Nach Ischämie und Reperfusion des Pankreas kommt es zu einer Mikrozirkulationsstörung sowie zu einer T-Zell-induzierten subakuten entzündlichen Reaktion mit daraus resultierender Zellzerstörung. Ziel dieser tierexperimentellen Arbeit war es, sowohl den Einfluss des S1PStrukturanalogons FTY720 auf zirkulierende T-Lymphozyten und deren Endothel- Interaktion in den postkapillären Venolen des Pankreas zu beobachten sowie die Mikrozirkulation und damit das Ausmaß des Ischämie-Reperfusionsschadens nach einer 60-minütigen Pankreasischämie durch die Gabe von FTY720 zu beurteilen. Hierfür erfolgte eine reversible Okklusion der zuführenden Gefäße des Pankreas an Ratten (48 Wistar-Ratten, 300 - 350 g KG) für 60 Minuten zur Induktion einer normothermen Pankreasischämie. Untersucht wurden folgende Gruppen: I Scheinoperation ohne Therapie, II Scheinoperation und Therapie, III Ischämie ohne Therapie, IV Ischämie und Therapie mit dem Sphingosin-1-Phosphat Strukturanalogon FTY720 (1 mg/kg KG i.v., Substitution 10 Minuten vor Reperfusionsbeginn). Mit Hilfe der invivo-Fluoreszenzmikroskopie wurden die Parameter der Mikrozirkulation (Zellzahl, Flussgeschwindigkeit, Kapillardurchmesser, Funktionelle Kapillardichte, T-Lymphozyten-Endothel-Interaktion und Leukozyten-Endothel- Interaktion) 10 Minuten nach Substitution der markierten CD4+-T-Lymphozyten beurteilt. Des Weiteren wurde der Blutparameter Lipase bestimmt. Die Studie erbrachte folgende Ergebnisse: 1. Die intravenöse Therapie mit FTY720 als Sphingosin 1-Phosphat-Rezeptor- Agonist 15 Minuten vor Reperfusion führte zu einer partiellen Verbesserung der Mikrozirkulation des Pankreas mit signifikant erhöhten Kapillardurchmesser und Funktioneller Kapillardichte. 2. Es zeichneten sich bei allen weiteren Parametern nur Tendenzen einer Verbesserung unter Substitution von FTY720 ab (Flussgeschwindigkeit, Lipase). 3. Eine Aussage zur T-Lymphozyten-Endothel-Interaktion konnte aufgrund der geringen Anzahl von „rollern“ und „stickern“ nicht gemacht werden. 4. Eine quantitative Auswertung der zirkulierenden Leukozyten war nicht möglich. Das vorliegende Bildmaterial war jedoch in allen Gruppen identisch, sodass hier kein Effekt von FTY720 auf zirkulierende Leukozyten nachweisbar war. 5. Zu einer signifikanten Zunahme der T-Lymphozyten-Zahl kam es in der Gruppe IV (Ischämie und Therapie mit FTY720). Die Ergebnisse dieser tierexperimentellen Untersuchung zeigen, dass die intraoperative Gabe des Immunmodulators FTY720 nur partiell eine Verbesserung der Mirkozirkulation und daraus resultierend eine Verminderung des Ischämie-Reperfusionsschadens bewirkt. Nach den Ergebnissen dieser Studie und dem aktuellen Stand der Literatur wäre somit für ein optimales Wirkmaximum die präoperative Gabe von FTY720 erforderlich. Die Studie zeigt ebenfalls, dass die Substitution der markierten CD4+-T-Lymphozyten zu einem früheren Zeitpunkt erfolgen muss, um eine Wirkung des FTY720 auf diese T-Zellen nachweisen zu können.

Nach Ischämie und Reperfusion des Pankreas kommt es zu einer Mikrozirkulationsstörung sowie zu einer T-Zell-induzierten subakuten entzündlichen Reaktion mit daraus resultierender Zellzerstörung. Ziel dieser tierexperimentellen Arbeit war es, sowohl den Einfluss des S1PStrukturanalogons FTY720 auf zirkulierende T-Lymphozyten und deren Endothel- Interaktion in den postkapillären Venolen des Pankreas zu beobachten sowie die Mikrozirkulation und damit das Ausmaß des Ischämie-Reperfusionsschadens nach einer 60-minütigen Pankreasischämie durch die Gabe von FTY720 zu beurteilen. Hierfür erfolgte eine reversible Okklusion der zuführenden Gefäße des Pankreas an Ratten (48 Wistar-Ratten, 300 - 350 g KG) für 60 Minuten zur Induktion einer normothermen Pankreasischämie. Untersucht wurden folgende Gruppen: I Scheinoperation ohne Therapie, II Scheinoperation und Therapie, III Ischämie ohne Therapie, IV Ischämie und Therapie mit dem Sphingosin-1-Phosphat Strukturanalogon FTY720 (1 mg/kg KG i.v., Substitution 10 Minuten vor Reperfusionsbeginn). Mit Hilfe der invivo-Fluoreszenzmikroskopie wurden die Parameter der Mikrozirkulation (Zellzahl, Flussgeschwindigkeit, Kapillardurchmesser, Funktionelle Kapillardichte, T-Lymphozyten-Endothel-Interaktion und Leukozyten-Endothel- Interaktion) 10 Minuten nach Substitution der markierten CD4+-T-Lymphozyten beurteilt. Des Weiteren wurde der Blutparameter Lipase bestimmt. Die Studie erbrachte folgende Ergebnisse: 1. Die intravenöse Therapie mit FTY720 als Sphingosin 1-Phosphat-Rezeptor- Agonist 15 Minuten vor Reperfusion führte zu einer partiellen Verbesserung der Mikrozirkulation des Pankreas mit signifikant erhöhten Kapillardurchmesser und Funktioneller Kapillardichte. 2. Es zeichneten sich bei allen weiteren Parametern nur Tendenzen einer Verbesserung unter Substitution von FTY720 ab (Flussgeschwindigkeit, Lipase). 3. Eine Aussage zur T-Lymphozyten-Endothel-Interaktion konnte aufgrund der geringen Anzahl von „rollern“ und „stickern“ nicht gemacht werden. 4. Eine quantitative Auswertung der zirkulierenden Leukozyten war nicht möglich. Das vorliegende Bildmaterial war jedoch in allen Gruppen identisch, sodass hier kein Effekt von FTY720 auf zirkulierende Leukozyten nachweisbar war. 5. Zu einer signifikanten Zunahme der T-Lymphozyten-Zahl kam es in der Gruppe IV (Ischämie und Therapie mit FTY720). Die Ergebnisse dieser tierexperimentellen Untersuchung zeigen, dass die intraoperative Gabe des Immunmodulators FTY720 nur partiell eine Verbesserung der Mirkozirkulation und daraus resultierend eine Verminderung des Ischämie-Reperfusionsschadens bewirkt. Nach den Ergebnissen dieser Studie und dem aktuellen Stand der Literatur wäre somit für ein optimales Wirkmaximum die präoperative Gabe von FTY720 erforderlich. Die Studie zeigt ebenfalls, dass die Substitution der markierten CD4+-T-Lymphozyten zu einem früheren Zeitpunkt erfolgen muss, um eine Wirkung des FTY720 auf diese T-Zellen nachweisen zu können.

