Institut für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin
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Periodontitis is one of the most prevalent oral diseases worldwide and is caused by multifactorial interactions between host and oral bacteria. Altered cellular metabolism of host and microbes releases a number of intermediary end products known as metabolites. There is an increasing interest in identifying metabolites from oral fluids such as saliva to widen the understanding of the complex pathogenesis of periodontitis. It is believed that some metabolites might serve as indicators toward early detection and screening of periodontitis and perhaps even for monitoring its prognosis in the future. Because contemporary periodontal screening methods are deficient, there is an urgent need for novel approaches in periodontal screening procedures. To this end, we associated oral parameters (clinical attachment level, periodontal probing depth, supragingival plaque, supragingival calculus, number of missing teeth, and removable denture) with a large set of salivary metabolites (n = 284) obtained by mass spectrometry among a subsample (n = 909) of nondiabetic participants from the Study of Health in Pomerania (SHIP-Trend-0). Linear regression analyses were performed in age-stratified groups and adjusted for potential confounders. A multifaceted image of associated metabolites (n = 107) was revealed with considerable differences according to age groups. In the young (20 to 39 y) and middle-aged (40 to 59 y) groups, metabolites were predominantly associated with periodontal variables, whereas among the older subjects (≥60 y), tooth loss was strongly associated with metabolite levels. Metabolites associated with periodontal variables were clearly linked to tissue destruction, host defense mechanisms, and bacterial metabolism. Across all age groups, the bacterial metabolite phenylacetate was significantly associated with periodontal variables. Our results revealed alterations of the salivary metabolome in association with age and oral health status. Among our comprehensive panel of metabolites, periodontitis was significantly associated with the bacterial metabolite phenylacetate, a promising substance for further biomarker research.
Abstract
Metabolomics studies now approach large sample sizes and the health characterization of the study population often include complete blood count (CBC) results. Upon careful interpretation the CBC aids diagnosis and provides insight into the health status of the patient within a clinical setting. Uncovering metabolic signatures associated with parameters of the CBC in apparently healthy individuals may facilitate interpretation of metabolomics studies in general and related to diseases. For this purpose 879 subjects from the population‐based Study of Health in Pomerania (SHIP)‐TREND were included. Using metabolomics data resulting from mass‐spectrometry based measurements in plasma samples associations of specific CBC parameters with metabolites were determined by linear regression models. In total, 118 metabolites significantly associated with at least one of the CBC parameters. Strongest associations were observed with metabolites of heme degradation and energy production/consumption. Inverse association seen with mean corpuscular volume and mean corpuscular haemoglobin comprised metabolites potentially related to kidney function. The presently identified metabolic signatures are likely derived from the general function and formation/elimination of blood cells. The wealth of associated metabolites strongly argues to consider CBC in the interpretation of metabolomics studies, in particular if mutual effects on those parameters by the disease of interest are known.
Nachdem ab 2012 mehr als 200, vor allem kleinere, Untersuchungen, zum Thema Irisin veröffentlicht wurden, jedoch noch sehr große Diskrepanzen bezüglich der Ergebnisse herrschten, war Ziel meiner Arbeit, die Beziehung zwischen körperlicher Aktivität mittels kardiopulmonaler Parameter und Irisin-Spiegel erstmals in einer großen Population zu untersuchen. Hierzu wurden Daten von 740 Probanden der SHIP-Trend Kohorte herangezogen und geschlechtsspezifische Analysen zum Zusammenhang zwischen Irisin-Spiegeln und kardiopulmonaler Leistungsfähigkeit durchgeführt.
Die Ergebnisse weisen bei den Männern eine inverse Beziehung zwischen Irisin und Belastungskapazität gemessen mittels VO2,peak und maximaler Leistung auf. Demgegenüber steht eine positive Beziehung zwischen Irisin und VO2,peak bei Frauen, welche mögliche geschlechtsspezifische Unterschiede nahelegt. Darüber hinaus zeigten die Analysen erstmals einen speziellen jahreszeitlichen Verlauf des Irisin-Spiegels mit zwei Gipfeln in den Winter- (Dezember bis Februar) und in den Sommermonaten (Juli bis August) mit höheren Werten im Vergleich zu den restlichen Monaten.
