Hämodynamische Charakterisierung eines murinen Sepsis-Modells

Kellinghaus, Jens; Hanrath, Peter

doi:HT015242342

Hämodynamische Charakterisierung eines murinen Sepsis-Modells = Hemodynamical characterization of a murine sepsis model

Kellinghaus, Jens (Author)

2007

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt Jens Kellinghaus

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2007

Umfang96 S. : Ill, graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2007

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Hanrath, Peter (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2007-06-08

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-19329
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61643/files/Kellinghaus_Jens.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Innere Medizin (mit dem Schwerpunkt Kardiologie und Pneumologie) (531010-2)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Sepsis (Genormte SW) ; CLP (Genormte SW) ; Hämodynamik (Genormte SW) ; Stickstoffmonoxid (Genormte SW) ; NO Synthasen (Genormte SW) ; Infektion (Genormte SW) ; Medizin (frei) ; hemodynamics (frei) ; nitric oxide (frei) ; nitric oxide synthase (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Etablierung, Validierung und hämodynamischen Charakterisierung eines reproduzierbaren murinen Sepsis Modells. Dabei wurde zunächst ein standardisiertes Modell zur Sepsisinduktion durch Coecumligatur und Coecumpunktion (CLP) entwickelt. Im zweiten Abschnitt unserer Versuchsreihe wurde das Modell hämodynamisch evaluiert. Hierzu erfolgten in vivo Blutdruckmessungen sowie Untersuchungen am isolierten Herzen im Langendorff Modell jeweils mit und ohne pharmakologischer Stimulation. Unsere Daten belegen, dass es nach Sepsisinduktion durch CLP zu charakteristischen Merkmalen einer Sepsis kommt, wie sie auch bei septischen Patienten beobachtet werden. Dazu gehört eine Bakteriämie und die Entwicklung einer hyperdynamen Phase gefolgt von einem hypodynamen Kreislaufzustand. Die Ergebnisse der Überlebensstudien zeigen, dass durch die CLP eine schwere Sepsis mit dem Auftreten eines Exitus letalis in 100% der Fälle bewirkt wurde. Nach reiner Sham Behandlung hingegen traten keine Todesfälle auf. Die Überlebenszeiten der septischen Tiere zeigten eine Varianz zwischen 27 Stunden post-OP und 52 Stunden post-OP. Diese Varianz kann u.a. von dem Verhältnis von pro-inflammatorischen zu anti-inflammatorischen Zytokinen, der gebildeten Menge von NO, quantitativen und qualitativen Unterschieden der Keimbesiedlung im Coecum sowie vom Status der körpereigenen Immunantwort abhängen. In den durchgeführten in vivo Blutdruckmessungen lagen sowohl der Ausgangswert des arteriellen Blutdrucks der septischen Tiere als auch die Werte nach Applikation von Dobutamin und Ethylthioharnstoff (ETU) signifikant niedriger als bei den Sham behandelten Tieren. Dabei zeigte sich die arterielle Hypotension der septischen Mäuse teilreversibel nach globaler NOS-Blockade durch ETU. Daraus folgt, dass der erniedrigte periphere Widerstand neben NO durch weitere vasodilatatorisch wirkenden Mediatoren bedingt ist. Die kardiale Dysfunktion und die hypodyname Kreislauffunktion stellen schwere Manifestationen einer Sepsis dar und erklären die kurze Überlebenszeit der septischen Versuchstiere. Diese akute septische Kardiomyopathie ist refraktär gegenüber einer Stimulation durch Katecholamine. Die Untersuchungen am isolierten Herzen im Langendorff Modell belegen eine deutliche Kardiodepression nach Sepsisinduktion, einhergehend mit einer signifikanten Reduzierung der linksventrikulären Kontraktilität. Die septischen Tiere zeigten initial eine deutlich ausgeprägtere Kardiodepression und im zeitlichen Verlauf eine Teilerholung mit signifikanten Anstiegen der linksventrikulären Leistung. Dies lässt vermuten, dass es bei den septischen Herzen bedingt durch die erhöhten NO Konzentrationen und den hypoxischen Stress durch die Ischämie bei der Organentnahme initial zu dieser ausgeprägten Kardiodepression kommt. Der erniedrigte mVO2 nach Sepsisinduktion legt eine mitochondriale Dysfunktion mit Inhibition der Atmungskette nahe. Die damit verbundene Einschränkung des zellulären Energiehaushaltes könnte einen Beitrag zur Kardiodepression im septischen Schock leisten. Der koronare Fluss wurde durch Bradykinin über eine Stimulation der endogenen NO Freisetzung bei den septischen Tieren deutlich stärker gesteigert als bei der Sham Kontrollgruppe. Dies zeigt, dass durch die Sepsis die eNOS aktiviert und somit die Bradykininwirkung potenziert wird. Nach Adenosinapplikation stellten wir eine deutlich geringere Koronarreserve der septischen Tiere mit signifikant niedrigeren Anstiegen des koronaren Flusses fest. Dies lässt sich darauf zurückführen, dass der basale Fluss dieser Tiere NO vermittelt bereits erhöht ist. Die vorliegende Arbeit dient als Grundlage für Therapiestudien im Mausmodell der Sepsis. Auf sie aufbauend konnten zwischenzeitlich in unserem Labor bereits Studien durchgeführt werden, die eine verbesserte Überlebensrate septischer Mäuse nach Gabe des HMG-CoA-Reduktase Inhibitors Simvastatin belegten. Ebenso werden durch die vorliegende Arbeit methodische Grundlagen gelegt zur Klärung der Rolle der eNOS während einer Sepsis sowie der Bedeutung von Myoglobin vermittelter NO Entgiftung im Rahmen einer Sepsis an Hand des Einsatzes des hier etablierten Modells in eNOS bzw. Myoglobin defizienten Mäusen.

