In vitro Untersuchung zum Einfluss von DEHP auf die Endothelaktivierung

Abstract

Di(2-ethylhexyl)phthalat (DEHP) ist der am häufigsten verwendete Weichmacher für Polyvinylchlorid (PVC) und steht im Verdacht, entwicklungs- und reproduktionstoxisch zu sein. Durch Kontakt mit einem lipophilen Medium kann DEHP aus PVC austreten. Diese Gefahr der Migration von DEHP besteht auch während der extrakorporalen Zirkulation, bei der das Patientenblut durch PVC-Schläuche rezirkuliert. Das Blut kommt mit einer großen nichtphysiologischen Fremdoberfläche in Kontakt und austretende Substanzen, wie beispielsweise DEHP, können einen negativen Einfluss auf den Organismus ausüben. Einige der möglichen postoperativen Komplikationen bei der Extrakorporalen Zirkulation (EKZ) in Form einer inflammatorischen Reaktion werden über das Endothel vermittelt und moduliert. Inwieweit eine DEHP-Exposition zu einer inflammatorischen Reaktion nach extrakorporaler Zirkulation beiträgt ist noch unklar und sollte in der vorliegenden Studie näher bestimmt werden. Der Fokus lag auf einer Endothelaktivierung durch den Weichmacher DEHP. Zudem sollte geklärt werden ob die Verwendung von alternativen PVC-Materialien eine echte Verbesserung hinsichtlich der DEHP-Freisetzung und Endothelaktivierung darstellen. Im Rahmen dieser Studie wurden drei unterschiedliche PVC-Schlauchmaterialien analysiert: 1. Das für die EKZ standardmäßig verwendete PVC mit DEHP (PVC) 2. PVC mit Heparinbeschichtung (Carmeda®) 3. DEHP-freies PVC = TEHTM-PVC (noDOP®). Der erste Teil der Studie befasste sich mit der Konzentrationsbestimmung von freigesetztem DEHP und seinen Metaboliten aus den PVC-Schlauchmaterialien während der extrakorporalen Zirkulation. Im modifizierten Chandler-Loop-Modell, einem so genannten „Closed-Loop-Modell“, rezirkulierte frisches Humanblut bei 37°C für jeweils 60 und 120 Minuten in den drei unterschiedlichen Schlauchmaterialien. Das Blut wurde auf die Konzentration von DEHP und seiner Metabolite sowie auf die Expression proinflammatorischer Zytokine untersucht. Der zweite Teil der Studie analysierte die Aktivierung von Endothelzellen durch DEHP mittels verschiedener Methoden. Mit den rezirkulierten Blutproben aktivierte primäre humane Endothelzellen wurden auf die Expression der Adhäsionsmoleküle ICAM-1, VCAM-1 und E-Selektin untersucht. Die Gruppe mit Carmeda®- und noDOP®- Schlauchmaterial wiesen gegenüber der Gruppe mit PVC-Schlauchmaterial eine deutlich geringere Freisetzung von DEHP auf. Einheitlich führte die Rezirkulationszeit von 120 Minuten gegenüber 60 Minuten zu keinem signifikanten Anstieg der DEHP-Konzentration im Blut. Trotz deutlich erhöhter Werte von DEHP und seiner Metabolite in den Blutproben der Gruppe mit PVC-Schlauchmaterial konnte keine signifikante Hochregulierung proinflammatorischer Zytokine nachgewiesen werden. Eine vollständige Protektion vor DEHP und seiner Metabolite konnte weder durch die Heparinbeschichtung noch durch die alternative Verwendung des Weichmachers TEHTM gewährleistet werden. Die Hypothese, dass eine vermehrte DEHP-Freisetzung zu einer gesteigerten Zytokinausschüttung führt, konnte durch die vorliegende Studie nicht bestätigt werden. Auch korrelierte der DEHP-Spiegel nicht mit der Expression endothelialer Adhäsionsmoleküle. In Anbetracht aktueller Forschungsergebnisse sollte es dennoch ein Ziel sein, die DEHP-Exposition für den Patienten und besonders für den Risikopatienten zu minimieren. Jedoch darf durch die Anwendung alternativer Materialien die Qualität der medizinischen Versorgung nicht gefährdet sein.

DEHP is the most frequently used plasticizer for PVC. But it has been suspected of having had reproductive and teratogenic effects. Contact with a lipophilic medium can cause DEHP to leach from PVC. This danger of DEHP-migration is also present during extracorporeal circulation, when the blood of patients is recirculated in PVC-tube. The blood comes in contact with a large non physiological surface, and leaching substances, for example DEHP, may then have a negative impact on the organism. Some of the possible post-operation complications during extracorporeal circulation (EC), in the form of inflammatory reactions are mediated and modulated by endothelial tissue. The present study set itself the task of determining the extent to which exposure to DEHP contributes to an inflammatory response after extracorporeal circulation as this was hitherto unclear. The focus was on the DEHP plasticizer’s activation of endothelial tissue. Furthermore, this study set out to clarify whether the use of alternative PVC materials constitutes a real improvement with regards to the leaching of DEHP and the activation of endothelial tissue. Three different kinds of PVC material for PVC-tubes were analysed throughout the course of this study: 1. PVC with DEHP, the usage of which is standard in extracorporeal circulation (PVC) 2. Heparin-coated PVC (Carmeda®) 3. DEHP-free PVC, i.e. PVC in combination with the alternative plasticizer TEHTM (noDOP®). The first part of this study dealt with the quantitative analysis of DEHP and its metabolites, released from PVC-tubes during extracorporeal circulation. Fresh human whole blood was circulated at 37°C for periods of 60 and 120 minutes respectively in three different PVC-tubes in a modified Chandler-Loop (the so-called “Closed-Loop-Model”). The aim was to identify concentrations of DEHP and its metabolites as well as the expression of pro-inflammatory cytokines. The second part of this study examined, by means of different methods, the activation by DEHP of endothelial tissue. Primary human endothelial cells, activated by recirculated blood samples, were examined with a view to identify the expression of adhesion molecules ICAM-1, VCAM-1 and E-selectin. The group of Carmeda and noDOP tube material could be shown to release considerably less DEHP than PVC- tubes. Recirculation for the duration of 120 minutes did not consistently show a significant increase of DEHP-concentration in the blood when compared to recirculation for 60 minutes. Even though blood samples from the group with PVC -tubes contained larger quantities of DEHP and its metabolites, a significant increase in pro-inflammatory cytokines could not be demonstrated. Comprehensive protection against DEHP and its metabolites could be guaranteed neither by using a heparin coating nor by using the plasticizer TEHTM. The hypothesis that the increased release of DEHP leads to the increased release of cytokines could not be confirmed by this study. Neither did the DEHP level correlate with the expression of endothelial adhesion molecules. Considering the results of current research into the subject matter, the aim should nevertheless be to minimize patients’ – especially high-risk patients’ – exposure to DEHP. However, the use of alternative materials must not jeopardize the quality of the medical care being provided.