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Die endotheliale Dysfunktion stellt eine der Hauptursachen für die Entstehung von Atherosklerose an humanen Gefäßwänden dar und ist somit auch wesentlich an der Entstehung von kardiovaskulären Erkrankungen beteiligt. Das proinflammatorische Zytokin Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) gilt als einer der Hauptinduktoren der endothelialen Dysfunktion. Da bei der Endothelzellapoptose unter TNF-α diverse rezeptorvermittelte oxidative Prozesse innerhalb der Zelle ablaufen, sollte im Rahmen dieser Arbeit untersucht werden, inwiefern das Multidrug Resistance Associated Protein-1 (MRP-1) bei diesen oxidativen Prozessen und bei der Modulation der TNF-α-Signalkaskade involviert ist.
Die chronische Herzinsuffizienz ist eine der führenden Ursachen für Morbidität und Mortalität in den industrialisierten Nationen. Herzinsuffizienz ist eine Erkrankung des höheren Lebensalters, ist häufig assoziiert mit komorbiden Faktoren und stellt in Deutschland mittlerweile die häufigste Hauptdiagnose krankheitsbedingter stationärer Krankenhausaufenthalte dar. Herzinsuffizienz ist damit einer der wesentlichen kostentreibenden Faktoren unseres Gesundheitssystems.
Neben allgemeinen nicht-medikamentösen Behandlungsempfehlungen und chirurgischen Therapien für Patienten im Endstadium der Erkrankung gibt es pharmakotherapeutische Leitlinien, die sich auf eine solide Evidenzbasis stützen. Die aktuellen Behandlungsleitlinien basieren jedoch größtenteils auf großen randomisierten kontrollierten Studien, in denen häufig wichtige Patientengruppen aufgrund von Alter, Geschlecht, Komorbiditäten oder erhaltener linksventrikulärer Ejektionsfraktion ausgeschlossen waren. Dies wird jedoch der ausgeprägten Heterogenität chronisch herzinsuffizienter Patienten im klinischen Alltag nur bedingt gerecht. Zudem ist die medikamentöse Therapie oft komplex und erfordert eine häufige Anpassung an die individuellen Begleiterkrankungen des Patienten sowie wiederholte Anpassungen der Dosis (Auftitration). Die Umsetzung dieser Therapieleitlinien und die damit zu erzielenden prognostischen Effekte in der deutschen Bevölkerung sind bislang schlecht beschrieben. Insbesondere ist unklar, inwieweit die Ergebnisse der großen, randomisierten kontrollierten Studien auf die Allgemeinbevölkerung übertragbar sind.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine dem Praxisalltag vergleichbare Kohorte konsekutiver chronisch herzinsuffizienter Patienten (n=1054) mit eingeschränkter bzw. erhaltener linksventrikulärer Pumpfunktion rekrutiert und über im Mittel fünf Jahre nachverfolgt.
Im Mittelpunkt stand die Frage, welche Faktoren ausschlaggebend dafür sind, dass ein chronisch herzinsuffizienter Patient eine leitliniengerechte Pharmakotherapie (Korrelate einer besseren Leitlinientreue) bzw. eine höhere Dosierung der Medikation (Korrelate einer optimierten Pharmakotherapie) erhält. Zudem sollten diejenigen Faktoren herausgearbeitet werden, die das Langzeitüberleben chronisch herzinsuffizienter Patienten beeinflussen. Hier sollte insbesondere auch die Frage untersucht werden, in welchem Ausmaß eine höherqualitative Pharmakotherapie die Prognose beeinflussen kann. Als Arbeitshypothese wurde definiert, dass eine bessere Leitlinientreue bzw. eine optimierte Pharmakotherapie die Langzeitprognose chronisch herzinsuffizienter Patienten positiv beeinflusst. Dabei wurde zusätzlich angenommen, dass die zu Studienbeginn erfassten Risikofaktoren sowohl die Auswahl der Arzneimittel als auch die Höhe der Dosierungen beeinflussen.
Anhand des INH-Register Kollektivs konnte gezeigt werden, dass die Leitlinien der Europäischen Gesellschaft für Kardiologie zur Therapie der chronischen Herzinsuffizienz auch auf das Alltagskollektiv des INH-Registers übertragbar sind und sich dabei positiv auf die Prognose dieser Patienten auswirken. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, da sich die Leitlinien größtenteils auf randomisiert-kontrollierte Studien stützen, in denen bestimmte Patientengruppen – u.a. alte Patienten, Frauen und Patienten mit erhaltener linksventrikulärer Funktion − ausgeschlossen wurden. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eben diese Patientengruppen bei der Therapie „benachteiligt“ werden. Einen höheren Grad an leitliniengerechter Pharmakotherapie und/oder höhere Dosierungen der Herzinsuffizienzmedikamente erhalten demnach jüngere Patienten, Männer und Patienten im niedrigeren NYHA-Stadium. Diese Erkenntnisse können in Zukunft als möglicher Ansatzpunkt zur Verbesserung der Versorgungssituation chronisch herzinsuffizienter Patienten dienen, wodurch sich perspektivisch die Morbidität und Mortalität dieser Patienten weiter senken ließe.
Die Daten des INH-Registers untermauerten den Überlebensvorteil von chronisch herzinsuffizienten Patienten, die mit einem Betablocker, ACE-Hemmer/ARB und/oder Aldosteronantagonisten behandelt wurden bzw. denen ein höherer Grad an leitliniengerechter Pharmakotherapie zuteilwurde. Im Gegensatz dazu konnte der Zusammenhang zwischen der Dosierung der Herzinsuffizienzmedikamente und der Prognose der Patienten am Beispiel einer Therapie mit Betablockern bzw. ACE-Hemmern/ARBs nur eingeschränkt aufgezeigt werden. Einen prognostischen Vorteil hatten hierbei lediglich Patienten mit einer hohen Dosis an ACE-Hemmer und einer LVEF <45%, wobei nach Gewichtsadaptation kein signifikanter Unterschied mehr nachweisbar war. Hinsichtlich der Gabe eines Betablockers weisen die Analysen auf einen prognostischen Vorteil einer solchen Therapie hin, während die Dosierung bzw. das Erreichen der Zieldosis von nachrangiger Bedeutung zu sein scheint. Vielmehr scheint es sinnvoll zu sein, sich bei der Betablockertherapie an der Herzfrequenz der Patienten zu orientieren, die einen guten Prädiktor für die Prognose darstellt. Primäres Ziel muss es demnach in jedem Fall sein, dass der chronisch herzinsuffiziente Patient die jeweilige Substanzklasse erhält, wenn sie nach Leitlinien indiziert ist. Die Dosissteigerung sollte dann nicht forciert nach festen Schemata erfolgen, sondern angepasst an das individuelle Patientenprofil. Veränderungen von Herzfrequenz, Blutdruck und Laborparametern müssen hierzu repetitiv erfasst und in die Behandlungsstrategie eingebunden werden.
