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Aus dem Institut für Pharmakologie, Toxikologie und Pharmazie der Tierärztlichen Hochschule Hannover und der Experimentellen Unfallchirurgie der Unfallchirurgischen Klinik der medizinischen Hochschule Hannover Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die inflammatorische Immunreaktion in einem Traumamodell der Maus Inaugural-Dissertation Zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin (Dr. med. vet.) durch die Tierärztliche Hochschule Hannover Vorgelegt von Astrid Lürig aus Hannover Hannover 2004

Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

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Page 1: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Aus dem Institut für

Pharmakologie, Toxikologie und Pharmazie

der Tierärztlichen Hochschule Hannover

und der

Experimentellen Unfallchirurgie

der Unfallchirurgischen Klinik

der medizinischen Hochschule Hannover

Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die inflammatorische Immunreaktion in einem

Traumamodell der Maus

Inaugural-Dissertation

Zur Erlangung des Grades einer Doktorin der Veterinärmedizin

(Dr. med. vet.) durch die Tierärztliche Hochschule Hannover

Vorgelegt von Astrid Lürig

aus Hannover

Hannover 2004

Page 2: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Wissenschaftliche Betreuung: Univ.-Prof. Dr. med. vet. M. Kietzmann, Institut für Pharmakologie, Toxikologie und

Pharmazie der Tierärztlichen Hochschule Hannover

und

Prof. Dr. rer. biol. hum. Martijn van Griensven, Experimentelle Unfallchirurgie,

Unfallchirurgische Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover

1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med. vet. M. Kietzmann

2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr.med. vet. K.A. Otto

Tag der mündlichen Prüfung: 24.11.2004

Page 3: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Meinen lieben Eltern &

Thilo und Jenny gewidmet

Page 4: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die
Page 5: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Inhaltsverzeichnis Seite 1. Einleitung 1-2 2. Literaturübersicht 3 2.1 Entzündung 3

2.1.1 Leukozyten 5 2.1.2.1 Neutrophile Granulozyten 5 2.2 SIRS (Systemic Inflammatory Response Syndrome), 7

Sepsis, MODS (Multi Organ Dysfunction Syndrome) 2.3 Zytokine 14 2.3.1 TNFα 14 2.3.2 IFN-γ 17

2.3.3 IL-12p70 18 2.3.4 IL-6 19 2.3.5 IL-10 21 2.3.6 MCP-1 22 2.4 Schock 23

2.4.1 Organmanifestation 25 2.4.2 Traumatisch- hämorrhagischer Schock 27

2.5 Hypothermie 27

3. Fragestellung 41 4. Material und Methoden 42

4.1 Material 42 4.1.1 Chemikalien und Medikamente 42 4.1.2 Geräte 42 4.1.3 Verbrauchsmaterial 42 4.2 Methoden 43 4.2.1 Studie 43 4.2.2 Versuchstiergruppen 44 4.2.3 Versuchsprotokoll 44 4.2.4 Tötung der Tiere zur Blut- und Organentnahme 45 4.2.5 Bronchoalveoläre Lavage 46 4.2.6 Bestimmung der kapillaren Permeabilität der Lunge 46 4.2.7 Proteinbestimmung nach Lowry 46

4.2.8 Harnstoffbestimmung 48 4.3 Histologie 49

4.4 Zytokinmessung 51 4.5 Statistik 52

5. Ergebnisse 53

5.1 Überlebensrate der Versuchstiere 53 5.2 Körpertemperatur der Versuchstiere 54 5.3 Zytokinkonzentration in murinem Serum 58

Page 6: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

5.3.1 TNF α 58 5.3.2 IFN-γ 61 5.3.3 IL-12p70 61 5.3.4 IL-6 62 5.3.5 IL-10 66 5.3.6 MCP-1 70

5.4 Pulmonalkapillare Permeabilität 74 5.5 Histologie der Lunge und der Leber 78

5.5.1 Granulozyteninfiltration der Lunge 78 5.5.2 Interstitielles Ödem der Lunge 82 5.5.3 Granulozyteninfiltration der Leber 85 5.5.4 Interstitielles Ödem der Leber 86 5.5.5 Hydropische Degeneration der Leber 90 5.6 Histologie von Niere und Milz 93

6. Diskussion 94 6.1 Tiermodell 94 6.2 Überlebensrate 94 6.3 Körpertemperatur 96 6.4 Zytokine 98 6.4.1 TNF α 99 6.4.2 IFN-γ und IL-12p70 99 6.4.3 IL-6 100 6.4.4 IL-10 101 6.4.5 MCP-1 102 6.5 Pulmonalkapillare Permeabilität 102 6.6 Histologie der Lunge und der Leber 104 6.6.1 Granulozyteninfiltration der Lunge 104 6.6.2 Interstitielles Ödem der Lunge 105 6.6.3 Granulozyteninfiltration der Leber 106 6.6.4 Interstitielles Ödem der Leber 106 6.6.5 Hydropische Degeneration der Leber 107 6.7 Zusammenfassung der Diskussion 108

7. Zusammenfassung 109 8. Summary 111 9. Literaturverzeichnis 112 10. Danksagung 146

Page 7: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Abkürzungsverzeichnis Abb.: Abbildung

ACCP: American College of Chest Physicians

ACTH: Adreno Corticotropes Hormon

ADH: Antidiuretisches Hormon

ANV: Akutes Nierenversagen

ARDS: Adult Respiratory Distress Syndrome

ARF: Acute Renal Failure

ATP: Adenosin-Tri-Phosphat

BAL: Bronchoalveoläre Lavage

CARS: Compensatory Antiinflammatory Response Syndrome

CBA: Cytometric Bead Array

CD: Cluster of Differentiation

°C : Grad Celsius

CLP: Cecal Ligation and Puncture

CRP: C-reaktives Protein

CuSO4: Kupfersulfat

DHEA: Dehydroepiandrosteron

DIC: Disseminated Intravasal Coagulation

DNA: Desoxy Ribonucleic Acid

ELAM: Endothelial Leucocyte Adhesion Molecule

g : Gramm

ICAM: Intercellular Adhesion Molecule

IFN: Interferon

IL: Interleukin

ISS: Injury Severity Score

kDA: Kilo Dalton

KGW: Körpergewicht

LPS: Lipopolysaccharid

MARS: Mixed Antagonist Response Syndrome

MHH: Medizinische Hochschule Hannover

Page 8: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

ml: Milliliter

MODS: Multiorgan Dysfunction Syndrome

MOV: Multiorganversagen

mRNA: messenger Ribo Nucleic Acid

Na2CO3: Natriumcarbonat

NaH2PO4: Natriumdihydrogenphosphat

NK-Zellen: Natürliche Killerzellen

NO: Sickstoffmonoxid

nm: Nanometer

PBS: Phosphate Buffered Saline

PE: Phycoerythrin

pg: Picogramm

PMN: Polymorphnucleäre Granulozyten

s.: siehe

SCCM: Society of Critical Care Medicine

SIRS: Systemic Inflammatory Response Syndrome

Tab.: Tabelle

TBI: Traumatic Brain Injury

TNF: Tumornekrosefaktor

u.: und

µg: Mikrogramm

ZTL: Zentrales Tierlabor

Page 9: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Einleitung 1

1. Einleitung

Das klinische Management des polytraumatisierten Patienten stellt nach wie vor ein

schwerwiegendes Problem dar. Dieses gilt im wesentlichen auch für Art und

Zeitpunkt der operativen Versorgung von knöchernen Verletzungen, die die häufigste

Verletzungsform beim polytraumatisierten Patienten darstellen (MAX et al. 1990).

Eine zusätzliche Belastung des Organismus durch die sofortige definitive, operative

Versorgung der knöchernen Frakturen führt gerade bei Patienten mit Thorax- oder

Schädel-Hirntrauma zu signifikanten Komplikationen (KRETTEK 1991; SMITH 1964).

Das Trauma, aber auch operative Eingriffe, führen zu einer frühen Aktivierung des

Immunsystems mit Aktivierung von Mechanismen der zellulären und humoralen

Kaskade (GIANNOUDIS et al. 1998). Unter anderem werden proinflammatorische

Zytokine synthetisiert und in hoher Menge von mononukleären Zellen u.a. (z.B.

Endothelzellen) freigesetzt. Vor allem in herzchirurgischen, experimentellen Studien

konnten Hinweise dafür gefunden werden, dass eine Hypothermie das

pathophysiologische Geschehen positiv beeinflußt. Dazu zählen die Stimulation der

IL-10-Synthese und eine Suppression der TNFα-Produktion. Im Rahmen eines

hämorrhagischen Schocks kann die frühzeitige Induktion einer Hypothermie ebenso

die Synthese des IL-6 reduzieren. Anhand dieser inflammatorischen Reaktionen

konnte gezeigt werden, dass die nach Trauma ohnehin erhöhte Zytokinproduktion

durch einen operativen Eingriff noch einmal signifikant gesteigert wird. Die

gesteigerte Aktivität des Immunsystems kann zu einer zellvermittelten Schädigung

von Organen mit kapillärer Schädigung, einem Permeabilitätsschaden und einem

daraus resultierendem “Multi Organ Dysfunction Syndrome“ (MODS) führen (BAKER

et al. 1980; GORIS 1993).

Die Hypothermie, definiert als eine Körperkerntemperatur von weniger als 35 °C, tritt

im Rahmen eines Polytraumas in bis zu 65 % der Fälle auf. Die klinische Relevanz

der elektiven Hypothermie liegt bisher vor allem darin, dass die Ischämiezeit der

Organsysteme im Rahmen herzchirurgischer und neurochirurgischer Operationen

verlängert werden kann (BIGELOW et al. 1950; LEWIS u. TAUFIC 1953).

Im Gegensatz zu den vorliegenden günstigen Effekten der induzierten Hypothermie

zeigt die klinische Erfahrung, dass die akzidentelle Hypothermie beim Polytrauma

Page 10: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Einleitung 2

(GREGORY et al. 1991; LUNA et al. 1987) einen wesentlichen Grund für

Komplikationen im Behandlungsverlauf darstellt. Allerdings konnte in experimentellen

Studien gezeigt werden, dass eine induzierte Hypothermie auch beim Polytrauma

günstige Effekte bewirken kann (CURLEY 1995), wenn sie bereits vor der

Hämorrhagie besteht. Eine Hypothermie, die vor der Hämorrhagie besteht, könnte

die Speicher der energiereichen Phosphate aufrecht erhalten. Somit könnte auch

beim Polytrauma durch eine frühzeitige Induktion einer Hypothermie die “golden hour

of shock“ verlängert werden. Trotz vielfältiger Untersuchungen der inflammatorischen

Mediatoren während der operativen Frakturversorgung beim polytraumatisierten

Patienten, wurde bisher der Einfluß der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf

das inflammatorische System bei diesem Verletzungsmuster nicht untersucht. Somit

bleibt unklar, ob die Hypothermie hier einen günstigen Effekt auf die Immunreaktion

ausübt, oder ob sie im Gegenteil sogar eine zusätzliche Belastung für den Patienten

darstellt. Um dieser Frage nachzugehen, wurde anhand eines Traumamodells

(Fraktursetzung, Induktion eines hämorrhagischen Schockes und Einleitung einer

Hypothermie) der klinische Verlauf, der Immunstatus, die histomorphologischen und

die pathophysiologischen Organveränderungen nachgeahmt.

Page 11: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 3

2. Literaturübersicht 2.1 Entzündung

Die Entzündung ist eine komplexe Abwehrreaktion des Organismus auf einen

exogenen oder endogenen Reiz (Noxe) unter Beteiligung des lokalen Gefäß-

Bindegewebe-Apparates, einschließlich der Entzündungszellen und

Entzündungsmediatoren sowie des Gesamtorganismus. Form, Schwere und Verlauf

einer Entzündung werden bestimmt durch Faktoren der Noxe einerseits und durch

Gegebenheiten des betroffenen Organismus andererseits. Unabhängig von der Art der auslösenden Noxe bestimmen die Schwere und die

Dauer ihrer Einwirkung die Folgen. Überschreiten beide Größen ein bestimmtes

Maß, so kommt es zum Tod des Gesamtorganismus. Von Seiten des Organismus

wirken die Vulnerabilität oder die Fähigkeit zur Entzündung (gefäßloses Gewebe, wie

z.B die Kornea) und alle jene Faktoren, die die Resistenz des Gesamtorganismus

bedingen, modulierend auf die Entzündung ein. Diese Faktoren sind entweder

genetisch vorgegeben (z.B im Haupthistokompatibilitäts-Komplex kodiert) oder

unterliegen temporären Veränderungen und nehmen u.a. auf nervalem bzw.

hormonellem Wege Einfluß. Die wichtigsten und für die klinische Diagnostik

genutzten Phänomene sind Fieber, Leukozytose oder Leukozytopenie und eine

veränderte Zusammensetzung der Immunglobuline (GALLIN et al. 1988). Das initiale

Ereignis der Entzündungsreaktion ist die lokale Kreislaufstörung. Der betroffene

Gefäßabschnitt wird gebildet von Arteriolen, Kapillaren, Venolen sowie

entsprechenden Kurzschlußgefäßen (arterio-venöse Anastomosen).

Der Kreislaufstörung kann gelegentlich eine kurzdauernde, nerval oder durch

Adrenalin bedingte Konstriktion der Arteriolen und präkapillaren Sphinkter mit

dadurch bedingter Ischämie (ischein =zurückhalten, haima =Blut) vorausgehen.

Der Reiz bewirkt eine Dilatation der Arteriolen und präkapillaren Sphinkter. Es

werden dadurch sowohl die Kapillaren vermehrt durchblutet als auch die temporär

nicht durchströmten Kapillaren mit Blut versorgt (Reperfusion). Eine aktive

Hyperämie mit Strombeschleunigung ist für die Kardinalsymptome Rötung (Rubor)

und Wärme (Calor) verantwortlich (HELPAP 1987). Diese Vasodilatation wird durch

das zeitlich gestaffelte Zusammenspiel von Histamin, Bradykinin und

Page 12: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 4

Prostaglandinen, vor allem PGE2 ausgelöst. Die Anaphylatoxine C3a und C5a des

Komplementsystems setzen aus Mastzellen und basophilen Granulozyten ebenfalls

Histamin frei (IVERSEN 1989). Die verstärkte Durchblutung des postkapillaren

Gefäßbettes erhöht den hydrostatischen Filtrationsdruck und führt so zur vermehrten

Flüssigkeitsabgabe in den Extravaskularraum mit Ödembildung. Diese Phase der

lokalen Kreislaufstörung beginnt etwa 5 Minuten nach Einwirken der Noxe und kann

30 bis 60 Minuten später in die zweite Phase übergehen. Der zunehmende

Flüssigkeitsaustritt führt zu einer Hämokonzentration in den Kapillaren und Venolen

mit Veränderung der Fließeigenschaften des Blutes (Hyperämie mit

Stromverlangsamung). Es bilden sich Erythrozytenaggregate, die einen vermehrten

Übertritt von kernhaltigen Zellen in den Marginalstrom bedingen, wodurch ihre

Emigration aus den Gefäßen begünstigt wird. Die Veränderungen der Blutströmung

können bis zur Stase mit Homogenisierung der Erythrozytensäule (Sludge-Phänomen) führen. Hypoxidose und Absinken des pH-Wertes schädigen

zunehmend die Endothelzellen. Die Durchlässigkeit insbesondere der Kapillaren

steigt an. Andererseits kommt es zur Aktivierung des Gerinnungssystems mit

Thrombozytenaggregation und zur Thrombenbildung, was wiederum die

Kreislaufstörung verstärkt.

Mit der örtlichen Kreislaufstörung geht auch eine Änderung der Gefäßpermeabilität einher. Für die Steuerung der Permeabilität sind die Endothelzellen, der

hydrostatische Druck und der onkotische Gewebsdruck verantwortlich. Drei

Mechanismen bedingen einen vermehrten Flüssigkeitsaustritt:

- ein erhöhter hydrostatischer Filtrationsdruck

- Entzündungsmediatoren mit Wirkung auf die Endothelzellen, die sich

retrahieren

- eine direkte Schädigung der Endothelzellen

Die Mediatoren haben als zweiten Wirkungsort die Endothelzellen der Venolen.

Durch Kontraktion der Endothelzellen der Venolen, später auch der Kapillaren,

entstehen interzelluläre Lücken, die eine Passage höhermolekularer Proteine

zulassen. Desweiteren entsteht eine gesteigerte Permeabilität durch die

Schädigung der Endothelzellen, die nekrotisch werden, sich ablösen und größere

Page 13: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 5

Lücken im Endothelrohr hinterlassen. Endothelzellschäden können in der Phase der

Kreislaufstörung, der Stase, entstehen oder über eine Reihe exogener bzw.

endogener Noxen. Lücken im Endothelzellverband begünstigen, vor allem bei

gleichzeitiger Auflockerung der Basalmembran, den Austritt von Zellen. Das gilt

insbesondere für die nicht zur Eigenbewegung befähigten Erythrozyten, während

polymorphkernige Granulozyten (PMN) und Monozyten die Gefäßbahn aktiv

verlassen können. Die Ödembildung im Gewebe entspricht dem Kardinalsymptom

der Schwellung (Tumor) mit einhergehender Functio laesa. Durch mechanische und

chemische Reizung entsprechender Rezeptoren wird gleichzeitig der Schmerz

(Dolor) ausgelöst. Prostaglandine lösen zusätzlich Schmerz aus. Außerdem werden

Entzündungsmediatoren ins Gewebe gebracht, wie die für die Opsonierung

verantwortlichen Antikörper und Komplementfaktoren (MIMS 1987). Fibrinogen wird

unter dem Einfluß von Gerinnungsfaktoren im Gewebe zu Fibrin umgesetzt.

Voraussetzung hierfür ist das Vorhandensein von Thrombozyten und PMN im

Entzündungsgebiet. Das Fibrin vermindert die Ausbreitung der schädigenden

Agenzien. Desweiteren stellt die Gerinnung von Fibrin im Entzündungsgebiet die

Voraussetzung für die Organisation durch Granulationsgewebe dar. Kann der Körper

die überschießende Inflammation nicht mit Hilfe antiinflammatorischer Mediatoren

unter Kontrolle bringen, kann eine Organdysfunktion oder bei Beteiligung mehrerer

Organe eine Multiorgandysfunktion die Folge sein.

2.1.1 Leukozyten 2.1.2.1 Neutrophile Granulozyten Neutrophile Granulozyten bestimmen das Bild der akuten Entzündungsreaktion. Sie

kommen in großer Anzahl im peripheren Blut vor und können bei Bedarf sehr schnell

und in großer Menge aus dem Speicherpool des Knochenmarkes freigesetzt werden.

Morphologie: Der reife neutrophile Granulozyt hat einen Durchmesser von 10-12 µm, sein Zellkern

ist mehrfach gelappt. Das Zytoplasma ist angefüllt mit unterschiedlichen Typen

Granula: den azurophilen und den spezifischen Granula. In die Zellmembran sind

u.a. Enzymsysteme für die Bildung von Produkten des Arachidonsäurestoffwechsels

Page 14: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 6

(Phospholipase A2, Zyklooxygenase, Lipoxygenase) und für die Bildung von

Sauerstoff-Radikalen eingebaut. Die Zellmembran trägt außerdem Rezeptoren für die

Anaphylatoxine C3a und C5a. Die Phagozytose opsonierter Partikel erfolgt durch

den Komplementrezeptor CR1 und C3b bzw. Rezeptoren für das Fc-Stück von

Immunglobulinen (Fc-Rezeptor).

Funktion: Neutrophile Granulozyten erfüllen neben dem intrazellulären Abbau auch

sekretorische Funktionen (Abgabe von lysosomalen Enzymen und anderen

Mediatoren). Die Abtötung von Mikroorganismen (Phagozytose) kann prinzipiell auf

zwei Wegen erfolgen: durch erstens sauerstoffabhängige und zweitens

sauerstoffunabhängige Mechanismen.

Der erste Phagozytosevorgang induziert über einen “respiratory burst“ die Bildung

der unterschiedlichen aggressiven Sauerstoffverbindungen bzw. Sauerstoffradikale,

wie Superoxidanionen, die mit DNA interargieren können und zu DNA-Brüchen

innerhalb der Zellen führen und Wasserstoffperoxid (H2O2). Diese sind die

bekanntesten Chemotaxine (GRISWOLD u. MAIER 1988). Auf der anderen Seite

können diese aggressiven Sauerstoffverbindungen nach vorangegangener Ischämie,

in der anschließenden Reperfusionsphase für sekundäre Organschäden

verantwortlich sein.

Der zweite sauerstoffunabhängige Weg bedient sich der lysosomalen Enzyme in den

azurophilen Granula, die im sauren Milieu der Phagolysosomen zum Abbau von

Bakterien in der Lage sind. Das Lysozym der Granula spaltet das Muramingerüst der

Bakterienarten. Das eisenbindende Laktoferrin der spezifischen Granula trägt

schließlich durch Eisenentzug zur Hemmung des Bakterienwachstums bei. Während

sich an der intrazellulären Abtötung von Mikroorganismen überwiegend die

azurophilen Granula beteiligen, sind für die Sekretion von lysosomalen Enzymen

vermehrt die spezifischen Granula verantwortlich. Die Freisetzung der Kollagenase

aus den spezifischen Granula, aber auch der Elastase aus den azurophilen Granula

ist von Bedeutung, da deren pH-Optimum im neutralen Bereich liegt. Es können

körpereigene Substanzen wie Elastin, Kollagen und Proteoglykane abgebaut

werden, wodurch Noxen abgebaut werden können. Weitere Substrate dieser Enzyme

Page 15: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 7

sind das Fragment D der Fibrinolyse, insbesondere aber der Komplementfaktor C3a,

der unspezifisch gespalten wird. Diese sind neben Endotoxinen, Sauerstoffradikalen,

IL-1, IL-8 und TNFα die wichtigsten Chemotaxine für die PMN. Durch diese

Vorgänge wird die Entzündung unterhalten und Gewebe auf und abgebaut

(FELLENBERG 1978).

2.2 SIRS, Sepsis, MODS ASHBAUGH et al. (1967) beschrieben zum ersten Mal das klinische Syndrom des

akuten Lungenversagens und schufen später im Jahre 1971 den Begriff des “Adult

Respiratory Distress Syndrome“ (ARDS). BORDER et al. (1968) beobachteten zur

selben Zeit ein Herz-Kreislauf-Versagen bei Patienten mit einer Sepsis. SKILLMAN

et al. (1969) fanden das von Ashbaugh beschriebene Lungenversagen, sowie eine

Peritonitis bei Patienten, die ausgedehnten abdominellen Operationen unterzogen

worden waren. Dieses Syndrom war zu der Zeit die Haupttodesursache

Schwerverletzter (ASHBAUGH et al. 1967; BAUE 1975; DEITCH 1993b; GORIS u.

DRAAISMA 1982). BAUE (1975) erkannte zwei Jahre später als erster das

sequentielle oder gleichzeitige Versagen mehrerer Organsysteme als eine

gemeinsame Endstrecke, die ihren Ursprung in den verschiedensten

Grunderkrankungen haben konnte, darunter auch das Unfalltrauma. Er nannte

dieses “Multiple, Progressive, or Sequential Systems Failure“. TILNEY et al. (1973)

beschrieben erstmals anhand von drei Patienten mit Aortenruptur dieses Syndrom.

Daraus formten BORDER et al. (1976) den heute etablierten Begriff “Multiple organ

failure“, beziehungsweise „Multiorganversagen“ (MOV) (BORDER 1992; EISEMAN et

al. 1977; FRY et al. 1980). Durch weitere Studien kam man zu dem Entschluß, das

ARDS als ein Teilbild des MOV anzusehen (BARIE 1995; CUNNINGHAM 1991;

DEMLING 1993; GORIS et al. 1985). 1991 wurde dann schließlich im Rahmen einer

Consensuskonferenz des “American College of Chest Physicians“ (ACCP) und der

“Society of Critical Care Medicine“ (SCCM) der Begriff des “Multi Organ Dysfunction

Syndrome“ (MODS) geprägt. Desweiteren wurde bei dieser Konferenz versucht, eine

einheitliche Definition für das Organversagen und das Sepsis-Syndrom zu finden.

ARDS und MODS stellen die Hauptursache für eine verlängerte Intensiv-Behandlung

Page 16: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 8

sowie die Haupttodesursache auf chirurgischen Intensivstationen dar (BARIE et al.

1994; BEAL u. CERRA 1994; BROOS et al. 1993; CERRA 1990; COSENTINO et al.

1994; DEITCH 1992). Nach FAIST et al. (1983) sind sie der wichtigste limitierende

Faktor nach Operationen oder Verletzungen. Aufgrund enormer Fortschritte auf dem

Gebiet der präklinischen Rettungssysteme, der Diagnostik, der chirurgischen Taktik

und der intensivmedizinischen Behandlung, konnte die Letalität des

Schwerverletzten in den letzten 50 Jahren von 90 auf 15-20 % gesenkt werden

(ADEBONOJO 1993; BOUILLON et al. 1992; HAAS et al. 1995; ORNATO et al.

1985). Jedoch blieb die Letalität in der vergangenen Dekade unverändert bestehen.

