und der
Experimentellen Unfallchirurgie der Unfallchirurgischen Klinik
der Medizinischen Hochschule Hannover
___________________________________________________________________
Etablierung eines Polytrauma-Modells aus Schädelhirntrauma und
Femurfraktur mit hämorrhagischem Schock bei der Maus
INAUGURAL – DISSERTATION Zur Erlangung des Grades eines Doktors der Veterinärmedizin
- Doctor medicinae veterinariae - (Dr. med. vet.)
Vorgelegt von Carolin Mallig (Freiburg i.Br.)
Hannover 2006
Wissenschaftliche Betreuung:
Univ.-Prof. Dr. med. vet. M. Fehr, Klinik für kleine Haustiere der Tierärztlichen Hochschule Hannover
und
Univ.-Prof. Dr. rer. biol. hum. Dr. med. habil. M. van Griensven, Experimentelle Unfallchirurgie der Unfallchirurgischen Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover; aktuelle Adresse: Ludwig Boltzmann Institut für experimentelle und klinische Traumatologie, Wien, Österreich
1. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med. vet. M. Fehr
2. Gutachter: Univ.-Prof. Dr. med. vet. M. Kietzmann
Tag der mündlichen Prüfung: 14. November 2006
Für meine Eltern
und Großeltern
INHALTSVERZEICHNIS
Abkürzungsverzeichnis ...IV
1 Einleitung ... 1
2 Literaturübersicht ... 3
2.1 Polytrauma... 3
2.1.1 Definition...3
2.1.2 Epidemiologie ...3
2.1.3 Scoringsysteme ...5
2.1.4 Schock, SIRS und MODS ...7
2.2 Schädelhirntrauma... 11
2.2.1 Definition...11
2.2.2 Epidemiologie ...11
2.2.3 Klassifikation des Schädelhirntraumas...12
2.2.4 Primäre und sekundäre Hirnschäden ...14
2.2.5 Reaktive Gliose...16
2.3 Tierexperimentelle Modelle... 17
2.3.1 Experimentelles Schädelhirntrauma...17
2.3.2 Frakturmodelle und experimenteller hämorrhagischer Schock ...18
2.4 Leukozyten ... 20
2.4.1 Neutrophile Granulozyten...20
2.4.2 Lymphozyten...21
2.4.2.1 T-Lymphozyten...21
2.4.2.2 Natürliche Killerzellen ...23
2.5 Überempfindlichkeitsreaktion vom verzögerten Typ (Typ-IV-Reaktion) ... 24
2.6 Zytokine ... 25
2.6.1 Tumor-Nekrose-Faktor-α (TNF-α)...26
2.6.2 Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1)...28
2.6.3 Interleukin-6 (IL-6)...29
2.6.4 Interleukin-10 (IL-10)...30
2.6.5 Interleukin-12 (IL-12)...31
2.6.6 Interferon-γ (IFN-γ) ...32
2.7 Durchflusszytometrie ... 33
2.7.1 Funktionsprinzip...33
2.7.2 Cytometric Bead Array ...35
3 Fragestellung ... 37
4 Material und Methoden ... 39
4.1 Versuchstiere... 39
4.2 Versuchsaufbau... 40
4.2.1 Experimentelle Gruppen ...40
4.2.2 Untersuchungsparameter...42
4.3 Versuchsdurchführung... 44
4.3.1 Studienablauf ...44
4.3.2 Durchführung des Traumas...45
4.3.2.1 Gruppe 1: Schädelhirntrauma ...46
4.3.2.2 Gruppe 2: Femurfraktur mit hämorrhagischem Schock ...48
4.3.2.3 Gruppe 3: Polytrauma ...50
4.3.3 Klinische Untersuchungsparameter...50
4.3.4 Durchführung der T-Zell-vermittelten Typ IV-Reaktion ...50
4.3.5 Blut- und Organentnahme ...51
4.4 Aufbereitung und Auswertung der Proben... 52
4.4.1 Bestimmung der kapillären Permeabilität der Lunge ...52
4.4.1.1 Proteinbestimmung nach Lowry (Folin)...53
4.4.1.2 Harnstoffbestimmung ...54
4.4.2 Histologische Aufbereitung...55
4.4.2.1 H.E.-Färbung ...56
4.4.2.2 Nissl-Färbung ...56
4.4.2.3 GFAP-Färbung ...57
4.4.3 Auswertung der histologischen Präparate ...58
4.4.3.1 Lunge...59
4.4.3.2 Leber...59
4.4.3.3 Milz ...60
4.4.3.4 Niere ...60
4.4.3.5 Gehirn ...61
4.4.4 Durchflusszytometrie (FACS-Analyse) ...63
4.4.4.1 Analyse der Lymphozyten in der Milzsuspension ...63
4.4.4.2 Zytokinmessung im Plasma...66
4.4.5 Statistik ...68
5 Ergebnisse... 69
5.1 Letalität ... 69
5.2 Klinische Untersuchungsparameter ... 71
5.2.1 Aktivität ...71
5.2.2 Körperinnentemperatur ...73
5.2.3 Körpergewicht ...74
5.3 Kapilläre Permeabilität der Lunge... 75
5.4 Histologie... 76
5.4.1 Lunge...76
5.4.2 Leber...79
5.4.3 Milz ...84
5.4.4 Niere ...86
5.4.5 Gehirn...87
5.4.5.1 H.E.-Färbung ...87
5.4.5.2 Nissl-Färbung ...89
5.4.5.3 GFAP-Färbung ...90
5.5 Typ-IV-Reaktion... 98
5.6 Lymphozyten ... 99
5.6.1 T-Helfer-Zellen ...99
5.6.2 Zytotoxische T-Zellen...100
5.6.3 CD4+CD8+-T-Zellen...101
5.6.4 Natürliche Killerzellen...102
5.7 Zytokinbestimmung... 103
5.7.1 TNF-α...103
5.7.2 MCP-1...104
5.7.3 IL-6 ...105
5.7.4 IL-10 ...106
5.7.5 IL-12 ...107
5.7.6 IFN-γ...108
6 Diskussion ... 109
6.1 Diskussion Methodik... 110
6.1.1 Tierexperimentelles Modell ...110
6.1.1.1 Experimentelles Schädelhirntrauma (CCI) ...110
6.1.1.2 Experimentelle Femurfraktur und hämorrhagischer Schock ...111
6.1.1.3 Polytrauma-Modell...112
6.1.2 Untersuchungsmethoden ...113
6.1.2.1 Klinische Untersuchungsparameter ...113
6.1.2.2 Kapilläre Permeabilität der Lunge ...114
6.1.2.3 Auswertung der histologischen Präparate...114
6.1.2.4 Typ-IV-Reaktion...116
6.1.2.5 Durchflusszytometrie ...116
6.2 Diskussion Ergebnisse ... 118
6.2.1 Letalität ...118
6.2.2 Klinische Untersuchungsparameter...118
6.2.3 Kapilläre Permeabilität der Lunge ...120
6.2.4 Histologie ...121
6.2.4.1 Lunge, Leber, Milz und Niere ...121
6.2.4.2 Gehirn ...124
6.2.5 Typ-IV-Reaktion ...128
6.2.6 Lymphozyten in der Milzsuspension...128
6.2.7 Zytokine im Plasma...130
6.3 Abschließende Diskussion... 135
7 Zusammenfassung ... 137
8 Summary ... 139
9 Literaturverzeichnis... 141
10 Anhang... 183
10.1 Bezugsquellen ... 183
10.1.1 Versuchstiere ...183
10.1.2 Verbrauchsmaterialien ...183
10.1.3 Instrumente, Geräte und Software ...184
10.1.4 Medikamente ...185
10.1.5 Chemikalien ...185
10.2 Lösungen... 187
10.3 Protokolle: Aufbereitung der Proben... 188
10.3.1 Bestimmung der kapillären Permeabilität der Lunge ...188
10.3.2 Histologische Färbungen...190
10.3.3 Durchflusszytometrie...193
10.4 Danksagung... 195
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
ADCC Antibody-Dependent Cellular Cytotoxicity A. dest. destilliertes Wasser
AIS Abbreviated Injury Scale
ANOVA Analysis of Variance
AP Anatomisches Profil
ARDS Acute Respiratory Distress Syndrome
ATP Adenosintriphosphat
BAL bronchoalveoläre Lavage
BSA bovines Serumalbumin
bzw. beziehungsweise
C Cystein-Rest
ca. circa
CA Cornu ammonis
CARS Compensatory Anti-inflammatory Response Syndrome
CBA Cytometric Bead Array
CCI Controlled Cortical Impact
CD Cluster of Differentiation
cg Cingulum
CI Konfidenzintervall
CLP caecale Ligation und Punktion
cm Zentimeter
DAB Diaminobenzidin-Tetrahydrochlorid
DAI Diffuse Axonal Injury
DG Gyrus dentatus
DGU Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
DNFB 2,4-Dinitrofluorobenzen
ELISA Enzyme Linked Immunosorbent Assay
et al. et alii
F+S-Gruppe Fraktur-Schock-Gruppe
FACS Fluorescence-Activated Cell Sorter
FITC Fluorescein Isothiocyanat
FSC Forward Scatter
g Gramm bzw. Erdschwerebeschleunigung
GCS Glasgow Coma Scale
GFAP Glial Fibrillary Acidic Protein
GM-CSF Granulozyten-Makrophagen koloniestimulierender Faktor
h Stunde
H.E. Hämatoxylin-Eosin
ic Capsula interna
IFN Interferon
IL Interleukin
INI International Neuroscience Institute
ISS Injury Severity Score
kDa Kilodalton
kg Kilogramm
l Liter
m Meter
MAD mittlerer arterieller Druck
MCP-1 Monocyte Chemoattractant Protein-1
mg Milligramm
MHC Major Histocompatibility Complex
MHH Medizinische Hochschule Hannover
min Minuten
ml Milliliter
mm Millimeter
MODS Multiple Organ Dysfunction Syndrome
MOV Multiorganversagen
MW arithmetischer Mittelwert
mTNF membrangebundener Tumornekrosefaktor
n Anzahl
NK-Zellen natürliche Killerzellen
nm Nanometer
n.s. nicht signifikant
PBS Phosphate Buffered Saline
PE Fluorochrom Phycoerythrin
pg Pikogramm
PMN Polymorphnuclear Leukocytes
PT Polytrauma
PTS Polytraumaschlüssel
RT Raumtemperatur
RTS Revised Trauma Score
s Sekunde
SHT Schädelhirntrauma
SIRS Systemic Inflammatory Response Syndrome SPSS Statistical Product and Service Solution
SSC Side Scatter
StatBA Statistisches Bundesamt
Std.Abw. Standardabweichung
sTNF löslicher Tumornekrosefaktor
StreptABComplex/HRP Streptavidin-Biotin-Komplex/Horseradish Peroxidase
Tabl. Tablette
TBI Traumatic Brain Injury
TH-Zelle T-Helferzelle
TNF Tumornekrosefaktor
TNFR-I TNF-Rezeptor-I
TNFR-II TNF-Rezeptor-II
ZNS Zentralnervensystems
°C Grad Celsius
µg Mikrogramm
µl Mikroliter
Ferner gelten die chemischen Elementsymbole.
