Bakterienstoffwechsel und Corticosteroide

Arch. klin. exp. Derm. 233, 363--375 (1969)

Bakterienstoffwechsel und Corticosteroide

W. I~AA~ u n d J. WncDISCK

Medizinisch-ehemisches Institut der Universit~t Wien (Vorstand: Prof. Dr. F. S~xcr~)

Eingegangen am 18. Oktober 1968

Bacterial Metabolism and Corticosteroids Summary. This paper deals with the changes in oxygen consumption of bacterial

suspensions (resting phase, proliferating phase) in the presence of water soluble (methylprednisolone hemisuccinate; methyleneprednisolone diethylamino- acetate) and water non-soluble (hydrocortisone; fluormethyleneprednisolone; fl-methasone; fluocinolone aeetonide; fluocinolone acetonide acetate) corticosteroids. Water non-soluble corticosteroids could be used in low concentrations only, for reasons of solubility. The experiments were performed on Staph. albus, Staph. aureus and B. pyocyanens. Low concentrations of corticosteroids provoked an increase in oxygen consumption of bacterial suspensions in resting or proliferating phase, thus revealing an activation of cellular metabolism. Significant differences, however, were encountered depending upon the respective eortico- steroid and upon the respective bacterial organism. High concentrations of water soluble corticosteroids (500--10000 ~g/ml) uniformly decreased oxygen consumption of staphylococci in resting and proliferating phase. These observations are in accordance with the effects of corticosteroids on other cell systems. In the case of B. pyoeyaneus, all eorticosteroids used, even in highest concentrations, exhibited an activating effect only, what might be due to a metabolization of corticosteroids by this special bacterial strain.

Zusammeu/assung. Die vorliegenden Untersuehungen besch~ftigen sich mit den Ver~nderungen der Sauerstoffaufnahme (als Mal~ fiir die Aktivit~t des Zellstoff- wechsels) yon Bakterien in Gegenwart wasserlSslicher (Methylprednisolon-hemisuccinat; ~ethylcnprednisolondi~thylaminoacetat) und wasserunlSslicher (Hy- drocortison; Fluormethylcnprednisolon; fl-Methason; Fluocinolon-acetonid; Fluo- cinolonaeetonid-~cetat) Cortieosteroide. Die Warburg-Versuche erfolgten an Staph. aurens, Staph. albus und B. pyocyaneus. Ans Grfinden der LSsliehkeit konnten wasserunlSsliche Corticosteroide nur in niedrigen Konzentrationen untersucht werden, l~iedrige Konzentrationen an wasscrlSslichen oder wasserunlSslichen Corticosteroiden bewirken eine Steigerung des Sauerstoffverbrauchs der Bakterien- suspensionen in Ruhe oder in Proliferation, wobei jedoch das AnsmaS dieses Effektes je nach dem verwendcten Cortieosteroid und je nach dem untersuchten Bakterienstamm deutliche Unterschiede zeigte. In hSheren Konzentrationen (500--10000 ~g/ml) verursachen wasserlSsliche Certieosteroide eine Abnahme des Sauerstoffverbrauchs yon Staphylokokken in Ruhe oder in Proliferation. Dies steht in T/Tbereinstimmung mit tier Wirkung yon Corticosteroiden auf andere Zellsysteme. An Suspensionen yon B. pyocyaneus lies sich hingcgen immer nur eine Erh5hung des Sauerstoffverbrauchs unter der Einwirkung yon Corticosteroiden (selbst in hSchsten Konzentrationen) feststellen, was auf eine Metabolisierung der Cortico- steroide dul-ch B. pyocyaneus hindeutet.

25 Arch. klin. exp. Derm. , Bd. 283

364 W. R~B und J. WI~nIse~:

Einleitung Nach allgemeiner Ansicht beruht die klinisch zu beobachtende

Infektausbreitung unter einer Cortieosteroidbehandlung auf der Bloekie- rung natfirlicher Abwehrvorgange des 0rganismus. Dennoeh seheint es yon In~eresse, insbesondere im IIinblick auf die Lokalbehandlung mit Corticosteroiden, die direkten Wirkungen der natiirliehen und synthetischen Glucoeortieoide auf mikrobielle Organismen zu unter- suehen. Der Frage, ob und in welcher Weise Corticosteroide den Stoff- wechsel von Bakterien beeinflussen und soleherart direkg zur Infekt- propagation beitragen, wurde bisher nut wenigAufmerksamkeit geschenk~.

