Zytokinmuster während der Exazerbation der chronisch obstruktiven

Aus der
Medizinischen Klinik III
der Berufsgenossenschaftlichen Kliniken Bergmannsheil
Klinikum der Ruhr-Universität Bochum
Direktor: Prof. Dr. med. G. Schultze-Werninghaus
ZYTOKINMUSTER WÄHREND DER EXAZERBATION DER
CHRONISCH OBSTRUKTIVEN LUNGENERKRANKUNG
Inaugural-Dissertation
zur
Erlangung des Doktorgrades der Medizin
einer
Hohen Medizinischen Fakultät
der Ruhr-Universität Bochum
vorgelegt von
Thien An Duong Dinh
aus Hue
2006
Dekan:
Prof. Dr. G. Muhr
Referent:
Prof. Dr. G. Schultze-Werninghaus
Koreferent: PD Dr. W. Cullmann
Tag der mündlichen Prüfung: 24.05.2007
Diese Arbeit ist meinen Eltern und meinem Bruder,
die mir stets großes Vertrauen schenken, gewidmet.
Inhalt
Abkürzungen ..................................................................................................................................................................1
Zusammenfassung .......................................................................................................................................................3
1. Einleitung .....................................................................................................................................................................4
1.1 Chronisch obstruktive Lungenerkrankung ….........................…….…………………….....4
1.1.1 Epidemiologie und Definition ……….…..................................………………………………..4
1.1.2 Pathogenese ……………………………………........................................................………….………….7
1.1.3 Risikofaktoren ……………………………………….......................................................……………….8
1.1.4 Exazerbation der COPD ………………….……………............................................…………......9
1.1.4.1 Definition …………………………………….………...................................................……….9
1.1.4.2 Einteilung ………………………….……................................................…………………...…9
1.1.4.3 Ursachen ………………………….……................................................…………………......10
1.1.5 Therapeutische Wirkungen auf das Zytokinmuster……….............................….13
1.2 Das TH1/TH2 – Konzept und Zytokine ………………...….…...............................……….…16
1.2.1 T-Lymphozyten ……………………...................................................…………………………….….16
1.2.2 TH1-/TH2-Konzept …………………................................................………………….………..……17
1.2.3 Neutrophile Granulozyten …………..........................................……………………….…….…18
1.2.4 Zytokine ……………………………………………........................................................….………….…..19
1.2.4.1 Funktionelle Klassifikation ……….................................…………………….…...19
1.2.4.2 Strukturelle Klassifikation..………..................................……………….…………21
1.2.4.3 Klassifikation nach Zytokinrezeptoren ……….....................……….……..21
1.2.5 Wirkprinzipien …………………………………...................................................…….….…………...22
1.2.6 Zytokine und COPD ……………………..............................................………….…….………..…23
1.3 COPD und Zytokinprofil …………………….............................................…………….……….…….24
1.3.1 Zytokinmuster während der stabilen Phase der COPD …............…................24
1.3.2 Zytokinmuster während der Exazerbation der COPD ………...............……...29
1.4 Studiendesign …………………………………..........................................................……….…………………30
2. Material und Methoden ………………………..................................................……………………...32
2.1 Serumgewinnung ………………...……….......................................................………….…………………..32
2.2 Sputumgewinnung ……………………........................................................……….…….…………………32
2.3 Lösungen
…………………………………..………………………....................................................................…
33
2.4 Erfassung der Lungenfunktionsparameter ………............................…...……………….34
2.5 Quantitative Zytokinbestimmung im Sputumüberstand
und im Serum …………………………………………...........................................................………………..34
2.6 Statistische Auswertung ……..……………...............................................………………………......…35
3. Ergebnisse …………………………….................................................................…………………………..…….36
3.1 Patienten …………………................................................................………………………………………………36
3.2 Interleukine im Serum ……………………….................................................……………………….….38
3.2.1 Interleukin 6 ..………………………........................................................…………………….………...38
3.2.2 Interleukin 8 …………………...……........................................................…………….………………...47
3.2.3 Interleukin 10 ……………………………................................……...……......................……………..55
3.3 Interleukine im Sputum ….………………………...............................................……………………....63
3.3.1 Interleukin 6 ………………………….......................................................……………………….....…..63
3.3.2 Interleukin 8 ………………………….......................................................…………………...………....73
4. Diskussion ……………………..............................................................…………………………………………..84
4.1 Zytokinkonzentration im Serum………........................................…………………………….….84
4.2 Zytokinkonzentration im Sputum ….……………….............................................…….…….….90
5. Literaturverzeichnis ………………………….......…….......................................................………….…96
ABKÜRZUNGEN
1
Abkürzungsliste
α1-AT
α1-Antitrypsin
AE-COPD
Akute Exazerbation der COPD
ATS
American Thoracic Society
BTS
British Thoracic Society
COPD
Chronic obstructive pulmonary disease
CXC
CX-Untergruppe der Chemokine
DNA
Desoxyribonukleinsäure
ENA
Epithelial cell derived neutrophil activating peptid
ERS
European Respiratory Society
EUROSCOP
European
Respiratory
Society
Study
on
Chronic
Obstructive Pulmonary Disease
FEV1
Forciertes exspiratorisches Volumen in einer Sekunde
FVC
Forcierte Vitalkapazität
GOLD
Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease
GRO-α
Growth regulated oncogene α
GM-CSF
Granulocyte monocyte colony stimulating factor
IFN-γ
Interferon γ
ICAM
Intercellular adhesion molecule
ICS
Inhalative Kortikosteroide
IL-
Interleukin
ISOLDE
Inhaled Steroids in Obstructive Lung Disease in Europe
LTB4
Leukotrien B4
MCP
Monocyte chemotactic protein
MMP
Matrix-Metalloprotease
NF-κB
Nuclear factor κB
NHLBI
U.S. National Heart, Lung and Blood Institute
paO2
Arterieller Sauerstoffpartialdruck
PEF
Exspiratorischer Peak Flow
B
ABKÜRZUNGEN
RANTES
2
Regulated on activation, normal T cell expressed and
secreted; Zytokin der IL-8 Zytokingruppe
RSV
Respiratory Syncytial Virus
TIMPs
Tissue inhibitor of matrixmetalloproteases
TNF-α
Tumornekrosefaktor α
WHO
World Health Organisation
3
Zusammenfassung
Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) geht häufig mit
intermittierenden Exazerbationen einher, welche durch Verschlechterung der
chronischen Symptome wie produktiver Husten und Dyspnoe charakterisiert
sind. Diese Exazerbationen verursachen eine Zunahme der Mortalität der
Patienten und stellen bezüglich des therapeutischen Managements ein
erhebliches Problem dar. COPD und Exazerbationen sind mit lokalen und
systemischen Entzündungsprozessen assoziiert, deren Mechanismen nicht
ausreichend geklärt sind. Unklar ist vor allem die Rolle der Zellmediatoren für
die Ätiologie und Pathogenese der akut exazerbierten COPD.
In einer laufenden Studie wurden daher die pro-inflammatorischen Zytokine
Interleukin 6 und 8 sowie das regulatorische Zytokin 10 quantitativ mittels
ELISA im Serum sowie IL-6 und IL-8 im Sputum von Patienten mit stabiler
oder akut exazerbierter COPD bestimmt. Die Ergebnisse wurden innerhalb der
Studiengruppen verglichen sowie in Abhängigkeit anderer, im Rahmen der
Studie erfassten Parameter, analysiert.
Negative Korrelationen zwischen den pro-inflammatorischen Interleukinen 6
und 8 im Sputum und den Lungenfunktionsparametern unterstreichen deren
Rolle im bronchialen Entzündungsmechanismus der COPD. Allerdings fand
sich kein signifikanter Anstieg bei Patienten mit exazerbierter COPD, was
vermutlich daran liegt, dass sich die untersuchten Patienten im fortgeschrittenen
Stadium ihrer Erkrankung befanden und bereits sehr hohe Konzentrationen
sowohl im Serum als auch im Sputum aufwiesen. Die Häufigkeit der
Exazerbationen korrelierte jedoch positiv mit der IL-8-Konzentration im
Sputum, wodurch dessen Rolle in der Ätiologie und Pathogenese der akut
exazerbierten COPD unterstrichen wird.
EINLEITUNG
4
1. Einleitung
1.1 Chronisch obstruktive Lungenerkrankung
1.1.1 Epidemiologie und Definition
Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) ist aufgrund ihrer weiten
Verbreitung, insbesondere in den industrialisierten Ländern, und der dadurch
bedingten immensen Kosten ein globales gesundheitspolitisches Problem.
Alarmierend ist auch die Zunahme der Mortalität, welche weltweit durch
COPD
verursacht
wird.
In
den
USA
nimmt
die
COPD
hinter
Herzerkrankungen, malignen Tumoren und zerebro-vaskulären Ereignissen zur
Zeit den 4. Rang der Todesursachen ein (Murray and Lopez, 1997; Pauwels et
al., 2001). Weltweit ist sie die sechsthäufigste Todesursache und für das Jahr
2020 wird ein weiteres Vorrücken auf den 3. Rang erwartet (Murray and Lopez,
1997).
Die bis heute am häufigsten verwendete Definition der chronischen Bronchitis
wurde von der WHO 1961 formuliert:
„Die chronische Bronchitis ist eine Erkrankung, die gekennzeichnet ist durch
übermäßige Schleimproduktion im Bronchialraum, die sich manifestiert mit
andauerndem oder immer wieder auftretenden Husten, mit oder ohne Auswurf
an den meisten Tagen von mindestens drei aufeinander folgenden Monaten
während mindestens zwei aufeinander folgender Jahre“ (WHO, 1961).
Das Lungenemphysem wird pathologisch-anatomisch definiert:
„Es ist charakterisiert durch eine dauerhafte und irreversible Überblähung der
Atemwege distal der Bronchioli terminales, begleitet von einer Destruktion der
Alveolarwände ohne wesentliche Fibrose“
Der Begriff COPD steht für die chronische Bronchitis mit oder ohne
Lungenemphysem, bei der eine Atemwegsobstruktion nachweisbar ist. Auch
EINLEITUNG
5
andere Bezeichnungen für dieses Krankheitsbild wurden in der Vergangenheit
benutzt:
• COLD (chronic obstructive lung disease)
• CAO (chronic airflow oder airways obstruction oder limitation)
• COAD (chronic obstructive airflow disease)
• CAL (chronic airflow limitation)
Komplizierend kommt hinzu, dass die Bezeichnung COPD national und
international unterschiedlich verwendet und wegen uneinheitlicher Definitionen
nicht allgemein akzeptiert wird. Die American Thoracic Society fasste in einer
1995 erschienenen Darstellung die Definition der COPD sehr weit (American
Thoracic Society, 1995). Die folgenden Symptomenkomplexe wurden
zusammengefasst:
• das Asthma bronchiale
• die chronische Bronchitis
• die chronische Atemwegsobstruktion und
• das Lungenemphysem
Die in jüngster Zeit ins Leben gerufene GOLD-Initiative (Global Initiative For
Chronic Obstructive Lung Disease), unterstützt von der WHO und des U.S.