1 EINLEITUNG
Das Polytrauma gilt als häufigste Todesursache junger Erwachsener in Industrienationen und ist daher sowohl von medizinischer als auch von sozioökonomischer Bedeutung. Auch die große Zahl überlebender Patienten mit dauerhaften Unfallschäden stellt eine medizinische und gesellschaftliche Herausforderung dar. Der größte Anteil polytraumatisierter Patienten verunglückt im Straßenverkehr, obwohl die Anzahl der Verkehrsunfälle in Deutschland in den letzten Jahren rückläufig ist (STATISTISCHES BUNDESAMT 1998). Die dominierende Verletzung im Rahmen eines Polytraumas stellt das Schädelhirntrauma dar (REGEL et al. 1993). Es hat bedeutenden Einfluss auf den Krankheitsverlauf und ist die Haupttodesursache der sekundär in der Klinik versterbenden Patienten.
Jedes größere Trauma ist mit Gewebeschäden, Blutverlust, Schmerzen und einer Stressreaktion verbunden und führt zu einer Aktivierung des Immunsystems. Die inflammatorische Reaktion dient der Beseitigung von Nekrosen und der Reparation von Defekten. Das Ausmaß der Entzündungsreaktion ist von der Verletzungsschwere abhängig. Es kann von einer leichten Erhöhung inflammatorischer Serummarker bis hin zu einer überschießenden systemischen Entzündungsreaktion, dem sogenannten „Systemic Inflammatory Response Syndrome“ (SIRS) reichen. Proinflammatorische Zytokine, die durch rekrutierte Leukozyten im Wundgebiet und durch die Leber im Rahmen der Akute-Phase- Reaktion synthetisiert werden, spielen bei seiner Entwicklung eine wichtige Rolle.
Das SIRS wiederum begünstigt die Entstehung von sekundären Organschäden, so dass Polytraumapatienten häufig ein Multiorganversagen (MOV) entwickeln.
Zirkulierende Zytokine, die über eine defekte Bluthirnschranke in das Gehirn gelangen und der traumatisch bedingte Stresszustand sowie durch ein Schädelhirntrauma intrathekal produzierte Zytokine als auch eine direkte Irritation des Hirnstamms und ein erhöhter intrakranieller Druck führen zur Stimulation der Hypothalamus-Hypophysen-Achse. Freigesetzte Katecholamine und Glukokortikoide sowie antiinflammatorische Zytokine wie beispielsweise Interleukin-10 bewirken eine Gegenregulation, die bis zu einer Immunsuppression, dem sogenannten
„Compensatory Anti-Inflammatory Response Syndrome“ (CARS) reicht. Das CARS
erhöht die Anfälligkeit gegenüber Infektionen, was wiederum die Gefahr der Entwicklung eines MOV erhöht.
Unzureichendes Verständnis der genauen Mechanismen der wechselseitigen Beeinflussung von Schädelhirnverletzungen und extrakranieller Traumata, fehlende therapeutische Innovationen in den letzten Jahrzehnten und die hohe Rate neuropsychologischer Defizite nach schwerem Schädelhirntrauma erfordern eine intensivere Forschung auf diesem Gebiet. Da in den bestehenden experimentellen Polytrauma-Modellen das Schädelhirntrauma keine Berücksichtigung findet, sollte im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein experimentelles Polytrauma-Modell aus Schädelhirntrauma und Femurfraktur mit hämorrhagischem Schock an der Maus entwickelt werden, das die klinische Situation schädelhirnverletzter Polytraumapatienten realitätsnah simuliert, die damit verbundenen pathophysiologischen und immunpathologischen Veränderungen darstellt und somit als Basis für weiterführende Untersuchungen dient. Die pathophysiologischen Auswirkungen des induzierten Polytraumas sollten klinisch, histologisch und immunologisch erfasst und mit den Veränderungen der Einzelverletzungen verglichen werden.
2 LITERATURÜBERSICHT
2.1 Polytrauma 2.1.1 Definition
Der medizinische Fachausdruck „Trauma“ bezeichnet eine Verletzung des Körpers durch äußere Gewalteinwirkung. Unter dem Begriff „Polytrauma“ versteht man gleichzeitig entstandene Verletzungen mehrerer Körperregionen oder Organsysteme, wobei wenigstens eine Verletzung oder die Kombination mehrerer Verletzungen lebensbedrohlich ist (TSCHERNE et al. 1984). Es handelt sich hierbei um ein Syndrom von Verletzungen mit konsekutiven systemischen Reaktionen, die zur Dysfunktion oder zum Versagen von primär nicht verletzten Organen oder vitalen Systemen führen können. Gut beherrschbare Verletzungskomponenten werden durch ihre kumulative Systembelastung lebensgefährlich (STAHEL u. ERTEL 2004b).
2.1.2 Epidemiologie
Anhand verschiedener Datenerhebungen, unter anderem des Traumaregisters der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie (DGU), wurde festgestellt, dass die häufigste Unfallursache für schwere Mehrfachverletzungen Verkehrsunfälle darstellen (REGEL et al. 1993; WICK et al. 1997; BARDENHEUER et al. 2000;
LIENER et al. 2004), obwohl die Anzahl der Verkehrsunfälle und damit die der Unfallopfer bundesweit in den letzten Jahren rückläufig ist (Tabelle 1). Im Altersbereich zwischen 15 und 24 Jahren sind Unfälle, im wesentlichen Kraftfahrzeug-Unfälle, auch die dominierende Todesursache in Deutschland (STATISTISCHES BUNDESAMT 1998). Laut Angaben des Statistischen Bundesamtes (StatBA) kommt es jährlich zu rund 6.000-7.000 Todesopfern und etwa 450.000-500.000 Verletzten allein im Straßenverkehr, wobei etwa 80.000-100.000 von ihnen unmittelbar zur stationären Behandlung in ein Krankenhaus aufgenommen werden (STATISTISCHES BUNDESAMT 2005).
Tabelle 1: In den letzten Jahren im Straßenverkehr getötete und verletzte Personen (STATISTISCHES BUNDESAMT 2005)
Jahr 2000 2001 2002 2003 2004
Im Straßenverkehr getötete Personen 7.503 6.977 6.842 6.613 5.842
Im Straßenverkehr verletzte Personen (insgesamt) 504.074 494.775 476.413 462.170 440.126 Verletzte, die unmittelbar zur stationären
Behandlung in ein Krankenhaus aufgenommen wurden (für mind. 24 h)
80.801 102.416 95.040 88.382 85.577
Diese Daten beinhalten jedoch keine Aussagen über die Anzahl polytraumatisierter Patienten. Diesbezügliche Angaben liegen in Deutschland derzeit nicht vor. Auch ein Vergleich unterschiedlicher statistischer Auswertungen ist nur eingeschränkt möglich, da in den verschiedenen Studien uneinheitliche Definitionen des Begriffs
„Polytrauma“ verwendet wurden. LIENER et al. (2004) haben die Anzahl von Patienten mit schweren Mehrfachverletzungen anhand einer retrospektiven Studie im Rettungsdienstbereich Ulm/Alb-Donau auf ganz Deutschland extrapoliert und kommen dabei auf knapp 39.000 Polytraumatisierte pro Jahr.
Da meist junge erwerbsfähige Menschen betroffen sind (WELKERLING et al. 1991;
REGEL et al. 1993; BARDENHEUER et al. 2000), kommt der schweren Mehrfachverletzung auch eine sehr große sozioökonomische Bedeutung zu. Das Durchschnittsalter der Schwerverletzten in den Jahren 1993-1997, ermittelt anhand des Traumaregisters der DGU, betrug 38,5 ± 18,7 Jahre (MW ± Std.Abw.;
BARDENHEUER et al. 2000). Das Polytrauma ist somit auch mit einem hohen Verlust an Erwerbstätigkeitsjahren verbunden. Weiterhin fällt auf, dass männliche Unfallopfer dominieren (WELKERLING et al. 1991; REGEL et al. 1993;
BARDENHEUER et al. 2000).