An versehiedenen ZeIlsys~eme n bewirken Cortieosteroide in hSheren Konzentrationen eine t temmung der Zellvermehrung (cytostatischer E//ekt). In niedrigen Konzentragonen zeigte sieh in manchen Test- systemen aine Aktivierung des Zellstoffweehsels (a]~tivierender E//eI~t). Eigene Untersuchungen [28], die sich mit den Wechselwirkungen yon Antibiotica und Corticosteroiden befal~ten, ergaben als Nebenbefund eine ErhShung des Sauerstoffverbrauchs yon Bakteriensuspensionen unter der Einwirkung yon Corticosteroiden. Dieser Effekt fund sieh im gleichen Konzentrationsbereich, in dem auch in anderen Testsystemen eine aktivierende Wirkung der Corticosteroide nachweisbar war (vgl. [30]). Auf Grund 4er praktischen Bedeutung einer Beeinflussung des Bak~erien- stoffwechseIs dutch Corticosteroide vcurde dieser ~r~ge nun welter n~ch- gegangen und die Atmung verschiedener Bakterienst~mme unter der Einwirkung verschiedener Cortieosteroide fiber ein weites Konzentra- tionsgebiet untersucht.

Material und Methoden

1. Testkeime Die Untersuchungen crfolgten an drei verschiedenen Baktcrienst/~mmen: Stal0h.

aareus, Staph. a]bus 802 und B. pyocyaneus. Fiir die ~berlassung des Stammes yon Staph. aareus und yon B. pyocyaneus sind wir Frau Univ.-Doz. Dr. J. THv~z~ zu gro~em Dank verpflichtet. Ffir die ~berlasstmg des S~ammes Staph. albus 802 danken wir tterrn Dr. H. Wx~mm, Darmstadt. Mit den ch.ei angefiihr~en St~mmen wurden in gleicher Weise, wie frfiher beschrieben [28], l%uhe- and Proliferations- versuche im Warburg-Appara~ angesetz$. Ffir die Ruheatraungsversuche (Milieu Ringer-L5sung pH 7,4) warden 0,2 ml einer 2~ Bak~eriensuspension ver- wendet (etwa 4 X 10SKeime), fiir die Prolifera$ionsversuche (Milieu Bouillon pH 7,4) 0,1 ml einer l~ Suspension (etwa !0 s I~eime).

2. Corticosteroide a) Wasserl6~'liche Corticosteroide. In diesen Versuchsserien wurden zwei wasser-

15sliche Corticosteroide geteste$: 6-Methyll0rednisolon-hemisuccinat (Farbwerke Hoechst) und 16-Methylenprednisolondi/~thylaminoaecta$-HC1 (Merck A.G.). Den Herstellern danken wir fiir die freundliche (Tberlassung yon Versuehsmengen. Die Endkonzentrationen der beiclen wasserlSslichen CorticosSeriode betrugen in den Warburg-KSlbchen bei tier Durchfiihrung yon Ruheversuchen 3, 10, 30, 33, 50, 60,

Bs,k~erienstoffweehsel und Cortieosteroide 365

100, 300, 500, 600~ 1000, 3000, 5000 und 10000 ~zg/ml und bei der Durchffihrung yon Proliferationsverauehen 3, 10, 33, 50, 300, 500, 1000 und 5000 tzg/ml.

b) WasserunlO~liche Cortieosteroide. ttier wurden fiinf versehiedene Cortico- steroide eingesetzt: ttydroeortison (uls freierAlkohol), 16-Methylen-9-fluorpredni- solon (l~erek A.G_), fi-lRethason-17-valerat (Schering, USA), Fluoeinolon-aeetonid (Syntex Corp.) und Fluoeinolon-aeetonid-aeetat (Syntex-Oorp,). Den Herstellern 4anken wit ffir die ~d~oerlassung entspreehender Versuchsmengen. Die wasser- unlSsliehen C~rtieosteroide wurden in reinem ~thanol gelSst. 0,1 ml der ~thanolisellen LSsung wurde in die Warburg-KSlbchen eingebracht (Endvolumen 3,0 ml). Als Konbrollen dienten in diesen Versuehsserien ebenfalls Ansi~tze mit 3,30/0 Athanol. Als Folge der Verdiinnung der ~thanolisehen CorticosteroidlSsung im Verh~]tnis yon 1:30 mit l%inger-L6sung oder Bouillon kam es zu einem Ausfallen der Test- subst~nzen im Warburg-KSllochen, werm der Einsatz hSherer Konzentr~tionen geplant war. Aus diesem Grund kormten die wasserunlSslichen Cortieosteroide nnr in Endkonzentrationen yon 3,3, 10 und 33 ~g/ml gepriift werden. ]~ei den beiden getesteten Flnocmolonen betrug die hSchste erreiehbare Endkonzentration sogar nnr 10 ~zg/ml. :gine ,L6sung" wurde bei Vvrliegen einer kl~ren Fliissigkeit an- genommen.