Dies ist auf eine weitestgehende Ausschöpfung der Möglichkeiten in der

präklinischen und der operativen Versorgung zurückzuführen. Immer wieder verstirbt

ein Teil der mit großem Aufwand initial erfolgreich therapierten Patienten Tage bis

Wochen nach dem Unfallereignis an einem konsekutiven und bisher weitgehend

therapierefraktären Organversagen (CARRICO et al. 1986; MANSHIP et al. 1984).

CRUMP et al. (1988) sowie FRY et al. (1980) waren der Ansicht, dass es sich um ein

iatrogenes Problem handle. Sie begründeten diese damit, dass die moderne

medizinische Versorgung schwerverletzte Patienten lange genug überleben ließe,

damit die dem Organversagen zugrundeliegenden Pathomechanismen wirksam

werden können. Diese Pathomechanismen müssen genauer verstanden werden, um

darauf mit neuartigen Behandlungsstrategien zu reagieren und somit die Letalität

Schwerverletzter zu senken. Aufgrund optimierter präklinischer Versorgung und

verbesserter intensivmedizinischer Behandlung konnten die „klassischen

Komplikationen“ wie Schock, akutes Nierenversagen (ANV) und zu einem Teil auch

das ARDS weitgehend vermieden werden. Jedoch ist das MODS zum limitierenden

Faktor des chirurgischen Erfolgs herangewachsen (DEITCH 1992).

Todesursachen in der modernen Unfallchirurgie Es existieren zwei Kategorien, in denen die versterbenden schwerverletzten

Patienten zu finden sind. In der ersten Kategorie sind mit dem Leben nicht zu

vereinbare Verletzungen zusammengefaßt, wie schwerste Schädel-Hirn-

Verletzungen, Massenblutungen infolge rupturierter großer Gefäße sowie stumpfe

Page 17: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 9

Zerreißungen parenchymatöser Organe. Diese Todesursachen entziehen sich einer

wirkungsvollen Therapie, da sie in direktem Zusammenhang zum erlittenen Trauma

stehen.

Die zweite Kategorie umfaßt Patienten, die dank moderner unfallchirurgischer

Techniken das Trauma überleben, jedoch nach Tagen bis Wochen an einem

konsekutiven Organversagen sterben. Dieser „späte Tod“ ist nicht mehr unmittelbar

mit dem Trauma in Verbindung zu bringen. Die Pathogenese ist umstritten, seine

Therapie unspezifisch, die Letalität ausgesprochen hoch (NEUHOF 1991; SCHLAG

u. REDL 1988; TRUNKEY 1983). 80 % aller Todesfälle, die erst 7 Tage nach dem

Trauma auftreten, sind auf Sepsis und MODS zurückzuführen (BAKER et al. 1980).

In einigen Fällen folgen trotz angemessener Volumentherapie schwerwiegende

Komplikationen wie ARDS und MODS (GORIS 1993).

Das SIRS kann unterschiedlichster Genese sein. Die häufigsten Ursachen sind

Ischämie-Reperfusion, multiple Traumata, hämorrhagischer Schock oder akute

Pankreatitis. Das SIRS wird in drei Phasen eingeteilt:

Phase 1: lokale Abwehrreaktion

Phase2: Mediatoren werden in den Kreislauf abgegeben, und Zellen, wie

z.B.Monozyten zur Bekämpfung des Schadens aktiviert

Phase3: massive systemische Inflammation, in der große Mengen an Zytokinen

freigesetzt werden, die das Endothel und die Endorgane vor allem über

zelluläre Faktoren schädigen.

Diese Entzündung führt zum MODS. Es sei denn, dass es dem Organismus gelingt,

eine Gegenregulation mittels antiinflammatorischer Mediatoren einzuschalten. Durch

Sezernierung von IL-4, IL-10, IL-1-Rezeptorantagonist oder löslichen Rezeptoren

kann die Immunreaktion begrenzt werden. Diese Phase kann jedoch zu einer

überschießenden Immunsuppression führen, wodurch das “Compensatory Antiinflammatory Response Syndrome“ (CARS) entsteht. Bestehen sowohl Pro-,

als auch Antiinflammation nebeneinander, spricht man vom “Mixed Antagonist Response Syndrome“ (MARS). Tritt das SIRS zusammen mit einer Infektion auf, spricht man von einer Sepsis.

Eine schwere Sepsis (severe sepsis) wird als eine Sepsis definiert, die mit einer

Page 18: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 10

Beeinträchtigung der Hämodynamik einhergeht. Diese äußert sich dann als

Hypoperfusion mit Laktazidose, Oligurie, Bewusstseinsstörungen oder Hypotonie

(systolischer Blutdruck <90 mmHg).

Von septischen Schock spricht man, wenn die Hypotonie trotz adäquater

Volumensubstitution persistiert.

Das MODS kann als eine Folge von SIRS oder Sepsis auftreten. Es liegt vor, wenn

die Organfunktionen nicht ausreichen, die Homöostase aufrecht zu erhalten (Tab.1). SIRS Zwei oder mehr der folgenden

Symptome:

Rektale Körpertemperatur <36

o. >38 °C, Herzfrequenz

>90/min, Atemfrequenz>20/min

o. PACO2<32mmHG,

Leukozyten>12.000/mm³ o.

<4.000/mm³ o. 10%unreif

Sepsis SIRS mit Infektion

Schwere

Sepsis

SIRS mit Infektion u. Beeinträchtigung

der Hämodynamik

MODS Zustand eines physiologischen Ungleichgewichts, in

dem die Organfunktion nich in der Lage ist, die

Homöostase aufrecht zu erhalten

Tab.1: Definition von SIRS, Sepsis (schwer) und MODS nach der Konsensuskonferenz der Society of

Critical Care Medicine und des American College of Chest Physicians

Sepsis tritt in der Klinik in unterschiedlchen Formen auf und kommt sehr häufig vor.

Das Erkrankungsspektrum reicht von relativ milden physiologischen Abnormalitäten

bis hin zum septischen Schock.

SIRS umfaßt die Grundzüge einer systemischen Inflammation ohne

Organschädigung und identifizierbare Bakterämie. Eine pharmakologische

Unterstützung muß jedoch gewährleistet sein. Wichtig ist, dass SIRS als

selbständige Erkrankung getrennt von (schwerer) Sepsis und einem septischen

Schock angesehen werden muß. Jede dieser genannten Erkrankungen hat

eigenständige diagnostische Kriterien, die sich von denen des SIRS unterscheiden.

Der Übergang vom SIRS zu einer Sepsis, ist in dem Vorhandensein eines

identifizierten Pathogens (Staphylokokkus aureus, Pseudomonas aeruginosa, E.coli,

Page 19: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 11

Meningokokken und Bacteroides) zu sehen. Die Pathophysiologie ist sehr komplex

und umfaßt alle sich beeinflussenden Systeme, die an einer Inflammation und an

einer Immunantwort beteiligt sind. Zu nennen wären folgende Systeme (BATTISTINI

et al. 1996; BAUE 1997; DAVIES u. HAGEN 1997; FORCEVILLE et al. 1998; FRY

2000; JIMENEZ et al. 1997; KREIMEIER u. PETER 1998; LEVY et al. 1997;

LIEBERMAN et al. 1998; MCGILVRAY u. ROTSTEIN 1998; MUCKART u.

BHAGWANJEE 1997; RAYMONDOS et al. 1999; STOISER et al. 1998; TALMOR et

al. 1999; WAKEFIELD et al. 1998):

1. Komplementsystem

2. Zytokinkaskade

3. Arachidonsäurekomplex

4. zellvermittelte Immunantwort

5. Plättchenkaskade

6. humorale Immunmechanismen Diese Kondition beinhaltet jedoch keine Infektionsquelle. Eine metabolische Azidose

ist immer mit einem SIRS vergesellschaftet, da die Laktatwerte ansteigen. SIRS kann

alle Organsysteme betreffen und kann zu einem MODS führen. Der Auslöser für ein

SIRS ist unklar. Auch wenn der Auslöser für das SIRS noch nicht bekannt ist, so sind

einige wichtige Mediatoren in der Entwicklung eines proinflammatorischen Stadiums

wichtig. Hierzu gehören IL-1, IL-5, IL-6, IL-8, IL-11, IL-15. Desweiteren der

kolonienstimulierende Faktor (CSF), Chemokine (monocyte chemotactic protein-1)

und das wachstumsabhängige Onkogen Protein-α (growth-related oncogene protein-

alpha). Ebenso werden der Tumornekrosefaktor alpha und andere verwandte

Moleküle bei einem infektiösen Agens [Lipopolysaccharide (LPS),

Staphylokokkenenterotxin A-E und Schocktoxine] angetroffen (s. 2.3. Zytokine).

Daran wird wieder deutlich, dass nicht nur ein einziger Auslöser für das SIRS

verantwortlich ist. Der gesamte Organismus antwortet mit einer Reihe an

unterschiedlichen Immunantworten. Es existiert eine Vielzahl von Komplikationen bei

SIRS:

1. akutes Nirenversagen (ARF/acute renal failure) aufgrund einer akuten

Tubulonekrose

Page 20: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 12

2. akutes Lungenversagen oder akute Schocklunge

3. Koagulopathie durch akute Insuffizienz der Leber

Die Prognose bei Patienten, die an SIRS erkrankt sind, ist ausschließlich von der

proinflammatorischen Immunantwort abhängig. Das CARS kann dem SIRS

entgegenwirken und einen Ausgleich zwischen dem inflammatorischen und dem

antiinflammatorischen System schaffen. Wenn dies der Fall ist, ist die Prognose gut.

Andererseits führt eine bestehende Proinflammation oder eine exsessive

Antiinflammation zu einem MODS, da es zu einem Übergang in das MARS kommen

kann. Die Ausbildung eines MODS richtet sich nach der Anzahl der versagenden

Organsysteme. Die Sterblichkeitsrate beträgt bei 3 geschädigten Organsystemen 85

%, bei 4 95 % und bei 5 99 %. Auch in den letzten 20 Jahren ist es nicht gelungen,

die Mechanismen, die zum MODS führen aufzuklären, obwohl zahlreiche

Hypothesen mit großem Forschungsaufwand untersucht wurden (BEAL u. CERRA

1994; CARRICO 1993; DEITCH 1993a; SAUAIA et al. 1994). Durch Aktivierung des

unspezifischen Immunsystems und der Plasmakaskaden kommt es zu einem

generalisierten mikrovaskulären und parenchymatösen Organschaden und darüber

zum klinisch manifest werdenden Organversagen (BOTHA et al. 1995; MICHIE

1996). FRY et al. (1980) erkannten sehr früh durch Beobachtungen, dass der

Erkrankung ein autoimmunologischer Charakter zugrundeliege. Es sind

Organsysteme betroffen, die beim initialen Trauma nicht verletzt wurden. Der Ausfall

der Organfunktion erfolgt mit zeitlicher Verzögerung. Art und Reihenfolge der

Organausfälle folgen trotz unterschiedlicher Ausgangssituationen einem stereotypen

Muster. MEAKINS (1989) stellte eine Hypothese auf, dass die Erkrankung infolge

einer unkontrollierten Sepsis auftritt. Diese Hypothese ist heute zumindest bei

Traumapatienten nicht vertretbar. Ein septischer Fokus erhöht zwar das Risiko ein

MODS zu entwickeln, ist aber keine Voraussetzung. Weder die Behandlung eines

septischen Fokus führte zu einer verbesserten Überlebensrate, noch konnte eine

Infektion bei allen MODS-Patienten nachgewiesen werden, welche ein septiformes

Bild aufwiesen (GORIS et al. 1985). Die häufig zu beobachtenden Symptome einer

Sepsis sind als eine gemeinsame Endstrecke zu betrachten, wie sie bei Sepsis und

immunologischen Reaktionen des Organismus durchlaufen werden. Versuche an

Page 21: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 13

freiwilligen Versuchsprobanden bestätigen dies (HESSE et al. 1988; MICHIE et al.

1988; REVHAUG et al. 1988; STARNES, Jr. et al. 1988; WATTERS et al. 1986). Ein

MODS tritt nicht nur bei traumatisierten Personen auf. Nach schweren internistischen

Krankheiten (z.B. nekrotisierende Pankreatitis) und Elektivoperationen (z.B.

Transplantation) kann es zum Multiorganversagen kommen. Dennoch scheint es

Unterschiede in Bezug auf Muster und Letalität des MODS zu geben, die eine

ätiologische Abgrenzung erforderlich machen. Die Anzahl der an einem MODS

erkrankten polytraumatisierten Patienten liegt zwischen 5- 30 %. Außerdem richtet

sich die Inzidenz des MODS nach der Grunderkrankung bzw. der Art und Schwere

des erlittenen Traumas. Diese ist abhängig von der Anzahl der versagenden Organe

und liegt bei zwei versagenden Organen durchschnittlich bei 35 und bei drei

versagenden Organen bei 71 %. Nach CRUMP et al. (1988) und FAIST et al. (1983)

existieren Risikofaktoren, die für die Ausbildung eines MODS beim

polytraumatisierten Patienten verantwortlich sind:

-große Verletzungsschwere und massiver Gewebeschaden mit Nekrose

-Hypovolämischer Schock

-Sepsis und Behandlungsfehler beim Polytrauma-Management

Die beinahe stereotype Regelmäßigkeit bei Art und Reihenfolge des

Organversagens, wurden von nachfolgenden Autoren (BAUE 1975; BORDER et al.

1976; BORDER 1992; CERRA et al. 1980; DEITCH 1993b; FAIST et al. 1983; FRY

et al. 1980; MCMENAMY et al. 1981) ausgewertet (Tab. Autor 1.Organ 2.Organ 3.Organ

Baue,1975 Lunge Niere Leber

Border,1976 Lunge Herz Leber

Cerra,1980 Lunge Leber Niere

Fry,1980 Lunge Leber Darm

McMenamy,1981 Lunge Leber Herz

Faist,1983 Lunge Gerinnung Niere

Goris,1985 Lunge Leber Herz

Nast- Kolb,1992 Lunge Leber n.a.

Deitch,1993 Lunge Leber Darm

Tab.2: Sequenz d. Organversagens; n.a.= nicht angegeben

Page 22: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 14

Es existieren zwei unterschiedliche Verlaufsformen des MODS:

1. ein frühes MODS (die Organausfälle werden in den ersten posttraumatischen

Tagen manifest)

2. ein verzögertes MODS (nach einem zunächst stabilen Zustand des Patienten setzt

eine Sepsissymptomatik ein, die zum konsekutiven Organversagen führt) (FAIST et

al. 1983; MOORE et al. 1996; SAUAIA et al. 1994; SAUAIA et al. 1996).

Das frühe MODS wird als extremer Fall des verzögerten MODS gesehen, bei dem

“Primer“ und “Activator“ durch die geschwächte Immunlage des Patienten und durch

schwerstes Trauma zusammenfallen. Einige Autoren sehen das verzögert

einsetzende MODS als klinische Manifestation des “Two-Hit-Phänomens“ an.

Dabei wird durch einen “Primer“ (Trauma /first hit) die Homöostase des Patienten

geschwächt und durch einen “Activator“ (zusätzlicher Stimulus /second hit wie z.B.

Sepsis oder Operation) das MODS im vorgeschädigten Organismus ausgelöst

(SAUAIA et al. 1994).

2.3 Zytokine Bei einer physiologischen Reaktion des Körpers auf ein infektiöses oder

traumatisches Ereignis erfolgt zunächst die Ausschüttung der

proinflammatorischen Zytokine: TNF-alpha, IL-1 beta, IL-6, IL-8, IFN-gamma,

MCP-1 und IL-12p70. Im weiteren Verlauf der Abwehrreaktion kommt es aufgrund

negativer Rückkopplungsmechanismen zu einer vermehrten Freisetzung

antiinflammatorischer Zytokine, wie IL-4, IL-10 und IL-13. Im Folgenden soll nur auf

die Zytokine dieser Studie eingegangen werden.

2.3.1 Tumornekrosefaktor-alpha Der TNFα ist ein 17 kDa großes Protein mit einer Länge von 157 Aminosäuren. Die

Bezeichnungen Cachectin und Cytotoxin (CTX) dienten in der älteren Literatur als

Synonyme und spiegelten die ursprüngliche Funktion der Nekrose von Tumorzellen

und der Kachexie wieder. TNFα spielt eine wichtige Rolle als primärer Modulator in

der Pathogenese bei infektiösen, sowie akuten und chronischen Entzündungen.

Page 23: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 15

So spielt TNF eine Schlüsselrolle in der Pathogenese des septischen Schocks

(BEUTLER et al. 1985a; TRACEY et al. 1986).

Als Hauptquelle des TNFα dienen Makrophagen, Monozyten und NK-Zellen.

Desweiteren können Gliazellen, Mastzellen, CD4+-T-Lymphozyten (T-Helferzellen),

stimulierte neutrophile Granulozyten, Fibroblasten und glatte Muskelzellen TNFα

sezernieren (TRACEY u. CERAMI 1993). Die Synthese von TNFα wird durch

verschiedene Faktoren stimuliert. Hierzu gehören Interferone, IL-2, Bradykinin,

Immunkomplexe, Endotoxin, LPS, Enterotoxin, Toxic shock syndrome-Toxin und

Faktoren des Komplementsystems (OKUSAWA et al. 1988). Auf der anderen Seite

wird TNFα u.a. durch IL-6, Vitamin D3 und Dexamethason inhibiert. Die Wirkungen

des TNFα werden über zwei verschiedene membrangebundene Rezeptoren, dem

TNF-RI (55kDa) und dem TNF-RII (75kDa), die mit Ausnahme von Erythrozyten auf

allen Zelltypen exprimiert werden, vermittelt. Daneben wurden lösliche TNF-

Bindungsproteine im humanen Serum, die die biologische Aktivität von TNFα und

TNF-β inhibieren können, identifiziert (MOLDAWER 1993; PESCHON et al. 1998).

Die Wirkungen des TNFα sind vielfältig (s. Abb.1). So konnte in einem Mausmodell

durch Vorbehandlung mit einem Anti-TNF-Antikörper (Remicade ®, W:Infliximab) die

Letalität nach Endotoxingabe signifikant gesenkt werden (BEUTLER et al. 1985b;

ECHTENACHER et al. 1990; ECHTENACHER et al. 1995). Vergleichend hierzu

konnten TRACEY et al. (1987) zeigen, dass eine Vorbehandlung mit einem Anti-

TNF-Antikörper vor E.coli-Sepsisinduktion, die Entstehung eines Schocks verhindere

und vor Organversagen schütze. TNFα bewirkt in Endothelzellen vor allem eine

proinflammatorische Wirkung infolge einer Freisetzung der Zytokine IL-1 und IL-6,

einer vermehrten Expression von Adhäsionsmolekülen (ICAM-1, ELAM-1, E-

Selektin), einer Erhöhung der Endothelpermeabilität, einer NO-Freisetzung und einer

Aktivierung des Blutgerinnungssystems (BRETT et al. 1989; NAWROTH u. STERN

1986). TNFα induziert in Monozyten eine TNF-, IL-1- und IL-6-Freisetzung. B-

Lymphozyten werden zur Antikörper-Produktion stimuliert, T-Lymphozyten

produzieren IL-2, IFN-γ und weitere Zytokine und die Hepatozyten werden zur

Produktion von Akute-Phase-Proteinen angeregt.

Page 24: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 16

Bei Patienten mit Sepsis oder mit septischem Schock wurden erhöhte Plasmaspiegel

an TNFα gefunden, was mit einer schlechten Prognose einherging (CALANDRA et

al. 1990; CASEY et al. 1993; SUNDQUVIST u. LIU 1993). Es stellt sich als

interessant dar, dass periphere Monozyten von septischen Patienten mit erhöhten

TNF-Plasmawerten nach Stimulation mit Endotoxin weniger TNF synthetisierten als

Monozyten von Kontrollpatienten. Zugleich war die Expression von TNF-mRNA

verringert (ERTEL et al. 1995). Ebenso wurde bei septischen Patienten nach

zusätzlicher LPS-Applikation im Vergleich zu gesunden Probanden eine geringere

Produktion von TNFα beobachtet (RIGATO u. SALOMAO 2003). Diese Tatsachen

könnten als Hinweis für die „CARS-Theorie" gesehen werden. Eine Erklärung für die

unterschiedlichen Wirkungen dieses Zytokins bei Applikation oder bei Inhibition

könnte sein, dass es für die Therapie wichtig zu wissen ist, welcher Immunstatus

beim einzelnen Patienten vorliegt. So könnte ein Patient im SIRS eher von einer

antiinflammatorischen Therapie profitieren, wohingegen ein Patient mit CARS eher

einer inflammatorischen Therapie unterzogen werden sollte (BARTELS et al. 1998).

Abb.1 : Biologische Wirkungen des TNFα

Page 25: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 17

2.3.2 Interferon-γ

Das Protein IFN-γ, welches früher auch Immun-Interferon (IIF), Antigen-Induced

Interferon oder Typ2-Interferon genannt wurde, gehört neben den beiden

Interferonen „α“ (= Leukozyten-Interferon) und „β“ (= Fibroblasten-Interferon) zur

Übergruppe der Interferone. Charakteristikum dieser Gruppe ist eine antivirale, durch

Hemmung der viralen Replikation, eine antiproliferative und eine immunmodulierende

Wirkung. Das IFN-γ besteht aus 146 Aminosäuren und einem Molekulargewicht

zwischen 20 und 25 kDa. Das Gen für IFN-γ konnte auf dem humanen

Chromosomen 12 lokalisiert werden. Auf Proteinebene zeigen humanes und murines

IFN-γ eine Sequenzhomologie von ca. 40 % (IBELGAUFTS 1992b). Die Synthese

von IFN-γ erfolgt hauptsächlich durch aktivierte T-Lymphozyten, sowohl CD4+- als

auch CD8+-Zellen (zytotoxische T-Zellen), B-Lymphozyten und NK-Zellen. Es konnte

beobachtet werden, dass die Synthese von IFN-γ vom IL-2-Rezeptor abhängig ist, da

eine Hemmung dieses Rezeptors zu einer verminderten IFN-γ-Synthese führte. Die

immunmodulierende Wirkung dieses Zytokins zeigt sich in verschiedener Weise.

Unter anderem stimuliert es die Expression von MHC-Klasse-II-Antigenen auf der

Zelloberfläche, die Expression des Zelloberflächenantigens CD4+ in T-Helferzellen,

die Expression des Rezeptors für IgG in myeloiden Zellreihen, neutrophilen

Granulozyten und Monozyten und induziert somit in diesen Zellen die Sekretion des

TNFα. Ebenso kommt es zu einer NK-Zell-Aktivierung. In Makrophagen kommt es

unter IFN-γ-Stimulation zu einer Freisetzung von Sauerstoffradikalen. Ebenso

wurden synergistische Wirkungen mit den Zytokinen IL-1 und IL-2 beschrieben.

In einem Tiermodell mit Induktion eines hämorrhagischen Schockes wurde eine

reduzierte Mortalität nach IFN-γ-Applikation beobachtet (LIVINGSTON u.

MALANGONI 1988). Ebenso wurden nach Induktion einer abdominellen Sepsis

protektive Wirkungen des IFN-γ bezüglich des Überlebens beschrieben (ZANTL et al.

1998). Demgegenüber wiesen MILES et al. (1994) in einem “Cecal Ligation and

Puncture“/ CLP-Modell eine zunehmende Mortalitätsrate nach IFN-γ-Gabe auf.

In einem weiteren Peritonitis-Modell wurden die Wirkungen bei exogener IFN-γ-Gabe

bzw. bei Fehlen des IFN-γ-Rezeptors untersucht. Nach Applikation von IFN-γ zum

Zeitpunkt der CLP konnte eine reduzierte Überlebensrate verzeichnet werden.

Page 26: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 18

Andererseits wurde bei Fehlen des IFN-γ-Rezeptors keine verringerte

Überlebensrate dokumentiert. So vermittelte das Fehlen dieses Rezeptors eine

gewisse Resistenz gegenüber Endotoxinen (ECHTENACHER et al. 2001). Eine Erklärung für die unterschiedlichen Wirkungen dieses Zytokins bei Applikation

oder bei Inhibition könnte wie beim TNFα sein, dass es für die Therapie wichtig zu

wissen ist, welcher Immunstatus beim einzelnen Patienten vorliegt (IBELGAUFTS

1992a).

2.3.3 Interleukin 12p70 Das IL-12p70, frühere Bezeichnungen Cytotoxic Lymphocyte Maturation Factor

(CLMF) und Natural Killer Cell Stimulatory Factor (NKSF), ist ein heteromeres 75

kDa großes Protein mit einer 40 kDa und einer 35 kDa großen Untereinheit. Die

beiden Untereinheiten sind durch Disulfid-Bücken miteinander verbunden, wobei eine

Zerstörung dieser Verbindung zum Verlust der biologischen Aktivität führt. Es gibt

zwei Isoformen dieses Proteins: das bioaktive und proinflammatorische IL-12p70 und

das regulierende antagonisierende IL-12p40. Das IL-12 wird hauptsächlich von

Monozyten, Makrophagen und neutrophilen Granulozyten sezerniert. Das IL-12p70

aktiviert Th1-Zellen und NK-Zellen und induziert somit die Sekretion von IFN-γ,

welches wiederum in einem positiven Feedback-Mechanismus die IL-12p70-

Sekretion induziert (CASSATELLA et al. 1995; ETHUIN et al. 2003; MATTNER et al.