Aus verschiedenen Studien geht hervor, dass zu den vorwiegend verletzten Regionen polytraumatisierter Patienten die Extremitäten, der Thorax und der Kopf zählen (WELKERLING et al. 1991; REGEL et al. 1993; BARDENHEUER et al. 2000).
Am häufigsten von Frakturen betroffen sind die unteren Extremitäten (DITTEL u.
WELLER 1981; WELKERLING et al. 1991; REGEL et al. 1993) und die führende Verletzungskombination stellen gleichzeitige Verletzungen des Kopfes und des
knöchernen Bewegungsapparates dar (WELKERLING et al. 1991; REGEL et al.
1993).
Die Letalität nach Polytrauma ging in Deutschland und anderen Industrieländern wie beispielsweise den USA seit Anfang der 70er Jahre des 20. Jahrhunderts verglichen mit den 80er und 90er Jahren kontinuierlich zurück (ORNATO et al. 1985;
WELKERLING et al. 1991; REGEL et al. 1993). So sank die Sterblichkeit innerhalb einer Studie der Unfallchirurgischen Klinik der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) an 3406 schwerverletzten Patienten in einem Zeitraum von 20 Jahren beispielsweise von 40% im Jahr 1972 auf 18% im Jahr 1991 (REGEL et al. 1993).
Seitdem ist es gelungen, eine weitere Abnahme der Letalität zu erreichen (auf 13,9%
Ende der 90er Jahre), was hauptsächlich auf eine Reduktion des tödlichen Ausgangs bei Multiorganversagen zurückzuführen ist (NAST-KOLB et al. 2001).
2.1.3 Scoringsysteme
Da die Prognose polytraumatisierter Patienten neben Faktoren wie Alter, Vorerkrankungen und Qualität der Behandlung vor allem durch die Verletzungsschwere bestimmt wird, ist es wichtig, diese quantitativ zu erfassen.
Hierfür wurden verschiedene Bewertungssysteme (Scoringsysteme) entwickelt, mit deren Hilfe die sehr inhomogene Gruppe der polytraumatisierten Patienten untereinander vergleichbar gemacht werden soll, um eine frühzeitige Risikoabschätzung zu ermöglichen. Außerdem dienen sie der Qualitätskontrolle und der Evaluierung unterschiedlicher Therapieverfahren. Wichtige Anforderungen an ein Scoringsystem sind Objektivität und Reproduzierbarkeit, ein möglichst geringer zeitlicher Aufwand und eine enge Korrelation zu Morbidität und Letalität.
Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen physiologischen, anatomischen und biochemischen Scores oder deren Kombinationen. Bei physiologischen Scoringsystemen werden einfache Parameter der Vitalfunktionen anhand einer Punkteskala bewertet. Ein typischer Vertreter ist der „Revised Trauma Score“ (RTS), der sich aus dem „Trauma Score“ entwickelt hat (CHAMPION et al. 1981, 1989). Er erfasst die Bewusstseinslage, den systolischen Blutdruck und die Atemfrequenz.
Unter den anatomischen Bewertungssystemen, die sich an pathologisch- anatomischen Befunden orientieren, hat der auf der „Abbreviated Injury Scale“ (AIS) beruhende „Injury Severity Score“ (ISS) Verbreitung gefunden (BAKER et al. 1974;
BAKER u. O'NEILL 1976). Nach der AIS wird jeder Einzelverletzung eine von sechs Schweregraden, wie in Tabelle 2 dargestellt, zugeordnet (COMMITTEE ON MEDICAL ASPECTS OF AUTOMOTIVE SAFETY 1971).
Tabelle 2: Bewertung der Verletzungsschwere anhand der „Abbreviated Injury Scale“ (AIS;
COMMITTEE ON MEDICAL ASPECTS OF AUTOMOTIVE SAFETY 1971)
AIS-Score Verletzungsschwere
1 leicht
2 mäßig
3 ernst
4 schwer
5 kritisch
6 tödlich
Für die Bestimmung des ISS wird eine Einteilung in sechs Körperregionen vorgenommen (Kopf und Hals, Gesicht, Thorax, Abdomen, knöchernes Becken und Extremitäten, Körperoberfläche). Es wird die jeweils schwerste Verletzung der drei am stärksten betroffenen Regionen beurteilt, dessen AIS-Scores der Werte 1 bis 5 quadriert und zusammengezählt. Der ISS reicht somit bis 75 (3 x 52). Bei Vorliegen einer tödlichen Verletzung (was einem AIS-Wert von 6 entspricht), nimmt der ISS definitionsgemäß den Wert 75 an. Da der ISS mehrere schwere Verletzungen einer Körperregion nicht berücksichtigt und auch Schädelhirnverletzungen unterbewertet, wurde das „Anatomische Profil“ (AP) entwickelt (COPES et al. 1990), das alle schweren Verletzungen (AIS > 2) erfasst.
Verbesserungen der Vorhersagegenauigkeit bezüglich der Letalität werden durch kombinierte Scoringsysteme erreicht. Hierbei werden die beschriebenen Bewertungssysteme untereinander und mit weiteren Parametern wie beispielsweise Patientenalter oder Verletzungsmechanismus kombiniert. Ein Nachteil dieser Systeme ist die hohe Ausschlussquote (OESTERN u. KABUS 1997). Im deutschsprachigen Raum findet der sogenannte „Polytraumaschlüssel“ (PTS) verbreitet Anwendung. Es handelt sich hierbei um einen gemischten, überwiegend anatomischen Score, der Verletzungen in verschiedenen Regionen, das Lebensalter,
das Basendefizit und den Quotienten aus arteriellem Sauerstoffpartialdruck und inspiratorischer Sauerstoffkonzentration berücksichtigt (OESTERN et al. 1985;
OESTERN u. KABUS 1993). Durch Addition der für die verschiedenen Parameter nach einem vorgegebenen Schema vergebenen Punkte ist eine frühe Risikoabschätzung möglich (OESTERN et al. 1985; OESTERN u. KABUS 1994, 1997).
Biochemische Parameter wie beispielsweise Elastase, Neopterin, Kathepsin B, C-reaktives Protein, Antithrombin III, Laktat und bestimmte Zytokine ermöglichen ergänzend zu Klassifizierungen der Verletzungsschwere eine Beurteilung des weiteren klinischen und intensivmedizinischen Verlaufs und die Prognose eines späteren Organversagens (NAST-KOLB 1997). Die Eignung von Scores für die Beurteilung großer Patientengruppen ist nachgewiesen, allerdings bleibt die Einschätzung der individuellen Prognose sehr problematisch (OESTERN u. KABUS 1997).
2.1.4 Schock, SIRS und MODS
Bei Schwerverletzten kommt es unter anderem aufgrund starker Blutungen häufig zu einem Schockgeschehen. Unter dem Begriff „Schock“ versteht man eine unzureichende Durchblutung vitaler Organsysteme unterschiedlicher Ausprägung mit nachfolgender Gewebehypoxie als Ausdruck des Missverhältnisses zwischen Sauerstoffangebot und Sauerstoffbedarf (JANSSENS u. HANRATH 1994).
Lange betrachtete man den Schock ausschließlich als eine Folge eines Traumas.
Inzwischen unterscheidet man aufgrund unterschiedlicher Ursachen wie Blut- oder Flüssigkeitsverlusten mit mangelndem venösen Rückfluss zum Herzen, Störungen der Vasomotorik der Endstrombahn und pathologischem Anstieg der Gefäßkapazität, mangelnder Herzfunktion mit reduziertem Minutenvolumen oder Behinderung der Auswurffunktion des Herzens auch verschiedene Arten des Schocks wie den hypovolämischen Schock, den distributiven Schock (septischen und/oder toxischen Schock, neurogenen und anaphylaktischen Schock), den kardiogenen und den obstruktiven Schock (JANSSENS u. HANRATH 1994).
Bei Traumapatienten kommt es am häufigsten zu einem hypovolämischen Schock aufgrund von Hämorrhagien (hämorrhagischer Schock), sie können jedoch auch einen obstruktiven oder neurogenen Schock erleiden. Häufig entwickelt sich zudem sekundär ein septisches Geschehen bis hin zum septischen Schock. Man spricht bei Polytraumapatienten auch von einem sogenannten traumatisch-hämorrhagischen Schock, dem ein äußerst komplexes multifokales pathophysiologisches Geschehen folgt. Bei dieser Art des Schocks spielen neben dem Blutverlust auch der Weichteil- und Knochenschaden, sowie die Hypoxämie und Massentransfusion für die weiteren pathophysiologischen Abläufe und damit für die spätere Entwicklung von Schockfolgeerkrankungen eine entscheidende Rolle.