3. Durch[iihrung der Versuche a) Ruheatmung. Fiir die Ruheatmungsversuche diente Originel-Ringer-

LSstmg pH 7,4 mit 0,2 m[ einer 5Q/0igen GlucoselSsung als Medinm. Bei Unter- suehung wgsserunld~licher Corticosteroide enthielt die t~inger-LSsmlg noch 3,3a/~ X~hanol. Die Cortieosteroide warden vor Beginn der Atmungsregistrierung in die KSlbohen (ttauptgef~fl) eingebracht. Das ZentrMgef~B enthielt 0,2 ml 20~ XOH zur Absorption yon Kohlendioxyd, das SeitengefgB war leer. -- Als Gasphase diente Lnft, die Tempera~m. des Wasserbades betrug 37 ~ C. Die Atmungsregistrie- rung erfolgte fiber einen Zeitraum yon 90 rain, die Ablesungen erfolgten alle 15 min.

b) Proli]erationsversuche. Die Hauptgef~l]e der sterilen Warbm~g-KSlbehen enthielten nur Bouillon und die Bakteriensuspension. Die Corticosteroide warden jewefls in das Seitengef~B eingebraeht. Bei der Testung wasserunl5slicher Cortieo- steroicle war d~s Ms Kontrollwert benStigte Athanol ebenfMls im SeitengefgB enthMten. (Allgemeine Bedingungen vgl. Punkt a.) Naeh Einsetzen der Prolife- rationsphase, ]~em~tlieh am logarithmisehen Anstieg des Sauerstoffverbrauehs, wur4en die Wirkstoffe ohne 0ffnung der KSlbehen aus den Seitengefi~Ben zugekippt. (Dieser Zeitptmkt war 30 rain nach gegirm des Versuches gegeben.) Die Abtesunger~ des Sauerstoffverbrauchs erfolgten alle 30 rain fiber einen Zeitraum yon 4 Std.

Ergebnisse 1. J~uheatmung

a) Wasserliisliche Corticosteroide. Methylpredn iso lon-hemisuee ina t f i ihr t in Konzen t r a t i onen zwisehen 30 und 60 ~g/ml zu einer Steigerung des Sauers toffve~brauchs de r be iden un t e r such ten Staphylokolcken- stiimme. Bei Nlonzentra t ionen Yon 3 ~xg/mt tiel? sigh keine s ignif ikante W i r k u n g n~ehweisen. I n hSheren K o n z e n t r a t i o n e n be w i rk t Methyl - p redniso lon eine Abn~hme de.s 8~ueratoffverbrauehs der zwei St.~phy[o- kokkens t /~mme Mit s te igender K o n z e n t r a t i o n verst/~rkt sieh der eell- a t m u n g s h e m m e n d e Effekt. Sowohl die ze l l a tmungsak t iv ie rende Wh 'kung yon MethylprednisoIon al~ auch seine ze l l a tmungshemmende W i r k u n g

25*

366 W. I~AAB und J. WI~DISCH:

% 02 -Verbrauch

~ ' Methy[predniso[on 33pg/ml 100 / / / ,~ Kontro{le (R#nger)

..~//300 ~g

/.>-/.> ooo.,

60- ~ / / / / ~ / ~ / " f 10.000 pg

40-

2@

15 30 45 60 75 90 min

Abb. 1. Die Wirkung versohiedener Konzentrationen yon Methy]predniso]on auf die l~uheatmmxg yon Staph. aureus. �9 �9 KonCrolle (Ringer-LSsung) Methylprednisolon 3,3 tzg/ml; • -• Methylprednisolon 33 Izg/ml; o o Methylprednisolon 300~zg/ml; ~ A Methylprednisolon 1000~g/ml; D

