Verlauf der mitochondrialen Funktion peripherer mononukleärer Blutzellen in der Frühphase des Sepsisverlaufs bei Intensivpatienten

Warum die Kraftwerke unserer Zellen bei lebensbedrohlicher Infektion wichtig sind

Sepsis, eine lebensbedrohliche Reaktion auf eine Infektion, führt jedes Jahr Hunderttausende von Menschen auf Intensivstationen und kostet weltweit Millionen das Leben. Ärztinnen und Ärzte wissen, dass viele Organe bei Sepsis versagen können, doch die verdeckte Rolle winziger „Kraftwerke“ in unseren Immunzellen – der Mitochondrien – ließ sich schwerer fassen. Diese Studie begleitete Intensivpatienten mit Sepsis während der ersten Woche auf der Intensivstation, um zu untersuchen, wie sich die Energieproduktion wichtiger blutbildender Immunzellen im Zeitverlauf verändert und ob diese Veränderungen mit dem Überleben zusammenhängen.

Blick ins Blut während der Sepsis

Die Forschenden konzentrierten sich auf periphere mononukleäre Blutzellen, eine große Gruppe weißer Blutkörperchen, die Entzündungen antreiben und Keime bekämpfen. Da sie im Körper zirkulieren und sich leicht entnehmen lassen, bieten diese Zellen ein nützliches Fenster darauf, wie das Immunsystem zurechtkommt. Das Team verglich 40 erwachsene Patienten mit Sepsis oder septischem Schock auf einer niederländischen Intensivstation mit 30 sorgfältig abgeglichenen stationären Kontrollen ähnlichen Alters und Geschlechts, die keine Sepsis hatten und sonst metabolisch gesund waren. Bei den Sepsispatienten wurde Blut dreimal entnommen – innerhalb von zwei Tagen nach Aufnahme auf die Intensivstation sowie nochmals ungefähr an Tag drei bis vier und Tag fünf bis sechs – während die Kontrollen einmalig Blutspenden lieferten. Aus jeder Probe isolierten die Forschenden die Immunzellen, setzten sie in eine standardisierte Nährlösung und maßen, wie schnell deren Mitochondrien unter verschiedenen Bedingungen Sauerstoff verbrauchten, eine direkte Messung dafür, wie intensiv die zellulären Kraftwerke arbeiteten.

Immunzell-Motoren laufen auf Hochtouren

Entgegen der Vorstellung, Sepsis schalte die zelluläre Energieproduktion einfach „ab“, zeigte das Team, dass die mitochondriale Aktivität in Immunzellen bei Sepsispatienten durchgehend höher war als bei Kontrollen. Über alle Zeitpunkte war die basale Atmung (der grundlegende Sauerstoffverbrauch in Ruhe) erhöht. Komponenten, die mit nützlicher Energiegewinnung verbunden sind – die ATP‑gekoppelte Atmung – sowie die maximale Kapazität der Mitochondrien tendierten ebenfalls zu höheren Werten, vor allem später in der ersten Woche. Selbst der Protonenleckstrom, eine Form „verschwendeter“ Atmung, bei der Brennstoff verbrannt wird, ohne Energie zu erzeugen, war vermehrt. Zusammengenommen deuten diese Befunde darauf hin, dass zumindest in zirkulierenden Immunzellen die Energiemaschinerie hochgefahren und nicht heruntergefahren ist, was möglicherweise die intensiven Anforderungen einer aktivierten Immunantwort widerspiegelt.

Genetische Signale, die zur höheren Aktivität passen

Um zu prüfen, ob diese höhere Atmungsrate auf molekularer Ebene abgesichert ist, untersuchten die Forschenden die Aktivität mehrerer Gene, die kritische Bestandteile der mitochondrialen Maschinerie codieren. In einer Untergruppe von 10 Sepsispatienten und 10 abgeglichenen Kontrollen maßen sie die Genexpression von Teilen der oxidativen Phosphorylierungs‑Komplexe – den Proteinassemblies, die Brennstoff in ATP umwandeln. Zwei Gene stachen besonders hervor: SDHB (Teil von Komplex II) und ATP5F1A (Teil von Komplex V, der ATP‑Synthase) waren bei Sepsispatienten zu mehreren Zeitpunkten deutlich stärker aktiv, mit Zunahmen von etwa 40–50 % gegenüber den Kontrollen. Dieses molekulare „Hochschalten“ der Kernmaschinerie passt gut zu den funktionellen Daten und stützt die Idee, dass die Mitochondrien von Immunzellen bei Sepsis eher dazu gebracht werden, härter zu arbeiten, statt völlig zu versagen.

Energieveränderungen und ihr Zusammenhang mit Überleben

Die eindrücklichste Beobachtung war, wie diese mitochondrialen Veränderungen mit dem Outcome zusammenhingen. Beim Vergleich von Überlebenden mit Nichtüberlebenden über drei Monate zeigten sich an der allerersten Messung keine großen Unterschiede in der mitochondrialen Funktion. Der Verlauf in der ersten Woche erzählte jedoch eine andere Geschichte. Bei Überlebenden neigte die mitochondriale Atmung in Immunzellen dazu, leicht zu sinken oder stabil zu bleiben. Bei Patienten, die später verstarben, stiegen dieselben Messgrößen – basale, ATP‑gekoppelte und maximale Atmung sowie Reservekapazität – im Verlauf der Woche weiter an. Statistische Analysen deuteten darauf hin, dass ein stärkerer Anstieg der basalen Atmung zwischen der ersten und der letzten Messung mit einem höheren Sterberisiko innerhalb von drei Monaten verbunden war, selbst nach Berücksichtigung von Schweregrad‑Scores. Da die Zahl der Todesfälle jedoch moderat war, betonen die Autorinnen und Autoren, dass dieser Zusammenhang explorativ ist und bestätigt werden muss. Er legt nahe, dass ein anhaltend eskalierender metabolischer Antrieb in Immunzellen ein Warnsignal sein könnte.

Was das für Patientinnen und Patienten mit Sepsis bedeutet

Für Nicht‑Spezialisten ist die Kernbotschaft: In der frühen Sepsis versagen die Kraftwerke in zirkulierenden Immunzellen nicht einfach; vielmehr scheinen sie in den Überholmodus zu schalten. Diese Mehrleistung kann die frühe Abwehr gegen die Infektion unterstützen, doch bei manchen Patienten steigt sie weiter an, statt sich wieder zu normalisieren, und diese anhaltende Überaktivität in Blutimmunzellen war mit schlechterem Überleben verbunden. Die Studie zeigt noch nicht, ob dieser mitochondriale Schub hilfreich, schädlich oder je nach Phase beides ist, betont aber, dass Sepsis ebenso eine Krankheit der energetischen Ökonomie des Körpers wie der Infektion und Entzündung ist. Zukünftig könnte das sorgfältige Verfolgen und vielleicht behutsame Steuern dieser zellulären Energieverwendung Teil der Risikoabschätzung und der individuellen Therapie auf der Intensivstation werden.

Zitation: Moonen, H.P.F.X., Slingerland-Boot, R., de Jong, J.C.B.C. et al. Progression of peripheral blood mononuclear cell mitochondrial function during the early phase of sepsis in intensive care unit patients. Sci Rep 16, 8828 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39202-2

Schlüsselwörter: Sepsis, Mitochondrien, Immunzellen, kritische Erkrankung, zellulärer Stoffwechsel