1993; TRINCHIERI 1998). Einen negativen Feedback-Mechanismus erfährt das IL-

12p70 über die Th2-Produkte IL-4 und IL-10 (TRINCHIERI et al. 1992). Desweiteren

wird die IL-2-induzierte Proliferation ruhender peripherer Immunzellen durch IL-12p70

verstärkt.

Es konnte in einem Tiermodell mit induzierter Sepsis gezeigt werden, dass die

Neutralisierung des IL-12p70 mit einer verringerten Überlebensrate einherging

(STEINHAUSER et al. 1999). In früheren Untersuchungen führte in einem Verbrennungs-Mausmodell mit

anschließender Sepsisinduktion durch eine CLP die Applikation von IL-12 zu

erhöhten Überlebensraten (O'SUILLEABHAIN et al. 1996). Diese Tatsachen spiegeln

die bedeutende positive Rolle des IL-12p70 bei der Immunantwort wieder.

Page 27: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 19

Die Stimulation von Monozyten aus Sepsispatienten mit LPS und IFN-γ führte zu

einer geringeren IL-12p70-Produktion und zu einer erhöhten Produktion des

antagonisierenden IL-12p40. Diese Tatsache soll eine zu starke Inflammation, die zu

einem SIRS führen könnte, vermeiden. Gleichzeitig ist der Organismus aber auf der

anderen Seite auch für nosokomiale Infektionen empfänglich und könnte ein CARS

entwickeln (ETHUIN et al. 2003).

GOEBEL et al. (2000) zeigten bei Schwerstverletzten nach Trauma eine verminderte

Möglichkeit von Monozyten und Makrophagen auf, IL-12 zu produzieren (GOEBEL et

al. 2000). Diese Tatsache unterstreicht die bedeutende Rolle des IL-12 bei der

primären Immunantwort auf einen Unfall oder einer Infektion.

2.3.4 Interleukin-6 Das Interleukin-6 ist ein Protein mit vielfältigen Synonymen wie beispielsweise B-Cell

Differentiation Factor (BCDF), B-Cell Stimulatory Factor (BCSF), Cytolytic

Differentiation Factor for T-lymphocytes (CDF), Human Endothelial Culture

Supernatant (HECS), Hepatocyte Stimulatory Factor (HSF), Interferon-β2 (IFN-β2),

Macrophage Granulocyte Inducer (MGI-2A) u.v.a.. 1986 einigte man sich auf die

gemeinsame Bezeichnung IL-6. Aus den vielen unterschiedlichen Synonymen ist

bereits auf das weite Spektrum an biologischen Aktivitäten zu schließen. Das Gen für

humanes IL-6 wurde auf dem Chromosom 7p21-p14 lokalisiert (IBELGAUFTS

1992a). IL-6 besteht aus 184 Aminosäuren und besitzt ein Molekulargewicht

zwischen 21,5 und 28 kDa, welche sich hauptsächlich durch verschiedene

Glykosylierungen und Phosphorylierungen unterscheiden. Produziert wird das IL-6

von verschiedenen Zellen, wobei als Hauptlieferanten mittels IL-1, TNF oder

Endotoxin stimulierte Monozyten, Makrophagen, Fibroblasten und Endothelzellen

dienen (SHALABY et al. 1989). Aber auch T- und B-Lymphozyten, Mastzellen,

Gliazellen und Keratinozyten sind in der Lage IL-6 zu produzieren. Die Produktion

kann durch Kortikoide gehemmt werden. IL-6 stimuliert Hepatozyten zur Produktion

von Akute-Phase-Proteinen wie Fibrinogen, α1-Antitrypsin, CRP und

Komplementfaktoren. Es wirkt hierbei als physiologischer Hauptmediator der Akute-

Phase-Reaktion. IL-6 induziert die Differenzierung von reifen und unreifen T-Zellen

Page 28: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 20

zu zytotoxischen T-Zellen und steigert die Aktivität von NK-Zellen (CD56-Zellen). Bei

den B-Zellen erfolgt die abschließende Reifung zu Plasmazellen mit Stimulation zur

Sekretion von Immunglobulinen. Verschiedene pathologische Prozesse, wie

bakterielle und virale Infektionen, Sepsis, Traumen, Autoimmunerkrankungen und

Malignome können zu erhöhten IL-6-Serumspiegeln führen (AKIRA et al. 1993;

HIRANO 1992; KISHIMOTO et al. 1992; VAN SNICK 1990). IL-6 stimuliert genauso

wie IL-1 die ACTH-Synthese. Es entsteht über eine Glukokortikoid-Ausschüttung ein

negativer Feedback-Mechanismus.

Im Tiermodell konnte gezeigt werden, dass die IL-6-Freisetzung später als die TNF-

und IL-1-Freisetzung erfolgt. Im Mausmodell konnte nach Endotoxingabe eine um

zwei Stunden versetzte Plasma-Höchstkonzentration von IL-6 gemessen werden.

Ebenso wurden nach TNF-Injektion maximale Werte nach einer Stunde gemessen

(ECHTENACHER et al. 2001). Somit wurde der Beweis erbracht, dass die IL-6-

Produktion TNF- und IL-1-abhängig ist.

Der Entzündungsmarker IL-6 ist bereits in den ersten Tagen nach einem Trauma

deutlich erhöht (LENDEMANS et al. 2004). Diese Erhöhung korreliert mit dem Injury

Severity Score (ISS), Auftreten von Komplikationen und Mortalität. Eine Erhöhung

des CRP-Wertes war zeitlich später als eine IL-6-Sekretion, aber innerhalb der ersten

12 Stunden nachweisbar, und korrelierte ebenfalls mit der Schwere der Verletzung

(GEBHARD et al. 2000). In vielen Kliniken wird die IL-6-Konzentration routinemäßig

bestimmt, da sie einen sehr guten prognostischen Marker bezüglich der Prognose

bei Patienten mit septischen Schock oder SIRS darstellt. Patienten mit Sepsis hatten

bei Aufnahme im Krankenhaus höhere IL-6-Werte als Patienten mit einem SIRS (DU

et al. 2003; TERREGINO et al. 2000). Ebenso hatten Patienten mit einem ARDS

erhöhte IL-6-Werte in der bronchoalveolören Lavage. Dieses war mit einer

schlechteren Prognose verbunden (MEDURI et al. 1995b; MEDURI et al. 1995a). IL-

6 kann somit als ein Marker für die Schwere eines Traumas mit folgender

Stadieneinteilung des Patienten dienen und in der Beurteilung des optimalen

Zeitpunktes für Sekundäroperationen bei polytraumatisierten Patienten helfen (PAPE

et al. 2001). Als Referenzbereich gesunder Erwachsener werden Werte zwischen 2,6

und 11,3 ng/l angegeben (HARBARTH et al. 2001). Kinder mit Sepsis und erhöhten

Page 29: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 21

IL-6-Spiegeln entwickelten häufiger ein MODS als Kinder mit einer geringer

ausgeprägten Erhöhung des IL-6-Plasmaspiegels (DOUGHTY et al. 1996).

In neueren Versuchen konnte im Tiermodell gezeigt werden, dass IL-6 protektive

Effekte des DHEA (Dehydro-Epi-Androsteron) bei einer Sepsis vermittelt. So konnte

in Anwesenheit von IL-6 und DHEA die Mortalität deutlich gesenkt werden. (VAN

GRIENSVEN 2001; VAN GRIENSVEN 2003)

2.3.5 Interleukin-10 IL-10, welches auch Cytokine Synthesis Inhibitory Factor (CSIF) genannt wird, ist ein

Immunmediator mit einem Molekulargewicht von 18-20 kDa und bestehend aus 160

Aminosäuren. IL-10 wird vorrangig von Th2-Lymphozyten aber auch von aktivierten

B-Lymphozyten, aktivierten Makrophagen, Monozyten, Keratinozyten und Gliazellen

produziert (MOORE et al. 1993; MOSMANN 1994). Die Freisetzung von IL-10 wird

zumindest teilweise durch TNF induziert. IL-10 besitzt immunsupprimierende

Eigenschaften. Hieraus folgt, dass eine überschießende Produktion eine Rolle bei

der Entstehung des CARS spielt. Es inhibiert die Synthese von IFN-γ, IL-2, IL-3 und

TNF-β der Th1-Zellen und der mononukleären Zellen. Weiterhin wird die Funktion

antigenpräsentierender Makrophagen und die darauffolgende T-Zellproliferation

gehemmt. IL-10 inhibiert die durch Th1-Zellen vermittelte Abwehrreaktion vom

verzögerten Typ (Typ IV) (LI et al. 1994).

In einem Tiermodell mit Neutralisation von IL-10 mit Antikörpern wurde gezeigt, dass

die Überlebensrate nach einem Verbrennugstrauma und einer darauffolgenden

Sepsis erhöht war. Ebenso wurde in einem Sepsis-Modell die Anfälligkeit gegenüber

späteren Sekundärinfektionen verringert (LYONS et al. 1999; STEINHAUSER et al.

1999).

Es fanden sich erhöhte IL-10-Werte nach Endotoxingabe an Versuchstieren. In

einem Peritonitismodell führte die frühe Blockade von IL-10 zu erhöhten TNF-

Plasmaspiegeln und zu einer erhöhten Mortalität. Demgegenüber bewirkte eine

spätere Blockade, die 12 Stunden nach Sepsisinduktion erfolgte, erhöhte

Überlebensraten, was die CARS-Theorie bestätigen könnte (SONG et al. 1999).

Page 30: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 22

NAPOLITANO u. CAMPBELL (1995) berichteten nach einem Tiermodell

(Femurfraktur kombiniert mit einer polymikrobiellen Sepsis mittels CLP) von einer

reduzierten IL-10-Sekretion. Patienten mit einer Sepsis wiesen erhöhte IL-10-

Plasmaspiegel auf. Höhere Werte konnten bei Patienten mit septischem Schock

(MARCHANT et al. 1994) gemessen werden. Ebenso besaßen Patienten mit SIRS

erhöhte Serumspiegel an IL-10 (RODRIGUEZ-GASPAR et al. 2001). Es konnte

gezeigt werden, dass Patienten mit schwerem Trauma (ISS >25) unter erhöhten IL-

10-Werten litten, wobei die höchsten IL-10-Werte in der 1.Woche nach Trauma

gemessen wurden (LENDEMANS et al. 2004). NEIDHARDT et al. (1997)

dokumentierten, dass sowohl die Schwere der Verletzung, als auch das Auftreten

von Komplikationen wie Sepsis, ARDS oder MODS mit den IL-10-Plasmaspiegeln

korrelierte.

2.3.6 Monocyte Chemoattractant Protein-1 Monozyten werden chemotaktisch in Entzündungsgebiete gelockt. Ein bedeutender

Faktor ist das MCP-1, Synonym: Lymphocyte Derived Chemotactic Factor (LDCF)

und Monocyte Chemotactic and Activating Factor (MCAF). Dieses Protein besteht

aus 76 Aminosäuren mit einem Molekulargewicht von 12,5 kDa. Es gehört zur

Gruppe der CC-Chemokine. Das MCP-1 wird nach Stimulation mit Endotoxin, TNF,

IL-1 und IFN von verschiedenen Zellen freigesetzt. Unter Anderem von Lymphoyten,

Fibroblasten, Epithelzellen, Makrophagen, Osteoblasten, Endothelzellen, glatten

Muskelzellen und Monozyten (BRIELAND et al. 1993; CHANG et al. 1989;

COLOTTA et al. 1992; ELNER et al. 1991; LARSEN et al. 1989; PAINE, III et al.

1993; SICA et al. 1990; STRIETER et al. 1989; VALENTE et al. 1988; VAN DAMME

et al. 1989; VAN DAMME et al. 1994; WILLIAMS et al. 1992; YOSHIMURA et al.

1989).

MCP-1 wirkt chemotaktisch und aktivierend auf Monozyten, nicht aber auf

neutrophile Granulozyten. Basophile Granulozyten werden induziert Histamin

freizusetzen (ALAM et al. 1992). Dies nimmt eine Schlüsselrolle in der Pathogenese

der Entzündung ein. Die Einwanderung inflammatorischer Zellen wird durch MCP-1

vermittelt. Es stellt somit einen wichtigen Teilschritt in der Entstehung der

Page 31: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 23

Immunreaktion vom verzögerten Typ (Typ IV) dar (LEONARD u. YOSHIMURA

1990).

In einem Versuch mit gesunden Probanden und LPS-Applikation konnte gezeigt

werden, dass nach drei Stunden die höchsten Plasmawerte an MCP-1 gefunden

wurden. Ebenso kam es nach fünf bis sechs Stunden zu einem rapiden Abfall der

MCP-1-Konzentration bis auf Ausgangswerte (SYLVESTER et al. 1993). Hierin ließ

sich die bedeutende Rolle des MCP-1 zu Beginn einer Entzündung zeigen.

BOSSINK et al. (1995) untersuchten die MCP-1-Konzentrationen bei Patienten mit

Sepsis. Sie dokumentierten eine erhöhte Konzentration bei der Mehrzahl der Sepsis-

Patienten. Es konnte kein Unterschied zwischen verstorbenen und überlebenden

Patienten bemerkt werden. Die MCP-1-Erhöhung war unabhängig vom

Erregerspektrum. Sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien bewirkten

einen MCP-1-Anstieg. Hier lag ein Unterschied zum MCP-2, welches nur in

Anwesenheit von grampositiven Bakterien erhöht war.

In einem Mausmodell führte die intratracheale Applikation von LPS zu einem

deutlichen Anstieg der MCP-1-Konzentration im Lungengewebe (UCHIYAMA et al.

2004). In der Literatur werden protektive Effekte des MCP-1 beschrieben.

In einem weiteren Tiermodell führte die Gabe von MCP-1 sechs Stunden vor

Sepsisinduktion mittels Pseudomonas aeruginosa oder Salmonella typhimurium zu

einem vollständigen Schutz vor der Infektion (NAKANO et al. 1994).

2.4 Schock Zahlreiche Definitionen existieren in der historischen Literatur. Daran wird die

Gewinnung und Erweiterung des medizinischen Wissens ersichtlich.

WIGGERS (1942) beschrieb: „Der Schock ist ein Syndrom, welches aus der

Depression vieler Funktionsbereiche entsteht.“ Entscheidend sei dabei die

Verminderung des effektiv zirkulierenden Blutvolumens mit einer zunehmend

fortschreitenden Störung der Zirkulation, die schließlich in einem irreversiblen

zirkulären Versagen endet.

WARREN (1985) vertrat die Meinung, den Schock als „Pause im Verlauf des Todes“

anzusehen. Die heutige Definition sieht den Schock als ein akut bis subakut

Page 32: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 24

einsetzendes, fortschreitendes generalisiertes Kreislaufversagen, das durch eine

gestörte Mikrozirkulation gekennzeichnet ist. Daraus resultiert ein akutes

Mißverhältnis zwischen Sauerstoffangebot und Sauerstoffbedarf in den Organen und

im Gewebe (Gewebshypoxie) mit einem inadäquaten Abtransport der im

Zellstoffwechsel anfallenden Metaboliten (Azidosegefahr) bis hin zur strukturellen

Veränderung der betroffenen Organe und Gewebe.

Es werden folgende Gruppen des Schocks unterschieden:

-Volumenmangelschock (hypovolämischer oder hämorrhagischer Schock)

-kardiogener Schock

-septischer Schock

-anaphylaktischer Schock

-neurogener Schock

-endokrinologischer Schock

-metabolisch-toxischer Schock

Die unterschiedlichen Schockursachen haben eines gemeinsam: einen

Blutdruckabfall mit Minderdurchblutung lebenswichtiger Organe. Dagegen besitzt der

Körper wichtige Mechanismen:

a. Sympathikoadrenerge Reaktion:

Die Ausschüttung von Katecholaminen durch Ansprechen von Barorezeptoren auf

den Blutdruckabfall (durch Volumenmangel ist der venöse Rückstrom vermindert,

wodurch das Herzzeitvolumen gesenkt wird), stellt den wichtigsten

Kompensationsmechanismus dar. Die Ausschüttung von Katecholaminen bewirkt am

Herzen eine Steigerung der Frequenz und der Herzkraft. Die sogenannte

Kreislaufzentralisation stellt die Durchblutung besonders des Herzens und des

Gehirnes sicher.

b. Renin- Angiotensin- Aldosteron- System

Renin wird immer bei einer Minderdurchblutung der Niere ausgeschüttet. Es bewirkt

in der Lunge die Umwandlung von Angiotensinogen in Angiotensin, welches eine

stark vasokonstriktorische Wirkung besitzt. Desweiteren bewirkt Angiotensin an der

Nebenniererinde eine direkte Ausschüttung von Aldosteron. Aldosteron bewirkt eine

vermehrte Natriumrückresorpion mit konsekutiven Blutvolumenanstieg.

Page 33: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 25

c. Antidiuretisches Hormon (ADH)

Ebenfalls getriggert durch ein vermindertes intravasales Volumen und darüber hinaus

durch die gesteigerte Osmolarität, wird ADH freigesetzt, welches eine

Wasserrückresorption in der Niere bewirkt.

d. Vermehrte extrazelluläre Osmolarität

Durch inadäquate Insulinspiegel und gesteigerte Kortisol-, Glukagon- und

Katecholaminausschüttung steigt die Glukosekonzentration in der extrazellulären

Flüssigkeit an. Dies hat einen gesteigerten Flüssigkeitsausstrom aus den Zellen zur

Folge, der das Intravasalvolumen letztlich vermindert.

e. Hämorheologische und thrombozytäre Veränderungen

Eine Endothelschädigung führt weiterhin zu einer starken Thrombozytenaggregation

und über eine lokale Aktivierung des Gerinnungssystems zur Ausbildung von

Mikrothromben mit einer möglichen DIC (= Disseminated Intravasal Coagulation)

infolge. Auch diese stören die Durchblutung der Peripherie weiter, so dass

zusammenfassend das gesamte Schockgeschehen durch wechselseitige

Verstärkung unzureichender Gewebsdurchblutung und fallendem Herzzeitvolumen

gekennzeichnet ist, welches vom Organismus nur beschränkt kompensiert werden

kann. Somit entsteht ein circulus vitiosus.

2.4.1 Organmanifestation a) Lunge Frühphase: Unabhängig von der Ätiologie des Schockgeschehens kommt es immer zu einer

Aktivierung der Mediatorensysteme der Entzündung (Kinin-, Gerinnungs-, Histamin-,

Komplementsystem, Arachidonsäurekaskade). Diese setzen in der Lunge eine

exsudative Alveolitis in Gang, welche sich als interstitielles Lungenödem manifestiert.

Dieses Ödem verbreitert die alveolären Septen, so dass die Eigenelastizität der

Lunge (= Compliance) reduziert und die Atemtätigkeit erhöht wird. Desweiteren

bewirken die Entzündungsmediatoren eine Ansammlung und Aktivierung von

neutrophilen Granulozyten, sowie eine Aktivierung der Gewebsmakrophagen. Beide

Zellarten setzen endothelschädigende Substanzen frei. Zusammen mit den

Page 34: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 26

Endothelien gehen wichtige physiologische Funktionen verloren, welche zur

Kompensation des Schockgeschehens benötigt werden:

- Blutdruckbeeinflussung durch eine fehlende Umwandlung von

Angiotensinogen in Angiotensin

- Fibrinolyse

Die Folge ist eine weitere negative Beeinflussung der Hypotonie und der

Mikrothrombose. Die Zellschädigung kann auch auf die Pneumozyten TYP 1 und 2

übergreifen. Die zweitgenannten sind für die Bildung des Surfactant verantwortlich,

so dass die Alveolen atelektasieren.

Spätphase: Durch die Zerstörung der alveolären Endothel- und Epithelschicht gelangt das im

Rahmen des Lungenödems gebildete Exsudat schließlich auch an die Oberfläche

der Alveolen, wo es aufgrund seines Gehaltes an Fibrin hyaline Membranen bildet.

Nach etwa einer Woche kommt es zur sklerosierenden Alveolitis, welche meist

therapieresistent ist. Die Lunge erscheint infolge der verminderten Durchblutung und

der Fibrosierung grau und fest. An den Alveolarsepten setzt eine Reepithelisierung

ein. Die Septen sind jedoch aufgrund der Einlagerung fibrösen Bindegewebes und

einer Endothelisierung mit kubischen Epithelregeneraten (= Metaplasie) so stark

verdickt, dass der Gasaustausch nicht mehr möglich ist. Somit stellt die Prophylaxe

bzw. Therapie eines Organversagens der Lunge eine zentrale Bedeutung für die

Vermeidung eines MODS dar (PAPE et al. 1994).

b) Leber: Auch hier kommt es im Zuge der Entzündungsreaktionen zu herdförmigen

Ansammlungen neutrophiler Granulozyten, interstitiellen Ödemen und hypdropischen

Degenerationen. Mikrothromben bilden sich, wodurch die Leberfunktion

eingeschränkt wird und woraus letzendlich ein Organversagen resultieren kann.

Page 35: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 27

2.4.2 Traumatisch- hämorrhagischer Schock (hypovolämischer Schock) Die zentrale Bedeutung der Hämorrhagie für die Entwicklung weiterer

posttraumatischer Komplikationen ist seit langem bekannt. Die aggressive

Schocktherapie stellt eine der Säulen der Notfalltherapie dar.

Auch im Rahmen des hämorrhagischen Schockgeschehens stellt die Lunge das

Zielorgan pathogenetischer Veränderungen dar. Der traumatisch hämorrhagische

Schock (WARREN 1985) ist durch einen sehr großen Blutverlust infolge eines

traumatischen Geschehens charakterisiert. Ein signifikant zur Blutung führendes

Trauma sind eine oder mehrere Frakturen, oftmals mit Weichteilbeteiligung, oder

Rupturen großer Körpergefäße, die dann zu einer Ischämie im umschriebenen

Bereich führen. Unter dem Begriff „Polytrauma“ wird eine Kombination von

Verletzungen von mindestens 2 Körperregionen verstanden, von denen eine oder die

Summe aller Verletzungen lebensbedrohlich ist (TSCHERNE 1987). Durch

verbesserte Behandlungsergebnisse in den letzten Dekaden konnte die Letalität von

40 auf 22 % gesenkt werden (REGEL et al. 1993). Die Oberschenkelfraktur stellt eine

schwere Verletzung dar (Blutverlust 2-3l). Bei weiteren Verletzungen bzw. Blutungen

ist die Gefährdung hinsichtlich Schockfolgeerkrankungen (ARDS,MODS) erhöht.

Seitdem eine adäquate postoperative intensivmedizinische Therapie besteht, ist eine

differenzierte Frakturversorgung bei Polytrauma erst möglich geworden (SEIBEL et

al. 1985; WAYDAS et al. 1995). Die angloamerikanische Literatur stellt die primäre

Versorgung von Frakturen als eines der wesentlichen Prinzipien zur Vermeidung

eines MODS dar (GORIS u. DRAAISMA 1982; PAPE et al. 2001).

2.5 Hypothermie

Hypothermie ist definiert als eine Körperkerntemperatur von weniger als 35 °C

(SEGERS et al. 1998). Ein Absinken der Körpertemperatur führt zu einer

Verlangsamung aller biologischen Prozesse im Organismus (van’t Hoff-Regel) und

damit zu einer verminderten Wärmebildung. Ein Absinken der Körpertemperatur wird

weiter begünstigt.

Page 36: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 28

Hypothermie wird in drei Stadien eingeteilt (s.Tab.3):

Traditionell Trauma Patient Milde Hypothermie <35-32 °C <35-34 °C

Moderate Hypothermie <32-29 °C <34-32 °C Schwere Hypothermie <28 °C <32 °C

Tab.3 Einteilung der Hypothermieformen; °C= Grad Celsius

Deren Ursprünge können klassifiziert werden als endogen, kontrolliert oder

akzidentell (SEGERS et al. 1998).

Die endogene Hypothermie resultiert aus metabolischen Dysfunktionen mit

abnehmender Wärmeproduktion (Hypothyreodismus, Hypoglykämie,

Hypopituitarismus, Hypoadrenalismus) oder aus einer zentral-nervösen Störung mit

unzureichender Thermoregulation (Tumore, Trauma, degenerative neurologische

Störungen) (BAUER 1954; PLEDGER 1962; SADOWSKY u. REEVES 1975).

Desweiteren kann jede Erkrankung, die die thermoregulatorische Funktion der Haut

behindert (Verbrennungen, Erythrodermie) eine Hypothermie hervorrufen (REULER

1978).

Klinische Verwendung findet die kontrolliert-induzierte Hypothermie. Sie wird durch

verschiedene Mechanismen (Oberflächenkühlung der Haut, Herz-Lungenmaschine)

erreicht und in der Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie, der Transplatationschirurgie

und der Neurochirurgie eingesetzt. Ihr größter Nutzen besteht in der Verlängerung

der Ischämiezeit der Organe, während der Operation (SEEKAMP et al. 1999). Es

kann somit in einem blutleeren Feld operiert werden.

Desweiteren ist eine Hypothermie von Vorteil zur Behandlung des hämorrhagischen

Schockes. Der hämorrhagische Schock vermindert die Sauerstoffversorgung des

Gewebes, da die Hypothermie den Sauerstoffbedarf aber gleichzeitig senkt, kann die

durch das Gewebe tolerierte Ischämiezeit mit anschließender vollständiger Erholung

verlängert werden (SORI et al. 1987; TISHERMAN et al. 1991).

