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Die vorliegende Arbeit untersuchte in einem prospektiven Paarvergleich mit cross-over die biochemische Qualität von Erythrozytenkonzentraten, die mittels konventioneller Vollblutspende (VBS) bzw. maschineller Multikomponentenspende (MKS) gewonnen und über einen Zeitraum von 63 Tagen gelagert wurden. Dabei wurde die Überlebensfähigkeit der roten Zellen anhand des ATP-Gehaltes, ihre Sauerstoffabgabefähigkeit mittels des 2,3-DPG-Spiegels sowie die Zellschädigung durch die Bestimmung mehrerer Hämolyseparameter bewertet. Dabei fanden sich, ungeachtet des Herstellungsganges (VBS - MKS), in den ersten drei Wochen nur geringfügige Hinweise auf eine lagerungsbedingte Alteration der Erythrozyten. Nach der dritten Lagerungswoche nahm die Qualität der Erythrozytenkonzentrate aufgrund einer zunehmenden Zellschädigung und Verarmung an Energieträgern ab. Aus den erzielten Resultaten geht hervor, daß keines der beiden Spendeverfahren dem anderen wesentlich überlegen ist, sondern beide Methoden Präparate von hoher Qualität lieferten. Der zweite Teil der Arbeit befaßte sich mit den Auswirkungen der Spende auf die Blut-flußgeschwindigkeit und Blutflußrate in den Fingerkapillaren der Blutspender. Zum Zeitpunkt vor, eine Stunde nach sowie 24 Stunden nach der Spende wurde die Blutflußrate kapillarmikroskopisch mit dem CAM 1 Laser Doppler Anemometer am Fingermittelglied des dritten Fingers der linken Hand bestimmt. Dabei ließen sich keine signifikanten Steigerungen der kapillären Blutflußrate nachweisen.
Die Zielsetzung dieser Arbeit ist, die Möglichkeiten der Magnetresonanz Spektroskopie zur nichtinvasiven Diagnostik des Myokardstoffwechsels bei globalen Herzkrankheiten unter Verwendung neuer Möglichkeiten der Absolutquantifizierung von hochenergetischen Phosphaten zu beschreiben. Im Vordergrund dieser Arbeit stehen folgende Punkte: 1. Etablierung einer Methode zur Absolutquantifizierung von Metabolitenkonzentrationen aus dem menschlichen Myokard und Festlegung eines standardisierten Untersuchungsprotokolls 2. Überprüfung der Methode auf Variabilitäten durch Mehrfachauswertungen und Verlaufsuntersuchungen 3. Untersuchung der Altersabhängigkeit der Metabolitenkonzentrationen 4. Einsatz der Methode an Patienten mit globalen Herzerkrankungen; Herausstellung der metabolischen Unterschiede bei Hypertrophie und Dilatation.
Quantitative 31P-MR-Spektroskopie am menschlichen Herzen und Etablierung von SLOOP am Skelettmuskel
(2003)
Die vorliegende Arbeit setzt sich mit dem Einsatz der 31P-Magnetresonanzspektroskopie (MRS) zur Untersuchung des menschlichen Herz- und Skelettmuskelstoffwechsels auseinander: [1] Mit der Anwendung und Implementierung der akquisitionsgewichteten CSI (AW-CSI) am menschlichen Herzen konnten wir den Einsatz dieser neuen Methode zur 31P-MR-Bildgebung am klinischen MR-Gerät etablieren. [2] Mit dem erstmaligen Einsatz von SLOOP am Skelettmuskel zur nicht-invasiven Quantifizierung des Energiestoffwechsels mit 31P-MRS erarbeiteten wir neue Untersuchungsprotokolle und konnten sie erfolgreich bei Probanden anwenden. [3] Mit der 31P-MRs konnten wir durch Bestimmung des PCr/ATP Verhältnisses Einflüsse und Veränderungen im Energiestoffwechsel sowohl im infarzierten als auch im nicht-infarzierten Myokard bei Patienten mit vitalem und avitalem anterioren Infarkt nachweisen (FAST). [4] Mit der klinischen Anwendung von SLOOP wurden subklinische Stoffwechselveränderungen bei Patienten mit multipler Sklerose (MS) und bei mit Mitoxantron (MX) therapierten MS-Patienten eruiert. [5] Mit dem erstmalig kombinierten Einsatz von SLOOP bei neuromuskulären Erkrankungen wie myotoner Dystrophie (DM1) und proximaler myotoner Myopathie (PROMM/DM2) wurden Zusammenhänge zwischen Krankheitsdauer, Krankheitsverlauf, Muskelschwäche und dem kardialen und skelettmuskulären Energiestoffwechsel untersucht, um zusätzliche Informationen zum Verständnis der Pathogenese und Entwicklung von DM1 und PROMM/DM2 zu gewinnen.
