Effekte einer kurzfristigen Hyperoxie auf den oxidativen Stress

Sauerstoff ist das am zweithäufigsten vorkommende Element der Luft und unerlässlich für eine Reihe von physiologischen Vorgängen im menschlichen Körper. Die Aufrechterhaltung der Sauerstoffhomöostase spielt eine wichtige Rolle und eine Störung des Gleichgewichts kann zu Organschäden führen. Während die Auswirkungen einer Hypoxie bereits in zahlreichen Studien untersucht wurden, sind die Effekte einer kurzfristigen Hyperoxie auf den menschlichen Organismus noch unzureichend unerforscht. In der nachfolgenden randomisierten und doppelblinden Studie wurden die Effekte einer kurzfristigen Sauerstoffgabe von 100% für 20 Minuten bei 30 gesunden Probanden (ASA-1) im Cross-over Design untersucht. Die Auswirkung der Hyperoxie auf den oxidativen Stress in Leukozyten wurde mittels DHR123-Färbung in der Durchflusszytometrie durch die Bestimmung der mittleren Fluoreszenzintensität (MFI) im zeitlichen Verlauf (vor Intervention sowie eine, drei und sechs Stunden nach Intervention) analysiert. Des Weiteren wurde die Redoxhomöostase im Serum sowie auf mRNA Ebene bestimmt. Die statistische Auswertung erfolgte mittels einer Cross-over ANOVA. Eine kurzfristige Sauerstoffgabe führte zur Bildung von oxidativem Stress in den Leukozyten (drei Stunden nach Intervention mit 100% O2 MFI von 10999 vs. MFI von 6371 bei 21 % O2, p < 0,025). In Relation zum Ausgangswert (MFI 5625) zeigten sich drei sowie sechs Stunden nach der Intervention erhöhte Werte (MFI 10999 bzw. 12694, p < 0,05). Zusätzlich wies die Genexpressionsanalyse drei sowie sechs Stunden nach der Inhalation von 100% O2 eine Herabregulierung von 20 Genen, die an der Redoxhomöostase beteiligt sind, auf. In dieser Studie führte eine kurzfristige Hyperoxie von 20 Minuten bei gesunden Probanden zu einem Missverhältnis von oxidativem Stress und Antioxidantien. Es lässt sich somit schlussfolgern, dass bereits eine kurzzeitige Gabe von Sauerstoff, wie sie im perioperativen Setting häufig angewandt wird, bei gesunden Personen zu einer Störung der Redoxhomöostase führen kann.Oxygen is the second most common gas in the air and essential for many physiological processes. The maintenance of the O2-homoeostasis is very essential for the human body, as a disturbance of the equilibrium can harm organs. Effects of hypoxic conditions have been already investigated in several studies, however, many consequences of hyperoxia on the human body are still unknown. The effects of a short-term hyperoxia relating to oxidative stress were analyzed in a randomized, double-blind study with a cross-over design in two treatment periods. Thirty healthy volunteers (ASA-1) inhaled ambient air in one session and 100% oxygen in the other, both over a mask for 20 minutes each. Production of O2 radicals in leucocytes was investigated by measuring the mean fluorescence intensity (MFI) of DHR123 using a flow cytometry before plus one, three and six hours after the intervention. Furthermore, the results of the redoxhomoeostasis in the serum and at mRNA-level were measured. Statistical analysis was conducted using cross-over ANOVA. Short-term hyperoxia led to oxidative stress in leucocytes (three hours after the inhalation of 100% O2 with an MFI of 10999 vs. MFI of 6371 after inhaling 21% O2, p < 0,025). Moreover, the fluorescence-activated cell sorting analysis (FACS) showed an increase of MFI in leucocytes after the intervention with 100% O2 compared to the baseline (MFI 5625) three and six hours after the intervention (MFI 10999 respectively 12694, p < 0,05). Additionally, 20 genes, which are involved in the production of ROS, were significantly downregulated three and six hours after the inhalation of 100% O2. As a conclusion the study demonstrates that a short-term hyperoxia, as it occurs routinely in the perioperative setting, affects the O2 homoeostasis of young healthy individuals significantly. Even the inhalation of 100% oxygen for 20 minutes resulted in a mismatch of ROS and antioxidant defense. This imbalance could still be detected 6 hours after the intervention.eingereicht von David KickingerAbweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersMedizinische Universität Wien, Diplomarb., 2018(VLID)281698