Aus der großen physiologischen Bedeutung, die NO im menschlichen Organismus zukommt, ergibt sich die Notwendigkeit, die Bildung dieses Radikals im gesunden Organismus und im pathophysiologischen Zusammenhang zu quantifizieren. Erst wenn die NO-Bildung in der konkreten physiologischen Situation nachvollziehbar ist, ist es möglich, medikamentös in das Geschehen einzugreifen. Ziel der Arbeit war der Ver gleich von Quantifizierungsmethoden für in vivo gebildetes NO bzw. dessen Meta bolisierungsprodukte und die Anwendung ausgewählter Methoden an einer klinisch relevanten Patientengruppe. Dabei wurde deutlich, daß der Nachweis der NO-Bildung im Organismus in klinischen Patientenstudien nur auf indirektem Weg möglich ist. Von den untersuchten indirekten NO-Quantifizierungsmethoden haben sich für Tierexperimentelle Studien folgende Methoden als nutzbar erwiesen: der ESR-spektroskopische HbNO-Nachweis und der Nitrat-Nachweis. Für Untersuchungen des Expressions- und Aktivierungsmechanismus sind die Western-Blot-Analyse und die NOS-Aktivitätsmessung einsetzbar. In Patientenstudien ist die Nitratquantifizierung die zu bevorzugende Methode, wenn ein nitrit- und nitratreduzierter Diätplan eingehalten werden kann und keine Untersuchung von Patienten mit hohen Dosierungen NO-freisetzender Arzneimittel erfolgt. Als ergänzendes Verfahren kann die Quantifizierung der N[omega]-Hydroxy-L-arginin-Konzentration als Maß für die NO-Syntheserate erfolgen, wenn die L-Arginin-Konzentration im Plasma nicht erniedrigt ist. Von den Methoden zur Quantifizierung von Nitrat ist in größeren klinischen Studien die Analyse mittels GC-MS am effektivsten anzuwenden. Ist die HPLC- Quantifizierungsmethode wegen des hohen Zeitaufwandes nur bei geringen Probenzahlen einsetzbar, so führt die Quantifizierung von Nitrit und Nitrat mittels Griess- Reaktion wegen der mangelhaften Wiederfindungsrate im Blutplasma nicht zu richtigen Ergebnissen. Außerdem ist durch die Anwendung der GC-MS-Methode zur Nitratquantifizierung die Analyse sehr geringer Probenvolumina um 5[mycro]l möglich. Dadurch können Erkenntnisse über die lokalen Verhältnisse der NO-Synthese gewonnen werden, was z. B. die Untersuchung ophthalmologischer Fragestellungen an Nagern ermöglicht.

In einer prospektiven Studie wurden bei 28 kritisch kranken Patienten einer interdisziplinären Intensivstation die Plasmaspiegel von TNF[alpha], sCD14, Interleukin-6 (IL-6), sICAM-1 und sE-Selektin gemessen. Ziel der Studie war es, die genannten Parameter in ihrer Wertigkeit als Frühparameter der Sepsis zu untersuchen. Die Plasmaspiegel der Parameter TNF[alpha], IL-6, sCD14, sICAM-1 und sE-Selektin wurden mittels ELISA-Testkits bestimmt. Insgesamt wurde in einem Zeitraum von 11 Beobachtungstagen täglich 10 ml Blut entnommen, zentrifugiert und bis zur Verarbeitung tiefgefroren. Gruppe 1:Patienten mit einer mikrobiellen Infektion, die im Beobachtungszeitraum keine Sepsis entwickelten. Alle Patienten dieser Gruppe überlebten,Gruppe 2:Patienten mit einer mikrobiellen Infektion, die im Beobachtungszeitraum eine Sepsis mit Organdysfunktion entwickelt haben und überlebten, / In a prospective study, we determined the plasma levels of TNF[alpha], sCD14, Interleukin-6 (IL 6), sICAM-1 and sE-Selectin of 28 critically ill patients on our interdisciplinary intensive care unit. The aim of our study was to find out if these parameters are valuable for the early diagnosis of septicaemia. Plasma levels of TNF[alpha], IL-6, sCD14, sICAM-1 and sE-Selectin were measured with ELISA-test-kits. In a period of 11 days, we took 10 ml of blood daily which was refrigerated until examination. GROUP 1:patients with bacterial infections who did not develop septicaemia. All of these patients survived.GROUP 2:patients with bacterial infections who presented with symptoms of disturbed organic function within the examination period and survived.GROUP 3: patients with bacterial infections who developped symptoms of severe septicaemia and died because of multiple organic failure. Results: In patients with septicaemia, TNF[alpha]-levels were significantly higher than in patients without septicaemia. TNF[alpha]-levels can not be used as prognostic parameters in septicaemia because of the short half-life-time.sCD14-levels were significantly higher in patients with septicaemia in the first two days of observation. sCD14-levels can not be used as a prognostic criteria in septicaemia.In patients with septicaemia, we found significant higher Interleucin-6-levels compareed to patients without septicaemia. IL6 prooved to be a good marker for septicaemia. In combination with plasma levels of Se_Selectin, it is criteria for severity of the septicaemia and propable outcome of patients.Pathologically high plasma levels of sICAM-1 were measured in patients with septicaemia. S-ICAM-1 is an early indicator for activation of withe blood cells and danger of septicaemia. The exact blood level of s-ICAM-1 did not correlate with the outcome of patients.sE-Selectin-levels were significantly higher in patients with septicaemia than in patients without septicaemia. The persistence of high sE-Selectin levels indicates possible septicaemia early and is correlated with the outcome of patients.