Bei der akzidentellen Hypothermie (unkontrollierte H.), im Rahmen eines

Unfallgeschehens mit akuten Verletzungen und Exposition in kalter Umgebung,

kommt es zum Abfall der Körperkerntemperatur, ohne primäre Störungen des

thermoregulatorischen Zentrums. Die meisten Patienten, die eine akzidentelle

Page 37: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 29

Hypothermie aufweisen, sind Traumapatienten. Diese Patienten sind besonders

gefährdet, da die physiologische Antwort auf das Trauma (Anstieg des

Herzminutenvolumens und gesteigerter Sauerstoffbedarf) im Gegensatz zu den

Effekten der abnehmenden Körpertemperatur steht (JURKOVICH et al. 1988). Die

kritische Körperkerntemperatur bei Traumapatienten ist 34 °C. Ein Abfall der

Körperkerntemperatur unter 34 °C bewirkt eine erhöhte Sterblichkeitsrate.

JURKOVICH et al. (1987) demonstrierten, dass ein Abfall der Körperkerntemperatur

bei traumatisierten Patienten unter 32 °C, eine 100%-ige Sterblichkeitsrate mit sich

bringe. Desweiteren kann eine hypotherme Koagulopathie bei niedrigeren

Temperaturen beobachtet werden. Bei einer intraoperativen Körperkerntemperatur

von 35 °C kommt es signifikant zu einem höheren Blutverlust als bei Normothermie

(SCHMIED et al. 1996).

WINKLER et al. (2000) beschrieben, dass bei chirurgischen Eingriffen, Patienten mit

einer Körperkerntemperatur von 36,1 °C einen höheren Blutverlust besäßen, als

Patienten mit einer Körperkernteperatur von 36,6 °C. Eine hämorrhagische Diathese

kommt häufig bei hypothermen polytraumatisierten Patienten vor. Mit steigender

Verletzungsschwere erhöht sich auch der Volumenbedarf. Ein erhöhter Blutverlust

bedingt einen vermehrten Volumenbedarf. Dies führt wieder dazu, dass aufgrund der

Gabe ungewärmter Infusionslösungen, die Körpertemperatur weiter absinkt. Massive

Infusionen führen zu einer Hämodilution. Außerdem sinkt die Wärmeproduktion durch

eine durch Hypotension verursachte Minderperfusion des Gewebes. Bei

polytraumatisierten Patienten scheint auch die Thermogenese eingeschränkt zu sein,

da bei diesen oft kein Kältezittern beobachtet werden kann (LITTLE u. STONER

1981). Ein Energiemangel, der bei polytraumatisierten Patienten vorliegt, scheint

durch Hypothermie noch verschlimmert zu werden. Der offensichtlich nachteilige

Effekt der Hypothermie und der Beitrag zu posttraumatischen Komplikationen bei

Traumapatienten, steht im Gegensatz zu den günstigen Effekten während elektiver

Operationen (POLDERMAN et al. 2002). Manche Autoren bewerten die bewußt

eingesetzte Hypothermie als positiven Effekt, um Traumapatienten vor einer hypoxen

Organdysfunktion und einer gesteigerten Immunantwort zu bewahren. In

Page 38: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 30

Abhängigkeit von der Schwere, induziert eine Hypothermie pathophysiologische

Veränderungen in den verschiedenen Organsystemen des Körpers:

Kardiovaskuläres System Bei einer milden Hypothermie (35-32 °C) steigt die Aktivität des Sympathikus mit

vermehrter Ausschüttung von Katecholaminen im Plasma.

Unter diesen Bedingungen findet eine Vasokonstriktion statt. Gleichzeitig ist eine

Tachykardie zu beobachten und das Herzminutenvolumen steigt an (COLLINS et al.

1977).

Bei einem weiteren Absinken der Körperkerntemperatur, wie bei einer schweren

Hypothermie, nehmen Herzfrequenz und Herzminutenvolumen bei erhöhtem

Gefäßwiderstand ab. Die Myokardkontraktilität wird erst ab einer Temperatur unter

28 °C geschwächt (MORRIS et al. 1985).

Im Stadium einer milden Hypothermie können ventrikuläre oder atriale Arrhythmien

auftreten. Auf dem EKG werden eine abfallende Sinusrate, inverse T-Wellen und

verlängerte Intervalle ersichtlich. Die pathognomonische J-(Osborn-)-Welle, als eine

positiv-negative Ableitung nach dem QRS-Komplex, ist dokumentiert worden. Im

Falle einer schweren Hypothermie (< 28 °C) nimmt die Bradykardie zu und das

Risiko eines Kammerflimmerns oder eine Asystolie steigt. Spontanes

Kammerflimmern wird bei einer Körperkerntemperatur unter 25 °C und ein

Herzstillstand bei 21 °C beobachtet (REULER 1978).

Pulmonarsystem Bei einer milden Hypothermie steigt die Atemfrequenz durch Stimulation des

Atemzentrums an. Sinkt die Körperkerntemperatur weiter ab, sinkt auch die

Atemfrequenz und der Sauerstofftransport nimmt ab (PRAKASH et al. 1978). Nach

Wiedererwärmung der Patienten kommt es häufig zu Lungenödemen. Die Abnahme

des Hustenreflex und die übermäßige Bronchialsekretion, “cold bronchorrhea“,

führen nach Wiedererwärmung zu Atelektasen und Bronchopneumonie. Kälte bewirkt

eine Verlangsamung der Tracheobronchial-Zilien-Aktivität (MORRIS et al. 1985).

Page 39: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 31

Metabolismus Während einer bestehenden Hypothermie wird die Stoffwechselrate um 5 % per

Grad Celsius (°C) reduziert. Daraus resultiert ein Abfall in der Sauerstoffaufnahme

und der Kohlendioxidproduktion (CO2). Gleichzeitig kommt es zum Anstieg der

Löslichkeit von CO2, der dazu führt, dass der respiratorische Quotient von 0,82 auf

0,65 bei 30 °C fällt (SEEKAMP et al. 1999).

Blut und Koagulation Die Blutviskosität nimmt um 2 % eines jeden abfallenden °C in der

Körperkerntemperatur ab. Während der Wiedererwärmung steigt der Hämatokritwert

an. Hypothermie inhibiert direkt die enzymatischen Reaktionen der

Gerinnungskaskade mit einer möglichen DIC infolge (MICHELSON et al. 1994).

Bei niedriger Körperkerntemperatur kommt es zu einer Thrombozytopenie, die nach

Erwärmung reversibel ist.

In Tiermodellen konnten Ansammlungen von Blutplättchen in der Leber und der Milz

demonstriert werden (MICHELSON et al. 1994). Desweiteren wird eine vermehrte

Auschüttung von Heparin aus den Mastzellen und von Thromboplastin aus dem

ischämischen Bindegewebe diskutiert (CARDEN u. NOVAK 1982).

Sauerstoff-Dynamik Die Sauerstoffbindungskurve des Hämoglobins wird durch eine bestehende

Hypothermie nach links verschoben, was durch eine erhöhte Affinität des

Hämoglobins zum Sauerstoff verursacht wird. Die Sauerstofflöslichkeit im Plasma

und die –bindung steigen bei abfallendem Sauerstoffbedarf im Bindegewebe an.

Therapeutische Effekte der Hypothermie in elektiven Eingriffen Die therapeutische Bedeutung der Hypothermie ist schon durch Edwin Smith

beschrieben worden. Darin empfiehlt er lokale Kälteanwendungen bei Kopfwunden

oder an der infizierten und ulzerierten Brust. Die Schule des Hippokrates auf Cos im

5 Jahrhundert v. Chr. behandelte Verstauchungen, Frakturen und Schwellungen

lokal mit kaltem Wasser. Eis fand ebenfalls Anwendung, um Hämorrhagien,

Hautinfektionen und Kopfverletzungen zu lindern. Eine generelle Hypothermie im

Körper wurde bei Tetanus oder Krämpfen eingeleitet, und als therapeutische

Page 40: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 32

Maßnahme bei verschiedenen systemischen oder lokalen Entzündungen verwendet

(HIPPOCRATES 2002). Großen Einsatz findet die Hypothermie in den Bereichen der

Herz- und Neurochirurgie und bei Transplantationen (ESPOSITO u. SPENCER

1987).

BIGELOW et al. (1950) fanden in experimentellen Studien heraus, dass Hypothermie

die Stoffwechselrate reduziere und die Blutzirkulation anhaltend gehemmt würde.

Desweiteren bewiesen sie im Tierversuch, dass eine induzierte Hypothermie den

metabolischen Stoffwechsel erheblich absenke und somit ein Überleben nach

längerem Kreislaufstillstand möglich machen könne.

Das kardiovaskuläre System berücksichtigend, gelang es einen Vorhofseptumdefekt

am offenen Herzen unter Induktion einer Hypothermie zu schließen (LEWIS u.

TAUFIC 1953). In Herzen neugeborener Schweine führte eine progressive

Hypothermie zu geringeren Laktatakkumulation im Vergleich zur Normothermie

(BUSTO et al. 1989).

In neurochirurgischen Eingriffen wurde Hypothermie ebenfalls erfolgreich eingesetzt.

HOWELL et al. (1956) berichteten, dass die Anwendung einer verlängerten

Hypothermie, bei Patienten mit einer cerebralen Hämorrhagie, eine unterstützende

Therapie besäße. Die Stoffwechselrate im Gehirn würde durch Hypotherrnie

hinabgesetzt und die ischämische Hypoxie in Gehirn und Rückenmark dadurch

verlängert (ZEEVALK u. NICKLAS 1996). In klinischen Studien und Tiermodellen

wurde unter schwerer Hypothermie beobachtet, dass nach 60 Minuten

andauerndernder Zirkulationsstörungen, ohne einen hämorrhagischen Schock

hervorzurufen, das Bewußtsein völlig normal sein kann (HICKEY 1985; KOPF et al.

1975). Hypothermie wirke ebenfalls neuroprotektiv, wenn sie nach dem ischämischen

Insult vorliegt.

CLIFTON et al. (2001) berichteten, dass Patienten, die unter schweren

Gehirnverletzungen litten, keiner Hypothermie unterzogen werden sollten, da sich

diese nicht positiv auswirken würde.

Unter Hypothermie kommt es durch die reduzierte Aktivität der Na+-K+-ATPase zu

einem langsameren Ionenverlust (ZEEVALK u. NICKLAS 1996).

Page 41: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 33

In der Transplantationschirurgie werden die zu transplantierenden Organe hypotherm

gehalten, so dass die Stoffwechselrate sinkt (JAMIESON 1991). Das ist besonders

für die Leber wichtig, die die größte Stoffwechselrate besitzt. Desweiteren sind die

Hepatozyten sehr anfällig gegenüber den negativen Effekten, die eine Ischämie nach

sich zieht. Wenn die Temperatur im Bindegewebe um 10 °C fällt, wird die

Enzymaktivität um das Doppelte reduziert (BELZER u. SOUTHARD 1988). Bei einem

Temperaturabfall von 30 °C in vivo auf Kühlniveau, sinkt der Verbrauch an

energiereichen Phoshaten um das 8-fache (ROBBINS et al. 1990). Das Kühlen der

Leber in situ, während einer Hepatektomie, mit einer Temperaturreduktion des

Lebergewebes um 10 °C, fördert die Ischämietoleranz und reduziert einen

ischämiebedingten Schaden an der Leber (JOHANNIGMAN et al. 1992).

Experimentelle Studien haben gezeigt, dass eine Hypothermie von 27 °C einen

funktionellen und morphologischen Schutz für die Nieren, bei 60- minütiger Okklusion

der Nierenarterien, biete. Eine Perfusion mit kalter Flüssigkeit während einer

Nierentransplantation zeigte, dass die Wahrscheinlichkeit eines ischämischen

Organschadens abnähme.

Die effektivste Zeit, um eine Hypothermie zu induzieren läge eher in der Ischämie-,

als in der Reperfusionsphase (ZAGER u. ALTSCHULD 1986).

Unter Hypothermie können Klemmen an einem Karotidgefäß oder Nierengefäß

länger verweilen (LIVESAY et al. 1983).

Hypothermie während eines multiplen Trauma Eine Hypothermie bei traumatisierten Patienten kommt sehr häufig vor. Der

Umstand, dass Traumapatienten, die in der Notaufnahme ankommen einer

Hypothermie erliegen, variiert in verschiedenen klinischen Studien zwischen 12 und

66 % (GREGORY et al. 1991; LUNA et al. 1987; STEINEMANN et al. 1990). Die

Ursache einer Hypothermie bei traumatisierten Patienten scheint multifaktoriell zu

sein.

Wenn die Umgebungstemperatur unterhalb der thermoneutralen Zone (25-30 °C)

liegt, muß die Wärmeproduktion erheblich gesteigert werden, um die

Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Da gerade im Schock die Perfusion des

Page 42: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 34

Gewebes verringert ist, ist die Wärmeproduktion beim Polytrauma eher

eingeschränkt. Infolgedessen sinkt die Körpertemperatur. Bei niedriger

Umgebungstemperatur steigt die Wärmeproduktion an, um die Normaltemperatur

beibehalten zu können. Dafür wird mehr Sauerstoff benötigt. Wenn die

Umgebungstemperatur (WITTMERS, Jr. 2001) unter der thermoneutralen Zone liegt

und der Sauerstoffverbrauch im Gewebe aufgrund eines hämorrhagischen Schockes

limitiert ist, kann eine gesteigerte Wärmeproduktion den Wärmeverlust nicht

ausgleichen und Hypothermie tritt ein. Eine sinkende Thermogenese wird bei

anästhesierten und geschwächten Patienten verstärkt. Bei einem Drittel dieser

Patienten tritt eine verminderte Vasokonstriktion und eine

Bewusstseinseinschränkung auf, wodurch die Wärmeproduktion reduziert wird

(GENTILELLO 1995; SESSLER 1997). Der Wärmeverlust wird durch etwaige

Entfernung der Kleidung und nicht erwärmte Infusionslösungen verschlimmert

(SEEKAMP et al. 1999). Zwei Liter einer nicht erwärmten kristalloiden Lösung (18°C=

Umgebungstemperatur) senken die Körperkerntemperatur um 0,6 °C (MYERS et al.

1979).

Einige Autoren waren der Meinung, dass Hypothermie als

Kompensationsmechanismus des Körpers bei einem hämorrhagischen Schock

entstände (LITTLE u. STONER 1981). Aufgrund eines inadäquaten Blutflusses ist die

Thermoregulation des Hypothalamus während eines Schockes eingeschränkt. Dies

hat zur Folge, dass der thermoneutrale Punkt auf niedrigere Temperaturen absinkt,

um eine physiologische Thermogenese einleiten zu können. Im Hypothalamus

scheint der Sollwert beim Schock also pathologisch reduziert zu sein, wodurch das

Kältezittern erst bei niedrigen Körpertemperaturen einsetzt. Deswegen wird das

Zittern während hypotonischer und hypoxer Phasen unterdrückt. Klinische Studien

zeigten, dass nur einer von 82 schwerverletzten hypothermen Patienten zitterte

(STONER 1972).

Eine weitere mögliche Erklärung für das Auftreten einer Hypothermie in einem

Traumageschehen ist eine inadäquate Wiederbelebung und eine unzureichende

Sauerstoffgabe mit bedingter Laktatakkumulation im gestörten

Page 43: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 35

Stoffwechselgeschehen. Die hohen Laktatwerte im Serum ausgekühlter

schwerverletzter Patienten unterstützen diese Hypothese (SEEKAMP et al. 1999).

Die kritische Temperatur bei traumatisierten Patienten liegt bei 34 °C. Unterhalb

dieser Temperatur nimmt die Mortalität signifikant zu (MICHELSON et al. 1994;

MYERS et al. 1979; SCHMIED et al. 1996; WINKLER et al. 2000).

WATTS et al. (1998) waren der Meinung, dass die akzidentelle Hypothermie als eine

selbstständige Form der Hypothermie mit verschiedenen Schweregraden zu sehen

sei. Die Zeit, in der Wärme nach einem Trauma verlorenginge, wurde unterschiedlich

gewichtet. GREGORY et al. (1991) berichteten, dass der höchste Abfall der

Körperkerntemperatur in der Notaufnahme stattfände. Andere Studien zeigten, dass

50 % der Traumapatienten eine Körperkerntemperatur von weniger als 34 °C bereits

am Unfallort aufwiesen. Der größte Wärmeverlust fände also am Unfallort und

während des Transportes statt. Besonders Verletzungen der Extremitäten, des

Beckens und des Abdomens scheinen einen Wärmeverlust zu begünstigen. In

diesem Zusammenhang wurde berichtet, dass eine schwere Hypothermie mit

Verletzungen der großen Blutgefäße einhergehe (COLLINS et al. 1977).

Der positive Einfluß der elektiven Hypothermie wird konträr zur akzidentellen

Hypothermie gesehen. Hypothermie löse hauptsächlich schwere posttraumatische

Komplikationen aus (MIZUSHIMA et al. 2000b). Die Mortalitätsrate bei hypothermen

traumatisierten Patienten ist höher als bei normothermen traumatisierten Patienten

mit selber Verletzungsschwere. Die Mortalitätsrate bei hypothermen Patienten liegt

zwischen 30 und 80 % (REULER 1978; ZAGER u. ALTSCHULD 1986). JURKOVICH

et al. (1987) demonstrierten, dass eine Körperkerntemperatur in traumatisierten

Patienten von weniger als 32 °C mit einer 100-%igen Mortalitätsrate verbunden sei.

GENTILELLO et al. (1997). berichteten in einer progressiven Studie darüber, dass

Hypothermie die Mortalitätsrate nach einem Trauma ansteigen ließe. In dieser Studie

wurde gezeigt, dass die Überlebenschance unabhängig von der Schwere der

Verletzung während eines Schockgeschehens und einer Flüssigkeitsgabe sei. LUNA

et al. (1987) bewiesen, dass hypotherme Traumapatienten einen signifikant höheren

“Injury Severity Score“ als normotherme Patienten besäßen. Desweiteren wäre die

Schwere der Verletzung für das weitere Befinden des Patienten entscheidend.

Page 44: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 36

FARKASH et al. (2002) stellten fest, dass bei Patienten, die unter schweren

Verletzungen litten, die Körperkerntemperatur stark abfiel.

Hypotherme Patienten besäßen eine geringere Überlebenschance und eine höhere

Mortalitätsrate als normotherme Patienten. Dennoch muß gesagt werden, dass die

Mortalität unter den normothermen und den hypothermen Patienten nicht signifikant

verschieden war (STEINEMANN et al. 1990).

CINAT et al. (1999). kamen in einer retrospektiven Studie zu dem Ergebnis, dass die

Überlebenschance nach einer Hämorrhagie und massiven Transfusionen durch

effizientes Wiedererwärmen gesteigert werden könne.

Bei Verbrennungsopfern wurde eine unfallbedingte Hypothermie als ein sehr großer

Risikofaktor angesehen, der zur Letalität führen könne (LONNECKER u. SCHODER

2001).

In zwei prospektiven Studien wurde der SIRS-Score als ein wichtiges System zur

Vorhersage etwaiger Infektionen und deren Ausgang im Traumageschehen

entwickelt. Hypothermie wurde in diesem System als sehr ungünstige Folge

angesehen (BOCHICCHIO et al. 2001; MALONE et al. 2001).

Experimentelle Studien an traumatisierten und unter Hämorrhagie leidenden Ratten

zeigten, dass eine Wiedererwärmung des Körpers auf normotherme Bereiche

während Wiederbelebung, die Kontraktilität der Herzmuskelzellen verbessere.

Desweiteren würde das Herzminutenvolumen gesteigert und die Leberfunktion

gefördert. Außerdem verbessere sich der renale Blutfluß. Aus diesem Grund wurde

empfohlen, die Körpertemperatur wieder auf Normalwerte zu bringen, um die oben

genannten Effekte nach einem hämorrhagischen Schock auszunutzen (MIZUSHIMA

et al. 2000a).

KRAUSE et al. (2000) berichteten, dass sich die nachteiligen Effekte des Schockes

und der Hypothermie auf die hämodynamischen Parameter und die Koagulation

addieren würden. Die nachteilige Auswirkung auf das Herzminutenvolumen und die

Koagulopathie, würden trotz der Hemmung einer Hämorrhagie fortbestehen.

WLADIS et al. (2001) bestätigten in Studien, dass Hypothermie die hypokinetische

Situation nach einem hämorrhagischen Schock verschlimmere. Dieser Meinung

waren GUNDERSON et al. (2001) nicht. Sie sahen in einer induzierten Hypothermie

Page 45: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 37

günstige Effekte. Die “golden hour of shock“ könne beim traumatisierten Patienten

dadurch verlängert werden, so dass eine hypoxische Organdysfunktion und ein

Multiorganversagen erst gar nicht aufträten.

Die günstigen Effekte einer Hypothermie auf die Organsysteme wurden während und

nach cerebraler Ischämie und bei Gehirntraumata (TBI = traumatic brain injury;

deutsch= Schädelhirntrauma/SHT) studiert.

Experimentelle Studien wiesen darauf hin, dass aufgrund einer bestehenden

Hypothermie die Überlebenschancen bei einer TBI, einem Gehirnschlag und bei

Kreislaufhemmung gesteigert würden (MEDEN et al. 1994; SAFAR 1988).

Desweiteren verhindere eine Hypothermie neuronale Schäden (POMERANZ et al.

1993). In klinischen Studien demonstrierten JIANG et al. (2000), dass die Induktion

einer milden Hypothermie bei Patienten mit schwerer TBI die Heilung verbessere.

Trotzdem konnten die oben genannten günstigen Effekte einer Hypothermie bei einer

TBI in einigen Erforschungen nicht demonstriert werden (ROBERTSON et al. 2000;

ZHAO et al. 1999).

In einem Modell mit unkontrolliertem hämorrhagischen Schock konnten die

Überlebenschancen durch eine induzierte milde und moderate Hypothermie

gesteigert werden (TAKASU et al. 2000).

WLADIS et al. (2001) induzierten eine Hämorrhagie und milde Gewebeverletzungen

an Schweinen. In diesem Experiment zeigten sie, dass durch Hypothermie der

Sauerstoffverbrauch sank und dass das Gewebe weniger stark geschädigt wurde.

PRUECKNER et al. (2001) konnten in einem Rattenmodell mit kontrolliertem

hämorrhagischen Schock beweisen, dass der Einsatz einer milden Hypothermie,

gegenüber einer Normothermie, die Überlebenschancen ansteigen ließen. Diese

Resultate wurden durch GUNDERSON et al. (2001) und SORI et al. (1987) bestätigt.

Sie bewiesen, dass geringere Organschäden an Leber und Nieren durch

Hypothermie entständen. Die erste Phase des Schockes könne überstanden werden.

In einem cerebralen Ischämiemodell, bewiesen andere Autoren, dass man die

cerebrale metabolische Aktivität am besten durch die Konzentration an

energiereichen Phosphaten messen könne. Hohe Gehalte an ATP (Adenosin-

Page 46: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 38

Triphosphat) korrelierten mit besseren neurologischen Heilungschancen (LITTLE u.

STONER 1981).

SEEKAMP et al. (1999) zeigten, dass niedrige Plasmagehalte an ATP mit einem

MODS vergesellschaftet waren. Diese Ergebnisse konnten durch die eine andere

Arbeitsgruppe bestätigt werden, da ein Verlust an ATP zu Zellschäden mit

Organschädigungen führe (HAMPTON et al. 1987).

Die therapeutische Hypothermie unterscheidet sich emmens von der akzidentellen

Hypothermie (PRUECKNER et al. 2001). Im Falle einer akzidentellen Hypothermie

bewirken homeostatische Mechanismen eine Reduktion der Körperkerntemperatur.

Diese bewirken physiologischen Stress für den Körper und eine geringere Effektivität

der Behandlungsmaßnahmen.

Die Wirkung der Hypothermie auf die Immunreaktion nach Trauma und elektiven Eingriffen Die wichtigsten Zytokine, die an einer Immunantwort nach einem Trauma beteiligt

sind, ist der TNF α, IL-1, IL-2, IL-6, IL-8 und IL-10 (GIANNOUDIS et al. 1998). Jedes

Zytokin vermittelt eine Reihe an überlappenden Effekten, die sich addieren können.

TNFα und IL-1β werden ausschließlich von Monozyten produziert, wodurch die

Produktion an Akute-Phase-Proteinen synthetisiert wird und das Annheften von

Leukozyten an das Gefäßendothelium gesteigert wird (BRADLEY et al. 1994).

Einige Autoren entdeckten erhöhte Plasmaspiegel an IL-1, IL-2, IL-6, IL-8, und IL-10

kurz nach einem akzidentellen Trauma (ASCHOFF et al. 1971; PRECHT et al. 1973).

IL-6 wird hauptsächlich als das regulatorische Element in der ersten zellulären und

humoralen Immunantwort angesehen (GIANNOUDIS et al. 1998). IL-8 hingegen ist

das meist spezifische und potenteste Zytokin, um Neutrophile chemotaktisch

anzulocken. Eine Reihe an molekularen Mediatoren werden in das Blutgefäßsystem

entlassen, um lokale und systemische Effekte auszulösen. Später kommt es dadurch

zu einer gesteigerten Immunantwort. Diese Immunantwort scheint für spätere

Organschäden verantwortlich zu sein.

