Dokument: Über den Einfluss einer präoperativen Supplementation mit Selen als mögliche Interventionsstrategie des durch extrakorporale Zirkulation und hypothermen Kreislaufstillstand induzierten Ischämie- und Reperfusions-Schadens: Modifikation der oxidativen Organschädigung und Entzündungsreaktion in einem in vivo Ratten-Modell

Titel:	Über den Einfluss einer präoperativen Supplementation mit Selen als mögliche Interventionsstrategie des durch extrakorporale Zirkulation und hypothermen Kreislaufstillstand induzierten Ischämie- und Reperfusions-Schadens: Modifikation der oxidativen Organschädigung und Entzündungsreaktion in einem in vivo Ratten-Modell
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=48390
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20190131-094644-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Wollschläger, Lena [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,15 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 28.01.2019 / geändert 28.01.2019
Beitragende:	Prof. Dr. med Boeken, Udo [Gutachter] Prof. Dr. Germing, Ulrich [Gutachter]
Stichwörter:	Ischämie; Reperfusion, Rattenmodell, Extrakorporale Zirkulation, EKZ; Selen; Natriumselenit; oxidativer Stress
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Nach herzchirurgischen Eingriffen unter Einsatz der Herz-Lungen-Maschine kann es zu postoperativen Komplikationen mit teilweise schweren Folgen für die betroffenen Patienten kommen. Ursächlich hierfür sind Ischämie- und Reperfusionsphasen, denen die inneren Organe im Rahmen der extrakorporalen Zirkulation (EKZ) mit tief hypothermem Kreislaufstillstand (DHCA) ausgesetzt sind. Der daraus resultierende sogenannte Ischämie- und Reperfusions-Schaden (I/R-Schaden) ist einerseits durch eine massive systemische Immunantwort gekennzeichnet [Jennings et al., 1960; Kirklin et al., 1983], andererseits führt der I/R-Schaden im Rahmen einer übermäßigen Bildung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) zu oxidativem Stress [Wan et al., 1997; Zweier et al., 1987]. Gegenwärtige Interventionsstrategien zur Unterdrückung des I/R-Schadens zielen auf die Gabe von Antioxidantien, Kortikosteroiden, Adenosin und Aprotinin ab sowie den Einsatz Heparin-beschichteter EKZ-Systeme und intraoperativer Ultrafiltration [Wan et al., .1997; Ross et al., 2005; Hall et al., 1997]. Therapieansätze zur direkten Unterdrückung des I/R-Schadens existieren bisher jedoch nicht. Das essentielle Spurenelement Selen könnte in diesem Zusammenhang eine interessante Option darstellen, da es anti-oxidative sowie anti-inflammatorische Eigenschaften aufweist [Venardos et al., 2007]. Studien an isolierten Organen zeigten, dass die anorganische Selenverbindung Natriumselenit vor I/R-Schaden schützen kann [Venardos et al., 2004; Sinci et al., 1998]. In der hier vorliegenden Arbeit sollte daher untersucht werden, ob Natriumselenit auch in vivo einen protektiven Einfluss auf den durch die EKZ und den DHCA entstandenen I/R-Schaden hat. Nach Etablierung des dafür benötigten Kleintier-EKZ-Modells an der Ratte [Engels et al., 2014] und geeigneten Vorversuchen zur Wirksamkeit einer Natriumselenit-Fütterung, wurden für die Natriumselenit-Studie männliche Wistar-Ratten in zwei Gruppen (Kontrolle und Natriumselenit) zu je 7 Tieren eingeteilt und erhielten fünf Wochen lang selenadäquates (0,3 ppm Selen; Kontrolle) bzw. selenangereichertes Futter (1 ppm Selen; Natriumselenit). Danach wurden die Tiere einer EKZ mit DHCA und anschließender normothermer Reperfusion unterzogen. Nach Versuchsende wurden Herz, Leber, Lungen und Nieren entnommen. Aus den Organlysaten wurde die GPx-Aktivität und der Gewebeselenspiegel bestimmt. Während der EKZ entnommene Blutproben dienten der Analyse von klinisch-chemischen Laborparametern und Serumspiegeln proinflammatorischer Zytokine. Mittels Immunoblots sowie eines ELISAs zur Bestimmung der AKT-Phosphorylierung wurden molekulare Signalwege, die mit dem I/R-Schaden in Verbindung gebracht werden, untersucht. Die Messung der Aktivität der Caspase 3/7 und der Poly (Adenosin Diphosphate-Ribose) Polymerase (PARP) dienten zur Analyse des Zelltods in den Geweben der Tiere. Überdies wurden die während des Versuchs dokumentierten hämodynamischen Parameter und Vitalparameter statistisch ausgewertet. In den Organen der mit Natriumselenit supplementierten Tiere zeigte sich eine signifikant erhöhte GPx-Aktivität sowie ein signifikant erhöhter Gewebselenspiegel, welche auf eine gleichmäßige Verteilung des Selens im Körper der Tiere hindeutet. Verglichen mit der Kontrollgruppe waren in der Natriumselenit-Gruppe die Plasmaspiegel der klinisch-chemischen Parameter Alanin-Aminotransferase (ALT) und Troponin I leicht erniedrigt, Aspartat-Aminotransferase (AST) und die Laktatdehydrogenase (LDH) signifikant erniedrigt. Bezogen auf die Kontrollgruppe zeigten die Tiere der Natriumselenit-Gruppe einen tendenziell geringeren Katecholaminbedarf und einen signifikant erniedrigten Volumenbedarf. Hämoglobin- und Hämatokritwerte der Kontrolltiere nahmen im Verlauf der EKZ stärker ab als die der mit Natriumselenit supplementierten Tiere. Auch die I/R-induzierte Leukozytose konnte durch Natriumselenit positiv beeinflusst werden. Anhand der Western Blot Analysen zeigte sich, dass die Phosphorylierungs- und Expressionsmuster von Stressproteinen und Kinasen durch Natriumselenit