National Heart, Lung and Blood Institutes (NHLBI), welche eine Optimierung
und Vereinheitlichung der Diagnosestellung, Therapie und Prävention der
COPD zu erzielen versucht, definiert die COPD in den 2001 veröffentlichen
Leitlinien folgendermaßen:
„Die COPD ist eine progressiv verlaufende chronische Erkrankung, die durch
eine nicht vollständig reversible Atemwegsobstruktion gekennzeichnet ist.
Ihr zugrunde liegt eine entzündliche Reaktion der Atemwege, hervorgerufen
durch inhalative Schadstoffe.“
Eine einheitliche Klassifikation der Schweregrade wird außerdem von der
GOLD-Initiative angestrebt. Sie umfasst objektivierbare Messgrößen wie FEV1
EINLEITUNG
6
(forciertes expiratorisches Volumen in einer Sekunde), FVC (forcierte
Vitalkapazität) und klinische Symptome (Tab. 1):
Tab. 1: Einteilung der COPD
Schweregrad
(Stufe)
0
Schweregrad
(Bezeichnung)
Gefährdete
Personen
I
milde COPD
II
moderate COPD
III
schwere COPD
IV
sehr schwere
COPD
klinische
Parameter
chronische
Symptome
(Husten,
Auswurf)
mit/ohne
chronische
Symptome
(Husten,
Auswurf)
mit/ohne
chronische
Symptome
(Husten,
Auswurf)
mit/ohne
chronische
Symptome
(Husten,
Auswurf)
Lungenfunktion
keine
Lungenfunktionseinschränkung
FEV1/FVC < 70%
FEV1 > 80% des Sollwertes
FEV1/FVC < 70%
FEV1 50 – 80% des Sollwertes
FEV1/FVC < 70%
FEV1 30 – 50% des Sollwertes
FEV1/FVC < 70%
FEV1 < 30% des Sollwertes
oder
FEV1 < 50% des Sollwertes
und chronisch respiratorische
Insuffizienz
Respiratorische Insuffizienz: Arterieller Sauerstoffpartialdruck geringer als 8,0 kPa (60
mm Hg) mit oder ohne art. Kohlensauerstoffpartialdruck höher als 6,7 kPa (50 mm Hg)
EINLEITUNG
7
1.1.2 Pathogenese
Die Pathogenese der COPD ist bislang nur teilweise aufgeklärt. Sie ist
charakterisiert durch chronische Entzündungsprozesse unter Beteiligung von
Atemwegen, Lungenparenchym und Lungengefäßen. Makrophagen, TLymphozyten,
insbesondere
CD8+
T-Lymphozyten
und
neutrophile
Granulozyten sind in vielen Lungenabschnitten vermehrt (O`Shaughnessy et
al., 1997). Dabei wird eine Reihe von Zellmediatoren (Zytokine) freigesetzt. Es
sind insbesondere Leukotrien B4 (LTB4) (Hill et al., 1999), Interleukin 8 (IL-8)
(Keatings et al., 1996; Pesci et al., 1998; Yamamoto et al., 1997),
Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) (Hill et al, 1999; Mueller et al., 1996), welche
den Entzündungsmechanismus unterhalten und zu einer Schädigung der
Lungenstrukturen führen. Diese Zellmediatoren und andere exogene Noxen
(z.B. Zigarettenrauch, Viren) aktivieren Alveolarmakrophagen und neutrophile
Granulozyten. Sie produzieren ihrerseits weitere Mediatoren und Proteasen,
was letztendlich zu einem Ungleichgewicht zwischen Proteasen und
Antiproteasen in den Atemwegen führt. Es sind insbesondere neutrophile
Elastase, Kathepsin und Matrix-Metalloproteasen (MMPs) erhöht (Vernooy et
al., 2004; Tetley, 2002; Finlay et al., 1997; Barnes et al., 2003). Die Rolle
dieser Proteasen für die chronisch obstruktive Lungenerkrankung, insbesondere
die der neutrophilen Elastase, wurde mehrfach sowohl in vivo als auch in vitro
untersucht. Den Ergebnissen zufolge schädigen sie die epitheliale Barriere
(Amitani et al., 1991), vermindern die Schlagfrequenz der Zilien (Smallman et
al., 1984) und rufen eine Hyperplasie der Becherzellen hervor (Snider et al.,
1985). Des weiteren sind sie für die Schädigung des interstitiellen
Bindegewebes verantwortlich (Snider et al., 1984). In nicht-pathologischen
Prozessen wird die Aktivität der Proteasen durch Antiproteasen wie α1Antitrypsin
und
verschiedene
TIMPs
(tissue
inhibitor
of
matrixmetalloproteases) reguliert, so dass eine Zerstörung des Bindegewebes
über das physiologische Maß hinaus verhindert wird (Stockley, 1999). Bei der
COPD kann ein Ungleichgewicht zu ungunsten der Antiproteasen dazu führen,
EINLEITUNG
8
dass dadurch interstitielles Lungengewebe irreversibel geschädigt wird.
Abbildung 1 stellt die pathogenetischen Zusammenhänge bei der COPD
schematisch dar:
Abb. 1: Entzündungsmechanismen bei der COPD: Zigarettenrauch führt zur
Aktivierung von Makrophagen in den Atemwegen, die chemotaktische Faktoren
für Neutrophile, wie IL-8 und LTB4 freisetzen. Die Ausschüttung von Proteasen
führt zur Schädigung des Lungenparenchyms (Emphysem) und verstärkter
Mukusproduktion, sofern die Gegenregulation durch Protease-Inhibitoren, wie
α1-Antitrypsin (α1-AT) u.a. gestört ist. Die Rolle der CD8+ T-Zellen ist noch
ungeklärt. (SLPI: secretory leukoprotease inhibitor; TIMPs: tissue inhibitor of
matrixmetalloproteases)(modifiziert aus (Barnes, 2000))
1.1.3 Risikofaktoren
Als Risikofaktoren gelten:
• Gesicherte Risikofaktoren:
9 Zigarettenrauchen
EINLEITUNG
9
9 Berufsbedingte Gase und Stäube
9 Alpha-1-Antitrypsinmangel
• Wahrscheinliche Risikofaktoren:
9 Luftverschmutzung
9 Passivrauchen
9 Virale Atemwegsentzündung
9 Sozioökonomische Faktoren
9 Alkoholkonsum
9 Höheres Alter
9 Männliches Geschlecht
9 Familiäre Belastung
9 Hyperreagibilität des Bronchialsystems
1.1.4 Exazerbation der COPD
1.1.4.1 Definition
Eine einheitliche Definition der akuten Exazerbation existiert nicht. Man
versteht darunter eine akute Verschlechterung mit Zunahme der Dyspnoe, des
Hustens und Auswurfs, mit oder ohne Symptomatik eines akuten Infekts der
oberen und/oder unteren Atemwege (erhöhte Temperatur, Halsschmerzen,
purulentes Sputum). Nach Anthonisen (Anthonisen et al., 1987) wird die
Diagnose einer akuten Exazerbation gestellt, wenn der Patient mindestens zwei
der folgenden drei Symptome aufweist:
► Zunahme der Dyspnoe
► Zunahme des Auswurfvolumens
► Zunahme der Purulenz des Hustens
1.1.4.2 Einteilung
Die Exazerbation wird, um den Patienten eine adäquate Therapie zuführen zu
können, in Schweregrade unterteilt:
EINLEITUNG
10
Leichte (ambulant behandelbare) Verlaufsform:
Jüngeres Lebensalter
Keine kardiopulmonale Komorbidität
Keine Vitalfunktionsstörungen
Atemfrequenz <30/min
Herzfrequenz <100/min
Kreislauf stabil
Keine Bewusstseintrübung
Mittelschwere (stationär behandlungsbedürftige) akute Exazerbation
Weder leichte noch intensivstationär behandlungspflichtige Exazerbation
Schwergradige akute Exazerbation (intensivstationär behandlungspflichtig)
Schwere Dyspnoe, die nicht auf die initiale Notfalltherapie anspricht
Persistierende
oder
progrediente
Hypoxämie,
die
nicht
auf
Sauerstoffgaben anspricht oder zunehmende respiratorische Azidose
(pH< 7,30)
Klinische Zeichen der Erschöpfung der Atemmuskulatur
Bewusstseinstrübung, Notwendigkeit der maschinellen (nichtinvasiven
oder invasiven) Beatmung.
(nach Empfehlung der ATS)
1.1.4.3 Ursachen
Die Exazerbation der COPD ist mit einer Reihe von ätiologischen Faktoren
assoziiert. Es sind insbesondere bakterielle und virale Infektionen, sowie in der
Luft befindliche Schadstoffe. Da es häufig in den Wintermonaten zu
Exazerbationen kommt, kann man annehmen, dass diese unter anderem durch
obere Atemwegsentzündungen getriggert werden. Begünstigt werden sie auch
von einer, wenn auch nicht signifikanten Abnahme der Lungenfunktion
während der Wintermonate (Donaldson et al., 1999). Auch unter einer
EINLEITUNG
Zunahme
11
der
Luftverschmutzung
beobachtet
man
eine
vermehrte
Krankenhauseinweisung wegen Exazerbation der COPD (Anderson et al.,
1995).
Bakterielle Kolonisation
Haemophilus influenzae, Streptococcus pneumoniae und Moraxella catarrhalis
stellen die Haupterreger bei einer bakteriellen Besiedlung der unteren
Atemwege dar. Etwa 25-50% der COPD-Patienten sind chronische Keimträger.
Untersuchen ergaben, dass die Keimbesiedlung der unteren Atemwege bei
diesen Patienten in enger Korrelation mit dem Schweregrad der Erkrankung
steht (Monso et al., 1999; Zalacain et al., 1999). Einige Studien haben ergeben,
dass es während der Exazerbation der COPD zu einer Zunahme der
Bakterienzahl kommt (Wilson, 1999). Die Folgen sind eine Zunahme der
neutrophilen
Granulozyten
und
eine
erhöhte
Konzentration
an
Entzündungsmediatoren (Soler et al., 1999; Hill et al., 2000a). Auch die
Keimart hat einen Einfluss auf die Entstehung und den Schweregrad der
Entzündung. Eine Besiedlung mit Pseudomonas aeruginosa weist eine höhere
Aktivität der Myeloperoxidase als mit anderen Erregern auf (Hill et al., 2000a).
Eine bakterielle Infektion mit Haemophilus influenzae und Moraxella
catarrhalis, im Vergleich zu pathogen-negativen Exazerbationen, ist mit einem
signifikanten Konzentrationsanstieg der Entzündungsparameter sowie der
neutrophilen Elastase verbunden (Sethi, 2000).
