Open Access

Schwerverletzte Patienten folgen einem biphasischen Mortalitätsmuster, mit einem ersten frühen Mortalitätsgipfel aufgrund von schweren Verletzungen des zentralen Nervensystems oder durch massiven Blutverlust. Der zweite, später auftretende Traumatod ist mit einer immunologischen Dysregulierung verbunden, welche durch eine ausgeprägte Inflammation häufig im (Multi)-Organversagen endet. Insbesonders thorakale Verletzungen sowie das Erleiden eines hämorrhagischen Schocks prädisponieren den Organismus für die Entwicklung von pulmonalen Komplikationen im klinischen Folgevelauf. Alkohol spielt hierbei eine wichtige Rolle. In den vergangenen 15 Jahren hat sich zwar die Anzahl der „Alkoholunfälle“ mit Personenschaden reduziert, dennoch tritt Alkohol als eine der häufigsten Unfallursachen bei 18-34jährigen auf. Zudem hat Alkohol durch seine immunmodulatorischen Eigenschaften einen signifikanten Einfluss auf die Entwicklung und Prognose von (infektiösen) Komplikationen im klinischen Folgeverlauf. Verunfallte Patienten mit einer akuten Alkoholintoxikation zeigen im Vergleich zu chronisch Alkoholisierten eine verringerte 24-Stunden-Letalität nach Trauma. Die Studienlage zu den Hintergründen ist äußerst kontrovers, und stellt den Kern der vorliegenden Arbeit dar. Eine zentrale Rolle in der Genese der post-traumatisch inflammatorischen Immunantwort nehmen die Monozyten, sowie die Alveolarmakrophagen (AM) in der Lunge, aber auch zirkulierende polymorphonukleäre Leukozyten (PMNL) insbesondere neutrophile Granulozyten ein. Die Monozyten aktivieren bspw. über die Inflammasomassemblierung Caspase-1 (Pyroptose), die das inaktive Interleukin (IL)-1β in seine aktive Form prozessiert, aktiviert und seine Sezernierung induziert. Neutrophile Granulozyten, die ebenfalls durch inflammatorische und chemotaktische Reize aktiviert werden, infiltieren durch Modifikationen ihrer Oberflächenrezeptoren wie CD11b, CD62L und CD31 entzündetes Gewebe. Am Ort der „Schädigung“ weisen sie eine prolongierte Lebensspanne auf, und tragen durch ihre verstärkte Akkumulation so zu einem hyper-inflammatorischen Zustand bei. Folglich wird das eigene Gewebe geschädigt, was im Verlust der Zell- und Organintegrität enden kann. Die zugrundeliegenden Pathomechanismen wurden in diversen Studien mit der Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-κB assoziiert. Interessanterweise konnte die anti-inflammatorische Wirkung einer akuten Alkoholexposition mit der Hemmung des NF-κB, aber auch mit einer reduzierten Inflammasomassemblierung in vitro assoziiert werden. Für die Untersuchung der akuten Alkoholwirkung wurde ein klinisch relevantes double hit Modell bestehend aus stumpfen Thoraxtrauma und hämorrhagischem Schock mit anschließender Flüssigkeitstherapie (TxT+H/R) genutzt. Um den Einfluss von Alkohol auf die posttraumatische Immunantwort mit Fokus auf die Rolle der zirkulierenden neutrophilen Granulozyten und Monozyten in der Genese pulmonaler Schädigungen zu untersuchen, erfolgte im vorliegenden Modell eine akute Gabe von Ethanol (5 g/kg, 30%, EtOH) zwei Stunden vor Hämorrhagie und Reperfusion. Zwei Stunden nach Reperfusion wurden die inflammatorischen Prozesse und das Outcome der Tiere untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass TxT+H/R zu diffusen histopathologischen Lungenschäden führt, welche mit einer erhöhten Proteinkonzentration in der bronchoalveolären Lavage (BAL), verstärkten