Metabolische Veränderungen und Zelltod in neuralen Zellen durch "Advanced Glycation Endproducts"
(2000)
Advanced Glycation Endproducts (AGEs) entstehen aus nicht-enzymatisch glykierten Proteinen. In einer Folge von Dehydratations-, Kondensations- und Oxidationsschritten entsteht ein heterogenes Gemisch aus farbigen, fluoreszierenden Verbindungen. AGE-modifizierte Proteine sind unlöslich und proteaseresistent, bei ihrer Bildung entstehen freie Radikale und andere reaktive Intermediate. Von der AGE-Bildung betroffen sind vor allem langlebige Proteine mit geringem Umsatz wie Kollagen und Kristallin aber auch pathologische Proteinablagerungen, z.B. in der Alzheimer´schen Demenz (AD). Die Akkumulation von AGEs spielt in der Pathogenese von Komplikationen des Diabetes und der Hämodialyse eine Rolle, für die AD wird eine Beteiligung von AGEs am Krankheitsverlauf diskutiert. Die Alzheimer´sche Demenz ist gekennzeichnet durch den histologischen Nachweis seniler Plaques und neurofibrillärer Bündel in Hirngewebe der Patienten. Auf Ebene des Stoffwechsels kommt es zu einer Verringerung des zerebralen Glukoseumsatzes, es finden sich Marker sowohl für eine Akutphasenreaktion als auch für oxidativen Stress. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass die AGE-Bildung in vitro die Aggregation von ßA4, dem Hauptbestandteil der senilen Plaques in der AD, beschleunigt. Der geschwindigkeits-bestimmende Schritt ist dabei die Glykierung des ßA4-Monomers. Durch Zugabe von Übergangsmetall-ionen kann die Vernetzung weiter beschleunigt werden. Dies deutet darauf hin, dass AGEs zur Plaquebildung in der AD beitragen, redox-aktive Eisenionen sind in der AD mit den Plaques assoziiert. Mit Hilfe von Metallchelatoren, Antioxidantien oder mit Substanzen, welche die zur Vernetzung notwendigen Aminogruppen abblocken, lässt sich die Aggregation von ßA4 verlangsamen oder verhindern. AGEs wirken zytotoxisch auf BHK 21 Fibroblasten und humane SH-SY5Y Neuroblastoma Zellen. Die Toxizität unterschiedlicher Modell-AGEs ist abhängig von verschiedenen Faktoren, u.a. von dem zur Herstellung verwendeten Protein und vom Zucker. Die LD50 der Modell-AGEs korreliert mit dem AGE-Gehalt und der Radikalproduktion der Präparationen in vitro. Die AGE-Toxizität ist hauptsächlich radikalvermittelt. Oxidativer Stress lässt sich in AGE-behandelten Zellen durch die Bildung intrazellulärer Lipidperoxidationsprodukte nachweisen. Auf Ebene der Signaltransduktion konnte die Aktivierung des Transkriptions-faktors NfkB als Zeichen der Stressabwehr nachgewiesen werden. Die Gabe von Antioxidantien vor oder gleichzeitig mit den AGEs verringerte den Zelltod. Auch durch das Blockieren des Rezeptors für AGEs (RAGE) mit spezifischen Antikörpern konnte die Zahl überlebender Zellen gesteigert werden. Durch AGEs ausgelöster Stress führt in Neuroblastoma Zellen bereits in Konzentrationen unterhalb der LD50 zu Störungen im Redoxstatus, es kommt zur Depletion von GSH und zu Verschiebungen im Verhältnis GSH/GSSG. Damit einher gehen Veränderungen im Energiestoffwechsel der Zelle, nach anfänglich erhöhter Glukoseaufnahme kommt es im weiteren Verlauf der Inkubation zu einer Verringerung der Aufnahme von Glukose aus dem Medium, gefolgt von einer Zunahme der Laktatausschüttung. Ausserdem wurde eine Depletion von ATP um