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Einsatz von physikalischem Niedertemperaturplasma in der Veterinärmedizin

Wunden heilen

In der Vergangenheit konnte physikalisches Plasma aufgrund der hohen Temperaturen von über 80 °C medizinisch nur für Kauterisierung und Koagulation eingesetzt werden. Durch die Entwicklung von Plasmaquellen mit Temperaturen im Bereich der Körpertemperatur erschließen sich neue Felder für den medizinischen und veterinärmedizinischen Einsatz in den Bereichen Chirurgie, Dermatologie, Onkologie und Zahnheilkunde. Bei therapieresistenten chronischen Wunden wurden bereits überzeugende Heilungserfolge erzielt.

Was ist physikalische Plasma?

1928 prägte Langmuir den Begriff „Plasma“ für den 4. Aggregatzustand der Materie nach fest, flüssig und gasförmig, da es sich bei physikalischem Plasma ähnlich wie beim Blutplasma um eine Mischung verschiedener Komponenten handelt. Plasmen enthalten neutrale und angeregte Moleküle, Ionen, freie Elektronen, Radikale, elektromagnetische Felder und quellenabhängig UVStrahlen und sind unter atmosphärischen Bedingungen sehr reaktiv. Natürliche Plasmen sind sowohl auf der Erde (Blitz) als auch astrophysikalisch (Sonne, Polarlicht) sichtbar. Die technische Plasmaerzeugung erfolgt durch Zufuhr hoher elektrischer Energie und wird industriell seit Jahrzehnten genutzt, z.B. für Plasmafernseher.

Medizinisch eingesetzte Plasmen

Sie liegen üblicherweise als kalte Atmosphärendruckplasmen vor und lassen sich durch elektrophysikalische Verfahren erzeugen, bei denen Luft oder ein Trägergas (üblicherweise Edelgase wie Argon oder Helium) angeregt wird. Zur Charakterisierung medizinischer Plasmen werden UVEmission, Qualität und Quantität der gebildeten freien Radikale sowie Parameter des eingesetzten Gases (Art, Temperatur, Gasfluss) herangezogen. Die im Plasma gebildeten reaktiven Sauerstoffund Stickstoffspezies, die durch Reaktion mit Luft oder dem Trägergas entstehen, sind maßgeblich für die Wirkung. Da Plasmen eine komplexe, von der Art der Plasmaquelle und des Trägergases abhängige Zusammensetzung aufweisen, kann man durch ein gerichtetes Design verschiedene biologische Wirkungen erzielen, was in unterschiedlichen therapeutischen Optionen praxisrelevante Umsetzung findet. In Deutschland sind aktuell noch keine Plasma geräte als Medizinprodukte für die Anwendung am Menschen zugelassen, doch der Einsatz bei Tieren ist mit CE-zertifizierten Geräten möglich, die kommerziell angeboten werden.

Plasmaeffekte auf Wunden

In der Humanmedizin wurden erste Studien zur Plasmabehandlung chronischer Wunden abgeschlossen, die die Effektivität und Verträglichkeit bestätigten. An der Chorioallantoismembran bebrüteter Hühnereier wurde gezeigt, dass Plasma über die antiseptische Wirkung hinaus verschiedene Gewebeprozesse (Koagulation, Kontraktur und Inflammation mit assoziierter Angiogenese) induziert. Diese Prozesse sind Bestandteile des physiologischen Heilungsablaufs bei der sekundären Wundheilung und offenbar neben der antiseptischen Wirkung bedeutende Mechanismen der plasmageförderten Heilung chronischer Wunden. Bei Ratten und Mäusen führte die Plasmaanwendung zu verbesserter Heilung von Brandwunden bzw. frischen Wunden. Letztere zeigten ein beschleunigtes Auftreten der inflammatorischen Phase, stärkere Bildung von Granulationsgewebe sowie verbesserte Reepithelisierung und Neovaskularisierung.

Chronische Wunden

Die Zielsetzung der Behandlung chronischer Wunden besteht in der Durchbrechung des Circulus vitiosus aus Minderdurchblutung, Nekrose, kritischer Kolonisa tion oder Infektion, erneuter Nekrosebildung und letztlich stagnierender Wundheilung. Dabei kann die lokale Wundbehandlung nur erfolgreich sein, wenn zugleich die dem Geschehen zu Grunde liegende Erkrankung behandelt wird. Deshalb ist die Ätiopathogenese der chronischen Wunde abzuklären, um ggf. beeinträchtigende Fak toren zu eliminieren. Chronische Wunden werden in hohem Maße durch Biofilmbildung aufrechterhalten. Obwohl Plasma gegen planktonische Bakterien und Biofilme u.a. von P. aeruginosa wirksam ist, jedoch keine remanente Wirksamkeit aufweist, ist bei kritischer Kolonisation oder Infektion einer chronischen Wunde zwischen den Plasmaapplikationen ein gut verträgliches Antiseptikum mit remanenter Wirksamkeit einzusetzen. Durch das elektrische Feld und vermutlich in Kombina tion vor allem mit den im Plasma enthaltenen Radikalen mit Aktivierung des respiratory burst wird der Übergang von der chronischen Wunde zur resorptiven Entzündung mit Förderung von Zellproliferation und differenzierung und nachweislich erhöhter LeukozytenEndothelInteraktion induziert. Letztere spiegelt eine gesteigerte lokale inflammatorische und immunologische Reaktion des Organismus auf den Plasmastimulus wider. Vermutlich wird dadurch das Gewebe aus der Wundstagnation in eine akute Inflammation mit Verbesserung der Durchblutung und Ein dämmung der Exsudation überführt. Die Summation dieser Effekte führt aus dem Teufelskreis biofilmbedingte Toxinfreisetzung, Inflammation mit hypoämischer Stoffwechsellage und Exsudatfreisetzung als Medium für bakterielle Vermehrung heraus. Mit dem Gasstrom gelangt das Plasma auch in tiefe Wund bereiche wie Kavernen und Hohlräume, was bei der unterstützenden Behandlung von Abszessund Seromhöhlen oder nach Resektion größerer Gewebe anteile wichtig ist. Hier führen die koagulationsund gerinnungsfördernden Plasmaeffekte zu einer ver minderten Exsudatansammlung in der Wundhöhle, zugleich unterstützt die kontraktions fördernde Wirkung den Wundverschluss.

