Zum Einfluss von Ebselen auf den durch extrakorporale Zirkulation und hypothermen Kreislaufstillstand induzierten Ischämie-Reperfusions-Schaden in einem in-vivo Modell der Ratte

Abstract

Herzchirurgische Eingriffe, die mit extrakorporaler Zirkulation (EKZ) und tief-hypothermem Kreislaufstillstand (deep hypothermic circulatory arrest, DHCA) durchgeführt werden, führen häufig infolge der post-ischämischen Reperfusion zu Organschäden im gesamten Organismus [Christenson et al., 1996; Stoppe et al., 2011]. Als Ursachen dieses so genannten Ischämie-Reperfusions-Schadens (I/R-Schaden) werden u.a. eine durch die EKZ und den DHCA bedingte exzessive Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) [Prasad et al., 2009] sowie systemische inflammatorische Prozesse [Parnham & Sies, 2000] postuliert. Therapien, die den I/R-Schaden direkt supprimieren, fehlen bis heute. Bisherige Therapieansätze beinhalten die Gabe von Antioxidantien, Glukokortikoiden, Aprotinin sowie die Verwendung Heparin-beschichteter EKZ-Systeme und intra- operativer Ultrafiltration. Deshalb ist es wichtig, neue Ansätze für die Prävention und Behandlung des I/R-Schadens zu entwickeln und diese auf ihre klinische Eignung zu testen. Ebselen ist eine synthetische, niedrigmolekulare organische Selenverbindung mit anti-oxidativen, anti-inflammatorischen und zytoprotektiven Eigenschaften. In Untersuchungen an einzelnen Organen konnte von anderen Arbeitsgruppen gezeigt werden, dass die prophylaktische Gabe der Selenverbindung Ebselen den Ischämie-Reperfusions-Schaden bei Organ-infarkten günstig beeinflussen kann. Ziel dieser Arbeit war, ein valides Tiermodell zu entwickeln, um den Einfluss von Ebselen auf den durch EKZ und DHCA induzierten I/R-Schaden im Gesamtorganismus in vivo zu untersuchen.Nach erfolgreicher Etablierung eines Ratten-EKZ-Modells wurden männliche Wistar-Ratten in die drei Gruppen Kontrolle, Lösungsmittelkontrolle (DMSO) und Ebselen (jeweils n=7) eingeteilt. Den Versuchstieren der Gruppen DMSO und Ebselen wurden die jeweiligen Substrate zu Versuchsbeginn intraperitoneal injiziert. Die Versuchstiere wurden einem kardiopulmonalen Bypass mit tief-hypothermen Kreislaufstillstand und anschließender Reperfusion unterzogen. In den nach Versuchsende entnommenen Organen Herz, Lunge, Leber und Niere wurden I/R-induzierte Signalwege biochemisch mittels Western Blot analysiert. Entzündungsmarker und klinische Laborparameter aus Blutproben wurden bestimmt und die dokumentierten hämodynamischen und Vitalparameter statistisch ausgewertet. Die Selengehalte der Organe der mit Ebselen be-handelten Versuchstiere waren signifikant erhöht. Ebensfalls signifikant erhöht war die Aktivität der Glutathionperoxidase (GPx) in den untersuchten Organen der Versuchstiere der Ebselengruppe. Die mit Ebselen behandelten Versuchstiere zeigten intraoperativ tendenziell einen geringeren Volumenbedarf sowie einen verminderten Verbrauch an Noradrenalin im Vergleich zu den Kontrolltieren. Die während der Operation induzierte Leukozytose war in der Ebselen- und der DMSO-Gruppe weniger ausgeprägt als in der Kontrollgruppe. Die pro-inflammatorischen Zytokine zeigten im Vergleich zu den Kontrolltieren keine signifikanten Unterschiede. Die Interleukin-6 Spiegel (IL-6) im Serum waren in der Ebselen- und der DMSO-Gruppe geringfügig erhöht, wohingegen die Tumornekrosefaktor-α Spiegel (TNF-α) im Serum in der Ebselengruppe leicht erniedrigt waren. Die Plasmaspiegel der laborklinischen Parameter Troponin I, Aspartat-Aminotransferase (AST), Alanin-Aminotransferase (ALT) und Lactatdehydrogenase (LDH) waren im Vergleich zu den Kontrolltieren in der Ebselen- und der DMSO-Gruppe signifikant erniedrigt. Die Western Blots zeigten, dass Ebselen einige der durch I/R induzierten Signalwege organ-spezifisch beeinflusst. Die erhöhte GPx-Aktivität sowie die ebenfalls erhöhten Selengehalte der untersuchten Organe zeigten eine Verteilung des Ebselens im Körper. Anhand der beschriebenen Daten konnte aufgezeigt werden, dass Ebselen den I/R-Schaden im Gesamtorganismus beeinflusst. Das Lösungs-mittel DMSO verursachte zum Teil ähnliche Effekte wie das Ebselen. Da DMSO auch als Radikalfänger agiert, zeigen diese Ergebnisse jedoch, dass der Einsatz von Antioxidantien zur Linderung des I/R-Schadens einen vielversprechenden Ansatz darstellt. Da die Effekte des Ebselens nur teilweise spezifisch und unabhängig von DMSO waren, wäre es sinnvoll, andere wasserlösliche organische Selenverbindungen zu testen. Trotzdem zeigen die Ergebnisse die Möglichkeit eines therapeutischen Ansatzes, um den durch kardiochirurgische Eingriffe ausgelösten I/R-Schaden zu verringern und die Suche nach alternativen -eventuell noch potenteren Mitteln- zu fördern.