gms | German Medical Science

Fragestellung: Schweres Weichteiltrauma ist mit einem systemischen Anstieg der Complementaktivierungsprodukte C3a und C5a assoziiert, welcher mit der Verletzungsschwere beim Menschen und im Tiermodell korreliert. Die Zugabe von C5a zu Herzmuskelzellen führte zu verminderter Kontraktilität und gestörter Relaxation. Die pathophysiologischen Mechanismen hierfür sind jedoch unzureichend geklärt. Es konnte gezeigt werden, dass Herzmuskelzellen selbst in der Lage sind kardiodepressive Cytokine wie IL-1beta und TNF freizusetzen. Eine erhöhte Konzentration von ROS in Herzmuskelzellen wird bei Herzschwäche beobachtet. Ausserdem ist bekannt, dass ROS Calzium- transportierende Proteine modulieren, was in erhöhten intrazellulären Calziumkonzentrationen resultiert. Calzium ist ein wichtiger second messenger. Daher stellen wir die Hypothese auf, dass die Interaktion von C5a mit seinen Rezeptoren (C5aR und C5L2) auf Herzmuskelzellen zu gestörter Regulation von intrazellulärem Calzium ([Ca2+]i) und Reaktiven Sauerstoff Spezies (ROS = reactive oxygen species) und damit zu kardialer Dysfunktion führt.

Methodik: Herzmuskelzellen aus Ratten (Sprague Dawley) wurden durch retrograde Perfusion an einem Langendorff Apparatus isoliert.

[Ca2+]i und ROS Messungen erfolgten mittels Flowcytometrie unter Verwendung von zellpermeablen Fluoreszenzfarbstoffen. Menschliches Herzmuskelgewebe wurde zur Messung der Expression der beiden C5a Rezeptoren (C5aR und C5L2) mittels RT-PCR sowie zum Nachweis der beiden Rezeptoren auf Proteinniveau mittels Western Blot verwendet. Die Bestimmung von Cytokinen (IL-1beta und TNF) aus Kulturüberständen von Herzmuskelzellen erfolgte mittels ELISA. Die statistischen Unterschiede wurden durch Anwendung des zweiseitigen Student t Tests ermittelt und bei p<0,05 als signifikant betrachtet.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Herzmuskelzellen zeigten in Anwesenheit von C5a einen zeit- und konzentrationsabhängigen Anstieg von intrazellulärem Calzium und reaktiver Sauerstoffspezies. Um einen möglichen Zusammenhang zwischen eröhter ROS und Cytokinproduktion durch Herzmuskelzellen aufzudecken verwendeten wir einen spezifischen NADPH-Oxidase Inhibitor. Dabei zeigte sich eine deutliche Reduktion der C5a-induzierten IL-1beta und TNF Produktion in Anwesenheit des Inhibitors. Eine Relevanz der im Nagermodell erhobenen Daten für den Menschen ergibt sich aus dem Nachweis von mRNA und Protein der beiden Complementrezeptoren C5aR und C5L2 in humanen Herzmuskelzellen.

Zusammenfassend mehren sich die Hinweise, dass es durch Interaktion des nach schwerem Trauma systemisch erhöten Complementaktivierungsproduktes C5a mit auf Herzmuskelzellen exprimierten Complementrezeptoren (C5aR und C5L2) zu einer Erhöhung von [Ca2+]i und ROS und damit zu einer immunologischen Modulation des Herzens kommt. Ausserdem konnte ein Zusammenhang zwischen erhötem ROS und Cytokinproduktion durch die Herzmuskelzellen selbst hergestellt werden. Weitere Studien sind erforderlich um pathophysiologische und funktionelle Zusammenhänge weiter aufzuklären.