Mikrozirkulationsstörungen der Mucosa hervorgerufen durch das Exotoxin Escherichia coli Hämolysin am isolierten, volumenkonstant perfundierten Ileum des Kaninchens

Abstract

Ein Ziel der Arbeit bestand im Aufbau eines organphysiologischen Darmmodells einschließlich der zugehörigen Messmethoden. Dieses Ziel konnte durch die Etablierung eines Modells des komplett isolierten, vaskulär perfundierten Ileums des Kaninchens realisiert werden. Es konnte gezeigt werden, dass sich das Modell in eine stabile Baseline-Phase bringen lässt und die zur Anwendung kommenden Messmethoden valide Daten liefern. Anhand unabhängiger Experimente zeigte sich, dass die mucosale Mikrozirkulation mit einer Methode auf Basis der Remissionsspektrophotometrie gemessen werden konnte. Nach Gabe von Escherichia coli Hämolysin (HlyA) entwickelte sich bei unverändertem Perfusatfluss durch das Gesamtorgan eine Minderperfusion der Mucosa, die durch eine Umverteilung zugunsten tieferer Wandabschnitte bedingt war. Darüber hinaus zeigte sich eine Perfusionsinhomogenität mit breiter Streuung der mucosalen Hämoglobinoxygenierung. Trotz unverändertem und auf das Gesamtorgan bezogen ausreichendem Sauerstoffangebot fanden sich nach HlyA-Gabe hypoxische Mucosaareale. Das zeigt den fraglichen Wert von Variablen der systemischen oder regionalen Perfusion, die die Mucosaperfusion im Splanchnikusgebiet nicht wiederspiegeln. Zusätzlich zu den Mikrozirkulationsstörungen der Mucosa entwickelte sich eine venöse Kongestion sowie eine Schrankenstörung mit kapillärem Leakage. Die Veränderungen nach HlyA-Gabe waren dosisabhängig und zeigten Parallelen zu den Mikrozirkulationsstörungen, die bei Sepsis und septischem Schock beobachtet werden. Das legt in diesem Zusammenhang eine mögliche Relevanz von Exotoxinen wie dem hier untersuchten porenbildenden E. coli Hämolysin nahe. Ferner kann spekuliert werden, dass durch die Beeinträchtigung der mucosalen Schrankenfunktion eine Translokation von Mikroorganismen oder deren Toxinen aus dem Darmlumen in die systemische Zirkulation ermöglicht wird. In the present study, we employed an isolated, vascular perfused rabbit ileum to assess the effects of Escherichia coli Hämolysin (HlyA) on the splanchnic circulation independent of changes in global hemodynamics. Micro-lightguide spectrophotometry was engaged for direct assessment of microvascular haemoglobin oxygenation and its spatial distribution as well as capillary haemoglobin concentration in the ileal mucosal layer. Very low doses of HlyA were found to evoke profound microcirculatory disturbances in the mucosa. Despite maintenance of global oxyen delivery, marked perfusion maldistribution with the appearance of severly hypoxic areas occurred within the mucosal microvasculature, accompanied by capillary leakage and venous congestion. Such a defective mechanism of local oxygen utilization despite maintained macro-hemodynamics is reminiscent of circulatory disturbances in septic shock. The data identify E. coli hemolysin as a putative contributor to splanchnic mucosal damage in states of sepsis and severe infection.