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Effekt körperlicher Belastung auf die Zahl zirkulierender mesenchymaler Stammzellen bei allergischem Asthma bronchiale

Effect of physical exercise on the number of circulating mesenchymal progenitor cells in patients with allergic Asthma bronchiale

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-158911
  • Asthma bronchiale gehört weltweit zu den häufigsten chronischen Erkrankungen des Menschen. In verschiedenen Leitlinien zur Asthmatherapie sind Sport bzw. regelmäßige körperliche Aktivität als nicht-medikamentöse Maßnahmen mittlerweile ein integrativer Bestandteil. Etliche Studien haben gezeigt, dass regelmäßige körperliche Aktivität sowohl die Lebensqualität als auch den Krankheitsverlauf bei Asthmatikern positiv beeinflussen kann. Welche Mechanismen genau die positiven Effekte von Sport bei dieser Erkrankung vermitteln, ist jedoch noch nichtAsthma bronchiale gehört weltweit zu den häufigsten chronischen Erkrankungen des Menschen. In verschiedenen Leitlinien zur Asthmatherapie sind Sport bzw. regelmäßige körperliche Aktivität als nicht-medikamentöse Maßnahmen mittlerweile ein integrativer Bestandteil. Etliche Studien haben gezeigt, dass regelmäßige körperliche Aktivität sowohl die Lebensqualität als auch den Krankheitsverlauf bei Asthmatikern positiv beeinflussen kann. Welche Mechanismen genau die positiven Effekte von Sport bei dieser Erkrankung vermitteln, ist jedoch noch nicht abschließend geklärt. Die Erklärungsansätze reichen dabei von einer Zunahme der kardiopulmonalen Fitness sowie Verbesserung der Lungenfunktion über eine immunologisch vermittelte Reduzierung der Atemwegsinflammation bis hin zu einer Verbesserung körpereigener Reparaturmechanismen. Letztere ist in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus wissenschaftlicher Arbeiten gerückt, wobei man vermutet, dass dabei insbesondere CD34+ Progenitorzellen und MSCs eine bedeutende Rolle spielen könnten. In der hier vorliegenden Arbeit wurde untersucht, inwieweit sich körperliche Belastung auf die Anzahl zirkulierender CD34+ Progenitorzellen und MSCs bei Patienten mit einem allergischen Asthma bronchiale gegen Hausstaubmilben der Art Dermatophagoides pteronyssinus verglichen mit gesunden Kontroll-Probanden auswirkt. Hierfür unterzogen sich sieben Patienten und zwölf Gesunde einem spiroergometrischen Ausdauerleistungstest bis zur subjektiven körperlichen Ausbelastung. Vor und nach der Spiroergometrie erfolgten Blutentnahmen. Neben einer Bestimmung von Entzündungsparametern wurde jeweils ein Blutbild inklusive Differenzierung angefertigt und die Anzahl zirkulierender CD34+ Progenitorzellen und MSCs mittels FACS-Analyse bestimmt. Weiterhin wurde überprüft, ob sich mithilfe einer gängigen Methode zur Kultivierung von MSCs aus Knochenmark diese auch aus peripherem Blut isolieren und kultivieren lassen. Bezüglich der CD34+ Progenitorzellen und der MSCs kam es dabei nach Belastung bei getrennter Berechnung für die beiden Studiengruppen zu keiner signifikanten Veränderung. Die Gesamtheit der Studienteilnehmer wurde daher nochmals in einer Gesamtgruppe zusammengefasst, für die ebenfalls durch Belastung hervorgerufene Veränderungen berechnet wurden. Hier ließ sich ein signifikanter Anstieg von CD34+ Progenitorzellen feststellen, wohingegen bei den MSCs weiterhin keine Veränderung zu beobachten war. In den Versuchen zur Kultivierung von MSCs aus peripherem Blut ließen sich keine nennenswerten Mengen dieser Zellen kultivieren, wenngleich die Kulturen doch möglicherweise zu Beginn einige dieser Zellen enthielten. Im Gegensatz dazu war die Kultivierung von MSCs aus Knochenmark erfolgreich. Dass es nach körperlicher Aktivität bzw. Sport zu einem Anstieg CD34+ Progenitorzellen im peripheren Blut kommt, ist in der Literatur bereits vielfach beschrieben. Es wird vermutet, dass diese Zellen an körpereigenen Reparaturvorgängen beteiligt sind. Dieser Mechanismus könnte eine mögliche Erklärung für die positiven Effekte von Sport bei Patienten mit Herz-Kreislauf-Erkrankungen darstellen. Auch bei Lungenerkrankungen wird CD34+ Progenitorzellen eine Rolle bei Reparaturvorgängen zugeschrieben. Obwohl es zunehmend Hinweise dafür gibt, dass auch MSCs für diese Vorgänge von Bedeutung sind, ist die Frage, welche spezifische Rolle diesen Zellen im zirkulierenden peripheren Blut zukommt, weiterhin nicht hinreichend geklärt. Bei Untersuchungen zu diesem Thema kommt erschwerend hinzu, dass MSCs im peripheren Blut nur in sehr geringer Frequenz nachweisbar sind und die Gruppe dieser Zellen eine sehr große Heterogenität aufweist. Auch eine Kultivierung von MSCs aus peripherem Blut scheint nicht so ohne weiteres möglich zu sein. All dies bereitet Schwierigkeiten bei der genauen Quantifizie-rung und Charakterisierung dieser Zellen. Auch wenn es in dieser Studie nicht gelang einen Effekt körperlicher Belastung auf die Anzahl zirkulierender MSCs nachzuweisen, sollten dennoch weitere Untersuchungen zu den durch Sport vermittelten Effekten auf diese Zellen folgen. Der Fokus sollte dabei insbesondere auf die Untersuchung von Einflüssen körperlicher Aktivität auf die für das Homing dieser Zellen verantwortlichen Mechanismen gelegt werden. Auch weitere Untersuchungen zur Isolation und Expansion von MSCs aus peripherem Blut scheinen notwendig zu sein, um diesbezüglich langfristig eine sichere, erfolgsversprechende Kulturmethodik entwickeln zu können. Besonders vielversprechend scheint hier der Einsatz vorselektierter Zellen aus mobilisiertem Blut zu sein. Zusammenfassend könnte all dies einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die Mechanismen körpereigener Reparaturvorgänge besser zu verstehen. Diese Erkenntnisse wiederum könnten dann zur Entwicklung neuer Strategien zur Therapie diverser Lungenerkrankungen wie auch Asthma beitragen.show moreshow less
