zum Inhalt springen
Powered by

Die gute Wirkung eines Atemgifts

Viele Operationen unterbrechen kurzfristig Teile der Organversorgung mit Blut. In der Lunge etwa kann das ein fatales Zellsterben auslösen. Der Anästhesist Dr. med. Torsten Loop untersucht mit seinem Forschungsteam von der Universitätsklinik Freiburg, wie Ärzte während eines Eingriffs die Organe schützen können. Einen protektiven Einfluss haben die Forscher bei einem Gas festgestellt, das normalerweise eher die Atmung hemmt.

Die Rekonstruktion einer menschlichen Lunge aus CT-Aufnahmen © Andreas Heinemann

Rund 100.000 Herzoperationen werden in Deutschland jährlich unter dem Einsatz einer Herz-Lungen-Maschine durchgeführt. Weil der Blutkreislauf mit Hilfe dieser Apparatur für eine bestimmte Zeit „umgeleitet“ wird, bekommt die Lunge kurzfristig zu wenig Blut. Diese Mangelversorgung mit Sauerstoff und anderen Nährstoffen überleben viele Zellen des Atemorgans nicht. „Im Grunde genommen gibt es bei vielen anderen chirurgischen Eingriffen ein vergleichbares Problem“, sagt Privatdozent Dr. med. Torsten Loop, Geschäftsführender Oberarzt in der Anästhesiologischen Universitätsklinik Freiburg. „Ein Organ wird chirurgisch traumatisiert und das Gewebe wird für eine gewisse Zeit nicht mehr ausreichend durchblutet.“ Wie können die daraus resultierenden Schäden abgemildert werden? Loop und seine Mitarbeiter haben herausgefunden, dass es hierfür ein Mittel gibt: das eigentlich giftige Gas Kohlenmonoxid (CO).

Ein flüchtiger Lebensretter

Kohlenmomoxid ist zum Beispiel im Rauch einer Zigarette oder in Autoabgasen enthalten. Gelangt es über die Lunge ins Blut, dann blockiert es die Bindestelle für Sauerstoff am Hämoglobin, welches das lebenswichtige Atemgas eigentlich in die Gewebe transportieren soll. Bei einer hohen Dosis Kohlenmonoxid erstickt der Körper. „In einem Experiment an Schweinen stellten wir jedoch fest, dass niedrige Dosen des Gases bestimmte Symptome der Mangeldurchblutung in der Lunge verhindern können“, sagt Loop.
Der Forscher und sein Team simulierten bei ihren Versuchstieren eine Herzoperation, bei der die Lunge zu wenig Blut bekommt und künstlich beatmet werden muss. Das Immunsystem kam dadurch durcheinander, die Menge an entzündungsfördernden Botenstoffen in dem Organ (zum Beispiel Interleukin 6 und 8) erhöhte sich deutlich. In vielen Zellen löste der Eingriff auch das als Apoptose bezeichnete Selbstmordprogramm aus, vermittelt durch eine erhöhte Menge von Abbauenzymen (Caspasen). Als direkte Folge beobachteten Loop und seine Mitarbeiter, dass die typische Bienenwabenarchitektur der Lunge verloren ging. Viele Zellen starben. Ganz anders, wenn sie gleichzeitig eine niedrige Dosis CO einleiteten.

"Alle Schäden waren nach CO-Inhalation geringer", sagt Loop. "Außerdem waren auch andere Organe wie die Niere oder das Herz besser geschützt. Diese erleiden bei einer Mangeldurchblutung der Lunge normalerweise früher oder später auch Schäden." Das in niedrigen Dosen ungiftige Gas „rettet“ also die Zellen. Wie macht CO das? In Zellkulturen stellten die Forscher fest, dass das Gas eine Zellreaktion einleitet, die normalerweise bei Stresssituationen aktiviert wird: die sogenannte Hitzeschockantwort. Ist eine Zelle etwa hohen Temperaturen oder schädlichen Salzkonzentrationen ausgesetzt, bildet sie vermehrt sogenannte Hitzeschockproteine wie HSP70 oder HSP90. Diese wiederum schalten genetische Programme ein, die Erbgutschäden reparieren, Proteinen helfen, sich korrekt zu falten oder falsch gefaltete Proteine entsorgen. Genau auf dieses Verhaltensrepertoire scheinen auch die unter Mangelversorgung leidenden Zellen der Lunge zurückzugreifen, wenn sie mit CO in Kontakt kommen. Und das rettet ihnen das Leben.

Zu sehen sind drei Bilder mit jeweils weißen Bläschen und blauen Begrenzungslinien. Im ersten sind die Bläschen zahlreicher und größer als im zweiten. Im dritten sind sie etwa ähnlich groß wie beim ersten, am Rande weisen sie zudem eine bräunliche Färbung auf.
Lungengewebe 120 Minuten nach dem Einsatz einer Herz-Lungen-Maschine. Links ist eine Kontrollaufnahme ohne jede Behandlung zu sehen. Mitte: Hier wurde das Blut umgeleitet. Rechts wurde das Gewebe zusätzlich mit CO beatmet. Die braune Färbung zeigt, dass hier besonders viel Hitzeschockproteine (HSP70) gebildet wurden. © Torsten Loop

Die Dosis macht das Gift

Diese Ergebnisse legen nahe, dass während Operationen auch eine niedrige Dosis in die Atemluft beigemischtes CO den Patienten helfen könnte. Vorteilhaft wäre das nicht nur bei Herz- oder Lungeneingriffen, sondern auch bei vielen anderen chirurgischen Prozeduren (z.B. Extremitäten- oder Leberchirurgie, Transplantationen von Organen). Bei Spenderorganen könnten während des Transports zum Bestimmungsort auch die Schäden durch die Mangeldurchblutung abgemildert werden. „Unser nächster Schritt wäre eine Pilotstudie an Patienten“, sagt Loop. „Die soll zeigen, ob die protektiven Effekte von CO auch bei Menschen in relevanten Größenordnungen auftreten.“ Sollte das zutreffen, müsste man über ausgedehnte klinische Studien nachdenken, die sich mit der positiven Seite des eigentlich „bösen“ Stoffes auseinandersetzen.

Dass übrigens auch umgekehrt ein „guter“ Stoff unangenehme Seiten haben kann, zeigte Loop in früheren Arbeiten. Damals untersuchte er, ob Narkosemittel auch negative Nebenwirkungen haben können. Er testete hierfür sogenannte Barbiturate, mit denen Ärzte bei Patienten auf Intensivstationen das künstliche Koma einleiten, die aber auch von Epileptikern regelmäßig zur Linderung ihrer Symptome eingesetzt werden. Diese Stoffe wirken über längere Zeiträume auf den Körper ein. Es stellte sich heraus, dass sie das Immunsystem schwächen können, indem sie zum Beispiel die Entzündungsantwort von weißen Blutkörperchen (u.a. den T-Lymphozyten) hemmen. Das kann bei Komapatienten, die lange auf einer Intensivstation liegen müssen, das Risiko von Infektionen deutlich erhöhen. Die Arbeiten von Loop und seinen Mitarbeitern bestätigen damit die alte Weisheit von Paracelsus, demzufolge nur die Dosis ein Gift macht. 

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/die-gute-wirkung-eines-atemgifts