Aufbau und Etablierung eines Tiermodells zur Erzeugung eines diffusen axonalen Schädelhirntraumas zur Untersuchung von Xenon und Hypothermie als Neuroprotektiva

Abstract

Jährlich erleiden alleine in Deutschland etwa 200. 000 Menschen ein Schädelhirntrauma(SHT). Davon sterben zirka 20. 000 Menschen an den Folgen der Schädigung undweitere 40. 000 Menschen erleiden eine Beeinträchtigung ihres Lebens durch bleibendeneurologische Schäden bis hin zum andauernden Koma. Die schnelle Versorgung vonPatienten mit schwerem Schädelhirntrauma hat einen entscheidenden Einfluss auf dasTherapieergebnis. Neuroprotektive Maßnahmen könnten geeignet sein, Folgeschäden zuverringern. Bisher hat jedoch kein getestetes Neuroprotektivum einen durchschlagendenErfolg gebracht. Das Edelgas Xenon erschien in experimentellen Untersuchungengeeignet, die Folgen eines Schädelhirntraumas zu verringern.Ziel der eigenen Untersuchung war es, zunächst eine Versuchsvorrichtung aufzubauen,mit der im Tiermodell an Sprague Dawley-Ratten ein diffuses axonales Trauma erzeugtwerden konnte. Die Versuchsvorrichtung bestand aus einem Fallrohr, durch das einGewicht (454 g ) aus verschiedenen Höhen auf den darunter positionierten, fixiertenKopf einer Ratte fiel, die sich in tiefer Allgemeinanästhesie befand. Als Basisanästhesiediente ein dafür standardisiertes Narkoseprotokoll mit Propofol (20mg/kg/h) undFentanyl (2mü/kg/min). In weiteren Schritten wurde Xenon in einer Konzentration von70% als Inhalationsanästhetikum allein oder gemeinsam mit Hypothermie eingesetzt. AlsZieltemperatur wurden 34°C ausgewählt. Das Edelgas wurde zusätzlich zurBasisanästhesie eingeleitet und in Ein- und Auswaschversuchen auf seine Anwendbarkeitund Verträglichkeit überprüft. Der Einfluss der Hypothermie auf die Tiere wurde auchauf diesem Weg untersucht.Zur Auswertung wurden die während der Versuche am Tier erhobenen Daten sowie dieErgebnisse verschiedener histologischer Untersuchungen herangezogen. Zu denausgewählten Parametern gehörten Blutgasmessungen, Blutzuckerbestimmungen undBlutdruckmessungen sowie Messungen der Körpertemperatur und der Herzfrequenz.Der feingewebliche Nachweis des Traumas sollte mit verschiedenen histologischenMethoden geführt werden. Geplant war zunächst eine Hämatoxylin-Eosin-Färbung zurDarstellung nekrotischer Zellen und des weiteren eine Färbung gegen einenApoptosemarker. Da die so gewonnenen Färbeergebnisse nicht eindeutig waren, wurdenweitere immunhistochemische Methoden beziehungsweise Immunfluoreszenzfärbungenherangezogen. Als Zielantigen im Gewebe sollte Caspase-3 dienen. Zunächst wurdeversucht, diesen Apoptosemarker mit lichtmikroskopisch darstellbaren Farbstoffensichtbar zu machen. Eine zweite Färbekomponente mit einem neuronalen Strukturproteinsollte eine Unterscheidung von geschädigten Neuronen und der Glia ermöglichen. AlsAlternative wurde nach dem Scheitern dieser Versuche eine Färbemethode mitFluoreszenzmarkern herangezogen die, trotz verschiedener Variationen in derDurchführung, nicht erfolgreich war.Ein Rota-Rod-Test zur Untersuchung eines motorischen Defizits kam nur probehalberzum Einsatz. Hierfür müssen die Tiere auf einem Laufrad laufen und die Leistungen vorund nach dem Schädelhirntrauma-Versuch werden miteinander verglichen.Die Etablierung des Traumamodells und des Narkoseregimes mit und ohne Xenonbeziehungsweise Kühlung funktionierte relativ problemlos. Die Tiere verkraften dieNarkose sowie das induzierte Trauma und stehen für weitere Untersuchungen zurVerfügung. Die Einwaschversuche beweisen die Anwendbarkeit von Xenon undHypothermie im Rahmen von Schädelhirntrauma-Versuchen. Dagegen war das erzeugteGehirntrauma zu diffus, um eine eindeutige histologische Auswertung zu erlauben. Every year approximately 200. 000 persons in Germany sustain a traumatic brain injury.About 20. 000 of them die as a result of the injury and further 40. 000 will suffer animpairment of their quality of life due to permanent neurologic deficits up to irreversiblecoma. Early treatment of patients suffer from an impairment has a decisive influence onthe outcome. Neuroprotective measures may help to diminish sequelae of the injury.Unfortunately, none of the neuroprotektive substances tested until now has proved to beentirely effective. Recent experiments seem to indicate that Xenon, an inert gas, mayreduce the sequelae of diffuse axonal brain trauma.The objective of the present study was first to assemble an experimental device forproducing a diffuse axonal trauma in experiments on Sprague Dawley rats. Theexperimental device was composed of a drain pipe through which a weight (454 g) wasdropped from different heights on the fixed head of the animal positioned beneath indeep general anesthesia. Basal anesthesia was standardized anesthesia with propofol(20mg/kg/h) and fentanyl (2my/kg/min). Further proceeding consisted in administering70% Xenon as an inhalation anesthetic alone or combined with hypothermia (targettemperature 34°C). The rare gas was given in addition to the basal anesthesia and itsapplicability and compatibility were tested by passing into the system and elution. Theinfluence of hypothermia on the animals was tested likewise.The study was evaluated by means of the data from the animal experiments and from theresults of various histological studies. The parameters investigated were blood gases,blood sugar, and blood pressure as well as body temperature and heart rate. Differenthistological methods were used to identify the trauma microscopically. First the necroticcells were colored with hematoxilin-eosin and a marker of apoptosis was used. Since theresults of the staining were not clear, additional immuno histochemical methods andimmunfluorescence tests respectively were done. Caspase-3 was used as a target antigen.This marker of apoptosis could be identified by lightmicroscopic dyes. A dye to stain aneuronal structural protein was used to distinguish damaged neurons from neuroglia.After failure of these experiments fluorescence staining was tried, but was unsuccessfultoo.Rota-Rod-Test was tried to investigate motor deficiency. The animals must run in atrailing wheel before and after sustaining the brain trauma and their respectiveperformance was compared.The trauma experiment and anesthesia with and without Xenon and cooling respectivelydid work quite problem-free. The animals coped with anesthesia and the induced traumaand could be used in further experiments. The pilot trials proved the practicability ofXenon anesthesia show that Xenon and hypothermia can be used in experimentaltraumatic brain injury. However, the brain injury produced was too diffuse to permitdefinite histological evaluation.