Nach 5 Jahren waren im Register 57% der Patienten verstorben, wobei v.a. kardiovaskuläre Ereignisse aber auch der plötzliche Herztod als Todesursachen dominierten. Wenngleich sich hier ein deutlicher Zusammenhang mit der Schwere der Erkrankung (NYHA-Stadium) bestätigte, verdeutlichen diese Daten den nach wie vor schwerwiegenden („malignen“) Verlauf der chronischen Herzinsuffizienz. Gleichzeitig sind die Daten auch Ansporn, die Pharmakotherapie unter Alltagsbedingungen so zu optimieren, wie es sonst nur unter den Bedingungen klinisch-kontrollierter Studien möglich ist. Die Daten der vorliegenden Arbeit legen nahe, dass allein durch die bestmögliche Anpassung der „konventionellen medikamentösen Therapie“ sich bereits ein erheblicher prognostischer Nutzen für den einzelnen Patienten aber auch für die Bevölkerung und das Gesundheitssystem materialisieren ließe. Künftig müssen demnach verstärkte Anstrengungen darauf gerichtet werden, diese Therapie-Optimierung flächendeckend und nachhaltig umzusetzen. Studienkollektive wie das INH-Register sind dabei geeignete Instrumente der Versorgungsforschung, die langfristig auch direkt zur Verbesserung der Versorgungssituation der Patienten beitragen.
Effekte von Paricalcitol auf Inflammation und Kalzifikationsregulation bei Hämodialysepatienten
(2013)
Die Mortalität bei Dialysepatienten ist bedeutend höher als in der Allgemeinbevölkerung. Hauptgrund ist eine deutlich erhöhte kardiovaskuläre Morbidität und Mortalität. Als wichtige Ursachen hierfür gelten bei Dialysepatienten unter anderem das vermehrte Auftreten systemischer Inflammation und die Störung des Kalzium-Phosphathaushaltes, welche mit vermehrter vaskulärer Kalzifikation einhergeht. Da große Beobachtungsstudien darauf hinweisen, dass aktive Vitamin D-Therapie mit einem Überlebensvorteil für Dialysepatienten assoziiert ist, besteht die Hypothese, dass Paricalcitol antiinflammatorische und verkalkungsinhibitorische Effekte haben könnte.
In dieser vorliegenden multizentrischen, doppelverblindeten, prospektiven und Placebo-kontrollierten Crossover-Studie wurden 43 Hämodialysepatienten eingeschlossen, randomisiert und zwei Behandlungssequenzen zugeordnet. In der einen Behandlungssequenz erfolgte zunächst eine 12-wöchige Behandlung mit Paricalcitol (Startdosis 2 μg/Tag) und nach einer 4-wöchigen Washout- Phase eine 12-wöchige Behandlung mit Placebo. In der anderen Behandlungssequenz erfolgte nach gleichem Modus zunächst eine Behandlung mit Placebo und dann eine Behandlung mit Paricalcitol. Die Adjustierung der Dosis der Studienmedikation erfolgte entsprechend der Werte für Kalzium, Phosphat und PTH intakt. Zur Untersuchung der Hypothese wurden Zielparameter für Inflammation (hsCRP, Hepcidin) und Kalzifikation (Fetuin A , t-ucMGP, FGF-23) in regelmäßigen Intervallen gemessen. Als primärer Endpunkt wurden die 30%-ige Senkung des hsCRP-Levels und 20%-ige Steigerung der Fetuin A-Serumwerte definiert. Sekundäre Endpunkte waren Veränderungen der Serumkonzentrationen von Hepcidin, FGF-23 und t- ucMGP.
Insgesamt wurde die Studie von 25 Patienten protokollgemäß beendet. Bezüglich der primären Zielparameter zeigten sich keine signifikanten Unterschiede zwischen der Behandlung mit Paricalcitol und Placebo. Es konnte lediglich bei hsCRP ein leichter Trend zu niedrigeren Werten unter Paricalcitolbehandlung registriert werden. Bei den sekundären Zielparametern zeigte sich eine Borderline-Signifikanz (p = 0,051) hinsichtlich höherer FGF-23- Werte unter Paricalcitol. Bei Hepcidin und t-ucMGP konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen der Behandlung mit Paricalcitol und Placebo verzeichnet werden.
In der vorliegenden Studie konnten die primären Endpunkte unter Paricalcitoltherapie somit nicht erreicht werden. Die Expression von Fetuin A wird von Paricalcitol wahrscheinlich nicht beeinflusst. Möglicherweise existiert aber ein leichter antiinflammatorischer Effekt, der eine Senkung der hsCRP- Serumwerte bedingen könnte. Des Weiteren steigert Paricalcitol die Expression von FGF-23, während die von Hepcidin und t-ucMGP unbeeinflusst zu sein scheint.
