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In einer offenen, kontrollierten, randomisierten, monozentrischen klinischen Studie an 241 Patienten mit geplanter Katarakt-OP wurde untersucht, ob es beim Einsatz von PVP-I-Lösung in der präoperativen Augenantiseptik zu einer Resorption von Iod kommt. Dazu wurden Konjunktiva und/oder periorbitale Haut mit 10 %igem bzw. 1,25 %igem PVP-Iod oder einem iodfreien Mittel behandelt und die Veränderung der Iodausscheidung bestimmt. Von der aufgetragenen verfügbaren Iodmenge wurden zwischen 0,24 und 1,77 % resorbiert. Es konnte gezeigt werden, dass es sowohl bei konjunktivaler als auch bei periorbitaler Applikation einer 10 %igen PVP-I-Lösung zu einer signifikanten Änderung der Iodausscheidung kommt. Bei Verwendung 1,25 %iger PVP-I-Lösung war keine signifikante Änderung der Iodausscheidung festzustellen, allerdings erhöhte sich die Anzahl der Patienten, deren Iodausscheidung im Bereich einer Iodkontamination (>300 µg/g Kreatinin) lag. Aufgrund dieser Ergebnisse ist der Einsatz einer 10 %igen PVP-I-Lösung auf der Konjunktiva abzulehnen. Bei Verwendung einer 1,25 %igen PVP-I-Lösung sind vor jeder präoperativen Augenantiseptik Schilddrüsenerkrankungen auszuschließen.
In dieser retrospektiven Studie wurden die Parameter der Radiojodkinetik: Jod-Uptake (JU), effektive Halbwertzeit (HWZ) und Zeitpunkt der maximalen Jod-Aufnahme (tmax) sowie deren mögliche Beeinflussung durch Erkrankungsart, Schilddrüsenvolumen, Funktionslage, Vortherapien, Patientenalter und Zeitverlauf untersucht. Methodik: Die Studie umfasst Daten von 6156 Radiojodtherapien (RJTH) von Morbus Basedow (MB), unifokalen Autonomien (UFA), multifokalen Autonomien (MFA), disseminierten Autonomien (DISA) und Strumen (STRU), die im Zeitraum von 1996 bis 2008 an der Universitätsklinik für Nuklearmedizin in Greifswald durchgeführt wurden. Die ausgewerteten intratherapeutischen JU-Kurven beruhen auf frequenten Aktivitätsmessungen (automatisierte Patienten-Selbstmessungen, ca. 13/d). Ergebnisse: Für den JU relevant waren Erkrankungsentität und Zielvolumen. In Bereichen äquivalenter Volumen war der JU bei MB etwa 3-mal höher als bei den Strumen. Bei fokalen Autonomien stieg der JU nichtlinear mit dem Zielvolumen; eine Verdoppelung des Zielvolumens im therapierelevanten Bereich (von 10 auf 20 ml) resultierte in einer Zunahme des JU um 30%. Die HWZ war bei Strumen und DISA etwa 20% länger als bei MB und UFA und variierte in den Gruppen um ca. 25%. Mit zunehmender Funktion verkürzte sich die HWZ. Eine Verdopplung des T3-Wertes ergab eine um etwa 20% reduzierte HWZ. Tmax lag im Gesamtkollektiv bei 18h; im Vergleich dazu war tmax bei MB um 20% kürzer und bei STRU um 20% länger. Es bestand eine schwache bis mäßige Korrelation von tmax und Patientenalter sowie eine inverse Korrelation von tmax mit der Funktionslage. Im Zeitverlauf fiel der JU bei abnehmenden Zielvolumina leicht ab (in 12 Jahren ca.1-2%/Jahr). Ein höherer JU bei MB ab 2003 ist annehmbar Folge des veränderten Therapieschemas (Thyreostasepause vor RJTH). Eine frühzeitig bei drohender Unterdosierung durchgeführte Nachapplikation von Radiojod (nötig bei 6% des Kollektivs) führte zu ähnlichen Erfolgsraten (92%) wie in der Normgruppe (91%). Schlussfolgerungen: Die Radiojodkinetik weist relevante Unterschiede zwischen den Erkrankungsgruppen auf. Haupteinflussfaktor auf den JU sind Erkrankungsentität und Zielvolumen. In der Praxis sind für die HWZ die Erkrankungsentität und etwas geringer die Funktionslage von Bedeutung. Bei der Therapieplanung (Radiojodtest) erscheint angesichts der vergleichsweise geringen