Dokument: Einfluss der lokalen Applikation von Iloprost und Carbachol auf die mitochondriale Funktion des Colons im septischen Rattenmodell

Titel:	Einfluss der lokalen Applikation von Iloprost und Carbachol auf die mitochondriale Funktion des Colons im septischen Rattenmodell
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=70298
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20250901-111050-5
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Schlimgen, Charlotte [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 1,13 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 21.08.2025 / geändert 21.08.2025
Beitragende:	Prof. Dr. Picker, Olaf [Gutachter] Prof. Dr. Dr. med. Heinen, André [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Hintergrund: Trotz der hohen Bedeutung der Sepsis als eine der wichtigsten Todesursachen in Deutschland ist die Pathophysiologie der Sepsis bis heute nicht vollständig verstanden. Dabei ist die Aufrechterhaltung der Perfusion und Oxygenierung beispielsweise des Gastrointestinaltrakts für das Überleben einer Sepsis von hoher Bedeutung. Unabhängig von der durch vasodilatierende Mediatoren unterstützten Makrozirkulation, spielt bei der Entstehung eines septischen Multiorganversagens v.a. auch die Mikrozirkulation eine maßgebliche Rolle. Hierbei konnten der Zusammenhang zwischen reduzierter Mikrozirkulation und mitochondrialer Dysfunktion hergestellt werden. Zahlreiche Substanzen können die Sauerstoffversorgung im Gastrointestinaltrakt erhöhen, jedoch limitieren ausgeprägte kardiale Nebenwirkungen deren systemischen Gebrauch. Daher wurde in einer vorangegangenen Untersuchung unserer Arbeitsgruppe der Ansatz der lokalen Verabreichung verfolgt. Hier konnte gezeigt werden, dass die lokale Therapie mit dem Prostaglandin Iloprost als Vasodilatator bei hämorrhagischem Schock im Hundemodell die Oxygenierung der Magenschleimhaut verbessern konnte, ohne dabei Einfluss auf Kreislaufparameter zu nehmen. In einem weiteren Projekt unserer Arbeitsgruppe konnte ein positiver Einfluss von lokal appliziertem Iloprost auf die mitochondriale Funktion im Colonhomogenat von gesunden Ratten festgestellt werden. Unklar ist bislang, ob sich unter septischen Bedingungen ähnliche Ergebnisse erzielen lassen und sich so die Prognose im septischen Organversagen verbessern könnte. Außerdem konnten in vitro Untersuchungen zeigen, dass das direkte Parasympatomimetikum Carbachol die intestinale Barrierefunktion verbessert. Carbachol als Acetylcholin Analogon bewirkt über die Stimulation des Parasympathikus eine Vasodilatation und schützt die intestinale Barrierefunktion, sodass eine Kombination mit Iloprost sich günstig auswirken könnte. Ziel dieser Arbeit war es festzustellen, ob die lokale Applikation von Iloprost und Carbachol die mitochondriale Funktion im Colon im Rahmen einer Sepsis verbessern kann. Für den Versuchsaufbau wurde dafür die abdominelle Sepsis im Rattenmodell gewählt. Methodik: Nach der Genehmigung des Landesamtes für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz des Landes Nordrhein-Westfalen (84-02.04.2015.A538) wurden die Versuche an insgesamt 80 männlichen Wistar-Ratten durchgeführt. Dabei wurden die Tiere in 8 Versuchsgruppen (n=10) eingeteilt und entweder mit Carbachol, Iloprost, einer Kombination der beiden Medikamente oder NaCl behandelt. Die Versuche wurden sowohl unter septischen als auch nicht septischen Bedingungen durchgeführt. Zur Induktion der abdominellen Sepsis wurde dabei das CASP-Modell (Colon ascendens stent peritonitis) angewandt. Die nicht-septischen Kontrolltiere wurden einer Sham-Operation unterzogen. 24 Stunden nach der jeweiligen Operation wurden die Versuchstiere erneut laparotomiert und die jeweilige Substanz 60min lokal in das Colon appliziert. Anschließend wurden zur Erfassung der mitochondrialen Funktion in Colonhomogenaten respirometrisch sowohl die Sauerstoffkonzentration als auch die Sauerstoffverbrauchsgeschwindigkeit gemessen. Zur Quantifizierung der mitochondrialen Funktion wurden im Anschluss der Respiratory Control Index (RCI) und die Adenyldiphosphat-oxygen Ratio (ADP/O-R) errechnet. Mittels Kruskal-Wallis und Dunn’s Korrektur wurden die Daten statistisch analysiert. Die Ergebnisse wurden als Minimal-, Median- und Maximalwert dargestellt. Als statistisch signifikant wurde p<0,05 angesehen. Ergebnisse: Innerhalb der CASP-Versuchsreihe zeigte sich bei Iloprost und bei Carbachol keine Beeinflussung der mitochondrialen Funktion im Colon. In der Sham-Gruppe zeigte sich nach Gabe von Iloprost sowohl über Komplex I (Kontrolle: 3,11, Ilo: 3,92 p < 0,05) als auch über Komplex II (Kontrolle: 4,99, Ilo: 6,16, p < 0,05) eine signifikante Steigerung des RCI. Schlussfolgerung: Die