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Herzinsuffizienz ist eine der häufigsten Ursachen für Morbidität und Mortalität weltweit. Zum jetzigen Zeitpunkt ist die Herztransplantation im fortgeschrittenen Stadium der Erkrankung der einzige kurative Therapieansatz. Durch den Einsatz von Stammzellen als Therapieoption der Herzinsuffizienz konnten in den letzten Jahren im Rahmen von tierexperimentellen und klinischen Studien zahlreiche vielversprechende Daten gewonnen werden. Ziel der Stammzelltransplantationen ist es, das geschädigte Gewebe zu ersetzen, die Gefäßneubildung zu induzieren und somit die kardiale Funktion aufrechtzuerhalten. Kardialen Stammzellen wird durch die Fähigkeit der Selbsterneuerung, Proliferation und der Differenzierung in spezialisierte Zelltypen ein großes Regenerationspotential zugeschrieben. Weiterhin wurde ein positiver Einfluss von kardialen Stammzellen auf die Gefäßneubildung mittels parakriner Effekte beschrieben. Obwohl durch die Transplantation von kardialen Stammzellen eine Regeneration des geschädigten Gewebes, z.B. nach einem Myokardinfarkt, beobachtet wurde, ist noch wenig über die genauen Wirkungsweisen der eingesetzten Stammzellen bekannt. Zudem bleibt unklar, welchen Einfluss eine Schädigung des Herzens auf die Stammzellen und ihre Funktion hat und welche Faktoren dabei eine Rolle spielen. Die Existenz von residenten kardialen Stammzellen konnte sowohl im tierischen als auch im humanen Herzen nachgewiesen werden. Jedoch ist bis heute nicht geklärt, warum der Pool an residenten kardialen Progenitorzellen nicht merklich zur Regeneration nach einer Schädigung beitragen kann. Die vorliegende Arbeit befasste sich daher mit der Untersuchung der Funktion muriner residenter kardialer Progenitorzellen, die positiv für das Stammzellantigen-1 (Sca-1) sind, unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen. Hierfür wurde der Einfluss des Renin-Angiotensin-Aldosteron Systems (RAAS), welches entscheidend an der Entwicklung einer Herzinsuffizienz beteiligt ist, auf die Funktion Sca-1 positiver Zellen in vitro untersucht. Anschließend wurde der Einfluss pathophysiologischer Aldosteronkonzentrationen, wie sie im Rahmen einer Herzinsuffizienz nachweisbar sind, auf die sekretorische Aktivität der Sca-1 positiven Zellen bestimmt. Im Rahmen dieser Arbeit konnte erstmals gezeigt werden, dass die Komponenten des RAAS die Migrationsrate Sca-1 positiver Zellen dosis- und zeitabhängig beeinflussen, wobei vor allem pathophysiologische Konzentrationen von Aldosteron eine signifikante Steigerung der Migrationsrate der Sca-1 positiven Zellen bewirkten. Des Weiteren konnte eine Mineralokortikoidrezeptor-vermittelte Wirkungsweise des Aldosterons auf die Funktion der Sca-1 positiven Zellen festgestellt werden, welche durch den Einsatz der Aldosteron-Antagonisten Spironolakton und Eplerenon inhibiert wurde. Anhand der an Sca-1 positiven Zellen durchgeführten Sekretomanalysen konnte gezeigt werden, dass sich die sekretorische Aktivität kardialer Progenitorzellen unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen unterscheidet. Pathophysiologische Stimuli führen zu einer erhöhten sekretorischen Aktivität kardialer Progenitorzellen. Die Analyse der sekretierten löslichen Faktoren deutet auf eine Beteiligung Sca-1 positiver Zellen an Reparatur- und Regenerationsprozessen mittels parakriner Mechanismen nach einer Schädigung hin. Die vorliegenden Ergebnisse zeigen, dass mit dem Mineralokortikoid Aldosteron ein Faktor identifiziert wurde, welcher zur Optimierung der Stammzelltherapie, z.B. im Rahmen einer Herzinsuffizienz, dienen kann. Weiterhin konnte in dieser Arbeit das Verhalten und die Funktion kardialer Progenitorzellen unter pathophysiologischen Bedingungen näher charakterisiert werden und mögliche Mechanismen aufgezeigt werden, über welche kardiale Stammzellen an Regenerationsprozessen beteiligt sein können.