  • Asthma brochiale is one of the most common human chronic diseases. Current guidelines on Asthma therapy recommend sports and regular physical exercise as an non-drug measure for Asthma therapy. Several studies have shown, that regular physical exercise can positively influence life quality as well as the course of the disease in patients with Asthma bronchiale. Even though, the underlying mechanisms for these positive effects are not fully understood, yet. Explanatory approaches imply an increase of cardiopulmonary fitness, amelioration of lungAsthma brochiale is one of the most common human chronic diseases. Current guidelines on Asthma therapy recommend sports and regular physical exercise as an non-drug measure for Asthma therapy. Several studies have shown, that regular physical exercise can positively influence life quality as well as the course of the disease in patients with Asthma bronchiale. Even though, the underlying mechanisms for these positive effects are not fully understood, yet. Explanatory approaches imply an increase of cardiopulmonary fitness, amelioration of lung function and immunologically mediated reduction of airway inflammation up to improvement of endogenous repair mechanisms. In recent years science has been more and more focussing on the latter, whereby CD34+ endothelial (EPC) and mesenchymal progenitor cells (MSC)are assumed to play an important role. ln this study patients with allergic Asthma bronchiale with an allergy to house dust mites and healthy controls underwent an incremental exercise test. Before and after the exercise blood samples were drawn with regard to the number of CD34+ and mesenchymal progenitor cells. Additionally MSC were tried to be isolated and cultured from peripheral blood using a common method for isolation and large scale expansion of bone marrow-derived MSC. No signficant increase in CD34+ progenitor cells and MSCs could be seen in either group with no difference between the groups. Regarding the entirety of participants of this study, a significant increase of CD34+ progenitor cells could be shown. MSCs could not successfully be isolated and cultured in significant numbers from peripheral blood, whereas MSC could be successfully isolated and cultured from bone marrow. An increase of the number of circulating CD34+ progenitor cells following exercise has been described multiple times in literature. These cells seem to play an important role for repair mechanisms especially in cardiovacular diseases, but also in lung diseases as it has been shown in patients with COPD and pneumonia. Besides CD34+ progenitor cells, study data indicate that also MSC contribute to these repair mechanisms. But little is known about their specific role in peripheral blood, especially because the frequency of MSC in peripheral blood is very low and MSC are a very heterogenous group of cells. These facts do not only make it difficult to quantify and characterize them more precisely but also complicates their isolation and cultivation from peripheral blood. Even though no significant effect of a maximal exercise bout could be seen in this study and isolation and cultivation of MSC from periphal blood was not successful, further research on these topics seems to be needed with regard especially on homing mechanisms and to improve MSC culturing methods. For the latter a promising approach seems to be the use of preselected MSC from mobilized blood. All this could contribute to a better understanding of endogenous repair mechanisms, which could be useful for developing new therapy approaches for different pulmonary diseases including Asthma bronchiale.show moreshow less

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Metadaten
Author: Marc Benjamin Krämer-Gabert
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-158911
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Kinderklinik und Poliklinik
Referee:Prof. Dr.med. Helge Hebestreit, Prof. Dr.med. Berthold Jany
Date of final exam:2018/02/06
Language:German
Year of Completion:2018
Pagenumber:85
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 616 Krankheiten
GND Keyword:Bronchialasthma
Tag:Körperliche Belastung; MSC; Mesenchymale Progenitorzellen
asthma bronchiale; cell culture; exercise; mesenchymal progenitor cells
Release Date:2018/03/14
Licence (German):License LogoCC BY-SA: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International