lokale Applikation von Iloprost konnte in nicht-septischen Tieren eine signifikante Steigerung des RCI und somit eine verbesserte Kopplung der Atmungskettenaktivität an die oxidative Phosphorylierung im Colon erzielen. Die Kombination mit Carbachol konnte keinen zusätzlichen positiven Effekt bewirken. In der septischen Versuchsreihe konnten weder Iloprost noch Carbachol eine signifikante Veränderung der Parameter der mitochondrialen Funktion im Vergleich zur Kontrollgruppe zeigen. Background: Despite the significance of sepsis as one of the most important causes of death in Germany, the pathophysiology of sepsis is still not fully understood. Maintaining perfusion and oxygenation, for example of the gastrointestinal tract, is of great importance for survival in sepsis. Independent of the macrocirculation, which is largely promoted by vasodilating mediators such as NO, the microcirculation also plays a decisive role in the development of septic multiorgan failure. The connection between reduced microcirculation and mitochondrial dysfunction has already been established. Numerous substances can increase oxygenation in the gastrointestinal tract, but severe cardiac side effects limit their systemic use. Therefore, in a previous study of our team, the approach of local administration was followed. It was shown that local therapy with the prostaglandin iloprost as a vasodilator in hemorrhagic shock in a dog model could improve the oxygenation of the gastric mucosa without affecting circulatory parameters. In another project of our team a positive influence of locally applied iloprost on the mitochondrial function in the colon homogenate of healthy rats could be determined. It remains unclear whether similar results can be achieved under septic conditions and whether the prognosis in septic organ failure could be improved. In addition, in vitro studies have already shown that the direct parasympathomimetic carbachol improves the intestinal barrier function. Carbachol, as an acetylcholine analogue, causes vasodilation via stimulation of the parasympathetic nervous system and protects the intestinal barrier function, so that a combination with iloprost could have beneficial effects. The aim of this study was to investigate whether the local application of iloprost and carbachol can improve the mitochondrial function in the colon during sepsis. For the experimental setup the abdominal sepsis in the rats as subjects was chosen. Methods: After permission given by the Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz of Nordrhein-Westfalen (84-02.04.2015.A538) the experiments were carried out on a total of 80 male Wistar rats. Therefore, the subjects had been distributed into 8 experimental groups (n=10) and were either treated with a local application of carbachol, iloprost a combination of the two drugs or saline. The experiments were carried out under both septic and non-septic conditions. For the induction of an abdominal sepsis the CASP model (Colon ascendens stent peritonitis) had been implemented. The non-septic control animals underwent sham surgery. 24 hours later a second laparotomy following the local administration of the respective substances for 60 minutes was performed. Subsequently, the oxygen concentration and the rate of oxygen consumption were measured respirometrically to record the mitochondrial function in colon homogenates. For quantitation of the mitochondrial function the Respiratory Control Index (RCI) and the Adenyldiphosphat-oxygen Ratio (ADP/O-R) were calculated afterwards. The data were statistically analyzed using Kruskal-Wallis and Dunn’s correction. Results were presented as minimum, median and maximum value. P<0.05 was considered statistically significant. Results: Within the CASP series, neither iloprost nor carbachol showed any influence on the mitochondrial function in the colon. In the sham group, after administration of iloprost, both after stimulation of the respiratory chain via complex I (controls: 3.11, Ilo 3.92 p<0,05) and via complex II (controls: 4.99, Ilo 6.16, p<0,05) a significant increase in the RCI were determined. Conclusion: The local application of iloprost resulted in a significant increase in RCI in healthy animals and thus improved coupling of respiratory chain activity to oxidative phosphorylation in the colon. The combination with carbachol did not cause any additional positive effect. In the septic test series, neither iloprost nor carbachol showed a significant change in the parameters of mitochondrial function compared to the control group.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	01.09.2025
Dateien geändert am:	01.09.2025
Promotionsantrag am:	29.01.2025
Datum der Promotion:	17.07.2025