Trotz diverser Studien zum Thema Irisin gibt es noch viele ungeklärte Aspekte in Hinblick auf die Sekretion und Wirkung. So ist momentan noch unklar, ob Irisin auch von Fettzellen gebildet werden kann. Auch die laborchemischen Detektionsmethoden für Irisin sind verbesserungswürdig, um eine verlässliche und standardisierte Quantifikation von Irisin zu gewährleisten. Zudem sollte in Zukunft neben der Entstehung und Detektion Irisins die Wirkung auf die menschlichen Körperzellen eingehend geklärt werden, um weitergehende Schlüsse aus dem propagierten „Adipositas-Heilmittel“ Irisin zu ziehen. Die von uns erstmals entdeckten jahreszeitlichen Schwankungen des Irisins sind ein weiterer Punkt, der momentan noch zu wenig erforscht ist, und in künftigen Studien weiter analysiert und standardisiert werden sollte, um letztendlich Gewissheit bezüglich der Wirkungsweise des Irisins und der möglichen klinischen Relevanz dieses Hormons zu erlangen.
Die vorliegende Studie ist die erste, die den breiten Effekt von IGF-I auf den menschlichen Metabolismus abbildet. Es zeigt sich ein facettenreiches Bild aus IGF-I assoziierten Metaboliten in Plasma und Urin, das die vielfältigen biologischen Effekte von IGF-I repräsentiert. Ein besonderer Befund ist die große Diskrepanz zwischen Frauen und Männern in den metabolischen Profilen von IGF-I, die eine Verbindung zu geschlechtsspezifischen Assoziationen zwischen IGF-I und bevölkerungsrelevanten Erkrankungen darstellen könnte. Zudem konnte der Zusammenhang von IGF-I mit dem Lipidstoffwechsel sowie Peptiden und Aminosäuren bestätigt werden. Für einige dieser Assoziationen gibt es nach aktuellem Forschungsstand bereits molekulare zellbiologische Erklärungsansätze. Viele der detektierten Metaboliten lassen sich in den Zusammenhang zu IGF-I assoziierten Erkrankungen einordnen: beispielsweise Betaine und Cortisol mit kardiovaskulären Erkrankungen, Diabetes, Dyslipiämie und dem Metabolischen Syndrom. Bradykinin und einige Fettsäurederivate sowie Cortisol verbinden IGF-I mit inflammatorischen Prozessen, ihre inverse Assoziation mit IGF-I kann unter anderem zur Erklärung des Zusammenhangs mit endothelialen Entzündungsprozessen wie der Atherosklerose beitragen. Für andere Metabolite ergeben sich Assoziationen zu Wachstum und Zelldifferenzierung, darunter Phospholipide sowie Aminosäure- bzw. Peptidabkömmlinge. Unsere Daten bestätigen den vielfältigen Einfluss von IGF-I auf den menschlichen Metabolismus, wie aus vorherigen Experimentalstudien beschrieben. Die vorliegenden Ergebnisse aus relativ gesunden Probanden erlaubt die Identifikation von IGF-I assoziierten Biomarkern. Warum sich nur für einige spezifische Repräsentanten pro Stoffgruppe signifikante Assoziationen ergeben und welche spezifischen molekularen zellbiologischen Prozesse dem zugrunde liegen, kann hier nicht allumfassend beantwortet werden. Zur weiteren Überprüfung der generierten Hypothesen, zur Klärung der genauen pathophysiologischen Auswirkungen von IGF-I auf den Metabolismus und auch zur Findung neuer Diagnose- und Therapiekonzepte für IGF-I assoziierte Erkrankungen, sind weitere unabhängige, interventionelle und experimentelle Studien erforderlich.
Irisin wurde erstmals im Jahre 2012 von Boström et al. beschrieben [1]. Sie konnten zeigen, dass Irisin nach moderater aerober Belastung durch Myozyten freigesetzt wird. Es wird seitdem als Myokin bezeichnet. Das wachsende Forschungsinteresse ist durch den vermuteten positiven Einfluss von Irisin auf nicht erbliche Erkrankungen begründet.
Auf molekularbiologischer Ebene gehen Forscher von einem positiven Irisin-Effekt auf den Energiestoffwechsel durch Entkopplung der Atmungskette aus. Dieser Prozess ist metabolisch gekennzeichnet durch den Protonengradientenverlust, bei dem Wärme anstatt ATP generiert wird. So führt die Enthemmung der Atmungskette zu einer erhöhten Energiebilanz des gesamten Organismus durch Produktion von Hitze.
