Abstract (German)
Unter Narkose mit Isofluran sowie Sevofluran herrscht eine "Luxusdurchblutung des Gehirns“, da diese volatilen Anästhetika einen zerebral vasodilatierenden Effekt ausüben. Es wird angenommen, dass dieser Effekt durch NO vermittelt wird, da bei Mäusen unter Narkose mit Isofluran die Zunahme des zerebralen Blutflusses durch Gabe eines unspezifischen NO-Synthase(NOS)-Inhibitors deutlich vermindert ...
Abstract (German)
Unter Narkose mit Isofluran sowie Sevofluran herrscht eine "Luxusdurchblutung des Gehirns“, da diese volatilen Anästhetika einen zerebral vasodilatierenden Effekt ausüben. Es wird angenommen, dass dieser Effekt durch NO vermittelt wird, da bei Mäusen unter Narkose mit Isofluran die Zunahme des zerebralen Blutflusses durch Gabe eines unspezifischen NO-Synthase(NOS)-Inhibitors deutlich vermindert wird. Bei Ratten führen Narkosen mit Isofluran und Sevofluran zu einem Anstieg der NO-Konzentration im zerebralen Kortex, was ebenso durch die Gabe eines unspezifischen NOS-Inhibitors reduziert wird. Darüber hinaus wird beobachtet, dass bei Ratten, die als Kontrollgruppe dienen, das zerebrale Blutvolumen unter repetitiver Isofluran Monoanästhesie sukzessive zunimmt. Ziel dieser Arbeit war es, in Zellkultur humaner zerebraler Endothelzellen herauszufinden, ob die sukzessive Zunahme des zerebralen Blutvolumens unter wiederholter Anästhesie mit volatilen Anästhetika durch den NO-Pathway der zerebralen Endothelzellen vermittelt wird.
Hierfür wurden hCMEC/D3-Zellen, eine immortalisierte Zelllinie humaner zerebraler Endothelzellen mit spezifischen Eigenschaften der Blut-Hirn Schranke (BHS), ein-, zwei- oder dreimal für je eine Stunde im Abstand von 12 Stunden 1 oder 2 MAK Isofluran oder Sevofluran ausgesetzt. Anschließend wurde jeweils die NO-Produktion im Zellmedium mittels kolorimetrischem Griess-Assay und GC-MS-Messung sowie die eNOS- und die iNOS-Expression mittels Western-Blot analysiert.
Es konnte jedoch kein Effekt nachgewiesen werden. Hierbei bleibt unklar, worin dies
begründet ist. Denkbar wäre zum einen, dass der in vivo beobachtete Anstieg der NO-Konzentration nicht auf Endothelzellen sondern auf Neurone oder Glia-Zellen zurückzuführen ist. Zum anderen könnte dies darin begründet sein, dass die komplexen BHS-spezifischen Eigenschaften der Zelllinie hCMEC/D3 in Kultur zumindest teilweise einer Dedifferenzierung unterliegen.
Anhand von Versuchen mit Hypoxie wurde darüber hinaus gezeigt, dass signifkante
Unterschiede in der eNOS-Expression, falls vorhanden, mit unseren Versuchen messbar sind. Das Verhalten der hCMEC/D3, mit einem signifikanten Abfall der eNOS-Expression (von 1,93 +/- 0,69 auf 1,02 +/- 0,38 unter Hypoxie (p < 0,05)) und ausbleibendem Anstieg der iNOS-Expression unter 24-stündiger Hypoxie, konnte jedoch nicht eindeutig dem in der Literatur beschriebenen Verhalten anderer zerebraler Endothelzellen oder Endothelzellen anderer Körperregionen zugeordnet werden. Dies spricht möglicherweise dafür, dass die hCMEC/D3 einer Dedifferenzierung unterlagen.
Künftige Untersuchungen mit nicht immortalisierten zerebralen Endothelzellen können über den Zusammenhang zwischen Expositionen mit volatilen Anästhetika und der eNOS- sowie iNOS-Expression Aufschluss geben.
Translation of the abstract (English)
During anesthesia with isoflurane or sevoflurane there is a “luxury perfusion in the brain”, due to these volatile anesthetics causing cerebral vasodilatation. Since the increase in cerebral blood-flow in mice during anesthesia with isoflurane can be reduced by a nonspecific inhibitor of NO-synthase, this effect is suspected to be mediated by NO. In rats anesthesia with isoflurane or sevoflurane ...
Translation of the abstract (English)
During anesthesia with isoflurane or sevoflurane there is a “luxury perfusion in the brain”, due to these volatile anesthetics causing cerebral vasodilatation. Since the increase in cerebral blood-flow in mice during anesthesia with isoflurane can be reduced by a nonspecific inhibitor of NO-synthase, this effect is suspected to be mediated by NO. In rats anesthesia with isoflurane or sevoflurane leads to an increase of NO in the cerebral cortex, that can be reduced as well by a nonspecific inhibitor of NO-synthase. In addition the observation was made that in rats that served as controls the cerebral blood volume increased gradually during repeatedly given anesthesia with isoflurane. The goal of this study was to find out in cell-culture of human cerebral endothelial cells if this gradual increase of cerebral blood volume during repeatedly given anesthesia with volatile anesthetics was caused by changes in the NO-pathway.
Therefore hCMEC/D3-cells, an immortalized cell-culture of human cerebral endothelial cells with specific characteristics of the blood-brain-barrier, were exposed once, twice or three times to 1 or 2 MAC isoflurane or sevoflurane for one hour with an interval of 12 hours. After that the production of NO was measured in the cell media by colorimetric griess-assay and GC-MS-measurement as well as the expression of iNOS and eNOS were analyzed by western-blotting.
There was no effect detectable. The reason for this remains obscure. On one hand it could be possible that the increase of NO that was seen in vivo was due to glia-cells and not to endothelial cells. On the other hand it could be possible as well that the specific characteristics of the blood-brain-barrier of the hCMEC/D3 had undergone dedifferentiation in cell-culture.
Furthermore it was shown via experiments with hypoxia that significant differences in the expression of eNOS were measurable in our experiments - if existing. The behavior of the hCMEC/D3 with a significant decrease of eNOS-expression (1,93 +/- 0,69 compared to 1,02 +/- 0,38 during hypoxia (p < 0,05)) and no measurable increase in iNOS-expression during 24h-hypoxia, couldn’t be correlated with the behavior of other cerebral endothelial cells or endothelial cells of other regions of the body as described in literature. These results possibly indicate that the hCMEC/D3 had undergone dedifferentiation.
Further experiments with non-immortalized cerebral endothelial cells might explain the correlation between exposure to volatile anesthetics and expression of eNOS or iNOS.
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