Bei der klinischen Beschreibung einer Sepsis sind Symptome vorhanden, die allesamt auf eine endotheliale Beteiligung schließen lassen. Hierzu zählt die Infektion an sich, die Regulation der Gefäßpermeabilität, der Gerinnung, der Interaktion mit zirkulierenden Zellen, des Gefäßtonus und des Sauerstoffverbrauchs. In systematischer Weise werden die Einflüße reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate für diese endothelialen Funktionen beschrieben. Beide Molekülgruppen können toxische Wirkungen als unspezifisch im Sinne der Onkose induzieren, die komplex von den jeweiligen Produktionsraten und Umgebungsbedingungen abhängig sind. Es scheint bei einer NO. induzierten Toxizität eine kooperative Wirkung mit reaktiven Sauerstoffderivaten zu geben, wohingegen eine primär durch reaktive Sauerstoffderivate induzierte Toxizität von niedrig dosiertem NO. inhibiert werden kann. Daneben kann der Tod einer Zelle auch als eine teleologisch sinnvolle Form geregelt eintreten. Dieser sogenannte programmierte Zelltod, die Apoptose, scheint durch exogene Zufuhr reaktiver Sauerstoff- oder Stickstoffderivate eher wenig wahrscheinlich. Dagegen scheint die endogene Produktion reaktiver Sauerstoffderivate enger mit proapoptotischen Veränderungen assoziiert zu sein. Die endogene endotheliale Produktion von NO. hat in bisherigen Untersuchungen widersprüchliche Bedeutung für die Apoptose und muß weiteren Untersuchungen vorbehalten bleiben. Ob eine durch Sepsis induzierte endotheliale Apoptose oder Onkose bei Menschen vorliegt wird diskutiert. Unabhängig von der Induktion zum Sterbeprozeß haben reaktive Sauerstoff- und Stickstoffderivate eine signalgebende Funktion in Endothelzellen, die nach exogener Zugabe aber auch durch eine endogene Produktion systematisch zusammengefaßt werden. Zahlreiche Sepsiserreger, oder deren Sekretions-, bzw. Abbauprodukte können primär mit Endothelzellen interagieren. Bereits diese frühen Interaktion gehen mit einer Dysregulation reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate einher. Vor allem im Rahmen eines früh auftretenden septischen Schocks wird eine enorm erhöhte Gefäßpermeabilität deutlich. Untersuchungen zur endothelialen Permeabilität legen zumindest in vitro eine Dysregulation reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate nahe. Die Regulation des Gefäßtonus ist ganz offensichtlich bei septischen Patienten gestört. Welcher Beitrag hierfür auf eine gestörte Endothelfunktion zurückzuführen ist wurde in zahlreichen tierexperimentellen Modellen untersucht. Endothelzellen sind in der Lage, den Sauerstoffverbrauch ganzer Organe zu regeln und Implikationen für die Pathophysiologie der Sepsis werden diskutiert. Endotheliale Dysfunktionen bei septischen Patienten scheinen aufgrund tierexperimenteller Modellvorstellungen naheliegend, sind aber nur ansatzweise bei Menschen belegt. Es ist unklar, welche endothelialen Funktionsdefizite bei septischen gut definierten Patienten überhaupt sicher zu quantifizieren sind, oder wie lange sie anhalten und sich über die Zeit ändern. Auch ist nicht belegt, ob lösliche Marker ein Funktionsdefizit anzeigen, oder lediglich Ausdruck einer allgemeinen Schädigung eines Organismus sind. Eine Dysbalance der endothelialen Produktion reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate liegt allerdings sehr wahrscheinlich vor. / The definition of sepsis includes clinical signs which all are related to endothelial dysfunctions. Infections agents can primarily target endothelial cells. The regulation of vascular permeability and coagulation, the interaction with circulating cells, vasoregulation and oxygen consumption are endothelial dependent. Systematically it is described how reactive oxygen species and reactive nitrogen species act as mediators for these diverse functions. Both reactive oxygen and nitrogen species are well known for their toxic potencies leading to oncosis. Their interaction is very complex. Nitric oxide induced toxic reactions increase in the presence of reactive oxygen species, whereas reactive oxygen species induced toxicity is decreased by low doses of nitric oxide. Apoptosis as opposed to oncosis hardly is induced by exogeneous reactive oxygen or nitrogen species in endothelial cells. However, endogeneous production of reactive oxygen species is more likely to serve proapoptotic functions. Whether patients suffering from sepsis show increased signs of apoptotic endothelium is discussed. Signalling events by low doses of exogeneous reactive oxygen and nitrogen species as well as by endogeneous production in endothelial cells unrelated to death signals are summarized. The known signalling pathways are integrated into specific dysregulated endothelial functions of septic patients. Early interactions of endothelium with infectious agents involve reactive oxygen and nitrogen species. Clinically apparent early signs of septic shock include increased vascular permeability