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1630 hr.Hartl Was bedeutet die Operation metabolisch für - DGEM

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Was bedeutet die Operation
metabolisch ffür
ür den Patienten?
W. H. Hartl
Chirurgische Klinik und Poliklinik, LMU München
Campus Grosshadern
Was hat uns die Natur
mitgegeben?
Operation (chirurgische Homöostasestörung) = Gewebstrauma
- der evolutionsbiologische Aspekt
- der teleologische Aspekt
- der Aspekt der modernen Medizin
Evolutionsbiologische Reaktion auf ein
Gewebstrauma im Tierreich
Schweres Trauma
(z.B. traumatische Amputation/multiple Verletzungen innerer Organe)
rascher Tod
ungünstiges Aufwands-/Ertragsverhältnis
fehlende Chance
fehlender Sinn
keine Ausbildung von
Reaktionsmechanismen
Evolutionsbiologische Reaktion auf ein
Gewebstrauma im Tierreich
Leichtes Trauma
Akutes Überleben
günstiges Aufwands-/Ertragsverhältnis
Chance vorhanden
sinnvoll für die Arterhaltung
Ausbildung von
Reaktionsmechanismen
Was sind die evolutionsbiologische
Rahmenbedingungen ffür
ür die Ausbildung
der Reaktionsmechanismen im
Tierreich?
Häufigste Verletzungslokalisation: Extremitäten
Häufigstes Verletzungskompartiment: Knochen und Weichteile
Temporäre
Immobilisierung
Temporär
eingeschränkte/
reduzierte
Nahrungszufuhr
Welche Reaktions
Reaktions-mechanismen gibt es?
afferente Signale
Wunde
Selbsthilfe
Körper
Fremdhilfe
- Infektabwehr
- Gewebereparatur
Eingeschränkte Beweglichkeit !
Verringerte Nahrungszufuhr !
Was bestimmt die Effizienz
der Reaktionsmechanismen?
Infektabwehr
(unspezifisches/spezifisches
Immunsystem)
Gewebereparatur
(Fibroblasten/Osteoblasten)
Effizienz der
zellulären Systeme
im Wundbereich
Lokale Verfügbarkeit der Zellen
und ihrer Substrate
Durchblutung
Konzentration
Aktivität der Zellen
Mechanismen der
Durchblutungssteigerung
Zerstörtes Gewebe
Wunde
Selbsthilfe
Lokale Aktivierung des
unspezifischen Immunsystems
Freisetzung vasodilatierender
Mediatoren
Beindurchblutung (ml •100 ml Bein-1• min-1)
Verletzungsausmaß und regionale
Durchblutung
Ausmaß der Beinverbrennung (%)
Wilmore DW, Ann Surg 1977
Was bestimmt die Effizienz
der Reaktionsmechanismen?
Infektabwehr
(unspezifisches/spezifisches
Immunsystem)
Gewebereparatur
(Fibroblasten/Osteoblasten)
Effizienz der
zellulären Systeme
im Wundbereich
Lokale Verfügbarkeit der Zellen
und ihrer Substrate
Durchblutung
Konzentration
Aktivität der Zellen
Aminosäuren
(Synthese von StrukturProteinen und ImmunGlobulinen)
Mechanismen zur Deckung
des erh
öhten Aminos
äureerhöhten
AminosäureBedarfs
afferente Signale
Körper
Wunde
Fremdhilfe
Eingeschränkte exogene Substratzufuhr!