Methylprednisolon 5000 tzg/ml; , - - - , 10000 [zg/ml

TabelIe 1. Die Wirkung yon Methylprednisolon-hemisuccinat au] die Ruheatmung yon Bakterien (Angaben in Prozent der Kontrolle)

Konz. Staph. aureus Staph. albus ]~. pyocyaneus

0--30 0--60 0--90 0--30 0--60 0--90 0--30 0--60 0--90 (~g/ml) min rain mill rain rain rain mill rain mill

3 102 101 101 98 101 97 104 96 98 30 117 107 103 122 107 105 136 134 117 60 107 103 10t " I09 109 103 127 125 130

100 88 85 98 88 94 91 145 140 134 300 83 89 92 83 78 74 151 144 142 600 76 94 96 77 79 78 164 124 131

1000 74 85 89 68 63 68 167 152 140 3000 52 59 65 7 3 76 71 117 124 122 5000 48 50 71 56 61 65 134 122 118

10000 41 43 49 33 43 52 159 152 138

wh'd mi~ zunehmender Versuchsdauer geringer (vgl. Abb. 1) ; die s t~rksten Effekte f inden sich in der ers ten ha lben S tunde naeh Versuchsbeginn. A n Suspensionen yon B. pyocyaneus bewirkt Methylprednisolon in al len getes~eten Konzen~ra t ionen ab 30 ~g/ml eine Steigerung des Sauerstoffverbrauches, wobei sich aber keine Beziehung zwischen der eingesetzten Corticosteroidmenge u n d dem Ausma8 der Atmungs- steigerung herstel len liel3. Einzelhei ten der l~uheatmungsversuche mi t Me~hylprednisolon sind in Tab. 1 zusammengeste l l t .

Bakterienstoffwechsel und Corticosteroide 367

% 02-Verbrauch

120 f 30 pg

f/.300 g

/ / /

60 / / S J S 3000 pg

hO

20"

15 30 /.,5 60 75 90 min Abb. 2. Die Wirkung verschiedener Konzentrationen yon Methylenprednisolon auf die Ruhe~tmung voa Staph. aureus. , - - . Koatrolle Methylenprednisolon 3,3 ~g/ml; o o Methylenprednisolon 30 ~g/ml; ~ A Methylenprednisolon 300 ~g/ml; D o Methylenprednisolon 1000 t~g/ml; , - - A Methy]enprednisolon

3000 txg/ml

T~belle 2. Die Wirkung von Methylenpredni.solon-diSthylaminoacetaf-HC1 au] die Ruheatmung vo~ Bakterien (Angaben in Prozent der Kontrolle)

Konz. Staph. aureus Staph. albus B. pyocyaneus

0--30 0--60 0--90 0--30 0--60 0--90 0--30 0--60 0--90 tzg/ml mill min mill mill min min mill min rain

3 99 101 100 98 102 103 102 102 103 30 124 128 120 118 115 121 111 108 106

100 127 124 118 97 93 100 103 105 107 300 121 119 111 - - - - - 89 95 97

1000 92 86 83 - - - - - 110 105 109 3000 60 75 62 86 73 64 93 91 103

10000 69 73 58 -- -- -- 102 106 110

M e t h y l e n p r e d n i s o l o n - d i / ~ t h y l a m i n o a c e t a t - H C 1 f f ihr t in K o n z e n t r a -

t i o n e n zwi schen 30 u n d 300 ~ g / m l zu e ine r S t e i g e r u n g des Sauers tof f -

v e r b r a u c h e s y o n Staph. aureus (vgl. Abb . 2). A u c h h ie r ze ig t s ich d ieser

E f f e k t in de r e r s t e n h a l b e n S t u n d e n a c h V e r s u c h s b e g i n n a m deu t l i ch s t en . A n Staph. albu8 e n t f a l t e t M e t h y l e n p r e d n i s o l o n in e iner K o n z e n t r a t i o n y o n 30 u n d 33 fxg/ml e ine schw/~chere a k t i v i e r e n d e W i r k u n g . H S h e r e K o n z e n -

t r a t i o n e n an M e t h y l e n p r e d n i s o l o n (ab 300 ~ g / m l be i S t a p h . au reus u n d

ab 100 ~ g / m l be i S t aph . a lbus) b e w i r k e n e ine m i t z u n e h m e n d e r Ver -