Beim akuten Herzinfarkt beträgt die 30-Tages-Mortalität immer noch rund 50%. Die Hälfte dieser Todesfälle geschieht in den ersten 2 Stunden nach Symptombeginn. Zielführend in der Therapie ist die schnelle Wiedereröffnung der verschlossenen Coronararterie. Die Leitlinien der ESC (European Society of Cardiology) empfehlen die primäre perkutane Coronarintervention (PPCI) in einem Zeitfenster von weniger als 120 bzw. 90 Minuten nach first medical contact (FMC) durchzuführen. Eine Optimierung der akuten Infarktversorgung erscheint vor diesem Hintergrund dringend erforderlich. Primäre Zielgröße des Projekts ist die Verkürzung der Contact-to-ballon-Zeit (C2B), also die Zeit zwischen FMC bis zur Ballondilatation. Voraussetzung für schnelle Reaktionszeiten und damit auch für schnelle C2B-Zeiten ist eine sichere und schnelle EKG-Diagnose bereits am präklinischen Einsatzort. Aber, Unsicherheiten bei der STEMI-Diagnostik sind gegenwärtig. Um eine Verbesserung der STEMI-Versorgung zu gewährleisten, wurde im Herzinfarktnetz Mainfranken die telemetrische 12-Kanal-EKG-Übertragung im Pilotversuch eingeführt. In der vorliegenden Arbeit wurde mit Hilfe eines prospektiv erhobenen Patientenregisters untersucht, welchen Einfluss die Etablierung telemetrischer Verfahren in der Akutversorgung von STEMI-Patienten hat. Sowohl die strukturellen Abläufe im Rahmen des Herzinfarktnetzwerkes als auch der klinische Outcome der Patienten wurden untersucht und dokumentiert. Insgesamt erfüllten über sechs Studienquartale (vom 01.01.2009 bis 30.09.2010) hinweg 310 Patienten die Einschlusskriterien. Die Ergebnisse zeigen, dass durch eine sichere, präklinische EKG-Diagnose mit Hilfe telemetrischer Verfahren, die C2B-Intervalle im Studienzeitraum signifikant reduziert wurden. Auch die innerklinische Behandlung wurde merklich beschleunigt. Zusammenfassend können mit Hilfe der telemetrischen EKG-Übertragung vier wesentliche Punkte verbessert werden. 1. die sichere Diagnosestellung des STEMI; 2. der gezielte Primärtransport in das nächstgelegene, geeignete Interventionszentrum; 3. das organsierte Bypassing der nächstgelegenen Nicht-Interventionsklinik und somit die Vermeidung von Sekundärtransporten; 4. das Bypassing der Notaufnahme und der Intensivstation der Interventionsklinik und somit die Direktübergabe im HKL.
Vaskuläre Komplikationen wie Atherosklerose sind bei Diabetikern weit verbreitet. Eine erhöhte Produktion reaktiver Sauerstoffspezies trägt zu einer Dysfunktion des Endothels bei Diabetes und hohen Glukosespiegeln bei. Glutathion (GSH) ist das häufigste zelluläre Thiol und stellt ein bedeutendens Antioxidans des menschlichen Organismus dar. Das Multidrug Resistance Protein 1 (MRP 1) ist im Endothel der Haupttransporter von oxidiertem GSH. Blockiert man MRP 1, so wird unter oxidativem Stress der intrazelluläre GSH-Spiegel erhalten.
In dieser Arbeit wird der Einfluss von MRP 1 auf die endotheliale Funktion und Produktion reaktiver Sauerstoffspezies bei Diabetes und erhöhten Glukosespiegeln anhand von MRP 1-/- -Mäusen und Wildtyp-FVB-Tieren untersucht.
Acht Wochen nach Injektion von STZ wurde die endothelabhängige Vasorelaxation an den isolierten thorakalen Aorten bestimmt. Diabetische Wildtyp-Tiere wiesen eine signifikant verminderte endothelabhängige Vasorelaxation auf. In MRP 1-/- -Tieren hingegen kam es zu keiner Beeinträchtigung der Endothelfunktion. Die endothelunabhängige Vasorelaxation war nicht signifikant unterschiedlich. STZ-induzierter Diabetes führte zu einer signifikant erhöhten Produktion von Superoxidanionen sowie Wasserstoffperoxid in Wildtyp-Tieren. Diabetische MRP 1-/- -Mäuse hingegen zeigten keinen Anstieg der Produktion reaktiver Sauerstoffspezies. Erhöhte Glukosekonzentrationen führten in vitro in humanen aortalen Endothelzellen ebenso zur erhöhten Superoxidanion-Produktion. In Zellen, in denen MRP 1 mittels siRNA herunterreguliert war, zeigte sich keine Erhöhung von Superoxidanionen. In Wildtyp-Mäusen führte Diabetes zu einer Verminderung des vaskulären GSH-Spiegels, wohingegen bei MRP 1-/- -Tieren keine Veränderung auftrat.
Diese Daten weisen auf die wichtige Rolle von MRP 1 bei der unter hohen Glukosekonzentrationen auftretenden endothelialen Dysfunktion hin. MRP 1 stellt somit einen neuen Ansatzpunkt in der Behandlung der durch Diabetes ausgelösten vaskulären Dysfunktion dar.
Background: Tumor necrosis factor-like weak inducer of apoptosis (TWEAK) and its receptor fibroblast growth factorinducible 14 (Fn14) are upregulated after myocardial infarction (MI) in both humans and mice. They modulate inflammation and the extracellular matrix, and could therefore be important for healing and remodeling after MI. However, the function of TWEAK after MI remains poorly defined.
Methods and results: Following ligation of the left coronary artery, mice were injected twice per week with a recombinant human serum albumin conjugated variant of TWEAK (HSA-Flag-TWEAK), mimicking the activity of soluble TWEAK. Treatment with HSA-Flag-TWEAK resulted in significantly increased mortality in comparison to the placebo group due to myocardial rupture. Infarct size, extracellular matrix remodeling, and apoptosis rates were not different after MI. However, HSA-Flag-TWEAK treatment increased infiltration of proinflammatory cells into the myocardium. Accordingly, depletion of neutrophils prevented cardiac ruptures without modulating all-cause mortality.
Conclusion: Treatment of mice with HSA-Flag-TWEAK induces myocardial healing defects after experimental MI. This is mediated by an exaggerated neutrophil infiltration into the myocardium.