Hypovolämie, Gewebeverletzung und Schmerz führen zu einer Erhöhung des Sympathikotonus mit einem Anstieg des Blutdruckes durch erhöhte Herzschlagfrequenz und Kontraktilität des Herzens sowie einer peripheren Vasokonstriktion. Ziel ist, eine adäquate Perfusion der lebensnotwendigen Organe Herz und Gehirn sicherzustellen (Kreislaufzentralisation). Die periphere Vasokonstriktion kann eine Behinderung der Mikrozirkulation und eine Gewebehypoxie verursachen. Die Minderperfusion von Organen wie Lunge, Leber, Niere oder Magen-Darm-Trakt führt zu morphologischen und funktionellen Veränderungen. Früher nannte man diesen Status: „Organ im Schock“. Diese Organdysfunktionen können bei unzureichenden kompensatorischen Mechanismen letztlich im kompletten Versagen dieser Organe enden. Insbesondere eine Ischämie, die zur Schädigung von Zellmembranen und dadurch zur Freisetzung von Enzymen führt und die anschließende Reperfusion, welche die Entstehung freier Sauerstoffradikale begünstigt, sind hierbei wichtige pathogenetische Faktoren (JANSSENS u. HANRATH 1994). Selbst ein rein hypovolämischer Schock kann zur Aktivierung inflammatorischer Mechanismen führen (AYALA et al. 1990;
THIEMERMANN et al. 1993). Trotz adäquater Kompensation des Volumenverlustes kann der Patient an den Folgen der systemischen Aktivierung inflammatorischer Kaskaden sterben, die durch den initialen Insult ausgelöst werden. Des weiteren konnte experimentell gezeigt werden, dass Ratten, die einen hämorrhagischen Schock erlitten haben, trotz Kompensationsmaßnahmen prädisponiert für Infektionen
waren. Eine subletale Bakteriendosis führte bei den Tieren nach Schock zum Tod (ESRIG et al. 1977). Allein die Hämorrhagie ohne Gewebeverletzung führt zur Depression der zellulären Immunität, was die Anfälligkeit für eine Sepsis erhöht (STEPHAN et al. 1987).
Während in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts das Verbluten der limitierende Faktor für das Überleben von Schwerverletzten war, gelang es mit fortschreitender Verbesserung der präklinischen Rettungssysteme und intensivmedizinischen Maßnahmen, insbesondere durch die Volumenersatztherapie, polytraumatisierte Schockpatienten zu stabilisieren. Mit diesem Fortschritt trat jedoch eine Folge von bisher unbekannten Komplikationen auf. Viele Patienten, die das primäre Trauma überlebten, verstarben an auftretenden Folgeerkrankungen wie schweren Beeinträchtigungen der Nieren- und Lungenfunktion (sogenanntes ARDS: „Acute Respiratory Distress Syndrome“). Durch weitere intensivmedizinische Behandlungsfortschritte gelang es, die Letalität der an ARDS erkrankten Patienten zu senken. Gleichzeit rückten Schädigungen weiterer Organsysteme in den Vordergrund. Dieses in den 70er Jahren aufgetretene Syndrom wurde Multiorganversagen, kurz MOV genannt (BAUE 1975). Eine wichtige Rolle bei der Entwicklung eines MOV spielt die unkontrollierte Aktivierung des Immunsystems.
Hämorrhagischer Schock, Ischämie und Reperfusion, Gewebe- und Organschäden führen zu lokalen Abwehrreaktionen mit dem Ziel, den Schaden zu beheben. Durch Freisetzung von Mediatoren werden weitere Immunzellen an den betroffenen Ort gelockt. Gelingt es ihnen nicht, den Schaden ausreichend zu begrenzen, so kommt es zu einer massiven systemischen Mediatorfreisetzung mit der Folge einer systemischen Entzündungsreaktion, dem sogenannten „Systemic Inflammatory Response Syndrome“ (SIRS). Die genaue Definition des SIRS, die sich an den Parametern Körpertemperatur, Herzfrequenz, Atemfrequenz und Leukozytenzahl orientiert (BONE et al. 1992), ist in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3: Definition des SIRS (BONE et al. 1992)
> 38°C oder
< 36°C
Herzfrequenz > 90 Schläge pro Minute
> 20 Atemzüge pro Minute oder
arterieller Kohlenstoffpartialdruck < 4,3 kPa
> 12 000 pro mm³ oder
< 4 000 pro mm³ oder
10% der Leukozyten bestehen aus unreifen Formen Körpertemperatur
Atemfrequenz
Leukozytenzahl
Ein SIRS liegt vor, wenn mindestens zwei der folgenden Symptome vorhanden sind:
Das SIRS begünstigt die Entstehung eines MOV. Der Begriff Multiorganversagen wurde 1991 durch den Begriff „Multiple Organ Dysfunction Syndrome“ (MODS) ersetzt, um das Kontinuum der Organdysfunktionen im Zeitverlauf zu beschreiben und den multiplen progressiven Symptomen, die pathogenetisch zueinander in Beziehung stehen, Rechnung tragen (BONE et al. 1992).
Bei der Entwicklung eines Multiorganversagens kommt dem Intestinaltrakt eine große Bedeutung zu, da es durch schockbedingte Störung der Darmbarriere zu einem Übertritt von Bakterien und Endotoxin aus dem Darm in die interstitiellen Lymphbahnen und den portalen Kreislauf kommen kann. Endotoxin aktiviert die hepatischen Kupffer-Zellen, diese setzen proinflammatorische Zytokine frei, was wiederum zur Exazerbation der systemischen Entzündungsreaktion führen kann.
Im posttraumatischen Verlauf folgt der systemischen Entzündungsreaktion (SIRS) als Ausdruck eines negativen Feedbackmechanismus, der die Ganzkörperinflammation kontrolllieren soll, eine Phase der Immunsuppression. Diese überschießende antiinflammatorische Reaktion des Körpers (CARS: „Compensatory Anti- inflammatory Response Syndrome“) begünstigt wiederum durch Erhöhung der Anfälligkeit auf Infektionen die Entstehung eines Multiorganversagens. In Abbildung 1 ist diese Dysfunktion der inflammatorischen Antwort nach schwerem Trauma im Zeitverlauf und das damit verbundene Risiko der Entstehung eines MODS schematisch dargestellt.
Abbildung 1: Immunologischer Status und Möglichkeiten der Entwicklung eines MODS nach einem Trauma im Zeitverlauf; SIRS = Systemic Inflammatory Response Syndrome, MODS = Multiple Organ Dysfunction Syndrome (modifiziert nach STAHEL u. ERTEL 2004a)
2.2 Schädelhirntrauma 2.2.1 Definition
Unter dem Begriff „Schädelhirntrauma“ (SHT) versteht man eine durch äußere Gewalteinwirkung entstandene strukturelle Verletzung des Schädels und/oder des Gehirns mit oder ohne nachweisbare Hirnfunktionsstörung (FIRSCHING 2005).
2.2.2 Epidemiologie
Jährlich werden rund 200-220 pro 100.000 Einwohner wegen eines Schädelhirntraumas hospitalisiert. Etwa 80% der Schädelhirntraumapatienten erleiden ein leichtes und jeweils 10% ein mäßiges bzw. schweres SHT. Schwere Schädelhirntraumata sind zu 50% mit weiteren Verletzungen kombiniert (IMHOF 2004).
Wie aus mehreren Studien hervorgeht, zählt der Kopf neben den Extremitäten und dem Thorax zu den drei am häufigsten verletzten Körperregionen (WELKERLING et al. 1991; REGEL et al. 1993; BARDENHEUER et al. 2000). Das Schädelhirntrauma kommt bei Polytraumapatienten je nach Studie mit einer Häufigkeit von 39,2% bis 69% vor (WELKERLING et al. 1991; REGEL et al. 1993; BARDENHEUER et al.
2000). Es ist die führende Verletzungskombination zusammen mit Verletzungen des knöchernen Bewegungsapparates (WELKERLING et al. 1991; REGEL et al. 1993).
Das Schädelhirntrauma beeinflusst sowohl die Frühletalität als auch die Gesamtklinikletalität. So erlitten in einer Untersuchung 51,7% der innerhalb von 24 Stunden verstorbenen Patienten ein Schädelhirntrauma (BARDENHEUER et al.
2000).
In einer Studie des Universitätsklinikums Essen konnte anhand von 1361 Polytraumapatienten gezeigt werden, dass die Letalität aufgrund von Multiorganversagen beim untersuchten Patientenkollektiv der Jahre 1975-1980 im Vergleich mit den Jahren 1998-1999 signifikant von 18,0% auf 4,1% abnahm, während die Mortalität aufgrund von schwerem Schädelhirntrauma mit 8,2% bzw.
9,0% unverändert blieb. Die Gesamtmortalität nahm in diesem Zeitraum signifikant von 28,7% auf 13,9% ab. Aus dieser Studie geht hervor, dass das schwere Schädelhirntrauma derzeit die Haupttodesursache bei auf die Intensivstation eingelieferten polytraumatisierten Patienten darstellt (NAST-KOLB et al. 2001).
Schädigungen weiterer Organe oder Verletzungen der Extremitäten und die Entstehung eines Schockgeschehens zusätzlich zu einem Schädelhirntrauma erhöhen das Letalitätssrisiko erheblich. So konnte in einer Studie gezeigt werden, dass die Sterblichkeitsrate schädelhirnverletzter Patienten durch einen zusätzlichen hypovolämischen Schock von 12,8% auf 62,1% erhöht war (SIEGEL et al. 1991).
2.2.3 Klassifikation des Schädelhirntraumas
Die klassische Beurteilung eines Schädelhirntraumas erfolgt anhand klinischer und pathomorphologischer Befunde. Dabei wird zwischen einer Commotio cerebri (Gehirnerschütterung), einer Contusio cerebri (Gehirnprellung) und einer Compressio cerebri (Gehirnquetschung) unterschieden. Man versteht heute unter einer Commotio
cerebri eine traumatisch bedingte reversible funktionelle Störung des Gehirns meist ohne morphologisch fassbare Veränderungen, während eine Contusio cerebri eine nachweisbare morphologische Schädigung des Gehirns in Form von Prellungsherden darstellt.
