Methylthionine (methyleenblauw) bij de behandeling van sepsis

Ondanks behandeling met antibiotica en intensieve hemodynamische ondersteuning blijft de sterfte van patiënten met sepsis hoog en krijgt een groot deel van hen het ‘acute respiratory distress’-syndroom of het ‘multiple organ dysfunction’-syndroom. Heden ten dage richt veel intensive-careonderzoek zich op aanvullende sepsisbehandelingen teneinde de sterfte en het optreden van de genoemde syndromen terug te dringen.

Methylthionine (methyleenblauw) is een kleurstof die reeds lang bekend is in de geneeskunde, onder andere voor de behandeling van methemoglobinemie en voor het zichtbaar maken van fistels. De laatste jaren neemt de belangstelling toe voor het gebruik als adjuvante therapie bij sepsis. In 1995 verschenen in Intensive Care Medicine en Critical Care Medicine in totaal 4 onderzoeken naar de effecten van methylthionine bij sepsis. In dit artikel willen wij de waarde van dit middel bij de behandeling van sepsis bespreken.

Aanvullende behandelingen bij sepsis

Tijdens sepsis wordt een ingewikkeld samenspel tussen geactiveerde monocyten, geactiveerde neutrofiele leukocyten en endotheelcellen in gang gezet. Deze cellen beïnvloeden elkaar door middel van cytokinen (waaronder tumornecrosisfactor, interleukine-1 en interleukine-6). De eerste prikkel voor het proces is vaak een bacterieel product zoals endotoxine. Uiteindelijk ontstaat een aantal stoffen met klinische effecten, waaronder superoxideradicalen en stikstofmonoxide (NO).1 Deze klinische effecten zijn koorts, leukocytose of leukopenie en dikwijls diffuse intravasale stolling. Er kunnen tevens circulatoire veranderingen optreden die zich kenmerken door een lage systemische vaatweerstand (vasodilatatie) en een groot hartminuutvolume, vaak resulterend in hypotensie. Er zijn bij sepsis echter grote regionale verschillen in de doorbloeding van de verschillende orgaansystemen. Sommige organen kennen een toegenomen doorbloeding (myocard), terwijl andere orgaansystemen juist verminderd doorbloed worden (darm). Tot slot kan er vocht uit de bloedbaan treden door een toegenomen doorlaatbaarheid van de capillaire vaten (‘capillary leak’).

Traditioneel bestaat de behandeling van sepsis uit het toedienen van antibiotica en het optimaliseren van de circulatie met intraveneuze vulling, inotropica (bijvoorbeeld dobutamine) en, indien ondanks deze maatregelen een lage bloeddruk blijft bestaan, vasopressoren (bijvoorbeeld norepinefrine). Hierbij moet worden bedacht dat deze vasopressoren weliswaar systemisch een betere bloeddruk kunnen genereren, maar dat de bewerkstelligde vasoconstrictie door de verschillen in regionale doorbloeding kan leiden tot ernstige orgaanschade (aan darm, lever en nieren) en kan bijdragen tot het ontstaan van multipel orgaanfalen, zeker wanneer de intravasculaire vulling van de patiënt onvoldoende is.

Met aanvullende behandelingen van sepsis, die overigens alle nog experimenteel zijn, wordt getracht de beschreven cascade op verschillende niveaus te stoppen.23 Er bestaat de mogelijkheid de microbiële prikkel voor het proces te neutraliseren door middel van bijvoorbeeld anti-endotoxine-antistoffen of extracorporele verwijdering van endotoxinen. Daarnaast kan men trachten in te grijpen op het niveau van de cytokinen die tijdens sepsis geproduceerd worden (antistoffen tegen interleukine-1, tegen tumornecrosisfactor en tegen plaatjesactiverende factor). Tot slot kan men zich door middel van NO-blokkade of het wegvangen van zuurstofradicalen (bijvoorbeeld met acetylcysteïne) richten op de effectormoleculen.4 Methylthionine behoort tot de stoffen die ingrijpen in het metabolisme van NO. Dit metabolisme wordt hierna beschreven.

Blokkade van stikstofmonoxide

NO en L-citrulline worden onder invloed van het enzym NO-synthase gevormd uit L-arginine (figuur).5 Er dient onderscheid gemaakt te worden tussen ‘constitutive NO-synthase’ (cNOS) en ‘inducible NO-synthase’ (iNOS). cNOS wordt in endotheelcellen gevormd onder invloed van verhoging van de intracellulaire Ca²-concentratie. De belangrijkste prikkels hiervoor zijn acetylcholine, bradykinine en tangentiële rek van het endotheel (‘shear stress’). Het aldus gevormde NO leidt tot vorming van cyclisch guanosine-3‘-5’-monofosfaat (cGMP) in de gladde spiercel, door binding aan het enzym guanylaatcyclase. Verhoging van de cGMP-concentratie in de gladde spiercellen leidt tot relaxatie van deze cellen. cNOS is van groot belang bij de handhaving van de normale vaattonus. Tijdens sepsis kan iNOS worden gevormd. Dit gebeurt niet alleen in endotheelcellen, maar ook in gladde spiercellen, neutrofiele leukocyten en levercellen. Op deze manier ontstaat een overmaat van NO. Deze overmaat geeft niet alleen vasodilatatie, maar kan tevens via reactie met superoxide-anionen leiden tot DNA-beschadiging en celdood. Het ontstaan van iNOS is onafhankelijk van de intracellulaire Ca²-concentratie en wordt geïnduceerd door onder andere endotoxine, interleukine-1 en interferon-?.5

