TY - THES A1 - Stein, Florian T1 - Untersuchungen zur Aufklärung der adversen Effekte von HES auf Zellen (HK-2) des proximalen Nierentubulus T1 - Studies to elucidate the adverse effects of HES on cells (HK-2) of the proximal renal tubule N2 - In der Volumentherapie galt das Kolloid Hydroxyethylstärke (HES) lange Zeit als ideale Infusionslösung und war der in Deutschland am häufigsten eingesetzte Plasmaexpander. In den letzten Jahren mehrten sich jedoch die Hinweise, dass HES insbesondere bei kritisch Kranken zu einer akuten Nierenfunktionsverschlechterung beitragen könnte, welche das klinische Ergebnis wesentlich beeinflusst. Der genaue Pathomechanismus ist bis heute nicht geklärt. Bekannt ist, dass sich HES nach intravenöser Applikation in vielen verschiedenen Geweben ablagert, wobei eine renale Anreicherung bevorzugt in proximalen Tubuluszellen stattfindet. Histopathologisch finden sich große Mengen intrazellulärer Vesikel im Zytoplasma, welche zu einer Zellschwellung führen, die auch als osmotische Nephrose bezeichnet und als prinzipiell reversibel erachtet wird. Der zelluläre Abbau soll dabei im Allgemeinen über das lysosomale System stattfinden. Dieses ist fester Bestandteil der Autophagie, welche ein evolutionär in allen Eukaryonten konservierter stress-induzierter kataboler Prozess ist, der der zellulären Homöostase und energieeffizienten Selbstreinigung dient. Hierbei werden defekte Makromoleküle durch Lysosomen in ihre Grundbestandteile zerlegt und der Zelle als Bausteine wieder zur Verfügung gestellt. In dieser Arbeit wurde in einem ersten Schritt der Einfluss von HES der 3. Generation auf die Viabilität von HK-2-Zellen mit zwei unabhängigen in vitro Assays überprüft. Diese beruhen auf einem Substratumsatz durch zytosolische bzw. mitochondriale Dehydrogenasen. Für beide Assays konnte zu verschiedenen Inkubationszeitpunkten bis 21 Stunden jeweils eine konzentrationsabhängige Viabilitätsreduktion durch HES festgestellt werden, welche auch nach einer „Regenerationsphase“ noch verringert nachweisbar und somit partiell reversibel war. Im nächsten Schritt wurde die Hypothese überprüft, ob eine medikamentöse Induktion der Autophagie die beobachtete Viabilitätsreduktion abschwächen oder sogar aufheben kann. Hierbei wurde analog zu einer Arbeit von Liu et al. (2014) eine Inkubationszeit von insgesamt acht Stunden gewählt, da nach diesem Zeitraum eine perinukleäre Cluster-Bildung der Lysosomen beobachtet werden konnte, welche für eine erhöhte Autophagierate spricht. Es kamen im Folgenden HES-Lösungen von 0,75% zum Einsatz, da diese aufgrund einer Viabilitätsreduktion um zirka ein Drittel als am besten geeignet betrachtet wurden. Der Autophagieinduktor Everolimus zeigte hierbei in dem auf mitochondrialen Dehydrogenasen basierenden EZ4U-Assay eine fast vollständige Aufhebung der HES-vermittelten Viabilitätsreduktion. Dieser Effekt konnte durch den MAP-Kinase-Kinase-Blocker U0126 aufgehoben werden. Andere Autophagiemodulatoren hingegen bewirkten zumeist nur geringe Änderungen der Zellviabilität. Zuletzt wurde auf Proteinebene untersucht, ob zentrale Moleküle bzw. Komplexe der Autophagie unter HES zum einen im zeitlichen Verlauf und zum anderen unter zusätzlichem Einfluss der Modulatoren eine Expressionsänderung aufwiesen. HES alleine bewirkte im zeitlichen Verlauf weitestgehend keine signifikante Expressionsänderung. Auch im Vergleich zu einer 0%-HES-Kontrolllösung konnten keine relevanten Unterschiede festgestellt werden. Die Koinkubation mit Everolimus führte zu einer erhöhten Expression der Quotienten ppERK/pERK und LC3BII/LC3BI, U0126 konnte dies jeweils weitestgehend wieder aufheben. Perifosin bewirkte ebenso wie 3-Methyladenin eine verringerte Expression von Akt, Chloroquin führte zu keiner signifikanten Expressionsänderung aller bestimmter Proteine. Darüber hinaus verursachten alle Modulatoren keine signifikante Expressionsänderung des zentralen Autophagiekomplexes Beclin1 sowie von LAMP2 und SQSTM1. Insgesamt sprechen die Ergebnisse dieser Arbeit gegen eine allgemeine, direkte Beeinflussung von klassischer Autophagie durch HES. Der Autophagieinduktor Everolimus zeigte jedoch einen protektiven Effekt auf die Zellviabilität, welcher vermutlich über einen Autophagie-vermittelten Weg verursacht wird. Unsere Arbeitsgruppe konnte darüber hinaus eine HES-vermittelte Reduktion von ROS