368 W. RAA~ und J. WINI)ISCH"

suchsdauer deutlicher werdende Abnahme des Sauerstoffverbrauchs. An Suspensionen yon B. pyoeyaneus verursachC Methylenprednisolon entweder eine schwache ErhShung des Sauerstoffverbrauchs oder bteibt ohne signifikanten Einflu$. Einzelheiten der guhea~mungs- versuche mit Methylenpredifisolon sind der Tab. 2 zu en~nehmen.

b) Wasserunlgsliche Corticosteroide. Konzentrationen der ffinf wasser- unlSslichen Corticosteroide zwisehen 1 und 3 ~g/ml bleiben ohne EinfluG auf die Atmung der untersuchten drei Bakteriensti~mme. Fluormethylen- prednisolon und fi-Methason ffihren in Konzentrationen yon 33 [zg/ml zu einer schwaehen ErhShung des Sauerstoffverbrauchs beider Staphylo- lcokkenstgmme. Hydroeortison (33 ~g/ml) steigert nur die Atmung yon

Tabelle 3. Die Wirkung wasserunt6slicher Corticosteroids au/ die Ruheatmung von Staphylokoklcen (Angaben in Prozent der Kontrolle 3,30/o ~thano 0

Cor~icosteroid Konz. Staph. aureus Staph. albus

0--30 0--60 0--90 0--30 0--60 0--90 izg/ml rain rain rain mm rain rain

Itydrocortison 3 101 98 99 97 99 101 30 100 98 95 105 103 100

Fluormethylen- 3 99 101 98 t00 102 99 prednisolon 30 104 102 100 111 109 109

fl-Methason 3 98 103 101 100 10i 101 33 109 104 97 114 109 106

Fluocinolon- 1 100 101 i01 10i 102 100 acetonid 10 109 106 104 t06 97 96

Fluocinolon- 1 100 101 99 102 98 100 ace~onid-ace~at 10 109 104 t02 95 96 97

Staph. albus. Fluocinolon-acetonid und Fluocinolon-acetonidacetat bewirken in Konzentrationen yon 10 ~g/ml eine Steigerung der Sauer- stoffaufnahme yon Staph. aureus, an Staph. albus zeigt nut Fluocinolon- acetonid diesen Effek~. Einzelheiten der Ergebnisse sind in Tab. 3 zu- sammengestellt. An Suspensionen yon B. pyocyaneus ffihrt fi-Methason in einer Konzentration yon 33 ~g/ml zu einer ErhShung des Sauerstoff- verbrauehes auf 107~ des Kontrollwertes fiber den gesamten Versuchs- zeitraum yon 90 rain. In der ersten halben Stunde betr/~g~ die ErhShung 180/o, in der ersten Stunde des Versuches 11~ Es sei an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dab die Kontrollans/~tze in diesen Ver- suchsserien 3,30/0 J~thanol im Milieu Ringer enthielten.

Bakterienstoffweohsel und Corticosteroide 369

2. Proli/erationsatmung a) Wasserlg,sliche Corticosteroide. In Konzentrat ionen yon 3 ~g/ml

zeigen weder Methylprednisolon noch Methylenprednisolon eine Beein- flussung der Proliferationsatmung yon Staph. aurens, Staph. albus oder B. pyoeyaneus. Konzentrat ionen fiber l0 ~g/ml bewirken eine zunehmende Atmungshemmung an den beiden untersuehten Staphylo- lcolcl~ensE~mmen; das AusmaB der zellatmungshemmenden Wirkung

I00% j ..........................................................................................................

\ "" :" .!5.