De effecten van NO tijdens sepsis kunnen op verschillende manieren worden tegengegaan. N⁹-nitro-L-argininemethylester (L-NAME) en N⁶-monomethyl-L-arginine (L-NMMA) zijn competitieve antagonisten van L-arginine en kunnen NO-synthase remmen. Hierdoor wordt de productie van NO verminderd. Het nadeel is dat zowel cNOS als iNOS wordt geremd, waardoor mogelijk ook de normale regulatie van de vaattonus wordt beïnvloed. Op dit moment is veel onderzoek daarom gericht op de ontwikkeling van specifieke iNOS-antagonisten.6 Andere mogelijkheden om de effecten van NO tegen te gaan zijn het direct wegvangen van NO en het remmen van het enzym guanylaatcyclase, waardoor minder cGMP wordt geproduceerd. Alledrie de mechanismen zijn beschreven bij methylthionine.

Aan het blokkeren van NO is, in ieder geval in theorie, een aantal nadelen verbonden.7 Omdat NO de plaatjesaggregatie remt, zou remming van NO de stolling nadelig kunnen beïnvloeden, vooral bij patiënten die al diffuse intravasale stolling hebben. Aangezien NO een toxisch effect heeft op micro-organismen zou remming het doden van bacteriën kunnen tegenwerken. Omdat NO een vasodilaterend effect heeft op de pulmonale circulatie, zou NO-blokkade het ontstaan van pulmonale hypertensie kunnen bevorderen. Dit effect is wellicht te ondervangen met gelijktijdige NO-inhalatie. NO-blokkade kan leiden tot een verminderde doorbloeding van het lever-splanchnicusgebied, hetgeen in een enkel geval ook daadwerkelijk werd aangetoond.8 Tot slot treedt bij patiënten met zeer ernstige sepsis een renale vasoconstrictie op, welke misschien verergerd kan worden door het blokkeren van een tegenregulerend hormoon.9

Methylthionine

Van oudsher wordt methylthionine gebruikt bij de behandeling van zowel medicamenteus geïnduceerde als genetische methemoglobinemie. Daarnaast wordt het toegepast als kleurstof om fistels zichtbaar te maken. Tot enkele jaren geleden werd het middel gebruikt in de antenatale diagnostiek van meerlingzwangerschappen door middel van amniocentese.

Methylthionine is een in water oplosbare kleurstof met een molecuulgewicht van 373,9. In lage concentraties accepteert het elektronen van methemoglobinereductase dat afhankelijk is van het gereduceerde nicotinamide-adenine-dinucleotidefosfaat (NADPH). Methylthionine wordt zo gereduceerd tot leucomethylthionine, dat vervolgens snel methemoglobine reduceert tot hemoglobine. In hoge concentraties leidt methylthionine echter tot vorming van methemoglobine door het in haem aanwezige ijzer te oxideren.

Methylthionine wordt goed opgenomen in het maag-darmstelsel: circa 75 van een orale dosis wordt in de urine teruggevonden, grotendeels als het kleurloze leucomethylthionine. Na intraveneuze toediening wordt het snel opgenomen in de longen, de lever, de nieren en het hart. De plasmahalfwaardetijd, het distributievolume en de mate waarin methylthionine zich bindt aan plasma-eiwitten bij de mens zijn niet bekend. Onderzoeken bij patiënten met sepsis lijken aan te geven dat de werking van methylthionine na circa 2 uur is verdwenen. Bij methemoglobinemie variëren de gebruikte doseringen van 1 tot 4 mgkg per bolusinjectie intraveneus, of 3-6 mgkg oraal, verdeeld over de dag.10 In de meeste onderzoeken bij sepsis wordt een, al dan niet herhaalde, dosering van 2 mgkg intraveneus gebruikt.

Bekende bijwerkingen na intraveneuze toediening zijn hemolytische anemie (vooral bij hoge doseringen en bij patiënten met een glucose-6-fosfaat-dehydrogenasedeficiëntie), methemoglobinemie (bij hoge doseringen) en in zeldzame gevallen hypotensie en hartritmestoornissen.10 In dit tijdschrift werd enkele jaren geleden gemeld dat de frequentie van jejunumatresie bij pasgeborenen verhoogd was na intra-amniotische injectie van methylthionine tijdens de zwangerschap.11 Er werd geadviseerd de kleurstof bij amniocentese niet meer te gebruiken.