DHEA is a precursor for the male and female sex hormones testosterone and estradiol, which are mainly secreted from the testes and the ovary, respectively. In addition, epidemiological studies showed that low serum levels of DHEA and DHEAS correlate with the incidence of autoimmune disease, cancer and cardiovascular disease. In vitro, DHEA and DHEAS influenced glucose metabolism in a favourable manner. However, positive effects of DHEA substitution were only significant adrenal insufficiency in women.
Steroid sulphotransferase 2A1 (SULT2A1) is the responsible enzyme for sulphonation of DHEA to DHEAS which is thought to be the inactive form of DHEA. In this role, SULT2A1 acts as a central regulator of steroid synthesis because sulphonation of DHEA withdraws the substrate for further downstream conversion. Another essential cofactor for sulphonation is PAPS, which is produced by the enzyme PAPS synthase (PAPSS) from ATP and anorganic sulphate. PAPSS exists in the different isoforms PAPSS1 and PAPSS2 and splice variants PAPSS2a and PAPSS2b. Changes in PAPSS activity are thought to influence sulphonation of DHEA significantly. However, neither regulation of PAPSS nor its influence on SULT2A1 have been investigated in human cell lines or humans.
The main goal of this thesis was to analyze the enzyme expression of the DHEA/DHEA shuttle, i.e. mRNA and protein of SULT2A1, PAPSS1 and PAPSS2, in various human cell lines. Furthermore, I investigated which cell line could serve as a suitable model for further research regarding regulation of SULT2A1, PAPSS1 and PAPSS2.
Here, I could show that the enzymes of the DHEA/DHEAS shuttle were expressed in the human adrenal cell line NCI-h295R as both mRNA and protein. In enzyme assays, I was able to prove conversion of DHEA to DHEAS as well as to different other steroids. However, applying Trilostane, a potent inhibitor of CYP3B, effectively directed conversion of DHEA to DHEAS. Using these findings, future experiments can investigate for example the influence of certain cytokines or endocrine disruptors on expression and activity of PAPSS1/2 and on sulphonation of DHEA. In particular, the relatively equal expression of PAPSS1 and PAPSS2 will enable us to do knock down experiments with siRNA to elucidate how the activity of one enzyme changes when the other one fails.
Sulphonation of DHEA by SULT2A1 is thought to happen in the cytoplasm or more precisely in the Golgi apparatus. However, experiments in transfected cells have shown both a cytoplasmatic and a nuclear localisation when both enzymes were expressed at the same time. Immunocytochemistry revealed the same results in the adrenal cell line NCI-h295R, where both enzymes were expressed strongly in the nucleus. The physiological role is not clear and requires further research. Presumably, sulphate is activated in the nucleus. However, one could also speculate that a shift of PAPSS to the nucleus could generate a reservoir, which can be activated by re-localisation to the cytoplasm when more PAPS is needed.
Expression of SULT2A1 in some foetal tissues has been investigated earlier. Whilst in adult human cartilage PAPSS1 is predominant, in newly born hamsters PAPSS2 is more abundantly expressed. The expression of PAPSS isoforms in highly sulphonating tissue has not been investigated in humans, so far. This work demonstrated a differential expression of SULT2A1, PAPSS1 and PAPSS2 in adult and foetal liver, adrenal and foetal cartilage tissue. In adult and foetal adrenal expression was similar. However, foetal and adult liver differed in the expression of SULT2A1, which was expressed much more in adult tissue. Most importantly, in foetal cartilage there was only a low expression of SULT2A1 and PAPS seems to mostly provided by PAPSS1, which was considerably higher expressed in cartilage than in other tissues. In contrast, PAPSS2 was mainly expressed in adult and foetal adrenal.
Additionally, we reported a case of a female patient who had been investigated for hyperandrogenism. Two mutations in the PAPSS2 gene had led to massively reduced serum levels of DHEAS. One heterozygous mutation in the domain of the APS kinase of the PAPSS2 protein leads to substitution of one amino acid at position 48 (T48R). In vitro experiments showed a residual activity of 6% for this mutation. A second mutation in the ATP sulphurylase domain of PAPSS2 was found. The introduction of thymidine instead of cytidine leads to a stop codon, which is presumed to truncate the protein at position 329 (R329X). In vitro, no residual activity was seen for this mutation. The lack of PAPS reduces sulphonation of DHEA but also sulphonation of proteoglycanes, which leads to skeletal abnormalities. The abundance of DHEA enables massive downstream conversion to androgens leading to clinical features of hyperandrogenism. Regarding the bone abnormalities, it is interesting and surprising that activity of PAPSS1 compensated to a great extent in cartilage but was not able to keep up a more considerable sulphonation of DHEA. Possibly, the subcellular localisation might play a role in this scenario.
Background
The aortic pulse-wave velocity (PWV) is an important indicator of cardiovascular risk. In recent studies MRI methods have been developed to measure this parameter noninvasively in mice. Present techniques require additional hardware for cardiac and respiratory gating. In this work a robust self-gated measurement of the local PWV in mice without the need of triggering probes is proposed.
Methods
The local PWV of 6-months-old wild-type C57BL/6J mice (n=6) was measured in the abdominal aorta with a retrospectively triggered radial Phase Contrast (PC) MR sequence using the flow-area (QA) method. A navigator signal was extracted from the CMR data of highly asymmetric radial projections with short repetition time (TR=3 ms) and post-processed with high-pass and low-pass filters for retrospective cardiac and respiratory gating. The self-gating signal was used for a reconstruction of high-resolution Cine frames of the aortic motion. To assess the local PWV the volume flow Q and the cross-sectional area A of the aorta were determined. The results were compared with the values measured with a triggered Cartesian and an undersampled triggered radial PC-Cine sequence.
Results
In all examined animals a self-gating signal could be extracted and used for retrospective breath-gating and PC-Cine reconstruction. With the non-triggered measurement PWV values of 2.3±0.2 m/s were determined. These values are in agreement with those measured with the triggered Cartesian (2.4±0.2 m/s) and the triggered radial (2.3±0.2 m/s) measurement. Due to the strong robustness of the radial trajectory against undersampling an acceleration of more than two relative to the prospectively triggered Cartesian sampling could be achieved with the retrospective method.