Ein weiteres Kriterium, anhand dessen man ein Schädelhirntrauma klassifizieren kann, stellt die Dura mater dar. Ist sie intakt, so spricht man von einer gedeckten oder geschlossenen Schädelhirnverletzung. Im Gegensatz dazu besteht bei einem offenen SHT eine Verbindung zwischen intra- und extrakraniellem Raum. Diese Unterteilung ist insofern wichtig, da eine unverletzte Dura mater des gedeckten Schädelhirntraumas weitgehend Schutz gegenüber Infektionen des Gehirns gewährleistet, während es bei offenen Verletzungen leicht zu lebensbedrohlichen entzündlichen intrakraniellen Komplikationen kommen kann (LOEW u. HERRMANN 1966).
Allerdings ist der Schweregrad der Verletzung ebenfalls ein entscheidender prognostischer Faktor. Bei der Einteilung der gedeckten traumatischen Hirnschädigungen nach TÖNNIS und LOEW in drei Kategorien, die von BUES auf vier Schweregrade erweitert wurde, beurteilt man sowohl die Dauer der Bewusstlosigkeit als auch die Dauer der objektivierbaren psychischen Beeinträchtigung und der neurologischen Ausfälle und/oder der objektivierbaren vegetativen Fehlregulationen. Anhand dieser Bewertung kann die Hirnschädigung entsprechend Tabelle 4 eingeteilt werden. Da nicht immer alle aufgeführten möglichen Ausfälle vorhanden sind, bestimmt das schwerste und am längsten anhaltende Symptom die Einstufung in den entsprechenden Schweregrad (zitiert nach LOEW u. HERRMANN 1966).
Tabelle 4: Einteilung der gedeckten traumatischen Hirnschädigungen nach TÖNNIS und LOEW, modifiziert nach BUES (zitiert nach LOEW u. HERRMANN 1966)
Schw e re gra d I II III IV
Be w usstlosigke it 0 bis 1 Stunde 0 bis 24 Stunden bis 1 W oche über 1 W oche obje ktivie rba re psychische
Be einträ chtigung bis zum 4. Tag bis zur 3. W oche über die 3. W oche hinaus bleibend bis zum 4.Tag bis zur 3. W oche
ne urologische Ausfä lle und/ode r obje ktivie rba re ve ge ta tive Fehlregula tione n
schwere bleibende neurologische Ausfälle neurologische Ausfälle
über die 3. W oche hinaus
Ein großer Nachteil ist, dass die Bestimmung des Schweregrades der Schädelhirnverletzung nur retrospektiv möglich ist. Für die Beurteilung des aktuellen Zustandes eines hirntraumatisierten Patienten eignet sich die von TEASDALE und JENNETT (1974, 1976) entwickelte „Glasgow Coma Scale“ (GCS). Bei dieser international anerkannten Skala zur Abschätzung der Bewusstseinslage eines Patienten, werden drei leicht zu erhebende Kriterien (Augenöffnen, sprachliche Antwort und motorische Reaktion), wie in Tabelle 5 dargestellt, mit Punkten bewertet, so dass sich eine Skala von 3 bis 15 ergibt, wobei die niedrigste Punktzahl (3 Punkte) der schwersten Beeinträchtigung entspricht. Die erhaltenen GCS-Punkte ermöglichen wiederum eine Einteilung des Schädelhirntraumas in drei verschiedene Schweregrade (Tabelle 6).
Tabelle 5: Bewertungsschema im Rahmen der Glasgow Coma Scale nach TEASDALE und JENNETT (1974, 1976)
zu bewertendes Merkmal mögliche Punktzahl
Augenöffnen 1 - 4
beste verbale Kommunikation 1 - 5
beste motorische Reaktion 1 - 6
Tabelle 6: Einteilung des Schädelhirntraumas anhand der Glasgow Coma Scale
Grad des Schädelhirntraumas GCS-Punkte
schwer 3 - 8
mittelschwer 9 - 12
leicht 13 - 15
2.2.4 Primäre und sekundäre Hirnschäden
Eine Schädelhirnverletzung lässt sich anhand pathophysiologischer Prozesse in primäre und sekundäre Hirnschäden unterteilen. Zum primären Hirnschaden zählen die strukturellen Gewebeschädigungen, die im Augenblick des Traumas durch die äußere mechanische Gewalteinwirkung entstehen. Diese Veränderungen sind irreversibel und nicht therapierbar. Betroffen sein können sowohl Nervenzellen als auch Gliazellen und Blutgefäße.
Durch Kontakteffekte (direkte Gewalteinwirkung) entstehen hauptsächlich fokale Gewebeverletzungen wie Frakturen, Gefäßverletzungen, Kontusionen,
Kompressionen oder Lazerationen. Außerdem führen Beschleunigungen des Kopfes (indirekte Gewalteinwirkung) durch auftretende Scherkräfte vor allem zu diffusen Schäden, sowohl axonaler (sogenannte „DAI“: Diffuse Axonal Injury) als auch vaskulärer Natur. Zudem können auf der kontralateralen Seite Verletzungen in Form eines „Contrecoups“ entstehen.
Die sekundären Hirnschäden stellen als Folge der primären Läsion eine Schädigung durch nachfolgend ausgelöste metabolisch-hämodynamische Kaskaden dar und entwickeln sich im Laufe von Stunden, Tagen oder Wochen nach dem Trauma.
Hierzu gehören sowohl intrakranielle raumfordernde Prozesse wie beispielsweise Hämatome oder die Entstehung eines Hirnödems, sowie die daraus resultierende Ischämie mit nachfolgenden metabolischen Veränderungen auf zellular-molekularer Ebene (BERGER et al. 1985). Diese sekundären pathologische Veränderungen beeinträchtigen die homöostatische Funktion des endogenen neurochemischen Systems des Gehirns. Als Hauptursachen für die entstehenden Zellschädigungen sind Hypotonie, Hypoxie und Ischämie zu nennen (SINGBARTL 1985; BOUMA et al.
1991; CHESNUT et al. 1993b). Eine verminderte Hirndurchblutung führt zu einer unzureichenden Versorgung des Gehirns mit Energie und Substraten und zur Ansammlung von Abfallprodukten. Energieabhängige Prozesse versagen, Ionengradienten können nicht mehr aufrecht erhalten werden.
Die pathologischen Mechanismen beruhen vor allem auf Ionenverschiebungen und der Freisetzung exzitatorischer Aminosäuren (wie Glutamat oder Aspartat) und freier Sauerstoffradikale, die sich in einem Circulus vitiosus gegenseitig beeinflussen. Bei Hypoxie freigesetzte Neurotransmitter initiieren eine Reaktionskaskade, die zu einem Absterben von Neuronen führen kann (ROTHMAN 1984). Man spricht in diesem Zusammenhang auch von „exzitotoxischen Aminosäuren“. Sie führen zu massiven Ionenflüssen, welche eine Zellschwellung verursachen, die mit einer osmotischen Zelllyse enden kann (ROTHMAN 1985; KATAYAMA et al. 1990b). Patienten mit schweren Kopfverletzungen sind noch Tage nach der Verletzung hohen Konzentrationen neurotoxischer Aminosäuren ausgesetzt (BAKER et al. 1993).
Außerdem konnte ein Zusammenhang zwischen dem Ausmaß der Glutamatfreisetzung im verletzten Gehirn und der Schwere des Insults festgestellt
werden (BAETHMANN et al. 1989; FADEN et al. 1989). Traumatisch bedingte große Kalium-Ströme in den Extrazellularraum führen zu weiterer Freisetzung exzitatorischer Aminosäuren (KATAYAMA et al. 1990a).
Auch die Erhöhung des intrazellulären Kalziumspiegels ist von entscheidender Bedeutung. Sie führt über Enzymaktivierungen und die folgende Schädigung von Zellmembranen zum Zelltod und zur Freisetzung vesikulär gespeicherten Glutamats.
Ferner kommt es durch die geschädigten Zellmembranen zur Freisetzung von Arachidonsäure und durch weiteren Abbau zur Bildung von freien Sauerstoffradikalen. Diese hochreaktiven Substanzen haben den neuronalen Zelltod zur Folge bzw. führen wieder zur Freisetzung exzitatorischer Aminosäuren, welche eine weitere Erhöhung des intrazellulären Kalziumspiegels verursachen (PELLEGRINI-GIAMPIETRO et al. 1990), wobei die Kalziumfreisetzung aus intrazellulären Speichern eine essentielle Rolle bei der Entwicklung des glutamatinduzierten Neuronenschadens spielt (FRANDSEN u. SCHOUSBOE 1991).
Da durch den Sauerstoffmangel im Gehirn nicht mehr ausreichend ATP (Adenosintriphosphat) durch oxidative Phosphorylierung in den Mitochondrien gebildet werden kann, sondern nur noch durch anaerobe Glykolyse im Zytoplasma, kommt es außerdem durch Laktatanreicherung zu einer intrazellulären Azidose.
Außerdem wird durch das Trauma eine Kaskade von Entzündungs- und Immunmediatoren freigesetzt, die den Hirnschaden potenzieren.