Die chronische Herzinsuffizienz ist aktuell eine der häufigsten Todesursachen in Deutschland und verursacht jährlich Gesamtkosten von ca. 3,2 Millionen Euro (Stand: 2008, Quelle: Statistisches Bundesamt). Eine kausale Therapie existiert bisher nicht und viele Patienten lassen sich auf Grund mangelnder Compliance oder starker Progredienz der Erkrankung nur schwer therapieren. Adulte kardiale Progenitorzellen sind erstmals vor ca. 15 Jahren beschrieben worden und stehen seitdem im Mittelpunkt vieler Untersuchungen. Progenitorzellen, die durch das Vorhandensein des Oberflächenmarkers Sca-1+ charakterisiert sind, wird zugeschrieben, dass sie in der Lage sind, unter anderem zu Kardiomyozyten zu differenzieren. Sca-1+ Zellen sind zusätzlich zur Synthese parakriner Faktoren fähig, die u.a. mit der Hemmung von Apoptose, Fibrose, kardialem Remodeling und einer Stimulation der Angiogenese in Verbindung gebracht werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde untersucht, wie sich die Gabe des Sekretoms von Sca-1+ und Sca-1- Zellen auf die Progression der HI auswirkt und welchen Einfluss das Herzinsuffizienz-milieu auf die parakrinen Effekte der Zellen hat.
Zur Untersuchung dieser Fragestellung wurde ein transgenes Herzinsuffizienzmodell der Maus, das Cyclin T1/Gαq Modell, genutzt. Das Herz der 5 Wochen alten Versuchstiere wurde an Tag 0 mit Hilfe eines Kleintier-MRTs untersucht. An Tag 1 erhielten die Mäuse das Sekretom unbehandelter oder aldosteronvorbehandelter Sca-1+ oder Sca-1- Zellen. Die abschließende MRT-Untersuchung fand am 14. Tag statt, um die Änderung der kardialen Parameter während des Untersuchungszeitraumes zu bestimmen. Zur Beurteilung wurden dabei die linksventrikuläre Ejektionsfraktion (LVEF), das endsystolische Volumen (ESV), das enddiastolische Volumen (EDV), die linksventrikuläre Masse (LVM) und das fractional shortening (FS) herangezogen. Anschließend wurden anhand der extrahierten Herzen und des gewonnenen Plasmas qRT-PCR-, ELISA- und Zytokinuntersuchungen durchgeführt.
Das Sekretom aldosteronvorbehandelter Sca-1+ Zellen wies während des untersuchten Zeitraumes eine signifikant geringere Verschlechterung der LVEF und des LVFS im Vergleich zu den unbehandelten Tieren auf. Die qRT-PCR Untersuchungen zeigten, dass sowohl die Tiere, die das Sekretom von Sca-1+ Zellen, als auch die Gruppe, die das Sekretom von Sca-1- Zellen erhalten hatte eine signifikant niedrigere Expression fibroseassoziierter Proteine im Vergleich zu unbehandelten Versuchstieren aufwiesen. Anhand der ELISA-Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass die Sekretomtherapie, unabhängig von dem verwendeten Zelltyp, bei allen Therapiegruppen zu einer signifikanten Senkung des N-terminalen Propeptid BNP (NT-proBNP) und zur Steigerung der Galektin-1-Plasmakonzentration führt.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Sekretom von Sca-1+ und Sca-1- Zellen einen positiven Effekt auf den Krankheitsverlauf herzinsuffizienter Mäuse hat. Die Steigerung der EF und FS, die Senkung der NT-proBNP Plasmakonzentration, die Steigerung der Galektin-1 Plasmakonzentration und die Senkung fibroseassoziierter Proteine deuten auf einen kardioprotektiven Effekt des Sekretoms beider Zellreihen hin. Somit sind möglicherweise verschiedene kardiale Zellpopulationen in der Lage, nach einer Schädigung des Herzens über parakrine Mechanismen protektiv wirksam zu sein. Welche langfristigen Effekte die Sekretomtherapie hat und ob sich dadurch eine Mortalitätsreduktion und ein verbesserter Outcome erreichen lässt, muss mittels weiterer Untersuchungen geklärt werden.
