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Background: Septic acute liver and intestinal failure is associated with a high mortality. We therefore investigated the influence of volume resuscitation with different crystalloid or colloid solutions on liver and intestine injury and microcirculation in septic rodents. Methods: Sepsis was induced by cecal ligation and puncture (CLP) in 77 male rats. Animals were treated with different crystalloids (NaCl 0.9% (NaCl), Ringer’s acetate (RA)) or colloids (Gelafundin 4% (Gel), 6% HES 130/0.4 (HES)). After 24 h animals were re-anesthetized and intestinal (n = 6/group) and liver microcirculation (n = 6/group) were obtained using intravital microscopy, as well as macrohemodynamic parameters were measured. Blood assays and organs were harvested to determine organ function and injury. Results: HES improved liver microcirculation, cardiac index and DO2-I, but significantly increased IL-1β, IL-6 and TNF-α levels and resulted in a mortality rate of 33%. Gel infused animals revealed significant reduction of liver and intestine microcirculation with severe side effects on coagulation (significantly increased PTT and INR, decreased haemoglobin and platelet count). Furthermore Gel showed severe hypoglycemia, acidosis and significantly increased ALT and IL-6 with a lethality of 29%. RA exhibited no derangements in liver microcirculation when compared to sham and HES. RA showed no intestinal microcirculation disturbance compared to sham, but significantly improved the number of intestinal capillaries with flow compared to HES. All RA treated animals survided and showed no severe side effects on coagulation, liver, macrohemodynamic or metabolic state. Conclusions: Gelatine 4% revealed devastated hepatic and intestinal microcirculation and severe side effects in CLP induced septic rats, whereas the balanced crystalloid solution showed stabilization of macro- and microhemodynamics with improved survival. HES improved liver microcirculation, but exhibited significantly increased pro-inflammatory cytokine levels. Crystalloid infusion revealed best results in mortality and microcirculation, when compared with colloid infusion.
Die Volumentherapie durch Infusionslösungen spielt eine herausragende Rolle im klinischen Alltag von Intensivmedizin, perioperativer Medizin und Notfallmedizin. Für diesen Zweck stehen verschiedene kristalloide und kolloidale Infusionslösungen zur Verfügung. Das in Deutschland am häufigsten eingesetzte Kolloid ist die Hydroxyethylstärke (HES). Dessen Stellenwert ist stark umstritten. Insbesondere die Wirkung von Hydroxyethylstärke auf die für den kritisch Kranken eine zentrale Rolle spielende Niere gilt als zentrales Problem. Die vorliegende Arbeit untersuchte aufbauend auf die in vivo-Versuche von Schick et al. die Auswirkungen klinisch relevanter Dosierungen von Hydroxyethylstärke und anderen Infusionslösungen (Gelatine, Humanalbumin, 0,9% NaCl, Sterofundin® ISO) auf die Viabilität von immortalisierten humanen proximalen Tubulusepithelzellen (HK-2). Im Anschluss wurde die Relevanz des pH - Wertes, der Osmolalität, der Trägerlösung, des Molekülursprungs, der Molekülgröße, der HES - Generation und der Inkubationsdauer auf die von HES ausgelösten Effekte geprüft. Danach wurde gezeigt, ob der beobachtete Effekt reversibel war, ob es sich um ein direkt zytotoxisches Phänomen handelte, ob die HES _ Wirkung durch proinflammatorische Stimuli verstärkt und ob HES selbst eine Inflammation auf mRNA - Ebene induzieren konnte. HES bewirkte keine proinflammatorische Stimulation der Zellen und wird durch die Anwesenheit proinflammatorischer Stimuli in seiner schädigenden Wirkung nicht verstärkt. Die mitochondriale Leistungsfähigkeit als Schlüsselaspekt des kritisch Kranken wurde durch den EZ4U („Viabilität“) bestimmt. Ein Messartefakt konnte nicht identifiziert werden. HES reduziert mit steigender Dosis die Viabilität der HK - 2 Zellen in deutlichem Ausmaß, obwohl die Zellen immortalisiert und nicht vorgeschädigt waren. Diese Reduktion erfolgte durch alle untersuchten HES - Präparate. Dabei war niedermolekulares HES leicht weniger schädlich als hochmolekulares HES. Der HES - Effekt war unmittelbar nach Beginn der Inkubation nachweisbar. Der Viabilitätsreduktion stand eine verzögert einsetzende Zytoxoxizität gegenüber. Der HES - Effekt war auch nach einer „Regenerationsphase“ der Zellen nachweisbar und somit in vitro nur partiell reversibel. Gelatine erwies sich im Vergleich als ebenso bis schlechter verträglich. Gelatine war deutlich zytotoxischer. Humanalbumin zeigte in niedrigen Dosierungen protektive, in hohen Dosierungen ebenfalls negative Einfluss auf Zellviabilität und war in höheren Dosierungen zytotoxisch. Die balancierte Vollelektrolytlösung Sterofundin® ISO war größtenteils inert, in seiner Wirkung auf die mRNA im Vergleich zur 0,9% NaCl Kontrolllösung protektiv. Zusammenfassend konnte eine Übergelegenheit des HES der „3. Generation“ gegenüber anderen HES - Präparaten nicht gefunden werden. Alles deutete darauf hin, dass ausschließlich die applizierte Gesamtmasse von HES ausschlaggebend ist. Synthetische Kolloide sind in vitro nephrotoxisch und beeinträchtigen die mitochondriale Funktionsf ähigkeit deutlich. Diese Beobachtungen entsprechen denen großer klinischer Studien. Die Ursache dieses Phänomens bleibt unklar. Weitere Grundlagenforschung ist notwendig, um den zugrundeliegenden Pathomechanimus aufzuklären.