bis zu 50 Prozent nachgewiesen. Antioxidantien können die Störungen im Metabolismus der Zellen verhindern oder abschwächen, die meisten der getesteten Substanzen konnten Redoxstatus und ATP-Gehalt der Zellen zu normalisieren. Obwohl sich in AGE-gestressten Zellkulturen durch Annexin-Fluorescein-Markierung ein geringfügig erhöhter Prozentsatz apoptotischer Zellen nachweisen ließ und AGEs auch die Freisetzung von Cytochrom c ins Zytoplasma induzieren, verläuft der durch AGEs ausgelöste Zelltod verläuft offenbar insgesamt nekrotisch. Sowohl durch Radikalproduktion als auch über rezeptorvermittelte Signalwege verursachen AGEs oxidativen Stress und induzieren Veränderungen im Metabolismus der Zelle. Dies führt u. a. dazu, dass für die antioxidativen Schutzmechanismen der Zelle nicht mehr genügend Energie zur Verfügung steht. AGE-Stress trägt damit in einer selbstverstärkenden Reaktionskaskade zur Neurodegeneration bei und kann so an der Pathogenese der AD beteiligt sein. Antioxidantien und auch AGE-Inhibitoren könnten einen interessanten Ansatz zur Entwicklung alternativer Therapien in der AD darstellen.
Hintergrund: Gewaschene Erythrozytenkonzentrate (gewEK) wurden bisher durch zwei- bis dreimaliges Waschen mit je 200 ml isotoner Kochsalzlösung gewonnen. Dieses Verfahren führte zur Unterbrechung des geschlossenen Systems und zur Depletion der Additivlösung, weshalb die Haltbarkeit der Konserven auf maximal 24h beschränkt ist. Der Einsatz eines Steril-Schlauchschweißgerätes erlaubt eine sterile Produktion der gewEK. Ergänzend zu einer vorangegangenen Untersuchung der rheologischen Parameter wurde in der vorliegenden Arbeit die Qualität derart hergestellter Konserven, gewaschen mit und aufgeschwemmt in SAG-M-Lösung, anhand von mehreren biochemischen Parameter beurteilt. Material und Methoden: 16 frische EK in SAG-M-Lösung wurden jeweils halbiert , eine Hälfte unbehandelt als Kontrolle mitgeführt, die andere unter Einsatz eines Steril-Schlauchschweißgerätes zweimal mit je 200 ml SAG-M-Lösung gewaschen und in SAG-M-Lösung resuspendiert. Zu definierten Zeitpunkten wurde ATP, 2,3-DPG, Elekrolyte intra-und extrazellulär, O2, CO2, pH, Hämolysegrad sowie Sterilität bestimmt. Ergebnisse: Alle Konserven waren steril. In den unbehandelten wie in den gewaschenen Hälften der EK konnte mit zunehmender Lagerdauer ein Abfall des ATP Und 2,3-DPG-Gehaltes sowie eine gesteigerte Hämolyse mit Anstieg von extrazellulärem Kalium sowie ein Abfall des pH-Wertes nachgewiesen werden. Der stärkere extrazelluläre Abfall des pH-Wertes in den gewEK ist im wesentlichen durch das Entfernen des Plasmas und des CPD-Stabilisators zu erklären, die zu einer Reduktion der Pufferkapazität führt. Die Folge davon ist ein schnelleres Absinken des 2,3-DPG unmittelbar nach dem Waschen und im Laufe der Lagerung. Das Entfernen des phosphathaltigen CPD-Stabilisators erklärt möglicherweise aber auch im Sinne einer Substratverarmung den vergleichsweise starken ATP-Abfall zum Ende der Messperiode. Schlussfolgerung: Die Verwendung eines Sterilschlauchschweißgerätes ermöglicht die Herstellung gewEK unter sterilen Bedingungen. Unter Berücksichtigung biochemischer und rheologischer Parameter beträgt die Haltbarkeit der mit SAG-M-Lösung gewaschenen und darin aufgeschwemmten Konserven mindestens 14 Tage.