Infiltration des Lungengewebes mit PMNL sowie einer systemischen Aktivierung von neutrophilen Granulozyten und Monozyten verbunden war. Neutrophile Granulozyten zeigten eine signifikante Reduktion der Oberflächenexpression von CD62L und einen signifikanten Anstieg von CD11b und CD31; in zirkulierenden Monozyten konnte eine Inflammasomaktivierung durch direkten Nachweis der aktiven Caspase-1 gezeigt werden. Die Analyse der aktiven Effektorcaspasen der Apoptose Caspase-3 und -7 zeigte eine reduzierte Apoptose in zirkulierenden neutrophilen Granulozyten. Orale Gavage EtOH reduzierte signifikant die lokale Inflammation in der Lunge, welche mit einer verminderten PMNL Infiltration, verminderten IL-6 Genexpression und reduziertem BAL Proteingehalt einherging. Während die reduzierte Proteinkonzentration in der BAL durchaus für einen verminderten Lungenschaden spricht, war dieser histopathologisch nicht festellbar. Systemisch modulierte die akute EtOH-Gabe Oberflächenrezeptorexpression auf zirkulierenden neutrophilen Granulozyten, was deren reduzierte Aktivierung bestätigt. Die verminderte inflammatorische Aktivierung von zirkulierenden Monozyten und Granulozyten zeigte sich ebenfalls in der reduzierten Inflammasomaktivität. Wir konnten wichtige Erkenntnisse für das Verständnis der Genese von pulmonalen Komplikationen nach TxT und HS, sowie die immunmodulatorischen Eigenschaften von Alkohol auf das angeborene Immunsystem darstellen. Die akute Alkoholexposition reduzierte die systemische Immunantwort, welcher in diesem klinisch relevanten Kombinationstrauma vermutlich eine reduzierte lokale Inflammationsantwort folgte. In weiterführenden Studien sollten die zugrundeliegenden Signalwege, Einfluss der Traumachwere sowie der Schwere der Alkoholintoxikation untersucht werden.

Traumatische Verletzungen fordern jährlich über fünf Millionen Todesopfer. Sie sind bei unter 45-Jährigen die häufigste Ursache für Tod und körperliche Behinderung dar. Ein Polytrauma verursacht eine schwere Belastung für das Immunsystem und ist häufig von schweren Störungen der Immunregulation gekennzeichnet. Die Immunreaktion übersteigt bei schweren Traumata das für lokale Reparaturmechanismen notwendige Maß, und so kommt es je nach Ausmaß der Verletzungen innerhalb der ersten Minuten bis Stunden zu einer systemischen Hyperinflammation, dem sogenannten Systemischen Inflammatorischen Response- Syndrom (SIRS). Auch in nicht verletzten Organen verursacht SIRS Störungen in der Endothel-Funktion, wodurch die Mikrozirkulation in diesen Organgen beeinträchtigt ist. In der Folge kommt es zu interstitieller Ödembildung, zur Gewebsinfiltration durch Leukozyten und zu Zelluntergang. Diese Prozesse können zur Fehlfunktion von Organen bis hin zum Organversagen, und, da sie häufig in mehreren Organen gleichzeitig ablaufen, auch zum klinisch dann oft schwer beherrschbaren Multiorganversagen (MOV) führen. Auf der anderen Seite stoßen schwere Verletzungen antiinflammatorische Prozesse an, die zu einer ausgeprägten Immunsuppression führen können, dem Kompensatorischen Antiinflammatorischen Response-Syndrom (CARS), mit der Folge, dass polytraumatisierte Patienten erhöht anfällig für infektiöse Komplikationen sind. Die beschriebenen Funktionsstörungen des Immunsystems sind ein wichtiger Mortalitätsfaktor von polytraumatisierten Patienten. Während wir SIRS und seine Folgen über die letzten Jahre immer besser verstehen, mit