Bakterielle Infektionen haben demzufolge einen großen Einfluss sowohl auf die
Häufigkeit als auch auf den Schweregrad der Exazerbation der chronisch
obstruktiven Bronchitis (Patel et al., 2000). Es kommt offenbar bei einer
bakteriellen Entzündung der unteren Atemwege zu einer zellulären Antwort,
welche einen Circulus vitiosus, bestehend aus Schädigung der alveolären
Epithelzellen, Überproduktion des Bronchialsekrets sowie Infiltration der
Entzündungszellen, in Gang setzt. Andere Studien konnten jedoch keinen
Anstieg der Bakterienzahl finden (Hirschmann, 2000). Jedoch nicht nur die
Keimzahl, sondern auch die Akquisition neuer bakterieller Isotypen, scheint ein
EINLEITUNG
12
wichtige Rolle zu spielen und wird zur Zeit für die wichtigsten bakteriellen
Erreger mittels Sequenzierung untersucht (Sethi et al., 2002). Eine ungeklärte
Rolle spielen andere Bakterien bei der Exazerbation der COPD, wie z.B.
Chlamydophila pneumoniae. Seemungal et al fanden in einer Kohortenstudie
keinen Zusammenhang zwischen einer Infektion mit C. pneumoniae und der
Exazerbation der COPD (Patel et al., 2002). Es bedarf also weiterer Studien,
um eine eindeutige Aussage über den Einfluss dieser Bakterien in der
Pathogenese der Exazerbation machen zu können.
Virale Infektionen
Einer viralen Infektion wurde früher keine besondere Bedeutung in der
Ätiologie der akut exazerbierten COPD zugeschrieben. Fast alle Studien
befassten sich mit einer bakteriellen Infektion der unteren Atemwege. Doch
heutzutage nimmt man an, dass etwa die Hälfte der Exazerbationen der COPD
auf eine Atemwegsentzündung mit viraler Beteiligung zurück zu führen ist
(Greenberg et al., 2000; Seemungal et al., 2001; Rohde et al., 2003; Seemungal
et al., 2000). Sowohl Seemungal et al. als auch Rohde et al. konnten mittels
moderner molekularbiologischer Nachweisverfahren Atemwegsviren bei bis zu
56% aller Exazerbationen nachweisen. Es gibt mehrere Erklärungsansätze über
den Zusammenhang zwischen viralen Infektionen und der Pathogenese einer
akut exazerbierten COPD. 90% der Rhinoviren binden an ICAM-1, ein
interzelluläres Adhäsionsmolekül, und induzieren dessen Expression, was
letztendlich eine Rekrutierung und Aktivierung von Entzündungszellen zur
Folge
hat
(Papi
and
Johnston,
1999).
Andererseits
sind
virale
Atemwegserkrankungen mit oxidativem Stress assoziiert, welcher bei einer
Exazerbation verstärkt ist (Rahman et al., 1997). Das Ungleichgewicht
zwischen Oxidantien und Antioxidatien hat hierbei offensichtlich einen großen
Einfluss. Während einer Infektion mit Rhinoviren werden vermehrt
Sauerstoffradikale freigesetzt. Diese stimulieren den nuclear factor κB, der
wiederum die für die Produktion von Interleukin 8 verantwortlichen Gene
EINLEITUNG
13
beeinflusst (Biagioli et al., 1999). Es ist deshalb möglich, dass durch diese
Mechanismen die Entstehung einer Exazerbation günstig beeinflusst wird.
1.1.5 Therapeutische Wirkungen auf das Zytokinmuster
Kortikosteroide
Im Bezug auf die Wirkung von Steroiden auf die Zellmediatoren gab es eine
Reihe von Studien, die sich mit dieser Fragestellung befassten. Die am
häufigsten untersuchten Interleukine im Zusammenhang mit der Gabe von
Steroiden stellten die pro-inflammatorischen Zytokine IL-6, IL-8 und TNF-α
dar. So stellten Barczyk et al. fest, dass sich die IL-8-Expression im induzierten
Sputum von COPD-Patienten trotz Therapie mit oralen Glukokortikoiden im
Vergleich zur Plazebogruppe nicht signifikant änderte, während die
Konzentration der Myeloperoxidase signifikant zurückging (Barczyk et al.,
2004). Keatings et al. kamen zu vergleichbaren Ergebnissen, nachdem sie
keinen
Effekt
von
oralen
und
inhalativen
Steroiden
auf
die
Sputumkonzentrationen von TNF-α und IL-8 verzeichneten (Keatings et al.,
1997). Auch Culpitt et al. bestätigten in ihrer Studie, dass Steroide keinerlei
Wirkung bezüglich der IL-8-Konzentration besitzen (Culpitt et al., 1999). Eine
von Patel et al. durchgeführte Studie ergab ein anderes Ergebnis. Sie fanden
heraus, dass inhalative Kortikosteroide die IL-8-Konzentrationen im Sputum
signifikant senkten (Patel et al., 2003). Es gibt jedoch einen positiven Effekt
von lokal applizierten Steroiden auf die IL-6-Konzentrationen im Sputum von
COPD-Patienten. Sin et al. untersuchten die Konzentrationen von IL-6 im
Sputum in Abhängigkeit von inhalativer Steroidtherapie im Vergleich zu
Plazebo. Sie fanden heraus, dass die mittlere IL-6-Konzentration in der Gruppe
der Patienten, die eine Kombinationstherapie mit Fluticason und Prednison
erhielten, signifikant niedriger war (Sin et al., 2004). Dieses Ergebnis wurde
auch von Patel et al. bestätigt (Patel et al., 2003). Eine der Zielsetzungen dieser
Arbeit ist es daher, den Einfluss von Kortikosteroiden auf die Konzentrationen
von IL-6 und IL-8 im Serum zu charakterisieren.
EINLEITUNG
14
Bronchodilatatoren
Studien, welche einen direkten Effekt von Bronchodilatatoren auf die
Konzentrationen von Interleukinen untersuchten, gibt es bisher noch nicht.
Perng et al. untersuchten die Anzahl neutrophiler Granulozyten und die IL-8Konzentrationen im Sputum von Patienten, welche entweder einen positiven
oder negativen bronchialen Reversibilitätstest hatten. Diese Patienten erhielten
außer Theophyllin sowohl ein β2-Sympathomimetikum als auch ein
Anticholinergikum. Die Patienten, welche einen negativen Reversibilitätstest
aufwiesen, hatten durchschnittlich höhere Konzentration an IL-8 im Sputum.
Auch die Anzahl an neutrophilen Granulozyten war bei diesen Patienten erhöht
(Perng et al., 2004). Um einen direkten Effekt von Bronchodilatatoren auf den
Entzündungsmechanismus sowie auf die Konzentrationen von Interleukinen
von Patienten mit COPD beurteilen zu können, bedarf es weiterer Studien.
Theophyllin
Theophyllin besitzt anti-inflammatorische Effekte, die nicht nur bei Patienten
mit Asthma (Barnes and Pauwels, 1994), sondern bei denjenigen mit COPD
nachgewiesen worden sind. Culpitt et al. beschrieben eine Abnahme an
neutrophilen Granulozyten im induzierten Sputum von COPD-Patienten
(Culpitt et al., 2002). Da ebenfalls eine Reduktion von IL-8 im Sputum
gemessen wurde, gehen die Autoren von einer Abnahme der chemotaktischen
Aktivität im Entzündungsgebiet aus (Culpitt et al., 2002).
Antibiotika
Antibiotika haben nur dann einen positiven Einfluss bei der akut exazerbierten
COPD, wenn diese durch eine bakterielle Infektion der Atemwege verursacht
wird. Sie kann durch eine Zunahme der Sputumpurulenz angezeigt werden
(Anthonisen et al., 1987; Stockley et al., 2000). Als Substanzen kommen je
nach Resistenzlage unter anderem Aminopenicilline (ggf. plus Betalactamase-
EINLEITUNG
15
Inhibitoren), Oralcephalosporine und Makrolide in Frage (Worth et al., 1997).
Tetrazykline können in unkomplizierten Fällen appliziert werden (Worth et al.,
1997). Beim Ausbleiben einer Symptomverbesserung können Therapieversuche
mit Fluorchinolonen der Gruppe IV oder Ketoliden erwogen werden.
Es gibt bisher sehr weinige Erkenntnisse bezüglich der Wirkungen von
Antibiotika auf die Konzentrationen von Interleukinen im induzierten Sputum
oder Serum von Patienten mit stabiler oder exazerbierter COPD. Die
Ergebnisse sind zudem sehr unterschiedlich. Banerjee et al. zeigten in ihrer
Studie,
dass
es
keine
signifikante
Wirkung
von
oral
appliziertem
Clarithromycin auf die Anzahl der neutrophilen Granulozyten, IL-8-, LTB4-,
TNF-α-Konzentrationen im Sputum gibt. Auch die Konzentration an
neutrophiler Elastase wurde nicht von Clarithromycin beeinflusst (Banerjee et
al., 2004). Eine im Jahre 2004 erschienene Studie von Basyigit et al. attestierte
Clarithromycin jedoch einen positiven Effekt auf die pro-inflammatorischen
Interleukine. Durch die Therapie mit Clarithromycin wurden die mittleren
Konzentrationen an IL-8 sowie TNF-α signifikant gesenkt (Basyigit et al.,
2004).
Es bedarf deshalb weiterer Studien, um eine eindeutige Aussage über die
Effekte von Antibiotika auf das Zytokinmuster bei der COPD machen zu
können. Eine eventuelle Wirkung einer antibiotischen Therapie auf die
Konzentrationen von IL-6 und IL-8 im Serum wird in weiteren Abschnitten
dieser Arbeit eingehend diskutiert.
EINLEITUNG
16
1.2 Das TH1/TH2 – Konzept und Zytokine
1.2.1 T-Lymphozyten
Die Zellen des Immunsystems haben ihren Ursprung im Knochenmark, so auch
die weißen Blutzellen. Sie stammen aus den Vorläuferzellen ab: den
hämatopoetischen pluripotenten Stammzellen im Knochenmark.