Einleitung: Der Ischämie/Reperfusionsschaden (I/R) ist die wesentliche Ursache des frühen Transplantatversagens nach Lebertransplantation (LTx). Fettlebern sind dabei besonders betroffen. Freie Sauerstoffradikale spielen bei der Pathogenese eine zentrale Rolle. Die Morphologie der so versagenden Transplantatleber ist charakterisiert durch Entzündung, Nekrose und Apoptose. Endogene Radikalfänger wie die Superoxiddismutase (SOD), nicht aber exogen zugefuhrte, bauen freie Radikale ab. Das Ziel der vorgelegten Studien war es, im Modell der LTx von gesunden und verfetteten Lebern in der Ratte mittels adenoviralem Gentransfer von SOD den I/R zu vermindern, die Überlebensrate zu erhöhen und zugrunde liegende Mechanismen aufzuzeigen. Methoden: Bei Experimenten mit verfetteten Lebern wurde eine ausgeprägte Steatose der Spenderlebern durch Füttern einer Ethanol- und fettreichen Diät (Lieber-DiCarli) erzeugt. Explantierte Lebern wurden für 24 h konserviert und orthotop transplantiert. Einigen Spendern wurde 72 h vor Organentnahme Cu/Zn-SOD enthaltendes Adenovirus (Ad.SOD1) i.v. appliziert. Als Kontrollen dienten Fettlebern, welche mit dem Gen von b-Galaktosidase (Ad.lacZ) transfiziert wurden, oder aber gesunde Lebern. Untersuchungsparameter waren neben Transfektionsparametern die Transaminasen, histopathologische Morphologie, Überlebensraten, sowie die Aktivierung von Transkriptionsfaktoren und deren Kinasen. Freie Radikale wurden in der Galle mittels Elektronenspin-Resonanz-Spektroskopie nachgewiesen. In weiteren Experimenten wurden auch die mitochondriale und die extrazelluläre Isoform hinsichtlich ihrer protektiven Wirkung untersucht. Ebenso wurde die Auswirkung der freien Radikale auf die Regeneration nach Teillebertransplantation untersucht. Ergebnisse: 72 h nach Injektion von Ad.lacZ exprimierten etwa 80% aller Hepatozyten die b-Galaktosidase. In der Ad.SOD1 Gruppe war die Genexpression 3-fach, die Aktivität 12-fach erhöht. Im Vergleich zu den unbehandelten oder Ad.lacZ infizierten Empfängern von Fettlebern, stiegen die Transaminasen um etwa 50% bei der Ad.SOD1 Gruppe an. Alle Empfänger von Ad-SOD1 behandelten Fettlebern überlebten, hingegen nur 10% der Ad.lacZ Gruppe. Etwa 35% der Hepatozyten von Fettlebern waren nekrotisch, jedoch nur 10% in Ad.SOD1-behandelten Fettlebern. Ad.SOD1 halbierte die Freisetzung von freien Radikalen und minimierte die Aktivierung von NF-kB. Die Aktivität der Kinase IKK wurde nicht reduziert, der Anstieg der Aktivität von JNK jedoch komplett inhibiert. Die Freisetzung von TNFa wurde nicht beeinflußt. Als wirksamste Isoform hat sich die zytosolische erwiesen, die extrazelluläre ist nach Überexpression ohne protektive Wirkung. Die Leberregeneration läßt sich nach Transplantation durch SOD-Überexpression massiv anregen und das Organversagen bei kritischer Leberzellmasse vermeiden. Schlußfolgerung: Diese Studie zeigt erstmals die Wirksamkeit einer neuen Strategie zur Organprotektion fur gesunde Lebern und Fettlebern. Die Eliminierung von Sauerstoffradikalen spielt bei der Pathogenese eine Schlüsselrolle. Der adenoviraler Gentransfer von SOD stellt ein gangbares therapeutisches Verfahren für die Zukunft dar, um auch marginale, verfettete Organe vor reperfusionsbedingtem Versagen zu schützen. Dabei ist die zytosolische SOD am effektivsten. Auch bei der Teilleber-Transplantation ist diese Therapieform erfolgversprechend. / Background: Oxygen-derived free radicals play a central role in pathomechanisms of reperfusion injury after organ transplantation, and fatty livers are particularly susceptible. Endogenous radical scavenger systems such as superoxide dismutase (SOD) degrade toxic radicals; however, SOD is degraded rapidly when given exogenously. Therefore, the hypothesis that treatment of the donor liver with an adenoviral vector encoding the Cu/Zn-SOD gene (Ad.SOD1), or the Mn-SOD gene or the ec-SOD gene would lead to permanent gene expression and therefore protect the organ against injury and increase survival in a rat model of liver transplantation including fatty livers was tested. Transplantation of reduced-size livers may lead to a hypermetabolic state and increased production of oxygen radicals. Since oxygen radicals may cause liver injury and impair liver