Bei Patienten mit DCM und Myokarditis sind Störungen der zellulären und humoralen Immunität bekannt. Im Serum dieser Patienten werden unterschiedliche zirkulierende kardiale Autoantikörper gefunden, die eine kardiodepressive Wirkung haben. Diese Autoantikörper können durch die Immunadsorption (IA) aus dem Plasma extrahiert werden. Es wurden die Einflüsse des durch die IA gewonnenen Eluates mit den darin enthaltenen Autoantikörpern von 10 DCM Patienten auf die Kontraktilität, die Herzfrequenz und den Koronarfluss an isolierten Rattenherzen zu untersuchen. Die Ergebnisse unserer Studie zeigen eine dosisabhängige Reduktion der systolischen und diastolischen Funktion im Vergleich zur Kontrollgruppe. Die Koronarperfusion nahm sowohl in der Kontrollgruppe als auch, noch ausgeprägter, in der DCM-Gruppe ab. Die Herzfrequenz blieb in beiden Gruppen stabil. Hämodynamische Phänomene einer Herzinsuffizienz können somit durch Perfusion mit myokardialen Autoantikörpern imitiert werden. Jedoch können die bisher bekannten kardialen Antikörper die beobachteten in-vitro Effekte nicht komplett erklären.
In dieser Studie sollte geprüft werden, inwieweit sich die chronische Herzinsuffizienz und die chronisch obstruktive Lungenerkrankung auf den Schlaf auswirken. Insbesondere, ob sich verschiedene Parameter der untersuchten Patientengruppen, auch im Vergleich zu gesunden Kontrollprobranden, signifikant unterscheiden. Dazu wurden retrospektiv polysomnographische und allgemeine Daten (z.B. Alter, Medikamente, Durchschlafstörungen, Tagesmüdigkeit uvm.) von drei verschieden Patientenkohorten ausgewertet und miteinander verglichen. Diese setzten sich aus insgesamt 334 Probanden zusammen, welche größtenteils männlich und im Durchschnitt 64 Jahre alt waren. Die Daten stammen aus einem Zeitraum zwischen 2008 bis 2017.
Die erste Probandengruppe setzte sich aus 105 an HI leidenden Patienten, deren Datensätze aus dem Schlaflabor des Klinikums Karlsburg (Vorpommern) stammen, zusammen. 100 Patientendaten wurden aus der GANI_MED Studie von Patienten, die an COPD erkrankt sind, in die Analysen eingeschlossen. Im Weiteren wurde ein 1:1 Matching nach Geschlecht, Alter (±5 Jahren) und BMI (±5 kg/m²) aus der Bevölkerungsstichprobe SHIP-Trend (n= 665) vollzogen. Nachfolgend konnten somit, die Daten von 55 herzinsuffizienten Patienten und 74 Lungenkranken mit ihrer jeweiligen Kontrollgruppe (SHIP-Trend) analysiert, ausgewertet und verglichen werden.
Als hauptsächlicher genannter Grund für die Vorstellung in einem Schlaflabor galt für die Herzinsuffizienzpatienten das vorherige Polygraphieergebnis während eines vorhergehenden Aufenthalts. Weiterhin stellten nächtliche Apnoen, weniger auch das Schnarchen und die Tagesmüdigkeit einen Beratungsanlass dar.
Der ausschlaggebende Faktor zum Einschluss der Patienten in die Studie war der Befund der Echokardiographie. Hier zeigte sich, dass sich der überwiegende Teil (76,92%) an einer Herzinsuffizienz mit erhaltener linksventrikulärer Ejektionfraktion (HFpEF) leidet.