Aus den gemeinsamen lymphatischen Vorläuferzellen gehen die Lymphozyten
hervor: die B-Lymphozyten und die T-Lymphozyten. B-Lymphozyten sind
hauptsächlich für die Freisetzung von Antikörpern als Plasmazellen sowie die
Antigenpräsentation verantwortlich. T-Lymphozyten können auf Grund ihres
Oberflächenmoleküls in 2 Gruppen differenziert werden: CD8+ T-Zellen und
CD4+ T-Zellen. CD8+ T-Zellen sind zytotoxisch und haben die Fähigkeit,
virusinfizierte Zellen zu erkennen und abzutöten. Sie sind in der Lage, die an
MHC-Klasse-I-Molekülen präsentierten Peptide zu erkennen. Die Lyse der
Zielzelle geschieht dadurch, dass bestimmte Enzyme aus den Granula der
zytotoxischen Zelle freigesetzt werden (Perforin und Granzym). Das Perforin
hat die Eigenschaft, Poren in der Membran der Zielzelle entstehen zu lassen,
durch welche das Granzym in die Zelle hinein gelangt. Das Granzym – eine
Serin-Protease – aktiviert die intrazellulären Kaspasen und leitet somit die
Apoptose ein. Durch den zusätzlichen Effekt der osmotischen Lyse wird die
Zielzelle abgetötet. Früher wurde angenommen, dass CD8+-Zellen ein
homogene Gruppe der zytotoxischen Zellen darstellten, welche nur eine geringe
Anzahl an Zytokinen produzieren. Doch neuere Untersuchungen ergaben, dass
Untergruppen von CD8+-Zellen analog zu den CD4+-Zellen eine Reihe von
spezifischen Zytokinen sezernieren. Anhand des produzierten Zytokinmusters
ist eine Differenzierung der zytotoxischen Zellen in TC1- und TC2-Zellen
vorgenommen worden. Eine klare Abgrenzung ist aber nicht immer möglich,
seitdem man die Existenz eines 3. Subtypen nachweisen konnte, welcher
EINLEITUNG
17
sowohl Zytokine der TC1-Zellreihe als auch der TC2-Zellen produziert. Diese
Zellen werden als TC0-Zellen bezeichnet.
Andere T-Lymphozyten, welche anstatt CD8 das Oberflächenmolekül CD4
exprimieren, werden als T-Helferzellen bezeichnet. Sie haben die Aufgabe, BLymphozyten zu aktivieren, welche sich zu Plasmazellen entwickeln und
Antikörper freisetzen. Sie besitzen die Fähigkeit, exogene Antigene, welch im
Zusammenhang
mit
MHC-Klasse-II-Molekülen
präsentiert
werden,
zu
erkennen. Sie tragen auch zur Aktivierung anderer Zellen wie zum Beispiel
Makrophagen
mittels
so
genannter
Effektormoleküle
bei.
Zu
den
Effektormolekülen gehören unter anderem die verschiedenen Zytokine.
Klassischerweise werden die T-Helferzellen anhand ihres sezernierten
Zytokinmusters in TH1- oder TH2-Zellen unterteilt. Es konnte jedoch in
jüngerer Vergangenheit ein 3. Subtyp der T-Helferzellen identifiziert werden.
Diese als TH0-Zellen sind mögliche Vorläuferzellen, bevor sie sich endgültig in
TH1- oder TH2-Zellen ausdifferenzieren. Eine weitere Subpopulation von TLymphozyten stellen regulatorische T-Zellen dar. Diesen T-Zellen wird die
Aufgabe zugeschrieben, B- sowie andere T-Lymphozyten zu hemmen und die
Immunantwort zu unterdrücken, wenn irrtümlich körpereigene Zellen
angegriffen werden.
1.2.2 TH1-/TH2-Konzept
Einem von Mosmann im Jahre 1989 entwickelten Konzept nach werden CD4+
T-Helferzellen gemäß ihres Zytokinprofiles in 2 Untergruppen unterteilt: TH1und TH2-Zellen. TH1-Zellen produzieren hauptsächlich Interleukin 2 (IL-2),
Interferon γ (IFN-γ) und Tumornekrosefaktor β (TNF-β). Diese Zytokine
aktivieren unter anderem Makrophagen und neutrophile Granulozyten, welche
infizierte Zellen phagozytieren. Sie wirken somit auf die zelluläre
Immunantwort und werden als pro-inflammatorische T-Zellen bezeichnet. TH2Zellen produzieren IL-4, IL-5, IL-6 und IL-10. Diese Interleukine haben die
EINLEITUNG
18
Aufgabe, die B-Lymphozyten zu aktivieren und beeinflussen somit die
humorale Immunantwort.
Eine klare Abgrenzung von TH1- und TH2-Zellen ist aber nicht immer
eindeutig, seit dem man herausgefunden hat, dass zum Beispiel Interleukin 10
nicht nur von TH2-Zellen, sondern auch von TH1-Zellen produziert wird. Es
gibt außerdem Hinweise über die Existenz einer 3. T-Helferzellen-Subgruppe,
die als TH0-Zellen bezeichnet werden. Diese beeinflusst unter anderem durch
bestimmte Signale dendritischer Zellen und kann sich in TH1- oder TH2-Zellen
ausdifferenzieren. Eine Konversion von einer ausdifferenzierten TH2-Zelle in
eine TH1-Zelle wurde beobachtet. Dies zeigt die Komplexität des
Reifungsprozess der T-Helferzellen und weist gegenwärtige Wissenslücken
diesbezüglich auf.
1.2.3 Neutrophile Granulozyten
Die Granulozyten stellen eine Untergruppe der weißen Leukozyten dar. Sie
werden auf Grund der Anfärbbarkeit ihrer Granula in eosinophile, basophile
und neutrophile Granulozyten unterteilt. Die neutrophilen Granulozyten haben
einen unregelmäßig geformten Zellkern und deutlich anfärbbare Granula im
Zytoplasma. Sie sezernieren u.a. verschiedene Proteasen und besitzen
phagozytotische Eigenschaften. Sie spielen bei der Ätiologie und Pathogenese
der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung eine wichtige Rolle. Neutrophile
Granulozyten liegen im Sputum und in der bronchoalveolären Lavage von
COPD-Patienten in erhöhter Anzahl vor. Sie sezernieren ihrerseits Proteasen,
darunter
neutrophile
Matrixmetalloproteasen,
Protease,
welche
Kathepsin
eine
G
Destruktion
sowie
der
verschiedene
Alveolarwände
hervorrufen. Angelockt in das Entzündungsgebiet werden neutrophile
Granulozyten von verschiedenen chemotaktisch wirkenden Mediatoren. Dazu
gehören in erster Linie Interleukin 8 und Leukotrien B4. Sparrow et al. wiesen
eine enge Korrelation zwischen der Zahl der im Blut zirkulierenden
Neutrophilen und dem forcierten exspiratorischen Volumen in einer Sekunde
EINLEITUNG
19
(FEV1) nach. Zusammenhänge zwischen der Menge der Neutrophilen im
induzierten Sputum und dem Schweregrad der COPD wurden ebenfalls durch
mehrere Studien bestätigt. Es ist deshalb von großer Bedeutung, die Rolle der
neutrophilen Granulozyten in der Ätiologie und Pathogenese der COPD
eingehend zu untersuchen.
1.2.4 Zytokine
Der Begriff Zytokin leitet sich aus dem Griechischen ab (κυτος, Zyto, Zelle und
κίυείν, Kinese, Bewegung) und bedeutet soviel wie „sich zwischen den Zellen
bewegend“. Biologisch gesehen sind Zytokine hormonähnliche Wirkstoffe, die
meist nach Stimulierung produziert werden und an ihrem Zielort mannigfaltige
Funktionen ausüben. In den letzten Jahrzehnten ist eine Großzahl
verschiedenster Zytokine identifiziert worden. Diese Moleküle sind an der
Regulierung der Ontogenese, der Gewebereparatur, der Immunabwehr, der
Entzündung, der Kontraktilität in Herz und Gefäßen, der Aufrechterhaltung der
Körperprozesse und des Zellsterbens beteiligt.
Zytokine sind extrazelluläre Signalproteine, deren Masse weniger als 80 kDa
beträgt. Sie werden von verschiedenen Zelltypen produziert.
Man kann die Zytokine nach folgenden Faktoren klassifizieren:
• Klassifikation durch die Beschreibung der Funktion (funktionelle
Klassifikation),
•
molekularbiologisch
ausgerichtete
Klassifikation
(strukturelle
Klassifikation),
• Zuordnung der Zytokine zu Zytokinrezeptoren.
1.2.4.1 Funktionelle Klassifikation
Historisch gesehen wurden die Zytokine anhand ihrer biologischen Funktion
klassifiziert und charakterisiert. Ihre Isolation gelang durch verbesserte
Arbeitsmethoden im letzten Jahrhundert. In den 1980er Jahren wurden dann die
EINLEITUNG
20
ersten Zytokine identifiziert und kloniert. Aus ihrer biologischen Wirkung
erfolgte eine Einteilung in:
► Interferone (IFN)
► Interleukine (IL-1 bis IL-23)
► Tumornekrosefaktoren (TNF)
► Chemokine
► Koloniestimulierende Faktoren (CSF)
► Wachstumsfaktoren (z.B. EGF, FGF)
► Transformierende Wachstumsfaktoren (TGF)
Nachfolgend werden die Interleukine und Chemokine aufgrund ihrer
dominierenden Funktion bei der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung und
deren Exazerbation eingehend dargestellt:
Interleukine
Sie wurden historisch neben den Interferonen zuerst beschriebenen. Als
Effektoren von Lymphozyten und Monozyten identifiziert, wurden sie
Lymphokine oder Monokine bezeichnet. Die ersten Interleukine, IL-1 und IL-2,
wurden in den 1970er Jahren identifiziert. Inzwischen sind über 23 Interleukine
bekannt, deren Funktionen mannigfaltig sind (Pleiotropie). Sie reichen von
Stimulierung der Proliferation, der Produktion anderer Zellmediatoren, bis hin
zu Expression von Membranenzymen.
Chemokine
Die Chemokine stellen eine große Gruppe chemotaktisch wirkender Mediatoren
dar, deren Molekulargewicht 6-14 kDa beträgt. Sie haben, den Interleukinen
entsprechend, mannigfaltige Funktionen in der Organisation des Immunsystems
und sind ebenfalls in die Angiogenese involviert. Eine weitere wichtige Rolle
der Chemokine ist die Rekrutierung differenzierter Leukozyten aus der
Blutbahn in den Entzündungsherd.
EINLEITUNG
21
1.2.4.2 Strukturelle Klassifikation
In den letzten Jahrzehnten ist es gelungen, die Interleukine molekularbiologisch
zu isolieren. Sie wurden kloniert und strukturell dreidimensional darstellt.
Neben der funktionellen Charakterisierung konnten sie anschließend strukturell
klassifiziert werden. Sie werden eingeteilt in:
► α-helikale Zytokine
► β-Faltblatt-Zytokine
► Kurzketten-α/β-Zytokine
► Mosaikstruktur-Zytokine
1.2.4.3 Klassifikation nach Zytokinrezeptoren
Die Zytokine können darüber hinaus nach den Rezeptoren klassifiziert werden,
an denen sie ihre biologische Wirkung entfalten. Jedes Zytokin interagiert mit
einem sehr spezifischen Rezeptor, über den eine bestimmte Signalkaskade und
anschließend die Genaktivierung in Gang gesetzt werden. Die Rezeptoren
werden in folgende Gruppen eingeteilt:
► Klasse-I-Zytokinrezeptoren
► Klasse-II-Zytokinrezeptoren
► Klasse-III-Zytokinrezeptoren
► Klasse-IV-Zytokinrezeptoren
► weitere Zytokinrezeptoren
Klasse-I-Zytokinrezeptoren:
Diese Rezeptorfamilie stellt den größten Teil der Zytokinrezeptoren
(Hämatopoetinrezeptor-Familie) dar. Ihre Liganden sind α-helikale Zytokine,
welche dadurch ähnliche biologische Wirkungen aufweisen. Die Rezeptoren
dieser Klasse zeichnen sich durch 2 extrazelluläre Domänen auf und besitzen
meistens eine Transmembranregion.