regeneration, we tested the hypothesis that overexpression of superoxide dismutase (SOD) in reduced-size livers (RSL) would accelerate regeneration and reduce injury in a rat model of transplantation of RSL. Methods: Donors received chow diet (untreated), high-fat diet, or ethanol-containing high-fat diet. Some donors were infected with Ad-SOD1, while untreated grafts and livers infected with the indicator gene lacZ encoding bacterial b-galactosidase (Ad.lacZ) served as controls. Some livers were harvested 72 hours later, reduced to 45% of weight, and transplanted. After liver transplantation, SOD activity and protein expression in liver, survival, histopathology, release of transaminases, free radical adducts in bile and activation of NF-kB, IkB kinase (IKK), Jun-N-terminal kinase (JNK) and TNFa were evaluated. Moreover, in transplanted split-livers regeneration was evaluated by Brdu-staining, and measurement of cyclinD1 and p21. Results: Approximately 80% of hepatocytes expressed b-galactosidase 72h after injection of Ad-lacZ. Moreover, SOD1 gene expression and activity were increased 3- and 10-fold in the Ad-SOD1 group, respectively. Following transplantation, 20-25% of rats treated with Ad.lacZ survived. In contrast, all SOD1-treated animals survived. Transaminases measured 8h after transplantation in Ad-SOD1 rats were only 40% of those in controls which increased 40-fold above normal values. Approximately 20% of hepatocytes in untreated and Ad.lacZ-infected organs were necrotic 8h after reperfusion, whereas necrosis was nearly undetectable in grafts from rats treated with Ad.SOD1. Free radical adducts were increased 2-fold in the ethanol group compared to untreated controls. Ad.SOD1 blunted this increase and reduced the activation of NF-kB, which was similar in untreated and ethanol-treated groups. Ad.SOD1 did not affect activity of IKK, but JNK activity was blunted. Release of TNFa was not affected. In recipients of Ad.SOD1-RSL survival was dramatically increased (100% vs. 20% in Ad.lacZ-RSL), and peak levels of AST/ALT and bilirubin levels were reduced by 75% and 87.5%, respectively (p

Der renale Ischämie-/Reperfusionsschaden (IRI) stellt in der Transplantationsmedizin ein grosses Problem dar. Fucoidin, ein potenter Antagonist der Selektin-vermittelten Leukozytenaggregation, verbesserte an der Rattenleber (in einer Konzentration von 360mg/l) das Ausmass der leukozytären Gewebeinfiltration in der frühen Phase nach Ischämie und Reperfusion. In einem Modell der isoliert hämoperfundierten Schweineniere sollte die Wirkung von Fucoidin auf die postischämische Organfunktion untersucht werden. Hierzu wurden 24 Versuche durchgeführt. Dem Blut der Versuchsgruppen wurde vor Beginn der Reperfusion Fucoidin in einer Konzentration von 100 mg/l zugesetzt. Es zeigte sich unter Fucoidin ein signifikanter Abfall des renalen Blutflusses (55 ( 28 vs. 143 ( 97 ml*min-1*100g-1, p / Renal postischemic reperfusion injury constitutes a significant problem after kidney transplantation. The polysaccharide fucoidin (360 mg/l) improves postischemic function in Ratliver, presumably by blocking selectin-mediated leukocyte adhesion. Twelve pairs of ischemic pig kidneys were reperfused in an ex vivo model with autologous blood with or without fucoidin (100 mg/L). Fucoidin resulted in a significant decrease of renal blood flow (55 ( 28 vs. 143 ( 97 mL*min-1*100g-1, p < 0.001) and increased vascular resistance (2.9 ( 2.8 vs. 1.1 ( 1.5 mmHg*mL-1*min-1*100g-1, p < 0.001). Compared to untreated control kidneys significantly more interstitial and intravascular leucocytes were found in fucoidin treated kidneys. Intraglomerular fibrinogen and thrombocytic aggregates were also increased significantly. Granulocytic emboli were present in afferent glomerular arteries of 10/12 fucoidin-treated kidneys and in 2/12 controls (p < 0.001). L-selectin-dependent granulocytic aggregation under shear stress in vitro was prevented by fucoidin in a dose-dependent fashion. However similar concentrations used in reperfused kidneys caused large granulocytic aggregates. The observed formation of embolizing granulocytic aggregates indicates limited effectiveness of fucoidin as an inhibitor of selectin-mediated leukocyte adhesion.