'N 50"1=- \ . \ \

' \ \

-30" Kippen l'h 2h 3h ~h --

Abb. 3. Die Wirkung wasserlSslicher Corticosteroide (Methylprednisolon, Methylen- prednisolon) auf die Prolifer~tionsatmung yon Staph. aureus. - . . . . . . Kontrolle (Bouillon); - - Methylprednisolon 3,3 ~g/ml; Methylenprednisolon 3,3 ~g/ml;

l~ethylprednisolon 33 ~g/ml; . . . . . . 1V[ethylenprednisolon 33 ~g/ml; . . . . . . Methylprednisolon 500 ~g/ml; . . . . . . . . 1Viethylprednisolon 5000 ~g/ml;

. . . . . . lgethylenpredaisolon 1000 ~g/ml

zeigt - - wie in Abb. 3 dargestellt - - eine Abh~ngigkeit yon der eingesetzten Corticosteroidkonzentration. In Abb. 4 ist der Verlauf der Atmungskurve unter dem Einflu~ yon Methylprednisolon dargestellt. An Suspensionen yon B. IJyocyaneus ] ~ t sich nnter der Einwirkung beider Corticosteroide eine Steigerung des Sauerstoffverbrauches um 8--16~ pro Ablesungs- intervall (30 rain) gegenfiber den Kontrollen feststellen; eine Abh~ngigkeit dieses Effektes yon der vorliegenden Corticosteroidkonzentration war nicht zu erkennen.

b) Wasserunlgsliche Corticosteroide. In Konzentrat ionen yon 3 ~g/ml bewirkt keines der untersuehten fiinf wasserunl5sliehen Cortieosteroide eine Xnderung der Sauerstoffaufnahme der drei untersuehten Bakterien- s tgmme in Proliferation. An Staphylokokkensuspensionen (Staph. albus und Staph. aureus) verursaehen Hydrocortison und fl-Methason (Konzen- trationen jeweils 33 ~g/ml) sowie Fluoeinolon-acetonid und Fluocinolon- aeetonidaeetat (Konzentrationen jeweils 10 ~g/ml) eine ErhShung der

370

,004 ISO 1

100

W. I~,AiB und J. WI~DISOH:

• • Kontro~e (Bouillon]

50 / = / ~ M e t h y l p r e d n i s o l o n 5 0 p g / r n l

1

~ - - 10 , ,

Abb.4. Die Wirkuug yon 1VIethylprednisolon auf St~ph. aureus in Proliferation. o o Kontrolle (Bouillon); ~ o 5 0 ~zg/ml Methylprednisolon; L A

500 vg/ml l~ethylpreduisolon

150~176 I

-3~)' lh 2h 3h 4h Kippen

Abb.5. Die Wirkung der f/inf wasserunl6slichen Corticosteroide ~uf die Pro- liferationsatmung yon Staph. aureus. • 2 1 5 Kontrolle (Bouillon mit 3,3~ Jkthanol); . - - . fi-Methasonvalerat 33 ~g/ml; ~ - - - -D I-Iydrocortison 33 ~zg/ml;

~ Fluormethylenprednisolon 33izg/ml; , . . . . . . , Fluocinolonacetonid 10 ~g/ml; o - - - - - - o Fluocinolonace~onid-acet~t 10 [zg/m]

Sauers to f faufnahme; F luo rme thy l enp redn i so lon f/ihr~ u n t e r den gleichen Bed ingungen (33 [zg/ml) zu einer A b n a h m e des Sauers tof fverbrauchs . W i e auch in A b b . 5 darges te l l t , werden die gesehilder~en Effekte mi~ zunehmende r Versuchsdauer i m m e r geringer. Suspensionen yon B. pyocyaneus zeigen in Gegenwar t yon 10 oder 33 ~zg/ml der untersuch- t en Cor t icos teroide eine geringe Atmungss te ige rung .

Bakteriens$offwechsel und Corr162 371

Diskussion In bioehemischer Hinsieht k6nnen S~eroidhormone in dreierlei Weise

eine Wirksamkeit entfalSen: durch Aktivierung oder Inaktivierung bestimmter Enzymsysteme, dutch Veriinderung yon Membranpermea- bilit/iten und dureh Aktivierung oder Inak$ivierung bestimmter Gone, wobei hier auch die Meehanismen der Enzyminduktion yon Bedeutung sein kSnnen [6,11,19,31].