EINLEITUNG
22
Klasse-II-Zytokinrezeptoren:
Die Klasse-II-Zytokinrezeptoren sind Interferonrezeptoren, deren Subtypen
Interferon α, β und γ als Liganden haben.
Klasse-III-Zytokinrezeptoren:
Sie gehören zur TNF-/NGF-Rezeptorfamilie. Einige dieser Rezeptoren besitzen
eine sogenannte „death domain“, die bei der Vermittlung der Apoptose eine
Rolle spielt. Ein Teil der Klasse-III-Rezeptoren weisen jedoch keine „death
domain“, sondern eine andere Domäne auf. An diese Rezeptoren binden βFaltblatt-Zytokine.
Klasse-IV-Zytokinrezeptoren:
Die Klasse-IV-Zytokinrezeptoren sind IL-1-Zytokinrezeptoren. Sie werden
eingeteilt in IL-1-RI und IL-1-RII, wobei der erstere der Signal-tranduzierende
Rezeptor ist.
Weitere Zytokinrezeptoren:
Es gibt keine definitive Klassifikation anderer Zytokinrezeptoren. Man kann sie
aber aufgrund ihrer Unterschiede zu den übrigen Rezeptoren in 2 Gruppen
einteilen: die Rezeptor-Kinase-Familie und die Chemokinrezeptoren.
Rezeptor-Kinase-Familie: Diese Rezeptor-Familie ist heterogen und weist
Subtypen auf, an die α-helikale und β-Faltblatt-Zytokine binden.
Chemokinrezeptoren: Sie werden nach strukturellen Unterschieden ihrer
Liganden eingeteilt. Es existieren CC-, CXC-, und CX3C-Rezeptoren.
1.2.5 Wirkprinzipien
Die Zytokine zeichnen sich dadurch aus, dass sie auf mannigfaltige Art und
Weise ihre Wirkung entfalten. Sie wirken zueinander synergistisch,
antagonistisch oder kompetitiv. Sie können die Produktion anderer Zytokine
induzieren, die Rezeptorexpression stimulieren oder herabsetzen. Weiterhin
EINLEITUNG
23
können sie sich durch redundante Wirkung ersetzen, so dass die Signalkaskade
trotz Fehlens eines Zytokins intakt bleibt.
Die Zytokine wirken in der Regel lokal. Wie es in Abbildung 2 veranschaulicht
wird, können Zytokine ihre biologische Wirkung autokrin, parakrin oder
juxtakrin entfalten. Auf endokrinem Weg über die Blutbahn sind sie außerdem
imstande, weit weg von ihrem Sekretionsort ihre Funktion auszuüben.
Im Gegensatz zu den Hormonen, die in der Regel eine einzelne Funktion
ausüben, besitzen Zytokine mannigfaltige Wirkungen. Diese pleiotrope
Wirkung hängt unter anderem damit zusammen, wie viele und welche
Rezeptoren verfügbar sind.
Abb. 2: Wirkprinzipien der Zytokine (aus (Loppnow, 2001))
1.2.6 Zytokine und COPD
Die
Pathologie
der
COPD
ist
verknüpft
mit
einem
chronischen
Entzündungsprozess, mit Umbauvorgängen und Reparaturmechanismen. Es ist
daher nicht verwunderlich, dass viele Zytokine eine wichtige Rolle in der
Pathogenese der COPD übernehmen. Das Zytokinnetzwerk ist sehr komplex.
Es vollständig zu entschlüsseln und zu verstehen ist Gegenstand aktueller
wissenschaftlicher Bemühungen. Nachfolgend werden Zytokine, welche einen
Einfluss auf den Verlauf der COPD und ihre akute Exazerbation nehmen, in
ihrer Funktion charakterisiert.
EINLEITUNG
24
In zahlreichen Studien wurden Zytokine in Hinsicht auf ihren Einfluss auf die
COPD und deren Exazerbation untersucht. Dabei wurde das während der
stabilen Phase der COPD vorherrschende Zytokinmuster demjenigen in der
akuten Exazerbation der chronischen Bronchitis gegenüber gestellt. Besonders
untersucht wurden die pro-inflammatorischen Zytokine, da ihnen eine wichtige
Rolle in der COPD zukommt; diese wirken chemotaktisch auf proinflammatorische Zellen wie Makrophagen, neutrophile Granulozyten. Sie
wurden quantitativ im induzierten Sputum sowie im Serum von COPDPatienten bestimmt. Zahlreiche Einflussfaktoren wie virale und bakterielle
Infektionen
der
Atemwege,
Schweregrade
der
COPD,
Anzahl
der
Exazerbationen, Medikation mit inhalativen und systemischen Steroiden usw.,
die das Zytokinmuster beeinflussen können, wurden ebenfalls berücksichtigt.
Man erhofft sich durch diese Studien Erkenntnisse darüber zu gewinnen, in
wieweit ein therapeutisches Eingreifen in das Zytokinnetzwerk den Verlauf der
COPD und ihre Exazerbation verändert. Lässt sich z.B. die Exazerbationsrate
bei
Patienten
mit
COPD
mit
TNF-α-Antikörper
oder
mit
einem
Rezeptorantagonist deutlich reduzieren?
1.3. COPD und Zytokinprofil
1.3.1 Zytokinmuster während der stabilen Phase der COPD
Das Zytokinmuster bei der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung differiert
von dem beim Asthma bronchiale. Während beim Asthma bronchiale der
pulmonale Entzündungsprozess vorwiegend durch eosinophile Granulozyten
und Mastzellen charakterisiert ist, wird die Immunantwort der COPD von
neutrophilen Granulozyten und Makrophagen dominiert. Es ist ferner in vielen
Studien gezeigt worden, dass bei der COPD eine Immunantwort vom Typ der
TH1-Helferzellen vorherrscht (D'Ambrosio et al., 2001; O`Shaughnessy et al.,
1997; Saetta et al., 1999; Panina-Bordignon et al., 2001; Maestrelli et al.,
EINLEITUNG
25
2001). Eine TH2-Immunantwort wird dagegen beim Asthma bronchiale
beobachtet (D'Ambrosio et al., 2001; Robinson et al., 1992; Wills-Karp, 1999;
Humbert et al., 1997a; Humbert et al., 1997b; Yasruel et al., 1997; Kotsimbos
et al., 1996).
Abb. 3: Rolle der T-Helferzellen und das Zytokinnetzwerk in der Entstehung
entzündlicher
Erktankungen.
Gegenüberstellung
COPD/Asthma
(aus
(D'Ambrosio et al., 2001))
Erhöhte Konzentrationen von IL-6, IL-1β, TNF-α und IL-8 wurden im
induzierten Sputum von COPD-Patienten gemessen (Keatings et al., 1996).
Gesteigerte Sekretion der pro-inflammatorischen Zytokine, IL-8, IL-1 und
TNF-α sowie des anti-inflammatorischen Zytokins IL-10, durch alveoläre
Makrophagen wurde festgestellt (Lim et al., 2000). Im Vergleich zu
Nichtrauchern weisen Raucher erhöhte Konzentrationen von TNF-α, IL-1β, IL-
EINLEITUNG
26
6, IL-8, und MCP-1 in der bronchoalveolären Lavage auf (Kuschner et al.,
1996). Auch andere CXC-Chemokine, wie GRO-α und ENA-78, werden
vermehrt sezeniert (Morrison et al., 1998).
TNF-α wird von vielen Zellen, darunter Makrophagen, Mastzellen und
Epithelzellen produziert. Die Sekretion von TNF-α wird darüber hinaus von
anderen Zytokinen wie IL-1, GM-CSF und IFN-γ positiv beeinflusst. TNF-α
aktiviert den Transkriptionsfaktor NF-κB, welcher die Transkription des IL-8Gens in Gang setzt und dadurch eine vermehrte Sekretion von IL-8 von
Epithelzellen der Atemwege und Neutrophilen bewirkt. Auch die Produktion
von dem Adhäsionsmolekül ICAM-1 (intercellular adhesion molecule) wird
durch TNF-α hochreguliert, welches ebenfalls bei COPD-Patienten erhöht ist.
TNF-α kann außerdem Makrophagen aktivieren, welche wiederum vermehrt
Matrixmetalloproteasen
produzieren.
Diesen
wird
unter
anderem
die
Destruktion von Alveolarwänden zugeschrieben.
Im
induzierten
Sputum
von
COPD-Patienten
findet
man
erhöhte
Konzentrationen an TNF-α (Keatings et al., 1996). Auch die Konzentration an
löslichem TNF-α-Rezeptor im Sputum steigt signifikant im Vergleich zur
gesunden Kontrollgruppe an (Vernooy et al., 2002). Der TNF-α-Level ist
ebenfalls im Serum von COPD-Patienten, welche stärker an Gewicht
abnehmen, erhöht (Di Francia et al., 1994; Schols et al., 1996).
Vergleichstudien berichten über die Anwesenheit von TNF-α-Polymorphismen
in Patienten mit COPD (Huang et al., 1997; Sakao et al., 2001; Keatings et al.,
2000). Diese gehen mit einer höheren TNF-α-Sekretion einher (Wilson et al.,
1997; Kroeger et al., 2000). Dieses Phänomen wird jedoch in anderen Studien
nicht bestätigt (Higham et al., 2000; Ishii et al., 2000), was sich vermutlich auf
unterschiedliche Schweregrade der COPD zurückzuführen lässt (Keatings et al.,
2000).
IL-1β induziert eine Leukozytose durch vermehrte Ausschleusung neutrophiler
Granulozyten aus dem Knochenmark und triggert die Freilassung weiterer
EINLEITUNG
27
Interleukine. Außerdem induziert IL-1β die Proliferation von Fibroblasten,
welche verstärkt Prostaglandin und Kollagenase sezernieren. Zusammen mit
TNF-α bewirkt IL-1β die Expression von ICAM-1 in Endothelzellen.