Aufgrund der aktuellen Studienlage erscheint es naheliegend, die Zusammenhänge von Irisinkonzentrationen mit den Lipidparametern genauer zu untersuchen. Studien, die diese Assoziationen behandeln, gibt es nur wenige und zeigen ein kontroverses Bild.
Die vorliegende Arbeit untersuchte diese Zusammenhänge, indem der vermutete Zusammenhang zwischen Irisinkonzentrationen und Lipidprofilen an einem großen Studienkollektiv geprüft wurde.
Datengrundlage bildete eine Subgruppe der Study of Health in Pomerania (SHIP-TREND). Es konnten von 430 Männern und 537 Frauen Irisin- und Lipidkonzentrationen analysiert werden. Die Arbeit griff dabei auf verifizierte statistische Methoden (Varianzanalysen, lineare und logistische Regressionsmodelle) zurück. Die Zielvariable Irisin wurde zunächst in 3 Terzile gemäß der gemessenen Konzentration aufgeteilt und im Anschluss in der linearen Regressionsanalysen als Exposure verwendet.
Als zentrales Ergebnis dieser umfassenden Analysen wurde eine signifikante inverse Assoziation zwischen Irisinkonzentrationen und Gesamtcholesterin, LDL-Cholesterin sowie Triglyceriden bei Männern beobachtet. Für Frauen wurde nach Ausschluss der Probanden mit lipidsenkender Medikation der Zusammenhang von hohen Irisinkonzentrationen und geringen Gesamtcholesterinwerten signifikant.
Darüber hinaus wurden bei Männern signifikant höhere Wahrscheinlichkeiten für erhöhte LDL-Cholesterin und Triglyceridwerte in der Gruppe der niedrigen Irisinkonzentrationen, sprich im ersten Terzil gefunden. Diese Ergebnisse wurden auch nach Ausschluss Derer die Lipidsenker einnahmen bestätigt.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass dies die erste Studie ist, die an einem großen Studienkollektiv den Zusammenhang zwischen Irisinkonzentrationen und einem vorteilhaften Lipidprofil statistisch umfassend prüft. Die Ergebnisse legen nahe, dass eine höhere Irisinkonzentration das Risiko für Dyslipidämie-assoziierte Erkrankungen, insbesondere kardiovaskuläre Erkrankungen, senken könnte.
Die Folgen von Osteoporose und Adipositas stellen große gesundheitspolitische und sozioökonomische Herausforderungen dar. Seit vielen Jahren wird untersucht, inwieweit Fettgewebe auf den Knochen einen protektiven oder schädlichen Einfluss ausübt. Dabei kamen verschiedene Studien, zum Großteil Querschnittsstudien, zu gegensätzlichen Ergebnissen.
In der vorliegenden Studie wurde der Zusammenhang zwischen BMI, Taillenumfang, VAT oder abdominellem SAT und der Knochensteifigkeit sowie dem osteoporotischen Frakturrisiko in der erwachsenen Allgemeinbevölkerung im Nordosten Deutschlands untersucht.
Dabei konnte ein positiver Zusammenhang zwischen BMI, Taillenumfang, VAT oder abdominellem SAT und der BUA und dem Steifigkeitsindex hergestellt werden. Der BMI war darüber hinaus positiv mit der BUA assoziiert. Außerdem wurde gezeigt, dass die Chance für ein mittleres oder hohes Frakturrisiko mit steigendem BMI, Taillenumfang und abdominellem Fettvolumen abnimmt. Diese Ergebnisse stützen im Wesentlichen das lange beschriebene Paradigma eines protektiven Einflusses des Fettgewebes auf den Knochenstatus und stärken darüber hinaus die Bedeutung der klinisch leicht verfügbaren Parameter BMI und Taillenumfang bei der Einschätzung des osteoporotischen Frakturrisikos.