Streuung der HWZ in den Gruppen die Nutzung von krankheitsspezifischen HWZ (MB, UFA: 5d; MFA: 5,5d, Andere: 6d) vertretbar. Variationen von tmax werden bei großen Messintervallen nicht erfasst, können aber zu fehlerhaften JU- und HWZ-Werten und damit zu falschen Dosisschätzungen führen. Bei Patienten mit drohender Unterdosierung kann durch eine frühzeitige Dosiskorrektur eine Zweittherapie vermieden werden. Dafür ist jedoch eine frequente JU-Messung erforderlich. Ein Teil der divergierenden Literaturangaben zur Radiojodkinetik ist durch Bias (insbesondere Zielvolumenvariation) erklärbar. Orientierende Aktivitätsmessungen per Smartphone sind derzeit nicht geeignet zur Schätzung von Kinetikparametern.
The thyroid as the largest endocrine gland mainly produces and secretes the thyroid hormones (TH): 3,3’,5-triiodo-L-thyronine (T3) and its pro-hormone L-thyroxine (T4). Besides the impact on growth, normal development, bone marrow structure, the cardiovascular system, body weight and thermogenesis, TH play a vivid role in many metabolic regulatory mechanisms in almost all tissues. Thyroid diseases are relatively prevalent and cause, due to the resulting TH imbalances, a broad spectrum of effects. Many of them manifest in pathologically increased or decreased TH levels defined as hyperthyroidism or hypothyroidism, respectively. Routinely, determination of the thyroid state is based on the assessment of the classical markers TSH and free T4. However, this practice has several drawbacks. Moreover, elucidation of the pleiotropic effects of TH on multiple molecular pathways is mostly based on cell culture, tissue and rodent models. Analysis of animal biofluids like serum and urine using metabolomics approaches demonstrated the extensive impact of TH on other body compartments. In contrast, proteome profiling has not been exploited for the comprehensive characterization of the general metabolic effects of TH. Plasma as a large and diverse compartment of the human proteome provides a great opportunity to identify novel protein markers of thyroid function as well as to characterize metabolic effects of TH in humans.
Therefore, a study of experimental thyrotoxicosis was performed with 16 male volunteers treated with 0.25 mg/d levothyroxine (L-T4) for 8 weeks to induce a hyperthyroid state. Plasma samples were collected before the L-T4 application started, two times during the treatment and additionally two times after withdrawal. Proteome analysis revealed remarkable alterations including increased levels of two known proteins known to correlate with TH levels (sex hormone-binding globulin and cystatin C). The correlation with free T4 levels revealed 76 out of 437 detected proteins with a Pearson correlation coefficient of r ≥ |0.9|. One prominent signature included 10 coagulation cascade proteins exhibiting significantly increased plasma levels during thyrotoxicosis, thereby revealing a trend towards a hypercoagulative state in hyperthyroidism. To overcome the statistical drawbacks of the Pearson correlation analysis, additionally a mixed-effect linear regression model using serum free T4 concentrations as exposure and protein abundances as outcome while controlling for age, BMI, and batch was implemented. Application of this model resulted in the detection of 63 proteins with significant associations to free T4 levels. Besides the already mentioned augmented coagulation, a significant drop in the amounts of three apolipoproteins (ApoD, ApoB-100 and ApoC3) was observed. Furthermore, an increased abundance of proteins assigned to the complement system was detected.
