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Bei septischen Patient:innen ist die Sauerstoffversorgung häufig beeinträchtigt, doch der spezifische Einfluss von Inflammation auf die Sauerstofftransporteigenschaften der Erythrozyten ist weitgehend unerforscht. Diese Studie untersuchte die direkten Effekte von Endotoxin-induzierter Inflammation auf die Sauerstoffbindungskurve (ODC). Akute Lipopolysaccharid(LPS)-induzierte Inflammation veränderte die Hämoglobin-Sauerstoffbindung nicht signifikant. Interessanterweise induzierte Dexamethason jedoch eine signifikante Rechtsverschiebung der ODC, was die Sauerstoffabgabe an das Gewebe erleichtern und klinische Implikationen für die Steroidtherapie bei septischen Patient:innen haben könnte.
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
Die Sauerstoffversorgung des Gewebes ist bei kritisch kranken und septischen Patient:innen häufig kompromittiert. Während mikrozirkulatorische Störungen bei Sepsis gut dokumentiert sind, bleibt der direkte Einfluss inflammatorischer Prozesse auf die Sauerstofftransportfunktion der Erythrozyten weitgehend unklar. Diese Studie liefert neue Erkenntnisse über die Stabilität der Hämoglobin-Sauerstoffaffinität unter Inflammation und einen signifikanten Effekt von Dexamethason.
Hintergrund
Bei kritisch kranken und septischen Patient:innen ist die Sauerstoffversorgung durch vermindertes Herzzeitvolumen, reduzierten arteriellen Sauerstoffgehalt und mikrozirkulatorische Dysfunktion häufig beeinträchtigt [1]. Die Sauerstoffbindungskurve (ODC) beschreibt die Beziehung zwischen Sauerstoffpartialdruck (pO2) und Hämoglobinsättigung (SO2) und ist fundamental für das Verständnis des Sauerstofftransports. Die Hämoglobin-Sauerstoff Affinität, quantifiziert durch den p50-Wert, wird durch verschiedene physiologische Faktoren wie pH, Temperatur, pCO2 und dem Gehalt an 2,3-Bisphosphoglycerat (2,3-BPG) beeinflusst [2].
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Neuere Erkenntnisse zeigen, dass Erythrozyten nicht nur passive Sauerstoffträger sind, sondern aktiv an inflammatorischen Prozessen teilnehmen. Sie können über den Duffy-Antigen-Rezeptor für Chemokine (DARC) Zytokine binden und als dynamische Zytokinreservoire fungieren [3]. Wie diese inflammatorische Interaktion ihre primäre Funktion – den Sauerstofftransport – beeinflusst, ist jedoch wenig verstanden.
Methodik
Nach Genehmigung durch die Ethikkommission der Medizinischen Universität Innsbruck wurden Blutproben von zehn gesunden männlichen Probanden in vier Gruppen aufgeteilt: Kontrolle, Lipopolysaccharid (LPS), LPS mit Dexamethason sowie LPS mit Noradrenalin, siehe Abb. 1. Die Proben wurden nach Stimulation zwei Stunden bei 37 °C inkubiert. Die ODC wurde mittels einer etablierten Hochdurchsatzmethode bestimmt, die p50-Werte und Hill-Koeffizienten liefert [5]. Zusätzlich wurden Blutgasanalysen, 2,3-BPG-Konzentrationen und Interleukin-6(IL-6)-Spiegel zur Erfassung metabolischer Parameter und der inflammatorischen Antwort gemessen.
Abb. 1
Experimentelles Design zur Untersuchung des Einflusses von LPS-induzierter Inflammation und pharmakologischer Interventionen (Dexamethason und Noradrenalin) auf die Sauerstoffdissoziationskurve (ODC). LPS Lipopolysaccharid, DEX Dexamethason, NOR Noradrenalin, IL‑6 Interleukin‑6. Aus Staier et al. 2025 [4]
Lipopolysaccharid induzierte eine effektive inflammatorische Aktivierung mit signifikant erhöhten IL-6-Spiegeln (1416 vs. 3 ng/l, p = 0,002). Trotz dieser robusten Entzündungsreaktion zeigten die p50-Werte und Hill-Koeffizienten keine signifikanten Unterschiede zwischen LPS-stimulierten Proben und Kontrollen. Die primären Sauerstoffbindungseigenschaften des Hämoglobins blieben unverändert, siehe Abb. 2.