Afferente Signale zur
Deckung des erh
öhten
erhöhten
Aminos
äure-Bedarfs
Aminosäure-Bedarfs
Immobilisierung
Schmerz
Zerstörtes Gewebe
Lokale Aktivierung des
unspezifischen Immunsystems
ZNS Aktivierung
Opferung von Muskeleiweiß
aus unverletzten Regionen
Freisetzung systemisch wirksamer
Mediatoren (Zytokine)
Immobilisierung und Eiwei
ßkatabolismus
Eiweißkatabolismus
Skelettmuskel
fraktionelle
Proteinsyntheserate (%/h)
Proteolyseraterate
(µmol Phe / 100 ml Beinvolumen)
0,07
70
0,06
60
0,05
50
0,04
40
0,03
30
0,02
20
0,01
10
0
0
Kontrolle
14 Tage Bettruhe
Ferrando et al, AJP 1996
Schmerz und Eiweiß-Katabolismus
Stimulation von
peripheren Nerven
Bewußtsein
Autonomes
Nervensystem
Hypothalamus
Hypophyse
StressHormone
Schmerz und Eiwei
ß-Katabolismus
Eiweiß-Katabolismus
adreno – kortikale Achse
Hypothalamus
CRH
Schmerz
Hypophyse
Nebennierenrinde
ACTH
freie
Glukokortikoide
Steroide und Muskel
-Eiweißkatabolismus
Muskel-Eiweißkatabolismus
Paddon-Jones et al, J Nutrition 2006
Zytokin – Induzierte Katabolie
Muskuläre
MuskuläreKatabolie
Katabolie
+
Anabolie
Anabolie
+
+
Appetitlosigkeit
IGF-1
Zytokine
+
AdrenoAdrenokortikale
kortikale
Achse
Achse
Zytokine und muskul
ärer Eiwei
ßabbau
muskulärer
Eiweißabbau
wound repair
immunoglobulins
Muscaritoli et al, Eur J Canc 2006
Was bestimmt die Effizienz
der Reaktionsmechanismen?
Infektabwehr
(unspezifisches/spezifisches
Immunsystem)
Gewebereparatur
(Fibroblasten/Osteoblasten)
Effizienz der
zellulären Systeme
im Wundbereich
Lokale Verfügbarkeit der Zellen
und ihrer Substrate
Aktivität der Zellen
Immunologische Mechanismen
Metabolische Mechanismen
Durchblutung
Konzentration
Metabolische Determinanten der
zellulären Aktivität
Immunkompetente und reparative Zellen
Glukose-Transporter
(Insulin-unabhängig)
anaerobe
Glykolyse
Glukose
?
Aminosäure-Transporter
Glutamin
muskulärer EiweißKatabolismus
Glukosekonzentration und
Lymphozytenaktivität
T-Lymphozyten-Proliferation
Interstitielle Glukosekonzentration
•nüchtern: 3,9–5,5 mmol/l,
•entsprechend 70–99 mg/dl
Aktivitätssteigerung des Glukosetransporters
durch Hyperglykämie
10
Maciver NJ et al, J Leukoc Biol 2008
Maggs DG et al , J Clin Invest 1995
Mechanismen der Hyperglykämie
(ZNS-wirksame afferente Signale)
Schmerz
Stimulation von
peripheren Nerven
Flüssigkeits
mangel
Hypothalamus
Bewußtsein
Autonomes
Nervensystem
Hypophyse
StressHormone
Stimulation von
Baro-Rezeptoren
Hypothalamus
Sympathisches
Nervensystem
Mechanismen der Hyperglykämie
(ZNS-wirksame efferente Signale)
Sympatho-adrenale Achse
Hypothalamus
Hirn+ stamm
+
sympathische efferente Nerven
+
afferente
Signale
+
NebennierenMark
Adrenalin
+
einzelne Organe
Noradrenalin
Kohlenhydrat-Stoffwechsel im Nüchternzustand
Gesund
Glykogenolyse
Glukoneogenese
Plasma
Glukose
GLUT1
~
+
Glukose
GLUT4
Glukagon
+
Insulin
Kohlenhydrat-Stoffwechsel im Nüchternzustand
Postaggressionsstoffwechsel
Glykogenolyse
Glukoneogenese
+
GLUT1
Plasma
Glukose
+
GLUT1
+
Glukose
Zytokine
-
Glukagon
GLUT4
Kortikoide
Katecholamine
+
Insulin
Glukose
Glukose –– Clearance
Clearance im
im Postaggressionssyndrom
Postaggressionssyndrom
ml / kg . min
Aufnahme ( Umsatz )
Clearance =
Konzentration
15
Gesunde ( Bettruhe )
10
Nüchternzustand
Chirurgisches Trauma
5
Insulinkonzentration
0
(microU / ml)
0
500
1000
Shangraw et al Metabolism 1989, Stuart et al Metabolism 1988
1500
Glukoseumsatz
üchternstoffwechsel)
Glukoseumsatz (N
(Nüchternstoffwechsel)
im
im Postaggressionssyndrom
Postaggressionssyndrom
über 24 Stunden
115 g / d
Glykogenolyse
120 g
GLUT1
130 g / d
Glukoneogenese
200 g / d
75 g / d
?