Conclusion
With the radial flow-encoding sequence the extraction of a self-gating signal is feasible. The retrospective method enables a robust and fast measurement of the local PWV without the need of additional trigger hardware.
Fabry disease is a rare X-linked hereditary disease caused by mutations in the AGAL gene encoding the lysosomal enzyme alpha-galactosidase A. Enzyme replacement therapy (ERT) is the current cornerstone of Fabry disease management. Involvement of kidney, heart and the central nervous system shortens life span, and fibrosis of these organs is a hallmark of the disease. Fibrosis was initially thought to result from tissue ischemia secondary to endothelial accumulation of glycosphingolipids in the microvasculature. However, despite ready clearance of endothelial deposits, ERT is less effective in patients who have already developed fibrosis. Several potential explanations of this clinical observation may impact on the future management of Fabry disease. Alternative molecular pathways linking glycosphingolipids and fibrosis may be operative; tissue injury may recruit secondary molecular mediators of fibrosis that are unresponsive to ERT, or fibrosis may represent irreversible tissue injury that limits the therapeutic response to ERT. We provide an overview of Fabry disease, with a focus on the assessment of fibrosis, the clinical consequences of fibrosis, and recent advances in understanding the cellular and molecular mechanisms of fibrosis that may suggest novel therapeutic approaches to Fabry disease.
Die Simulationstechnologie in der Medizin hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht. In der Zwischenzeit gibt es auch für Herzkatheteruntersuchungen und -interventionen „Virtual reality“ Simulatoren, die ein realistisches Training von Kathetereingriffen erlauben. Nicht geklärt ist bislang, ob Simulationstraining das Stressniveau des Untersuchers reduzieren kann.
Im Rahmen dieser Studie wurde zur Beantwortung der genannten Fragestellung der Effekt von Virtual-Reality-Training auf das Stressniveau von Anfängern in der interventionellen Kardiologie untersucht. Hierzu wurde eine randomisiert-stratifizierte Studie bei 33 Anfängern in der interventionellen Kardiologie durchgeführt. Die Probanden wurden in eine Kontroll- und Simulationsgruppe aufgeteilt. Die Simulationsgruppe erhielt ein achtstündiges intensives Training an verschiedenen Simulatoren, während die Kontrollgruppe kein Simulationstraining, sondern lediglich eine theoretische Wissensvermittlung erhielt. Alle Teilnehmer mussten unter realitätsnahen Umständen im Herzkatheterlabor der Universitätsklinik Würzburg innerhalb von 30 Minuten eine PCI an einem pulsatilen Herzkreislaufmodell durchführen. Die Probanden dokumentierten vor und nach der Prä- und Postevaluation ihr aktuelles „Befinden“ anhand eines psychologi-schen Fragebogens PANAS. Ebenso wurden die Probanden hinsichtlich ihrer manuellen Fähigkeiten nach einem strukturierten Evaluationsbogen von einem interventionell tätigen Kardiologen bewertet
Die Ergebnisse zeigten initial für die Parameter „aktiv, interessiert, freudig erregt, stark, angeregt, stolz, begeistert, wach, entschlossen und aufmerksam“ des Fragebogens PANAS keinen gruppenspezifischen Unterschied. Nach einem achtstündigen Simulationstraining gab die Simulationsgruppe eine signifikante Reduktion des Stressniveaus im Vergleich zur Kontrollgruppe an.
Die aktuelle Studie zeigte, dass das Training an den Virtual Reality Simulatoren die herkömmliche Ausbildung in effektiver Weise ergänzen kann.
Weitere Studien mit einer größeren und zugleich homogeneren Stichprobengröße sind nötig, um die genannten Hypothesen zu bestätigen.
Background: Homoarginine is an amino acid derivative mainly synthesized in the kidney. It is suggested to increase nitric oxide availability, enhance endothelial function and to protect against cardiovascular diseases. We aimed to investigate the relation between homoarginine, kidney function and progression of chronic kidney disease (CKD).
Methods: We measured plasma homoarginine concentrations in baseline samples of the Mild to Moderate Kidney Disease (MMKD) Study, a prospective cohort study of 227 patients with CKD in Europe. Homoarginine concentrations were available in 182 of the baseline samples and in 139 of the prospectively-followed patients. We correlated homoarginine concentrations to parameters of kidney function. The association between homoarginine and progression of CKD was assessed during a follow-up of up to seven years (median 4.45 years, interquartile range 2.54-5.19) using Cox regression analysis. Progression of CKD was defined as doubling of baseline serum creatinine and/or end-stage renal disease.
Results: Study participants were at baseline on average 47 \(\pm\)13 years old and 65% were male. Mean \(\pm\) standard deviation of homoarginine concentrations were \(2.5 \pm 1.1 \mu mol/L\) and concentrations were incrementally lower at lower levels of GFR with mean concentrations of \(2.90 \pm 1.02 \mu mol/L\) (GFR. 90 ml/min), \(2.64 \pm 1.06 \mu mol/L\) (GFR 60-90 ml/min), \(2.52 \pm 1.24 \mu mol/L\) (GFR 30-60 ml/min) and \(2.05 \pm 0.78 \mu mol/L\) (GFR, 30 ml/min), respectively (p = 0.002). The age-and sex-adjusted risk to reach the renal endpoint was significantly higher by 62% with each decrease by one standard deviation (\(1.1 \mu mol/L\)) of homoarginine (HR 1.62, 95% CI 1.16-2.27, p = 0.005). This association was independent of proteinuria (HR 1.56, 95% CI 1.11-2.20, p = 0.01), and was slightly attenuated when adjusting for GFR (HR 1.40 (95% CI 0.98-1.98, p = 0.06).
Conclusions: Homoarginine concentrations are directly correlated with kidney function and are significantly associated with the progression of CKD. Low homoarginine concentrations might be an early indicator of kidney failure and a potential target for the prevention of disease progression which needs further investigations.
