Quantifizierung von Energieumsatz, Kohlehydrat-Stoffwechsel sowie oxidativem und nitrosativem Stress

Betreuer: P. Radermacher

Ein Kreislaufschock wie z.B. nach Trauma und Hämorrhagie führt zu akutem „metabolischen Stress“, der sich in einem Anstieg der Blutspiegel von Glukose und Laktat manifestiert. Die Differenzierung des Einflusses veränderter endogener Glukoseproduktions- bzw. oxidationsraten ist durch Messung der Blutzuckerspiegel jedoch nicht möglich, sondern erfordert die Erfassung des Energieumsatzes („indirekten Kalorimetrie“: d.h. kontinuierliche Messung der O2-Aufnahme VO2 bzw. CO2-Produktion VCO2 aus den Atemgasen) zusammen mit der Quantifizierung der Glukoseumsatzraten über die Messung der Glukose-Isotopenanreicherung im Blut bzw. der 13CO2/12CO2-Isotopen-Anreicherung im Atemgas während einer „steady state“-Infusion von 1,2,3,4,5,6-13C6-Glukose. Die Standardmethode für die Bestimmung der 13CO2/12CO2-Isotopen-Anreicherung, die „non-dispersive infrared spectrometry“ (NDIRS) kann bei erhöhter inspiratorischer O2-Konzentration, wie sie in der Akutphase eines traumatisch-hämorrhagischen Schocks unerlässlich ist, auf Grund molekularer Kollision nicht verwendet werden, die indirekte Kalorimetrie steht unter diesen Bedingungen nicht zur Verfügung, da die VO2 nicht bestimmt werden kann.

Bei einer Vielzahl sowohl chronischer als auch akuter Krankheitsbilder wird der verstärkten Freisetzung von O- bzw. N-Radikalen (reactive oxygen species, ROS, bzw. reactive nitrogen species, RNS) eine fundamentale Rolle sowohl in der Pathogenese als auch bzgl. etwaiger therapeutischer Interventionen zugeschrieben. Auf Grund ihrer kurzen Halbwertszeit bzw. der Reagibilität mit verschiedensten biologischen Strukturen (Zellmembranen, Proteine, Enzyme, DNA) wird die Freisetzung von ROS bzw. RNS jedoch derzeit sowohl experimentell wie klinisch zumeist nur über die Bestimmung von Surrogat-Parametern erfasst: zur Anwendung kommen die Messung der Konzentration von Reaktionsprodukten eines oder mehrerer Radikals(e) mit der entsprechenden Struktur und/oder der Konzentration bzw. Aktivität anti-oxidativer Moleküle. Die einzige Methode, die eine direkte Messung der Radikalproduktion erlaubt, ist die Elektronen-Magnetresonanz-Spektroskopie (ESR). Diese Methode ist jedoch auf Grund der technischen Komplexität und der erforderlichen räumlichen und kostenintensiven apparativen Infrastruktur-Voraussetzungen nur in wenigen Zentren verfügbar [10-12]. Darüber hinaus  ist durch die aufwändige Probenvorbereitung eine zeitnahe Messung größerer Probenmengen, insbesondere serieller Blutproben, nicht möglich.

Ziele des Projekts sind die Überprüfung i) eines miniaturisierten IR-Sensors für die zeitnahe Bestimmung der 13CO2/12CO2-Isotopen unter Bedingungen künstlicher Beatmung mit erhöhten inspiratorischen O2-Konzentration, und ii) eines miniaturisierten EPR-Sensors für die Bestimmung der ROS- und RNS-Freisetzung im Blut unter definierten Bedingungen eines erhöhten oxidativen und nitrosativen Stress.