Nederlandse samenvatting: De microvasculaire endotheelcel in shock
Nederlandse samenvatting Op intensive care s worden patiënten behandeld die zonder inzet van intensieve zorg door verpleegkundigen en dokters en orgaanfunctie vervangende therapie, waarschijnlijk op korte termijn zouden overlijden. Therapie op de intensive care (IC) is erop gericht snel een diagnose te stellen terwijl ondertussen behandeling van herstelbare oorzaken en gevolgen van kritische ziekte wordt ingezet. Een belangrijk syndroom waar veel ICpatiënten mee te maken hebben is het tegelijkertijd falen van meerdere organen. In het Engels wordt dit multiple organ dysfunction syndrome (MODS) genoemd. Vaak wordt MODS voorafgegaan door een periode van shock, dat wil zeggen een periode waarin de circulatie van de patiënt onvoldoende in staat is zuurstof en voedingsstoffen naar de weefsels te transporteren. Deze shock gaat gepaard met een verlaagde bloeddruk, het lekken van vocht door de vaatwanden en migratie van ontstekingscellen naar organen. Een groot probleem in de behandeling van multi orgaan falen is dat we het onderliggende ziekmakende mechanisme niet goed begrijpen. In het verleden werd aangenomen dat een afgenomen aanbod van zuurstof en voedingsstoffen aan de weefsels de belangrijkste oorzaak was, maar onderzoek heeft laten zien dat er veel meer oorzaken zijn aan te wijzen. Eén van die oorzaken is de (ongecontroleerde) reactie van bloedvatwandcellen bij kritisch zieke patiënten. Deze bloedvatwandcellen, de zogenaamde endotheelcellen, bekleden alle bloedvaten van ons lichaam en spelen een belangrijke rol in het handhaven van bloedstolling en antistolling, het reguleren van ontstekingscellen in hun reis door het lichaam, het lekken van vocht door de bloedvatwand, het regelen van de bloeddruk en nog vele andere processen. Al deze functies van endotheelcellen kunnen gestoord zijn in shock en MODS. De interesse in dit proefschrift ging heel specifiek uit naar de endotheelcellen van de allerkleinste bloedvaatjes in shock, de capillairen en de zogenoemde postcapillaire venules omdat daar ontstekingscellen uittreden en vaatwandlekkage optreedt. Het grootste deel van het onderzoek is uitgevoerd in muizenmodellen met deels een validatie van waarnemingen in bloed van patiënten. Alle studies werden verricht vanuit de veronderstelling dat succesvolle behandeling van MODS gericht op microvasculaire endotheelcellen begint bij het begrijpen van het gedrag van deze endotheelcellen op hun eigen plek in het lichaam. 184
Nederlandse samenvatting Endotheelcellen zijn lastig te bestuderen omdat ze in bloedvaten in organen zitten en daarmee niet erg toegankelijk zijn voor klassieke onderzoekstechnieken van artsen, zoals kijken, luisteren en voelen. Ook het laboratoriumonderzoek is gecompliceerd omdat endotheelcellen weliswaar stoffen uitscheiden die we kunnen meten in het bloed, maar dat niet allemaal op een zelfde manier op hetzelfde moment doen. Endotheelcellen op verschillende plekken in het lichaam kunnen namelijk heel verschillend reageren. Bijvoorbeeld de endotheelcel in de glomerulus (een onderdeel van de nier waar het bloed gezuiverd wordt) gedraagt zich heel anders dan die in de long waar zuurstof wordt opgenomen en CO 2 uitgeblazen. In het bloed kunnen we niet zien welke endotheelcellen zijn aangedaan omdat we alleen de respons in het totale lichaam kunnen meten. Geïsoleerde endotheelcellen buiten het lichaam zijn maar in beperkte mate te gebruiken voor het meten van een respons omdat het gedrag van een endotheelcel sterk wordt bepaald door zijn omgeving. En die gaat verloren in een kweekvaatje. Verder zijn afbeeldingtechnieken met röntgenstraling of ultrageluid te weinig gevoelig om endotheelcellen per cel in een orgaan af te beelden. Alle voorgaande afwegingen overziend kwamen we tot de conclusie dat we genoodzaakt waren modelsystemen in proefdieren te gebruiken om endotheelcellen tijdens shock te onderzoeken. In hoofdstuk 2 hebben we daartoe eerst een model opgezet voor verbloedingsshock gevolgd door behandeling met vocht, zoals patiënten op operatiekamers tijdens chirurgie of tengevolge van een ernstig ongeval ondergaan. In dit model konden we laten zien dat endotheelcellen hun gedrag veranderden onder invloed van shock, de zogenoemde endotheelcelactivatie, en dat dit ook na de toediening van vocht nog doorging. Deze reacties waren