The prevalence of chronic heart failure is still increasing making it a major health issue in the 21st century. Tremendous evidence has emerged over the past decades that heart failure is associated with a wide array of mechanisms subsumed under the term "inflammation". Based on the great success of immuno-suppressive treatments in auto-immunity and transplantation, clinical trials were launched targeting inflammatory mediators in patients with chronic heart failure. However, they widely lacked positive outcomes. The failure of the initial study program directed against tumor necrosis factor-a led to the search for alternative therapeutic targets involving a broader spectrum of mechanisms besides cytokines. We here provide an overview of the current knowledge on immune activation in chronic heart failure of different etiologies, summarize clinical studies in the field, address unresolved key questions, and highlight some promising novel therapeutic targets for clinical trials from a translational basic science and clinical perspective.
PDZ (PSD-95/Disc large/Zonula occludens-1) protein interaction domains bind to cytoplasmic protein C-termini of transmembrane proteins. In order to identify new interaction partners of the voltage-gated L-type \(Ca^{2+}\) channel Cav1.2 and the plasma membrane \(Ca^{2+}\) ATPase 4b (PMCA4b), we used PDZ domain arrays probing for 124 PDZ domains. We confirmed this byGST pulldowns and immunoprecipitations. In PDZ arrays, strongest interactionswith \(Ca_v1.2\) and PMCA4b were found for the PDZ domains of SAP-102, MAST-205, MAGI-1, MAGI-2, MAGI-3, and ZO-1. We observed binding of the \(Ca_v1.2\) C-terminus to PDZ domains of NHERF1/2, Mint-2, and CASK. PMCA4b was observed to interact with Mint-2 and its known interactions with Chapsyn-110 and CASK were confirmed. Furthermore, we validated interaction of \(Ca_v1.2\) and PMCA4b with NHERF1/2, CASK,MAST-205 and MAGI-3 viaimmunoprecipitation. We also verified the interaction of \(Ca_v1.2\) and nNOS and hypothesized that nNOS overexpression might reduce \(Ca^{2+}\) influx through \(Ca_v1.2\). To address this, we measured \(Ca^{2+}\) currents in HEK 293 cells co-expressing \(Ca_v1.2\) and nNOS and observed reduced voltage-dependent \(Ca_v1.2\) activation. Taken together, we conclude that \(Ca_v1.2\) and PMCA4b bind promiscuously to various PDZ domains, and that our data provides the basis for further investigation of the physiological consequences of these interactions.
A 74-year-old man was admitted to the cardiac catheterization laboratory with acute myocardial infarction. After successful angioplasty and stent implantation into the right coronary artery, he developed cardiogenic shock the following day. Echocardiography showed ventricular septal rupture. Cardiac magnet resonance imaging (MRI) was performed on the critically ill patient and provided detailed information on size and localization of the ruptured septum by the use of fast MRI sequences. Moreover, the MRI revealed that the ventricular septal rupture was within the myocardial infarction area, which was substantially larger than the rupture. As the patient’s condition worsened, he was intubated and had intra-aortic balloon pump implanted, and extracorporeal membrane oxygenation was initiated. During the following days, the patient’s situation improved, and surgical correction of the ventricular septal defect could successfully be performed. To the best of our knowledge, this case report is the first description of postinfarction ventricular septal rupture by the use of cardiac MRI in an intensive care patient with cardiogenic shock and subsequent successful surgical repair.
Objectives
The aim of this study was to explore the left ventricular (LV) deformation changes and the potential impact of deformation on outcome in patients with proven light-chain (AL) amyloidosis and LV hypertrophy.
Background
Cardiac involvement in AL amyloidosis patients is associated with poor outcome. Detecting regional cardiac function by advanced non-invasive techniques might be favorable for predicting outcome.
Methods
LV longitudinal, circumferential and radial peak systolic strains (Ssys) were assessed by speckle tracking imaging (STI) in 44 biopsy-proven systemic AL amyloidosis patients with LV hypertrophy (CA) and in 30 normal controls. Patients were divided into compensated (n = 18) and decompensated (n = 26) group based on clinical assessment and followed-up for a median period of 345 days.
Results
Ejection fraction (EF) was preserved while longitudinal Ssys (LSsys) was significantly reduced in both compensated and decompensated groups. Survival was significantly reduced in decompensated group (35% vs. compensated 78%, P = 0.001). LSsys were similar in apical segments and significantly reduced in basal segments between two patient groups. LSsys at mid-segments were significantly reduced in all LV walls of decompensated group. Patients were further divided into 4 subgroups according to the presence or absence of reduced LSsys in no (normal), only basal (mild), basal and mid (intermediate) and all segments of the septum (severe). This staging revealed continuously worse prognosis in proportion to increasing number of segments with reduced LSsys (mortality: normal 14%, mild 27%, intermediate 67%, and severe 64%). Mid-septum LSsys<11% suggested a 4.8-fold mortality risk than mid-septum LSsys≥11%. Multivariate regression analysis showed NYHA class and mid-septum LSsys were independent predictors for survival.
Conclusions
Reduced deformation at mid-septum is associated with worse prognosis in systemic amyloidosis patients with LV hypertrophy.
Background
Surgical procedures in small animal models of heart disease might evoke alterations in cardiac morphology and function. The aim of this study was to reveal and quantify such potential artificial early or long term effects in vivo, which might account for a significant bias in basic cardiovascular research, and, therefore, could potentially question the meaning of respective studies.
Methods
Female Wistar rats (n = 6 per group) were matched for weight and assorted for sham left coronary artery ligation or control. Cardiac morphology and function was then investigated in vivo by cine magnetic resonance imaging at 7 Tesla 1 and 8 weeks after the surgical procedure. The time course of metabolic and inflammatory blood parameters was determined in addition.
Results
Compared to healthy controls, rats after sham surgery showed a lower body weight both 1 week (267.5±10.6 vs. 317.0±11.3 g, n<0.05) and 8 weeks (317.0±21.1 vs. 358.7±22.4 g, n<0.05) after the intervention. Left and right ventricular morphology and function were not different in absolute measures in both groups 1 week after surgery. However, there was a confined difference in several cardiac parameters normalized to the body weight (bw), such as myocardial mass (2.19±0.30/0.83±0.13 vs. 1.85±0.22/0.70±0.07 mg left/right per g bw, p<0.05), or enddiastolic ventricular volume (1.31±0.36/1.21±0.31 vs. 1.14±0.20/1.07±0.17 µl left/right per g bw, p<0.05). Vice versa, after 8 weeks, cardiac masses, volumes, and output showed a trend for lower values in sham operated rats compared to controls in absolute measures (782.2±57.2/260.2±33.2 vs. 805.9±84.8/310.4±48.5 mg, p<0.05 for left/right ventricular mass), but not normalized to body weight. Matching these findings, blood testing revealed only minor inflammatory but prolonged metabolic changes after surgery not related to cardiac disease.