2.2.5 Reaktive Gliose
Die reaktive Gliose oder Gliareaktion ist im Wesentlichen durch eine Hypertrophie und Hyperplasie von Astrozyten und eine Vermehrung von Mikrogliazellen in der geschädigten Gehirnregion gekennzeichnet. Sie stellt im Zentralnervensystem das morphologische Korrelat reparativer Prozesse nach Gewebedestruktion dar. Eine Gliareaktion kann durch verschiedene Ursachen ausgelöst werden wie beispielsweise durch traumatische Einwirkungen. Insbesondere reaktive Astrozyten tragen in der Phase der Gewebereparation nach traumatischer Hirnschädigung durch Vermehrung ihrer Filamente zur Ausbildung einer irreversiblen gliösen Narbe bei. Die Funktion der Gliareaktion wird in der Literatur kontrovers diskutiert. Ihr werden
sowohl negative als auch positive Effekte auf das verletzte Gehirn zugesprochen. So kann sie einerseits die neuronale Regeneration behindern (WINDLE 1956; RUDGE u. SILVER 1990; WILHELMSSON et al. 2004) und zu einer Verzögerung der Produktion von Myelinmembranen führen (BLAKEMORE et al. 1995). Andererseits werden die nicht geschädigten Zellen in den angrenzenden Regionen durch eine Barriere von Gliazellen vor neurotoxischen Faktoren und folgenden Sekundärschäden geschützt. Außerdem werden von reaktiver Astroglia neurotrophische Faktoren freigesetzt, welche das Neuronenwachstum fördern, während von der Mikroglia stammende Neurotoxine für die Behinderung der neuronalen Regeneration verantwortlich gemacht werden (GIULIAN 1993; GIULIAN et al. 1993). Bei der Reaktion der Gliazellen auf eine Hirnschädigung sind neben anderen Mediatoren auch Zytokine beteiligt (GIULIAN et al. 1994), die sowohl auf die Gliazellen einwirken als auch von ihnen gebildet werden können.
2.3 Tierexperimentelle Modelle
2.3.1 Experimentelles Schädelhirntrauma
Entsprechend der unterschiedlichen Schädigungsursachen wie die direkte oder indirekte Gewalteinwirkung auf den Schädel bzw. das Gehirn, wurden verschiedene tierexperimentelle Schädelhirntrauma-Modelle etabliert. Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen:
- „Impact-Acceleration“-Modellen, - „Inertial-Acceleration“-Modellen und - „Direct-Brain-Deformation“-Modellen.
Bei den „Impact-Acceleration“-Modellen wird ein Beschleunigungstrauma durch direkte Gewalteinwirkung auf den Schädel erreicht, wie es beim „Weight-Drop“- Modell der Fall ist (SHAPIRA et al. 1988; MARMAROU et al. 1994; CHEN et al.
1996). Hierbei wird das Schädelhirntrauma ausgelöst, indem ein definiertes Gewicht aus einer bestimmten Höhe auf den Schädel trifft. Der Schweregrad der Verletzung kann hierbei durch Variieren der Fallhöhe bzw. des Gewichtes verändert werden.
Die „Inertial-Acceleration“-Modelle lösen das Trauma lediglich durch Beschleunigung des Kopfes ohne Aufprall aus (OMMAYA et al. 1966; GENNARELLI
et al. 1982; ROSS et al. 1994). Hierbei wird durch eine definierte Rotationsbeschleunigung des auf der Versuchsvorrichtung fixierten Tieres der Hirnschaden produziert.
Bei den „Direct-Brain-Deformation“-Modellen kommt es über eine Kraniotomie zu einer direkten Einwirkung auf die Dura mater und somit zu einer Komprimierung des Cortex cerebri ohne zwischengeschaltete energieabsorbierende Strukturen. Hierzu zählt das „Fluid-Percussion“-Modell (RINDER 1969; SULLIVAN et al. 1976;
MCINTOSH et al. 1987, 1989; DIXON et al. 1988; CARBONELL u. GRADY 1999), bei dem nach Trepanation der Schädeldecke die Verletzung durch eine impulsartige Injektion physiologischer Kochsalzlösung auf die intakte Duraoberfläche ausgelöst wird. Diese hydraulisch induzierte Druckwelle breitet sich von der Injektionsstelle konzentrisch im Epiduralraum aus und führt lokal zu einer Gehirnprellung. Die Schwere des Traumas kann durch Variieren der Dauer und der Höhe des Flüssigkeitsdruckes, der auf das Gehirn appliziert wird, modifiziert werden.
Ebenfalls ein „Direct-Brain-Deformation“-Modell ist das „Rigid-Indentation“-Modell, auch „Controlled-Cortical-Impact“-Modell genannt, das in dieser Studie Verwendung fand. Es wurde an einem Frettchenmodell entwickelt und später auf Ratte und Maus übertragen (LIGHTHALL 1988; DIXON et al. 1991; SMITH et al. 1995). Hierbei löst ein pneumatisch angetriebener „Impactor“ (Schusskolben), der auf die durch Trepanation freigelegte intakte Duraoberfläche trifft, das Trauma aus. Durch Veränderung der Eindringtiefe und -dauer und der Aufschlaggeschwindigkeit kann die Schwere des Traumas variiert werden. Dieses Modell wird in Kapitel 4.3.2.1 detailliert beschrieben.
2.3.2 Frakturmodelle und experimenteller hämorrhagischer Schock
An vielen Spezies wurden Frakturmodelle für verschiedene Brucharten an unterschiedlichen Knochen, im Wesentlichen der Extremitäten, aber auch der Rippen, entwickelt (GREIFF 1978;BONNARENS u. EINHORN 1984). So kann eine Fraktur beispielsweise durch 3-Punkt-Biegung mit Hilfe einer Zange oder mittels einer Art Guillotine ausgelöst werden (HILTUNEN et al. 1993; OTTO et al. 1995). Die meisten Modelle dienen der Untersuchung der Frakturheilung und deren
Komplikationen als auch der Entwicklung und Bewertung verschiedener Osteosyntheseverfahren. Es existieren jedoch auch Frakturmodelle für bestimmte Fragestellungen der Unfallchirurgie, bei denen primär die Auswirkungen der Fraktur auf den Organismus untersucht werden, beispielsweise ob eine Fraktur das durch einen hämorrhagischen Schock beeinträchtigte Immunsystem noch weiter beeinflusst (WICHMANN et al. 1996).
Um experimentell einen hämorrhagischen Schock auszulösen, wurden ebenfalls verschiedene Modelle an unterschiedlichen Spezies etabliert. Im Wesentlichen unterscheidet man zwischen unkontrollierten und druck- bzw. volumenkontrollierten Schockmodellen. Ein unkontrollierter hämorrhagischer Schock wird durch eine chirurgisch nicht kontrollierte Blutung ausgelöst. Wichtig ist hierbei, dass die Blutung über eine messbare Zeitspanne anhält, dabei ein signifikantes Blutvolumen verloren wird und die Blutung spontan endet (MILLES et al. 1966). Bei dem druckkontrollierten Schockmodell wird die zu entziehende Blutmenge über den Blutdruck reguliert. Dem Tier wird so viel Blut abgenommen, bis ein definierter mittlerer arterieller Druck (MAD) erreicht ist. Dieser wird dann bis zur Substitution für eine bestimmte Zeitspanne aufrechterhalten (WIGGERS et al. 1950). Das volumenkontrollierte Schockmodell funktioniert analog, nur wird statt des MAD das abzunehmende Blutvolumen zur Kontrolle herangezogen. Über das Körpergewicht des Tieres wird sein Gesamtblutvolumen errechnet und ein definierter Teil dieses Blutvolumens abgenommen (COLLINS et al. 1969).
Um die klinische Situation der Hämorrhagie durch ein Trauma zu simulieren, werden die genannten Schockmodelle mit unterschiedlichen Traumata wie etwa einer Laparotomie oder Frakturen an langen Röhrenknochen kombiniert (WICHMANN et al. 1996). Da insbesondere die Femurfraktur beim Menschen mit einem starken Blutverlust einhergeht, soll der experimentelle hämorrhagische Schock, der mit einer Femurfraktur kombiniert wird, in erster Linie diesen Blutverlust nachahmen. In der vorliegenden Studie fand eine Kombination aus volumenkontrolliertem
hämorrhagischen Schock und einer geschlossenen Fraktur des Femurs Anwendung.
Die Methoden werden in Kapitel 4.3.2.2 detailliert beschrieben.
2.4 Leukozyten
Die Zellen des Immunsystems haben ihren Ursprung im Knochenmark. Während die myeloiden Vorläuferzellen Vorstufen der Granulozyten und Makrophagen darstellen, welche für die angeborene Immunantwort verantwortlich sind, gehen aus den allgemeinen lymphatischen Vorläuferzellen die Lymphozyten hervor, die hauptsächlich zum adaptiven Immunsystem gehören.
2.4.1 Neutrophile Granulozyten
Neutrophile Granulozyten (PMN: „polymorphnuclear leukocytes“) sind hochspezialisierte, kurzlebige Phagozyten, die als primäre Effektorzellen bei akuten Entzündungen im Vordergrund stehen. Sie besitzen einen lobulierten Zellkern und unterschiedliche Arten von Granula, im Wesentlichen azurophile (primäre) und spezifische (sekundäre) Granula (HOLLÄNDER et al. 2006). Diese spielen eine wichtige Rolle bei dem Lysieren von körperfremden Stoffen. Die Funktionen der PMN sind vielfältig. Sie sind zu einer gerichteten Auswanderung an den Ort der Entzündung (Chemotaxis), zur Migration aus der Blutbahn in das Gewebe und zur gezielten Aktivierung ihrer Effektorfunktionen befähigt, wobei die verschiedenen Reaktionen von bestimmten Oberflächenmolekülen vermittelt werden. PMN stellen somit eine der wichtigsten Komponenten des unspezifischen Immunsystems dar (GRISWOLD u. MAIER 1988).