Diese Arbeit befasst sich tierexperimentell und klinisch mit Aspekten der Nierenfunktion bei der Behandlung angeborener Herzfehler. Von Patientenseite sind das Neonatal- und Säuglingsalter und ab der Adoleszenz eine chronische Zyanose, von Behandlungsseite Röntgenkontrastmittelgaben, Dauer, Blutviskositätsänderungen und Kreislaufstillstand am kardiopulmonalen Bypass Risikofaktoren. Cortikosteroidgaben, Optimierung von Blutviskosität und Hydratation sowie eine prophylaktische Peritonealdialyse sind Ansätze zur Behandlung eines Nierenschadens. Die Ergebnisse zeigen, dass Verbesserungen der Plasmaviskosität Nierenschäden am hypothermen kardiopulmonalen Bypass vermindern während eine Cortikosteroidgabe vor Kreislaufstillstand bei Ferkeln nicht nephroprotektiv wirkt. Bei Risikopatienten erweist sich der prophylaktische Einsatz einer Peritonealdialyse als günstig. Bei chronisch zyanotischen Patienten mit einer Glomerulopathie und einem erhöhtem Risiko für Röntgenkontrastmittelexposition und kardiopulmonale Byppassoperationen muss der Nierenstatus die Operationsplanung und postoperative Therapie beeinflussen. Nephroprotektion und Verbesserungsmöglichkeiten der Blutviskosität am kardiopulmonalen Bypass müssen weiter untersucht werden. / This work focusses on clinical aspects of kidney function in the treatment of congenital heart disease. Neonates and infants as well as adolescents with cyanosis may be especially at risk. Contrast agents, duration, blood viscosity changes, and circulatory arrest in cardiopulmonary bypass may be risk factors. Corticosteroids, optimized blood viscosity and hydration, and early onset of peritoneal dialysis are considerations of treatment. Our results demonstrate a reduction of renal damage with optimized plasma viscosity during hypothermia in cardiopulmonary bypass, while corticosteroids have no advantage in young pigs after circulatory arrest. Prophylactic treatment with peritoneal dialysis has advantages in patients at risk. In chronicly cyanotic patients with glomerulopathy the risk of contrast agents and cardiopulmonary bypass is elevated. Thus, renal status should influence operative procedures and postoperative treatment. The possibilities of nephroprotection and improvement of blood viscosity should be further evaluated.

In der vorliegenden Arbeit wurde die Bedeutung von intraepithelialen Lymphozyten (IEL), oxidativem Streß und endogenen Schutzmechanismen bei GvHR, Dünndarmtransplantation, Sepsis, Morbus Crohn sowie intestinalem Ischämie/Reperfusionsschaden (I/RS) analysiert. Die Bestimmung der phänotypischen und funktionellen Charaktistika der IEL im Rahmen der o. g. Erkrankungen wies auf eine Selektion bestimmter T-Zell Subpopulationen in der Darmschleimhaut hin. Zusätzlich konnte gezeigt werden, daß IEL nicht nur als Effektorzellen zur mukosalen Barrierefunktion beitragen, sondern auch regulierende Funktionen bei weiteren Abwehrmechanismen der Darmschleimhaut, wie z.B. der NOS-2 Expression besitzen. Die Untersuchungen zum intestinalen I/RS zeigten eine Gewebeschädigung nicht nur im Darm sondern auch der Leber nach selektiver intestinaler Ischämie. Dabei konnte in beiden Organen oxidativer Streß als ein Faktor der Gewebeschädigung nachgewiesen werden. Bei der Modulation des I/RS durch Gabe von Zytokinen konnte eine Zunahme des I/RS durch Gabe von IL-10 und eine Abnahme des I/RS durch IL-2 erreicht werden. Der positive Effekt der IL-2 Gabe war von einer verstärkten und verlängerten NOS-2 mRNA Expression sowie einer gesteigerten NO-Freisetzung begleitet. Im Gegensatz dazu fehlte nach IL-10 Gabe die Zunahme der NOS-2 Epxression ebenso wie ein Anstieg der NO-Metabolite im Serum. Die verminderte NO-Produktion könnte somit den negativen Effekt des anti-inflammatorischen IL-10 auf den I/RS erklären. / In this study, the role of intraepithelial lymphocytes (IEL) was analyzed in Graft-versus-Host disease, small bowel transplantation, sepsis and inflammatory bowel disease. Furthermore, the influence of oxidative stress and endogenous protective mechanisms on the development of intestinal ischemia/reperfusion injury was determined. The phenotypic and functional characteristics of IEL in these diseases indicated that only specific T-cell subsets selectively migrate and/or survive in the intestinal mucosa. In addition, it was demonstrated that IEL display several functions in the intestinal barrier system: they are cytolytic effector cells, but do also exert regulatory functions on the expression of mucosal host defense mechanisms such as NOS-2 expression. The investigations on intestinal ischemia / reperfusion injury revealed that selective intestinal ischemia induces tissue injury not only in the intestine, but in the liver as well. In both organs, oxidative stress plays a predominant role in the development of tissue destruction. Modulation of I/RS by administration of cytokines lead to increased tissue damage after IL-10 administration and reduced tissue injury after IL-2 administration. The beneficial effect of IL-2 may have been due to an increased NOS-2 mRNA expression and the subsequently increased NO production. In contrast, IL-10 administration failed to induce an increased NOS-2 mRNA expression or NO production in the intestine and liver.