Conclusion
Cardio-thoracic surgical procedures in experimental myocardial infarction cause distinct alterations upon the global integrity of the organism, which in the long term also induce circumscribed repercussions on cardiac morphology and function. This impact has to be considered when analyzing data from respective animal studies and transferring these findings to conditions in patients.
Background
Fabry disease is an inborn lysosomal storage disorder which is associated with small fiber neuropathy. We set out to investigate small fiber conduction in Fabry patients using pain-related evoked potentials (PREP).
Methods
In this case–control study we prospectively studied 76 consecutive Fabry patients for electrical small fiber conduction in correlation with small fiber function and morphology. Data were compared with healthy controls using non-parametric statistical tests. All patients underwent neurological examination and were investigated with pain and depression questionnaires. Small fiber function (quantitative sensory testing, QST), morphology (skin punch biopsy), and electrical conduction (PREP) were assessed and correlated. Patients were stratified for gender and disease severity as reflected by renal function.
Results
All Fabry patients (31 men, 45 women) had small fiber neuropathy. Men with Fabry disease showed impaired cold (p < 0.01) and warm perception (p < 0.05), while women did not differ from controls. Intraepidermal nerve fiber density (IENFD) was reduced at the lower leg (p < 0.001) and the back (p < 0.05) mainly of men with impaired renal function. When investigating A-delta fiber conduction with PREP, men but not women with Fabry disease had lower amplitudes upon stimulation at face (p < 0.01), hands (p < 0.05), and feet (p < 0.01) compared to controls. PREP amplitudes further decreased with advance in disease severity. PREP amplitudes and warm (p < 0.05) and cold detection thresholds (p < 0.01) at the feet correlated positively in male patients.
Conclusion
Small fiber conduction is impaired in men with Fabry disease and worsens with advanced disease severity. PREP are well-suited to measure A-delta fiber conduction.
Das Nebennierenrindenkarzinom ist eine hochmaligne Erkrankung und hat eine schlechte Prognose. Mitotane ist bis heute die einzige hierfür zugelassene Therapie. Um die molekularen Mechanismen der Mitotanetherapie besser zu verstehen, wurde die Nebennierenkarzinom-Zelllinie NCI-H295 mit unterschiedlichen Konzentrationen von Mitotane inkubiert und die Wirkung auf mehreren Ebenen untersucht. Dabei kam der Untersuchung der Steroidogenese und apoptotischer Vorgänge ein besonderer Fokus zu. In den Hormonanalysen via Immunoassay zeigte sich eine zeit- und konzentrationsabhängige Hemmung der adrenalen Steroidsekretion. So kam es unter 24-stündiger Inkubation mit 100µM Mitotane zu einer Reduktion der Cortisolsekretion um 89%. Diese Hormonsuppression geht einher mit einer Herabregulation von steroidogenen Enzymen in den durchgeführten Microarray-basierten Genexpressionsanalysen. So konnte gezeigt werden, dass vor allem Steroidbiosynthese-Enzyme der Zona fasciculata und reticularis betroffen sind. Als weitere wichtige Gene im Zusammenhang mit der Beeinflussung des Steroidhaushalts unter Mitotanetherapie konnten SQLE, LDLR, SCD, SREBF1 und ABCG1 identifiziert werden.
Gleichzeitig konnte durch Durchflusszytometrie und Zelltod-ELISA die proapoptotische Wirkung von Mitotane gezeigt werden (FACS: 100µM Mitotane, 24 Stunden; Zunahme der Apoptose um den Faktor 2,13). Dies bestätigte sich beispielsweise auch in der Überexpression des Apoptosegens BAX in der Real-Time-PCR. Weiterhin zeigte der RNA-Microarray eine starke Expressionszunahme bei Genen, die mit dem programmierten Zelltod zusammenhängen wie GDF15, DUSP4, TRIB3 und CHOP.
Ausgehend von den klinischen Effekten und bestätigt durch die oben genannten in vitro Ergebnisse bewirkt Mitotane auch molekular folgende Änderungen in Nebennierenrindenzellen: Hemmung der Steroidogenese und Induktion von Apotose. Es stellt sich damit die Frage, ob diese Mechanismen parallel und separat voneinander ablaufen oder ob es einen gemeinsamen Nenner gibt.
Interessanterweise ergab die Analyse der Genexpressionsdaten, dass viele der proapoptotischen Gene mit dem sogenannten ER-Stress zusammenhängen. Einerseits könnte Mitotane durch direkte Inhibition der Hormonsekretion wirken, andererseits könnte ER-Stress durch Mitotane-induzierte-Bildung toxischer Lipide, wie Cholesterol, ausgelöst werden. Um den genauen Wirkmechanismus endgültig zu klären, werden weitere Experimente benötigt.
Mitotane-induzierter ER-Stress liefert einen vollständig neuen Blickwinkel auf die molekulare Wirkweise von Mitotane auf Nebennierenrindenkarzinomzellen. Gerade da die Mediatoren des ER-Stresses gut definiert und ER-Stress spezifisch sind, könnten sie sinnvolle Ziele in der Therapie darstellen. Die Beobachtung, dass Mitotane ER-Stress hervorruft, könnte in Zukunft somit zur Entwicklung wirksamerer und spezifischerer Therapien des Nebennierenrindenkarzinoms führen und so die infauste Prognose dieser malignen Krankheit verbessern.