Auch wenn keine mikrobiellen Organismen anwesend sind, kommt es zum Beispiel durch Ischämie und Reperfusion, welche unter anderem durch ein traumatisches Ereignis oder einen Schock entstehen, zu den gleichen Mechanismen. Chemotaxine, die während der Reperfusionsphase von Endothelzellen und Gewebsmakrophagen gebildet werden, locken die PMN an. Nach Ischämie und Reperfusion nimmt die Anzahl neutrophiler Granulozyten auch im nicht betroffenen Gewebe zu (GRISHAM et al. 1986). PMN spielen eine Schlüsselrolle bei der Entstehung des sekundären
Gewebeschadens nach Ischämie und Reperfusion, einschließlich des SIRS und des MODS (KORTHUIS et al. 1988; VEDDER et al. 1989; FUJISHIMA u. AIKAWA 1995).
2.4.2 Lymphozyten
Lymphozyten umfassen zahlreiche funktionelle Subpopulationen, die sich voneinander durch die Expression ihrer jeweiligen Zelloberflächenproteine unterscheiden. So lassen sich die beiden Hauptgruppen, die B-Lymphozyten der humoralen Immunität und die T-Lymphozyten der zellulären Immunität durch Antikörper gegen die konstanten Regionen ihrer Antigenrezeptoren eindeutig identifizieren und voneinander abtrennen (JANEWAY et al. 1997b).
2.4.2.1 T-Lymphozyten
T-Lymphozyten erhielten ihren Namen aufgrund des Thymus als Reifungsort, im Gegensatz zu B-Zellen, die im Knochenmark (bone marrow) reifen. Aufgrund der Expression der Corezeptorproteine CD4 und CD8 kann man T-Zellen noch weiter unterteilen. Die Bezeichnung CD steht für „cluster of differentiation“
(Differenzierungscluster) und bezeichnet mit der entsprechenden Zahl die Gruppe monoklonaler Antikörper, die dasselbe Zelloberflächenmolekül erkennen.
Die zwei Hauptsubpopulationen der T-Lymphozyten stellen die T-Helfer-Zellen (CD4+-T-Zellen) und die zytotoxischen T-Zellen (CD8+-T-Zellen) dar. Sie erkennen ihre Zielzellen aufgrund an spezielle Proteine gebundener fremder Peptidfragmente, die an der Oberfläche von infizierten Wirtszellen präsentiert werden. Die Moleküle, die den T-Lymphozyten die Peptidantigene präsentieren, sind membrangebundene Glykoproteine, die von einer Gruppe von Genen, dem Haupthistokompatibilitätskomplex (major histocompatibility complex, MHC), codiert werden. Man kennt zwei Klassen von MHC-Molekülen (I und II). MHC-I-Moleküle werden von CD8+-T-Zellen erkannt, MHC-II-Moleküle von CD4+-T-Zellen. Sobald aktivierte T-Lymphozyten ihre Ziele erkennen, werden sie zur Freisetzung verschiedener Effektormoleküle angeregt, die sowohl die Zielzellen direkt beeinflussen, als auch weitere Effektorzellen hinzuziehen (JANEWAY et al. 1997e).
Für die Aktivierung naiver T-Zellen zu bewaffneten Effektorzellen wird neben der
Erkennung des MHC-gebundenen fremden Peptidfragments gleichzeitig ein costimulierendes Signal von einer spezialisierten antigenpräsentierenden Zelle (Makrophagen, dendritische Zellen oder B-Zellen) benötigt.
2.4.2.1.1 T-Helfer-Zellen
T-Helfer-Zellen (TH- oder CD4+-T-Zellen) kann man aufgrund der verschiedenen von ihnen gebildeten Zytokine und der entsprechenden unterschiedlichen Effektorfunktionen in Subpopulationen unterteilen: TH1- und TH2-Zellen (TADA et al.
1978; MOSMANN et al. 1986; ABBAS et al. 1996). Die unterschiedlichen Zytokinmuster sind in Tabelle 7 dargestellt.
Tabelle 7: Charakteristische Zytokinmuster der TH1- und TH2-Zellen. IL = Interleukin, IFN = Interferon, TNF = Tumornekrosefaktor, GM-CSF = granulocyte-macrophage-colony- stimulating factor
TH1-Zellen IL-2, IFN-γ, TNF-
β
TH2-Zellen IL-4, IL-5, IL-6, IL-13 IL-3, TNF-α, GM-CSF Charakteristisches Zytokinmuster
Die von jeder CD4+-T-Zell-Subpopulation gebildeten Zytokine dienen zum Teil als eigene autokrine Wachstumsfaktoren und fördern die Differenzierung zur eigenen Subpopulation (LICHTMAN et al. 1987; TORRES et al. 2004). Außerdem regulieren sie die Aktivität und Entwicklung der jeweils anderen Population (GAJEWSKI et al.
1989;FITCH et al. 1993), so dass sich die Immunantwort immer nur in eine Richtung entwickelt (ABBAS et al. 1996).
TH2-Zellen sind essentiell für eine effektive humorale Immunreaktion (KILLAR et al.
1987; BOOM et al. 1988; BOTTOMLY 1988), indem sie B-Lymphozyten aktivieren und die Produktion spezifischer Antikörper induzieren, während TH1-Zellen in erster Linie zur zellvermittelten Immunität führen. Sie aktivieren Makrophagen, locken sie an den Infektionsherd und stimulieren die Phagozytose (STOUT u. BOTTOMLY 1989). Außer den TH1- und TH2-Zellen gibt es noch eine weitere CD4+-T-Zell- Subpopulation (TH0-Zellen), die als Vorläuferzellen der TH1- und TH2-Zellen ein uneingeschränktes Zytokinmuster aufweisen (FIRESTEIN et al. 1989; STREET et al.
1990).
2.4.2.1.2 Zytotoxische T-Zellen
Zytotoxische T-Zellen (CD8+-T-Zellen) sind wichtig für die Verteidigung gegen zytosolische Krankheitserreger. Naive CD8+-T-Zellen benötigen, um sich zu bewaffneten Effektorzellen zu entwickeln, eine stärkere Costimulierung als naive CD4+-T-Zellen. Dies wird entweder durch antigenpräsentierende Zellen mit starken costimulierenden Eigenschaften (dendritische Zellen) erreicht oder durch Anwesenheit von CD4+-T-Zellen, welche die unzureichende Costimulierung ergänzen (JANEWAY et al. 1997c).
Aktivierte CD8+-T-Zellen töten im Allgemeinen alle Zellen, die den spezifischen Komplex aus Peptid und MHC-I-Protein präsentieren. Haupteffektoren der zytotoxischen T-Zellen sind in speziellen lytischen Granula gespeicherte Zytotoxine:
Perforin (Zytolysin) und Granzyme (SHIVER et al. 1992; SQUIER u. COHEN 1994).
.Sie können in jeder Zielzelle einen programmierten Zelltod (Apoptose) auslösen.
Aufgrund ihrer unspezifischen Wirkung ist die kontrollierte Freisetzung der Zytotoxine unabdingbar. Zu einem zweiten Zytotoxizitätsmechanismus, der jedoch nur eine untergeordnete Rolle spielt, trägt ein membranassoziiertes Molekül, der sogenannte Fas-Ligand, bei (KAGI et al. 1996). Er kann bei Zielzellen, die den entsprechenden Rezeptor besitzen, den programmierten Zelltod auslösen.
CD8+-T-Zellen können außerdem Zytokine freisetzen, die über spezifische Rezeptoren auf ihre Zielzellen wirken. Eine besondere Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang dem Interferon-γ (IFN-γ) zu, das durch Steigerung der Expression von MHC-I-Molekülen in infizierten Zellen die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass diese für zytotoxische Angriffe erkannt werden. Außerdem aktiviert es Makrophagen und lockt sie zu den Infektionsherden.
2.4.2.2 Natürliche Killerzellen
Natürliche Killerzellen (NK-Zellen) sind große lymphatische Zellen mit einem großen Gehalt an zellulären Granula. Zur Identifizierung und Isolierung kann das für NK-Zellen charakteristische Oberflächenantigen CD56 verwendet werden. NK-Zellen tragen keine antigenspezifischen Rezeptoren. Ursprünglich wurden sie aufgrund ihrer „natürlichen“ Fähigkeit, bestimmte Tumorzellen abzutöten („natural killing“),
entdeckt. Inzwischen ist allerdings ihre wichtige Rolle bei der angeborenen Immunität gegen Viren und andere intrazelluläre Krankheitserreger bekannt.
Außerdem zerstören sie Zielzellen mittels antikörperabhängiger zellvermittelter Zytotoxizität (antibody-dependent cellular cytotoxicity, ADCC). Diese wird ausgelöst, wenn spezifische Rezeptoren an die mit Immunglobulin-G-Antikörpern behafteten Zielzellen binden. Die Tötungsmechanismen über die Freisetzung der Zytotoxine Perforin und Granzyme entsprechen denen der zytotoxischen T-Zellen (KAGI et al.
1996).
Im Zusammenhang mit der präadaptiven Immunität kontrollieren NK-Zellen einige Infektionen unter anderem durch IFN-γ-Produktion, bevor T-Zellen dazu imstande sind. NK-Zellen können dabei selektiv infizierte Zellen, Zellen mit einem niedrigen Gehalt an MHC-I-Molekülen, töten. Dies wird über zwei Oberflächenrezeptoren auf den NK-Zellen vermittelt. Einer davon aktiviert durch Erkennung von Kohlenhydraten auf körpereigenen Zellen die NK-Zellen zum Abtöten dieser Zellen. Die zweite Rezeptorgruppe verhindert, dass die Zellen abgetötet werden, wenn sie MHC-I- Moleküle auf den Zellen erkennt. Dies führt dazu, dass nur infizierte Zellen, bei denen die Expression der MHC-I-Moleküle behindert oder deren Konformation verändert ist, abgetötet werden (JANEWAY et al. 1997f).
