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Fragestellung: Das klinisch-funktionelle Outcome nach Knie-TEP hängt unmittelbar mit der Masse und Kraft der kniegelenksübergreifenden Muskulatur zusammen. Die molekularen Effekte der häufig angewandten intraoperativen Blutsperre auf den Proteinstoffwechsel der Skelettmuskulatur sind unbekannt. Das Ubiquitin-Proteasomen-System (UPS) repräsentiert eine der Hauptstoffwechselwege zur Muskelproteindegradation und Muskelatrophie. Die Hypothese der vorliegenden Studie beinhaltet, dass die Anwendung der Blutsperre im Rahmen der Knie-TEP zu ischämie-bedingten Veränderungen im UPS der Skelettmuskelzelle führt, vereinbar mit einer vermehrten Protein-degradation/Muskelatrophie.

Methodik: Als Teil einer randomisierten, kontrollierten und monozentrischen Studie erfolgte der Einschluss von 34 Patienten (Knie-TEP). Die Patienten wurden mit schriftlicher Einwilligung nach einem Zufallsprinzip der Gruppe A (OP mit OS-Blutsperre) (n = 17) oder der Gruppe B (OP ohne OS-Blutsperre) (n = 17) zugeteilt. Muskelbiopsien (5x5x5 mm) wurden aus dem Musculus vastus medialis unmittelbar nach Anlage des chirurgischen Zugangs und nach exakt 60 min gewonnen und biochemisch analysiert. Die Analyse beinhaltete die Bestimmung der zytosolischen Konzentration des freien und konjugierten Ubiquitin (Ub) mittels Western-Blot. Zur Bestimmung der Ubiquitinierungsrate, also der Ub-Protein konjugierenden Aktivität, wurde eine Enzymkinetik durchgeführt. Die Quantifizierung der proteasom-abhängigen und unabhängigen Peptidase-Aktivitäten erfolgte mittels Peptidase-Assay. Die Effektstärke betrug 0,4 mit einer statistischen Power von > 0,8. Die Studie wurde von der Ethikkommission positiv beschieden.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Anwendung einer Blutsperre beeinflusste die Konzentration des freien und konjugierten Ub nicht. Es ergaben sich keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen hinsichtlich der Ubiquitinierungsrate. Bei Anwendung der Blutsperre waren die proteasom-abhängigen (caspase-like p=0.0034; chymotryptic-like p=0.0013; tryptic-like p=0.0036) und proteasom-unabhängigen (caspase-like p=0.03; chymotryptic-like p=0.0001; tryptic-like p=0.0062) Peptidase-Aktivitäten statistisch signifikant erhöht.

Freies und konjugiertes Ub sowie die Ubiquitinierungsrate unterliegen einer strengen Regulation und bleiben auch im Rahmen einer 60 min Ischämie unverändert. Die Anwendung der Blutsperre induziert eine signifikante Steigerung der proteasom-abhängigen/-unabhängigen Peptidaseaktivitäten, mit möglicher konsekutiver Muskelproteindegradation und postoperativer Muskelatrophie. Die klinische Relevanz dieser Daten bleibt unklar und wird in begleitenden klinischen Studien überprüft.