Prä- und postoperative Konzentration von TIMP-1, MMP-2 und PIIINP im Serum von Patienten mit Verbrennungsverletzungen

Zusammenfassung

Die Wundheilung von Patienten mit schweren Verbrennungsverletzungen zeichnet sich häufig durch die Entstehung großflächig fibrotisch veränderter Narbenareale aus. Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals die prä- und postoperative Bestimmung von TIMP-1, MMP-2 und PIIINP als Parameter für eine Gewebsfibrose bei 19 Patienten (8 Frauen, 11 Männer, Durchschnittsalter 54,7 ± 23,1 Jahre) mit akuten Verbrennungsverletzungen vorgenommen. Die Untersuchungszeitpunkte waren unmittelbar präoperativ, am 1. - 3. postoperativen, am 7. sowie am 14. postoperativen Tag. Als Kontrollgruppe dienten 19 Patienten (12 Frauen, 7 Männer, Durchschnittsalter 42,3 ± 15,5 Jahre), an denen elektive plastisch-chirurgische Operationen durchgeführt wurden. Die Messung der untersuchten Parameter erfolgte mittels ELISA-Testsystemen, die statistische Auswertung mittels Wilcoxon-Test für Paardifferenzen und Spearman-Rangkorrelation. Patienten mit Verbrennungstrauma zeigten einen signifikanten (p < 0,05) TIMP-1-Anstieg im Serum von präoperativ 840 ± 269 ng/ml auf 1030 ± 346 ng/ml am 1. postoperativen Tag. Im weiteren Verlauf blieb die Konzentration signifikant (p < 0,05) erhöht. Zu jedem Untersuchungszeitpunkt war die TIMP-1-Konzentration bei Verbrennungspatienten signifikant (p < 0,05) gegenüber der Kontrollgruppe erhöht und korrelierte mit der verbrannten Körperoberfläche (p < 0,05; r² = 0,43). MMP-2 stieg lediglich am 3. postoperativen Tag im Serum der Verbrennungspatienten signifikant (p < 0,05) an. PIIINP stieg bei den Brandverletzten signifikant (p < 0,05) von präoperativ 7,7 ± 2,7 ng/ml auf 10,1 ± 3,5 ng/ml am 1. postoperativen Tag an und blieb bis zum 14. postoperativen Tag signifikant erhöht (p < 0,05). Zu jedem Untersuchungszeitpunkt war die PIIINP-Konzentration bei Verbrennungspatienten signifikant höher (p < 0,05) als bei der Kontrollgruppe und korrelierte mit der Verbrennungsausdehnung (p < 0,05; r² = 0,25). Die Ergebnisse deuten an, dass das physiologische Gleichgewicht zwischen den Extrazelluläre Matrix abbauenden MMPs und ihren endogenen Inhibitoren bei Patienten nach thermischem Trauma gestört ist. Die erhöhte systemische TIMP-1-Konzentration kann möglicherweise zu einer Gewebsfibrose mit pathologischer Narbenbildung beitragen. Der bereits in der Frühphase bestehende erhöhte PIIINP-Spiegel weist auf eine fibrogene Komponente der Wundheilung nach thermischem Trauma hin.

Pre- and Postoperative Serum Concentrations of TIMP-1, MMP-2, and PIIINP in Patients with Burn Trauma

