Es ist seit langem bekannt, dass Patienten, die auf Intensivstationen mechanisch beatmet wurden, in irgendeiner Form eine geistige Beeinträchtigung erleiden. Jetzt haben Forscher einen molekularen Mechanismus aufgedeckt, der erklären könnte, warum dies geschieht.
Die Studie, veröffentlicht in der, wurde von Forschern der Universität von Oviedo in Spanien, St. Michael's Hospital in Kanada und der Perelman School of Medicine an der Universität von Pennsylvania durchgeführt.
Die Forscher sagen, dass mindestens 30% der Patienten auf Intensivstationen irgendeine Form von mentaler Dysfunktion leiden, wie Angst, Depression und am häufigsten Delirium. Sie stellen fest, dass die Inzidenz von Delir bei Patienten, die mechanisch beatmet werden, bei etwa 80% liegt.
Sie stellten die Hypothese auf, dass dies teilweise eine Folge von Schäden im Hippocampus sein könnte, aber wie die Beatmung diesen Schaden verursacht, ist unklar.
Dopamin eine Ursache der Apoptose
Forscher haben einen molekularen Mechanismus entdeckt, der erklären könnte, warum einige Patienten, die auf Intensivstationen mechanisch beatmet werden, psychische Beeinträchtigungen erleiden.
Für ihre Studie analysierte das Forscherteam die geernteten Gehirne von Mäusen, die 90 Minuten mit Nieder- oder Hochdruckbeatmung in Verbindung standen, sowie die Gehirne von Kontrollmäusen, die nicht beatmet worden waren.
Im Vergleich zu den Kontrollmäusen zeigten die Mäuse unter Ventilation Anzeichen von neuronalem Zelltod im Hippocampus als Folge von Apoptose – dem Prozess des programmierten Zelltods (PCD).
Das Forscherteam entdeckte, dass der Apoptoseprozess durch die Dopamin-induzierte Unterdrückung von Akt verursacht wird – ein Molekül, das normalerweise die neuronale Apoptose verhindert.
Sie stellen fest, dass bei den belüfteten Mäusen die Suppression von Akt im Hippocampus deutlich sichtbar war und mit erhöhten Dopaminspiegeln (Hyperdopaminergen) in diesem Bereich des Gehirns verbunden war. Die ventilierten Mäuse zeigten auch eine erhöhte Genexpression der Tyrosinhydroxylase – ein Enzym, das für die Synthese von Dopamin entscheidend ist.
Der daraus resultierende Anstieg des Dopamins, so die Forscher, erhöht die Stärke der Aktivierung des Dopaminrezeptors im Hippocampus.
Um diese Ergebnisse zu bestätigen, injizierten die Forscher Typ-2-Dopamin (D2) -Rezeptorblocker in die Hirnventrikel einer Gruppe von Mäusen. Dies reduzierte die ventilationsinduzierte Apoptose im Hippocampus signifikant.
Dysbindin-1 "schützt vor Apoptose"
Die Forscher untersuchten dann die Auswirkungen von Ventilation und erhöhtem Dopamin im Hippocampus auf Dysbindin-1 – ein Protein, das den Spiegel der D2-Rezeptoren auf der Zelloberfläche, die Kognition und möglicherweise das Risiko einer Psychose beeinflusst.
Die Ergebnisse zeigten, dass Mäuse, die unter Hochdruckventilation litten, eine erhöhte Genexpression von Dysbindin-1C aufwiesen. Später zeigten die belüfteten Mäuse auch eine erhöhte Genexpression in den Proteingehalten von Dysbindin-1C.
Dopamin alleine zeigte ähnliche Wirkungen auf Dysbindin-1C bei der Analyse von Hippocampus-Scheibenpräparaten, so die Forscher, und diese Effekte wurden durch D2-Rezeptoren inhibiert.
Die Forscher sagen, dass, da Dysbindin-1 in der Lage ist, D2-Rezeptoren an der Zelloberfläche zu reduzieren, sowie gegen Apoptose schützt, dass eine erhöhte Dysbindin-1-Expression in belüfteten Mäusen kompensatorische Reaktionen auf die ventilationsinduzierte Hippocampus-Apoptose auslösen könnte.
Sie stellen fest, dass dies möglicherweise für Intensivpatienten gelten könnte, da ein zusätzlicher Studienbefund zeigte, dass das gesamte Dysbindin-1 in den Hippocampusneuronen von ventilierten Menschen, die verstarben, aber nicht bei nicht ventilierten Menschen, erhöht war.
Potenzial für neue und verbesserte Medikamente
Die Forscher sagen, dass diese Erkenntnisse zu neuen Verwendungen für bereits etablierte Medikamente führen könnten, sowie zur potenziellen Entwicklung neuer Medikamente, die bestimmte molekulare Signalwege auslösen können, die durch die Beatmung auf der Intensivstation negative Auswirkungen auf die Gehirnfunktion auflösen können.
Dr. Konrad Talbot, Assistenzprofessor für Neurobiologie an der Abteilung für Psychiatrie an der Penn Medicine, sagt:
"Die Studie zeigt die Notwendigkeit, die Verwendung von D2-Rezeptorantagonisten bei der Minimierung der negativen kognitiven Effekte der mechanischen Beatmung bei Intensivpatienten neu zu bewerten und die neue Möglichkeit zu bewerten, dass eine Erhöhung der Dysbindin-1C-Expression diese Effekte ebenfalls reduzieren kann."