Eine erhöhte Produktion von IL-1β wurde in der stabilen Phase der COPD
berichtet (Chung, 2001). Alveolarmakrophagen sezernieren bei Rauchern im
Vergleich zu Nichtrauchern vermehrt IL-1β (Lim et al., 2000; Zeidel et al.,
2002). In der bronchoalveolären Lavage gibt es ebenfalls einen signifikanten
Unterschied der IL-1β-Konzentrationen zwischen diesen beiden Gruppen. Es
besteht
außerdem
eine
negative
Korrelation
zwischen
den
IL-1β-
Konzentrationen und den Lungenfunktionsparametern (Ekberg-Jansson et al.,
2001). Studien an gentechnisch veränderten Mäusen, welche humane IL-1βGene
exprimieren,
zeigen
außerdem,
dass
IL-1β
imstande
ist,
inflammatorische Zellen in der bronchoalveolären Lavage zu rekrutieren. Es
verursacht zudem eine subepitheliale Fibrose, Verdickung der Alveolarwände
und ruft eine Metaplasie der Becherzellen hervor (Lappalainen et al., 2005).
IL-8 ist ein CXC-Chemokin und wirkt chemotaktisch auf neutrophile
Granulozyten sowie T-Zellen. Ferner aktiviert IL-8 die 5-Lipoxygenase in
Neutrophilen, die wiederum die Freisetzung von Leukotrien B4 induziert.
Leukotrien B4 seinerseits hat chemotaktische Wirkung im Sputum von COPDPatienten.
IL-8 wird auch eine wichtige Rolle bei der Rekrutierung von CD8+ THelferzellen in das Entzündungsgebiet zugeschrieben. Während der stabilen
Phase der COPD wird eine signifikant höhere Konzentration an IL-8 im
induzierten Sputum gemessen (Yamamoto et al., 1997). Es besteht außerdem
eine enge Korrelation zwischen der Anzahl an Neutrophilen und der IL-8Konzentration (Keatings et al., 1996; Yamamoto et al., 1997). Woolhouse et al.
wiesen ebenfalls erhöhte Konzentration an IL-8 bei Patienten mit
Lungenemphysem und α1-Antitrypsinmangel nach (Woolhouse et al., 2002).
Ferner korreliert die IL-8 Konzentration mit der Bakterienzahl in der stabilen
EINLEITUNG
28
Phase der COPD (Hill et al., 2000b; Patel et al., 2002). Auch ein Vergleich von
IL-8 Konzentrationen in der bronchoalveolären Lavage ergab signifikante
Unterschiede
zwischen
Kontrollgruppe
und
Patienten
mit
chronisch
obstruktiver Lungenerkrankung (Nocker et al., 1996; Soler et al., 1999). Es gibt
jedoch, im Gegensatz zu IL-8, keine bedeutsamen Unterschiede bezüglich
anderer CXC-Chemokine zwischen Rauchern mit oder ohne Obstruktion
(Tanino et al., 2002). Erhöhte Konzentrationen an IL-8 wurden außerdem bei
hospitalisierten COPD-Patienten und Patienten mit Skelettmuskelschwäche
gemessen (Spruit et al., 2003). Es besteht eine enge Korrelation zwischen dem
Schweregrad der Atemwegsobstruktion (Yamamoto et al, 1997) sowie dem
Raucherstatus (Hill et al., 2000b) und den im induzierten Sputum gemessen
Konzentrationen an IL-8.
IL-6 wird hauptsächlich von Monozyten, Makrophagen, T- und B-Zellen,
Fibroblasten sowie von Endothelzellen produziert und sezerniert. Die Rolle von
IL-6 in der Pathogenese der COPD ist unklar. Hinweise für IL-6 als einen
inflammatorischen Marker ergeben sich aus der Tatsache, dass es von NF-κB
aktiviert wird. Jedoch hat IL-6 vermutlich nicht nur pro-inflammatorische
sondern auch anti-inflammatorische Wirkungen. Sein Effekt hängt davon ab,
welche anderen Zytokine anwesend sind.
Erhöhte Konzentrationen an IL-6 im Atemkondensat wurden in der stabilen
Phase der COPD beobachtet (Bucchioni et al., 2003). Auch im induzierten
Sputum von COPD-Patienten weist IL-6 im Vergleich zur Kontrollgruppe eine
höhere Konzentration auf (Chung, 2001). In der bronchoalveolären Lavage
konnten Soler et al. signifikante Unterschiede von Interleukin 6 zwischen
gesunden Nichtrauchern, Rauchern und COPD-Patienten nachweisen. Innerhalb
der Patientengruppe mit COPD gibt es Differenzen zwischen Patienten mit
mildem oder schwerem Krankheitsverlauf (Soler et al., 1999). Auch im Plasma
von Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung fanden sich
erhöhte Konzentrationen an IL-6 (Debigare et al., 2003; Godoy et al., 2003;
Hageman et al., 2003).
EINLEITUNG
29
Abb. 4: Interaktion zwischen Zellen und Zytokinen beim Entzündungsprozess in
COPD (aus (Chung, 2001))
1.3.2 Zytokinmuster während der Exazerbation der COPD
Viele
Studien
widmen
sich
den
Veränderungen
bezüglich
pro-
inflammatorischer Zytokine während der Exazerbation der COPD in der
Hoffnung, deren Pathogenese tiefgründiger zu verstehen und therapeutische
Konsequenzen daraus abzuleiten.
Während
der
akuten
Exazerbation
steigen
Konzentrationen
vieler
Entzündungsmediatoren an, inbesondere IL-6, IL-8, TNF-α, Endothelin-1 und
Leukotrien B4 (LTB4), wobei die beiden letzteren keine Zytokine im engeren
Sinne darstellen, sondern zu den Gruppen der Zellmediatoren gezählt werden
(Endothelin-1: peptid mediator; LTB4: lipid mediator).
Erhöhte Konzentrationen von IL-6 während der Exazerbation im Vergleich zur
stabilen Phase sowohl im induzierten Sputum, in der BAL und Atemkondensat
EINLEITUNG
30
(Bhowmik et al., 2000 ; Song et al., 2001; Bucchioni et al., 2003) als auch im
Blutplasma (Wedzicha et al., 2000) wurden in mehreren Studien bestätigt.
Höhere Konzentrationen von IL-6 werden außerdem bei Patienten, die an mehr
als 3 Exazerbationen im Jahr leiden, im Vergleich zu denen mit weniger als 2
Exazerbationen gemessen (Wedzicha et al., 2000). Zudem korreliert der IL-6Level im Sputum mit der Häufigkeit der Exazerbationen (Bhowmik et al.
2000). Die Exazerbationen der chronisch obstruktiven Bronchitis sind häufig
mit bakteriellen (Monso et al., 1999; Wilson, 1999; Sethi, 2000; Zalacain et al.,
1999) und viralen (Seemungal et al., 2001; Seemungal et al., 2000;Rohde et al.,
2003) Atemwegsinfektionen assoziiert. In Gegenwart dieser Erreger wurde eine
erhöhte Sekretion von IL-6 beobachtet (Subauste et al., 1995; Khair et al.,
1994).
IL-8 ist ein CXC-Chemokin, dessen Konzentrationen im induzierten Sputum
von Patienten während der akuten Exazerbationen, die durch Zunahme an
neutrophilen Granulozyten und durch erhöhte Sputumpurulenz charakterisiert
sind, signifikant ansteigen (Crooks et al., 2000; Aaron et al., 2001; Gompertz
et al., 2001). Es wurde eine Korrelationen zwischen der Konzentration von IL-8
im Sputum und der Häufigkeit der Exazerbationen beobachtet (Bhowmik et al.,
2000). Auch Korrelationen zwischen der Anzahl der Bakterien im Sputum und
IL-8-Werten wurde beschrieben (Patel et al., 2002).
1.4. Studiendesign
Patienten
Zwischen Juli 1998 und September 1999 wurden in einer laufenden Studie
Patienten mit einer Exazerbation der chronisch obstruktiven Erkrankung
untersucht. Die Kontrollgruppe umfasste Patienten mit stabiler COPD, welche
in dieser Zeit auf Grund anderer Erkrankungen (z.B. Diabetes mellitus,
koronare Herzerkrankung) stationär behandelt wurden. Als Einschlusskriterien
beider Gruppen galten:
EINLEITUNG
31
• Alter zwischen 18 und 85 Jahren
• exazerbierte
oder
stabile
COPD
(siehe
Einleitung
Definitionen)
• chronische Atemgasflusslimitierung mit FEV1 < 80 %
• stationärer Aufenthalt
Ausschlusskriterien waren:
• Asthma bronchiale
• Dyspnoe anderer Genese
• Krankenhausaufenthalt in den letzten 30 Tagen
für
MATERIAL UND METHODEN
32
2. Material und Methoden
2.1 Serumgewinnung
Für die quantitative Zytokinbestimmung wurde venöses Blut von den oben
beschriebenen Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung
gewonnen, deren Daten unter Einhaltung der Vorschriften des Datenschutzes in
einer Spenderdatei geführt werden. Die Blutentnahmen waren von der
Ethikkommission der Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum
genehmigt (Registrier-Nr. 1486).
30 ml venöses Blut wurden jedem Probanden entnommen und für 20-30
Minuten bei Raumtemperatur zur Gerinnung stehen gelassen. Danach wurde für
15 Minuten mit 1.500 x g zentrifugiert. Der Überstand wurde anschließend
unter sterilen Bedingungen in 1 ml Eppendorf-Gefäße aliquotiert. Die Aliquots
wurden bei -20 °C gelagert.
2.2 Sputumgewinnung
Das induzierte Sputum wurde in der laufenden Studie nach modifizierten
Protokollen von Pavord et al. (Pavord et al., 1997) und Holz et al. (Holz et al.,
1998) gewonnen.
Alle Patienten erhielten vor der Sputumgewinnung 2 Hübe Salbutamol (200
μg/Hub). Das Sputum wurde nach einer Inhalation (Höchstdauer 30 Minuten,
Pariboy Nebulizer, Starnberg, Germany) mit nicht-gepufferter Kochsalzlösung
(NaCl 0,9%) bei Patienten mit signifikanter Obstruktion bei der Spirometrie
(FEV1 < 60% 20 Minuten nach Inhalation von 2 Hüben Salbutamol) oder mit
hypertoner
Kochsalzlösung
(3%)
bei
Patienten
ohne
signifikante
Flußlimitierumg der Atemwege (FEV1 ≥ 60%) gesammelt. Die Konzentration
der Lösung konnte in 1% Schritten gemäß klinischer Wirksamkeit auf 5%
erhöht werden. Die Probanden wurden anwiesen, vor der eigentlichen
MATERIAL UND METHODEN
33
Sputumgewinnung den Mund- und Rachenraum mit Wasser zu spülen, um eine
oropharyngeale Kontamination zu verhindern.
Nach der Sputumgewinnung wurde eine Spirometrie bei allen Patienten
durchgeführt, um eine durch Kochsalz verursachte Bronchokonstriktion
auszuschließen.
Die Sputumproben wurden mit gleicher Menge an 10%igem Dithiothreitol
(Sputolysin®, Calbiochem, La Jolla, USA) versetzt und anschließend für 15
Minuten bei Raumtemperatur inkubiert. Sie wurden dann mit 1500
Umdrehungen/min für weitere 15 Minuten zentrifugiert (CS-6KR, Beckman
Instruments Inc., Palo Alto, U.S.A.). Der Überstand wurde aliquotiert und bei
-20°C eingefroren.
