Molekulare und strukturelle Veränderungen der Skelettmuskulatur von Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz: Bedeutung für die Belastungsintoleranz
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2002
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INHALTSVERZEICHNIS
1.0 EINLEITUNG
1.1 CHRONISCHE HERZINSUFFIZIENZ.
5
1.1.1 DEFINITION UND AETIOLOGIE. 5
1.1.2 KONZEPTE FUER DIE PROGRESSION DER HERZINSUFFIZIENZ. 6
1.1.2.1 KLASSISCH EINDIMENSIONALES KONZEPT. 6
1.1.2.2 NEUROHUMORALES KONZEPT. 6
1.1.2.3 CHRONISCH ENTZUENDLICHES KONZEPT.
7
1.2 PERIPHERE SKELETTMUSKULATUR. 8
1.2.1 DEKONDITIONIERUNG. 8
1.2.2 REDUZIERTER PERIPHERER BLUTFLUSS. 9
1.3 STICKSTOFFMONOXID-SYNTHASEN. 10
1.3.1 KONSTITUTIV EXPRIMIERTE ISOFORMEN. 11
1.3.1.1 ISOFORM I (B-NOS ODER N-NOS). 11
1.3.1.2 ISOFORM III (ECNOS ODER CNOS).;R. 11
1.3.2 INDUZIERBARE ISOFORM. 12
1.3.2.1 ISOFORM II (INOS). 12
1.4 EXPRESSION INFLAMMATORISCHER ZYTOKINE BEI HERZINSUFFIZIENZ. 13
1.5 HERZINSUFFIZIENZ UND APOPTOSE. 16
1.6 ENERGIEMETABOLISMUSES DER SKELETTMUSKULATUR VON PATIENTEN MIT
CHRONISCHER
HERZINSUFFIZIENZ. 17
1.7 EINFLUSS VON KOERPERLICHEM TRAINING AUF DIE LEISTUNGSFAEHIGKEIT UND
SKELETT
MUSKELVERAENDERUNGEN BEI PATIENTEN MIT CHRONISCHER HERZINSUFFIZIENZ. 20
1.8 FRAGESTELLUNG DER ARBEIT. 21
2.0 MATERIAL UND METHODEN
2.1 SKELETTMUSKELBIOPSIE. 23
2.2 BESTIMMUNG DER MAXIMALEN SAUERSTOFFAUFNAHME MITTELS ERGOSPIROMETRIE.
23
2.3 TRAININGSPROTOKOLL. 24
2.4 IMMUNOHISTOCHEMISCHE NACHWEISVERFAHREN VON. 24
2.4.1 INDUZIERBARER STICKSTOFFINONOXID-SYNTHASE (INOS).
24
2.4.2 NITROTYROSIN-NACHWEIS. 25
2.4.3 BCL-2. 26
2.4.4 INTERLEUKIN 1-SS.;. 27
2.4.5 TUMOR NEKROSIS FAKTOR-A. 27
2.4.6 INTERFERON-Y. 28
2.4.7 AKTIN. 28
2.5 APOPTOSENACHWEIS MITTELS TUNEL. 29
2.6 ISOLATION VON TOTALER RNA AUS ZELLEN ODER GEWEBE. 30
2.7 POLYMERASENKETTENREAKTION (PCR). 31
2.8 REVERSE TRANSKRIPTION. 33
2.9 PRIMER-SEQUENZEN. 33
2.10 LIGATION UND TRANSFORMATION. 34
2.10.1 LIGATION VON PCR FRAGMENTEN. 35
2.10.2 TRANSFORMATION 35
1
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN
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2.11 DNA-SEQUENZANALYSE. 37
2.12 BESTIMMUNG VON ZYTOKINEN IM SERUM MITTELS ELISA. 38
2.13 PROTEINBESTIMMUNG NACH LOWRY. 38
2.14 BESTIMMUNG VON ENZYMAKTIVITAETEN. 39
2.14.1 KREATIN-KINASE. 39
2.14.2 CITRAT-SYNTHASE. 40
2.14.3 LAKTAT-DEHYDROGENASE. 40
2.14.4 CYTOCHROM C-OXIDASE. 40
2.15 DISKONTINUIERLICHE SDS-GELELEKTROPHORESE (PAGE). 41
2.16 ELEKTROTRANSFER UND SPEZIFISCHER NACHWEIS VON PROTEINEN AUF
PVDF-MEM-
BRANEN (WESTERNBLOT). 42
2.17 ZELLKULTUR. 43
2.18 GRIESS-REAKTION. 44
2.19 STATISTIK. 45
3.0 RESULTATE
3.1 NACHWEIS VON INDUZIERBARER STICKSTOFFMONOXID-SYNTHASE (INOS) IM