Experimental studies in humans were complemented by corresponding analyses in murine models. In the current work, plasma samples of two murine studies including male C57BL/6 wildtype mice were analyzed to elucidate the impact of thyroid dysfunction on the plasma proteome. The first study was similarly designed as the human model of experimentally induced thyrotoxicosis and assigned the animals to three groups: a control group, a T4 treatment group, and a T4 recovery group, whereupon the latter first received T4 followed by a subsequent TH normalization period. A high proportion of plasma proteins exhibited significantly different protein levels during T4 application (n = 120), where 90 of these also showed a corresponding reverse trend after T4 withdrawal (T4 recovery vs. T4), thereby displaying transient alterations. The molecular pattern of hyperthyroidism in the murine model indicated, as in the human study, a pronounced decrease in apolipoproteins. However, in clear contrast to the human data, the levels of proteins related to the coagulation cascade and complement system were also transiently decreased in mice, while being increased in humans.
The second murine analysis focused on the impact of hyper- and hypothyroidism caused by T3 or T4 treatment and MMI/KClO4 application, respectively. In general, compared to the first murine study less clear alterations of protein levels were detected. Proteins related to the complement system revealed fewer changes in the T3 group and only marginal changes after T4 induction. Unexpectedly, the MMI/KClO4-induced hypothyroidism caused a reduction of the levels of several proteins assigned to the complement system, although different components and factors were affected.
Generally, rodent studies partially provided a divergent picture of TH action as compared to human studies. However, in spite of inconsistent results in studies regarding the effects of TH that are possibly due to species-specific differences, an important role of TH on several metabolic and other pathways, e.g. in the process of blood coagulation and apolipoprotein regulation, is evident. The results from both murine and human studies presented here provide novel insights into changes in the plasma proteome in the context of thyroid diseases which might contribute to a better understanding of TH action on metabolism and other pathways.
Zielstellung: Ziel war die Zusammenstellung von Kurz- und Langzeitergebnissen von Radioiodtherapien beim Morbus Basedow in Abhängigkeit von bestimmten Einflussparametern. Dabei sollten Einflussfaktoren auf das Remissionsergebnis und die Hypothyreoserate evaluiert werden. Weiterhin fokussierte sich diese Arbeit auf die Ausarbeitung von Parametern und Konzepten für eine mögliche Langzeiteuthyreose und eine Bewertung der Radioiodtherapie im Kontext zu den vorhandenen Komorbiditäten und subjektiven Beschwerden. Methoden: Bei dieser Arbeit handelt es sich um eine retrospektive Kohortenstudie der mit Radioiod in der Universitätsklinik Greifswald therapierten Immunhyperthyreosen vom Typ Morbus Basedow. Grundlage bildet die Radioiodtherapie-Datenbank der nuklearmedizinischen Universitätsklinik. Eingeschlossen wurden alle mit Morbus Basedow therapierten Patienten aus den Jahren 1991 – 2008 mit mindestens einer nuklearmedizinischen Nachkontrolle (n = 1348). Davon erhielten 146 Patienten eine Zweittherapie. 