In elektiven Eingriffen (Bypassoperationen) wurde der Einfluß der Temperatur auf die

Leukozytenaktivierung, die Cytokinbalance und postoperative Organschädigungen

Page 47: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 39

untersucht. QUING et al. (2001) stellten während Bypassoperationen fest, dass eine

moderate Hypothermie durch Stimulation der IL-10-Synthese und Unterdrückung der

TNFα-Produktion, die Organe vor Schäden bewahren könne. MENASCHE et al.

(1994) unterstützten die Meinung Quings. Sie fanden heraus, dass während

Eingriffen am kardiovaskulären System weniger Zytokine produziert würden und die

Gehalte an zirkulierenden Zytokinen abnähme.

LE DEIST et al. (1995) berichteten, dass Hypothermie die ansteigende Expression

von neutrophilen CD11b und CD11c Integrinen (Adhäsionsproteine) verzögere.

ELLIOTT u. FINN (1993) bewiesen, dass die CD11b-, und die CD18-Expression bei

Patienten, die nach Bypass-Operationen wiedererwärmt wurden, nach oben reguliert

würde.

HADDIX et al. (1996) zeigten, dass neben der Selektin-, auch die Integrinexpression

kurzzeitig durch Hypothermie unterdrückt würde. Andere Studien veranschaulichten,

dass Hypothermie die Aktivierung des Komplementsystemes und Leukocytosis

reduziere (IBELGAUFTS 1992b). Desweiteren hemmt eine bestehende Hypothermie

die Akute-Phase-Reaktanten, wie das CRP (LE DEIST et al. 1995).

WESTERMANN et al. (1999) berichteten, dass eine Oberflächenkühlung den TNFα

inhibiere. Desweiteren nähme die mikrovaskuläre Perfusion, die Leukozytenadhäsion

und die Apoptose in der quergestreiften Muskulatur ab. THORLACIUS et al. (1998)

zeigten eine verminderte mikrovaskuläre Perfusion während Hypothermie auf. Eine

inflammatorische Immunantwort würde nicht provoziert. Unter Normothermie war die

Rekrutierung von Leukozyten nach einer Minderperfusion prominent.

GUNDERSON et al. (2001) fanden heraus, dass eine moderate Hypothermie die

Immunantwort abschwächen würde. Dabei fände eine reduzierte Ausschüttung von

IL-6, TNFα, IL-10 und reaktivem Sauerstoff statt, wodurch ein Organ-protektiver-

Effekt entstände. In einer klinischen Studie mit TBI, führte eine milde Hypothermie zu

einer Suppression in der Zytokinausschüttung. Dieses war letztendlich mit einem

besseren Ergebnis für den Patienten gekoppelt (AIBIKI et al. 1999).

In einem Rattenmodell mit TBI, demonstrierten CHATZIPANTELI et al. (2000), dass

eine posttraumatische Hypothermie zu einer Abnahme mit verlängerter Akkumulation

von neutrophilen Granulozyten und Myeloperoxidase-Aktivität führe. Die Autoren

Page 48: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturübersicht 40

schlußfolgerten, dass Hypothermie als ein potentieller Mechanismus in einem

Traumageschehen aufträte und beeinflussend wirke. Diese Ergebnisse wurden durch

eine weitere Studie bestätigt. In dieser Studie wurde die Immunantwort durch eine

intraischämische Hypothermie geschwächt (TOYODA et al. 1996).

Bei zwei Patienten mit akzidenteller Hypothermie wurde eine vermehrte

Zytokinproduktion beobachtet, die während und nach einer Wiedererwärmungsphase

noch verstärkt wurde (KONSTANTINOV et al. 1980).

Einen weiteren Befund machten KENTNER et al. (2002). Sie bewiesen in einem

Rattenmodell, dass eine milde Hypothermie die Überlebenschancen nach einem

hämorrhagischen Schock steigere. In diesem Modell wurde eine proinflammatorische

Immunantwort durch eine vermehrte Sezernierung von TNFα aufgezeigt.

LEE et al. (2001) wiesen auf eine veränderte T-Zell-Zytokinproduktion nach

Hypothermie hin. Außerdem fände eine Umkehrung in der Zytokinproduktion von Th1

zu Th2 statt.

Laut FAIRCHILD et al. (2000) bewirke eine Hypothermie eine Abnahme der frühen

Zytokinsekretion. Hingegen wäre aber die Zytokinproduktion, verglichen mit einer

Normo-, oder Hyperthermie, erhöht.

Page 49: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Fragestellung 41

3. Fragestellung Wie aus der Literaturübersicht ersichtlich, ist ein Polytraumageschehen von einem

Entzündungsgeschehen begleitet. Die Zytokinproduktion ist erhöht. So ergibt sich für

den Traumageschädigten eine schlechte Prognose. Ebenso sind niedrigere

Umgebungs-, und Körpertemperaturen für den Patienten von Nachteil.

In diesem Zusammenhang sollen folgende Fragestellungen in dieser Studie

beantwortet werden:

1.Welchen Einfluß übt eine unterschiedlich ausgeprägte Hypothermie und die

Wiedererwärmung auf das inflammatorische System in dem vorliegenden

Traumamodell aus?

2.Kann man das Entzündungsgeschehen durch eine frühzeitige Induktion einer der

Hypothermieformen beeinflussen?

3.Besitzen die induzierten Hypothermieformen einen positiven Einfluß auf die

Überlebensrate bei schwerem Trauma?

Page 50: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 42

4. Material und Methoden 4.1 Material 4.1.1 Chemikalien und Medikamente Desinfektionsmittel, Softasept, Braun, Melsungen

Fetales Kälberserum, Seromed, Berlin Ketamin, Parke Davis, Pfizer, Karlsruhe

Liquemin N25000, Roche, Grenzach-Wyhlen

Natriumchloridlösung 0,9 %, Braun, Melsungen

Ringer-Lactatlösung DAB 7, Braun, Melsungen

Stickstoff, Linde, Hannover

Xylazin 2 %, Bayer, Leverkusen

Allgemeine Laborchemikalien, u.a. verschiedene Salze für Pufferlösungen, wurden in

handelsüblicher p.A.-Qualität bezogen.

4.1.2 Geräte Biophotometer 6131, Eppendorf, Hamburg

Durchflußzytometer, Becton Dickinson FACscalibur

Feinwaage BL 1500S, Sartorius, Göttingen

Kühlplatte

Labofuge 400R, Heraeus, Hanau

Mikroskop, Zeiss, Jena

pH-Meter 537 WTW

Schüttler VF2, Janke&Kunkel, IKA Labortechnik

Thermometer, Greisinger Electronic GTH1200

Tischzentrifuge 3200, Eppendorf, Hamburg

Wärmelampe Horizont, Agrartechnik, Korbach

4.1.3 Verbrauchsmaterial Combitips, 0,5; 1,25; 2,5; 5,0; 12,5 ml, Eppendorf, Hamburg

Einmalhandschuhe, unsteril, Kimberly Clark, Rosswell, USA

Faden Mersilene 3-0, Ethicon, Norderstedt

Page 51: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 43

Kartonpappe, OP-Unterlage und Tapeband

Kryoröhrchen mit Schraubverschluß, Nunc, Wiesbaden

Pipettenspitzen, Sarstedt, Nümbrecht

Reaktionsgefäße, 1,5 ml, Sarstedt, Nümbrecht

Tupfer, Rauscher, Oberdorf und Glaskapillaren, Sarstedt, Nürnberg

Zentrifugenröhrchen, 50 ml, Greiner GmbH, Nürtingen

1 ml Spritzen mit Kanülen (27 G), Braun, Melsungen

4.2 Methoden 4.2.1 Studie Die Studie mit der Tierversuchs-Nr.: 509.6-42502 “03/655“, die durch die

Bezirksregierung Hannover genehmigt wurde, wurde an 81 männlichen C57BL/6

Mäusen durchgeführt. Das mittlere Körpergewicht (KGW) betrug 21,5 ± 2 g, das

Durchschnittsalter 4-8 Wochen. Die Tiere wurden im Zentralen Tierlabor (ZTL) der

Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) gezüchtet und in Makrolonkäfigen Typ 3

in Gruppen zu 10 Tieren und einer Umgebungstemperatur von 20-21 °C

untergebracht, wo sie Zugang zu pelletierter Standardnahrung (Altromin 1324) und

Leitungswasser ad libitum hatten. Die Versuchsdurchführung (Fraktursetzung,

Induktion eines hämorrhagischen Schockes und Einleitung einer Hypothermie, je

nach Gruppe), erfolgte in den Räumen des Forschungsbereichs der

Unfallchirurgischen Klinik der MHH. Zur Gewöhnung an das Versuchslabor

(Raumtemperatur von 19 ± 2 °C) wurden die Mäuse 24 Stunden vor Versuchsbeginn

aus dem ZTL geholt und dort in Makrolonkäfigen Typ 3 gehalten.

Page 52: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 44

4.2.2 Versuchstiergruppen Die 81 Mäuse wurden in 11 unterschiedliche Gruppen wie folgt eingeteilt (Tab.4). Gruppe Anzahl

der Anästhesie Wiedererwärmung

während Mäuse

Temperatur °C

Fraktur und Hämorrhagie

Volumensubstitution

Volumensubstitution und Metamizol

K 6 x normal A 12 x normal x x

B1 7 x 33-35 1) x x B2 7 x 29-32 1) x x B3 7 x 24-28 1) x x C1 7 x 33-35 1) x x x C2 7 x 29-32 1) x x x C3 7 x 24-28 1) x x x D1 7 x 33-35 ²) x x D2 7 x 29-32 ²) x x D3 7 x 24-28 ²) x x

Tab.4: Versuchsablauf innerhalb der 11 Gruppen 1)= nach Polytrauma 2)= vor Polytrauma Zunächst sollte der Einfluß eines Polytraumas hinsichtlich der Ausprägung eines

Entzündungsgeschehens ohne Induktion einer Hypothermie untersucht werden.

Dazu wurden 6 Kontrolltiere, die keinem Polytrauma unterzogen wurden, und 6 Tiere

der Gruppe A (Normothermie) in den Versuch einbezogen:

6 überlebende Tiere wurden für eine statistische Auswertung benötigt; in der Gruppe

A gingen 12 Tiere in den Versuch ein, da 6 Mäuse verstarben.

4.2.3 Versuchsprotokoll Die Tiere wurden zunächst gewogen. Anschließend wurde die Körpertemperatur

mittels einer rektal eingeführten Sonde gemessen.

Die Mäuse wurden bei erhaltener Spontanatmung mit Ketamin (100 mg/kg KGW)

und Xylazin (16 mg/kg KGW) narkotisiert. Die Substanzen wurden dazu subkutan in

die Nackenfalte injiziert. Nach Anästhesieeintritt wurde bei den Tieren der einzelnen

Gruppen eine Wärmflasche mit 40 °C warmen Wasser auf den Käfigboden gelegt,

die mit einer Unterlage bedeckt wurde. Dadurch wurden die Mäuse vor einem

Auskühlen bewahrt. Die Platzierung des Käfigs fand in unterschiedlichen Abständen

zur Wärmelampe statt, um je nach Gruppe eine Überhitzung oder Unterkühlung

auszuschließen. Dazu wurde die Wärmeabstrahlung der Lampe mit einer

Page 53: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 45

Temperatursonde gemessen. Die Körpertemperatur wurde permanent mit der rektal

eingeführten Sonde gemessen. Um die Tiere der einzelnen Gruppen auf die

gewünschte Temperatur hinunterzukühlen, wurden die Mäuse auf eine Metallplatte

gelegt, die mittels eines Perfusors gekühlt werden konnte.

Es erfolgte eine anschließende Fraktursetzung. Dabei wurde aus 19 cm Höhe ein

Gewicht von 520 g, übertragen durch einen Stempel, auf den Femurschaft gebracht.

Die entstandene Fraktur war geschlossen und mit einem ausgedehnten

Weichteilschaden. Die Fraktur wurde anschließend reponiert und mittels einer

Schiene fixiert. In den Gruppen D1, D2 und D3 wurde das Polytrauma erst nach

Induktion der Hypothermie zugefügt.

Unmittelbar im Anschluß an die induzierte Fraktur wurde eine Hypovolämiephase

durch Abnahme von 60 % des Blutvolumens erzeugt. Die Menge des

abzunehmenden Blutvolumens in g ergab sich aus dem Körpergewicht. Die

Blutabnahme erfolgte durch Punktion des retrobulbären Venenplexus mit einer

heparinisierten Glaskapillare. Das Blut wurde in einem Eppendorfhütchen, das in

einem Gefäß stand, aufgefangen. Das Gefäß stand auf der Waage, so dass das

genommene Blutvolumen über das Gewicht direkt ermittelt werden konnte. Die

Hypovolämie wurde für 90 Minuten aufrechterhalten. In den Gruppen C1, C2 und C3

wurde während der Volumensubstitution eine Wiedererwärmung durch Erwärmen

einer Metallplatte auf 60 °C durchgeführt. Diese war mit einem hitzebeständigen

Material bedeckt, wodurch eine Überhitzung oder etwaige Verbrennungen der Tiere

verhindert wurden. Nach Ablauf der 90 Minuten erfolgte eine Volumensubstitution mit

einer vierfachen Menge des zu ersetzenden Blutvolumens. Das fehlende Volumen

wurde durch eine im Wasserbad erwärmte Ringer-Lactat-Lösung mit

Metamizolzusatz (250 µg/g KGW; 1:100 verdünnt) aufgefüllt, die i.v. injiziert wurde.

4.2.4 Tötung der Tiere zur Organ- und Blutentnahme Die Tötung der narkotisierten Tiere erfolgte 60 Minuten nach der Volumensubstitution

mittels Exsanguation (kardiale Punktion) nach medianer Laparotomie. Das Blut

wurde zur Serumgewinnung zentrifugiert. Eine bronchoalveoläre Lavage (BAL) (s.

4.2.5) wurde am getöteten Tier durchgeführt. Anschließend wurde ein Lungenflügel

Page 54: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 46

über das bronchiale System mit Formalin (5 %) infiltriert und später, wie auch Leber,

Milz und Nieren, in Formalin fixiert (Histologie). Das Serum wurde bei -80 °C

gelagert.

4.2.5 Bronchoalveoläre Lavage (BAL) Hierzu wurde eine Knopfkanüle in die Trachea eingeführt und mit einem

chirurgischen Knoten fixiert. Es folgte die Spülung beider Lungenflügel mit 1,5 ml

steriler isotoner Natriumchloridlösung. Die gewonnene Spüllösung wurde bis zur

weiteren Aufarbeitung bei –80 °C tiefgefroren. Die Lunge wurde in ein Glas mit 5 %

phosphatgepufferter Formaldehydlösung aufbewahrt.

4.2.6 Bestimmung der kapillaren Permeabilität der Lunge Die Ermittlung der Protein- und Harnstoffkonzentration in der Lavageflüssigkeit

erlaubt eine Aussage über die kapillare Permeabilität der Lunge in vivo und somit der

Lungenschädigung (VAN GRIENSVEN 1999b). Hierbei wurde der absolute

Proteingehalt über die gleichzeitig gemessene Harnstoffkonzentration im Serum und

in der BAL korrigiert, so dass die Proteinkonzentration der BAL volumenunabhängig

berechnet werden konnte: Hierzu wird folgende Formel verwendet.

relativer Proteingehalt=(Protein)BAL x (Harnstoff)Serum (Harnstoff)BAL x (Protein)Serum

4.2.7 Proteinbestimmung nach Lowry Der Proteingehalt wurde sowohl im Mäuseserum als auch in der BAL nach Lowry

bestimmt. Grundprinzip dieser Eiweißbestimmung ist eine Farbänderung der

Reagenzien, die mit Hilfe eines Photometers bei 595 nm bestimmt werden kann.

Proteine reduzieren Cu(II)-Ionen zu Cu(I)-Ionen, die wiederum mit Phosphomolybdat-

Phosphowolframat eine blaugrünen Komplex bilden und somit photometrisch

bestimmt werden können. Die gemessene Extinktion ist proportional zur

Proteinkonzentration.

Page 55: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 47

Lösungen: Lösung A: 2 % Na2CO3 0,02 % Na-K-Tartrat 0,4 % NaOH Lösung B: 0,5 % CuSO4 Lowry 1: 49 Teile Lösung A + 1 Teil Lösung B Lowry 2: Folin- Ciocalteu- Phenolreagenz (Phosphomolybdat- Phosphowolframat, 1:1 mit H2O) BSA-Standardeichlösung: 1 mg BSA/ml in Lösung 1 Durchführung:

Zur Erstellung der Eichkurve wurde mit Hilfe des BSA (Bovines Serum Albumin) eine

Standardreihe mit verschiedenen Proteingehalten angelegt. Für die Messung der

BAL wurde ein Bereich zwischen 5 µg/ml und 500 µg/ml gewählt, die Standardreihe

für die Serummessung lag zwischen 200 µg/ml und 2000 µg/ml. Aus den

gemessenen Extinktionen der bekannten Konzentration der Proben wurden die

Standardkurven und die dazugehörigen beschreibenden Funktionen mittels linearer

Regression erstellt. Die Probenmessungen wurden analog zur Standardmessung wie

folgt durchgeführt: 200 µl BAL-Flüssigkeit wurden mit 2300 µl Lösung I versetzt und

danach 15 Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Anschließend wurden 200 µl

Lösung II hinzugegeben, eine Inkubation für 30 Minuten, ebenfalls bei

Raumtemperatur, schloss sich an. Direkt im Anschluß erfolgte die Auswertung bei

595 nm. Die Proteinbestimmung im Serum folgte dem gleichen Prinzip; jedoch

wurden die Proben 1:50 mit Lösung I vorverdünnt. Es wurden 50 µl verdünntes

Serum eingesetzt, die mit 2450 µl Lösung I versetzt wurden. Die folgenden Schritte

waren identisch mit der Proteinbestimmung in der BAL-Flüssigkeit. Mit Hilfe der

erstellten Standardkurven und deren zugehörigen Funktionen konnten die

Proteinkonzentrationen für die Serum- und BAL-Proben errechnet werden.

Page 56: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 48

4.2.8 Harnstoffbestimmung Die quantitative Bestimmung des Harnstoffgehalts im Mäuseserum und in der BAL-

Flüssigkeit erfolgte nach dem Prinzip folgender Farbreaktion:

das Enzym Urease katalysiert rasch die Hydrolyse von Harnstoff in Ammoniak und

Kohlenstoffdioxid. Das entstehende Ammoniak reagiert mit Hypochlorit und Phenol

zu Indophenol, dessen Extinktion bei einer Wellenlänge von 595 nm bestimmt

werden kann. Die gemessene Extinktionsänderung ist proportional zur

Harnstoffkonzentration.

Lösungen: 1 Urease- Lösung: 10 U Urease in 0,5 ml PBS/ Glycerin 1+1 2 Harnstoffeichlösung: 30mg Harnstoff/dl Wasser 3 Phenollösung: 25 mg Nitroprussid-Natrium-Dihydrat und 5 ml flüssiges

Phenol in 500 ml Wasser gelöst

4 Hypochlorit- Lösung: 2,5 g Natriumhydroxid und 2,5 ml Natriumhypochlorit- Lösung mit 13% aktivem Chlor in 500 ml Wasser gelöst

Durchführung:

Zur Erstellung der Eichkurve wurde eine Standardreihe mit Harnstoffkonzentrationen

zwischen 150 µg/ml und 3000 µg/ml verwendet. Sie galt sowohl für die BAL- als auch

für die Serumbestimmungen. Aus den bei 595 nm gemessenen Extinktionen der

bekannten Standardkonzentrationen wurde eine Standardkurve mit einer

dazugehörigen Funktion erstellt. 200 µl BAL-Flüssigkeit wurden mit 100 µl

Ureaselösung versetzt, gut gemischt und 15 Minuten bei 37 °C inkubiert. Nach

Zugabe von jeweils 5 ml Phenol/Natriumprussid und Hypochloritlösung wurden die

Ansätze erneut gut durchmischt und für 45 Minuten bei 37 °C inkubiert. Im Anschluß

erfolgte die photometrische Auswertung bei 595 nm. Die Durchführung der

Serummessung erfolgte nach dem oben beschriebenen Prinzip. Jedoch mußten die

Proben 1:5 mit PBS (Phosphate Buffered Saline)-Lösung vorverdünnt werden. Im

Unterschied zur BAL-Messung wurden nur 50 µl eingesetzt, die außer mit 100 µl

Ureaselösung noch mit 150 µl PBS versetzt wurden, bevor der erste

Inkubationsschritt begann. Alle nun folgenden Schritte waren identisch. Mit Hilfe der

Page 57: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 49

erstellten Standardkurve und ihrer zugehörigen Funktion konnten die

Harnstoffkonzentrationen in den Serum- und BAL-Proben errechnet werden.

4.3 Histologie Für die histologische Untersuchung wurden den Versuchstieren post mortem jeweils

ein Lungenflügel (s. Kapitel 4.2.4), die Milz, die linke Niere und ein Teil der Leber

entnommen und für mindestens 7 Tage in phosphatgepuffertem 5 %igen Formalin

aufbewahrt. Die entnommenen Gewebeproben wurden für die lichtmikroskopische

Untersuchung in Paraffin eingebettet und daraus 3 µm dicke Präparate angefertigt.

Die Anfärbung dieser Schnitte erfolgte mit Hämatoxilin und Eosin (HE). Die

mikroskopische Beurteilung der Präparate wurde mit 20-, 40-, und 100-facher

Vergrößerung durchgeführt.

Bewertung der Organproben:

In den Präparaten der Lunge wurden das interstitielle Ödem und die Infiltration mit

neutrophilen Granulozyten beurteilt. Dabei wurden Präparate ohne besonderen

Befund mit 0, geringgradige Verdickungen der Septen bzw. geringgradige

Infiltrationen mit neutrophilen Granulozyten mit 1 und mittel- bis hochgradige

Verdickungen bzw. Infiltrationen mit 2 bewertet. Die Beurteilung der Leberschnitte

erfolgte nach dem gleichen Scoresystem, wobei neben dem interstitiellen Ödem und

der Granulozyteninfiltration zusätzlich die hydropische Degeneration der Leberzellen

betrachtet wurde. Bei der histologische Beurteilung der Milzpräparate wurde die

Schwere der Nekrosen nach oben beschriebenem System mit Zahlen von 0 bis 2

bewertet. Ließ sich desweiteren die rote von der weißen Pulpa abgrenzen, so wurde

das Organ mit 1 bewertet, war dies jedoch nicht der Fall, so erfolgte die Bewertung

mit einer 2. Zusätzlich wurde die Fülle der weißen Pulpa betrachtet: wenig gefüllte

Follikel wurden mit 1, stark gefüllte mit 2 beurteilt. Die Präparate der Niere wurden

ebenfalls auf Infiltrationen mit neutrophilen Granulozyten nach oben beschriebenen

Prinzip (0-2) untersucht. Außerdem erfolgte die Beurteilung der Fülle der Glomeruli

(Anzahl der Zellkerne) mit 1 für weniger stark gefüllte und 2 für stark gefüllte

Glomeruli (s. Tab.5).

Page 58: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 50

Lunge

Interstitielles Ödem Granulozyteninfiltration - + ++ - + ++ Score 0 1 2 0 1 2 Leber

Interstitielles Ödem Granulozyteninfiltration Hydropische Degeneration

- + ++ - + ++ - + ++ Score 0 1 2 0 1 2 0 1 2 Milz

Nekrose Abgrenzung der roten/weißen

Pulpa

Fülle der weißen Pulpa

- + ++ Ja Nein + ++ Score 0 1 2 1 2 1 2

Niere

Glomeruli-Fülle Granulozyteninfiltration Wenig gefüllt Normal gefüllt - + ++

Score 1 2 0 1 2 Tab.5: Scoresystem zur Beurteilung der HE-gefärbten histologischen Präparate von Lunge, Leber, Milz und Niere der Versuchstiere - = ohne besonderen Befund + = geringgradige Veränderungen ++ = mittel- bis hochgradige Veränderungen

Page 59: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 51

4.4 Zytokinmessung Die Bestimmung der Plasmakonzentrationen der verschiedenen Zytokine erfolgte auf

durchflußzytometrischer Grundlage mit Hilfe des BDTM Cytometric Bead Array

(Mouse Inflammation CBA, BD Biosciences, San Diego). Die durchflußzytometrische

Analyse basiert auf einer Technik, bei der die in Suspension befindlichen Zellen in

einem schmalen Flüssigkeitsstrom an einem Mikroskopzytophotometer unter

Messung der Fluoreszenz vorbeigeführt werden. Mit Hilfe einer Standardreihe und

Messung der Fluoreszenzintensität kann die Plasmakonzentration der Zytokine

ermittelt werden. In der CBA wurden die Proben mit sechs verschiedenen „Perlen“

(beads), die mit dem Fluoreszensfarbstoff Phycoerythrin (PE) konjugiert und mit

jeweils einem spezifischen Antikörper (capture antibody) für jedes Zytokin versehen

wurden, gemischt. Die Proben bildeten mit den PE-konjugierten „capture beads“

einen „Sandwich-Komplex“, vergleichbar mit einem herkömmlichen ELISA.