SKELETT
MUSKEL VON PATIENTEN MIT CHRONISCHER HERZINSUFFIZIENZ. 46
3.1.1 PATIENTENCHARAKTERISTIKA. 46
3.1.2 NACHWEIS VON INDUZIERBARER STICKSTOFFINONOXID-SYNTHASE (INOS) IM
SKELETT
MUSKEL VON PATIENTEN MIT CHRONISCHER HERZINSUFFIZIENZ. 47
3.1.3 KORRELATION ZWISCHEN DER IMMUNOHISTOCHEMISCHEN- UND RT-PCR QUANTI
FIZIERUNG DER INOS-EXPRESSION. 48
3.1.4 KORRELATION DER INOS-EXPRESSION ZUM GEHALT AN NITROTYROSIN. 49
3.1.5 KORRELATION DER INOS-EXPRESSION MIT DER KOERPERLICHEN
LEISTUNGSFAEHIKEIT. 50
3.1.6 KORRELATION DER INOS-EXPRESSION MIT DER LINKSVENTRIKULAEREN
AUSWURF-
FFAKTION. 51
3.2 EXPRESSION VON INFLAMMATORISCHEN ZYTOKINEN: ZUSAMMENHANG MIT DER EX
PRESSION DER INDUZIERBAREN STICKSTOFFMONOXID-SYNTHASE. 51
3.2.1 IN VITRO UNTERSUCHUNGEN AN L6-RATTEN-SKELETTMUSKELMYOBLASTEN. 52
3.2.1.1 ZYTOKIN-VERMITTELTE STIMMULATION DER INOS-EXPRESSION BEI L6 RAT
TEN SKELETTMUSKEL MYOBLASTEN. 52
3.2.1.2 ZEITLICHER ABLAUF DER ZYTOKIN-VERMITTELTEN INOS-EXPRESSION. 53
3.2.1.3 PRIMING EXPERIMENTE. 55
3.2.1.4 EXPRESSION VON IL-LSS REZEPTOR NACH Y-IFN PRIMING. 56
3.2.1.5 INTRAZELLULAERE SIGNALKASKADE DER ZYTOKIN ABHAENGIGEN INOS-INDUKT-
ION. 57
3.2.2 IN VIVO UNTERSUCHUNGEN. 58
3.2.2.1 PATIENTENCHARAKTERISTIKA. 58
3.2.2.2 KONZENTRATION UND EXPRESSION INFLAMMATORISCHER ZYTOKINE IM
SERUM UND SKELETTMUSKEL VON PATIENTEN MIT CHRONISCHER HERZ
INSUFFIZIENZ . 58
3.2.2.3 KORRELATION DER INOS-EXPRESSION IM SKELETTMUSKEL UND DER LOKALEN
EXPRESSION VON INFLAMMATORISCHEN ZYTOKINEN. 60
3.3 REDUKTION VON MITOCHONDRIALER KREATINKINASE IM SKELETTMUSKEL VON
PATIEN
TEN MIT CHRONISCHER HERZINSUFFIZIENZ. 62
3.3.1 PATIENTENCHARAKTERISTIKA. 62
2
3.3.2 NACHWEIS DER MITOCHONDRIALEN KREATINKINASE IM SKELETTMUSKEL VON
PATIEN
TEN MIT CHRONISCHER HERZINSUFFIZIENZ. 63
3.3.3 AKTIVITAET DER TOTALEN KREATINKINASE IM SKELETTMUSKELHOMOGENAT. 64
3.3.4 KORRELATION DER MI-CK EXPRESSION MIT DER MAXIMALEN
SAUERSTOFFAUFHAHME
(VCHMAX). 54
3.3.5 ZUSAMMENHANG ZWISCHEN DER EXPRESSION VON INDUZIERBARER STICKSTOFF-
MONOXID-SYNTHASE UND DER MI-CK PROTEINMENGE. 65
3.4 NACHWEIS VON APOPTOSE IM SKELETTMUSKEL VON PATIENTEN MIT CHRONISCHER
HERZINSUFFIZIENZ. 66
3.4.1 PATIENTENCHARAKTERISTIKA. 66
3.4.2 APOPTOSE IM SKELETTMUSKEL UND DIE KORRELATION ZUR
BELASTUNGSFAEHIGKEIT. 67
3.4.3 NACHWEIS VON INOS UND BCL-2 EXPRESSION UND DEREN BEZIEHUNG ZUR
APOPTOSE. 70
3.4.4 EXPRESSION DES APOPTOSE REPRESSOR PROTEINS ARC IN DER
SKELETTMUSKULATUR
VON CHF-PATIENTEN. 72
3.5 SEQUENZANALYSE DER HUMANEN INOS IM SKELETT- UND HERZMUSKEL BEI
PATIENTEN
MIT CHRONISCHER HERZINSUFFIZIENZ. 73
3.5.1 RT-PCR-AMPLIFIKATION VON INDUZIERBARER NOS".7. 73