90 Patienten wurden, aufgrund unzureichender Kontrolldaten, ausgeschlossen. Die Datengewinnung erfolgte über Befundberichte der niedergelassenen Nuklearmediziner, mit Erfassung von Schilddrüsenhormonen und -antikörpern, Schilddrüsenvolumen, dem Technetium-Uptake (TcTU), Schilddrüsenmedikation, Begleiterkrankungen und subjektiven Beschwerden. Es lagen im Median 2 (2; 8) Nachkontrollen pro Patient und insgesamt 3238 Kontrolljahre vor. Fehlende Patientendaten wurden postalisch über einen Fragebogen, mit den Parametern Schilddrüsenfunktion, Medikation, vorherige Arztkonsultationen, aktuelle Beschwerdesymptomatik und Patientenzufriedenheit, erfasst. Hierbei wurden 147 Rückantworten erzielt, bei 325 versendeten Fragebögen (45%). Die Auswertungen erfolgten mittels deskriptiver Statistik, Häufigkeitsdarstellungen, Ereignisanalysen (Kaplan-Meier) und Diskriminanzanalysen. Zur Ermittlung von Gruppenunterschieden wurden der U-Test bzw. H-Test durchgeführt. Ergebnisse: Die Gesamtremissionsrate des Patientenkollektivs beträgt drei Monate nach Radioiodtherapie 78,2% und ein Jahr nach der Behandlung 84,4%. Ein Jahr nach Therapie überwiegen Hypothyreosen gegenüber den Euthyreosen mit 55,6% zu 28,9%. Über den Betrachtungszeitraum von 18 Jahren zeigen sich deutliche Unterschiede in den Remissionsraten. Zusammengefasst beträgt die Remissionsrate in den Jahren 1991-1999 79,3%, während sie von 2000-2008 bei 87,4% liegt. Die mediane Dosis stieg seit dem Jahr 1991 von 120 Gy auf 238 Gy im Jahr 2008, während das mediane prätherapeutische Volumen von 64 ml im Jahr 1991 auf 28 ml im Jahr 2008 sank. Versager einer Ersttherapie erzielten in 94,8% der Fälle einen Erfolg nach der zweiten Behandlung. Allgemeine und kardiale Beschwerden verbesserten sich nach der Therapie, je nach Schweregrad, in 60 bis 90% der Fälle. Bei endokrinen Orbitopathien besserte sich in 46% der Fälle der Zustand, 5,7% der Orbitopathien zeigten sich progredient. Nach drei Jahren wiesen noch 30% der Patienten eine Euthyreose auf. Fünf Jahre nach Therapie verringerte sich dieser Wert auf 19%. Die Wahrscheinlichkeit, nach über zehn Jahren noch eine euthyreote Schilddrüsenfunktion aufzuweisen, liegt bei 9,5%. Fragebogenpatienten, welche nach der Dreimonatskontrolle keinen Nuklearmediziner mehr aufsuchten, wurden in 84% der Fälle durch den Hausarzt weiterbetreut. Im Vergleich zu nuklearmedizinisch nachuntersuchten Patienten wiesen sie eine schnellere Remission auf. Im Langzeitverlauf und bei der Hypothyreoserate bestanden keine Unterschiede zum restlichen Patientenkollektiv. Knapp 70% der Befragten beschrieben in den Fragebögen eine Beseitigung ihrer Schilddrüsenprobleme nach der Therapie. Als Prädiktoren für ein Therapieversagen stellen sich ein hohes Volumen (>60 ml) und hohe Werte beim prätherapeutischen TcTU heraus. Eine hohe Dosis (200-300 Gy), erhöhte prätherapeutische TPO-Werte, ein Absetzen der thyreostatischen Medikation zwei Tage vor RIT und eine euthyreote Stoffwechsellage vor Therapie zeigen einen günstigen Einfluss auf das Remissionsresultat. Beste Konstellationen für eine mögliche Langzeiteuthyreose von mehr als zehn Jahren bieten ein prätherapeutisches Volumen von 40 – 60 ml, ein Alter > 60 Jahre, niedrige prätherapeutische TPO-Antikörper, bei einer verabreichten Dosis im Bereich von 175 bis 250 Gy. Schlussfolgerungen: In einem Dosisbereich von 200 bis 300 Gy und bei Beachtung der Haupteinflussparameter Volumen, thyreostatische Medikation, Stoffwechsellage, TcTU und TPO-AK lassen sich durch die Radioiodtherapie hohe Remissionsraten von über 85% erzielen. Diese Erfolgsraten sind im Langzeitverlauf fast immer mit einer späteren Hypothyreose vergesellschaftet. Die Langzeitergebnisse zeigen einen deutlichen Wandel der Therapiekonzepte hin zur ablativen Therapie. Chancen für eine Langzeiteuthyreose liegen weniger in den therapeutischen Möglichkeiten als in den individuellen Patientenvoraussetzungen (Volumen, Alter, TPO-AK). In einem niedrigen Dosisbereich von 175 bis 250 Gy und bei dem Vorliegen eines Volumens von 40 – 60 ml, einem Alter > 60 Jahre und geringen prätherapeutischen TPO-AK bestehen die größten Aussichten für eine Langzeiteuthyreose. Bei der Beseitigung von allgemeinen und kardialen subjektiven Beschwerden erzielt die Radioiodtherapie gute Resultate, bei einer hohen Patientenzufriedenheit.