In dieser Dissertation wurden am Ferkelmodell (8-15 kg, drei Gruppen: „Kontrolle“ n=7, „Herz-Lungen-Maschine (HLM)“ n=10, „(-)-Epigallocatechin-3-Gallat (EGCG)“ n=6, die Kontrollgruppe wurde thorakotomiert, die HLM- und die EGCG-Gruppe wurden thorakotomiert und für 90 Minuten an eine HLM angeschlossen, die EGCG-Gruppe erhielt vor und nach der HLM-Zeit EGCG) drei Fragestellungen behandelt: Erstens wurde untersucht, ob die Verwendung einer HLM während eines kardiochirurgischen Eingriffes unter hypothermen Bedingungen mit nicht-pulsatilem Blutfluss und Kardioplegie die Niere schädigte. Dafür wurden Paraffinschnitte der Niere aus der Kontroll- und der HLM-Gruppe mit Hämatoxylin-Eosin (HE) angefärbt und unterschiedliche Strukturen betrachtet, wobei histopathologische Veränderungen in der HLM-Gruppe auffielen. Paraklinisch fanden sich erhöhte nierenspezifische Blutwerte (Serumkreatinin und -harnstoff) in der HLM-Gruppe. Diese Ergebnisse waren hinweisend für eine funktionell relevante Schädigung der Niere durch die HLM. Unterstützend kam ein Absinken des Gesamteiweißes im Serum der HLM-Gruppe hinzu, was auf eine generelle Schädigung des Organismus durch die HLM hindeutete. Zweitens wurde betrachtet, ob die gesetzten Schäden die Merkmale eines Ischämie-Reperfusionsschadens aufwiesen. Hierzu wurden Paraffinschnitte der Niere aus der Kontroll- und der HLM-Gruppe immunhistochemisch (Hypoxie-induzierter-Faktor-1-alpha-Tyramide- Signal-Amplification (HIF-1-alpha-TSA)-, Nitrotyrosin-3-Amino-9-Ethylcarbazol (Nitrotyrosin-AEC)- und Apoptose-induzierender-Faktor-Tyramide-Signal-Amplification (AIF-TSA)-Färbung) angefärbt. Dabei zeigte sich, dass sich die HLM-Gruppe in einer hypoxischen Situation befand (HIF-1-alpha Akkumulation in den Zellkernen), nitrosativem Stress ausgesetzt war (Nitrotyrosin in den Tubuli) und dass sie teilweise so stark geschädigt wurde, dass Apoptose induziert wurde (AIF in Zellkernen) – alle drei Färbungsergebnisse waren hinweisend für einen ischämischen Zustand, in dem sich die HLM-Gruppe befunden hat. Auch die Ergebnisse der durchgeführten renalen Reversed Phase High Performance Liquid Chromatography (RP-HPLC) deuteten auf ebendies hin. Unterstützend wirkten die Ergebnisse des arteriellen Laktats – die HLM-Gruppe zeigte eine Hyperlaktämie – und die Tatsache, dass einige der histologischen Merkmale für eine frühe Schockniere (welche ischämischen Ursprungs sein kann) in der HLM-Gruppe gefunden wurden. Dies alles zeigte, dass der HLM-assoziierte Nierenschaden vorrangig die Natur eines Ischämie-Reperfusionsschadens aufwies. Drittens wurde untersucht, ob EGCG diese HLM-assoziierte Schädigung abmildern konnte. Dafür wurden bei der EGCG-Gruppe alle oben genannten Untersuchungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass EGCG in der Dosierung 10 mg/kg eine renoprotektive Wirkung gegen die HLM-assoziierten Schäden hatte, und diese abmildern bzw. ihnen entgegenwirken konnte. Diese Ergebnisse sind für die pädiatrische Kardiochirurgie interessant, welche zum Beispiel bei der Korrektur angeborener Herzdefekte auf die Verwendung der HLM angewiesen ist. Komplikationen wie eine Nierenschädigung post operationem sind nicht selten und verkomplizieren den Verlauf. Die vorliegende Dissertation zeigt das renoprotektive Potential des in grünem Tee vorkommenden Katechins EGCG im Umfeld eines kardiochirurgischen Eingriffes mit Verwendung einer HLM. Die Wirksamkeit dieser Substanz ist wahrscheinlich darin begründet, dass sie mehr als ein Antioxidans ist. Neben seiner Radikalfänger- und Stickstoffmonoxidscavenger-Fähigkeiten ist EGCG außerdem antiapoptotisch wirksam. Derzeit wird die Kardiochirurgie mit Verwendung einer HLM in der Veterinärmedizin nur in wenigen Zentren angewendet. Es besteht für die Zukunft jedoch die Hoffnung, dass gerade für Kleintierbesitzer, die ihre Tiere als Familienmitglied betrachten, und auch für zoologische Einrichtungen bei der Diagnose eines Herzfehlers die Kardiochirurgie mit Verwendung einer HLM als Therapiemöglichkeit eine interessante und realistische Alternative zur bislang angewandten palliativen medikamentösen Therapie darstellen kann. / In this dissertation a piglet model (8-15 kg, three groups: “control” n=7, “extracorporeal circulation (EC)” n=10, “EGCG” n=6, the control-group was thoracotomized, the EC- and the EGCG-group were thoracotomized and underwent cardiopulmonary bypass (CPB) for 90 minutes, and the EGCG-group received EGCG before and after the CPB) is presented. Three questions were raised and answered: Firstly, it was investigated if the use of a CPB during cardiac surgery with hypothermia, non-pulsatile blood flow and cardioplegia caused damage to the kidney. In order to answer this question, paraffin slices of the kidney of the control- and the EC-group were stained with hematoxylin-eosin (HE), and different structures were evaluated – this staining showed histopathological changes in the EC-group. Paraclinical, the EC-group showed elevated kidney-specific blood parameters (serumcreatinine and -urea). These findings indicated a functionally relevant impairment of the kidney caused by the CPB. Supporting this, the EC-group also showed a decline of the total amount of proteins in the serum, which was suggestive of a generalized injury of the body by the CPB. Secondly, it was investigated whether the injury of the kidney might have been caused by an ischemia/reperfusion injury. Therefore, paraffin slices of the kidney of the control- and the EC-group were immunhistochemically stained (hypoxia-induced-factor-1-alpha-tyramidesignal-amplification (HIF-1-alpha-TSA)-, nitrotyrosine-3-amino-9-ethylcarbazole (nitrotyrosine-AEC)- and apoptosis-inducing-factor-tyramide-signal-amplification (AIF-TSA)-staining). These stainings revealed, that the EC-group had suffered from a hypoxemic situation (accumulation of HIF-1-alpha in the nuclei), from nitrosative stress (presence of nitrotyrosine in the tubuli), and that the kidney was partly damaged to the point of an induction of apoptosis (presence of AIF in the nuclei) – all three of these findings indicated, that the kidneys of the EC-group were put into an ischemic situation. The findings of the renal reversed phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC) indicated the same thing. This was also supported by the blood parameter of lactate – the EC-group showed a hyperlactemia – and by some histological findings in the EC-group, which were characteristical for an early shock-kidney (which may be caused by ischemia). Taken together, these findings showed that the CPB-associated kidney injury was primarily caused by an ischemia/reperfusion injury. Thirdly, it was investigated, whether EGCG might attenuate the CPB-associated kidney injury. For that purpose, all of the investigation methods mentioned above were carried out with the samples of the EGCG-group. The findings showed that EGCG (dose: 10 mg/kg) had a protective effect on the kidney, protecting it against the damage caused by the CPB, and was able to partly attenuate this damage and partly even fully counteract it. These findings are of interest for pediatric cardiac surgery, which for example for the correction of innate heart defects depends on the use of CPB. Complications – like acute renal injury post operationem – occur frequently and complicate the recovery. This dissertation demonstrates the renoprotective potential of the natural compound EGCG in the setting of cardiac surgery with the use of CPB. The reason for the effectiveness of EGCG in this situation probably is that EGCG is more than an antioxidant. EGCG not only works as a radical- and nitric-oxide-scavenger, but also is antiapoptotic. In veterinary medicine cardiac surgery with CPB is done by few centers only. However for the future there is hope that people – especially pet owners who view their companion animals as family members, and zoos – become more and more willing to and interested in having an animal diagnosed with a heart defect treated with cardiac surgery including the use of an CPB, instead of – like its usually done nowadays – only giving palliative medication to the animal.