and vasoregulatory disturbance. The involvement of endothelium and reactive oxygen and nitrogen species in these functions is summarized. New data have become available showing that endothelium is able to regulate whole organ oxygen consumption in which reactive oxygen and nitrogen species are involved. These data are discussed. From these in vitro and animal studies it seems evident that endothelial dysfunctions are central features of sepsis. However it remains to be clearly shown that definite endothelial dysfunctions are present and measurable in well defined patient groups, how long these suggested dysfunctions are present or change along the course of septic episodes. The involvement of dysregulated production of reactive oxygen and nitrogen species is most likely.

LPS wird von Gram-negativen Bakterien freigesetzt und führt mit Hilfe von LBP zur Ausschüttung proinflammatorischer Zytokine aus Monozyten und Makrophagen. Diese von LPS ausgelöste Kaskade, ist entscheidend an der Entstehung der Sepsis beteiligt. In dieser Arbeit wurde gezeigt, daß die LPS-induzierte Stimulation von Makrophagen durch murines Serum gehemmt werden kann. Außerdem konnte im Rahmen dieser Arbeit im Mausmodell verdeutlicht werden, welche Rolle Lipoproteine und LBP bei dem protektiven Serumeffekt spielen. Von den in Mausseren verschiedener Mausstämme bestimmten Parametern korrelierte der Phospholipidgehalt relativ gut mit dem inhibitorischen Serumeffekt. Eine Depletion von Lipoproteinen aus den Seren führte zu einer starken Reduktion des inhibitorischen Serumpotentials, während die Verwendung von LBP-defizienten Seren keinen Einfluß auf den Serumhemmeffekt hatte. Lipoproteine sehr geringer, geringer und hoher Dichte verursachten in Gegenwart von LBP eine deutliche Reduktion der LPS-Effekte, die gut mit ihrem Phospholipidgehalt korrelierte. In Abwesenheit von Serum und LBP konnten Lipoproteine LPS-Effekte auch bei hohen Phospholipidkonzentrationen kaum noch inhibieren. In nativen murinen Lipoproteinen hoher Dichte und lipoproteindefizientem Serum ließ sich LBP nachweisen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, daß native Lipoproteine sehr geringer, geringer und hoher Dichten als Akzeptoren für LPS dienen können. Ihr inhibitorisches Potential korreliert am besten mit ihrem Phospholipidgehalt. Der Transport von LPS in diese Lipoproteine wird durch LBP katalysiert, was den protektiven Effekt hoher LBP-Konzentrationen erklärt. Weiterhin konnte gezeigt werden, daß LBP nicht der einzige Bestandteil von murinem Serum ist, der LPS in Lipoproteine transferiert. Vermutlich ist bei den, in dieser Arbeit verwendeten Serumkonzentrationen der PLTP-Gehalt ausreichend, diesen LPS-Transfer in Abwesenheit von LBP zu vollziehen. Bei der Interaktion zwischen Lipoproteinen und LPS handelt es sich um einen physiologischen Weg des Organismus, um auf bakterielle Endotoxine zu reagieren und so der Sepsis entgegenzuwirken. Mit genaueren Kenntnissen über diese Interaktion, bei der Lipidtransferproteine wie LBP und PLTP eine entscheidende Rolle spielen, können eventuell in Zukunft Methoden gefunden werden, diese physiologischen Vorgänge des Körpers zu unterstützen, um so eine Sepsis zu therapieren. / LPS released by gram-negative bacteria is bound by LBP and initiates the release of proinflammatory cytokines in makrophages and monocytes. These cytokines are thought to play a central role in the pathophysiology of sepsis. In these studies I was able to show an inhibitory effect of murine serum on the LPS-induced stimulation of macrophages. Furthermore the role of lipoproteins and LBP in this protective effect of serum was investigated. The inhibitory effect of serum from different mouse strains was best correlated to its phospholipid content. Depletion of serum from lipoproteins strongly reduced its LPS-inhibitory potential while depletion of serum from LBP had no effect. Murine VLDL, LDL and HDL were found to be potent inhibitors of LPS-effects in presence of LBP. In abscence of LBP the inhibitory effect was much weaker. LBP could be detected in murine HDL and murine lipoproteindeficient serum. My data shows that HDL, LDL and VLDL can act as acceptors of LPS. Their inhibitory potential is best correlated to their phospholipid content. LBP catalyses transport of LPS into lipoproteins. This could be an explanation for its protective effect in high doses. Furthermore it could be shown that LBP is not the only serum component that transfers LPS into Lipoproteins. Possibly the used serum contained enough PLTP to perform this transfer in absence of LBP. The interaction between Lipoproteins and LPS is a physiological way of the organism to react on endotoxines and inhibit the development of sepsis. PLTP and LBP play major roles in this interaction. Understanding the pathways of LPS-detoxification may help to support the organism s physiological answer and establish new methods to treat sepsis.