A large number of metabolic waste products accumulate in the blood of patients with renal failure. Since these solutes have deleterious effects on the biological functions, they are called uremic toxins and have been classified in three groups: 1) small water soluble solutes (MW < 500 Da), 2) small solutes with known protein binding (MW < 500 Da), and 3) middle molecules (500 Da < MW < 60 kDa). Protein bound uremic toxins are poorly removed by conventional hemodialysis treatments because of their high protein binding and high distribution volume. The prototypical protein bound uremic toxins indoxyl sulfate (IS) and p-cresyl sulfate (pCS) are associated with the progression of chronic kidney disease, cardiovascular outcomes, and mortality of patients on maintenance hemodialysis. Furthermore, these two compounds are bound to albumin, the main plasma protein, via electrostatic and/or Van-der-Waals forces. The aim of the present thesis was to develop a dialysis strategy, based on the reversible modification of the ionic strength in the blood stream by increasing the sodium chloride (NaCl) concentration, in order to enhance the removal of protein bound substances, such as IS and pCS, with the ultimate goal to improve clinical patient outcomes. Enhancing the NaCl concentration ([NaCl]) in both human normal and uremic plasma was efficient to reduce the protein bound fraction of both IS and pCS by reducing their binding affinity to albumin. Increasing the ionic strength was feasible during modified pre-dilution hemodiafiltration (HDF) by increasing the [NaCl] in the substitution fluid. The NaCl excess was adequately removed within the hemodialyzer. This method was effective to increase the removal rate of both protein bound uremic toxins. Its ex vivo hemocompatibility, however, was limited by the osmotic shock induced by the high [NaCl] in the substituate. Therefore, modified pre-dilution HDF was further iterated by introducing a second serial cartridge, named the serial dialyzers (SDial) setup. This setting was validated for feasibility, hemocompatibility, and toxin removal efficiency. A better hemocompatibility at similar efficacy was obtained with the SDial setup compared with the modified pre-dilution HDF. Both methods were finally tested in an animal sheep model of dialysis to verify biocompatibility. Low hemolysis and no activation of both the complement and the coagulation systems were observed when increasing the [NaCl] in blood up to 0.45 and 0.60 M with the modified pre-dilution HDF and the SDial setup, respectively. In conclusion, the two dialysis methods developed to transitory enhance the ionic strength in blood demonstrated adequate biocompatibility and improved the removal of protein bound uremic toxins by decreasing their protein bound fraction. The concepts require follow-on clinical trials to assess their in vivo efficacy and their impact on long-term clinical outcomes.
Die Nierentransplantation ist neben den verschiedenen Formen der Dialyse die wichtigste Therapieform für Patienten mit terminaler Niereninsuffizienz.
In dieser retrospektiven, monozentrischen Analyse wurden 204 Patienten erfasst, die von 2000 bis 2007 eine Nierentransplantation im Universitätsklinikum Würzburg erhalten hatten. Die Patienten wurden an Hand ihrer Nierenfunktion in vier Gruppen eingeteilt und miteinander verglichen. Ziel dieser Studie war es, Einflussfaktoren auf die Nierenfunktion, Komplikationen und Kosten im ersten Jahr nach Nierentransplantation zu untersuchen.
Wir konnten zeigen, dass eine längere Wartezeit auf ein Spenderorgan und ein hoher präoperativer BMI mit einer schlechteren Nierenfunktion nach Transplantation assoziiert waren. Außerdem fiel auf, dass in den Gruppen mit besserer Nierenfunktion nach Transplantation häufiger Lebendspenden durchgeführt worden waren.
Zu den häufigsten Komplikationen im ersten Jahr nach Nierentransplantation gehörten Anämien, akute Abstoßungsreaktionen, die verzögerte Funktionsaufnahme des Organs, Infektionen, arterielle Hypertonie und Verschlechterungen der Transplantatfunktion. Eine höhere Komplikationsrate war mit einer schlechteren Nierenfunktion und höheren Kosten assoziiert. Der Kostenmehraufwand ergab sich aus der Zunahme an ambulanten Interventionen sowie verlängerten bzw. zusätzlichen stationären Aufenthalten. In unserer Studie hatte die Gruppe mit der schlechtesten Nierenfunktion die meisten Komplikationen und verursachte so die höchsten Kosten.
Wir errechneten einen Gesamtkostenbetrag von 43.000€ im ersten Jahr nach Nierentransplantation pro Patient. 48 % der Gesamtkosten entfielen dabei auf die DRG-Pauschale der Transplantation selbst, 28% auf die immunsuppressive Therapie sowie 10 % auf die Therapie und Prophylaxe von Infektionen.
Somit lagen unsere Kosten für eine Nierentransplantation im ersten Jahr verglichen mit den Kosten für die Hämodialyse in anderen, aktuellen Studien gleich oder höher. Im Vergleich zu den Kosten der Peritonealdialyse anderer Studien waren sie durchgehend höher. Die Kosten für einen transplantierten Patienten reduzierten sich laut Studien jedoch deutlich ab dem zweiten Jahr auf durchschnittlich 12.000€. Die Kosten einer Hämodialyse beliefen sich je nach Studie auf 28.000-43.000 € pro Jahr. Eine Peritonealdialyse kostete ca. 25.000€.
Damit ist die Transplantation mittel- und langfristig die günstigste Therapieform. Aus finanzieller Sicht sollten mehr dialysepflichtige Patienten mittels Peritonealdialyse behandelt und die Transplantationszahlen möglichst gesteigert werden.
Da die Anzahl an Nierentransplantationen von Risikopatienten weiter steigen wird, ist mit einer Zunahme von behandlungsbedürftigen Komplikationen und nachfolgend mit einer Kostensteigerung zu rechnen. Zukünftig sollte versucht werden, Wartezeiten zu reduzieren, die Anzahl der Lebendspenden zu steigern und möglichst Normalgewicht vor Transplantation zu erreichen.
Um dem Kostenanstieg entgegenzuwirken, sollten Kosteneinsparungen durch Optimierung der immunsuppressiven Schemata und verstärkten Einsatz von Generika realisiert werden. Auch eine bessere Infektionsprophylaxe sowie ein frühzeitiges Erkennen und Behandeln von manifesten Infektionen könnten die Kosten weiter reduzieren und die Transplantation ökonomisch noch attraktiver werden lassen.