen, Krankheiten)? ZELLKULTUREN TIERVERSUCH KLINIK Folie 22

23 THEMA 1: PROTEKTION DURCH GLYCIN ZELLKULTUR -----> TIERVERSUCH -----> KLINIK THEMA 2: BALANCIERTE INFUSIONSLÖSUNGEN KLINIK -----> TIERVERSUCH

24 Die wahrscheinliche Erstbeschreibung von künstlichem Blut (Ovid, 43 v.chr. bis 17 n.chr., Metamorphosen, 7. Buch) Die Zauberin (Pharmazeutin) Medea initiiert eine Verjüngungskur indem sie das Blut des greisen Aeson durch ein Gebräu komplexer Zusammensetzung intravasal und enteral substituiert. Bestandteile: Wurzeln Samen Blumen Steine/Sand Fleisch/Leber Eulenflügel Gedärm (Werwolf) Krähenkopf u.a.mehr Bei der Zusammenstellung waren eine Vielzahl von Auflagen zu erfüllen. Nicolas-André Monsiau Folie 24

25 Choleraepidemie ( ) (Erste Ansätze für eine rationale Infusionstharpie) Intravenöse Infusion von Wasser (Herman und Jaehnichen, 1830, Moskau): Patient stirbt nach 2 h. Beschreibung der Pathologie der Cholera (William O Shaughnessy, England, 1831) als Dehydratation und Stagnation des Blutes. Therapievorschlag: bring certain salts of highly oxygenated constitution into contact with the black blood of cholera.. He recommended potassium nitrate and potassium chlorate. The theory was that blood would be oxygenated by the decomposition of nitrous oxide or by oxidizing agents such as nitrates or chlorates nach Mason, Br J Anaesth 1971, 43, 681. Infusion von Salzlösungen (wahrscheinlich 58 mm Natrium, 49 mm Chlorid, 9 mm Bikarbonat) durch Thomas Latta (Schottland, 1833): 25 Patienten, 1/3 der Patienten überleben. Therapie setzte sich nicht durch und geriet wieder in Vergessenheit. Folie 25

26 Infusion von Milch V. a. in Nordamerika wird zwischen 1854 und 1884 Milch (Kuh, Ziege, Mensch) zum bevorzugten Infusat; erst danach setzt sich die Kochsalzinfusion durch. Folie 26

27 Intravenöse Kochsalztherapie als allgemein akzeptiertes klinisches Verfahren Durch Tierexperimente stellen ab ca Physiologen (v.a. auch in Deutschland) die Verwendung von Kochsalzinfusionen als Volumenersatz auf eine wissenschaftliche Basis. Ab ca Einzelberichte von erfolgreichen Kochsalzinfusionen beim Menschen (intraarteriell, subkutan, intraperitoneal, rektal, intraossär). Um 1890 Einführung der intravenösen Kochsalzinfusion als geordnetes Verfahren in die Klinik (Albert Sigmund Landerer, Leipzig). Die Infusion erfolgt aseptisch und durch Direktpunktion der Vene (keine Venae sectio). Folie 27

28 Elektrolytkonzentrationen im Blutplasma Kationen Anionen Na mmol/l Cl mmol/l K + 4,5 mmol/l HCO 3-24 mmol/l Ca 2+ 2,5 mmol/l HPO mmol/l Mg 2+ 1,25 mmol/l SO 4 2-0,5 mmol/l org. Säuren Proteinat - 1,5 mmol/l 20 mmol/l Σ 150 mmol/l Σ 150 mmol/l Folie 28

29 Balancierte Infusionstherapie Elektrolyte Anionen Kohlenhydrate Konzeption von Infusionslösungen Lösung: Zusatz galenisch geeigneter metabolisierbarer Anionen durch metabolisierbare Anionen wird der Gehalt an acidotisch wirkendem Chlorid vermindert (Elektroneutralität) metabolisierbare Anionen werden zu Bicarbonat verstoffwechselt, der Puffer entsteht in situ Ergebnis: Vermeidung und Korrektur metabolischer Acidose

