Laktat im Gehirn: Modulation durch Anästhetika und neuroprotektive Eigenschaften

Im Rahmen der in dieser Arbeit vorgestellten Daten konnten zwei Erkenntnisse gewonnen
werden:
1. Der Einsatz volatiler Anästhetika bei der Narkose erhöht die extrazellulären Laktatspiegel im
Gehirn der Maus.
2. Die A
Im Rahmen der in dieser Arbeit vorgestellten Daten konnten zwei Erkenntnisse gewonnen
werden:
1. Der Einsatz volatiler Anästhetika bei der Narkose erhöht die extrazellulären Laktatspiegel im
Gehirn der Maus.
2. Die Applikation von Laktat entfaltet neuroprotektive Wirkung im fokalen Schlaganfallmodell
der Maus und zwar in Abhängigkeit von dem für das Modell verwendete Anästhetikum.
Im 1. Teil der Arbeit wurde in ersten Voruntersuchungen mit Hilfe der Mikrodialysetechnik
ein starker Anstieg extrazellulärer Laktatspiegel im Gehirn von Mäusen unter einer Narkose mit
Isofluran detektiert. Ein Kernthema dieser Arbeit war die Untersuchung der neuroprotektiven
Wirkung von Laktat im Schlaganfallmodell der Maus. Da dieses Modell zwingend eine Narkose
erforderte und Isofluran eine deutliche Wirkung auf den zerebralen Laktatstoffwechsel aufwies,
wurden die metabolischen Wirkungen weiterer, in der tierexperimentellen Forschung gebräuchlichen,
Anästhetika untersucht.
In mehreren Mikrodialyseexperimenten wurden die metabolischen Wirkungen inhalativer
(Sevofluran, Isofluran und Halothan) und injizierbarer Anästhetika (Ketamin/Xylazin, Chloralhydrat,
Propofol und Pentobarbital) auf die extrazellulären Glukose- und Laktatspiegel im
Gehirn von Mäusen untersucht. In separaten Versuchen wurde für das jeweilige Anästhetikum
zusätzlich die Glukose- und Laktatwerte im Blut und CSF der Tiere bestimmt. Begleitet wurden
diese Versuche mit der Untersuchung physiologischer Parameter (Blutgase und zerebraler Blutfluss)
innerhalb der Narkose mit verschiedenen Anästhetika. Abschließend wurde in einem in
vitro-Experiment mit inkubierten Hirnschnitten die lokale, metabolische Wirkung von Isofluran
untersucht.
Die Experimente zeigten, dass volatile Anästhetika spezifisch die extrazellulären Laktatwerte
im Gehirn von Mäusen erhöhen (um das 3-4 fache) und so eine metabolische Wirkung auf den
zerebralen Laktatstoffwechsel besitzen, welcher bisher in der Literatur nicht beschrieben worden
ist. Mit dem Vergleich der Laktatdaten aus den CSF/Blut-proben, aus den in vitro-Versuchen,
sowie aus der Analyse der physiologischen Parameter konnte zusammenfassend folgendes festgestellt
werden: die durch inhalative Anästhetika induzierte Laktaterhöhung ist dosisabhängig, tritt
unabhängig von peripheren Einflüssen lokal im Gehirn auf und wird weder durch eine Hypoxie
noch durch eine Hypotension verursacht. Injizierbare Anästhetika (Ketamin/Xylazin, Chloralhydrat
und Propofol) besaßen diese Wirkung auf die Laktatwerte nicht und fielen vielmehr durch
eine moderate Erhöhung der Glukosekonzentrationen (um das 1,5-2 fache) im Blut und Extrazellularraum
des Gehirns auf, die wiederum bei den volatilen Anästhetika nicht zu beobachten war.
Nur Pentobarbital zeigte als einziges Anästhetikum keine Veränderungen in den extrazellulären
Glukose- und Laktatwerten im Gehirn der Tiere und verminderte sogar die Laktatspiegel im
Blut.
Ausgehend von den durchgeführten Untersuchungen wird für inhalative Anästhetika die
Stimulation von „Two-pore“-Kaliumkanälen als Ursache für die Erhöhung der extrazellulären
Laktatwerte vermutet. Dieser stellt für die Gruppe der volatilen Anästhetika einen spezifischen
Wirkmechanismus dar. Andere Wirkmechanismen von Anästhetika wie der NMDA-Rezeptor-
Antagonismus und der GABA-Rezeptor-Agonismus konnten ausgeschloßen werden, da eine Erhöhung
der extrazellulären Laktatspiegel im Gehirn der Tiere unter Ketamin/Xylazin- und
Pentobarbitalnarkose nicht auftrat. Der genaue Wirkmechanismus muss aber in weiteren Versuchen
näher geklärt werden.
Die aus den Mikrodialysedaten gewonnenen Erkenntnisse bildeten eine wichtige Grundlage
für ein besseres Verständnis der Schlaganfallexperimente und deren Zusammenhang zwischen
Laktat, Neuroprotektion beim Schlaganfall und der zerebralen, metabolischen Wirkung einzelner
Anästhetika.