Allerdings erlaubt die Durchführung dieser Studie als Querschnittstudie keine Rückschlüsse auf Kausalitäten hinsichtlich der möglicherweise komplexen Interaktionen zwischen Fett- und Knochengewebe. Daher sind in Zukunft weitere Längsschnittstudien an einer repräsentativen Studienpopulation unter Verwendung standardisierter Messmethoden nötig, um die Zusammenhänge und Interaktionen dieser beiden Gewebe besser zu verstehen.
Im Rahmen der vorliegenden Untersuchung konnten die Assoziationen zwischen 25(OH)D und der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit, sowie der Lungenfunktion und deren potentielle Mediation durch gesundheitsrelevante Einflussfaktoren in einer großen bevölkerungsbasierten Studienpopulation aufgedeckt und bezugnehmend auf die körperliche Leistungsfähigkeit in einer zweiten, unabhängigen, großen Kohorte reproduziert werden. Nicht nur das Erweitern untersuchter Variablen zur Beschreibung von körperlicher Leistungsfähigkeit und Lungenfunktion, im Vergleich zur bisherigen Erkenntnissen, sondern auch der methodische Einsatz der Spiroergometrie zur Datengewinnung stellt eine weitere Stärke vorliegender Studie dar. Komplettierend wurde zudem erstmals eine Mediatoranalyse durchgeführt, um die eventuelle Vermittlung der gefundenen Effekte durch Mediatoren zu überprüfen.
Allerdings sind in der Interpretation der Studienergebnisse Einschränkungen zu berücksichtigen, wie z. B. Ernährungsgewohnheiten (insbesondere vegane Ernährung), die 25(OH)D-Werte beeinflussen können109 und in der vorliegenden Untersuchung nicht berücksichtigt wurden. Trotz enormer Stärken sind die vorliegenden Untersuchungen durch ihr Querschnittsdesign limitiert, welches nicht geeignet ist eine Kausalität der Zusammenhänge aufzuzeigen. Auch wenn ein statistisch signifikanter Zusammenhang zwischen 25(OH)D und der körperlichen Leistungsfähigkeit, sowie der Lungenfunktion bei gesunden Probanden auf Grundlage der dargestellten Ergebnisse eindeutig ist, sind Längsschnittanalysen wünschenswert, um zu beweisen, dass 25(OH)D ursächlich mit der körperlichen Leistungsfähigkeit und Lungenfunktion in Verbindung steht. Zwar hat eine erst kürzlich erschienene französische Untersuchung gezeigt, dass Vitamin D Werte von Probanden, die im Zeitraum von November bis April unzulängliche Werte aufwiesen, durch eine zusätzliche Gabe von 80.000 internationalen Einheiten (IU) normwertig angehoben werden konnte, ohne dabei überdosiert zu sein110, jedoch fehlen Daten hinsichtlich einer Beeinflussung der körperlichen Leistungsfähigkeit, weswegen zukunftsorientiert anzumerken bleibt, dass weitere interventionelle Studien erforderlich sind, um zu untersuchen, inwieweit eine Vitamin-D-Ergänzung einer Verbesserung der allumfassenden körperlichen Leistungsfähigkeit zuträglich ist und somit zur Gesundheitsversorgung in der allgemeinen Bevölkerung beitragen kann.
In der vorliegenden Arbeit wurden Referenzintervalle für das enzymatische Kreatinin und die davon abgeleitete geschätzte glomeruläre Filtrationsrate bzw. geschätzte CrCl basierend auf vier verschiedenen Gleichungen ermittelt. Die große und gut charakterisierte gesunde Referenzstichprobe wurde nach Ausschluss von fehlenden Kreatinin-Werten, stark erhöhten BMI-Werten und bekannten Krankheiten, welche die Nierenfunktion nachweislich beeinträchtigen aus der Inter99-Studie (Dänemark) generiert. Die Referenzstichprobe beinhaltet insgesamt 5926 Probanden (Männer 2956 (49,88 %) und Frauen 2970 (50,12 %). Für Frauen wurden Referenzintervalle von 0,53-1,10 mg/dl (47-97 μmol/l) und für Männer von 0,66-1,21 mg/dl (58-106 μmol/l) für das enzymatische Kreatinin ermittelt. In der untersuchten Referenzstichprobe, die ein Altersspektrum von 30 bis 60 Jahren umfasst, konnte keine Altersabhängigkeit für das enzymatisch ermittelte Kreatinin festgestellt werden.