The wound healing process of patients with severe burns often leads to the formation of extensive fibrotic scars. In this study, TIMP-1, MMP-2, and PIIINP were determined by ELISA as markers for excessive cicatrization in sera of 19 patients (8 female, 11 male, average age 54.7 ± 23.1 years) with acute burn injuries. Blood samples were taken immediately before operation, at the 1. - 3. postoperative day, and at the 7. as well as the 14. day after operation. 19 patients (12 female, 7 male, average age 42.3 ± 15.5 years) with elective plastic-surgical operations served as control group. Statistical analysis was performed with the two-tailed Wilcoxon rank-sum test and Spearman rank-correlation. There was a significant increase (p < 0.05) of TIMP-1 in patients with burns from 840 ± 269 ng/ml preoperatively to 1030 ± 346 ng/ml at the first postoperative day. In the further course, the concentration remained at a significantly elevated level (p < 0.05). In comparison with the control group, the TIMP-1 level of burned patients was significantly higher (p < 0,05) at any time and correlated with the burned total body surface area (p < 0.05; r² = 0.43). MMP-2 showed a significant elevation (p < 0.05) only at the 3. postoperative day in sera of patients with burn wounds. PIIINP increased significantly (p < 0.05) at burned patients from 7.7 ± 2.7 ng/ml preoperatively to 10.1 ± 3.5 ng/ml at the first postoperative day and remained significantly elevated up to the 14. postoperative day. At any time after burn trauma, PIIINP was significantly higher (p < 0.05) at burned patients than at the control group and correlated with the burned total body surface area (p < 0.05; r² = 0.25). Obviously, the physiological balance between MMP's and their endogenous inhibitors is disturbed after burn trauma. The elevated systemic TIMP-1 concentration might contribute to tissue fibrosis leading to pathological scar formation. The increase of PIIINP in the early phase after thermal trauma might indicate a fibrogenic component of wound healing.

Literatur

• 1 Arthur M JP. Fibrosis and altered matrix degradation.  Digestion. 1988;  59 376-380
• 2 Gailit J. Wound repair in the context of extracellular matrix.  J Cell Biol. 1994;  6 717-725
• 3 Glauser M PP, Zanetti G, Baumgartner J D, Cohen J. Septic shock: pathogenesis.  Lancet. 1991;  338 732-736
• 4 Hayasaka A, Saisho H. Serum Markers as Tools to Monitor Liver Fibrosis.  Digestion. 1998;  59 381-384
• 5 Jensen L T. The aminoterminal propeptide of type III procollagen. Studies on physiology and pathophysiology.  Dan Med Bull. 1997;  44 70-78
• 6 Jensen L T, Host N B. Collagen: scaffold for repair or execution.  Cardiovasc Res. 1997;  33 535-539
• 7 Kreis R W, Machei D P, Hermans R R, Vloemans A R. Expansion techniques for skin grafts: comparison between mesh and MEEK island (sandwich-)grafts.  Burns. 1994;  20 39-42
• 8 Lafuma C. Elastases and pulmonary pathologies.  Pathol Biol (Paris). 1988;  36 1124-1132
• 9 Lammi L, Ryhanen L, Lakari E, et al. Type III and type I procollagen markers in fibrosing alveolitis.  Am J Respir Crit Care Med. 1999;  159 818-823
• 10 Liu B, Connolly M K. The pathogenesis of cutaneous fibrosis.  Semin Cutan Med Surg. 1998;  17 3-11
• 11 Massova I, Kotra L P, Fridman R, Mobashery S. Matrix Metalloproteinases: structures, evolution, and diversification.  FASEB J. 1998;  12 1075-1095
• 12 Murawaki Y, Ikuta Y, Koda M, Kawasaki H. Serum type III procollagen peptide, type IV collagen 7S domain, central triple-helix of type IV collagen and tissue inhibitor of metalloproteinases in patients with chronic viral liver disease: Relationship to liver histology.  Hepatology. 1994;  20 780-787
• 13 Nagase H. Activation Mechanisms of Matrix Metalloproteinases.  Biol Chem. 1997;  378 151-160
• 14 Pallua N, Machens H G, Becker M, Berger A. Chirurgische Prävention der posttraumatischen Sepsis durch Sofortnekrektomie von Verbrennungswunden. Langenbecks Arch Chir Suppl II (Kongressbericht).  1996;  1144-1148
• 15 Raghow R. The role of extracellular matrix in postinflammatory wound healing and fibrosis.  FASEB J. 1994;  8 823-831
• 16 Ramadori G, Knittel T, Saile B. Fibrosis and altered Matrix Synthesis.  Digestion. 1998;  59 372-375
• 17 Reynolds J J. Collagenases and tissue inhibitors of metalloproteinases: a functional balance in tissue degradation.  Oral Dis. 1996;  2 70-76
• 18 Sparkes B G. Mechanisms of immune failure in burn injury.  Vaccine. 1993;  11 504-510
• 19 Weigand K, Zaug P Y, Frei A, Zimmermann A. Long-term follow-up of serum N-terminal propeptide of collagen type III levels in patients with chronic liver disease.  Hepatology. 1984;  4 835-838