Therapieerfolge bei Wunden

Nach erfolgreicher Testung in vitro wird Plasma in Kombination mit den Antiseptika Polihexanid oder Octenidin seit 2010 im Rahmen des BMBF geförderten Projekts Campus PlasmaMed an Kleintieren unter unserer Leitung eingesetzt. Verwendet wird der kINPen09, ein mit Argongas betriebener Atmosphärendruck Plasma Jet. Bei Hund und Katze konnten an chronischen Wunden sowie bei Wundheilungsstörungen nach Nahtdehiszenzen überzeugende Behandlungsergebnisse erzielt werden. Abhängig von der ursprünglichen Wundgröße kam es über einen Zeitraum von drei bis 24 Wochen zur vollständigen Ausheilung. Auf die systemische Applika tion eines Antibiotikums konnte aufgrund der guten Heilungsverläufe verzichtet werden. Bemerkenswert waren die erstaunlich gute Regeneration des Gewebes mit nur geringer Narbenbildung und das gute Fellwachstum am Wundsaum, sodass selbst großflächige und nekrotische Wunden ohne Probleme abheilten. Das Plasma wurde ohne relevante Akzeptanzprobleme schmerzfrei toleriert.

Plasma bei Hauterkrankungen

Auf gesunder Haut wird Plasma wie auf Wunden ohne erkennbare Nebenwirkungen toleriert. Durch die in die Haarfollikel hineinreichende Wirkung eignet sich Plasma voraussichtlich zur Behandlung verschiedener superinfizierter Hauterkrankungen wie oberflächliche Pyodermie, pyotraumatische Dermatitis („hotspot“), Intertrigo und Akne. Plasma wirkt zudem gegen pathogene Pilze wie Microsporum canis, Candida spp. und Trichophyton rubrum, wodurch die lokale Behandlung von Dermatomykosen gegenüber der systemischen antimykotischen Therapie mit den Vorteilen der Organschonung möglich erscheint. Bei Otitiden des äußeren Gehörgangs liegen oft Mischinfektionen von Hefen wie Malassezia spp. und Bakterien wie S. Intermedius vor. Daher erscheint auch hier der Einsatz von Plasma mit seinen antibakteriellen, antimykotischen und antiexsudativen Eigenschaften sinnvoll, insbesondere keine Resistenzentwicklung beobachtet wurde. Untersuchungen von Daeschlein et al. zeigen eine Wirksamkeit gegen Demodex Folliculorum. Da ein ähnlicher Wirkmechanismus gegen Demodex canis und Demodex cati zu erwarten ist, könnte Plasma als Unterstützung im Kampf gegen Demodikose und parasitäre Pododermatitis bei Hunden und Katzen genutzt werden.

Plasma gegen Tumorerkrankungen

Hinweise zur antitumorigenen Wirkungen wurden aus In-vitroUntersuchungen abgeleitet, wonach Plasma in der Lage ist, Tumorzellen dosisabhängig in Apoptose, bzw. Nekrose zu überführen. Im Fall der Behandlung des fortgeschrittenen Stadiums eines felinen Plattenepithelkarzinoms wurde Plasma adjuvant angewandt. Es konnte 24 Stunden nach Plasmaapplikation ein sichtbarer Oberflächenabtrag erreicht werden. Aufgrund der begrenzten Tiefenwirkung erscheint der Einsatz von Plasma als addon zur chirurgischen Intervention bei Tumoren mit hoher Rezidivrate wie dem felinen Plattenepithelkarzinom und Fibrosarkom oder dem equinen Sarkoid möglicherweise sinnvoll, um unter Schonung vitalen Gewebes randständige Tumorzellen inaktivieren zu können.

take home

Der Einsatz von physikalischem Plasma stellt vor allem für die Behandlung chronischer Wunden eine aussichtsreiche Therapieoption dar. Die Anwendung bei infektiösen Hauterkrankungen wie Pyodermie, Demodikose oder Dermatomykose erscheint in Hinblick auf den bisherigen Forschungen erfolgversprechend. Aufgrund der einfachen Handhabbarkeit und guten Compliance könnten Plasmageräte in Zukunft eine sinnvolle Ergänzung der Praxiseinrichtung darstellen.

Foto: © fotolia.com | Dmytro Shevchenko

HKP 1 / 2013

Diese Artikel wurden veröffentlicht in Ausgabe HKP 1 / 2013.
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Prof. Dr. Arwid Daugschies, Universität Leipzig, Veterinärmedizinische Fakultät – VMF
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Praxis und sollte unterhaltsame „Pflichtlektüre“ für das ganze Praxisteam sein.