Dissertation - University of Veterinary Medicine Vienna - 2022 The full text is only available to university members. Please log in!

Background aim: Complications after hemorrhagic-traumatic shock (HTS) and reperfusion are partially related to the formation of reactive oxygen species (ROS) during reoxygenation. The aim of our study was to compare the effects of an adequate full reperfusion (FR) with an inadequate restrictive reperfusion (RR) approach on ROS formation. Materials and methods: Male rats were exposed to HTS and randomized to receive a FR (75 ml/kg/h) or RR (30 ml/kg/h to uphold a mean arterial blood pressure (MAP) of 50-55 mmHg for 40 minutes followed by 75 ml/kg/h) with Ringer’s solution. ROS distribution of organs and blood was directly determined by infusion of ROS scavenger 1-hydroxy-3-carboxy-2,2,5,5-tetramethyl-pyrrolidine hydrochloride (CP-H) during reperfusion followed by electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. Measurement of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) and peroxiredoxin-4 (Prx-4) were performed for indirect ROS determination. Cell and organ injury were assessed by various blood chemistry parameters, myeloperoxidase activity and wet/dry ratio of the lungs. Sham operated rats functioned as controls (n=8). The trial ended 100 minutes post-shock. Results: MAP was significantly higher in the FR compared to the RR group during reperfusion (66±2 vs 49±2 mmHg). RR animals only showed higher concentrations of ROS in erythrocytes (1951±420 vs 724±75 AU) and liver (474±57 vs 261±21 AU) compared to sham. Animals in the RR group showed significantly higher values of the antioxidant-enzyme Prx-4 in plasma when compared to the FR group (20±2 vs 14±0.5 RLU). This was accompanied by elevated alanine aminotransferase (ALT) and creatinine (CREA) levels (p<0.05). However, TBARS were significantly elevated only in the kidney in the FR group (p<0.05). Conclusion: Both reperfusion strategies have a lasting effect on cell and organ damage. A RR is related to an enhanced ROS formation in erythrocytes and liver in comparison to controls. Moreover, the RR was accompanied with an increased release of the antioxidant-enzyme Prx-4 into plasma, and a distinct injury to kidney and liver when compared to a FR.

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Einleitung und Fragestellung: Die Letalität nach hämorrhagisch-traumatischem Schock (HTS) ist direkt mit der einhergehenden Minderdurchblutung des Gewebes und der darauffolgenden Unterversorgung mit Sauerstoff verbunden. Obwohl die erneute Versorgung des Gewebes mit Sauerstoff im Rahmen der Reperfusion überlebensnotwendig ist, wird sie auch mit einer erhöhten Sauerstoffradikal-(ROS)-bildung in Zusammenhang gebracht. Das Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen von zwei unterschiedlichen Reperfusionsstrategien - einer beschränkten, restriktiven Reperfusion (RR) im Vergleich zu einer unbeschränkten, vollen Reperfusion (FR) - auf die ROS-bildung und damit einhergehende Organschäden nach HTS zu untersuchen. Material und Methoden: Das klinisch relevante und standardisierte HTS Modell in der Ratte beinhaltet eine Laparotomie, Blutentzug (Blutdrucksenkung auf 35-40 mmHg, 30 % Blutverlust) bis zur reversiblen Dekompensation mit anschließender Volumentherapie mit Ringerlösung. Anschließend wurden die Tiere randomisiert einer Reperfusionsgruppe zugeordnet. Die RR-Gruppe ist charakterisiert durch eine initiale 40 minütige inadäquate Reperfusionsphase (30 mL/kg/h), bei der der Blutdruck nicht höher als 50-55 mmHg ansteigt (prähospitale Phase). Darauf folgt eine volle Reperfusionsphase (75 mL/kg/h), die eine hospitale, adäquate Volumentherapie darstellt. Die Tiere, die der FR-Gruppe zugeordnet wurden, bekamen gleich zu Reperfusionsbeginn eine adäquate Flüssigkeitszufuhr über 60 Minuten (75 mL/kg/h) mit anschließender 40 minütiger Verabreichung von 30 mL/kg/h. Über den ganzen Reperfusionszeitraum wurde der ROS-fänger 1-hydroxy-3-carboxy-2,2,5,5-tetramethyl-pyrrolidine hydrochloride (CP-H) infundiert um die zell- und organspezifischen ROS-Konzentrationen am Versuchende zu messen. Diese wurden direkt proportional mittels Elektronen-Paramagnetischer-Resonanzspektroskopie (EPR) bestimmt. Zusätzliche wurden thiobarbituric acid substances (TBARS), Peroxiredoxin-4 (Prx-4) und verschiedene Zell- und Organfunktionsparameter gemessen. Der Versuch wurde nach 100 Minuten Reperfusiontherapie terminiert. Eine Sham-operierte Gruppe (kein HTS und Reperfusion) diente als Kontrolle. Ergebnisse: Der mittlere arterielle Blutdruck (MAP) war zu Beginn der Reperfusion in der FR-Gruppe höher. Die ROS-Bildung zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen den 26 beiden Reperfusionsgruppen, jedoch konnten erhöhte ROS-Werte in den Erythrozyten und in der Leber der RR-Gruppe nachgewiesen werden im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die im Plasma gemessene Prx-4-Konzentration und die Organschäden in Leber, Niere und Lunge waren in der RR-Gruppe signifikant erhöht zur FR-Gruppe. Schlussfolgerungen: Beide Reperfusionsstrategien beeinflussen die HTS-induzierten Zell und Organschäden nachhaltig. Jedoch geht eine RR mit einer erhöhten ROS-Bildung in Erythrozyten und Leber sowie einer erhöhten Prx-4-Konzentration im Plasma einher.

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30 Seiten