Im Gegensatz zum Kreatinin zeigten die Ergebnisse der eGFR und der geschätzten CrCl eine Altersabhängigkeit, da das Alter für alle untersuchten Formeln eine einzugebende Variable darstellt. Der physiologische Abfall der glomerulären Filtrationsrate, dargestellt durch Clearance- Untersuchungen mittels Inulin, scheint am besten von der CKD-EPI Gleichung an der klinisch wichtigen unteren Referenzgrenze (<60 ml/min/1,73 m²) in der untersuchten Referenzstichprobe erfasst zu sein. Weiterhin ergab sich für die CKD-EPI Gleichung eine 2,5 % Perzentile für Männer von etwa 70 ml/min/1,73 m², die damit etwas über dem empfohlenen Cut-Off von 60 ml/min/1,73 m² liegt. In der Gruppe der Männer entspricht der Cut-Off von 60 ml/min/1,73 m² der 1,0 % Perzentile und birgt damit das Risiko, Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion nicht rechtzeitig zu detektieren. Eine weitere Verbesserung der Gleichung zur Eliminierung von Geschlechtsunterschieden könnte hier Abhilfe schaffen, wenn der einheitliche und traditionell verwendete Cut-Off von 60 ml/min/1,73m² beibehalten werden soll. Anderenfalls könnte die Etablierung von geschlechtsspezifischen Cut-Offs Abhilfe schaffen. Es werden visuelle Daten präsentiert, die das heterogene Ergebnis der eGFR-Gleichungen verdeutlichen und helfen können, die Eigenschaften der untersuchten Formeln den Anwendern bewusst zu machen.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, den ITT und den GHRH+ARG-Test miteinander zu vergleichen, insbesondere auch in Bezug auf den Einfluss von Prä-Testvariablen wie Alter, Geschlecht, BMI, Bauchumfang sowie der basalen IGF-I-, Triglycerid-, Glucose- und HDL-C-Werte.
Zusammenfassend konnte eine signifikant negative Korrelation zwischen steigendem Patientenalter und maximalem GH-Wert während beider Testungen sowie eine signifikant positive Korrelation zwischen IGF-I und den GH-Ergebnissen beider Tests nachgewiesen werden.
Bei Frauen zeigte sich eine signifikant höhere GH-Sekretion in den beiden Stimulationsverfahren, wobei generell durch die Applikation von GHRH+ARG eine höhere GH-Sekretion erzielt wird als durch eine Insulin-induzierte Hypoglykämie.
Des Weiteren konnte nachgewiesen werden, dass mit steigendem BMI und Bauchumfang ein geringerer maximaler GH-Wert im GHRH+ARG-Test erreicht wird.
Vor jeder Hypophysenstimulationstestung mit dem ITT bzw. dem GHRH+ARG-Test sollten daher das Geschlecht, das Alter, der BMI, der Bauchumfang und der basale IGF-I-Wert der zu untersuchenden Person ermittelt und bei der Testinterpretation berücksichtigt werden.
Zur Detektion einer GHD bei übergewichtigen Patienten wird wegen der Unabhängigkeit von BMI und Bauchumfang die Durchführung des ITT empfohlen.
Ist mit großer Wahrscheinlichkeit eine Hypophysenerkrankung mit ausgedehnter Destruktion von Hypophysengewebe als ursächlich für eine GHD anzunehmen, so ist die Durchführung des GHRH+ARG-Tests zu empfehlen.
Bei älteren Patienten sollte ggf. wegen des Risikos einer bisher nicht diagnostizierten koronaren Herzerkrankung aufgrund des geringeren Nebenwirkungsprofils der GHRH+ARG-Test durchgeführt werden.
Dieser stellt nach unseren Ergebnissen generell eine gute Alternative zum ITT dar.
Aufgrund der aufgeführten Faktoren, die zu einer Beeinflussung der GH-Sekretion in der Stimulationstestung führen können, sollten Patienten mit dem Verdacht auf eine GHD zur Vermeidung falscher Ergebnisse mehrere verschiedene Stimulationstests durchlaufen. Dies ist auch in der vorliegenden Arbeit geschehen.
Zudem müssen künftig zwingend international einheitliche Assays zur labortechnischen Messung von GH und IGF-I angewandt und die Testergebnisse patientenbezogen interpretiert werden.