Im Rahmen dieser Dissertation wurden anhand eines Ferkelmodells (8-15kg Schweine, 5 Gruppen: „nicht pulsatile HLM“: n=9, „Minozyklin+HLM“: n= 6, „pulsatile HLM“: n=7, „Minozyklin-Kontrolle: n=6, „Kontrolle“: n=8) während einer 120-minütigen extrakorporaler Zirkulation (EKZ) und einer darauffolgenden 90-minütigen Rekonvaleszenzzeit der physikalische Einflussfaktor des pulsatilen Flusses sowie der pharmakologische Effekt von Minozyklin auf die Niere jeweils unabhängig voneinander untersucht. In allen Gruppen wurden HE-Färbungen sowie immunhistochemische Färbungen (HIF-1-α, 3-Nitrotyrosin, PAR, AIF) durchgeführt um pathologische Veränderungen auf zellulärer Ebene zu detektieren. Zusätzlich wurden energiereiche Phosphate und ihre Abbauprodukte mittels High Pressure/Performance Liquid Chromatography (HPLC) bestimmt. Zur Beurteilung der klinischen Funktion der Niere wurden nierenspezifische Blutwerte (Serumkreatinin, Serumharnstoff) und Laktat im arteriellen Blut bestimmt. Mit der pulsatilen Perfusion konnte ein Abfall des O2-Partialdruckes nicht verhindert werden (HIF-1-α), allerdings konnte die ATP-Konzentration aufrecht erhalten werden. Dies spricht dafür, dass die pulsatile Perfusion im Gegensatz zu der nicht pulsatilen Perfusion keinen relevanten O2-Mangel verursachte. Auch die Ergebnisse der Nitrotyrosin-3-Auswertung zeigen, dass die Bildung von Peroxynitrit reduziert und somit der nitrosative Stress auf die Zellen begrenzt wurde. Die DNA wurde jedoch unabhängig vom gewählten Blutflussprofil geschädigt (PAR). Auch anhand der nierenspezifischen Blutparameter (Serumkreatinin, Serumharnstoff) ließ sich eine postoperative Beeinträchtigung der Nierenfunktion feststellen. Im Vergleich zu der nicht pulsatilen EKZ war hier jedoch eine geringfügige Verbesserung zu erkennen (Serumkreatinin). Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch die pulsatile EKZ der Grad der Ischämie beeinflusst werden konnte, allerdings waren insgesamt keine wesentlich positiven Auswirkungen auf zellulärer Ebene und auf die postoperative Nierenfunktion festzustellen. Der Einsatz des technisch anspruchsvollen pulsatilen Perfusionssystems scheint daher in Bezug auf die Niere in der routinemäßigen Herzchirurgie nicht unbedingt erforderlich zu sein. Durch die Gabe von Minozyklin wurde zwar der Grad der Ischämie (HIF-1-α, ATP) nicht beeinflusst, allerdings konnte Minozyklin durch seine antioxidativen bzw. antinitrosativen (3-Nitrotyrosin), PARP-1-hemmenden (PAR) sowie antiapoptotischen (AIF) Wirkmechanismen die Niere offenbar vor den Folgen einer Ischämie schützen. Anhand der nierenspezifischen Blutwerte (Serumkreatinin, Serumharnstoff) wurde erkenntlich, dass Minozyklin die Nierenfunktion positiv beeinflusst, was wiederum die histologischen Befunde bestätigt. Für die Humanmedizin ist somit der Einsatz von Minozyklin während der EKZ eine Möglichkeit die Auswirkungen des Ischämie/Reperfusionsschadens und deren klinische Folgen hinsichtlich der Niere zu begrenzen. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass der einmalige Einsatz eines Antibiotikums auch negativen Einfluss auf den Körper ausübt (Resistenzentwicklung, Nebenwirkungen), sodass Minozyklin aufgrund der in dieser Versuchsreihe gezeigten positiven Eigenschaften, insbesondere die PARP-1-Inhibition, lediglich als Modellsubstanz für Weiterentwicklungen genutzt werden kann.