Die Störung der intestinalen Mikrozirkulation gilt als ein kardinaler Mechanismus für die Entwicklung des Multiorganversagens bei Sepsis. Da das Intestinum für mikrozirkulatorische Studien klinisch kaum zugänglich ist, wurden die Auswirkungen einer Therapie mit den antioxidativen Substanzen Oxypurinol und U-74389G (Lazaroid) bzw. den vasoaktiven Substanzen Iloprost (Prostacyclin-Analogon) und Dopexamin auf die intestinale Mikrozirkulation und die systemische Mediatorfreisetzung in einem Tiermodell mit moderater und hoher Endotoxin-Belastung untersucht. Die intravitalmikroskopische Untersuchung der Kapillarperfusion in der Muskularisschicht bei Endotoxinämie erbrachte eine Verbesserung durch Oxypurinol- und Dopexamingabe. Die Perfusion der Mukosa konnte vor allem durch eine Iloprostapplikation gesteigert werden. Die Endotoxin-induzierte, intestinale Leukozytenadhärenz wurde insbesondere durch die Behandlung mit den antioxidativen Substanzen vermindert. Beide therapeutischen Optionen bewirkten eine ca. 60 %ige Reduktion der initialen Tumornekrosefaktor-alpha-Freisetzung in der Versuchsreihe mit der niedrigeren Endotoxin-Dosis. Parallel dazu konnte anhand von Malondialdehyd-Analysen gezeigt werden, dass Oxypurinol und U-74389G wirksam die intestinale, Radikal-induzierte Lipidperoxidation verringerten. Der intestinale mikrovaskuläre Blutfluss konnte durch beide vasoaktiven Substanzen - sowohl bei moderater als auch bei erhöhter Endotoxin-Dosierung - signifikant gesteigert werden. Die Ergebnisse beider Teilstudien bestätigten, dass sowohl reaktive Sauerstoffspezies als auch eine inadäquate Perfusion in der Mikrozirkulation wesentliche pathogenetische Faktoren bei Endotoxinämie bzw. Sepsis darstellen und entsprechende Therapieformen indiziert und effektiv sind. Eine kombinierte Gabe beider Substanzklassen erscheint daher sinnvoll und sollte in weiteren tierexperimentellen und klinischen Studien evaluiert werden. / The disturbance of the intestinal microcirculation is regarded as a pivotal mechanism in the development of multiorgan failure related to sepsis. Since the intestine is clinically not accessible for microcirculatory studies, the effects of a therapy with the antioxidants oxypurinol and U-74389G (lazaroid) as well as the vasoactive substances iloprost (a prostacyclin analogue) and dopexamine on the intestinal microcirculation and the systemic mediator release was studied in an animal model with moderate and high endotoxin challenge. The intravital microscopic examination of the capillary perfusion in the muscularis layer of the intestine during endotoxemia revealed an improvement by administration of oxypurinol and dopexamine. The perfusion of the mucosa could be increased by iloprost administration. The amount of the endotoxin induced, intestinal leukocyte adherence was especially decreased by the treatment with the antioxidants. Both therapeutic options caused a 60 % reduction in the initial tumor necrosis factor-alpha-release in the experiments with the lower endotoxin dose. Malondialdehyde analyses showed that oxypurinol and U-74389G reduced effectively the intestinal, radical-induced lipid peroxidation. The intestinal microvascular blood flow could be significantly increased by both vasoactive substances - as well as with moderately than also with elevated endotoxin-dosage. The results of the study confirmed that both reactive oxygen-species as well as an inadequate perfusion in the microcirculation represent essential pathogenetic factors during endotoxemia as well as sepsis and index corresponding therapy-forms and participates effective. A combined offering both substance-classes appears therefore meaningfully and should be evaluated in further experimental and clinical studies.