30 ALKALISIERUNGSPRINZIP DER METABOLISIERBAREN ANIONEN COO - COO - COO - HO C H CH 3 HO C H CH 3 Acetat CH 2 Lactat COO - Malat Gluconeogenese 2 Lactat H + Glucose Oxidativer Abbau Lactat H O 2 3 H 2 O + 3 CO 2 Folie 30

31 MODELL DES HÄMORRHAGISCHEN SCHOCKS Schockphase Wiederbelebung (Reperfusion) Versuchstiere: Ratten MAP, mittlerer arterieller Blutdruck Folie 31 Hussmann et al., Crit Care Med, im Druck

32 KRISTALLOIDE INFUSIONSLÖSUNGEN Ion Isotone Kochsalzlösun g Ringer Ringer- Lactat Ringer- Acetat Na mm 147 mm 131 mm 130 mm Cl mm 155 mm 112 mm 112 mm K + 4 mm 5,4 mm 5,4 mm Ca 2+ 2,3 mm 1,8 mm 0,9 mm Mg 2+ 1,0 mm Lactat - 28 mm Acetat - 27 mm Folie 32

33 Überleben nach moderatem bzw. schwerem hämorrhagischen Schock in Abhängigkeit von der Reperfusionslösung Moderater Schock (40-45 mmhg) Schwerer Schock (25-30 mmhg) Ringer-Lactat Ringer Ringer-Lactat Ringer Zeit nach Reperfusion (min) Zeit nach Reperfusion (min) Folie 33 Hussmann et al., Crit Care Med, im Druck

34 Überleben nach moderatem bzw. schwerem hämorrhagischen Schock in Abhängigkeit von der Reperfusionslösung 100 Schwerer Schock (25-30 mmhg) Ringer- Lactat Ringer Ringer-Acetat Zeit nach Reperfusion (min) 200 Folie 34 Rohrig et al., J Surg Res 2013

35 OP-SCHEMA NORMOVOLÄMISCHE HÄMODILUTION 5 ml 0,9 % NaCl-Lösung/kg KGW/h Initialer Hämatokrit 1.Dilution 3. Dilution 5. Dilution 7. Dilution 9. Dilution Nachbeobachtung 2,5 Std 3min 15min 30min 30min 45min 60min 2. Dilution Katheterisierung 4. Dilution 6. Dilution 8. Dilution = Bestimmung des aktuellen Hämatokrits = Blutgasanalyse Folie 35

36 NORMOVOLÄMISCHE HÄMODILUTION Folie 36 Teloh JK, Ferenz KB, Petrat F, Mayer C, et al. (2013) Acid-Base and Electrolyte Status during Normovolemic Hemodilution with Succinylated Gelatin or HES-Containing Volume Replacement Solutions in Rats. PLoS ONE 8(9): e doi: /journal.pone

37 KOLLOIDALE LÖSUNGEN Folie 37 Teloh JK, Ferenz KB, Petrat F, Mayer C, et al. (2013) Acid-Base and Electrolyte Status during Normovolemic Hemodilution with Succinylated Gelatin or HES-Containing Volume Replacement Solutions in Rats. PLoS ONE 8(9): e doi: /journal.pone

38 VERHALTEN DES SÄUREBASE-HAUSHALTS BEI HÄMODILUTION MIT VERSCHIEDENEN KOLLOIDALEN LÖSUNGEN Folie 38 Teloh JK, Ferenz KB, Petrat F, Mayer C, et al. (2013) Acid-Base and Electrolyte Status during Normovolemic Hemodilution with Succinylated Gelatin or HES-Containing Volume Replacement Solutions in Rats. PLoS ONE 8(9): e doi: /journal.pone

39 BALANCIERTE INFUSIONSLÖSUNGEN Offene Fragen Verhalten des Säure-Base-Haushalts bei Einsatz balancierter Lösungen anders als erwartet (Mechanismus? Konsequenzen?) Einige der eingesetzten Metaboliten besitzen protektive Eigenschaften (Mechanismus? Klinisch nutzbar? ) KLINIK TIERVERSUCH ISOLIERTE MITOCHONDRIEN ZELLKULTUREN PERFUNDIERTE ORGANE (HERZ, LEBER) ISOLIERTE ENZYME Folie 39