Zusammenfassung In den ersten vier Tagen nach Radiojodgabe wurden signifikante Konzentrationsveränderungen der Schilddrüsenparameter fT4, TSH und Tg beobachtet. Die fT4 – Konzentration stieg zunächst in allen Gruppen signifikant an, insbesondere bei Patienten mit Thyreostatikapause 3 Tage vor Therapie (Gruppe 4, im Median +20%) und Patienten mit dreitägiger Thyreostatikapause vor Therapie und erneuter Thyreostase 3 Tage nach Radiojodapplikation (Gruppe 5, +11%). Somit kann durch die erneute Gabe von Thyreostatika am 3. Tag nach der Radiojodgabe ein relevanter Anstieg der fT4 – Konzentration verhindert werden. Die T3 – Konzentration zeigte in der Gesamtheit im Median keine signifikante Änderung in den ersten vier Tagen der Radiojodtherapie. Im Vergleich der einzelnen Gruppen konnten jedoch signifikante Konzentrationsveränderungen festgestellt werden. In der 1. Gruppe, Thyreostatikapause 4 Wochen vor Radiojodtherapie, konnten wir einen geringen aber signifikanten Anstieg des T3 von 3% feststellen. In Gruppe 2 bis 5 fiel die T3 – Konzentration signifikant mit einem Maximum in Gruppe 4 und 5 ab. In Gruppe 4 fiel das T3 im Median um 5%, in Gruppe 5 um 21%. Der TSH – Spiegel fiel in der Gesamtheit aller Patienten signifikant im Median um 9% ab. Die Patienten mit Thyreostatikapause 4 bzw. 1 Woche vor Radiojodtherapie (1. und 2. Gruppe) zeigten den stärksten Abfall des TSH – Spiegels, in Gruppe 1 um 15% und um 20% in Gruppe 2. In Gruppe 6, Patienten mit Radiojodtherapie unter Schilddrüsenhormonsubstitution, konnten wir einen signifikanten Abfall von 6% feststellen. Die Patienten mit Thyreostase während der Therapie (Gruppen 3) und Patienten der Gruppe 5 zeigten keine TSH – Konzentrationsveränderung. Der gleichbleibende TSH – Spiegel in der Gruppe 3 ist auf die unveränderte Thyreostatikagabe während der Therapie zurückzuführen. Die zellzerstörende Wirkung der Radiojodtherapie ließ die Tg – Konzentration in allen Gruppen zusammen im Median um 88% ansteigen. In Gruppen 1 (+87%) und 2 (+49%) erwies sich der Anstieg des Tg – Spiegels als signifikant. Den stärksten, aber nicht signifikanten Anstieg der Tg – Konzentration zeigten die Gruppen 3 und 4. In Gruppe 3 stieg das Thyreoglobulin um 114%, in Gruppe 4 um 173%. Die fehlende Signifikanz in diesen beiden Gruppen ist auf die geringe Anzahl der Tg – Bestimmungen zurückzuführen (Tabelle 2). Die Patienten der 5. und 6. Gruppe zeigten ebenfalls einen nicht signifikanten Anstieg des Tg – Spiegels um 52% in Gruppe 5 sowie um 135% in Gruppe 6. Die Radiojodtherapie birgt die Gefahr einer Exazerbation der hyperthyreoten Stoffwechsellage. Dies kann für Patienten mit Herz – Kreislauf – Erkrankungen, einem hohen fT4 – Basiswert, aber auch für Morbus Basedow – Patienten gefährlich sein. Insgesamt 256 (9%) der 2796 Patienten zeigten einen sehr hohen fT4 – Basiswert (fT4 >25 pmol/l) zu Beginn der Therapie. Bei 28 (1%) der 2796 Patienten konnte ein Anstieg der fT4 – Konzentration um ≥ 15,0 pmol/l während der ersten vier Tage der Therapie festgestellt werden. Durch die erneute Gabe von Thyreostatika 2 bis 3 Tage nach Verabreichung des Radiojods kann das Risiko einer Exazerbation der Hyperthyreose und damit die Gefahr eines Progresses von kardiovaskulären Grunderkrankungen signifikant verringert werden.