In kliniseher Hinsicht liegen bereits ausffihrliche Untersuchungen und Beobachtungen fiber die Wirkung yon Corticosteroiden auf den Sr des Organismus (Mineralstoffwechsel, Kohlenhydratstoff- weehsel, Eiwei~stoffwechsel) vet; besonderes Augenmerk muBte in diesem Zusammenhang auf die therapeutisch unbeabsiehtigten Effekte (,,Nebenwirkungen") geriehtet werden [16,20--22]. Wiederholt wurde versueht, die kliniseh zu beobachtenden Ver/~nderungen am Gesamt- organismus zumindest zum Teil auf eellulgrer Ebene zn reproduzieren. Zahlreiche Untersueher konnten eine Itemmwirkung hSherer Cortieo- steroiddosen auf das Waehstum verschiedenster Zellkulturen feststellen [2, 8, 9,13-- 15,17, 30, 35]; gleiehzeitig nimmt die Syntheset/s der Zellen ab (Proteinsynthese, Mueopolysaccharidsynthese) und es/s sieh auch das morphotogisehe Bild (Abrundung) [1,35]. Je jfinger die un~ersuch~en Zellen sind, um so hSher ist ihre Resistenz gegen Cortico- steroideffekte: embryonale tierisehe Zellen erweisen sich aIs welt un- empfindlieher gegen die oben gesehilderten Hemmwirkungen als er- wachsene tierisehe Zellen [8].

Auch an epidermalen Zellen (Explantate menschlicher ]taut) lieB sieh der Hemmeffekt hSherer Konzentrationen an Cortieosteroiden naeh- weisen (Hemmung der Desoxyribonueleins/iuresynthese) [4].

BlastomatSse Zellen reagieren in der Kultur wesen~lieh raseher auf den Zusatz yon Cortieosteroiden als normale Zellen [17]. Als ttaupt- effekte der Cortieosteroide an Aseitestumorzellen und lymphatisehen Leuks fanden sieh eine Inhibition der Desoxyribonueleins/~ure- synthese und eine Hemmung des Glueosetransportes in die Zelle [18]. Bei der Cortieosteroidbehandlung der Psoriasis, einer Erlu.ankung mi$ fibersehiel~ender llieh~ blastomatSser MitoseraCe, weist die Notwendig- keit der reia~iv hohen Dosierung auf die Bedeutung des Effektes einer Stoffweehselhemmung (neben den anderen Glueocortieoidwirkungen) bin. An dieser Stelle sei darauf verwiesen, dab die klinisch zu beobach- r Verstgrkung der Wirksamkeit yon Cytostatica durch Cortico- steroide auch ffir bes~immte externe Antipsoria~ica in vitro nach- gewiesen werden konnte [26, 27].

Bei der Durchsieht der Literatur fiber den Einfluf~ yon Cortico- steroiden auf verschiedene Zellsysteme in vitro f/~llt auf, dab grebe

372 W. RAA~ und J. WIxI)ISO~:

Divergenzen zwischen den einzelnen Befunden vorliegen. Diese Diver- genzen finden ihre Erklgrung in der unterschiedliehen Herkunft der untersuchten Zellen, im unterschiedlichen chemisehen, biochemischen und physikalischon Verhalten dor einzolnen Corticosteroide, in den unterschiedlichen Konzentrationen der Corticosteroide, in den versehiedenen Kulturmethoden und in den versehiedenen Kulturmedien [10,13,15,33]. Gleiche Uberlegungen lassen sieh auch zur Erklgrung der in den vorliegenden Untersuehungen festgestellten Unterschiede im Verhal~en verschiedener Bakterienstgmme unter verschiedenen Be- dingungen gegenfiber versehiedenen Cortieosteroiden heranziehen.

Sgmtliche Untersueher, die sich mit der Frage der Einwirkung yon Corticosteroiden auf Zellsysteme in vitro befaBten, sind sich darfiber einig, dal3 h5here Konzentrationen an Corticosteroiden eine signifikante ttemmwirkung en~falten. Niedrige Konzentrationen an Corticosteroiden wurden entweder als wirkungslos beschrieben oder entfalten -- nach den Angaben einiger Autoren [7, 9,30] -- eine aktivierende Wirkung. In der fiberwiegenden Mehrzal der hier vorliegenden Befunde bestgtigte sieh diese aktivierende Wirkung niedriger Konzentrationen an Cortico- steroiden an der Atmung yon Bakteriensuspensionen in l~uhe oder in Proliferation.

Die un~ersohiedtiohe Wirkung versehieder~ hoher Cortioosteroid- konzentrationen lgl3t sioh aueh bei Betraehtung des Kdlagenstoff- weehsels nachweisen [vgI. 5, 29]. Infolge der Beeinflussung verschiedener Enzymsysteme (oder der gleichen Enzymsysteme in verschiedener Weise) entfalten niedrige Cortieosteroiddosen eine anti-anabole Wirkung, wghrend hohe Dosen einen katabolen Effek~ zeigen [23].