Bei der Auswertung der PSG-Ergebnisse wurde u.a. herausgefunden, dass der AHI der HI-Kohorte 35,4/h beträgt und damit dem höchsten Schweregrad der SBAS entspricht. Den Hauptanteil machen hier die obstruktiven Atemstörungen aus (22,4/h). Auch in der SHIP-Trend-Vergleichskohorte zeigte sich bei einem mehr als 3-fach über der Norm liegenden AHI (15,6/h) vorranging die obstruktive Komponente. Hier kann ein Zusammenhang zu den Hauptrisikofaktoren der OSA gesehen werden: Adipositas (BMI: HI - 33,5 kg/m², SHIP-Trend-32,9 kg/m² ), höheres Lebensalter und männliches Geschlecht. Den signifikanten Unterschied zwischen beiden Kohorten in Bezug auf die SBAS könnte in der Grunderkrankung begründet liegen. Dies kann aber nicht abschließend begründet werden, zumal auch aufgrund der Vorauswahl (Grund für die PSG) die höchste Prävalenz in der HI-Gruppe zu erwarten war.
Das jedoch die OSA in dieser Kohorte so einen hohen Stellenwert einnehmen würde überraschte, da tendenziell die zentralen Atmungsstörungen bei dieser Erkrankung überwiegen. Ein weiterer Grund dafür könnte, neben den oben aufgeführten Risikofaktoren, in der vorherrschenden Art der Herzinsuffizienz in dieser Patientenkohorte begründet liegen. Auch in anderen Studien wurde herausgefunden, dass Patienten mit einer HFpEF eher zum OSA tendieren. Diese Dysfunktion ist in den meisten Therapiestudien unterrepräsentiert oder wurde sogar ausgeschlossen. Diese Studie zeigt hiermit auch, dass es unbedingt weitergehender Forschung auf diesem Feld bedarf.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass sich die PSG-Befunde aufgrund der Grunderkrankung unterscheiden. Im Vergleich zu den gesunden Kontrollprobanden zeigte sich, dass die Wahrscheinlichkeit an einer HI erkrankt zu sein, bei Erhöhung folgender Parameter zunimmt: AHI, OAI, CAI, AI, ODI sowie N2 und N3. Eine Verlängerung von N1, der Zeit im Bett, der totalen Schlafzeit und der Schlafperiodenzeit sowie der durchschnittlichen Sauerstoffsättigung senkt hingegen die Wahrscheinlichkeit, an einer HI zu leiden. In Bezug auf die COPD ist die Zeit im Bett und das Schlafstadium N2 positiv, die Erhöhung der Schlafeffizienz und der Sauerstoffsättigung negativ assoziiert.
Unabhängig davon, dass bei der COPD-Kohorte dieser Studie nur gering ausgeprägte SBAS auftraten und deren Vergleichskohorte sogar eine höhere Anzahl zeigte, ist das Thema für diese Patienten genauso relevant wie für die herzinsuffizienten Patienten.
Fest steht, da sind sich die Experten einig, dass die schnelle und konsequente Einleitung einer Therapie die Morbidität und Mortalität dieser Krankheitsbilder mit großer Wahrscheinlichkeit verringern kann. Deshalb ist es unserer Meinung nach essentiell, frühzeitig auf charakteristische Symptome zu reagieren und eventuell eine diagnostische PSG einzuleiten.
Auch aufgrund der vermutet hohen Dunkelziffer schon in der Normalbevölkerung sollte mindestens zum "Check Up" in der Hausarztpraxis bei allen Patienten die Frage nach typischen Symptomen zu SBAS erfolgen, bei Hinweisen darauf die Durchführung des ESS-Fragebogens angeboten und je nach Ausgang auch eine Empfehlung zur Polygraphie und ggf. im Weiteren zur PSG ausgesprochen werden. Jedoch ist auch, wenn kein erhöhter Punktescore in dem ESS-Fragebogen festgestellt wird, immer eine individuelle Entscheidung zur Durchführung der PSG anzustreben. In dieser Studie konnte nämlich auch gezeigt werden, dass das Testergebnis dieses Fragebogens zwar sensitiv aber sehr unspezifisch ist und viele Patienten trotzdem SBAS aufweisen, obwohl der Test keinen Hinweis dafür gibt.