Abb. 2
p50-, 2,3-BPG- und IL-6-Werte in den experimentellen Gruppen. Daten dargestellt als Median (Q1–Q3), n = 10. *p < 0,05 im Vergleich zur Kontrollgruppe mittels gepaarten Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Tests. 2,3-BPG-Werte der LPS + Noradrenalin-Gruppe wurden aufgrund begrenzter Ressourcen nicht analysiert. 2,3-BPG 2,3-Bisphosphoglycerat, LPS Lipopolysaccharid, IL‑6 Interleukin‑6. Aus Staier et al. 2025 [4]
Überraschenderweise führte die Dexamethason-Ko-Behandlung zu signifikant höheren p50-Werten im Vergleich zu LPS allein (29,2 vs. 26,9 mm Hg, p = 0,030) und veränderten Hill-Koeffizienten (2,47 vs. 2,65, p = 0,002), was eine Rechtsverschiebung der ODC anzeigt. Noradrenalin zeigte antiinflammatorische Effekte mit reduzierten IL-6-Spiegeln, veränderte jedoch die Sauerstoffbindungseigenschaften nicht signifikant.
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Klinische Relevanz für die Anästhesie
Die Stabilität der Sauerstoffbindungseigenschaften während inflammatorischer Stimulierung legt nahe, dass die Sepsis-assoziierte Gewebehypoxie primär aus mikrozirkulatorischer und mitochondrialer Dysfunktion resultiert und nicht aus veränderten Hämoglobineigenschaften. Klinisch beobachtete Veränderungen der Sauerstoffaffinität bei septischen Patient:innen sind wahrscheinlich sekundäre Folgen spezifischer metabolischer Entgleisungen wie Azidose mit in der Folge reduzierten 2,3-BPG-Konzentrationen, Hypophosphatämie oder Transfusion von gelagertem Blut mit erniedrigtem 2,3-BPG-Gehalt und nicht direkte Effekte der Inflammation selbst. Dies ist eine wichtige Erkenntnis für das Verständnis der Pathophysiologie des septischen Schocks.
Die Dexamethason-induzierte Rechtsverschiebung der ODC präsentiert komplexe klinische Implikationen. Eine Rechtsverschiebung erleichtert die Sauerstoffabgabe an periphere Gewebe und könnte bei septischem Schock mit erhaltener Lungenfunktion vorteilhaft sein. Jedoch könnte dieser Effekt bei akutem Lungenversagen (ARDS) oder schwerem COVID-19, wo eine erhöhte Sauerstoffaufnahme in der kompromittierten Lunge günstiger wäre, kontraproduktiv sein. Dies wird besonders relevant bei Patient:innen unter lungenprotektiver Beatmung mit permissiver Hyperkapnie [6].
Der Mechanismus des Dexamethason-Effekts auf die ODC scheint unabhängig von klassischen allosterischen Modulatoren wie 2,3-BPG zu sein. Da reife Erythrozyten kernlos sind, muss dieser Mechanismus über nichtgenomische Signalwege erfolgen, möglicherweise durch Modifikation von Membranproteinen wie Band 3 [7]. Diese Erkenntnisse ergänzen das bekannte antiinflammatorische Profil von Dexamethason um einen neuen Aspekt der Sauerstofftransportmodulation.
Schlussfolgerung
Akute Inflammation verändert die Hämoglobin-Sauerstoffbindungseigenschaften nicht direkt. Die neu entdeckte Dexamethason-induzierte Rechtsverschiebung der ODC könnte die Sauerstoffabgabe an das Gewebe erleichtern und wichtige klinische Implikationen für die Steroidtherapie bei septischen Patient:innen haben. Weitere Studien sind erforderlich, um das komplexe Zusammenspiel zwischen Inflammation, Erythrozytenfunktion und Gewebeoxygenierung bei Sepsis zu untersuchen.
Interessenkonflikt
N. Staier, N. Mair, C. Frisch, H. Oberacher, A. Egger, T. Haller, C. Rugg und S. Woyke geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
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Hinweis des Verlags
Der Verlag bleibt in Hinblick auf geografische Zuordnungen und Gebietsbezeichnungen in veröffentlichten Karten und Institutsadressen neutral.
Dantzker D. Oxygen delivery and utilization in sepsis. Crit Care Clin. 1989;5(1):81–98.CrossRefPubMed
2.
Mairbäurl H, et al. Oxygen transport by hemoglobin. Compr Physiol. 2012;2(2):1463–89.CrossRefPubMed
3.
Karsten E, et al. Red blood cells are dynamic reservoirs of cytokines. Sci Rep. 2018;8(1)3101.CrossRefPubMedPubMedCentral
4.
Staier N, et al. Inflammation and Hemoglobin Oxygen Affinity. Inflammation. 2025;49(1)7.CrossRefPubMedPubMedCentral
5.
Woyke S, et al. High-throughput determination of oxygen dissociation curves. Physiol Rep. 2021;9(16)e14995.CrossRefPubMedPubMedCentral
6.
Grasselli G, et al. ESICM guidelines on acute respiratory distress syndrome. Intensive Care Med. 2023;49(7):727–59.CrossRefPubMedPubMedCentral
7.
Murthy SN, et al. Hemoglobin binds to the amino-terminal 23-residue fragment of human erythrocyte band 3 protein. Hoppe Seylers Z Physiol Chem. 1984;365(1):9–17.CrossRefPubMed