Werkingsmechanismen bij sepsis

Van verscheidene eigenschappen van methylthionine wordt verondersteld dat ze gunstig zouden kunnen zijn bij sepsis (zie de figuur). De meest genoemde eigenschap is de remming van guanylaatcyclase, waardoor wordt voorkomen dat onder invloed van NO cGMP wordt geproduceerd en dientengevolge vasodilatatie optreedt. NO activeert guanylaatcyclase door binding aan een in het enzym aanwezige haemgroep. Methylthionine kan zich eveneens binden aan deze haemgroep en is dus een competitieve antagonist.12 Gereduceerd methylthionine reageert met zuurstof, waarbij superoxide-anionen ontstaan. Deze reageren vervolgens met NO. Op deze wijze draagt methylthionine bij tot het direct wegvangen van NO.13 Methylthionine remt ook de productie van NO door directe remming van NO-synthase. Dit gebeurt eveneens door binding aan een, ook in dit enzym aanwezige, haemgroep. Het remmende effect van methylthionine op NO-synthase lijkt nog sterker te zijn dan dat op guanylaatcyclase.14 Tot slot is van methylthionine beschreven dat het de productie remt van prostacycline, een andere krachtige vasodilatator die door het endotheel wordt geproduceerd.15

Klinische onderzoeken

De klinische toepasbaarheid van methylthionine bij sepsis werd voor het eerst beschreven door Schneider et al. in een casuïstische mededeling.16 Hierin werden twee patiënten beschreven met een septische shock die niet reageerden op de gebruikelijke therapie met vulling, inotropica en vasopressoren. Deze casuïstische mededeling werd in 1995 gevolgd door 3 onderzoeken van patiëntengroepen; alle betrokken patiënten waren reeds op conventionele wijze gestabiliseerd.17-19 In al deze onderzoeken werden stijgingen van de gemiddelde arteriële bloeddruk en de systemische vaatweerstand gevonden na toediening van methylthionine. In één patiëntengroep werd tevens een toename van het hartminuutvolume gevonden.19 Dit werd verklaard door het tenietdoen van het cardiodepressieve effect van NO door methylthionine. Tot slot verscheen in oktober 1995 een dierexperimenteel onderzoek van Zhang et al.,20 waarin in een hondenmodel van septische shock werd gekeken naar de effecten van verschillende doseringen van methylthionine. Bij lage doseringen (2,5 en 5 mgkg) vonden de onderzoekers dezelfde effecten als in de genoemde patiëntengroepen, met ook een verbetering van de doorbloeding van het mesenteriale gebied. Hoge doseringen gaven echter dalingen van de gemiddelde arteriële bloeddruk en de systemische vaatweerstand. Deze effecten werden geweten aan het ontstaan van fenylradicalen na toediening van hoge doseringen methylthionine. Fenylradicalen ontstaan wanneer vrije zuurstofradicalen reageren met de fenothiazinegroep in methylthionine. Fenylradicalen activeren guanylaatcyclase en veroorzaken zo vasodilatatie. De belangrijkste resultaten van de genoemde onderzoeken zijn samengevat in de tabel.

Conclusie

Tijdens sepsis kan ten gevolge van sterke vasodilatatie een vaak moeilijk te corrigeren hypotensie ontstaan. De effecten van de toediening van methylthionine bij sepsis blijken voornamelijk toe te schrijven aan een vaatvernauwende werking, met als resultaat verhoging van de bloeddruk. Deze effecten worden verkregen doordat methylthionine op verschillende punten ingrijpt in het metabolisme van NO, een vasodilatator die een belangrijke rol speelt bij de vasodilatatie bij sepsis. Het hartminuutvolume wordt door methylthionine niet negatief beïnvloed of stijgt zelfs. Mogelijk verbetert ook de doorbloeding van het splanchnicusgebied. Welk aangrijpingspunt in het NO-metabolisme bij de mens nu het belangrijkst is, valt uit de spaarzame bepalingen van cGMP, atriaal natriuretisch peptide en nitraten in de onderzoeken die tot nu toe zijn gedaan niet goed af te leiden. De gelijkblijvende cGMP-concentraties in het onderzoek van Daemen-Gubbels et al. zouden kunnen pleiten tegen een remming van guanylaatcyclase als belangrijkste mechanisme.19 Grotere onderzoeken zullen in de toekomst nodig zijn om de daadwerkelijke effecten van methylthionine (ook op de overleving) vast te stellen. Vooral is van belang of methylthionine zich onderscheidt van andere vasopressoren (conventionele middelen zoals norepinefrine, of nieuwere, eveneens experimentele middelen zoals L-NMMA en angiotensine II) ten aanzien van de negatieve effecten van vasoconstrictie op de doorbloeding van belangrijke orgaansystemen. Totdat dergelijke gegevens bekend zijn, blijft methylthionine een experimenteel middel bij de behandeling van sepsis. Het gebruik van methylthionine buiten goed gecontroleerde klinische onderzoeken dient vooralsnog beperkt te blijven.