Obwohl Forschungsprojekte zum Thema Telemonitoring bei Herzinsuffizienzpatienten häufig an Krankenhäusern angegliedert sind und diese als Erbringer dieser Dienstleistung einige Vorteile aufweisen, gibt es bislang keine Evaluationen, die die Konsequenzen aus Sicht eines diese Leistung erbringenden Krankenhauses bewerten. Die Kenntnis der anfallenden Kosten und Effekte stellen jedoch eine unabdingbare Voraussetzung sowohl für eine Implementierung dieser Leistung über Forschungsprojekte hinaus als auch für Verhandlungen über mögliche Vergütungsformen. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es folglich, am Beispiel eines Universitätsklinikums im ländlichen Raum die Kosten und Effekte einander gegenüberzustellen, die durch die telemonitorische Betreuung von Herzinsuffizienzpatienten entstehen. Die Kosten der Intervention wurden bestimmt. Die Effekte ergaben sich aus der monetären Bewertung von Veränderungen in den Outcomeparametern Fallzahl, Verweildauer und Zahl der Fallzusammenführungen, die zwischen Interventionspatienten und Kontrollpatienten einer prospektiven, randomisiert kontrollierten Studie gemessen werden konnten. Über deterministische Sensitivitätsanalysen wurde die Robustheit des Ergebnisses der Wirtschaftlichkeitsrechnung bestimmt. Unter den aktuellen Rahmenbedingungen und den getroffenen Annahmen ist die telemonitorische Betreuung der Herzinsuffizienzpatienten durch ein Krankenhaus betriebswirtschaftlich nicht sinnvoll. Dieses Ergebnis wurde in den meisten Szenarien der Sensitivitätsanalyse bestätigt. Dennoch sollten weitere, nicht primär monetäre Aspekte in die Entscheidung für oder gegen die Leistungserbringung durch ein Krankenhaus berücksichtigt werden.
Die chronische Herzinsuffizienz (HI) bezeichnet das Unvermögen des Herzens, die vom Körper benötigte Blutmenge bedarfsgerecht zu befördern und stellt in der Allgemeinbevölkerung das Endstadium vieler Herzerkrankungen dar. Trotz großer Fortschritte in der medikamentösen Therapie ist die Prognose der HI auch heute noch schlecht. Der progrediente Verlauf erstreckt sich von einer kompensierten Herzhypertrophie mit aufrechterhaltener Pumpfunktion bis hin zu einer massiven Ventrikeldilatation mit stark eingeschränkter Herzfunktion und weist dementsprechend eine schlechte Prognose auf. Die zellulären Veränderungen auf Protein- und Genexpressionsebene während der Progression einer HI sind sehr komplex und trotz ausgiebiger wissenschaftlicher Arbeiten nicht ausreichend geklärt. Dabei ist es von entscheidender Bedeutung, in welcher Phase der Erkrankung spezifische Änderungen in der Genregulation entstehen und inwiefern sich diese auf den Phänotyp auswirken. Auf Grund dessen beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit den zeitabhängigen Veränderungen auf mRNA-und Proteinebene während der Progression der HI. Um alle Stadien beginnend von einer subklinischen Organschädigung bis hin zur Ausbildung einer HI experimentell untersuchen zu können, wurde zunächst ein Mausmodell etabliert, welches durch eine chronische Nachlasterhöhung mittels Einengung des Aortenlumens eine Myokardschädigung durch eine arterielle Hypertonie simuliert (transverse aortic constriction, TAC). Die Herzfunktion der Mäuse wurde an den postoperativen Tagen 4, 14, 21, 28, 42, und 56 durch Messungen im Kleintier-MRT (Magnetresonanztomografie) evaluiert. Dabei