An versehiedenen Zellsystemen konnte in vitro gezeigt werden (Fibroblastenkultur; blas~omat6se Zellen), da~ der Hemmeffekt der Cortieosteroide mit ihrer relativen Wirkungsstgrke bei klinischer An- wendung/ibereinstimmt [2,18, 34]. Die vorliegenden Untersuehungen an der Zellatmung yon Bakterien lassen derartige l~ficksehlfisse nicht zu.

Die aktivierende Wirkung niedriger Konzentrationen an Cortico- steroiden konnte in don vorliegenden Untersuehungen yon wasser- 16slichen und wassertml6slichen Corticos~eroiden Eestgestellt warden. tI6here Konzen~rationen wasserm~16slieher Corticosteroide konnten nieht geprfift werden, da die ~thanolkonzentration im Suspensions- medium 3,3~ nicht iibersteigen darf ohne die Atmungstgtigkeit der Bakterien zu st6ren. Die konzentrationsabhgngige Itemmung der Bakteriena~mung dutch Corticosteroide in h6heren Mengen konnte nur mit wasserl6slichen Cortieosteroiden gepr/if~ werden. Es war auffallend, dal] sieh ein derartiger Effekt an Staphylokokken in Ruhe und in Proli- feration gut dars~ellen lieB, nicht hingegen an Suspensionen yon B. pyoeyaneus. Das Fehlen des Hemmeffektes yon Methyl- und Methylen-

Bakterienstoffwechsel und Corticosteroide 373

prednisolon in hSheren Konzentrationen auf B. pyocyaneus legt die Vermutung nahe, dab B. pyocyaneus zu einer Metabolisierung dieser Corticosteroide befahigt ist. Der Befund, dal] bei samtliehen eingesetzten Corticosteroiddosen eine Aktivierung der Atmung erfolgte, scheint diese Vermutung zu bestatigen. In diesem Zusammenhang sei darauf verwiesen, dab auch Fibroblasten eines Stammes, der in der Kultur eine weitgehende Unempfindlichkeit gegenfiber Cortisol zeigt, zur Metaboli- sierung yon Cortisol befahigt sind [12].

Die Verringerung des Sauerstoffverbrauchs yon Staphylokokken ha l~uhe oder in Proliferation in Anwesenheit yon Corticosteroiden in h6herer Konzentration dfirfte durch eine I~emmung wichtiger Enzym- systeme des Zellstoffweehsels bedingt sein. Die ErhShung des Sauerstoff- verbrauehs in Anwesenheit geringer Cortieosteroidmengen kSnnte nieht nut auf einer Aktivierung yon Enzymsystemen beruhen, sondern aueh auf eine verbesserte Substrateinschleusung durch die Zellwand zuriiekzu- ffihren sein [11,18,19, 32]. Diese bereits an einigen Zellarten beobachtete Verbesserung des Membranpermeabilitat dfirfte aueh ftir die verstarkte Wirkung cytotoxiseher und cytostatiseher Substanzen ha Anwesenheit yon Corticosteroiden [24--28] verantwortlieh sein.

Bei Betraehtung des Versuehsergebnisse mit geringen Mengen ver- esterter Cortieosteroide kann allerdings nieht ausgesehIossen werden, da$ dutch Esterasen der Bakterien des Suceina~- oder Acetatrest ab- gespalten und direkt als Substrat im Zellstoffwechsel verarbeitet wird; hierdureh kSnnte eine nicht Cortieosteroid-bedingte Steigerung des Sauerstoffverbrauehs erfolgen. Andeserseits sehHeSen die Versuchs- ergebnisse mit den nicht veresterten Cortieosteroiden einen derartigen Mechanismus aus, da hier auch ohne Steroid-fremde, metabolisierbare Gruppen die Stoffweehselaktivierung der Bakterien nachweisbar ist.

Das Schwaeherwerden des zellatmungshemmenden Wirkung yon Cortieosteroiden bei zunehmender Versuchsdauer last sieh mit einer fortsehreitenden Metabolisierung odes Inaktivierung des Cortieosteroide erklaren.

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Univ.-Dozent :Dr. WOLFOA~G RUB W~lringerstraBe 10 A-1090 Wien, 0sterreich

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