Antioxidantien: Freund oder Feind?

Welche Mechanismen bei multiplem Organversagen von Intensivpatienten in Kraft treten, ist nach wie vor noch nicht restlos erforscht. Wissenschaftlern des LBI Trauma am AUVA Traumazentrum Lorenz Böhler ist hier kürzlich ein großer Fortschritt gelungen.

© Jackie Niam/iStock

SIRS steht für „Systemisches Inflammatorisches Response-Syndrom“ und ist eine Erkrankung, bei der es zu einer schweren Entzündungsreaktion des gesamten Körpers kommt. Ausgelöst werden kann sie durch Verbrennungen, schwere Blutungen oder große Organschäden. Bei Patienten mit SIRS besteht die Gefahr eines multiplen Organversagens, dessen Mechanismen immer noch nicht bis ins letzte Detail entschlüsselt sind. Aus diesem Grund war für diese Patienten bisher nur eine symptomatische Behandlung verfügbar. Vor Kurzem konnten Wissenschaftler des LBI Trauma am AUVA Traumazentrum Lorenz Böhler einen wichtigen biologischen Mechanismus entschlüsseln. Dieses Wissen öffnet nun neue Behandlungsmöglichkeiten.

Forschergruppe sucht Ursachen

Auf Zellebene gibt es zwei grundlegende Mechanismen, die zum Organversagen führen: Der erste ist ein massives Absterben der Zellen in den Organen, sodass diese ihre Funktion nicht mehr erfüllen können. Der zweite ist eine Funktionsstörung der Zelle, die zur Anhäufung von lebenden, aber nicht funktionsfähigen Zellen führt. Bemerkenswerter Zellverlust wurde selbst bei schweren Fällen von SIRS nicht entdeckt. Dies legt nahe, dass durch SIRS verursachtes Multiorganversagen auf der Schädigung der Zellfunktion beruht.

Zu diesem Zeitpunkt wurde die Aufmerksamkeit der Forscher auf die Mitochondrien gelenkt. Mitochondrien wandeln Biomoleküle und Sauerstoff in Energie, Kohlendioxid und Wasser um – man nennt sie deshalb auch die Kraftwerke der Zelle. Da Mitochondrien in allen Zelltypen sehr ähnlich sind, könnte das Multiorganversagen durch einen gemeinsamen Mechanismus erklärt werden, der Mitochondrien gleichzeitig in verschiedenen Organen beeinflusst. Um den Einfluss von Mitochondrien und deren Funktionen besser zu verstehen, wurde am LBI 2007 eine Gruppe für molekulare Grundlagen des Organversagens unter der Leitung von Dr. Andrey Kozlov gebildet.

Die Rolle von Sauerstoff

Trotz aller Erwartungen zeigten bereits erste Studien, die am LBI und später an anderen Institutionen weltweit durchgeführt wurden, dass SIRS nicht notwendigerweise mit einer Schädigung der Mitochondrienfunktion einhergeht. In manchen Fällen konnte sogar eine Verbesserung beobachtet werden. Allerdings haben die Forscher herausgefunden, dass SIRS die Nutzung des Sauerstoffs in den Mitochondrien verändern kann. Mitochondrien benutzen Sauerstoff vorwiegend, um Energie für die Zelle bereitzustellen. Ein kleiner Teil des Sauerstoffs wird jedoch für die Bildung sogenannter ROS (Reactive Oxygen Species) verwendet. ROS sind chemisch hochreaktive Moleküle, die viele Arten von Biomolekülen rasch oxidieren und damit zerstören können. Aus diesem Grund galten mitochondrial produzierte ROS lange Zeit als unerwünschte „Nebenprodukte“. In jüngerer Zeit wurde aber gezeigt, dass ROS auch wichtige physiologische Funktionen haben, da sie ein Gleichgewicht in der Zelle aufrechterhalten und auch an der Übertragung von Signalen beteiligt sind.

Entzündungsreaktionen bekämpfen

Die Wissenschaftler am LBI Trauma fragten sich zunächst, ob die Freisetzung von mitochondrialen ROS bei SIRS kritisch für das Organversagen sein könnte. Als Ergebnis ihrer Studien wurde ein neuer Signalweg in der Zelle entdeckt. Dieser Weg, den sie ROS-NOS-Zyklus nannten, ist ein Teufelskreis, in dem sich, unter Beteiligung von ROS, die Entzündungsreaktionen immer weiter verschlimmern. Eine gezielte Unterbrechung des ROS-NOS-Zyklus durch die Behandlung mit spezifischen Antioxidantien verhindert bei einer moderaten Form von SIRS tatsächlich die Schädigung der Organe. In diesem Moment glaubten die Wissenschaftler, einen Therapieweg gefunden zu haben, um SIRS-Patienten vor einem Multiorganversagen zu bewahren.

In weiteren Studien stellte sich jedoch heraus, dass mitochondriale ROS nicht nur den schädlichen ROS-NOS-Zyklus auslösen, sondern auch ein Enzym der Immunzellen, das für die Abtötung von Bakterien wichtig ist, aktivieren. Die Antioxidantien-Therapie beeinflusst demnach zwei verschiedene Prozesse, einerseits den pathologischen Pfad, der zu Organschäden führt, und andererseits die Abwehrmechanismen, die an der Tötung gefährlicher Bakterien beteiligt sind. Wenn der zweite für die Bekämpfung von bakteriell ausgelösten Entzündungsreaktionen wichtiger ist, hat die Behandlung mit Antioxidantien negative Folgen. Im Gegensatz dazu kann die Anwendung von Antioxidantien empfohlen werden, wenn eine bakterielle Ursache für SIRS ausgeschlossen ist.

Zusammenfassend sollte derzeit eine Antioxidantientherapie bei Patienten mit akuter septischer Entzündung vermieden werden, während sie für die Behandlung von SIRS ohne bakteriellen Auslöser empfehlenswert ist. Es läuft also wieder auf das hinaus, was die Wissenschaft – vor allem in Österreich und damit in weltweiter ­Vorreiterrolle – schon länger predigt: weg von der Behandlung nach Schema F, hin zu einer auf den jeweiligen Fall abgestimmten Therapie.

Info und Kontakt:
Ludwig Boltzmann Institute for Experimental and Clinical Traumatology,
Tel.: +43 (0) 5 93 93 41961, office(at)trauma.lbg.ac.at
www.trauma.lbg.ac.at, www.tissue-regeneration.at