2.3 Lösungen
Phosphat-gepufferte Kochsalzlösung (PBS):
137 mM Natriumchlorid (NaCl)
2,7 mM Kaliumchlorid (KCl)
10 mM Di-Natriumhydrogenphosphat (Na2HPO4)
2 mM Kaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4)
Für Waschpuffer wurde PBS-Tween verwendet:
500 μl Tween-20 / 1 L PBS
Coating Puffer
8,4 g NaHCO3
3,56 g Na2CO3 auf 1 L Aqua dest.
MATERIAL UND METHODEN
34
2.4 Erfassung der Lungenfunktionsparameter
Die spirometrischen Parameter werden mit einem JAEGER-FlowscreenSpirometer erfasst (E. Jaeger, Würzburg, Deutschland). Gewertet wurde der
beste aus 3 Versuchen. Gemessen wurden folgende Parameter:
Forciertes exspiratorisches Volumen in einer Sekunde: FEV1
Forcierte und inspiratorische Vitalkapazität: FVC, IVC
2.5 Quantitative Zytokinbestimmung im Sputumüberstand und im Serum
Die quantitative Bestimmung der Zytokine im Sputumüberstand und im Serum
erfolgte durch das Verfahren des enzym-linked-immunosorbent-assay (ELISA).
Dieses Verfahren ermöglicht die quantitative Bestimmung eines Antigens (IL6, IL-8 oder IL-10) unabhängig von Fremdproteinen im Sputumüberstand und
im Serum. Für die Bestimmung wurden ‚OptEIA-Sets’ (Pharmingen
Heidelberg) verwendet, die zwei aufeinander abgestimmte Antikörper sowie
den rekombinanten Proteinstandard enthielten. Zunächst wurde der erste
antigenspezifische Antikörper an eine Mikrotiterplatte (Falcon® ‚Probind’,
Becton Dickinson, Heidelberg) gebunden und freie Bindungsstellen mit Puffer
(enthält 8,4g NaHCO3 und 3,56g Na2CO3 in 1 L Aqua dest.) abgesättigt.
Während der folgenden Inkubation mit der zu analysierenden Probe (IL-6, IL-8,
IL-10 im Serum nativ; IL-6 im Sputum nativ, IL-8 im Sputum im Verhältnis
1:500 verdünnt) erfolgte die Bindung der Zytokin-Moleküle an den ersten
Antikörper. Durch die Bindung eines zweiten Zytokin-spezifischen und
Peroxidase-gekoppelten Antikörpers an die gebundenen Zytokin-Moleküle
erfolgte die Umsetzung eines zugefügten TMB-Substrats proportional zur
gebundenen Zytokinmenge. Nach Zusatz von 2 N Schwefelsäure zum
Abstoppen der Reaktion wurde die photometrische Bestimmung in einem
Photometer für Mikroplatten (Dynatech MR5000, Dynex Technologies GmbH
Denkendorf) durchgeführt. Alle Inkubationen und Waschschritte wurden
MATERIAL UND METHODEN
35
gemäß dem Protokoll des Herstellers vorgenommen und sind daher hier nicht
im Detail beschrieben. Die quantitative Auswertung erfolgte unter Verwendung
eines speziellen Softwareprogramms für ELISA-Auswertung (Mikrowin
Version 3.29, Mikrotek Laborsysteme GmbH Overath). Anhand einer
Standardkurve aus sieben Standardkonzentrationen (IL-6: 4,7 pg/ml bis 300
pg/ml; IL-8: 3,1 pg/ml bis 200 pg/ml, IL-10: 7,8 pg/ml bis 500 pg/ml), die bei
jedem Test mitgeführt wurden, wurde der Zytokingehalt der Proben aus den
Extinktionswerten ermittelt. Als Leerwert diente der Verdünnungspuffer für die
Standard- und Probenverdünnungen. Alle Standards und Proben wurden jeweils
in Doppelbestimmungen gemessen und der Mittelwert als Endergebnis
eingesetzt.
2.6 Statistische Auswertung
Für die Ergebnisse werden, soweit nicht anders angegeben, Mittelwerte und
Standardabweichungen angegeben. Diskrete Variablen werden mittels ChiQuadrat-Test
oder
Fisher´s
Exakttest
verglichen.
Für
die
Analyse
parametrischer Daten wird der Student´s Test, für nicht-parametrische Daten
der Mann-Whitney-U Test verwendet. Gepaarte Werte werden mit WilcoxonTest verglichen.
Der Signifikanzlevel wird für alle statistischen Analysen auf 5% gesetzt. Für
alle statistischen Auswertungen wird SPSS 10.0 (SPSS Inc., Chicago, Illinois,
USA) als Softwareprogramm verwendet.
ERGEBNISSE
36
3. Ergebnisse
3.1 Patienten
Insgesamt wurden 127 Patienten hinsichtlich der Konzentrationen der
Interleukine IL-6, IL-8 und IL-10 im Serum sowie im Sputum untersucht. 85
Patienten waren nach geltenden Kriterien im Stadium der exazerbierten COPD
(Einschlussgruppe). Die restlichen 42 Patienten (Kontrollgruppe) befanden sich
in der stabilen Phase der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung und wurden
stationär auf Grund anderer Begleiterkrankungen (s.o.) behandelt. Die
Charakteristika der Patienten sind in Tabelle 1.3 zusammengefasst.
Es wurden die Konzentrationen der Zytokine bei Patienten in der
Kontrollgruppe nur bei Aufnahme gemessen. Bei Patienten mit exazerbierter
COPD wurden Messungen der jeweiligen Zytokine bei Aufnahme und bei
Entlassung durchgeführt. Es wurden die
Konzentrationen IL-6 und IL-8
jeweils im Serum und Sputum, IL-10 nur im Serum bestimmt.
ERGEBNISSE
37
Tab.2: Patientendaten
Nr.
Alter, Median (Bereich)
Geschlecht (Anzahl,
W = weiblich, M = männlich)
BMI † , Median (Bereich)
Exazerb. COPD
Stabile COPD
85
42
70 (43-83)
67,5 (45-86)
p=0,441
17W : 68M
4W : 38M
p=0,215
24,7 (16,6-39,5)
25.8 (17,8-35)
p=0,114
11/85 (12,9%) Nie 7/42 (16,7%) Nie p=0,767
Raucherstatus
42/85 (49,4%) Ex 23/42 (54,8%) Ex
p=0,627
32/85 (37,7%) Ja
12/42 (28,6%) Ja
35 (1-100)
37,5 (1-100)
p=0,492
13 (0-40)
10 (1-50)
p=0,423
1(0-3)
2 (0-3)
p=0,673
FEV1 (L), Median (Bereich)#
1,16 (0,48-2,84)
1,44 (0,64-2,6)
p=0,066
FEV1 (%), Median (Bereich)#
49 (15,3-79,9)
55 (18,1-74,7)
p=0,314
Packungsjahre, Median
(Bereich)
COPD seit (Jahre), Median
(Bereich)
Allgemeinzustand (WHO),
Median (Bereich)
†
#
Body Mass Index
Angegeben sind die Basislinien-Werte
ERGEBNISSE
38
3.2 Interleukine im Serum
3.2.1 Interleukin 6
Tab.3: IL-6-Konzentration im Serum (in pg/ml)
Studienstatus
Stabile COPD
weiblich männlich
Exazerb. COPD
weiblich männlich
Geschlecht
4
7,76
positiv
negativ
8,28
5,42
ja
nein
mit Steroiden
7,89
4,36
Inhalative
ja
nein
mit Steroiden
6,41
6,62
Exazerbations-
<2
>3
5,32
10,94
p=0,095
5,47
4,91
positiv
negativ
5,96
4,75
ja
nein
5,97
4,79
ja
nein
5,18
4,75
<2
>3
4,1
5,18
p=0,709
Virusnachweis
Systemische
p=0,233
p=0,474
Vorbehandlung
p=0,192
p=0,242
Vorbehandlung
p=0,828
p=0,905
häufigkeit (im
vorausg. Jahr)
p=0,203
p=0,163
ERGEBNISSE
39
Die mediane IL-6-Konzentration im Serum betrug in der Kontrollgruppe 6,4
pg/ml und in der Patientengruppe mit exazerbierter COPD 5,1 pg/ml (p =
0,437). Bei Entlassung wurde ein Median von 6,18 pg/ml bestimmt, im
Vergleich nur geringfügig höher als die bei stationärer Aufnahme gemessenen
Werte (6,18 pg/ml : 5,1 pg/ml). Es bestand kein signifikanter Unterschied in der
IL-6-Konzentration zwischen beiden Geschlechtern: Median 4,72 pg/ml bei den
COPD-Patientinnen und 5,69 pg/ml bei den COPD-Patienten (p = 0,606, MannWhitney-U-Test). Auch innerhalb der untersuchten Patientengruppen gab es
keine statistisch signifikanten Differenzen zwischen den Geschlechtern: In der
Gruppe der stabilen COPD-Patienten wurde ein Median von 4 pg/ml bei den
Patientinnen und 7,76 pg/ml bei den Patienten bestimmt; in der Gruppe der
Patienten mit exazerbierter COPD betrug das Verhältnis 5,47 pg/ml zu 4,91
pg/ml (siehe Tab 1.4).
Die Körpergröße hatte keinen statistisch signifikanten Einfluss auf die
Serumkonzentrationen von IL-6 im Gesamtkollektiv. Es bestand jedoch eine
signifikant
negative
Korrelation
zwischen
diesen
Werten
und
dem
Körpergewicht der COPD-Patienten (r = -0,261; p = 0,003 nach Pearson).
Zwischen den IL-6-Konzentrationen und der Dauer der Erkrankung seit der
Erstdiagnose
sowie
der
Anzahl
der
Exazerbationen
existierte
kein
Zusammenhang.
Die IL-6-Konzentrationen bei allen Patienten mit oder ohne Nachweis eines
viralen Infekts unterschieden sich nicht: 5,99 pg/ml (Median) gegenüber 4,85
pg/ml (Median), (p = 0,42, Mann-Whitney-U-Test). Innerhalb der zu
untersuchenden Gruppen gab es keine bedeutsamen Unterschiede zwischen den
Geschlechtern (Tab 1.4).
Der Vergleich der medianen IL-6-Konzentrationen bei allen Patienten mit oder
ohne orale Steroidbehandlung zum Zeitpunkt der Aufnahme ergab ebenfalls
keinen signifikanten Unterschied: 5,97 pg/ml gegenüber 4,79 pg/ml (p = 0,063,
Mann-Whitney-U-Test). Auch gab es keinen statischen Zusammenhang
zwischen der Dosis des oralen Kortikosteroids und der Konzentration von IL-6
ERGEBNISSE
40
im Serum. Eine Vorbehandlung mit einem inhalativen Kortikosteroid hatte
ebenfalls keinen Einfluss auf die IL-6-Konzentration.