3.5.2 ALIGNMENT DER AMPLIFIZIERTEN INOS FRAGMENTE UND SEQUENZVERGLEICH.
74
3.6 EINFLUSS VON KOERPERLICHEM TRAINING AUF DIE EXPRESSION VON
INDUZIERBARER
STICKSTOFFMONOXID-SYNTHASE (INOS), DIE KOERPERLICHE BELASTBARKEIT UND DER
CYTOCHROM C OXIDASE. 81
3.6.1 PATIENTENCHARAKTERISTIKA. 81
3.6.2 EINFLUSS VON 6-MONATIGEM KOERPERLICHEM TRAINING BEI PATIENTEN MIT
CHF AUF
DIE KOERPERLICHE BELASTBARKEIT. 81
3.6.3 INOS-EXPRESSION VOR UND NACH 6-MONATEN KOERPERLICHEM TRAINING. 82
3.6.4 EINFLUSS VON KOERPERLICHEM TRAINING AUF DIE LOKALE EXPRESSION VON
IL-LSS UND
TNF-A IM SKELETTMUSKEL VON CHF-PATIENTEN. 84
3.6.5 EINFLUSS VON KOERPERLICHEM TRAINING AUF DIE AKTIVITAET- UND
PROTEINMENGE DER
CYTOCHROM C-OXIDASE (COX). 86
3.6.6 KORRELATION ZWISCHEN DER TRAININGSINDUZIERTEN VERAENDERUNG DER
INOS-
EXPRESSION UND DER COX-AKTIVITAET. 87
3.6.7 BEDEUTUNG DER TRAININGSINDUZIERTEN VERAENDERUNG DER INOS-EXPRESSION
UND
DER COX-AKTIVITAET FUER DIE VERBESSERUNG DER KOERPERLICHEN
LEISTUNGSFAEHIGKEIT 88
4.0 DISKUSSION
4.1 EXPRESSION VON INOS IM SKELETTMUSKEL. 91
4.2 PATHOPHYSIOLOGISCHE KONSEQUENZEN EINER ERHOEHTEN INOS-EXPRESSION IM
92
SKELETTMUSKEL VON PATIENTEN MIT CHRONISCHER HERZINSUFFIZIENZ.
4.2.1 VERAENDERUNGEN IM ENERGIESTOFFWECHSELS DES SKELETTMUSKELS. 94
4.2.1.1 REDUKTION DER CYTOCHROM C-OXIDASE. 94
4.2.1.2 VERAENDERUNGEN IM KREATINKINASESYSTEM. 94
4.2.2 APOPTOSE IM SKELETTMUSKEL VON PATIENTEN MIT CHRONISCHER
HERZINSUFFIZIENZ . 96
4.3 REGULATION DER INOS-EXPRESSION IM SKELETTMUSKEL: ROLLE
INFLAMMATORISCHER
ZYTOKINE. 9G
4.3.1 INDUKTION DER INOS-EXPRESSION IN EINEM IN VITRO MODELL DURCH
INFLAM
MATORISCHE ZYTOKINE. 98
4.3.2 INTRAZELLULAERE SIGNALKASKADE DER ZYTOKINVERMITTELTEN
INOS-EXPRESSION. 100
3
4.3.3 NACHWEIS INFLAMMATORISCHER ZYTOKINE IM SKELETTMUSKEL VON PATIENTEN
MIT
CHRONISCHER HERZINSUFFIZIENZ: BEDEUTUNG FUER DIE INOS-EXPRESSION. 102
4.4 SEQUENZANALYSE DER INOS IM HERZ- UND SKELETTMUSKEL VON PATIENTEN MIT
CHRONISCHER HERZINSUFFIZIENZ. 103
4.5 THERAPEUTISCHE INTERVENTION DURH KOERPERLICHES TRAINING: BEDEUTUNG
FUER DIE
EXPRESSION DER INDUZIERBAREN STICKSTOFLMONOXID-SYNTHASE UND DEN ENERGIE
STOFFWECHSEL . 104
4.5.1 TRAININGSINDUZIERTE VERAENDERUNG DES ENERGIESTOFFWECHSELS AM
BEISPIEL DER
CYTOCHROM C-OXIDASE. 105
4.5.2 MOEGLICHE MECHANISMEN DIE ZUR STEIGERUNG DER OXIDATIVEN KAPAZITAET
BEITRAGEN. 106
4.6 KOENNEN ZENTRALE PUNKTE DES HYPOTHETISCHEN MODELLS UEBER DIE
MOLEKULARE
GENESE DER BELASTUNGSINTOLERANZ BESTAETIGT WERDEN?. 107
4.7 LIMITATIONEN DER STUDIE UND AUSBLICKE. 108
5.0 ZUSAMMENFASSUNG. 109
6.0 LITERATURVERZEICHNIS. 112
7.0 DANKSAGUNG. ~. 129
8.0 LEBENSLAUF. 130
9.0 SELBSTAENDIGKEITSERKLAERUNG. 135
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