konnte gezeigt werden, dass sich die linksventrikuläre Ejektionsfraktion (LVEF) TAC-operierter Mäuse vom postoperativen Tag 4 zu 14 verschlechtert, bis Tag 42 auf einem konstanten Niveau hält und bis Tag 56 nochmals stark absinkt. Im Gegensatz dazu zeigten Sham-operierte Mäuse über den gesamten Zeitraum eine stabile LVEF. Ein vergleichbarer stufenartiger Verlauf konnte bei den Parametern der linksventrikulären Masse und den endsystolischen bzw. enddiastolischen Volumina beobachtet werden. Zusätzlich konnte durch histologische Untersuchungen zu den verschiedenen postoperativen Zeitpunkten eine verstärkte Fibrosierung des Herzgewebes nach der TAC-OP aufgezeigt werden. Für die longitudinalen Transkriptom- und Proteomuntersuchungen wurden die Herzen (jeweils linke und rechte Ventrikel) nach den MRT-Messungen entnommen, gruppen- und zeitpunktspezifisch gepoolt und einer Microarray- bzw. massenspektrometrischen Analyse unterzogen. Auf Transkriptomebene zeigten sich vor allem an den Tagen 4 und 56 starke TAC-induzierte Veränderungen im Expressionsmuster, wohingegen der Zeitraum zwischen 14 und 42 Tagen weniger differenziell exprimierte Gene aufwies. Der Verlauf der Erkrankung konnte anhand bereits bekannter Hypertrophie- und HI-marker sehr gut charakterisiert werden. So zeigten Nppa (ANP) und Nppb (BNP) im linken Ventrikel bereits kurz nach Aortenstenose stark erhöhte Expressionslevel, die über die gesamte Versuchsdauer erhalten blieben. Weiterhin wurde die Expression von Genen reguliert, die an kardialen Remodelingprozessen maßgeblich beteiligt sind, wie beispielsweise Acta1 (a-Aktin), Myh7 (b-Myosin Heavy Chain) und Postn (Periostin). Im Vergleich beider Ventrikel zeigte der rechte Ventrikel bezüglich der Anzahl der regulierten Gene als auch bei der Expression HI-assoziierter Gene eine verzögerte und weniger stark ausgeprägte Reaktion. In den linken Ventrikeln wurden vor allem die Gene reguliert, deren Genprodukte der extrazelluären Matrix angehören. Eine Validierung der Microarray-Ergebnisse mittels realtime-PCR konnte die Richtigkeit der Analysemethode sehr präzise bestätigen. Da diese anhand ausgewählter Gene auf Einzeltierebene durchgeführt wurde, konnte zusätzlich auf Korrelation zwischen mRNA-Expression und den kardialen Funktionsparametern getestet werden. Wie erwartet spiegelten die Epressionslevel der HI-assozierten Markergene Nppa (ANP), Nppb (BNP) und Myh7 (b-Myosin Heavy Chain) die progressive Verschlechterung der Herzfunktion wider. Zusätzlich konnten durch die Validierung und Korrelationsanalysen weitere interessante Kandidatengene, wie beispielsweise Sfrp2 (Secreted frizzled-related protein 2) und Wisp2 (WNT1-inducible signaling pathway protein 2) für weiterführende Studien identifiziert werden. Auch auf Proteomebene konnten vergleichbare Ergebnisse erzielt werden. Auch hier zeigte der linke Ventrikel eine deutlich ausgeprägtere Reaktion auf die Drucküberlastung, der rechte Ventrikel antwortete deutlich schwächer und verzögert. Änderungen im Proteinmuster nach TAC waren in den linken Ventrikeln vor allem an den Tagen 14, 21 und 28 stark ausgeprägt. Ingenuity Pathway Analysen der veränderten Proteine weisen auf Veränderungen im Kalzium-, Rho A- und PKA-Signaling vor allem zu den frühen Zeitpunkten hin, wohingegen zu späteren Zeitpunkten hauptsächlich metabolische Prozesse betroffen waren.