In dieser Dissertation wurden am Ferkelmodell (8-15 kg, drei Gruppen: „Kontrolle“ n=7, „Herz-Lungen-Maschine (HLM)“ n=10, „(-)-Epigallocatechin-3-Gallat (EGCG)“ n=6, die Kontrollgruppe wurde thorakotomiert, die HLM- und die EGCG-Gruppe wurden thorakotomiert und für 90 Minuten an eine HLM angeschlossen, die EGCG-Gruppe erhielt vor und nach der HLM-Zeit EGCG) drei Fragestellungen behandelt: Erstens wurde untersucht, ob die Verwendung einer HLM während eines kardiochirurgischen Eingriffes unter hypothermen Bedingungen mit nicht-pulsatilem Blutfluss und Kardioplegie die Niere schädigte. Dafür wurden Paraffinschnitte der Niere aus der Kontroll- und der HLM-Gruppe mit Hämatoxylin-Eosin (HE) angefärbt und unterschiedliche Strukturen betrachtet, wobei histopathologische Veränderungen in der HLM-Gruppe auffielen. Paraklinisch fanden sich erhöhte nierenspezifische Blutwerte (Serumkreatinin und -harnstoff) in der HLM-Gruppe. Diese Ergebnisse waren hinweisend für eine funktionell relevante Schädigung der Niere durch die HLM. Unterstützend kam ein Absinken des Gesamteiweißes im Serum der HLM-Gruppe hinzu, was auf eine generelle Schädigung des Organismus durch die HLM hindeutete. Zweitens wurde betrachtet, ob die gesetzten Schäden die Merkmale eines Ischämie-Reperfusionsschadens aufwiesen. Hierzu wurden Paraffinschnitte der Niere aus der Kontroll- und der HLM-Gruppe immunhistochemisch (Hypoxie-induzierter-Faktor-1-alpha-Tyramide- Signal-Amplification (HIF-1-alpha-TSA)-, Nitrotyrosin-3-Amino-9-Ethylcarbazol (Nitrotyrosin-AEC)- und Apoptose-induzierender-Faktor-Tyramide-Signal-Amplification (AIF-TSA)-Färbung) angefärbt. Dabei zeigte sich, dass sich die HLM-Gruppe in einer hypoxischen Situation befand (HIF-1-alpha Akkumulation in den Zellkernen), nitrosativem Stress ausgesetzt war (Nitrotyrosin in den Tubuli) und dass sie teilweise so stark geschädigt wurde, dass Apoptose induziert wurde (AIF in Zellkernen) – alle drei Färbungsergebnisse waren hinweisend für einen ischämischen Zustand, in dem sich die HLM-Gruppe befunden hat. Auch die Ergebnisse der durchgeführten renalen Reversed Phase High Performance Liquid Chromatography (RP-HPLC) deuteten auf ebendies hin. Unterstützend wirkten die Ergebnisse des arteriellen Laktats – die HLM-Gruppe zeigte eine Hyperlaktämie – und die Tatsache, dass einige der histologischen Merkmale für eine frühe Schockniere (welche ischämischen Ursprungs sein kann) in der HLM-Gruppe gefunden wurden. Dies alles zeigte, dass der HLM-assoziierte Nierenschaden vorrangig die Natur eines Ischämie-Reperfusionsschadens aufwies. Drittens wurde untersucht, ob EGCG diese HLM-assoziierte Schädigung abmildern konnte. Dafür wurden bei der EGCG-Gruppe alle oben genannten Untersuchungen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass EGCG in der Dosierung 10 mg/kg eine renoprotektive Wirkung gegen die HLM-assoziierten Schäden hatte, und diese abmildern bzw. ihnen entgegenwirken konnte. Diese Ergebnisse sind für die pädiatrische Kardiochirurgie interessant, welche zum Beispiel bei der Korrektur angeborener Herzdefekte auf die Verwendung der HLM angewiesen ist. Komplikationen wie eine Nierenschädigung post operationem sind nicht selten und verkomplizieren den Verlauf. Die vorliegende Dissertation zeigt das renoprotektive Potential des in grünem Tee vorkommenden Katechins EGCG im Umfeld eines kardiochirurgischen Eingriffes mit Verwendung einer HLM. Die Wirksamkeit dieser Substanz ist wahrscheinlich darin begründet, dass sie mehr als ein Antioxidans ist. Neben seiner Radikalfänger- und Stickstoffmonoxidscavenger-Fähigkeiten ist EGCG außerdem antiapoptotisch wirksam. Derzeit wird die Kardiochirurgie mit Verwendung einer HLM in der Veterinärmedizin nur in wenigen Zentren angewendet. Es besteht für die Zukunft jedoch die Hoffnung, dass gerade für Kleintierbesitzer, die ihre Tiere als Familienmitglied betrachten, und auch für zoologische Einrichtungen bei der Diagnose eines Herzfehlers die Kardiochirurgie mit Verwendung einer HLM als Therapiemöglichkeit eine interessante und realistische Alternative zur bislang angewandten palliativen medikamentösen Therapie darstellen kann. / In this dissertation a piglet model (8-15 kg, three groups: “control” n=7, “extracorporeal circulation (EC)” n=10, “EGCG” n=6, the control-group was thoracotomized, the EC- and the EGCG-group were thoracotomized and underwent cardiopulmonary bypass (CPB) for 90 minutes, and the EGCG-group received EGCG before and after the CPB) is presented. Three questions were raised and answered: Firstly, it was investigated if the use of a CPB during cardiac surgery with hypothermia, non-pulsatile blood flow and cardioplegia caused damage to the kidney. In order to answer this question, paraffin slices of the kidney of the control- and the EC-group were stained with hematoxylin-eosin (HE), and different structures were evaluated – this staining showed histopathological changes in the EC-group. Paraclinical, the EC-group showed elevated kidney-specific blood parameters (serumcreatinine and -urea). These findings indicated a functionally relevant impairment of the kidney caused by the CPB. Supporting this, the EC-group also showed a decline of the total amount of proteins in the serum, which was suggestive of a generalized injury of the body by the CPB. Secondly, it was investigated whether the injury of the kidney might have been caused by an ischemia/reperfusion injury. Therefore, paraffin slices of the kidney of the control- and the EC-group were immunhistochemically stained (hypoxia-induced-factor-1-alpha-tyramidesignal-amplification (HIF-1-alpha-TSA)-, nitrotyrosine-3-amino-9-ethylcarbazole (nitrotyrosine-AEC)- and apoptosis-inducing-factor-tyramide-signal-amplification (AIF-TSA)-staining). These