beobachten. Das Autophagienetzwerk ist eng mit der zellulären Redox-Homöostase verknüpft. Eine verminderte ROS-Bildung könnte zu einer verminderten Autophagierate und somit auch verringerten Zellviabilität führen, welche durch Everolimus kompensiert wird. Bisher ungeklärt ist auch, auf welchem Weg HES in die Zelle aufgenommen wird. Denkbar wäre, dass größere HES-Moleküle via Endozytose in die Zelle gelangen. Hierbei ist der mTORC1-Komplex ein wichtiger Regulator, der durch Everolimus gehemmt wird und somit über eine verringerte HES-Aufnahme zu einer Viabilitätssteigerung führen könnte. Kleinere HES-Moleküle dagegen könnten über Glukose-Transporter aufgenommen werden, die möglicherweise über AMPK reguliert werden. N2 - In volume therapy, the colloid hydroxyethyl starch (HES) was long considered the ideal infusion solution and was the most commonly used plasma expander in Germany. In recent years, however, there has been increasing evidence that HES may contribute to acute renal function deterioration, particularly in critically ill patients, which significantly affects clinical outcome. The exact pathomechanism has not been elucidated to date. What is known is that HES is deposited in many different tissues after intravenous administration, with renal accumulation occurring preferentially in proximal tubule cells. Histopathologically, large amounts of intracellular vesicles are found in the cytoplasm, leading to cell swelling, also known as osmotic nephrosis, which is considered reversible in principle. Cellular degradation is generally thought to occur via the lysosomal system. This is an integral part of autophagy, which is an evolutionarily conserved stress-induced catabolic process in all eukaryotes that serves cellular homeostasis and energy-efficient self-purification. In this process, defective macromolecules are broken down into their basic components by lysosomes and made available again to the cell as building blocks. In this work, as a first step, the influence of 3rd generation HES on the viability of HK-2 cells was tested using two independent in vitro assays. These are based on substrate turnover by cytosolic and mitochondrial dehydrogenases, respectively. For both assays, a concentration-dependent viability reduction by HES was detected at different incubation times up to 21 hours, which was still detectable in a reduced manner after a "regeneration phase" and thus partially reversible. In the next step, the hypothesis was tested whether a drug induction of autophagy could attenuate or even reverse the observed viability reduction. Here, analogous to a work by Liu et al. (2014), an incubation period of eight hours in total was chosen, since after this period a perinuclear cluster formation of the lysosomes could be observed, which speaks for an increased autophagy rate. In the following, HES solutions of 0.75% were used, as these were considered most suitable due to a viability reduction of about one third. The autophagy inducer everolimus showed an almost complete abolition of the HES-mediated viability reduction in the mitochondrial dehydrogenase-based EZ4U assay. This effect could be abolished by the MAP kinase kinase blocker U0126. In contrast, other autophagy modulators mostly caused only minor changes in cell viability. Finally, we investigated at the protein level whether central molecules or complexes of autophagy showed a change in expression under HES on the one hand in the time course and on the other hand under the additional influence of the modulators. HES alone largely did not cause a significant change in expression over time. Also in comparison to a 0%-HES control solution no relevant differences could be detected. Coincubation with everolimus increased the expression of ppERK/pERK and LC3BII/LC3BI ratios, and U0126 largely reversed this in each case. Perifosine caused decreased expression of Akt, as did 3-methyladenine, and chloroquine caused no significant change in expression of all specific proteins. In addition, all modulators did not cause a significant change in expression of the central autophagy complex Beclin1, as well as LAMP2 and SQSTM1. Overall, the results of this work argue against a general direct effect of HES on classical autophagy. However, the autophagy inducer everolimus showed a protective effect on cell viability, which is