voor verschillende organen niet gelijk. Dit leidde tot de conclusie dat het patroon in het ene vaatbed niet voorspellend is voor het patroon in het andere vaatbed. In hoofdstuk 3 hebben we daarna gekeken welke invloed beademen, een veel gebruikte behandeling door artsen die voor shockpatiënten zorgen, heeft op het gedrag van endotheelcellen in verbloedingsshock. Beademing wordt verricht om behandelingen en diagnostiek mogelijk te maken en om voldoende zuurstof in het bloed te handhaven en het koolzuurgas op normale waarde te houden. Dit zou gunstig zijn, maar we weten ook dat beademing zelf orgaanfunctiestoornissen kan opwekken. In dit hoofdstuk zagen we dat beademen geen invloed had op de endotheelcelactivatie en dat alleen een zuurstoftekort in de weefsels onvoldoende was 185
om endotheelcellen te activeren. In hoofdstuk 4 gebruikten we muizenmodellen voor bloedvergiftiging, ook wel sepsis genoemd, een andere vorm van shock die in de kliniek ook tot MODS leidt. In dit hoofdstuk waren we geïnteresseerd in de effecten van adiponectine, een in vetcellen geproduceerde stof, op het gedrag van endotheelcellen in organen tijdens de ontwikkeling van MODS. De effecten van adiponectine staan in toenemende mate in de belangstelling omdat IC s steeds vaker te maken krijgen met patiënten met vetzucht. Middels speciaal voor dit doel gefokte muizen die geen adiponectine maken (de zogenaamde adiponectine knock out muizen) konden we laten zien dat het niet hebben van adiponectine de muizen gevoeliger maakte voor een aantal bloedvatwandafwijkingen tijdens de bloedvergiftiging. Ook patienten met vetzucht hebben lagere adiponectine spiegels, dat zou kunnen bijdragen aan een slechter herstel van MODS. Het Angiopoietine/Tie2 systeem is een moleculair endotheelcel-receptor systeem dat het gedrag van endotheelcellen beïnvloedt (hoofdstuk 5). Activatie van Tie2 door Angiopoietine-1, het eiwit dat aan deze receptor bindt, houdt endotheelcellen in een rustige, niet ontstoken, toestand. In hoofdstuk 6 laten we zien dat in verbloedingsshock en bloedvergiftiging het molecuul Tie2, die dient als receptor voor Angiopoietines, omlaag gaat in de nier, een effect dat niet te onderzoeken is in geïsoleerde endotheelcellen buiten het proefdier. Het omlaag gaan van Tie2 heeft belangrijke implicaties voor therapie gericht op het toedienen van één van zijn liganden, de agonist Angiopoietine-1, dat in de literatuur worden voorgesteld voor de behandeling van MODS. In hoofdstuk 7 hebben we vervolgens geprobeerd deze bevindingen terug te brengen naar de rand van het patiëntenbed. We hebben gekeken naar het andere ligand van Tie2, namelijk Angiopoietine-2 (Ang-2), een zogenaamde competitieve antagonist voor Tie2. Van Angiopoietine-2 is bekend dat het een ontsteking bevorderende invloed heeft op endotheelcellen en het is verhoogd in patiënten met ernstige bloedvergiftiging. In een model waarbij gezonde vrijwilligers een bestanddeel van bacteriën krijgen ingespoten, bleken Ang-2 spiegels in de bloedbaan snel te stijgen, tegelijkertijd met andere vroege ontstekingonderhoudende eiwitten. Verder bleek dat bij patiënten op de IC met bloedvergiftiging Ang-2 bloedspiegels hoger waren als zij uiteindelijk aan hun aandoening overleden, terwijl patiënten die wel reageerden op de ingezette therapie en zouden overleven, een normalisering van Ang-2 bloedspiegels lieten zien. Deze studie 186
Nederlandse samenvatting laat zien dat het inspuiten van een bacterieel product voldoende is om het Angiopoietine systeem te ontregelen. Samenvattend tonen de in dit proefschrift beschreven experimenten aan dat microvasculaire endotheelcellen hun gedrag sterk veranderen onder invloed van verschillende soorten shock en MODS. Deze veranderingen zijn orgaan- en vaatbed specifiek. Ook het Angiopoietine/Tie2 systeem is gestoord in shock, maar er is nog onvoldoende kennis over de consequenties hiervan om te pleiten voor het beïnvloeden van dit systeem met als doel MODS te verminderen en patiëntuitkomsten te verbeteren. In de discussie van dit proefschrift (hoofdstuk 8) wordt een aantal voorstellen gedaan die er toe zouden kunnen leiden dat we het Angiopoietine/Tie2 systeem beter leren begrijpen. Interventie studies ter vermindering van MODS gericht op dit systeem kunnen in de toekomst hopelijk leiden tot verbeteren van de conditie van kritisch zieke patiënten. 187
188