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Einfluß der OP-Methode auf die Zytokinexpression und die Induktion von Heat Shock-Proteinen bei der linksseitigen Labmagenverlagerung des Rindes (2006)

Art

Vortrag

Autoren

Weber, C N

Müller, K.E.

Kongress

6. Berlin-Brandenburgischer Rindertag

Berlin, 05. – 07.10.2006

Quelle

Proceedings

Berlin: Mensch & Buch Verlag, 2006

Kontakt

Nutztierklinik

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Abstract / Zusammenfassung

Einleitung: Zytokine sind niedermolekulare Proteine, die von aktivierten Leukozyten, Fibroblasten und Endothelzellen beispielsweise bei Gewebetraumatisierung produziert werden und eine wichtige Rolle bei der Vermittlung von Immunität und Entzündung spielen. Sie wirken durch Interaktion mit Oberflächenrezeptoren verschiedener Zielzellen und beeinflussen deren Proteinsynthese. Bei operativen Eingriffen vermitteln und erhalten Zytokine die inflammatorische Reaktion des Körpers, wobei sie sowohl lokal als auch systemisch wirken können.
Humanmedizinische Forschungen ergaben, dass nach aufwendigen Bauch-Operationen hauptsächlich die Zytokine Interleukin-1 (IL-1) und Tumor-Nekrose-Faktor-α (TNF-α) von aktivierten Makrophagen und Monozyten in den traumatisierten Geweben freigesetzt werden, die wiederum die Produktion und Freisetzung von weiteren Zytokinen wie Interleukin-6 (IL-6) stimulieren. In ihrer Gesamtheit führen diese Zytokine zur Produktion verschiedener Akut-Phase-Proteine und somit zur Akut-Phase-Reaktion des Körpers (Desborough et al., British Journal of Anaesthesia, 2000). Mit Einleitung dieser natürlichen Abwehrvorgänge zielt der Körper primär auf die Zerstörung von Mikroorganismen und die Inaktivierung von Toxinen und wirkt somit dem operativ-induzierten Stress entgegen, wobei eine überschießende Abwehrreaktion auch zur Organschädigung führen und so eine mediatorbedingte Systemerkrankung unter dem klinischen Bild einer Sepsis auslösen kann. Im schlimmsten Fall kommt es zu multiplem Organversagen, was als systemisches Inflammationsreaktions-Syndrom bezeichnet wird (Müller-Werdan et al., Internist, 2003).
Einige Zytokine wirken allerdings auch anti-inflammatorisch. Während es bei einem operativen Eingriff zu lokalen Entzündungsprozessen kommt, sind einige zelluläre Immunmechanismen aufgrund dieser anti-inflammatorischen Zytokinwirkung in ihrer Effektivität vermindert. Ein Beispiel ist die reduzierte Phagozytosefähigkeit der Makrophagen und Granulozyten, welche Patienten anfälliger gegenüber opportunistischen Infektionen werden lassen. Eine operativ induzierte Immunsuppression wird mitunter durch niedrige Werte der inflammatorischen Zytokine Interleukin-1β (IL-1β), Tumor-Nekrose-Faktor α (TNF-α) und Interferon-γ (IFN-γ) sowie deutlich erhöhte Werte der anti-inflammatorischen Zytokine Interleukin-6 (IL-6) und Interleukin-10 (IL-10) im peripheren Blut charakterisiert (Menger et al., Langenbecks Archives of Surgery, 2004).
Der Vergleich der Zytokinexpression bei verschiedenen OP-Methoden bei linksseitiger Labmagenverlagerung des Rindes soll dazu dienen, eventuelle Vor- und Nachteile für den Patienten abzuwägen und seine Prognose aufzuzeigen. Die meisten humanmedizinischen Untersuchungen, die sich mit ähnlicher Fragestellung beschäftigten und diesbezüglich laparotomische und laparoskopische Operationsmethoden miteinander verglichen haben, fanden bei laparoskopischen Eingriffen weniger Entzündungsprozesse und geringere Störung der unspezifischen Immunität als bei laparotomischen Operationen, wohingegen die systemischen, reaktiven Zytokinwerte im peripheren Blut deutlich niedriger lagen (Sido et al., Best Practice and Research Clinical Anaesthesiology, 2004). Eine Dysregulation des Zytokingleichgewichts nach einem operativen Eingriff kann somit generell auf eventuell auftretende postoperative Komplikationen hindeuten.
Um mehr über die Mechanismen zu erfahren, die zu den angeführten Problemen führen, bieten sich die so genannten Heat Shock-Proteine als Untersuchungsparameter an, da sie einerseits mannigfaltige Aufgaben bei der Aufrechterhaltung der zellulären Homöostase und beim Schutz der Zelle vor verschiedenen Stressreizen haben, andererseits aber auch als Indikatoren für Zellschädigungen gelten. Auch Wechselwirkungen mit dem Immunsystem sind mehrfach in der Literatur beschrieben. Pathologische Vorgänge wie beispielsweise Infektionen, Fieber, Hyperthermie oder Entzündungen führen zu einer Steigerung der Heat Shock-Protein-Expression, ebenso wie Ischämien, oxidativer Stress und bestimmte Zytokine wie der Tumor-Nekrose-Faktor- (TNF-), Interleukin 6 (IL-6) (Masubuchi et al., Biochem Biophys Res Commun, 2003) und Interleukin 4 (IL-4) (Lang et al., Leukoc Biol, 2000), und einige Antibiotika die Expression an Heat Shock-Proteinen.
Der Stress-induzierte gesteigerte intrazelluläre Gehalt an Hsp70 bewirkt eine Zelltoleranz gegenüber inflammatorischen Zytokinen wie TNF- und IL-1, was insbesondere für Leberzellen bedeutsam ist. In Makrophagen führt die erhöhte Hsp70-Expression zu einer transkriptionalen Inhibition und somit zur verminderten Sekretion von TNF- und IL-1, was einen gewissen Schutz vor einer Endotoxin-vermittelten systemischen TNF--Wirkung bewirkt. Intrazellulär akkumulierte Heat Shock-Proteine vermitteln durch eine Abschwächung der Produktion inflammatorischer Zytokine nach Noxeneinwirkung eine immundämpfende Wirkung (Neupert et al., Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, 1993).
In einer Studie über die Hsp70-Expression bei Patienten mit schwerer Sepsis fanden sich keine Unterschiede in der basalen Expression zwischen der Kontrollgruppe, Patienten mit schwerer Sepsis und Patienten nach schweren Operationen. wobei allerdings die Monozyten während einer Sepsis nicht in der Lage waren, auf einen zusätzlichen Stress mit einer adäquaten Hsp70-Antwort zu reagieren und daraus gestörte Immunabwehr somit erhöhte Infektionsrate resultierten (Schroeder et al., Critical Care Medicine, 1999).