Im 2. Teil der Arbeit wurde, als eine der ersten Arbeiten, die neuroprotektive Wirkung von
Laktat im permanenten und transienten Schlaganfallmodell der Maus getestet. Dies bot sich vor
dem Hintergrund der derzeit stattfindenden Neuinterpretation des Laktats als wichtigem Energiemetabolit
an.
Für den Schlaganfall in der Maus wurde ein silikonbeschichteter Nylonfaden verwendet, mit
welchem die mittlere Zerebralarterie der Tiere verschlossen wurde. Im permanenten Schlaganfallmodell
verblieb der implantierte Faden die gesamte Zeit über im Gehirn der Maus, während
beim transienten Modell der Faden nach einer gewissen Okklusionszeit (30-60 min) wieder
entfernt und der zerebrale Blutfluss wieder hergestellt wurde. Laktat (250 mg/kg) wurde im
permanenten Modell zu unterschiedlichen Zeitpunkten (45, 30, 15 min vor und 15 min nach
der Okklusion) intraperitoneal verabreicht. Als Anästhetika kamen Isofluran und Pentobarbital
zum Einsatz. Die Applikation im transienten Modell erfolgte direkt nach der wiederhergestellten
Reperfusion ebenfalls intraperitoneal. Hierbei kamen Isofluran und Ketamin/Xylazin als Anästhetika
zum Einsatz. Einen Tag später wurde für jedes Tier das allgemeine Verhalten, die
motorische Koordination im Cornertest sowie der Gewichtsverlust dokumentiert. Anschließend
wurde das Gehirn entnommen, eine TTC-Färbung durchgeführt und das Infarktvolumen und
der Schweregrad des Infarkts anhand der Graustufendifferenz bestimmt.
Eine neuroprotektive Wirkung des Laktats konnte sowohl im permanenten und als auch
im transienten Schlaganfallmodell der Maus nachgewiesen werden. Im permanenten Modell war
unter Isoflurannarkose eine neuroprotektive Wirkung erkennbar, die sich durch Reduktion des
Infarkvolumens, Verminderung der Graustufendifferenz sowie eine Reduktion des Gewichtsverlusts
bei Gabe von Laktat (30 und 15 min vor der Okklusion) nachwiesen ließ. In der allgemeinen
Verhaltensanalyse und im Cornertest war kein signifikanter Unterschied zu erkennen. Unter
Pentobarbitalnarkose trat diese Form der Neuroprotektion nicht auf. Im transienten Schlaganfallmodell
war eine Neuroprotektion des Laktats (bei Gabe direkt nach der Reperfusion) sowohl
unter Isofluran- als auch unter Ketamin/Xylazin-Narkose nachzuweisen. Diese äußerte sich in der
Reduktion des Infarktvolumens und der Graustufendifferenz. Eine Veränderung in der Reduktion
des Gewichtverlustes, in der allgemeinen Verhaltensanalyse und im Cornertest war jedoch nicht
zu sehen. Unter Bezugnahme der Mikrodialysedaten verschiedener Anästhetika, ist festzustellen,
dass die neuroprotektive Wirkung des Laktats davon abhängt, welches Anästhetikum zum
Einsatz kommt und wie dieses den Laktatstoffwechsel moduliert. So war eine Neuroprotektion
durch Laktat unter Verwendung von Anästhetika feststellbar, die die peripheren Laktatspiegel im
Blut erhöhen (Isofluran) oder nicht beeinflussen (Ketamin/Xylazin). Bei Pentobarbital, welches
die peripheren Laktatwerte im Blut der Tiere verminderte, zeigte die exogene Laktatgabe keine
Wirkung.
Die Experimente konnten also nachweisen, dass Laktat neuroprotektive Wirkungen im Schlaganfallmodell
von Mäusen besitzt.Weiterführende Versuche bieten sich hier an, um Aussagen über
die optimale Dosierung und den geeignetsten Therapiezeitpunkt zu ermöglichen, bevor eine Untersuchung des klinischen Nutzens beim Menschen sinnvoll erscheint.
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Metadaten
Author:Tobias Horn
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-244178
Referee:Gunter P. Eckert, Jochen Klein
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of first Publication:2011
Publishing Institution:Univ.-Bibliothek Frankfurt am Main
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Univ.
Date of final exam:2012/01/20
Release Date:2012/05/30
Note:
Diese Dissertation steht außerhalb der Universitätsbibliothek leider (aus urheberrechtlichen Gründen) nicht im Volltext zur Verfügung, die CD-ROM kann (auch über Fernleihe) bei der UB Frankfurt am Main ausgeliehen werden.
Institutes:Pharmazie
Dewey Decimal Classification:610 Medizin und Gesundheit
Sammlungen:Universitätspublikationen
Licence (German):License LogoArchivex. zur Lesesaalplatznutzung § 52b UrhG

$Rev: 11761 $