Untersuchungen zur Rolle lokaler Zytokininduktion und deren nachgeschalteter Signale bei der Fieberreaktion des Meerschweinchens (Cavia aperea porcellus)

Abstract

Es wurde beim Meerschweinchen (Cavia aperea porcellus) ein Experimentalmodell einer lokalisierten subkutanen Entzündungsreaktionmittels einer subkutan implantierten Kammer etabliert. In diese Kammer wurden über einen Katheter inflammatorische Substanzen(bakterielles Lipopolysaccharid, LPS) injiziert und Lavageproben zur Analyse gesammelt. Die durch LPS-Injektion in die subkutaneKammer induzierbare Fieberreaktion wurde unter dem Einfluss des Lokalanästhetikums Ropivacain untersucht. Das Ropivacain wurde inKombination mit einer LPS-Dosis von 100 µg/kg bzw. von 10 µg/kg in die subkutane Kammer appliziert, wobei das Lokalanästhetikum 30min. früher als das LPS injiziert wurde. Die eingesetzte Ropivacain-Dosis betrug 10 mg/kg. Das durch 100 µg/kg LPS induzierte Fieberwurde durch die Vorabinjektion von Ropivacain nicht beeinflusst. In der Lavage, welche nach der LPS-Gabe aus der Kammer gewonnenwurde, konnten große Mengen an bioaktivem Tumor-Nekrose-Faktor (TNF) und Interleukin6 (IL6) bestimmt werden. Vergleichsweiseniedrige Konzentrationen (0,5 4 % der jeweiligen Lavagekonzentration) beider Zytokine konnten zu denselben Zeitpunkten im Blutplasmagemessen werden. Das durch eine LPS-Dosis von 10 µg/kg induzierte Fieber konnte durch die Vorbehandlung mit demLokalanästhetikum auf bis zur 60 % des Fiebers reduziert werden, welches ansonsten bei Applikation dieser LPS-Dosis alleine auftretenwürde. Die durch die niedrige LPS-Dosis induzierten Zytokinlevel waren gegenüber den durch die hohe LPS-Dosis induzierten Levelsignifikant erniedrigt. Das im Blutplasma gemessene TNF lag sogar unterhalb der Nachweisgrenze. Wurde das Ropivacain nicht in diesubkutane Kammer, sondern auf die contralaterale Seite subkutan in die Regio femoralis appliziert, konnte keine signifikante Reduzierungder Fieberantwort beobachtet werden. Durch diesen Kontrollversuch konnte ausgeschlossen werden, dass die Fieberreduktion auf einersystemischen Wirkung des Lokalanästhetikums beruhte. Diese Ergebnisse belegen eine Beteiligung von afferenten neuronalen Signalenan der Fieberentstehung in diesem Modell. Dieser Effekt ist allerdings nur dann zu beobachten, wenn der gesetzte inflammatorischeStimulus (LPS) nicht so hoch ist, dass eine systemische generalisierte Antwort auf diesen Reiz erfolgt. Desweiteren wurde die Rolle vonanderen möglichen endogenen Fiebermediatoren (TNF, Prostaglandine und NO) in dem eingesetzten Fiebermodell untersucht. Hier wurdeentweder ein neutralisierendes TNF-Bindungsprotein, ein kompetitiver Hemmstoff der NO-Synthase (L-NAME) oder aber ein Hemmstoffder Prostaglandinbiosynthese (Diclofenac) verwendet. Die Substanzen wurden bei diesen Versuchen wiederum zusammen mit der hohenbzw. niedrigen LPS-Dosis in die subkutane Kammer appliziert. In den Kontrollgruppen erhielten die Tiere entweder eine LPS-Dosis von100 µg/kg bzw. 10 µg/kg, oder aber sie bekamen 0,9 % NaCl-Lösung in die subkutane Kammer injiziert. Durch das TNF-Bindungsproteinkonnte das in der Kammer vorhandene biologisch aktive TNF vollständig neutralisiert werden. Die induzierte Fieberantwort beiVerwendung der hohen bzw. der niedrigen LPS-Dosis in Kombination mit dem TNF-Bindungsprotein wurde durch dieses nicht signifikantgegenüber der entsprechenden Kontrollgruppe vermindert. Die Hemmung der NO-Bildung durch die Behandlung mit L-NAME blockiertebei Verwendung der hohen LPS-Dosis Fieberantwort nicht. Hingegen konnte die Fieberantwort erniedrigt werden, wenn die niedrigeLPS-Dosis mit L-NAME kombiniert wurde. Die Injektion des COX-Inhibitors Diclofenac in Kombination mit der hohen bzw. niedrigenLPS-Dosis führte in beiden Fällen zu einer kompletten Unterdrückung der Fieberantwort. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass dieProstaglandine als eine essentielle Komponente, sowohl des neuronalen als auch des humoralen Signalweges, anzusehen sind, welche ander Übermittlung von peripheren Immunsignalen zum Gehirn beteiligt sind. Eine Beteiligung von NO an diesen Signalwegen scheint zwarwahrscheinlich, aber weniger bedeutend zu sein. Während zirkulierendes TNF an der Induktion der Fieberantwort, welche aufgrund einersystemischen LPS-Applikation verursacht wurde, mitbeteiligt ist, scheint die lokale Bildung von TNF im Rahmen der lokalen subkutanenEntzündung an keinem der Signalwege beteiligt zu sein, die nach der lokalen LPS-Applikation in die subkutane Kammer aktiviert werden. In guinea pigs (Cavia aperea porcellus), fever was induced by injections of 100 µg/kg or 10 µg/kg lipopolysaccharide (LPS) into artificialsubcutaneous chambers and analysed under the influence of the local anesthetic ropivacaine (ROPI), which was administered into thechamber at a dose of 10 mg/kg 30 min. prior to LPS. In response to injections of 100 µg/kg LPS into the subcutaneous chamber, fever wasnot modified by pretreatment with ROPI. High amounts of bioactive tumor necrosis factor a (TNF) and interleukin-6 (IL6) were measured inthe lavage of the chambers after administration of LPS. Comparatively low concentrations of both cytokines (0.5 - 4%) of the concentrationsin the lavage fluid were detected in blood plasma simultaneously. In response to injections of 10 µg/kg LPS into the subcutaneous chamber,fever was significantly reduced by pretreatment with ROPI to about 60 % of the febrile response of control animals. Levels of TNF and IL6were lower in response to the reduced dose of LPS. TNF in plasma was even below the limit of detection. The suppression of fever by thelocal anesthetic was not observed when ROPI was subcutaneously injected into the contralateral site of the chamber position, so that asystemic effect of ROPI in the reduction of fever can be excluded. The results indicate a participation of afferent neural signals in themanifestation of fever. This effect becomes obvious only if the dose of the applied inflammatory stimulus (LPS) is not high enough toactivate a systemic generalised inflammatory response. In the following experiments the roles of tumor necrosis factor a (TNFa),prostaglandins (PGs) and nitric oxide (NO) in this experimental fever model was investigated. A neutralizing TNF binding protein (TNFbp),or an inhibitor of NO-synthases (N-nitro-L-arginine-methylester, L-NAME), or an inhibitor of cyclooxygenases (diclofenac) was injectedalong with the high or low dose of LPS into the artificial subcutaneous chamber. In control groups both doses of LPS were administeredinto the chamber along with 0.9 % saline. The integrated fever responses to the high and low doses of LPS were not significantly attenuatedby treatment with TNF bp in spite of a complete neutralization of bioactive TNF within the inflamed tissue area as determined by TNFmeasurements. Blockade of NO-formation by the treatment with L-NAME did not alter the febrile response to the high dose of LPS, butsignificantly attenuated fever induced by the low dose of LPS. Blockade of PG-formation by treatment with diclofenac not only completelyabolished fever in response to both applied doses of LPS but even caused a slide hypothermic response. In conclusion, PGs seem to beessential components within the neural and humoral fever pathways from a site of localized tissue inflammation to the brain. A role of NOwithin these pathways is likely as well but less important. While circulating TNF significantly contributes to fever in response to systemicinjections of LPS, the local formation of this cytokine within inflamed subcutaneous tissue seems not to provide a significant contributionwithin the fever pathways which are activated by localized administration of LPS into artificial subcutaneous chamber.