Watters JM et al (In: Surgery: Scientific
principles and practice, 1993)
Quantitative Zusammensetzung der
Glukoneogenese (Nüchternstoffwechsel)
mmol/min (Glukose-Äquivalente)
Splanchnikus-Glukose-Produktion
Glukoneogenese
Glukose-Gesamtproduktion
Laktat
Aminosäuren
Glyzerin Pyruvat
~ 50 %
Muskeleiweiß-Katabolismus
Wahren J et al, Ann Rev Nutr 2007
Reaktionsmechanismen und
moderne Medizin
afferente Signale
Leichte Verletzung
Wunde
Fremdhilfe
efferente
Signale
Körper
Körper
Schwere Verletzung
(natürlicher Verlauf)
Schwere Verletzung
(moderne Medizin)
Wunde
Wunde
Maschinelle/
medikamentöse
Organunterstützung
Kein evolutionsbiologischer Mechanismus
Autoaggression
Teleologische Umkehrung der
Reaktionsmechanismen durch
die moderne Medizin
- quasi-lineare Auslösung entsprechend
dem Schweregrad der Verletzung
- eingeschränkte externe Manipulierbarkeit
Blutzuckerspiegel
Blutzuckerspiegel und
und Verletzungsschweregrad
Verletzungsschweregrad
Injury Severity Score
45
40
35
30
25
20
p < 0.01
15
Verlauf
verstorben
überlebt
10
5
0
100
200
300
Blutzuckerspiegel (mg/dl)
Pomerantz et al J Pediatr. Surg 1999
400
500
Einfluss von Insulin auf die
hepatische Glukoseproduktion
Endogene Glukoseproduktion ( µmol • kg-1 • min)
*
gesund
schwere Sepsis
~ 13
~ 35
Insulinkonzentration (mU/l)
(nüchtern) (Insulinzufuhr)
Chambrier C et al, Clin Sci 2000
Dichotomie
ämie
Dichotomie der
der Hyperglyk
Hyperglykämie
BZ - Konzentration
Intensivtherapie / Notfallmedizin
schädlich
Schweres Trauma
protektiv
Leichtes
Trauma
Zeit
Glukose und Immunsystem
Glukose
Arg
-
N0
Endothelzelle
+
Relaxation
+
Adhäsionsmoleküle
IL - 8
+
Transmigration
Mikrozirkulationsstörung
Adhäsion
ThrombozytenAktivierung
neutrophiler
Granulozyt
+
Glukose
Organdysfunktion
O2
OH
Immunsuppression
Eiweiß-Katabolismus und Verletzungsschweregrad
g • kg-1 •d-1
g • kg-1 •d-1
Netto-Eiweißverlust
Proteinabbaurate
Normalbereich
Proteinabbaurate
Normalbereich
Proteinsyntheserate
Proteinsyntheserate
Traumaschweregrad
Verlust von Gesamtk
örpereiweiß
Gesamtkörpereiweiß
bei Sepsis und nach Trauma
GesamtkörperEiweißgehalt (kg)
Trauma (-13.0 %)
Sepsis (-12.1 %)
Aufenthaltsdauer auf der Intensivstation (Tage)
Plank LD, World
J Surg 2000
Glutamin
Glutamin und
und schweres
schweres Trauma
Trauma
Plasma
Skelettmuskel
mmol / kg Naßgewicht
µmol / l
15
600
Normalbereich
400
10
5
200
0
0
Tjader, Int. Care Med. 2004
Glutaminverarmung
Immunsuppression?
Einfluß der Eiweiß - Zufuhr auf die
Eiweiß - Katabolie
• Polytrauma / schwere Sepsis
• 10 - Tageszeitraum
• Gamma - Neutronenaktivierung
0
-1
Eiweißzufuhr/
Tag
*
*
1,1 g/kg
1,5 g/kg
1,9 g/kg
-2
-3
Eiweißverlust ( kg )
Ishibashi et al., Crit. Car Med., 1998
Was tun?
oder: Wie kann man die Evolution überwinden?
Evolutionsbiologische Reaktion
Fieber und Lymphozytenaktivität
39°C
Lymphyzyten/
Venole
Lymphozyten im Stroma/
Flächeneinheit
37°C
37°C
39°C
Zeit (min)
Chen Q et al, Nat Immunol 2006
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