Wie Sepsis Gefässmuskelzellen akut und langfristig beeinträchtigen kann
Wie die Funktion von Muskelzellen der Blutgefässe durch eine Sepsis gestört werden kann, zeigt eine Studie der Universitätsmedizin Halle.
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Die Behandlung von Sepsis stellt Kliniken weltweit vor grosse Herausforderungen: Eine frühzeitige Diagnosestellung ist entscheidend, da schwere Verläufe sich nur begrenzt behandeln lassen und bis zur Hälfte aller Fälle tödlich enden. «Die Sepsis ist eine gefährliche Komplikation, bei der es häufig zu Organversagen kommt. Dabei spielen Durchblutungsstörungen eine entscheidende Rolle. Die Mechanismen dahinter sind bisher aber kaum aufgeklärt», sagt Dr. Stefanie Ruhs, Biochemikerin an der Universitätsmedizin Halle und Co-Erstautorin der Studie. Bekannt ist, dass es bei einer Sepsis zu Veränderungen im Stoffwechsel kommen kann: Bei rund zwei Drittel aller Betroffenen treten stark erhöhte Laktatwerte auf, bei gleichzeitiger Azidose. Um die Grundlagen der klinisch hochrelevanten Sepsis besser zu verstehen, arbeiten und forschen die Universitätsklinik für Anästhesiologie und operative Intensivmedizin und das Julius-Bernstein-Institut für Physiologie der Universitätsmedizin Halle eng zusammen.
Effekte von Laktat, Azidose und Laktazidose
«In der aktuellen Studie haben wir die Effekte von Laktat, einer reinen Azidose und der Kombination, der Laktatazidose, auf Gefässmuskelzellen der Blutgefässe untersucht. Letztere ist in der Klinik mit einer schlechten Überlebenschance verbunden», so Ruhs weiter.
Für die Untersuchungen nutzte das Forschungsteam isolierte Gefässmuskelzellen der Hauptschlagader, die im Labor vermehrt wurden. Sie behandelten diese für 48 Stunden entweder mit Laktat bei normalem pH-Wert oder nur mit Säure ohne Laktat sowie in Kombination (Laktatazidose).
Ermüdung und Versteifung von Blutgefässzellen durch Laktatazidose
Es zeigte sich, dass Laktat bei normalem pH-Wert nahezu keine relevanten Veränderungen in den Gefässmuskelzellen hervorrufen kann. Eine Azidose ohne Laktat liess einen Effekt auf genetischer Ebene erkennen: fast 500 Gene wurden unter sauren Bedingungen anders ausgeprägt. Allerdings waren die untersuchten Gefässmuskelzellen in der Lage, nachteilige Auswirkungen auf ihre Funktion weitestgehend auszugleichen.
- «Erst die Kombination von Laktat und sauren Bedingungen, also eine Laktatazidose, führte zu umfassenden Veränderungen auf genetischer Ebene, im Energiestoffwechsel und der Zellstruktur», fasst Philipp Terpe, Promotionsstudent und Erstautor, die Ergebnisse zusammen.
- «Rund 1500 Gene zeigten eine veränderte Expression, die mit dem Stoffwechsel- und dem Erscheinungsbild der Zellen zusammenhängen.
- Unter anderem kommt es zur Hemmung verschiedener Prozesse im Energiehaushalt, die nicht mehr abgefedert werden können. Zudem konnten wir einen Umbau der Gefässmuskelzellen durch Mineralisierung nachweisen.»
In der Summe deuten diese Effekte darauf hin, dass Blutgefässe während einer Sepsis durch Umstrukturierung teilweise ihre Funktion verlieren und versteifen. Das schränkt die Durchblutung womöglich nicht nur kurz-, sondern auch langfristig ein. Diese nachhaltige Beeinträchtigung könnte auch eine Erklärung für die anhaltenden körperlichen und kognitiven Beschwerden von Patienten nach überstandener Sepsis liefern, so die Autoren der Studie. «Zukünftig wollen wir weitere Gefässzelltypen in unsere Analysen einschliessen und zusätzlich untersuchen, ob die Normalisierung der Blutwerte nach einer Sepsis wiederholten Stress für die Zellen verursacht. Ein besseres Verständnis der Mechanismen dahinter könnte neue Marker offenbaren, die die Schwere einer akuten Sepsis frühzeitig anzeigen und somit die Reaktionszeit in der Klinik verkürzen.
Denn bei der intensivmedizinischen Behandlung einer Sepsis und eines septischen Schocks zählt jede Minute. Und wenn es gelingt, Langzeiteffekte auf molekularer Ebene aufzudecken, könnten diese bei Überlebenden eventuell gezielt mit neuen Ansätzen therapiert werden», so Terpe.PS
