Microcirculatory-mitochondrial resuscitation with new anti-inflammatory therapies in experimental sepsis
Sepsis is a potentially life-threatening condition caused by a dysregulated host response to infection. Along with its progression, regulatory failure is frequently associated with a mismatch between oxygen delivery (DO2), oxygen consumption (VO2) and a deficit in oxygen extraction (ExO2) at the cel...
Elmentve itt :
| Szerző: | |
|---|---|
| További közreműködők: | |
| Dokumentumtípus: | Disszertáció |
| Megjelent: |
2021-12-03
|
| Kulcsszavak: | Polimikrobiális szepszis, mikrokeringés, mitokondriális respiráció, endothelin receptorok, kinurénsav, szervkárosodás |
| Tárgyszavak: | |
| doi: | 10.14232/phd.11088 |
| mtmt: | 32868224 |
| Online Access: | http://doktori.ek.szte.hu/11088 |
| Tartalmi kivonat: | Sepsis is a potentially life-threatening condition caused by a dysregulated host response to infection. Along with its progression, regulatory failure is frequently associated with a mismatch between oxygen delivery (DO2), oxygen consumption (VO2) and a deficit in oxygen extraction (ExO2) at the cellular level. The poorly functioning microvasculature reduces delivery of oxygen to the tissue, while the mitochondrial electron transport system (ETS) is deficient, being unable to use oxygen efficiently. These processes are closely linked and ultimately lead to microcirculatory and mitochondrial distress syndrome (MMDS), which is thought to mediate end organ damage. Given this background, the major goal of this thesis was to find a novel, clinically applicable maneuver for microcirculatory recruitment and mitochondrial resuscitation to minimize the energy deficit of the organs in experimental sepsis. In our studies Sprague Dawley rats were subjected to fecal peritonitis or a sham operation. Invasive monitoring and blood gas analysis were performed on anesthetized animals to evaluate organ dysfunctions together with intestinal capillary microperfusion and hepatic mitochondrial respiration. In Study 1, we characterized the time course of experimental sepsis-induced changes so as to determine the most relevant time points of data and sample collections and therapeutic interventions. In Study 2, we investigated the consequences of modulating the hypoxia-sensitive endothelin (ET) system, which plays an established role in circulatory regulation through vasoconstrictor ETA and ETB2 and vasodilator ETB1 receptors (ETA-R and ETB-R). Septic animals were treated with saline or ETA-R antagonist, ETB1-R agonist or a combination therapy 22 h after sepsis induction, while oxygen dynamics, mesenteric microcirculation and hepatic mitochondrial respiration were monitored. The ETB-R agonist countervailed the septic hypotension, while the ETA-R antagonist maintained microcirculation and oxygen dynamics. The combined treatment was able to integrate these beneficial effects. Study 3 focused on the effects of kynurenic acid (KYNA), a metabolite of the kynurenine pathway of tryptophan catabolism, which exhibits pleiotropic cell-protective effects under many inflammatory conditions. Septic animals were treated with saline or received KYNA or its synthetic analogue SZR-72 after 16 and 22 h of sepsis induction. It was found that treatment with SZR-72 directly modulates mitochondrial respiration, while administration of KYNA restores microcirculation. In conclusion, our results suggest that a mixed ET receptor-targeted treatment or therapy with KYNA or the synthetic analogue SZR-72 may offer novel possibilities for a simultaneous microcirculatory and mitochondrial resuscitation strategy in sepsis. Despite compartmentalization, the microcirculatory and mitochondrial functions are closely linked under physiological circumstances. The common denominator of both mechanisms may be the capillary-mitochondrial oxygen gradient, which may be a decisive factor in mitochondrial function in