The present study´s aim is to establish, validate and hemodynamically characterize a reproducible murine sepsis model. In this process a standardized model to induce a sepsis by cecal legation and perforation (CLP) was first developed. In the second part of our experimental series the model was hemodynamically evaluated. For this, in vivo RR measurements as well as tests on isolated hearts in a Langendorff setup with and without application of pharmacological drugs followed. Our data show that the induction of sepsis by CLP result in the characteristic features of a sepsis like they were observed in septic patients. Furthermore, we observed bacteremia as well as the development of a hyperdynamic phase followed by a hypodynamic state. The results of the survival study indicate that through CLP an induction of a severe sepsis with no survival of septic mice occured. In the sham operated animals no deaths occured. The survival time of septic animals varied between 27 hours and 52 hours after surgery. This difference may depend, amongst others, on the relation of pro-inflammatory to anti-inflammatory cytokines, the produced amount of NO, the quantitative and qualitative differences of the cecum´s pathogens and the state of the physical immunity. In our performed invasive blood pressure measurements we showed that the initial level of the arterial blood pressure of septic mice as well as the levels after application of Dobutamin and Ethylthiourea (ETU) were significantly lower than that of the sham operated mice. NOS blockade with ETU led to an increase in mean arterial blood pressure of septic animals. This suggests that reduced peripheral vascular resistance next to NO is caused through further vasodilatorically acting agents. The cardial dysfunction and the hypodynamic phase indicate a severe manifestation of sepsis and explain the poor outcome of septic mice. This septic cardiomyopathy is refractory to a catecholamine stimulation. The results of our tests on isolated hearts in the Langendorff model demonstrate an obvious septic cardiomyopathy after CLP with reduced left-ventricular contractility. Septic mice initially show an even greater cardiomyopathy than at later time points of examination. This suggests that elevated NO levels and hypoxical stress caused by ischemia after organ preparation during sepsis initially lead to this severe cardiomyopathy. Decreased mVO2 after induction of sepsis shows a dysfunction of the mitochondria with the inhibition of the mitochonfrail respiratory chain. The resulting reduced cellular energy supply might contribute to the cardiomyopathy during a septic shock. By using bradykinine the coronary flow decreased significantly in septic mice compared to the sham operated control group. This susceptibility to eNOS stimulation by bradykinine indicates a high level of eNOS activation secondary to sepsis. After the application of adenosine we observed a significantly lower coronary reserve in the septic animals as well as a lower increase in the coronary flow. This can be attributed to the fact that the basal flow of these animals is already increased by NO. The present study serves as a basis for further therapeutical studies on sepsis treatment in animal tests. Follow-up studies in our laboratory already showed that the survival rate of septic mice improves after statin treatment with the HMG-CoA-reductase inhibitor simvastatin. Furthermore, this study serves as a foundation for the examination of the role of eNOS as well as the meaning of myoglobin as a scavenger of NO during a sepsis with eNOS and myoglobin deficient mice.

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