Methodik: Basierend auf den vorgestellten Veröffentlichungen wurden in einem Vorversuch die Zytokinexpression und die Heat Shock-Protein-Response bei 14 Rindern mit linksseitiger Labmagenverlagerung bestimmt, wobei neun Tiere mit Bauchschnitt von rechts (Omentopexie nach Hannover-Methode) und fünf Tiere laparoskopisch (Methode nach Janowitz) operiert wurden. Als Kontrollgruppe diente eine Gruppe von sieben klinisch gesunden Kühen. Von jeder Kuh wurden Proben venösen Blutes per Dauerkatheter aus der Vena jugularis entnommen, jeweils unmittelbar vor und nach der Operation sowie 2, 4, 6, 24 und 48 h danach. Bei der Kontrollgruppe wurde als Reiz anstelle der OP das Legen des Dauerkatheters in die Vena jugularis als Nullpunkt gewertet. Die Expression der Zytokine Interleukin-1 (IL-1), Interleukin-6 (IL-6), Interleukin-10 (IL-10), Interferon- (IFN-) und Tumor-Nekrose-Faktor- (TNF-) sowie des induzierbaren Heat Shock-Proteins Hsp70 wurde nach Isolierung der mRNA und Umschreibung in cDNA mittels Real-Time PCR im immunologischen Labor untersucht. Zusätzlich wurde jeweils eine klinische Untersuchung durchgeführt und ein kleines Blutbild angefertigt.

Schlussfolgerung: Der Vergleich von laparoskopischer und laparotomischer Methode zeigte signifikante Unterschiede im Expressionsmuster der Zytokine und des Hsp70, die auf einen erhöhten Zellstress nach der Omentopexie nach Hannover hinwiesen. Zusätzlich spiegelten die Expressionsprofile die klinischen Konditionen der Tiere wider, wobei hier Vorgänge im Körper erfasst wurden, die sich unmittelbar vor der Probenentnahme abgespielt haben.