The thyroid gland is of crucial importance in human metabolism. Its main secretion products, L-thyroxine (T4) and 3,3’,5-triiodo-L-thyronine (T3), are essential for proper development of multiple tissues and organs as well as for their functioning in the adult organism. The secretion of thyroid hormones (TH) is stimulated by thyrotropin (TSH) released from the pituitary gland. This tight connection between both hormones is of crucial importance for the clinical diagnosis of thyroid dysfunction. During the last two decades the concept of TH action developed to increased complexity. However, most of the recent advances in the field of TH research are based either on cell culture, tissue or animal models or stem from studies investigating specific hypotheses in humans. Thus, experimental approaches for the comprehensive, hypothesis-free characterization of metabolic effects of classical and non-classical TH in human are urgently needed. This holds true in particular for the TH derivative 3,5-diiodothyronine (3,5-T2). It was described to alleviate the typical detrimental metabolic consequences of a high-fat diet and even reversed hepatic steatosis. To replicate these experimental findings from rodents in humans, comprehensive data from the population-based Study of Health in Pomerania (SHIP) was analyzed in the present work. Based on a euthyroid, diabetes-free SHIP-subsample (N=761), non-linear associations between the serum concentrations of 3,5-T2 and glucose as well as TSH were detected. In contrast, no significant 3,5-T2 associations with several anthropometric markers or blood lipid parameters were observed, partially questioning the transferability of the beneficial metabolic 3,5-T2 effects reported for pharmacological intervention studies on rodents to humans. Recent advances in technological development now allow for the use of high-throughput spectrometric platforms to characterize the small molecule content (metabolome) of blood and urine samples. The detected metabolome constituents can be associated with any relevant parameters of interest, thereby extending the scope of classical association studies. Therefore, in the second part of the present thesis, the metabolic fingerprints of FT4, TSH as well as the ratio log(TSH)/FT4 as markers of thyroid function were profiled. Strong differences between the metabolic fingerprints of FT4 and TSH were observed, partially alleviated by the log(TSH)/FT4 ratio. These findings not only emphasize the high diagnostic value of the combined evaluation of TSH and FT4 in the assessment of thyroid function but additionally argue for a holistic approach in the diagnosis of thyroid function. More moderate endogenous effects of 3,5-T2 were evaluated by comparing its urinary metabolic fingerprint with that of the classical TH. A number of associations became apparent, indicating a function of endogenous 3,5-T2 in intermediary metabolism. Besides partially confirming associations with respect to the presented findings in animal studies, the strongest 3,5-T2-association was observed with trigonelline, a metabolite described earlier to exhibit similar beneficial effects as 3,5-T2 on glucose metabolism when used as a pharmacological agent in animal studies. An association towards hippurate indicated a partial overlap with the metabolic profile of TSH and hence consolidated results from the first two projects in the sense of a thyromimetic role of 3,5-T2 in the feedback regulation of TH. The diagnosis of thyroid disorders based on the classical markers TSH and FT4 suffers from restricted sensitivity in the subclinical range as both parameters have broad reference ranges in the general population. Therefore, in an approach to detect novel peripheral biomarkers of thyroid function, sixteen healthy young men were challenged with 250 µg of levothyroxine (L-T4) over a period of eight weeks in the fourth project presented here as part of this thesis. Monitoring of the volunteers over a period of sixteen weeks allowed delineation of the metabolic shifts first towards thyrotoxicosis and later in the context of the restoration of euthyroidism. The use of mass spectrometry for the comprehensive characterization of the metabolite as well as the protein content of samples taken at the different time points revealed profound molecular alterations, despite the lack of any clinical symptoms in the volunteers. Molecular signatures of thyrotoxicosis indicated increased energy expenditure, pronounced defense against systemic oxidative stress, a general drop in apolipoproteins, as well as increased abundances of proteins related to the coagulation cascade and the complement system. Good and robust classification of the thyroid state independent of TSH and FT4 was achieved using random forest analysis with a subset of fifteen metabolites and proteins, indicating new options in the individualized diagnosis of thyroid disorders.