Es wurde zuerst eine Standard-Testreihe mit einzelnen Zytokin-Konzentrationen bis

zu 5000 pg/ml angesetzt. Als Kontrolle durchlief eine Negativ-Probe mit einer

Konzentration von 0 pg/ml das Prozedere. Der Standard wurde mit einem

testeigenem Lösungsmittel (Protein-gepufferte Lösung) gemischt und für 15 Minuten

inkubiert. Anschließend erfolgte die Verdünnung des Standards auf Werte von 1:256,

1:128, 1:64, 1:32, 1:16, 1:8, 1:4 und 1:2.

Es war notwendig, die einzelnen capture beads vor einer weiteren Verarbeitung zu

mischen. Hierzu wurden für jede Standard- und Test-Probe jeweils 10 µl von jedem

capture bead gemischt. Danach wurden jeweils 50 µl dieses Gemisches in Standard-

Reaktionsgefäße (Anzahl= 1 Negativkontrolle + 9 Standards + Probenzahl) gegeben.

Nun folgte die Zugabe von 50 µl der Standardverdünnungen in die einzelnen

Kontrollproben und jeweils 50 µl der untersuchenden Proben in die Reaktionsgefäße.

Alle Proben wurden mit 50 µl PE konjugiert. Die folgende Inkubation bei

Raumtemperatur und Dunkelheit dauerte zwei Stunden. Während dieser Zeit wurden

die Cytometer Setup Proben angesetzt und gemessen. Hierzu wurden 50 µl

„Cytometer Setup Beads“ in drei Reaktionsgefäße (A, B und C) gegeben. Zu Probe B

wurde 50 µl FITC- und zu Probe C 50 µl PE-Positivkontrolle gegeben. Es folgte eine

Inkubation für 30 Minuten bei Raumtemperatur und Dunkelheit. Vor dem

Page 60: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Material und Methoden 52

Durchflußzytometrie-Setup wurden jeweils 400 µl PBS (Phosphate Buffered Saline,

pH=7,4, Zusammensetzung: 40g NaCl, 6,9g NaH2PO4) zu den Proben B und C und

450 µl zu Probe C gegeben. Nach der „Zwei-Stunden-Inkubation“ erfolgte eine 1ml

PBS-Gabe zu den Proben mit anschließendem Zentrifugieren bei 200 g für fünf

Minuten. Der Überstand wurde dekantiert und zum Resuspendieren 300 µl PBS

hinzugegeben. Nun wurde die Fluoreszenzintensität der einzelnen Proben im FL3-

Kanal eines Durchflußzytometers (Fluorescent-Activated-Cell-Scanner, Becton

Dickinson, Heidelberg) gegen die Standardproben gemessen. Die Ergebnisse

wurden in graphischer und tabellarischer Form aufgearbeitet.

4.5 Statistik

Alle statistischen Berechnungen erfolgten mit dem Programm SPSS, Version 11.5

(SPSS INC, Chicago/Illinois). Die statistischen Berechnungen wurden von Herrn Dr.

Hoy, Institut für Biometrie der MHH, durchgeführt. Innerhalb der einzelnen Gruppen wurden die Mediane gebildet und als Spannweite

der Range (Differenz zwischen Minimum- und Maximumwert) berechnet. Die

Überlebensrate wurde mit einem sogenannten Fisher`s Exact-Test geprüft. Nachdem

Kreuztabellen erstellt wurden, konnten die signifikanten Unterschiede (p <0,05)

zwischen den Gruppen mit dem Kruskal-Wallis-Test (parameterfreier Signifikanztest)

und dem Mann-Whitney-Test (parameterfreier U-Test) ermittelt werden.

Page 61: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 53

5. Ergebnisse 5.1 Überlebensrate der Versuchstiere Insgesamt gingen 81 männliche Mäuse, C57BL/6, in die Versuche ein. 11 Mäuse

verstarben vor der planmäßigen Tötung nach 4 Stunden. Somit wurden die gesamten

Auswertungen (Zytokinbestimmung, Proteinratio und Histologie) an 70 Tieren

durchgeführt. Gruppe n= Überlebende %

K 6 6 100 A 12 6 50

B1 7 6 85,7 B2 7 6 85,7 B3 7 7 100 C1 7 6 85,7 C2 7 6 85,7 C3 7 7 100 D1 7 7 100 D2 7 7 100 D3 7 6 85,7

Tab.6 Überlebensrate 4 Stunden nach Polytrauma der K (Kontrolle), der Gruppe A=

Normothermie während des gesamten Versuches, der Gruppe B1= Milde

Hypothermie nach Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma und

B3= Schwere Hypothermie nach Polytrauma, der Gruppe C1= Milde Hypothermie

nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung, der Gruppe D1= Milde Hypothermie vor Polytrauma, D2=

Moderate Hypothermie vor Polytrauma und der Gruppe D3= Schwere Hypothermie

vor Polytrauma; n= Anzahl der Mäuse; %= Prozentualer Anteil

In der K überlebten alle 6 Tiere, woraus eine 100 %-Überlebensrate resultierte. In der

Gruppe A überlebten 6 von 12 Tieren (50 %) (p <0,05 A vs. K). In Gruppe B1 und B2

verstarb jeweils 1 von 7 Mäusen (85,7 %-Überlebensrate). B3 besaß eine

Überlebensrate von 100 %, da alle 7 Tiere überlebten (p <0,05 B3 vs. A).

In den Gruppen C1 und C2 verstarb jeweils 1 von 7 Mäusen, woraus eine

Überlebensrate von 85,7 % resultierte. In der Gruppe C3 überlebten alle 7 Tiere

(100% Überlebensrate) (p <0,05 C3 vs. Gruppe A). Innerhalb der Gruppen D1 und

Page 62: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 54

D2 lag die Überlebensrate bei 100 %, da die jeweils 7 Tiere in den beiden Gruppen

überlebten. In der Gruppe D3 verstarb 1 von 7 Tieren, was eine Überlebensrate von

85,7 % bedeutete (p <0,05 D1 u. D2 vs. A) (s.Tab.6).

5.2 Körpertemperatur der Versuchstiere Die Körpertemperatur spielt für dieses Versuchsvorhaben eine sehr wichtige Rolle.

Alle Gruppen, außer Gruppe A und der Kontrollgruppe, wurden in eine Hypothermie

versetzt. Die Körpertemperatur wurde ständig kontrolliert (s. Material und Methoden

4.2.3). Die normale Körpertemperatur bei Mäusen liegt bei 37,4 ± 0,7 °C.

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

prätraumatisch posttraumatisch

Kör

pert

empe

ratu

r (° C

)

AK

Abb.2 Körpertemperatur der Gruppe A= Normothermie während des gesamten

Versuches und der K (Kontrolle)

Die Werte sind dargestellt als Mittelwerte ±SEM.

In der Gruppe A bestand prätraumatisch eine Körpertemperatur von 38,1±0,4 °C.

Posttraumatisch lag die Körpertemperatur bei 36,9±0,07. In der K, die keinem

Trauma unterzogen wurde, lag die Körpertemperatur bei 37,4 ±0,1°C. Hier wurde die

Temperatur nur prätraumatisch gemessen (s. Abb.2).

Page 63: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 55

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

prätraumatisch posttraumatisch

Kör

pert

empe

ratu

r (° C

)

B1B2B3A

Abb.3 Körpertemperatur der Gruppe B1= Milde Hypothermie nach Polytrauma, B2=

Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3= Schwere Hypothermie nach

Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.2)

Die Werte sind dargestellt als Mittelwerte ±SEM.

In der Gruppe B1 lag die Körpertemperatur prätraumatisch bei 37,5±0,2 °C. In der

Gruppe B2 herrschte eine Körpertemperatur von 37,9±0,3 °C vor und in der Gruppe

B3 von 37,3±0,3 °C. Posttraumatisch lag die Körpertemperatur in der Gruppe A bei

36,9±0,1 °C, in der Gruppe B1 bei 33,8±0,1 °C, in der Gruppe B2 bei 30,6±0,3 °C

und in der Gruppe B3 bei 25,6±0,3 °C. Die Ergebnisse waren innerhalb der B-

Gruppen und bezüglich der Gruppe A nicht signifikant unterschiedlich (siehe Abb.3).

Page 64: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 56

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

prätraumatisch posttraumatisch

Kör

pert

empe

ratu

r (° C

)

C1C2C3A

Abb.4 Körpertemperatur der Gruppe C1= Milde Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung und der Gruppe A (s. Abb.2)

Die Werte sind dargestellt als Mittelwerte ±SEM.

Prätraumatisch besaß die Gruppe C1 eine Körpertemperatur von 37,4±0,1 °C. In

der Gruppe C2 lag die Körpertemperatur bei 37,4±0,1 °C und in der Gruppe C3 bei

37,2±0,2 °C. Posttraumatisch war in der Gruppe C1 eine Körpertemperatur von

33,9±0,1 °C vorherrschend. In der Gruppe C2 lag die Körpertemperatur bei

30,2±0,2 °C und in der Gruppe C3 bei 28,0±0,1 °C. (p >0,05 C vs. A), wie in der

Abb.4 dargestellt.

Page 65: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 57

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

praetraumatisch posttraumatisch

Kör

pert

empe

ratu

r (° C

)

D1D2D3A

Abb.5 Körpertemperatur der Gruppe D1= Milde Hypothermie vor Polytrauma, D2=

Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3= Schwere Hypothermie vor Polytrauma

und der Gruppe A (s. Abb.2)

Die Werte sind dargestellt als Mittelwerte ±SEM; *p <0,05.

In der Gruppe D1 lag die Körpertemperatur prätraumatisch bei 34,5±0,2 °C, in der

Gruppe D2 bei 31,4±0,1 °C und in der Gruppe D3 bei 26,8±0,3 °C (p <0,05 D vs. A).

Posttraumatisch herrschte in der Gruppe D1 eine Körpertemperatur von

33,9±0,1 °C vor. In der Gruppe D2 bestand eine Körpertemperatur von 31,4±0,1 °C.

In der Gruppe D3 lag die Körpertemperatur bei 25,2±0,1 °C. Die Ergebnisse

innerhalb der D-Gruppen und bezüglich A waren signifikant unterschiedlich (s. Abb.5)

(p <0,05 D vs. A).

* *

Page 66: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 58

5.3 Zytokinkonzentration in murinem Serum 5.3. TNFα-Konzentration im Serum

Gruppe Konzentration (pg/ml)

K < 20 (0)

A 26,7 (24,5-30,7)

Tab.7 TNFα-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der K (Kontrolle) und der

Gruppe A= Normothermie während des gesamten Versuches

Die Werte der K und der Gruppe A sind als Median und (Minimum-Maximum)

berechnet worden.

Die K besaß einen TNFα-Wert von < 20 (0) pg/ml. In der Gruppe A lag die TNFα-

Konzentration bei 26,7 (24,5-30,7) pg/ml (s. Tab.7) (p <0,05 K vs. A).

Page 67: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 59

Zur besseren Veranschaulichung der Werte wurden diese als Median und (Minimum-

Maximum) dargestellt.

AB3B2B1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)

50

40

30

20

10

Abb.6 TNFα-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe B1= Milde

Hypothermie nach Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3=

Schwere Hypothermie nach Polytrauma und der Gruppe A (s. Tab.7)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppe B1 wies eine Sekretion von 29,5 (< 20-35,8) pg/ml auf. In der Gruppe B2

fielen die Werte auf 22,8 (< 20-31,4) pg/ml ab. In der Gruppe B3 lag der Wert bei

23,6 (< 20-32,0) pg/ml (s. Abb.6) (p <0,05 B vs. K; p >0,05 B vs. A).

Page 68: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 60

AC3C2C1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Abb.7 TNFα-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe C1= Milde

Hypothermie nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie

nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung und der Gruppe A (s. Tab.7)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In der Gruppe C1 lag eine Konzentration von 31,1 (< 20-38,6) pg/ml vor. In der

Gruppe C2 wurden 24,8 (< 20-30,0) pg/ml TNFα sezerniert und in der Gruppe C3

ließ sich eine Konzentration von 24,2 (21,3-27,8) pg/ml verzeichnen. Die Ergebnisse

innerhalb der C-Gruppen waren nicht signifikant unterschiedlich (s. Abb.7)

(p <0,05 C vs. K; p >0,05 C vs. A).

Page 69: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 61

AD3D2D1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Abb.8 TNFα-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe D1= Milde

Hypothermie vor Polytrauma, D2= Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3=

Schwere Hypothermie vor Polytrauma und der Gruppe A (s. Tab.7)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In der Gruppe D1 fand eine erhöhte TNFα-Bildung mit 26,5 (20,3-33,9) pg/ml statt. In

der Gruppe D2 war ein Abfall der Zytokinsekretion mit 19,8 (< 20-30,0) pg/ml zu

beobachten. In der Gruppe D3 ließ sich wieder ein leichter Anstieg in der Sekretion

mit 23,6 (< 20-29,7) pg/ml verzeichnen. Signifikante Unterschiede konnten innerhalb

der D-Gruppe nicht beobachtet werden, wie in der Abb.8 dargestellt

(p <0,05 D vs. K);(p >0,05 D vs. A).

5.3.2 INF-γ-Konzentration im Serum Es konnte in allen Gruppen kein INF-γ gemessen werden.

5.3.3 IL12p70-Konzentration im Serum Auch hier lag IL-12p70 in allen Gruppen unterhalb der Nachweisgrenze.

Page 70: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 62

5.3.4 IL-6-Konzentration im Serum

Gruppe Konzentration (pg/ml)

K < 20 (0)

A 2034 (22-3491)

Tab.8 IL-6 Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der K (Kontrolle) und der

Gruppe A= Normothermie während des gesamten Versuches

Die Werte der K und der Gruppe A sind als Median und (Minimum-Maximum)

berechnet worden.

Die IL-6-Sekretion in der K lag bei < 20 (0) pg/ml. In der Gruppe A wurden 2034 (22-

3491) pg/ml IL-6 sezerniert, siehe Tab.8 (p <0,05 A vs. K).

Page 71: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 63

AB3B2B1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)4000,0

3000,0

2000,0

1000,0

0,0

Abb.9 IL-6 Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe B1= Milde

Hypothermie nach Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3=

Schwere Hypothermie nach Polytrauma und der Gruppe A (s. Tab.8)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In der Gruppe B1 lag der Wert bei 949 (60-3562) pg/ml. Die Gruppe B2 sezernierte

518 (245-884) pg/ml und die Gruppe B3 189 (69-425) pg/ml. Die Werte innerhalb der

B-Gruppe waren nicht signifikant unterschiedlich, siehe Abb.9 (p < 0,05 B vs. K;

p >0,05 B vs. A).

Page 72: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 64

AC3C2C1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)4000,0

3000,0

2000,0

1000,0

0,0

Abb.10 IL-6 Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe C1= Milde

Hypothermie nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie

nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung und der Gruppe A (s. Tab.8)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppe C1 sezernierte 1426 (24-3745) pg/ml. In der Gruppe C2 lag der Wert der

IL-6-Sekretion bei 632 (496-1423) pg/ml und in der Gruppe C3 bei 438 (327-2115)

pg/ml. Ein nicht signifikanter Abfall der IL-6-Konzentration konnte innerhalb der C-

Gruppen beobachtet werden (s. Abb.10) (p <0,05 C vs. K) (p >0,05 C vs. A).

Page 73: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 65

AD3D2D1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)4000,0

3000,0

2000,0

1000,0

0,0

Abb.11 IL-6 Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe D1= Milde

Hypothermie vor Polytrauma, D2= Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3=

Schwere Hypothermie vor Polytrauma und der Gruppe A (s. Tab.8)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum);* p <0,05.

Innerhalb der Gruppe D1 wurden 799 (32-1333) pg/ml IL-6 sezerniert. Die Gruppe D2

sezernierte 282 (156-519) pg/ml und die Gruppe D3 48 (20-204) pg/ml. Ein nicht

signifikanter Abfall der IL-6-Sekretion ließ sich innerhalb der D-Gruppen verzeichnen

(siehe dazu Abb.11)

(p <0,05 D vs. K) (p <0,05 D3 vs. A).

*

Page 74: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 66

5.3.5 IL-10-Konzentration im Serum

Gruppe Konzentration (pg/ml) K < 20 (0) A 22,5 (< 20-28,5)

Tab.9 IL-10-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der K (Kontrolle) und der

Gruppe A= Normothermie während des gesamten Versuches

Die Werte der K und der Gruppe A sind als Median und (Minimum-Maximum)

berechnet worden.

Der Wert in der K lag bei < 20 (0) pg/ml. Die Konzentration in der Gruppe A betrug

22,5 (< 20-28,5) pg/ml siehe Tab.9 (p <0,05 A vs. K).

Page 75: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 67

AB3B2B1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)60

50

40

30

20

10

0

Abb.12 IL-10-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe B1= Milde

Hypothermie nach Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3=

Schwere Hypothermie nach Polytrauma und der Gruppe A (s. Tab.9)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppe B1 ließ einen Wert von 27,1 (21,3-34,8) pg/ml verzeichnen. In der

Gruppe B2 herrschte ein Wert von 29,7 (20,7-35,0) pg/ml vor und in der Gruppe B3

von 23,9 (< 20-46,3) pg/ml. Es ließ sich erst ein Anstieg innerhalb der B-Gruppen

verzeichnen, der in Gruppe B3 wieder abfiel. Die Werte innerhalb der B-Gruppen

waren nicht signifikant unterschiedlich (siehe dazu Abb.12) (p <0,05 B vs. K;

p >0,05 B vs. A).

Page 76: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 68

AC3C2C1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)60,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Abb.13 IL-10-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe C1= Milde

Hypothermie nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie

nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung und der Gruppe A (s. Tab.9)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In der Gruppe C1 wurden 28,2 (26,1-32,1) pg/ml IL-10 sezerniert. In der Gruppe C2

lag der Wert bei 25,1 (20,7-30,7) pg/ml und in der Gruppe C3 bei 28,8 (23,9-47,7)

pg/ml. Die C-Gruppen unterschieden sich nicht signifikant voneinander (s. Abb.13)

(p <0,05 C vs. K); (p >0,05 C vs. A).

Page 77: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 69

AD3D2D1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)60,0

50,0

40,0

30,0

20,0

10,0

0,0

Abb.14 IL-10-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe D1= Milde

Hypothermie vor Polytrauma, D2= Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3=

Schwere Hypothermie vor Polytrauma und der Gruppe A (s. Tab.9)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppe D1 sezernierte eine IL-10-Konzentration von 35,2 (23,1-47,0) pg/ml. In

der Gruppe D2 lag der Wert bei 26,5 (20,7-33,8) pg/ml und in der Gruppe D3 bei 30,2

(< 20-38,3) pg/ml. Ein nicht signifikanter Abfall der IL-10-Sezernierung konnte

innerhalb der D-Gruppen verzeichnet werden und auch im Hinblick auf die Gruppe A

(siehe Abb.14) (p <0,05 D vs. K; p >0,05 D vs. A).

Page 78: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 70

5.3.6 MCP-1-Konzentration im Serum

KA

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)400

300

200

100

0

Abb.15 MCP-1-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe A=

Normothermie während des gesamten Versuches und der K (Kontrolle)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum); * p <0,05.

Die Gruppe A wies einen MCP-1-Wert von 109,9 (58,7-270,6) pg/ml auf. In der K lag

der Wert des MCP-1-Serumspiegels bei 45,0 (43,1-48,9) pg/ml (s. Abb.15)

(p <0,05 A vs. K).

*

Page 79: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 71

AB3B2B1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)400

300

200

100

0

Abb.16 MCP-1-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe B1= Milde

Hypothermie nach Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3=

Schwere Hypothermie nach Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.15)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum); * p <0,05.

Ein Abfall der MCP-1-Sekretion war in den Gruppen B1 mit 74,5 (58,2-148,8), B2

79,2 (68,5-90,1) und B3 63,1 (54,6-74,8) pg/ml zu beobachten (s. Abb.16)

(p <0,05 B vs. K)(p <0,05 B3 vs. A).

*

Page 80: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 72

AC3C2C1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)400,0

300,0

200,0

100,0

0,0

Abb.17 MCP-1-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe C1= Milde

Hypothermie nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie

nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung und der Gruppe A (s. Abb.15)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Der Wert der Gruppe C1 lag bei 90,3 (54,2-300,6) pg/ml. In der Gruppe C2 wurden

103,9 (81,1-208,9) pg/ml und in der Gruppe C3 94,6 (66,3-138,3) an MCP-1

sezerniert. (gemäß Abb.17) (p <0,05 C vs. K) (p >0,05 C und C vs. A).

Page 81: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 73

AD3D2D1

Kon

zent

ratio

n (p

g/m

l)400

300

200

100

0

Abb.18 MCP-1-Konzentration im Serum (CBA-Messung) in der Gruppe D1= Milde

Hypothermie vor Polytrauma, D2= Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3=

Schwere Hypothermie vor Polytrauma und der Gruppe A (s.Abb.15)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum); *p<0,05.

In der Gruppe D1 betrug der Wert der MCP-1-Sekretion 71,9 (54,8-185,1) pg/ml. In

der Gruppe D2 wurden 67,4 (51,4-88,3) pg/ml und in der Gruppe D3 70,45 (50,8-

99,3) pg/ml an MCP-1 sezerniert (s. Abb.18) (p <0,05 D vs. K) (p >0,05 D;

p <0,05 D2 vs. A).

*

Page 82: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 74

5.4 Pulmonalkapillare Permeabilität (Lungenschädigung)

KA

rela

tiver

Pro

tein

geha

lt2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

,8

,6

,4

,2

0,0

-,2

Abb.19 Pulmonalkapillare Permeabilität der Gruppe A= Normothermie während des

gesamten Versuches und der K (Kontrolle)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum);* p <0,05.

In der Gruppe A war ein Wert für die pulmonalkapillare Permeabilität von 0,5 (0,12-

1,4) zu verzeichnen. In der K lag keine pulmonalkapillare Permeabilität vor, da der

Wert 0,0 (0,0) betrug (s. Abb.19) (p <0,05 K vs. A).

*

Page 83: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 75

AB3B2B1

rela

tiver

Pro

tein

geha

lt2,0

1,5

1,0

,5

0,0

Abb.20 Pulmonalkapillare Permeabilität der Gruppe B1= Milde Hypothermie nach

Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3= Schwere

Hypothermie nach Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.19)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In der Gruppe B1 lag der Wert bei 0,31(0,01-0,43). Der Wert in der Gruppe B2 betrug

0,26 (0,23-0,38). In der Gruppe B3 stieg der Wert der pulmonalkapillaren

Permeabilität auf 0,63 (0,07-1,80) an (siehe Abb.20) (p >0,05 B und B vs. A).

Eine pulmonalkapillare Permeabilität war in allen Gruppen zu beobachten.

Page 84: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 76

AC3C2C1

rela

tiver

Pro

tein

geha

lt2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

,8

,6

,4

,2

0,0

Abb.21 Pulmonalkapillare Permeabilität der Gruppe C1= Milde Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung und der Gruppe A (siehe Abb.19)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Der Wert der pulmonalkapillaren Permeabilität lag in der Gruppe C1 bei 0,31 (0,03-

1,74). Ein nicht signifikanter Abfall der pulmonalkapillaren Permeabilität war in der

Gruppe C2 mit 0,26 (0,14-0,39) und in der Gruppe C3 0,14 (0,10-0,22) zu

beobachten (s. Abb.21) (p >0,05 C vs. A).

Page 85: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 77

AD3D2D1

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Abb.22 Pulmonalkapillare Permeabilität der Gruppe D1= Milde Hypothermie vor

Polytrauma, D2= Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3= Schwere Hypothermie

vor Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.19)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Gruppe D1 ließ einen Wert von 0,15 (0,14-0,91) verzeichnen. In der Gruppe D2 stieg

der Wert nicht signifikant auf 0,29 (0,08-0,77) an und fiel in der Gruppe D3 nicht

signifikant auf 0,05 (0,01-0,43) ab (laut Abb.22) (p >0,05 D vs. A). Eine

pulmonalkapillare Permeabilität trat in allen Gruppen auf.

Page 86: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 78

5.5 Histologie der Lunge und der Leber 5.5.1 Granulozyteninfiltration der Lunge

KA

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Abb.23 Granulozyteninfiltration der Lunge in der Gruppe A= Normothermie während

des gesamten Versuches und der K

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum); *p <0,05.

Die Gruppe A besaß einen Score von 1,0 (1,0-2,0). Somit konnte in dieser Gruppe

eine Granulozyteninfiltration (Scoresystem siehe Material und Methoden 4.3)

verzeichnet werden. In der K lag ein Score von 0,0 (0,0) vor (s. Abb.23)

(p <0,05 K vs. A).

*

Page 87: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 79

AB3B2B1

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Abb.24 Granulozyteninfiltration der Lunge in der Gruppe B1= Milde Hypothermie

nach Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3= Schwere

Hypothermie nach Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.23)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In der Gruppe B1 lag der Score bei 1,0 (1,0-1,0). Die Gruppe B2 wies einen Score

von 1,5 (1,0-2,0) auf und die Gruppe B3 einen Score von 2,0 (1,0-2,0) (s. Abb.24)

(p <0,05 B vs. K) (p >0,05 B u. B vs. A). Die Gruppen wiesen Granulozyteninfiltrate

innerhalb der Lunge auf.

Page 88: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 80

AC3C2C1

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Abb.25 Granulozyteninfiltration der Lunge in der Gruppe C1= Milde Hypothermie

nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung und der Gruppe A (s. Abb.23)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppe C1 wies einen Score von 1,0 (1,0-1,0) auf. In der Gruppe C2 war ein

Score von 1,5 (1,0-2,0) zu beobachten. Der Score der Gruppe C3 lag bei 1,0 (1,0-

2,0) (gemäß Abb.25) (p <0,05 C vs. K; p >0,05 C u. C vs. A). Es konnten Infiltrate an

Granulozyten in der Lunge in allen Gruppen beobachtet werden.