2.5 Überempfindlichkeitsreaktion vom verzögerten Typ (Typ-IV-Reaktion) Hypersensibilitätsreaktionen wurden von GELL und COOMBS (1963) in vier verschiedene Typen eingeteilt, von denen die Typen I bis III antikörpervermittelte Sofortreaktionen darstellen, während die Typ-IV-Reaktion von T-Zellen vermittelt wird und erst 24 bis 48 Stunden nach Zweitantigenkontakt einsetzt (Überempfindlichkeitsreaktion vom verzögerten Typ). Die Hypersensibilitätsreaktion vom Typ IV kann durch verschiedene Antigene ausgelöst werden. So wird sie beispielsweise durch Proteine von Mykobakterien wie Tuberkulin oder Lepromin oder Insektengifte hervorgerufen, aber auch durch Metallionen wie Nickel oder Chromat oder durch Haptene wie beispielsweise DNFB (2,4-Dinitrofluorobenzen). Da das Antigen in den letzteren Fällen durch Kontakt mit der Haut aufgenommen wird, nennt man die Reaktion in diesem Zusammenhang auch Kontaktallergie oder
Kontakthypersensibilität. Die durch das Allergen ausgelöste lokale Entzündungsreaktion wird durch TH1-Zellen vermittelt. Sie erkennen Peptid:MHC- Klasse-II-Komplexe auf antigenpräsentierenden Zellen, woraufhin sie Zytokine freisetzen und damit weitere Abwehrzellen, hauptsächlich Makrophagen, anlocken.
Zytokine wie IL-3 und GM-CSF regen außerdem die Produktion von Makrophagen an, und TNF-α und IFN-γ erhöhen ihre Aktivität. TNF-α und TNF-β wirken ferner auf die lokalen Blutgefäße ein. Die lokal erhöhte Gefäßpermeabilität bewirkt eine Ansammlung von Flüssigkeit und Proteinen. An der Überempfindlichkeitsreaktion vom verzögerten Typ können allerdings auch CD8+-T-Zellen beteiligt sein. Sie führen hauptsächlich durch zellvermittelte Zytotoxizität zu Gewebeschäden (JANEWAY et al. 1997a).
In tierexperimentellen Studien kann man sich die Kontakthypersensibilitätsreaktion zunutze machen, um den Immunstatus der Versuchstiere quantitativ zu erfassen. Die Tiere werden hierzu mit DNFB am Rücken sensibilisiert. Die Zunahme der Ohrdicke 24 Stunden nach erneutem Antigenkontakt (Challenge) am Ohr ist dabei ein Maß für die Immunreaktion (PHANUPHAK et al. 1974).
2.6 Zytokine
Zytokine sind kleine lösliche Proteine, die von einer Zelle gebildet werden und das Verhalten oder die Eigenschaften dieser oder einer anderen Zelle verändern. Sie werden von vielen Zellen, nicht nur denen des Immunsystems, freigesetzt (JANEWAY et al. 1997d). Einige der Zytokine, die als Reaktion auf eine Infektion sezerniert werden, gehören zu einer Familie eng miteinander verwandter Proteine, den sogenannten Chemokinen („chemotactic cytokines“). Dies sind kleine Polypeptide, die hauptsächlich als chemische Lockstoffe für phagozytierende Zellen fungieren, indem sie Monozyten und PMN aus dem Blut zu den Infektionsherden locken (JANEWAY et al. 1997g). Sie werden in folgende vier Gruppen eingeteilt, abhängig von dem Abstand von sehr charakteristischen Cystein-Resten (C) innerhalb ihrer aminoterminalen Region: C-C-, C-X-C-, C- und C-X-X-X-C- Chemokine.
Zytokine haben vielfältige biologische Wirkungen. In niedrigen Konzentrationen sind sie wichtig für die Reaktion des Patienten auf ein Trauma, während sie in hohen Dosen schädlich sind. Eine streng regulierte Homöostase von pro- und antiinflammatorischen Zytokinen kontrolliert und koordiniert die Reaktion des Körpers auf eine Verletzung. Durch ein Ungleichgewicht entsteht entweder ein hyperinflammatorischer oder ein immunsuppressiver Zustand.
Patienten mit Trauma oder hämorrhagischem Schock weisen erhöhte Mengen bestimmter Zytokine auf (ENDO et al. 1994). Bei der Klärung ihrer genauen Funktion während der Entwicklung eines SIRS besteht allerdings derzeit noch Forschungsbedarf.
2.6.1 Tumor-Nekrose-Faktor-ααα (TNF-αα ααα)
Der Tumor-Nekrose-Faktor-α (TNF-α) ist ein multifunktionales Glykoprotein, das 1975 das erste Mal als eine Substanz, die zur Nekrose bestimmter Tumorzellen führte, beschrieben wurde (CARSWELL et al. 1975). Er stellt einen Hauptmediator inflammatorischer, immunologischer und pathophysiologischer Reaktionen dar.
Hauptsächlich wird er von aktivierten Makrophagen und einigen T-Lymphozyten produziert, aber auch von Endothelzellen und vielen anderen Zelltypen wie beispielsweise Astrozyten, Mikroglia und Neuronen (CHUNG u. BENVENISTE 1990;
TCHELINGERIAN et al. 1993; LIU et al. 1994; BUTTINI et al. 1996; HOLMIN et al.
1997; UNO et al. 1997). Seine trimere Struktur ist wichtig für die biologische Aktivität.
Man unterscheidet zwei verschiedene Formen von TNF-α, eine membrangebundene Form (mTNF) und eine lösliche Form (sTNF), welche durch proteolytische Spaltung aus der membrangebundenen Form entsteht.
Es existieren außerdem zwei verschiedene TNF-α-Rezeptoren mit Molekulargewichten von 55-60 (TNFR-I) bzw. 75-80 kDa (TNFR-II), die auf fast allen Zellen außer auf Erythrozyten vorkommen. Auf der Zelloberfläche exprimiert übermitteln sie intrazelluläre Signale, während sie in löslicher Form durch Neutralisation einen endogenen regulierenden Mechanismus gegen übermäßige TNF-α-Aktivität darstellen (VAN DER POLL et al. 1995; HERBEIN u. O'BRIEN 2000).
Zur Induktion von TNF-α kommt es durch endogene und exogene Toxine. Außerdem führen Hämorrhagien zu erhöhter TNF-α-Freisetzung (AYALA et al. 1990). Nach einem Trauma sind die TNF-α-Spiegel für einige Stunden und die TNF-Rezeptor- Level über variable Zeitspannen erhöht, was von der Schwere der Verletzung und Komplikationen abhängig zu sein scheint (CINAT et al. 1994; LAW et al. 1994;
FERGUSON et al. 1997). Durch hämorrhagischen Schock induzierter TNF-α ist ein wichtiger Mediator pathophysiologischer Veränderungen verbunden mit kardiovaskulären Abweichungen, multiplen Organverletzungen und Letalität (UHL et al. 1990; ZINGARELLI et al. 1994; BAHRAMI et al. 1997). TNF-α spielt unter anderem bei der Entwicklung einer akuten inflammatorischer Lungenverletzung nach Blutverlusten eine wichtige Rolle. Blockieren von TNF-α mit monoklonalen Antikörpern vermindert die Hämorrhagie-induzierte Lungenverletzung signifikant (ABRAHAM et al. 1995). Obwohl die Spiegel von TNF-α und einigen Interleukinen bei Patienten mit hämorrhagischem Schock erhöht sind, erreichen diese Zytokine nicht die Konzentrationen, die man bei einem septischem Schock sieht (ENDO et al.
1994). Patienten, die ein MODS entwickeln, haben höhere TNF-α-Level verglichen mit Patienten ohne schwere Komplikationen (SHENG et al. 1997).
Im Gehirn kommt es zu erhöhten TNF-α-Konzentrationen nach pathologischen Prozessen wie beispielsweise einer Ischämie (LIU et al. 1994; BUTTINI et al. 1996;
BOTCHKINA et al. 1997; ZHAI et al. 1997; GREGERSEN et al. 2000) oder Verletzungen (GOODMAN et al. 1990; TAUPIN et al. 1993; TCHELINGERIAN et al.
1993; SHOHAMI et al. 1994; FAN et al. 1996; HOLMIN et al. 1997). Die Wirkungen von TNF-α im Gehirn werden kontrovers diskutiert. So werden diesem Zytokin sowohl neurotoxische (CHAO u. HU 1994; DAWSON et al. 1996; DE VRIES et al.
1996; SHOHAMI et al. 1996; BARONE et al. 1997; MEISTRELL et al. 1997; GONG et al. 1998; KNOBLACH et al. 1999; VENTERS et al. 1999; MAYNE et al. 2001) als auch neuroprotektive Wirkungen zugesprochen (CHENG et al. 1994; MATTSON et al. 1995; BRUCE et al. 1996; GARY et al. 1998; STAHEL et al. 2000). Der TNF-α führt im Gehirn zur Proliferation von Astrozyten (SELMAJ et al. 1990; BALASINGAM et al. 1994) und er scheint ein wichtiger Mediator bei der Erhöhung der Permeabilität der Bluthirnschranke während der Reperfusion zu sein (YANG et al. 1999). Dabei