organspezifisch beeinflusst werden konnten. Die AKT Aktivität war in Leber und Lunge der Natriumselenit-Gruppe signifikant erhöht. Zusammenfassend ist zu konstatieren, dass eine Supplementation mit Natriumselenit in unserem EKZ-Versuchsaufbau einen positiven Einfluss auf mehrere, mit Ischämie und Reperfusion assoziierte, klinische und molekularbiologische Parameter hatte. Dabei ist insbesondere die Unterdrückung der akut nach I/R auftretenden Leukozytose sowie die Normalisierung der auf nekrotischen Zelltod in verschiedenen Geweben hindeutenden Enzyme im Serum der mit Natriumselenit supplementierten Tiere hervorzuheben. Die Bestimmung des Selenstatus und gegebenenfalls eine Supplementation mit Selen im Vorfeld von geplanten Eingriffen am Herzen könnten demzufolge sinnvoll sein, um I/R-induzierte Organschäden bei Patienten zu vermindern. After Cardiac surgery requiring cardiopulmonary bypass (CPB) and circulatory arrest (CA), postoperative complications with potentially severe consequences for the affected patients may occur. Ischemia and reperfusion during CPB cause a massive systemic immune response [Jennings et al., 1960; Kirklin et al., 1983] as well as the excessive formation of reactive oxygen species (ROS) [Wan et al., 1997; Zweier et al., 1987] which both result in oxidative tissue damage. This so-called ischemia/reperfusion injury (IRI) contributes to morbidity and mortality after CPB and CA. Current intervention strategies for the suppression of IRI include the administration of antioxidants, corticosteroids, adenosine, aprotinin as well as the use of heparin-coated extracorporeal circulation systems and intraoperative ultrafiltration [Wan et al., .1997; Ross et al., 2005; Hall et al., 1997]. However, therapy approaches for the direct suppression of the I/R injury do not exist so far. Supplementation of Sodium Selenite (Se), an anorganic selenocompound with anti-oxidative as well as anti-inflammatory properties, is known to induce selenoproteins and thus counteracts oxidative damage [Venardos et al., 2007]. The present work should therefore investigate whether Sodium Selenite has a protective influence on the I/R injury caused by CPB and CA. After the establishment of a small animal CPB model with deep hypothermic circulatory arrest (DHCA) [Engels et al., 2014] and suitable preliminary tests for the efficacy of sodium selenite pretreatment, male Wistar rats were divided into two groups (control and sodium selenite) and were fed either a selenium-adequate diet (0.3 ppm Se; Control) or Se-supplemented feed (1 ppm Se; Sodium Selenite) for five weeks. The animals were then connected to a heart-lung-machine and slowly cooled down to a core body temperatur of 16°C. At 16 °C, CPB was temporarily interrupted and the animals underwent 45 minutes of DHCA. After rewarming followed by 60 minutes of reperfusion, CPB was terminated and tissue samples (heart, liver, lungs and kidneys) were harvested. The requirement of catecholamine and vital parameters were documented continuously throughout the experiment. Glutathionperoxidase activity (GPx) was determined and tissue selenium levels were measured. Blood samples taken during CPB were used to analyse markers of oxidative tissue damage (ALT, AST, LDH, troponin) as well as serum levels of proinflammatory cytokines. Immunoblots were used to investigate the effect of Se-supplementation on molecular signaling pathways associated with I/R injury. Caspase 3/7 and poly (adenosine diphosphate-ribose) polymerase (PARP) activity were measured in order to analyze cell death in the different tissues. Sodium Selenite increased GPx activity and tissue selenium levels. Moreover, supplementation with Sodium selenite counteracted the increase in plasma levels of markers of oxidative tissue damage (Alt, AST, LDH, troponin) and suppressed leucocytosis induced by I/R injury. Se-supplemented animals required less catecholaminesubstitution and volume replacement. In addition, Se-supplementation increased HO-1 expression and STAT3 phosphorylation in the liver while counteracting IRI-induced ERK 1/2 phosphorylation and decreasing HSP-70 expression and STAT3 phosphorylation in the heart. In summary, Se-supplementation showed several positive effects on markers of oxidative tissue damage and influenced expression and phosphorylation of proteins associated with oxidative stress response and inflammation. Preoperative supplementation with Selenite proved to be effective for prevention of acute I/R-induced tissue damage occuring during CPB and DHCA. The determination of blood selenium levels in patients undergoing major cardiac surgery with CPB and CA could therefore represent a promising intervention strategy to counteract I/R-induced organ damage and thus decrease morbidity and mortality after cardiovascular surgery with CPB and CA. Thus, these results demonstrate the feasibility of a therapeutic approach using Sodium Selenite to reduce I/R injury and inflammation during major cardiac surgerical procedures. The implications of its different actions regarding proteins related to inflammation and oxidative stress response on recovery after CPB with CA require further investigation.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	31.01.2019
Dateien geändert am:	31.01.2019
Promotionsantrag am:	17.08.2017
Datum der Promotion:	24.01.2019