Page 89: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 81

AD3D2D1

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Abb.26 Granulozyteninfiltration der Lunge in der Gruppe D1= Milde Hypothermie vor

Polytrauma, D2= Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3= Schwere Hypothermie

vor Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.23)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Der Score in der Gruppe D1 und der Gruppe D2 lag bei 1,0 (1,0-2,0). In der Gruppe

D3 war ein Score von 1,0 (1,0-2,0) vorherrschend (s. Abb.26) (p <0,05 D vs. K;

p >0,05 D vs. A). Die Lungen der oben genannten Gruppen wiesen

Granulozyteninfiltrate auf.

Page 90: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 82

5.5.2 Interstitielles Ödem der Lunge

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Abb.27 Interstitielles Ödem der Lunge in der Gruppe A= Normothermie während des

gesamten Versuches und der K (Kontrolle)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum); *p <0,05.

Die Gruppe A wies einem Score von 1,0 (1,0-2,0) auf. Die K ließ einen Score von 0,0

(0,0-1,0) verzeichnen (s. Abb.27) (p <0,05 A vs. K). Somit waren in der Gruppe A

interstitielle Ödeme innerhalb der Lunge vorhanden (s. Material und Methoden 4.3)

*

Page 91: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 83

AB3B2B1

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Abb.28 Interstitielles Ödem der Lunge in der Gruppe B1= Milde Hypothermie nach

Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3= Schwere

Hypothermie nach Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.27)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In der Gruppe B1 lag der Score bei 1,0 (1,0-1,0). Die Gruppe B2 besaß einen Score

von 1,0 (1,0-2,0) und die Gruppe B3 von 1,0 (1,0-2,0) (siehe Abb.28) (p <0,05 B vs.

K; p >0,05 B u. B vs. A). In den genannten Gruppen traten interstitielle Ödeme der

Lungen auf.

Page 92: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 84

AC3C2C1

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Abb.29 Interstitielles Ödem der Lunge in der Gruppe C1= Milde Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung und der Gruppe A (s. Abb.27)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In der Gruppe C1 war ein Score von 1,0 (1,0-1,0) vorherrschend. Der Score in der

Gruppe C2 betrug 1,0 (1,0-2,0) und in der Gruppe C3 1,0 (0,0-1,0) (gemäß Abb.29)

(p <0,05 C vs. K) (p >0,05 C vs. A). In den genannten Gruppen lagen interstitielle

Ödeme in den Lungen vor.

Page 93: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 85

AD3D2D1

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Abb.30 Interstitielles Ödem der Lunge in der Gruppe D1= Milde Hypothermie vor

Polytrauma, D2= Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3= Schwere Hypothermie

vor Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.27)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppe D1 wies einen Score von 1,0 (1,0-2,0) auf. In der Gruppe D2 war ein

Score von 1,0 (1,0-2,0) zu verzeichnen. Die Gruppe D3 besaß einen Score von 1,0

(1,0-1,0) (gemäß Abb.30) (p >0,05 D) (p <0,05 D vs. K); (p >0,05 D vs. A).

Interstitielle Ödeme der Lungen waren in den oben genannten Gruppen vorhanden.

5.5.3 Granulozyteninfiltration der Leber Die Werte in den jeweiligen Gruppen lagen bei 0,0 (0,0). Somit war eine

Granulozyteninfiltration in den Lebern der Tiere ausgeblieben.

Page 94: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 86

5.5.4 Interstitielles Ödem der Leber

K A

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Abb.31 Interstitielles Ödem der Leber in der Gruppe A= Normothermie während des

gesamten Versuches und der K

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppe A besaß einen Score von 0,0 (0,0-1,0). Der Score in der K lag bei 0,5

(0,0-1,0). (s. Abb.31) (p >0,05 A vs. K). Interstitielle Ödeme der Lebern konnten

innerhalb der K verzeichnet werden. (Scoresystem siehe Material und Methoden

4.3).

Page 95: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 87

AB3B2B1

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Abb.32 Interstitielles Ödem der Leber in der Gruppe B1= Milde Hypothermie nach

Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3= Schwere

Hypothermie nach Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.31)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppe B1 wies einen Wert von 0,0 (0,0-1,0) auf. In den Gruppen B2 und B3 lag

der Score bei 0,0 (0,0) (s. dazu Abb.32) (p >0,05 B vs. K und A). Interstitielle Ödeme

der Lebern waren in den Gruppen nicht zu verzeichnen.

Page 96: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 88

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Abb.33 Interstitielles Ödem der Leber in der Gruppe C1= Milde Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung und der Gruppe A (s. Abb.31)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In den Gruppen C1 und C2 wurde ein Score von 0,0 (0,0-1,0) und in der Gruppe C3

von 0,0 (0,0-1,0) beobachtet (s. Abb.33) (p >0,05 C und C vs. K und A). Innerhalb

der Gruppen konnten keine interstitielle Ödeme der Lebern verzeichnet werden.

Page 97: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 89

AD3D2D1

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Abb.34 Interstitielles Ödem der Leber in der Gruppe D1= Milde Hypothermie vor

Polytrauma, D2= Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3= Schwere Hypothermie

vor Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.31)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppen D1, D2 und D3 wiesen keine Veränderungen der Lebern auf, da der

Score bei 0,0 (0,0) lag (s. Abb.34) (p >0,05 D und D vs. K und A).

Page 98: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 90

5.5.5 Hydropische Degeneration der Leber

KA

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Abb.35 Hydropische Degeneration der Leber in der Gruppe A= Normothermie

während des gesamten Versuches und der K

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppe A wies einen Score von 0,5 (0,0-1,0) auf. Innerhalb der Gruppe A waren

hydropische Degenerationen der Lebern ersichtlich (Scoresystem s. Material und

Methode 4.3). Ein Score von 0,0 (0,0) lag in der K vor (s. Abb.35) (p >0,05 A vs. K).

Page 99: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 91

AB3B2B1

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Abb.36 Hydropische Degeneration der Leber in der Gruppe B1= Milde Hypothermie

nach Polytrauma, B2= Moderate Hypothermie nach Polytrauma, B3= Schwere

Hypothermie nach Polytrauma und der Gruppe A (s. Abb.35)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In den Gruppen B1 mit einem Score von 1,0 (0,0-1,0) und B2 mit einem Score von

1,0 (0,0-1,0) ließen sich hydropische Degenerationen der Lebern verzeichnen. In der

Gruppe B3 lag der Score ebenfalls bei 1,0 (1,0-1,0). Auch hier waren hydropische

Veränderungen der Lebern ersichtlich (s. Abb.36) (p >0,05 B und B vs. K und A).

Page 100: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 92

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Abb.37 Hydropische Degeneration der Leber in der Gruppe C1= Milde Hypothermie

nach Polytrauma mit Wiedererwärmung, C2= Moderate Hypothermie nach

Polytrauma mit Wiedererwärmung, C3= Schwere Hypothermie nach Polytrauma mit

Wiedererwärmung und der Gruppe A (siehe Abb.35)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

Die Gruppen C1, C2 und C3 wiesen jeweils den selben Score von 1,0 (0,0-1,0) auf

(s. Abb.37) (p >0,05 C u. C vs. K und A). Innerhalb aller Gruppen traten hydropische

Degenerationen der Lebern auf.

Page 101: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Ergebnisse 93

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Abb.38 Hydropische Degeneration der Leber in der Gruppe D1= Milde Hypothermie

vor Polytrauma, D2= Moderate Hypothermie vor Polytrauma, D3= Schwere

Hypothermie vor Polytrauma und der Gruppe A (siehe Abb.35)

Die Werte sind dargestellt als Median und (Minimum-Maximum).

In der Gruppe D1 lag der Score bei 1,0 (1,0-1,0). Die Gruppen D2 und D3 besaßen

ebenfalls einen Score von 1,0 (0,0-1,0) (s. Abb.38) (p >0,05 D, p >0,05 D vs. K u. A).

Hydropische Degenerationen der Leber waren in den Gruppen anzutreffen.

5.6 Histologie von Niere und Milz Die beiden Organe waren in allen Gruppen pathologisch nicht verändert.

Page 102: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 94

6. Diskussion 6.1 Tiermodell In der vorliegenden Studie wurde ein Traumamodell bei Mäusen angewandt, um den

Einfluß einer Normothermie, unterschiedlich ausgeprägten Hypothermieformen sowie

einer Wiedererwärmung auf das Inflammationsgeschehen und die Überlebensrate

der Tiere zu untersuchen. Hierbei wurden sowohl Serumparameter als auch eine

bronchoalveoläre Lavage und morphologische Veränderungen erfaßt.

Wie schon von anderen Autoren beschrieben und durch die Ergebnisse der hier

vorliegenden Untersuchungen bestätigt, ist davon auszugehen, dass eine

Polytraumatisierung (Fraktur des Femurs, Hämorrhagie) und eine Induktion einer

Hypothermie geeignet ist, eine systemische Reaktion hervorzurufen, die einhergeht

mit: einer Zunahme der pulmonalkapillaren Permeabilität, einer Extravasation

neutrophiler Granulozyten in die Alveolen, einer Akkumulation neutrophiler

Granulozyten in der Lunge und einer erhöhten Zytokinsekretion (KENTNER et al.

2002; TOYODA et al. 1996).

6.2 Überlebensrate Die unterschiedlich induzierten Grade einer Hypothermie sowie einer Normothermie

scheinen eine grosse Relevanz in Bezug auf den weiteren klinischen Verlauf nach

einem Polytrauma zu besitzen.

Laut SEGERS et al. (1998) kann der Ursprung einer Hypothermie in endogen,

kontrolliert (induziert) und unkontrolliert (akzidentell) untergliedert werden. Im

Rahmen unserer Studie wurden die Auswirkungen einer Normothermie und einer

induzierten Hypothermie untersucht.

Eine Traumatisierung (Fraktur des Femurs, Hämorrhagie) der Tiere innerhalb der

Kontrollgruppe unterblieb. Auf eine Induktion einer Hypothermie in dieser Gruppe

wurde verzichtet, da es diese Studie so vorsah.

In der Kontrollpopulation überlebten alle Tiere. Es kann davon ausgegangen werden,

dass das fehlende Trauma für ein ausbleibendes Infektionsgeschehen (fehlende

Zytokinproduktion) sowie etwaige Organveränderungen verantwortlich ist.

Page 103: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 95

Die Arbeitsgruppe um SEGERS et al. (1998) definiert den Zustand einer

Hypothermie beim Menschen als einen Abfall der Körperkerntemperatur auf 34 °C.

Unterhalb dieser kritischen Grenze nimmt die Mortalität signifikant zu (REGEL et al.

1993). Weiterhin ist bekannt, dass bei einem Abfall der Körperkerntemperatur bei

polytraumatisierten Patienten unter 32 °C die Mortalitätsrate sogar bei 100 % liegt

(JURKOVICH et al. 1987). Die Hypothermie wird ebenso als eine sehr ungünstige

Folge im Hinblick auf ein SIRS nach einem Traumageschehen gesehen

(BOCHICCHIO et al. 2001; MALONE et al. 2001).

Dementgegen steht die Aussage von STEINEMANN et al. (1990), die besagt, dass

die Mortalität unter normothermen und hypothermen Patienten nicht signifikant

verschieden war. GREGORY et al. (1991) und STEINEMANN et al. (1990) konnten

beobachten, dass 50 % der Traumapatienten bei Einlieferung in medizinische

Einrichtungen eine Körperkerntemperatur von weniger als 34 °C aufwiesen. Sie

begründeten dies mit körpereigenen Regulationsmechanismen auf ein

multifaktorielles Geschehen. Desweiteren wird einer hypoxischen Organdysfunktion

mit einem folgenden Multiorganversagen durch induzierte Hypothermie vorgebeugt.

Die „golden hour of shock“ wird dadurch verlängert (GUNDERSON et al. 2001).

Hervorstechend bei der Ergebnisauswertung ist die Tatsache, dass eine milde,

moderate bis schwere Hypothermie sowohl vor, als auch nach Polytrauma eine

doppelt so hohe Überlebensrate mit sich bringt, als eine Normothermie des Körpers.

Tendenziell gleiche Ergebnisse sind bei induzierter Hypothermie nach einem

Polytrauma mit anschließender Wiedererwärmung zu beobachten.

Diese Ergebnisse werden durch die Studien von PRUECKNER et al. (2001) und

TAKASU et al. (2000) gestützt. Es ist davon auszugehen, dass bei einem

hämorrhagischen Schock, wie er auch bei den hier verwendeten Versuchstieren

vorlag, die Sauerstoffversorgung des Gewebes zwar vermindert ist, aber der –bedarf

durch Hypothermie gleichzeitig stark gesenkt wird. Durch diesen Vorgang wird die

durch das Gewebe tolerierte Ischämiezeit mit anschließender vollständiger Erholung

verlängert (SORI et al. 1987; TISHERMAN et al. 1991).

Page 104: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 96

Ebenso wie CINAT et al. (1999) bewiesen, kann auch im vorliegenden Versuch eine

erhöhte Überlebensrate nach Hämorrhagie mit einer effizienten Wiedererwärmung

nach Hypothermie bemerkt werden (CINAT et al. 1999). Dies ist von Bedeutung, da

die Blutviskosität zuvor jeweils um 2 % eines jeden abfallenden Grades in der

Körperkerntemperatur abnimmt. Damit verbunden ist eine mangelhafte

Sauerstoffversorgung lebenswichtiger Organe. Durch Wiedererwärmung erfolgt ein

Anstieg des Hämatokrits und eine verbesserte Organversorgung (MICHELSON et al.

1994).

6.3 Körpertemperatur Einen großen Einfluß auf die Überlebensrate nach Polytrauma hat die bestehende

Körperkerntemperatur.

Nach einem Polytrauma fällt beim Menschen die Körperkerntemperatur um

mindestens 3 °C ab. Dieses konnte durch GREGORY et al. (1991) sowie

STEINEMANN et al. (1990) bestätigt werden.

In unserem Versuchsablauf wurde dem Temperaturabfall durch eine äußere

Wärmequelle entgegengewirkt (s. 4.3.2 Material und Methoden).

Von ORTEN u. NEUHAUS (1982) wird die Funktion des ATP für den aktiven

Transport beschrieben. Essentiell für den Na+-K+-Transport ist die Na+-K+-ATPase.

Diese sorgt für den aktiven Transport von passiv einströmenden Natriumionen in den

Extrazellulärraum. Gleichzeitig werden passiv ausströmende Kaliumionen aktiv in die

Zelle zurücktransportiert. Somit wird ein für viele Zellfunktionen unbedingt nötiger

Ionengradient aufrechterhalten. Störungen dieses aktiven Transportsystems haben

vor allem gravierende Auswirkungen auf folgende Systeme: Die ATPase, die für die

Aufrechterhaltung des Natriumgradienten über der Plasmamembran verantwortlich

ist, wird unter anderem für den aktiven Transport von Glukose

(Hauptenergielieferant) durch die Epithelschicht der intestinalen Mukosa und des

renalen Tubulussytems benötigt. Auch der aktive Transport von einem Großteil der

Aminosäuren in die Zelle ist von diesem Natriumgradienten abhängig.

Page 105: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 97

Ein andauernder ATP-Mangel führt zum Versagen des aktiven Glukose- und

Aminosäuretransportes. Elementaren Anteil besitzt das ATP auch bei der

Aminosäuretranslation im Rahmen der Proteinsynthese, welche z.B. als Enzyme und

Neurotransmitter eine Rolle spielen. Ohne ATP wäre auch eine Verstoffwechselung

von Kohlenhydraten, Lipiden und Proteinen nicht möglich. Eine entscheidende Rolle

spielt es auch bei der Beta-Oxidation der Fettsäuren, der Glykolyse, dem

Harnstoffzyklus und anderen Reaktionswegen (ORTEN u. NEUHAUS 1982).

Bei einer physiologischen (= Normothermie) Körperkerntemperatur werden nach

Polytraumata und hämorrhagischen Schockgeschehen die ATP-Reserven sehr

schnell durch die erhöhte Aktivität der Na+-K+-ATPase verbraucht (CHAUDRY 1984;

EDELMAN et al. 1994). Damit einhergehend sind erhöhte Ionenverluste. Die

adäquate Osmoregulation findet nicht mehr ausreichend statt. Das physiologische

Membranpotential ist gestört (Folgen siehe oben) (ZEEVALK u. NICKLAS 1996).

SMART u. ROWLANDS (1972) führen desweiteren die sinkende ATP-Konzentration

in vor allem metabolisch aktiven Organen im hypovolämischen Schockgeschehen auf

eine Minderversorgung (Zentralisation) des Organgewebes mit Sauerstoff zurück. So

fällt der Körper in die anaerobe Glykolyse zurück, die jedoch unter den Bedingungen

eines erhöhten ATP-Bedarfs nicht ausreichend ist (BUSTO et al. 1989; HARKEMA u.

CHAUDRY 1992). Es kommt durch diesen anaeroben Metabolismus zur

Laktatakkumulation, welche zu erheblichen Zellschäden an den Organen führt

(HAMPTON et al. 1987).

Eine induzierte Hypothermie sorgt bei elektiven operativen Eingriffen dafür, dass die

ATP-Konzentrationen des Körpers länger aufrechterhalten werden können. Im

Gegensatz dazu scheint sich eine akzidentelle Hypothermie beim polytraumatisierten

Patienten eher nachteilig auszuwirken, da es zu einer Hypotension, einer Hypoxie

und einer Hypovolämie kommt (BERNABEI et al. 1992).

Es kann davon ausgegangen werden, dass die hier ermittelten Ergebnisse, des

positiven Einflusses einer induzierten Hypothermie auf den weiteren Verlauf in einem

Page 106: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 98

Schockgeschehen nach Polytrauma, auf den reduzierten ATP-Verbrauch bei

Temperaturerniedrigung zurückzuführen sind.

Unterstützt wird diese Annahme durch die Ergebnisse der Untersuchung von

BIGELOW et al. (1950). Sie bemerkten im Tierversuch, dass eine induzierte

Hypothermie den metabolischen Stoffwechsel erheblich absenken und somit ein

Überleben nach längerem Kreislaufstillstand möglich machen kann. Untersuchungen

von BUSTO et al. (1989) am Herzen neugeborener Schweine nach progressiver

Hypothermie ließen eine geringere Laktatakkumulation im Vergleich zur

Normothermie erkennen.

6.4 Zytokine Durch die neueste Entwicklung präziser molekularer Geräte, wie die CBA (Cytometric

Bead Assay), ist es möglich, Zytokine zu identifizieren und zu messen.

Die Produktion der Zytokine wird von unterschiedlichen Zellarten (s.2.3 Zytokine)

unterhalten. Diese Zellarten werden während eines Polytraumas aktiviert. Außerdem

stimulieren sich bestimmte Zellarten gegenseitig zu einer Produktion gleicher oder

anderer Zytokine. Der Körper sezerniert während eines Entzündungsgeschehen

sowohl proinflammatorische Zytokine (TNFα, IL-6, MCP-1, IFN-γ, IL-12p70), als auch

antiinflammatorische Zytokine (IL-10). Die Sekretion ist ein Schutzmechanismus des

Körpers, um einer überschießenden Proinflammation durch eine Antiinflammation

entgegenzuwirken. Eine überschiessende Reaktion in Bezug auf Pro- oder

Antiinflammation würde eine schlechte Prognose bei Patienten bewirken (BONE

1996). Somit besteht eine nötige Interaktion zwischen den Zytokinen. Die

proinflammatorischen Zytokine TNFα und IL-6 regulieren sich gegenseitig. Weiterhin

wirkt TNFα auf die Sezernierung der proinflammatorisch wirkenden MCP-1 und IFN-

γ. Die Sekretion des antiinflammatorischen wirkenden IL-10 erfolgt durch TNFα-

Einfluß. IL-10 bewirkt wiederum zusammen mit IL-12p70 eine weitere Freisetzung

von IFN-γ und eine abnehmende TNFα-Sekretion.

Page 107: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 99

6.4.1 TNFα TNFα ist eines der wichtigsten Zytokine, das als primärer Modulator während eines

Entzündungsgeschehens sezerniert wird. Auch ein Trauma und hämorrhagisches

Schockgeschehen rufen eine Sekretion dieses Zytokines hervor (AYALA et al. 1990).

Erhöhte Plasmawerte dieses Zytokines wurden zwei Stunden nach einem Trauma

mit Normalwerten nach 12 Stunden gemessen (HENSLER et al. 2002).

TNFα aktiviert polymorphkernige Granulozyten. Diese bestimmen unter anderem das

Bild einer akuten Entzündungsreaktion. Sie befinden sich in großer Zahl im

peripheren Blut und können bei Bedarf sehr schnell und in großer Menge aus ihrem

Speicher, dem Knochenmark, durch TNFα freigesetzt werden (BAINTON et al.

1971).

TNFα lag bei den Tieren der Kontrollgruppe unterhalb der Nachweisgrenze.

Innerhalb der normothermen Gruppe wurden niedrige Plasmaspiegel an TNFα

aufgezeigt. Diese könnten mit der beginnenden Abnahme der TNFα-Sekretion nach

5 Stunden einhergehen, wie es HENSLER et al.(2002) beschrieben.

Übrige Versuchstiergruppen, bei denen ein Polytrauma und eine Hypothermie

gesetzt wurden, wiesen ebenfalls niedrige Werte an TNFα auf. Verschiedene Grade

der Hypothermie und der Zeitpunkt der Induktion scheinen einen Einfluß auf die

TNFα-Sekretion zu besitzen. Bestätigung finden diese Ergebnisse durch QUING et

al. (2001), die in elektiven Bypassoperationen zeigten, dass eine moderate

Hypothermie durch Stimulation der IL-10-Synthese und Unterdrückung der TNFα-

Produktion einen organprotektiven Effekt bewirke. Desweiteren würde durch eine

moderate Hypothermie und auch durch eine Wiedererwärmung die TNFα-Sekretion

abnehmen (GUNDERSON et al. 2001). Laut FAIRCHILD et al. (2000) bewirkte eine

Hypothermie eine Abnahme der frühen Zytokinsekretion.

6.4.2 IFN-γ, IL-12p70 Die Synthese von IFN-γ erfolgt hauptsächlich durch aktivierte T-Lymphozyten. Es ist

für die Lymphozytenproliferation und die gesteigerte Produktion von IL-1ß und TNFα

Page 108: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 100

zuständig (SHERWOOD u. TOLIVER-KINSKY 2004). Es wirkt direkt und indirekt

durch eine Regulation von IL-10 (DONNELLY et al. 1995).

IL-12p70 induziert die Differenzierung von Th0 in Th1-Zellen. Diese sind wichtig, um

eine protektive Immunität gegenüber Mikroorganismen auszubilden (ROMANI et al.

1997). GOEBEL et al. (2000) zeigten bei schwerverletzten Patienten nach Trauma

eine verminderte Möglichkeit seitens der Monozyten und Makrophagen IL-12 zu

produzieren, was mit einer schlechteren Prognose für die Patienten einherging. IL-

12p70 spielt also für die primäre Antwort auf einen Unfall oder eine Infektion eine

bedeutende Rolle. Das IL-12p70 aktiviert Th1-Zellen und induziert die Sekretion von

IFN-γ. Dieses kontrolliert wiederum in einem positiven Feedback-Mechansismus die

IL-12p70-Sekretion (CASSATELLA et al. 1995; ETHUIN et al. 2003). Ein negatives

Feedback erfährt IL-12p70 über die Th2-Produkte IL-4 und IL-10 (TRINCHIERI et al.

1992), womit der Organismus einer überschießenden Immunantwort entgegenwirkt.

Wie man erkennen kann sind die beiden genannten Zytokine von T-Zellen abhängig.

Aktivierte T-Lymphozyten werden erst nach 3 Tagen aktiv. In dieser Studie wurden

die Tiere nach 4 Stunden getötet, so dass eine Aktivierung der T-Lymphozyten

ausblieb und somit die Plasmawerte beider Zytokine in allen Gruppen unterhalb der

Nachweisgrenze lagen.

6.4.3 IL-6 IL-6 wirkt als sekundärer Modulator im Entzündungsgeschehen nach einem Trauma

(MARTIN et al. 1997; NAST-KOLB et al. 1997). Nach zwei-drei Stunden konnten in

Mäuseseren hohe Plasmawerte an IL-6 gefunden werden (SHALABY et al. 1989).

Studien von CASEY et al. (1993) zeigten auf, dass IL-6 als ein prognostischer Marker

im weiteren Verlauf nach einem Polytrauma angesehen werden kann. Hohe IL-6-

Plasmalevel waren mit einer schlechten Prognose für die Patienten assoziiert. So

wurde auch um die Arbeitsgruppen um PAPE et al. (1999) und GEBHARD et al.

(2000) berichtet, dass erhöhte Werte an IL-6 im Serum mit dem “Injury Severity

Score“ (ISS) korrelierten und Komplikationen, sowie Mortalität, damit

vergesellschaftet waren. Patienten, die ein ARDS entwickelten, wiesen erhöhte

Werte an IL-6 auf (CLERICI 1993; MEDURI et al. 1995b). Diese Fakten zeigen auf,

Page 109: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 101

dass IL-6 als ein Marker für die Intensität eines Traumas steht. Deswegen ist eine IL-

6-Messung in dieser Studie von Vorteil gewesen.