sepsis. Therefore, the efficacy of microcirculatory resuscitation therapies may also be manifested at the level of subcellular oxygen consumption and energy production, and these treatment strategies could provide a novel option via influencing septic microcirculatory and mitochondrial processes. A szepszis a szervezet fertőzésre adott diszregulált válaszreakciója, amely életet veszélyeztető állapot kialakulásához vezethet. A kialakuló regulációs zavart az oxigénszállítás (DO2) és az oxigénfogyasztás (VO2) közötti aránytalanság, valamint sejtszintű oxigén extrakciós (ExO2) elégtelenség kíséri. A károsodott mikrokeringés következtében csökken a szövetek felé történő oxigénszállítás, míg a mitokondriális elektrontranszport rendszer (ETS) működési elégtelensége miatt az oxigénfelhasználás hatékonysága sérül. Ezek a folyamatok egymáshoz szorosan kapcsoltak és végül mikrokeringési-mitokondriális distressz szindrómához (MMDS) vezetnek, amely kulcsszerepet játszik a szeptikus többszervi elégtelenség (MOF) kialakulásában. A tézis fő célja új, klinikailag releváns terápiák vizsgálata a mikrokeringési elégtelenség és mitokondriális diszfunkció helyreállítására, ezáltal a szervek energiadeficitjének minimalizálására kísérletes szepszisben. Vizsgálatainkban Sprague Dawley patkányokat fekális peritonitisnek vagy álműtétnek vetettük alá. Az altatott állatokon invazív monitorozást és vérgázelemzést végeztünk, valamint meghatároztuk a szervi diszfunkciókat, az intesztinális mikroperfúziót és a májszövet mitokondriális respirációját. Az 1. tanulmányban jellemeztük a kísérletes szepszis által indukált változások időbeli lefolyását, hogy meghatározzuk az a terápiás beavatkozások és a vizsgálatok elvégzésének legrelevánsabb időpontját. A 2. tanulmányban megvizsgálatuk a hipoxia-érzékeny endotelin- (ET) rendszer modulációjának hatásait, amely a vazokonstriktor ETA és ETB2, valamint a vazodilátor ETB1 receptorokon (ETA-R és ETB-R) keresztül, bizonyítottan fontos szerepet játszik a keringésregulációban. A szeptikus állatokat a szepszis indukciót követő 22 óra elteltével, fiziológiás sóoldattal vagy ETA-R antagonistával, ETB1-R agonistával, illetve a kettő kombinált terápiájával kezeltük, az oxigén dinamika, az ileum mikrocirkuláció és a máj mitokondriális respiráció vizsgálata mellett. Az ETB-R agonizmus ellensúlyozta a szeptikus hipotenziót, míg az ETA-R antagonista javította a mikrokeringést, valamint az oxigéndinamikát. A kombinált kezelés hatékonyan egyesítette a kezelések kedvező hatásait. A 3. tanulmányban a kinurénsav (KYNA) hatásaira fókuszáltunk, amely triptofán katabolizmus kinurenin útvonalának metabolitja és számos gyulladásos modellben pleiotróp sejtprotektív hatásúnak bizonyult. A szeptikus állatokat a szepszis indukciót követő 16. és 22. óránál fiziológiás sóoldattal, vagy KYNA-val, illetve annak szintetikus analógjával, SZR-72-vel kezeltük. Megállapítottuk, hogy az SZR-72-vel történő kezelés közvetlenül képes modulálni a mitokondriális respirációt, míg a KYNA terápia hatékonyan javította a mikrokeringést. Összefoglalva eredményeinket, az ET-R célzott, valamint a KYNA-val vagy a szintetikus SZR-72 analóggal végzett terápiák hatékony, új terápiás eszközök lehetnek a szepszis során károsodott mikrokeringés és a mitokondriális respiráció szimultán reszuszcitációjára. A kompartmentalizáció ellenére a mikrokeringési és a mitokondriális funkciók fiziológiás körülmények között egymáshoz szorosan kapcsoltak. A két mechanizmus közös nevezője feltételezhetően a kapilláris-mitokondriális oxigéngradiens, amely a szeptikus mitokondriális működés meghatározó tényezője lehet. A mikrokeringést célzó reszuszcitációs terápiák hatékonysága a szubcelluláris oxigénfogyasztás és energiatermelés szintjén is megnyilvánulhat, így ezek a kezelési stratégiák a szeptikus mikrokeringési és mitokondriális folyamatok befolyásolása révén, új terápiás lehetőségeket kínálhatnak a szeptikus betegek kezelésére. |
|---|