stainings revealed, that the EC-group had suffered from a hypoxemic situation (accumulation of HIF-1-alpha in the nuclei), from nitrosative stress (presence of nitrotyrosine in the tubuli), and that the kidney was partly damaged to the point of an induction of apoptosis (presence of AIF in the nuclei) – all three of these findings indicated, that the kidneys of the EC-group were put into an ischemic situation. The findings of the renal reversed phase high performance liquid chromatography (RP-HPLC) indicated the same thing. This was also supported by the blood parameter of lactate – the EC-group showed a hyperlactemia – and by some histological findings in the EC-group, which were characteristical for an early shock-kidney (which may be caused by ischemia). Taken together, these findings showed that the CPB-associated kidney injury was primarily caused by an ischemia/reperfusion injury. Thirdly, it was investigated, whether EGCG might attenuate the CPB-associated kidney injury. For that purpose, all of the investigation methods mentioned above were carried out with the samples of the EGCG-group. The findings showed that EGCG (dose: 10 mg/kg) had a protective effect on the kidney, protecting it against the damage caused by the CPB, and was able to partly attenuate this damage and partly even fully counteract it. These findings are of interest for pediatric cardiac surgery, which for example for the correction of innate heart defects depends on the use of CPB. Complications – like acute renal injury post operationem – occur frequently and complicate the recovery. This dissertation demonstrates the renoprotective potential of the natural compound EGCG in the setting of cardiac surgery with the use of CPB. The reason for the effectiveness of EGCG in this situation probably is that EGCG is more than an antioxidant. EGCG not only works as a radical- and nitric-oxide-scavenger, but also is antiapoptotic. In veterinary medicine cardiac surgery with CPB is done by few centers only. However for the future there is hope that people – especially pet owners who view their companion animals as family members, and zoos – become more and more willing to and interested in having an animal diagnosed with a heart defect treated with cardiac surgery including the use of an CPB, instead of – like its usually done nowadays – only giving palliative medication to the animal.

Im Rahmen dieser Dissertation wurden anhand eines Ferkelmodells (8-15kg Schweine, 5 Gruppen: „nicht pulsatile HLM“: n=9, „Minozyklin+HLM“: n= 6, „pulsatile HLM“: n=7, „Minozyklin-Kontrolle: n=6, „Kontrolle“: n=8) während einer 120-minütigen extrakorporaler Zirkulation (EKZ) und einer darauffolgenden 90-minütigen Rekonvaleszenzzeit der physikalische Einflussfaktor des pulsatilen Flusses sowie der pharmakologische Effekt von Minozyklin auf die Niere jeweils unabhängig voneinander untersucht. In allen Gruppen wurden HE-Färbungen sowie immunhistochemische Färbungen (HIF-1-α, 3-Nitrotyrosin, PAR, AIF) durchgeführt um pathologische Veränderungen auf zellulärer Ebene zu detektieren. Zusätzlich wurden energiereiche Phosphate und ihre Abbauprodukte mittels High Pressure/Performance Liquid Chromatography (HPLC) bestimmt. Zur Beurteilung der klinischen Funktion der Niere wurden nierenspezifische Blutwerte (Serumkreatinin, Serumharnstoff) und Laktat im arteriellen Blut bestimmt. Mit der pulsatilen Perfusion konnte ein Abfall des O2-Partialdruckes nicht verhindert werden (HIF-1-α), allerdings konnte die ATP-Konzentration aufrecht erhalten werden. Dies spricht dafür, dass die pulsatile Perfusion im Gegensatz zu der nicht pulsatilen Perfusion keinen relevanten O2-Mangel verursachte. Auch die Ergebnisse der Nitrotyrosin-3-Auswertung zeigen, dass die Bildung von Peroxynitrit reduziert und somit der nitrosative Stress auf die Zellen begrenzt wurde. Die DNA wurde jedoch unabhängig vom gewählten Blutflussprofil geschädigt (PAR). Auch anhand der nierenspezifischen Blutparameter (Serumkreatinin, Serumharnstoff) ließ sich eine postoperative Beeinträchtigung der Nierenfunktion feststellen. Im Vergleich zu der nicht pulsatilen EKZ war hier jedoch eine geringfügige Verbesserung zu erkennen (Serumkreatinin). Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch die pulsatile EKZ der Grad der Ischämie beeinflusst werden konnte, allerdings waren insgesamt keine wesentlich positiven Auswirkungen auf zellulärer Ebene und auf die postoperative Nierenfunktion festzustellen. Der Einsatz des technisch anspruchsvollen pulsatilen Perfusionssystems scheint daher in Bezug auf die Niere in der routinemäßigen Herzchirurgie nicht unbedingt erforderlich zu sein. Durch die Gabe von Minozyklin wurde zwar der Grad der Ischämie (HIF-1-α, ATP) nicht beeinflusst, allerdings konnte Minozyklin durch seine antioxidativen bzw. antinitrosativen (3-Nitrotyrosin), PARP-1-hemmenden (PAR) sowie antiapoptotischen (AIF) Wirkmechanismen die Niere offenbar vor den Folgen einer Ischämie schützen. Anhand der nierenspezifischen Blutwerte (Serumkreatinin, Serumharnstoff) wurde erkenntlich, dass Minozyklin die Nierenfunktion positiv beeinflusst, was wiederum die histologischen Befunde bestätigt. Für die Humanmedizin ist somit der Einsatz von Minozyklin während der EKZ eine Möglichkeit die Auswirkungen des Ischämie/Reperfusionsschadens und deren klinische Folgen hinsichtlich der Niere zu begrenzen. Allerdings muss berücksichtigt werden, dass der einmalige Einsatz eines Antibiotikums auch negativen Einfluss auf den Körper ausübt (Resistenzentwicklung, Nebenwirkungen), sodass Minozyklin aufgrund der in dieser Versuchsreihe gezeigten positiven Eigenschaften, insbesondere die PARP-1-Inhibition, lediglich als Modellsubstanz für Weiterentwicklungen genutzt werden kann.