Ein Trauma bei den Mäusen der normothermen Gruppe bewirkt einen IL-6-Anstieg.

Die IL-6-Spiegel fallen in den anderen Gruppen proportional zur Temperatur (milde,

moderate, schwere Hypothermie) ab. Die unterschiedlichen Schweregrade der

Hypothermie und eine Wiedererwärmung scheinen also einen deutlichen Einfluß auf

die IL-6-Sekretion nach Polytrauma zu besitzen. Unterstützt werden kann dieses

Ergebnis durch die Studie von GUNDERSON et al. (2001), in der sie von einer

reduzierten IL-6-Ausschüttung durch Induktion einer Hypothermie sprechen und

dadurch ein organprotektiver Mechanismus entstände. Desweiteren bewirke eine

Hypothermie, laut FAIRCHILD et al. (2000) eine Abnahme der frühen

Zytokinproduktion. Der Zeitpunkt der Hypothermie-Induktion scheint ebenfalls einen

Einfluß zu besitzen. Die Gruppen, in denen das Polytrauma vor der

Hypothermieinduktion gesetzt wurde wiesen niedrigere Plasmawerte an IL-6 auf, als

die Gruppen, in denen die Hypothermie nach dem Polytrauma induziert wurde.

6.4.4 IL-10 IL-10 reduziert die mononukleäre Produktion von TNFα und IL-1ß in vitro und in vivo

nach einer Endotoxingabe (BOGDAN et al. 1991). Desweiteren reduziert IL-10 die

Zytokinproduktion von Th1-Zellen und die Antigenpräsentation durch Makrophagen

(MOORE et al. 1993). Traumatisierte Patienten weisen häufig sehr hohe Werte an IL-

10 im Plasma auf. In der frühen Phase nach Trauma, kann dieser Fakt durch eine

PMN-Produktion erklärt werden (WOLK et al. 1999). Wohingegen in der späteren

Phase Th-Zellen dafür verantwortlich sind (NEIDHARDT et al. 1997).

In der vorliegenden Studie kann eine Zunahme der IL-10-Serumkonzentration

zwischen der normothermen Gruppe und den verschiedenen Hypothermiegraden

verzeichnet werden. Allerdings sind die Serumwerte bei allen Gruppen gering.

Gestüzt wird dieses Ergebnis durch die Studie von GUNDERSON et al. (2001), die

feststellten, dass eine induzierte Hypothermie die IL-10-Synthese reduzieren würde

Page 110: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 102

und somit die Organe vor Schäden bewahren könnte. Desweiteren war die PMN-

Infiltrationen sehr gering ausgeprägt, wodurch vermutlich die niedrigen Plasmawerte

an IL-10 resultieren.

6.4.5 MCP-1 Das MCP-1 ist ein Zytokin, dass zu Beginn einer Entzündung erhöht ist. Die

Anwesenheit von TNFα stimuliert die Freisetzung dieses Zytokins. Zeitlich ist es

jedoch dem IL-6 nachgestellt. (VAN GRIENSVEN 2003). So konnte in einem Versuch

mit gesunden Probanden und LPS-Applikation gezeigt werden, dass die höchsten

Plasmawerte an MCP-1 nach drei-vier Stunden auftraten. Nach 5 bis 6 Stunden kam

es zu einem rapiden Abfall auf Ausgangswerte zurück (SYLVESTER et al. 1993).

Die Plasmawerte für MCP-1 sind in der Gruppe mit Trauma und Normothermie

erhöht. Dieses Ergebnis könnte durch die oben genannte Studie erklärt werden.

In den anderen Gruppen scheint sich eine leichte Tendenz in der Abnahme

hinsichtlich der MCP-1-Sekretion auszuprägen. Unterstützung könnte dieses

Ergebnis durch die Studie von TOYODA et al. (1996) finden, in der sie herausfanden,

dass die Immunantwort durch eine intraischämische Hypothermie geschwächt würde.

Desweiteren zeigten THORLACIUS et al. (1998) eine Abnahme der

inflammatorischen Immunantwort während Hypothermie. Der Zeitpunkt der

Hypothermie-Induktion scheint irrelevant zu sein.

6.5 Pulmonalkapillare Permeabilität (Lungenschädigung) Eine pathologisch signifikante Veränderung der pulmonal-endothelialen Permeabilität

in vivo kann anhand einer “Plasma-BAL-Proteinratio“ bestimmt werden (PETERSON

1992; SEEKAMP et al. 1994). Die pulmonale Proteinextravasation und deren

Quantifizierung durch die “Plasma-BAL-Proteinratio“ sind in Kleintier- und

Großtiermodellen hinreichend validiert (KLAUSNER et al. 1989; SEEKAMP 1991).

Als Normalwerte wurde eine “Ratio“ von 0,1 bis 0,2 angegeben. Pathologisch erhöht

sind Werte über 0,7, wobei dies als Nachweis einer defekten pulmonalen

Kapillarpermeabilität in vivo gilt. Für die erhöhte pulmonale Endothelpermeabilität

Page 111: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 103

sind die proinflammatorischen Zytokine und die PMN verantwortlich. Die PMN

adhärieren an das Endothel und migrieren über einen chemotaktischen Reiz zu dem

Fokus, wo die mikrobiellen Organismen phagozytiert und anschließend lysiert

werden. Chemotaxine werden durch Endothelzellen und Gewebsmakrophagen

produziert. Zu den bekanntesten Chemotaxinen gehören IL-1β, IL-8 und der TNFα

(DEMLING 1985; WARREN et al. 1989). Die Funktion der PMN wird durch die

Anwesenheit von IL-6 gesteigert (MULLEN et al. 1995).

Die Lunge gilt als das Organ, das während eines Schockgeschehens als erstes

geschädigt wird (BAUE 1975; BORDER 1992).

Die Zytokine TNFα, IL-6 und MCP-1 werden nach Stimulation mit aktivierten

Endothelzellen freigesetzt (BRIELAND et al. 1993; VAN DAMME et al. 1994).

Durch eine Erhöhung der endothelialen Permeabilität, aufgrund inflammatorischer

Mediatoren wie Histamin, das von MCP-1-stimulierten basophilen Granulozyten

freigesetzt wird, können weitere schädigende Mediatoren die Endothelbarriere

einfacher passieren und in das Lungengewebe eindringen (WU u. BALDWIN 1992).

Die Gewebeläsion führt zu einer vermehrten Aktivierung neutrophiler Granulozyten

und zu einer vermehrten Sekretion von TNFα, IL-1β und IL-6 (VAN GRIENSVEN

1999a). Somit kann die Gewebeläsion über einen circulus vitiosus in der Entwicklung

eines ARDS, SIRS oder MODS enden.

In diesem Modell war eine pulmonalkapillare Permeabilität in allen Gruppen gering

ausgebildet. Dieses Ergebnis könnte damit erklärt werden, dass die Tiere nach 4

Stunden getötet wurden und somit eine starke Schädigung des Lungenendothels

ausblieb. Zum anderen beschrieben SEEKAMP et al. (1999) eine Abnahme der

Permeabilität durch Induktion einer Hypothermie. Durch die geringen IL-6- und

TNFα-Spiegel innerhalb der Gruppen, wurde einer Schädigung des pulmonalen

Endothels entgegengewirkt. Zu dem selben Ergebnis kam MARUO et al. (1992), die

durch Versuche an bovinen Endothelzellen der Aorta durch niedrige Plasmaspiegel

an TNFα und IL-6, eine verringerte Permeabilität nachwiesen.

Page 112: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 104

6.6 Histologie von Lunge und Leber 6.6.1 Granulozyteninfiltration der Lunge

Traumata mit resultierender Hypovolämie und Hypoxie führen zu einem

Schockzustand mit sofortiger Aktivierung sämtlicher Abwehrsysteme. In der Folge

werden unter anderem PMN in hohem Maße aktiviert (DWENGER 1993). Eine

Aktivierung bedeutet ein Adhärieren der PMN an das Endothel der Mikrozirkulation,

eine vermehrte Freisetzung von Mediatoren, wie Sauerstoffradikale und lysosomale

Enzyme (BAUER u. MARZI 1994). Die PMN werden durch humorale Komponenten

des Immunsystems, wie Zytokine (IL-1, IL-6, IL-8, TNFα u.a.) und

Komplementfaktoren zu einer vermehrten Adhäsivität im Kapillarbett und zu einem

“respiratory burst“ veranlaßt (BABIOR 1984; FAZELI u. RICHARDS1984). Die

Sauerstoffradikale wirken schädigend dadurch, dass sie mit DNA interagieren

können und somit DNA-Brüche hervorrufen können (BIELSKI u. SHIUE 1978;

BURGER et al. 1980). Interaktionen mit membranassoziierten poly-ungesättigten

Fettsäuren wurden auch beschrieben, resultierend in Lipidperoxidation und damit

Membranzerstörung, was letztendlich zum Zelltod führt (AUST 1982; YOUNES et al.

1987).

Nach Ischämie-Reperfusion nimmt die Anzahl an PMN im Gewebe zu (GRISHAM et

al. 1986). Dieser Prozess ist ausführlich für die Lunge im Rahmen des ARDS

untersucht worden (s. 2.4.1 Organmanifestation) (DEMLING 1985).

In dieser Arbeit können innerhalb der normothermen Gruppe gering- und in übrigen

hypothermen Gruppen gering- bis mittelgradige Infiltrate an PMN verzeichnet

werden. Laut THORLACIUS et al. (1998) fände während einer Normothermie eine

vermehrte Rekrutierung von Leukozyten statt.

Eine Hypothermie scheint hier keinen Einfluß zu besitzen. Die Ergebnisse von

HADDIX et al. (1996) kamen in einem in-vitro-Modell mit humanen Endothelzellen zu

dem Ergebnis, dass es unter einer schweren Hypothermie zu einer abnehmenden

Leukozytosis käme. Dementgegen stehen die Ergebnisse unserer Arbeit. Diese

könnten mit dem hier vorliegenden in-vivo-Mausmodell zusammenhängen.

Page 113: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 105

6.6.2 Interstitielles Ödem der Lunge Ein Lungenödem entwickelt sich im Verlauf einer Reperfusion (ARTIGAS et al. 1998).

Zur Aufrechterhaltung der Zellfunktion ist die Volumenregulation der Zellen wichtig.

Dies geschieht zum größten Teil über die Einstellung der intrazellulären Osmolalität

durch die Na+-K+-ATPase (Ionenpumpe) (ORTEN u. NEUHAUS 1982). Hierdurch

wird Kalium intrazellulär konzentriert. Getrieben vom K+-Konzentrationsgradienten,

diffundiert Kalium durch K+-Kanäle von intra- nach extrazellulär und erzeugt so ein

Membranpotential. Dieses verhindert wiederum, dass Chlorid in die Zelle einströmt.

Dieser potentialabhängige geringe Chloridinflux ist die wesentliche Voraussetzung

für die Einstellung des osmotischen Gleichgewichts zwischen intra- und

extrazellulärem Raum. Ein Energie- bzw. Sauerstoffmangel führt infolge des ATP-

Mangels zu einer verminderten Aktivität der Ionenpumpe und damit zu einem

Chlorideinstrom, wodurch sich die Osmolalität der Zelle erhöht. Wasser strömt in die

Zelle und eine Zellschwellung ist die Folge (ORTEN u. NEUHAUS 1982). Irreversible

Schäden und schließlich der Zelltod setzen ein, wenn der Umsatz von Stoffen und

Energie für die Erhaltung der Zellstruktur nicht mehr gewährleistet ist. Der

Sauerstoffverbrauch und damit der Energieverbrauch des Gewebes ist in starkem

Maße von der Temperatur abhängig. Mit sinkender Körpertemperatur ist auch der

Energieumsatz eingeschränkt. Diesen Umstand macht man sich bei Operationen, die

zu einer kurzzeitigen ischämischen Organsituation führen und bei der Aufbewahrung

von Organen für Transplantationszwecke zunutze (ZAGER u. ALTSCHULD 1986).

In der vorliegenden Studie können in allen Gruppen geringgradig ausgeprägte

interstitielle Ödeme der Lunge verzeichnet werden. Im Verlauf einer Reperfusion

werden Zytokine freigesetzt, die unter anderem auf das Endothel der Gefäße

einwirken und eine Permeabilitätserhöhung bewirken (VAN GRIENSVEN 1999b).

Infolgedessen kommt es zu einer verstärkten Extravasation von Zellen,

Blutbestandteilen und Flüssigkeit ins Gewebe.

Die Ausprägung des Lungenödems ist bei den hypothermen Tieren geringer als bei

den normothermen Tieren.

Page 114: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 106

Ischämisch geschädigte Lungen sind durch eine erhöhte pulmonalkapilläre

Permeabilität und ein Lungenödem gekennzeichnet (ARTIGAS et al. 1998). Die

Auswirkung der Ischämie ist bei niedrigerer Temperatur wegen eines verringerten

Sauerstoffverbrauches weniger ausgeprägt.

6.6.3 Granulozyteninfiltration der Leber Eine Granulozyteninfiltration der Leber konnte in keiner der Gruppen verzeichnet

werden. Dieser Fakt könnte mit der Tötung der Tiere nach 4 Stunden assoziiert sein.

Die Leber wird in einem Schockgeschehen als zweites Organ geschädigt. Eine

Schädigung dieses Organs wird erst am Tag 5-7 beschrieben (CERRA et al. 1980;

FRY et al. 1980).

6.6.4 Interstitielles Ödem der Leber Ein interstitielles Ödem der Leber wird durch eine Ischämie mit dadurch bedingter

Hypoxie hervorgerufen. Durch den hämorrhagischen Schock wird das zirkulierende

Blutvolumen beeinträchtigt. Der dadurch bedingte Sauerstoffmangel bewirkt einen

anaeroben Stoffwechsel in der Leber, wodurch sowohl das Leberparenchym als auch

das Kapillarendothel geschädigt werden. Eiweißreiche Flüssigkeit ist so in der Lage,

die Gefäßwände zu passieren und sammelt sich in Form von Ödemflüssigkeit im

interstitiellen Raum. Desweiteren treten zelluläre Bestandteile aus den Blutgefäßen

aus, was den osmotischen Effekt im Gewebe und die Ödembildung zusätzlich

steigert (ORTEN u. NEUHAUS 1982).

Die geringgradig ausgebildeten interstitiellen Ödeme innerhalb der Kontrollgruppe

waren nicht zu erwarten. Eine mögliche Erklärung dafür könnte die bestehende

Narkose sein. Die Leber als das Hauptstoffwechselorgan, ist für den Abbau von

Narkotika zuständig.

In der normothermen Gruppe und den hypothermgehaltenen Gruppen scheinen die

unterschiedlichen Schweregrade der Hypothermie günstige Auswirkungen auf eine

Leberschädigung zu besitzen, da keine interstitiellen Ödemformen in der Leber zu

beobachten waren. Gestärkt werden könnte diese Annahme durch die Studie von

JAMIESON (1991). Darin beschreibt er, dass durch eine Hypothermie die

Stoffwechselrate der Leber sinken würde und dadurch die Hepatozyten vor dem

Page 115: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 107

negativen Einfluß der Ischämie bewahrt würden. Desweiteren wurden die Tiere nach

4 Stunden getötet, wodurch sich etwaige Schäden nicht ausprägen konnten.

Außerdem könnte die fehlende Aktivierung der neutrophilen Granulozyten in den

Lebern, die eine Schädigung des Gefäßbettes und eine damit verbundene erhöhte

Permeabilität hervorrufen, für die nicht vorhandenen interstitiellen Ödeme

verantwortlich sein.

6.6.5 Hydropische Degeneration der Leber Die hydropische Degeneration ist eine Art der Zellschädigung, die besonders nach

Hypoxie auftritt. Es handelt sich dabei um einen gestörten Wasserstoffwechsel der

Zelle, der sich aufgrund eines mangelhaften Sauerstoffangebotes und einer

energetischen Insuffizienz entwickelt. Der sogenannte “point of no return“ ist dabei

überschritten und es entsteht eine dauerhafte Beeinträchtigung der Zellfunktion, was

zu einem programmierten Zelltod, der Apoptose, führen kann. Die hydropische

Degeneration ist ein langsamer Untergang von Leberzellen. Bei dem es durch einen

Ausfall der Ionenpumpen zu einem Wassereinstrom in die Zelle kommt. Durch den

hömorrhagischen Schock wird die Leber in einen Zustand der Minderversorgung

sowohl mit sauerstoff- als auch mit energiereichem Blut versetzt, wodurch die oben

beschriebenen pathologischen Vorgänge ausgelöst werden (ORTEN u. NEUHAUS

1982).

Innerhalb der Kontrollgruppe sind keine hydropischen Veränderungen der Leber zu

verzeichnen, da diese Gruppe nicht traumatisiert war und keiner Hypopthermie

unterzogen wurde.

Innerhalb der anderen Gruppen sind hydropische Degeneratione nur geringgradig

ausgebildet. Innerhalb der normothermen Gruppe und den weiteren Gruppen könnte

die versuchsbedingte Tötung nach 4 Stunden auf die geringe Ausprägung Einfluß

gehabt haben. Desweiteren beschrieben ROBBINS et al. (1990), das ein

Temperaturabfall die Enzymaktivität um das Doppelte reduzieren würde, wodurch ein

organprotektiver Effekt entstände. Dieser ist besonders für die Leber als das

Hauptstoffwechselorgan von Bedeutung.

Page 116: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Diskussion 108

6.7 Zusammenfassung der Diskussion Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine Normothermie in einem

Polytraumageschehen eine schlechte Prognose hinsichtlich der Überlebenschance

darstellt. Desweiteren sind erhöhte IL-6-Spiegel und geringe IL-10-Spiegel mit einer

größeren Sterblichkeitsrate assoziiert.

Die unterschiedlichen Schweregrade, sowie der Zeitpunkt einer induzierten

Hypothermie und eine Wiedererwärmung, können lediglich hinsichtlich der IL-6-

Sekretion deutliche Unterschiede innerhalb des Traumamodells aufzeigen. Eine

Hypothermie scheint in allen vorliegenden Gruppen einen positiven Einfluß zu

besitzen. Dieser Fakt wird bestätigt durch höhere Überlebensraten, die mit einer

Abnahme der IL-6-Sekretion und bezüglich einer Normothermie vermehrten IL-10-

Sekretion verbunden waren.

In allen Gruppen wurde die Lunge gering geschädigt. Eine Schädigung der

Leberzellen, ausgedrückt durch die hydropische Degeneration, wurde in allen

Gruppen nur gering ausgebildet. Desweiteren konnten, außer in der Kontrollgruppe,

keine interstitiellen Ödeme und PMN-Infiltrate der Lebern verzeichnet werden.

Deshalb scheinen die unterschiedlichen Zytokinsekretionen für die verschiedenen

Sterblichkeitsraten verantwortlich zu sein.

Um den ATP-Verbrauch innerhalb der unterschiedlichen Gruppen darzulegen, wäre

eine ATP-Messung in einer nachfolgenden Studie von Vorteil.

Page 117: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Zusammenfassung 109

7. Zusammenfassung Astrid Lürig

Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die inflammatorische Immunreaktion im Traumamodell der Maus Um den Einfluß der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf das

inflammatorische System im Rahmen eines Polytraumas zu untersuchen, wurde

diese Studie durchgeführt. Dazu wurde ein Traumamodell entwickelt, dass den

klinischen Verlauf, den Immunstatus, die histomorphologischen und die

pathophysiologischen Organveränderungen polytraumatisierter Patienten simuliert.

Dies erfolgte anhand eines Vergleiches zwischen einer Fraktur des Femurs und einer

isolierten traumatischen Hämorrhagie und der Induktion einer Hypothermie mit

unterschiedlichen Schweregraden und zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Auffällig ist,

dass die normothermen Tiere die niedrigste Überlebensrate aufweisen. Dieses

Ergebnis ist mit erhöhten MCP-1-, und IL-6-Spiegeln assoziiert. Hingegen liegen

geringe Serumspiegel an IL-10 vor. Der Grad der Lungenschädigung ist gering. Es

existieren interstitielle Ödeme, die geringgradig ausgebildet sind. Desweiteren sind

Granulozyteninfiltrate geringgradig in der Lunge anzutreffen, die auch für ein

Entzündungsgeschehen sprechen. Eine hydropische Degeneration, als Zeichen

eines Leberschadens ist in geringem Maße zu verzeichnen. Zusammenfassend sei

gesagt, dass eine Normothermie aufgrund einer erhöhten Proinflammation eine

schlechte Prognose mit sich bringt.

Hingegen bieten eine milde, moderate und schwere Hypothermie und mit

Wiedererwärmung eine gute Prognose. Dieser Fakt wird bestätigt durch höhere

Überlebensraten, die mit einer Abnahme der IL-6-Sekretion und einer bezüglich einer

Normothermie vermehrten IL-10-Sekretion verbunden waren. Geringere MCP-1-

Plasmawerte waren hinsichtlich der normothermen Gruppe anzutreffen. Es wurde

gezeigt, dass die Immunantwort schwächer ausgeprägt war, was zu einem

protektiven Effekt im Traumageschehen führt. In allen Gruppen war die

Lungenschädigung gering ausgeprägt.

Page 118: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Zusammenfassung 110

Geringe Leberveränderungen waren innerhalb aller Gruppen ersichtlich. Also muß

davon ausgegangen werden, dass die unterschiedlichen Überlebensraten aufgrund

der verschiedenen Zytokinproduktion zustandekamen.

Page 119: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Summary 111

8. Summary Astrid Lürig

Effect of hypothermia and rewarming on the inflammatory response in a traumamodel in mice This study was made to examine the influence of hypothermia and rewarming due to

the inflammatory response after polytrauma. Therefore a traumamodel was

developed to simulate the clinical outcome, the immunologic-status as well as the

histomorphologic and pathophysiologic organic changes by comparing a fracture of

the femur and an isolated traumatic hemorraghe and the induction of hypothermia

with different stages and different timing. One of the main results is the low

survivalrate within the group of normothermia. This is associated with increased

levels of MCP-1 and IL-6. On the other hand the IL-10-plasmalevels are decreased.

The stage of lunginjury is lowlevelled existing less interstitial edema. Furthermore,

there are less infiltrations of granulocytes in the lungs, showing an inflammatory

response. A hydropic degeneration in the liver, showing a damage, is less occurent.

As a conclusion, normothermia leads to a worse outcome because of an increased

proinflammation.

On the other hand it is shown that a mild, moderate and severe hypothermia and a

rewarming are responsible for a good outcome. This fact is related to lower mortality

because of a decreased IL-6-secretion and an increased IL-10-secretion in

comparison to normothermia. There are lower plasmalevels of MCP-1 than in

normothermia. The immunologic response in these groups is less than in

normothermia. This leeds to a protective effect in trauma. All groups showed less

lung and liverinjury.

Finally, the different survivalrates seem to exist because of a difference in

cytocinproduction.

Page 120: Effekt der Hypothermie und der Wiedererwärmung auf die

Literaturverzeichnis 112

9. Literaturverzeichnis

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Danksagung 146

10. Danksagung Herrn Prof. Dr. med. vet. M. Kietzmann möchte ich für die bereitwillige Übernahme der Betreuung und das schnelle Korrekturlesen der Dissertation danken. Ohne Sie hätte ich diese Arbeit nicht so zügig beenden können: Vielen Dank für Ihre Geduld und Ihren Einsatz. Unsere Kaffeekränzchen waren immer sehr amüsant. Prof. Dr. rer. biol. hum. M. van Griensven: Martijn, Du hattest immer ein offenes Ohr, bist niemals genervt gewesen und bist einfach ein netter Kerl! Vielen, vielen Dank! Ein weiteres Dankeschön geht an Frau Tanja Barkhausen, die man einfach nur gerne haben kann. Frau Claudia Pütz, die in Windeseile die histologischen Schnitte angefertigt hat und Frau Diana Dudacy, die mich in Laborfragen 1A unterstützt hat. Herrn Dr. Hoy für die Beratung in statistischen Dingen. Christian, mein lieber Mitdoktorand, der mir immer mit Rat und Tat zur Seite stand und ein wahrer Kumpel ist! Meinen alles geliebten Eltern, ohne die ich einfach aufgeschmissen gewesen wäre, da sie immer für mich da waren. Ohne Euch hätte ich meinen Kindheitstraum nie verwirklichen können. Ich hoffe, Ihr mußtet nicht zu viel entbehren. Ihr lieben: Nochmals danke. Besonders genossen habe ich die Zeit mit Euch in Kanada! Natürlich meinem Thilo, den ich über alles liebe. Mein Tzatsi hatte oft keine leichte Zeit mit mir: der Streß während der Prüfungen, die 3-monatige Trennung, als ich nach Kanada ging und die Dissertation. Danke, dass es Dich gibt! Meiner Schwester Jenny, die mich durch ihren Zoo zu Hause als Tierärztin fordert. Meiner Freundin Sanne, die mir in wichtigen Fragen zur Seite stand. Meinen ganzen Freunden, die mich allein durch ihr Dasein ständig zum Lachen bringen und auf die immer Verlaß ist. Besonderes Dankeschön an Stephan, der mir in Komputerfragen zur Seite stand.