presumably caused by an autophagy-mediated pathway. Furthermore, our research group was able to observe a HES-mediated reduction of ROS. The autophagy network is closely linked to cellular redox homeostasis. Decreased ROS formation could lead to decreased autophagy rate and thus decreased cell viability, which is compensated by everolimus. The pathway by which HES is taken up into the cell has also not yet been clarified. It is conceivable that larger HES molecules enter the cell via endocytosis. Here, the mTORC1 complex is an important regulator that is inhibited by everolimus and could thus lead to an increase in viability via reduced HES uptake. Smaller HES molecules, on the other hand, could be taken up via glucose transporters, which are possibly regulated via AMPK. KW - Hydroxyethylstärke KW - Autophagie KW - Everolimus KW - Nierenversagen KW - Autophagie KW - Akutes Nierenversagen KW - Hydroxyethyl starch KW - Autophagy KW - Acute Kidney Injury KW - Everolimus Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-282514 ER - TY - THES A1 - Pippir, Jonas Ruben T1 - Hydroxyethylstärke versus Humanalbumin zur Volumentherapie - retrospektive Datenanalyse bei Säuglingen und Kleinkindern mit einem Blutverlust größer 10% in der pädiatrischen Neurochirurgie T1 - Hydroxyethyl starch versus human albumin for volume therapy - retrospective data analysis in infants and toddlers with a blood loss greater than 10% in pediatric neurosurgery N2 - Einleitung: Volumensubstitution ist ein elementarer Bestandteil bei der hämodynamischen Stabilisierung von Patienten bei großen operativen Eingriffen. Die Art und Menge der zu applizierenden Lösungen ist Gegenstand von kontrovers geführten Diskussionen. Ziel dieser Arbeit war es, die unterschiedlichen Auswirkungen der intraoperativ verabreichten kolloidalen Infusionslösungen 6% HES 130/0,4 (HES) und Humanalbumin 5% (HA) zu untersuchen. Material & Methoden: Retrospektive Datenanalyse (2000-2007) von neurochirurgisch versorgten Kindern <5 Jahren mit einem intraoperativen Blutverlust von > 10%, die entweder HES oder HA zur Volumensubstitution verabreicht bekommen hatten. Ergebnisse: 913 Patienten wurden zwischen 2000-2007 operiert, wovon 30 mit HES (Alter 26,8±17,6 [Monate]; Gewicht 12,3±4,0 [kg]) und 56 mit HA behandelte Kinder (Alter 20,0±17,9; Gewicht 11,0±3,9) eingeschlossen werden konnten. Der Blutverlust in der HA-Gruppe (54,8±45,0 [% Blutverlust vom Gesamtblutvolumen]) war signifikant höher als in der HES-Gruppe (30,5±30,0). In der HA-Gruppe wurden signifikant mehr Kolloide (25,7±11,3 HA vs. 16,4±9,2 HES [ml/kgKG]) im Vergleich zu den mit HES behandelten Kindern verabreicht. Sowohl intraoperativ, als auch nach dem Intensivstation-Aufenthalt hatte die HA-Gruppe eine signifikant höhere positive Bilanz gegenüber der HES-Gruppe. Die Urinproduktion unterschied sich sowohl intra-, als auch postoperativ nicht zwischen den Gruppen. Bei den HA-Kindern war postoperativ die partielle Thromboplastinzeit (PTT) signifikant erhöht und das Fibrinogen erniedrigt. Interessanterweise zeigten aber die mit HA behandelten Kinder tendenziell einen kürzeren Intensivaufenthalt (40,2±25,1 HES vs. 31,6±24,3 HA [h]) und eine verkürzte postoperative Krankenhausverweildauer (HES 11,0±3,8; HA 9,8±4,6 [d]). Schlussfolgerung: Trotz größerem Blutverlust, höherem Bedarf an Kolloiden und erhöhter PTT zeigten die mit HA behandelten Kinder sowohl einen Trend zu einem kürzeren Intensivaufenthalt, als auch zu einer verkürzten postoperativen Krankenhausverweildauer. Für eine valide Aussage PRO HES oder HA zur Volumentherapie in der pädiatrischen Neurochirurgie, müsste eine doppelblinde randomisierte Studie durchgeführt werden. N2 - Introduction: Volume replacement is an essential part of the hemodynamic stabilization in major surgery. The type and amount of solutions is an ongoing controversial discussion. The aim of this study was to investigate the different effects of intraoperatively administered colloidal infusion 6% HES 130 / 0.4 (HES) or human albumin 5% (HA). Material & Methods: Retrospective data analysis (2000-2007) of neurosurgical operated children <5 years with an intraoperative blood loss >10% who received either HES or HA for volume replacement. Results: 913 patients were operated between 2000-2007, whereas 30 received either HES (age 26.8 ± 17.6 [months], weight 12.3 ± 4.0 [kg]) or 56 HA (age 20.0 ± 17, 9, weight 11.0 ± 3.9). Blood loss was significantly higher in HA group (54.8 ± 45.0 [% blood loss from the total blood volume]) than in the HES group (30.5 ± 30.0). Significantly more colloids were applied in HA group (25.7 ± 11.3 ml [kgKG]) vs. HES (16.4 ± 9.2). Intraoperatively and after ICU stay, HA group had a significantly higher positive balance compared to the HES group. Urine output did not differ between groups either intra- or postoperatively. HA treated children showed significantly increased partial thromboplastin time (PTT) and decreased fibrinogen level. Interestingly, HA treated children tended to have a shorter ICU stay (40.2 ± 25.1 HES vs. 31.6 ± 24.3 HA [h]) and a shortened postoperative hospital stay (HES 11.0 ± 3.8; HA 9.8 ± 4.6 [d]). Conclusion: Despite greater blood loss, higher requirement of colloids and increased PTT, children treated with HA showed a trend toward shorter ICU stays as well as shortened postoperative hospital stay. For a valid statement PRO HES or HA for volume therapy in pediatric neurosurgery, a double-blind randomized trial has to be performed. KW - Hydroxyethylstärke KW - Humanalbumin KW - Volumentherapie KW - Pädiatrie KW - Blutverlust Y1 - 2021 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-156895 ER - TY - THES A1 - Rinne, Christoph T1 - Ischämie- und Neuroprotektion in der Akutphase der experimentellen Subarachnoidalblutung T1 - Ischemia- and neuroprotection in the acute phase of experimental subarachnoid hemorrhage N2 - Trotz jahrelanger, intensiver Forschung ist es bisher nicht gelungen, die Morbidität und Mortalität der aneurysmatischen Subarachnoidalblutung (SAB) signifikant zu senken. Der Fokus dieser Bemühungen lag in den letzten Jahrzehnten vor allem auf der frühen Erkennung und Behandlung des verzögert, typischerweise zwischen Tag 4 und 14 auftretenden, symptomatischen Vasospasmus´ und somit einer zerebralen Ischämie, die mit einer höheren Rate an klinischen Komplikationen, reduzierter Alltagsaktivität, schlechterer kognitiver Leistungsfähigkeit und einer insgesamt höheren Mortalität einhergeht sowie mit einem insgesamt schlechteren neurologischen Outcome assoziiert ist. Diese Arbeit beschäftigt sich per Tierexperiment mit der Akutphase der SAB und zweier möglicher Therapiestrategien (Hyper-HES und Hypothermie), die möglichst früh im Verlauf angewendet werden und für eine histologisch sowie neurologisch nachweisbare Verbesserung im Gesamtergebnis sorgen können. Insgesamt entsprechen sowohl die osmotischwirksame Therapie mit Hydroxyethylstärke als auch die hypotherme Therapie nach unseren Resultaten der primären Zielsetzung der Studie. Die Möglichkeit einer prinzipiell überall verfügbaren, kostengünstigen und gut steuerbaren Frühphasentherapie nach SAB ohne Kompromittierung der initialen Diagnostik und der klinischen Differentialdiagnosen scheint hier jeweils gegeben zu sein. N2 - Despite years of intensive research, morbidity and mortality from aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH) was not significantly lowered. The focus of these efforts in recent decades has been primarily on the early detection and treatment of the delayed, typically between day 4 and 14, symptomatic vasospasm and thus cerebral ischemia which is associated with a higher rate of clinical complications, reduced daily activity, worse cognitive performance and overall higher mortality and associated with an overall poorer neurological outcome. This work deals with the acute phase of SAH and two possible therapy strategies (hyper-HES and hypothermia) which are used as early as possible in the course of an animal experiment and can result in a histologically and neurologically demonstrable improvement in the overall result. Overall, both the osmotically effective therapy with hydroxyethyl starch as well as the hypothermic therapy correspond to our results and the primary objective of the study. The possibility of an early-stage therapy after SAH that is available in principle everywhere, is inexpensiv and can be easily controlled without compromising the initial diagnosis and the clinical differential diagnoses seems to be given here. KW - Subarachnoidalblutung KW - Hypothermie KW - Hydroxyethylstärke KW - Tierversuch KW - Hyper-HES KW - Voluven Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-208745 ER -