signifikanten Fortschritten auch für die klinische Handhabung dieser Komplikationen des Polytraumas, ist CARS weit schlechter untersucht. Während der post-traumatschen Immunantwort spielen nicht nur Zellen der angeborenen, sondern auch solche der erworbenen Immunabwehr eine wichtige Rolle. So sind regulatorische T-Zellen (Treg) entscheidend an der posttraumatischen Immunsuppression beteiligt. Treg beeinflussen die immunologische Homöostase Treg mit einem Arsenal immunsuppressiver Werkzeuge. Sie töten oder beeinflussen beispielsweise antigenpräsentierende Zellen oder T-Effektorzellen und verändern das Zytokinmilieu und metabolische Signalwege. Nach einem Trauma kann eine überschießende Aktivität von Treg die immunologische Balance so beeinträchtigen, dass eine posttraumatische Immunsuppression entsteht oder intensiviert wird. Die hier vorgestellte Studie Ziel dient daher dem besseren Verständnis der Dynamik von Treg nach einer stattgehabten traumatischen Verletzung. Dafür untersuchten wir die Verläufe verschiedener Subpopulationen von Treg im Blut schwer verletzter Patienten. Da der Forschung am Menschen in vivo enge ethische und methodologische Grenzen gesetzt sind, nehmen Tiermodelle in der Traumaforschung einen hohen Stellenwert ein. Daher verglichen wir die an Patienten erhobenen Daten über die posttraumatische Dynamik von Treg mit den Verläufen in einem adäquaten Tiermodell. Aufgrund der guten anatomischen, physiologischen und genetischen Ähnlichkeit zum Menschen werden Tiermodelle am Schwein zunehmend beliebter. Ein Polytraumamodell am Schwein existiert erst seit wenigen Jahren. Über Treg wurde in diesem Rahmen bisher nicht geforscht. Die Charakterisierung ihres Immunphänotyps und ihrer Dynamik könnte die Anwendbarkeit des Schweine-Modells für Fragen der Trauma-Forschung verbessern und gleichzeitig unser Verständnis der Pathophysiologie posttraumatischer Komplikationen wir SIRS oder Sepsis erhöhen. Bei 20 Traumapatienten (TP) mit einem Injury Severity Score (ISS) ≥ 16 wurde bei Ankunft in der Notaufnahme, nach einem und nach drei Tagen venöses Blut entnommen. Zehn gesunde Freiwillige (HV) fungierten in der Studie als Kontrollgruppe. Das Polytrauma im Großtiermodell am Schwein bestand aus einer Femurfraktur, einer Leberlazeration, einer Lungenkontusion und einem hämorrhagischen Schock, was einen ISS von 27 ergab. Auf die Traumainduktion folgte die Reanimationsphase und die chirurgische Versorgung der Femurfraktur nach dem damage-control-Prinzip. Die Blutentnahmen erfolgten bei den Versuchstieren vor und sofort nach Trauma, sowie nach 24 und 72 Stunden. Wir verglichen die Dynamik der Verläufe der Treg von TP mit denen von HV und mit Daten aus den Tierversuchen. Es herrscht noch kein wissenschaftlicher Konsens darüber, welche Kombination aus immunologischen Oberflächenmarkern die Identifikation von Treg zuverlässig gewährleisten kann. Dies liegt auch daran, dass Treg eine Gruppe verschiedener Unterpopulationen darstellen. Folglich analysierten wir verschiedene Kombinationen. Wir färbten Cluster of differentiation (CD) 4-positive und CD25-positive (CD4+CD25+), CD4+CD25+forkhead box P3 (FoxP3)+, CD4+CD25+CD127-negative (CD127−) und CD4+CD25+CD127−FoxP3+ Zellen mit Antikörpern und charakterisierten die jeweilige Gruppe mithilfe der Durchflusszytometrie. CD4+CD25+CD127− Treg sind beim Menschen bekannt. Beim Schwein werden sie in dieser Studie erstmalig beschrieben. ...