Die IL-6-Serumkonzentration korrelierte nicht mit der Häufigkeit der
Exazerbationen im Jahr. Die medianen IL-6-Konzentrationen bei Patienten mit
weniger als 2 Exazerbationen im Jahr und Patienten mehr als 3 Exazerbationen
im Jahr unterschieden sich nicht: 4,73 pg/ml gegenüber 7,49 pg/ml (p = 0,101,
Mann-Whitney-U-Test).
Die Konzentration von IL-6 im Gesamtkollektiv korrelierte mit der IL-10Konzentration im Serum (r = 0,306; p = 0,001 nach Pearson). Eine Korrelation
zwischen IL-6 und IL-8 im Serum bestand nicht.
Zwischen IL-6 und FEV1 (% vom Sollwert) gab es ebenfalls keine Korrelation.
Die IL-6-Konzentration korrelierte nicht mit den Lungenfunktionsparametern.
Ein Zusammenhang zwischen den CRP-Werten und der IL-6-Konzentration
im Serum bei allen Patienten bestand ebenfalls nicht (r = 0,164, p = 0,072 nach
Pearson).
Zwischen Rauchern, Ex-Rauchern und Nichtrauchern gab es keinen
Unterschied: 4,73 pg/ml zu 5,74 pg/ml zu 7,92 pg/ml (p = 0,616, KruskalWallis-Test).
ERGEBNISSE
41
80
IL 6 (pg/ml)
60
40
20
0
K
E
Studienstatus
Abb. 5: IL-6-Konzentrationen im Serum in der Kontrollgruppe (K) und in der
Patientengruppe mit exazerbierter COPD (E) (p = 0,437)
ERGEBNISSE
42
80
IL 6 (pg/ml)
60
40
20
0
10
20
30
40
50
60
70
80
FEV1 (%Soll)
Abb. 6: Keine Korrelation zwischen IL-6-Konzentration im Serum und FEV1Wert (% von Sollwert)(p = 0,369)
ERGEBNISSE
43
80
IL 6 (pg/ml)
60
40
20
0
40
60
80
100
120
140
Körpergewicht (kg)
Abb. 7: Negative Korrelation zwischen IL-6-Konzentration im Serum und dem
Körpergewicht (r = -0,261; p = 0,003)
ERGEBNISSE
44
80
IL 6 pg/ml
60
40
20
0
0
10
20
30
40
50
IL10 (pg/ml)
Abb. 8: Positive Korrelation zwischen den IL-6- und IL-10-Konzentrationen im
Serum (r = 0,306; p = 0,001)
ERGEBNISSE
45
80
IL 6 pg/ml
60
40
20
0
<2
>3
Anzahl Exazerbationen
Abb. 9: Kein Zusammenhang zwischen der IL-6-Konzentration und der
Häufigkeit der Exazerbationen pro Jahr (p = 0,1)
ERGEBNISSE
46
80
IL 6 (pg/ml)
60
40
20
0
n
e
j
Nikotin-Abusus
Abb. 10: Kein Unterschied zwischen Nichtrauchern (n), Ex-Rauchern (e) und
Rauchern (j) (p = 0,616, Kruskal-Wallis-Test)
ERGEBNISSE
47
3.2.2 Interleukin 8
Tab.4: IL-8-Konzentration im Serum (in pg/ml)
Studienstatus
Stabile COPD
weiblich männlich
Exazerb. COPD
weiblich männlich
Geschlecht
10,89
8,15
positiv
negativ
6,19
8,44
ja
nein
mit Steroiden
8,26
7,87
Inhalative
ja
nein
mit Steroiden
8,26
8,03
Exazerbations-
<2
>3
8,09
8,49
p=0,095
6,54
9,08
positiv
negativ
8,19
7,88
ja
nein
8,19
7,88
ja
nein
7,51
10,09
<2
>3
7,64
10,83
p=0,044
Virusnachweis
Systemische
p=0,233
p=0,472
Vorbehandlung
p=0,192
p=0,913
Vorbehandlung
p=0,828
p=0,302
häufigkeit (im
vorausg. Jahr)
p=0,285
p=0,476
ERGEBNISSE
48
Der Median der IL-8-Konzentration im Serum betrug in der Kontrollgruppe
8,25 pg/ml und in der Patientengruppe mit exazerbierter COPD 8,04 pg/ml (p =
0,793). Bei der Entlassung wurde ein Median von 11,16 pg/ml im Serum
gemessen. Es bestand kein Unterschied zu den bei der Klinikaufnahme
gemessenen Werten (p = 0,144, Wilcoxon-Test). Die IL-8-Konzentrationen im
Serum hinsichtlich des Geschlechts ergaben keine Unterschiede: 6,6 pg/ml bei
COPD-Patientinnen und 8,42 pg/ml bei COPD-Patienten (p = 0,606, MannWhitney-U-Test). Auch innerhalb der Studiengruppen gab es keine
Abweichungen zwischen beiden Geschlechtern: 10,89 pg/ml bei COPDPatientinnen gegenüber 8,18 pg/ml in der Kontrollgruppe (p = 0,095). In der
Gruppe der exazerbierten COPD-Patienten betrug dieses Verhältnis 6,54 pg/ml
zu 9,08 pg/ml (p = 0,709) (siehe Tab. 4).
Zwischen IL-8-Konzentrationen und Körpergewicht sowie Körpergröße der
COPD-Patienten bestanden keine statistischen Zusammenhänge.
Die IL-8-Konzentration hatte keinen Bezug zum Raucherstatus: 6,78 pg/ml bei
Nichtrauchern, 7,62 pg/ml (p = 0,819) bei Ex-Rauchern und 8,62 pg/ml (p =
0,181) bei Patienten mit aktuellem Nikotinabusus. Die IL-8-Konzentration im
Serum unterschied sich hinsichtlich der Häufigkeit der Exazerbationen nicht:
7,77 pg/ml bei COPD-Patienten mit weniger als 2 Exazerbationen im Jahr und
9,39 pg/ml bei denjenigen mit mehr als 3 Exazerbationen (p = 0,166, MannWhitney-U-Test).
Die
IL-8-Konzentrationen
waren
bei
COPD-Patienten
mit
positivem
Virusnachweis im Sputum oder in der nasalen Flüssigkeit nicht verschieden
von Patienten ohne Virusnachweis: 7,66 pg/ml gegenüber 8,33 pg/ml (p =
0,859). Auch eine Vorbehandlung mit oralem Kortikosteroid hatte keinen
statistisch bedeutsamen Einfluss auf die gemessenen IL-8-Konzentrationen.
Die Patienten, welche gleichzeitig an einer Silikose litten, wiesen keine höheren
IL-8-Konzentrationen im Serum auf: 11,39 pg/ml (Median) gegenüber 7,9
pg/ml (p = 0,109). Eine Vorbehandlung mit Theophyllin, Antibiotika oder β2Sympathomimetikum zum Zeitpunkt der Klinikeinweisung hatte auf die IL-8Konzentrationen im Serum keinen Einfluss.
ERGEBNISSE
49
Ein statistischer Zusammenhang zwischen IL-8 und IL-6 im Serum war nicht
feststellbar. Es gab jedoch eine signifikant positive Korrelation zwischen IL-8
und IL-10 (r = 0,204; p = 0,024 nach Pearson). Es bestand ein negativer
Zusammenhang zwischen der IL-8-Konzentration und dem FEV1 (% von
Sollwert) (r = -0,272; p = 0,002 nach Pearson).
ERGEBNISSE
50
50
IL 8 pg/ml
40
30
20
10
0
K
E
Studienstatus
Abb. 11: Kein Unterschied der IL-8-Konzentrationen im Serum in den
Vergleichsgruppen (Kontrollgruppe (K), Patientengruppe mit exazerbierter
COPD (E)) (p = 0,793)
ERGEBNISSE
51
50
IL 8 (pg/ml)
40
30
20
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
FEV1 (%Soll)
Abb. 12: Negative Korrelation zwischen IL-8-Konzentrationen und FEV1 (%
von Sollwert) (r = -0,272; p = 0,002)
ERGEBNISSE
52
50
IL 8 pg/ml
40
30
20
10
0
<2
>3
Anzahl Exazerbationen
Abb. 13: Kein Einfluss der Exazerbationshäufigkeit der COPD auf die
gemessenen IL-8-Konzentrationen im Serum (p = 0,166)
ERGEBNISSE
53
50
IL 8 (pg/ml)
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
IL10 (pg/ml)
Abb. 14: Positive Korrelation zwischen den IL-8- und IL-10-Konzentrationen
im Serum (r = 0,204; p = 0,024)
ERGEBNISSE
54
50,00
IL 8 pg/ml
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
nein
ex
ja
Nikotin-Abusus
Abb. 15: Keine Konzentrationsunterschiede zwischen Nichtrauchern, ExRauchern und Rauchern (p = 0,151)
ERGEBNISSE
55
3.2.3 Interleukin 10
Tab.5: IL-10-Konzentration im Serum (in pg/ml)
Studienstatus
Stabile COPD
weiblich männlich
Exazerb. COPD
weiblich männlich
Geschlecht
8,53
10,2
positiv
negativ
10,2
10,34
ja
nein
mit Steroiden
10,79
9,21
Inhalative
ja
nein
mit Steroiden
11,11
9,21
Exazerbations-
<2
>3
10,2
11,34
p=0,265
8,61
8,41
positiv
negativ
8,4
8,41
ja
nein
8,61
8,31
ja
nein
8,41
8,4
<2
>3
8,22
9,26
p=0,940
Virusnachweis
Systemische
p=0,405
p=0,568
Vorbehandlung
p=0,266
p=0,511
Vorbehandlung
p=0,185
p=0,691
häufigkeit (im
vorausg. Jahr)
p=0,308
p=0,476
ERGEBNISSE
56
Die mediane Konzentration von Interleukin 10 (IL-10) im Serum betrug in der
Kontrollgruppe 10,2 pg/ml und war im Vergleich zu 8,41 pg/ml bei Patienten
mit exazerbierter COPD höher (p = 0,029, Mann-Whitney-U-Test). Bei diesen
Patienten wurde ein Median von 8,74 pg/ml bei Krankenhausentlassung
gemessen (p = 0,104, Wilcoxon-Test). Zwischen weiblichen und männlichen
COPD-Patienten
bestand
kein
Unterschied
der
medianen
IL-10-
Konzentrationen im Serum: 9,86 pg/ml gegenüber 8,71 pg/ml (p = 0,421).
Auch innerhalb der zu untersuchenden Patientengruppen gab es keine
signifikanten Unterschiede zwischen den Geschlechtern: in der Kontrollgruppe
8,61 pg/ml gegenüber 8,41 pg/ml (p = 0,265), in der Patientengruppe mit
exazerbierter COPD 9,86 pg/ml gegenüber 8,71 pg/ml (p = 0,93) (Tab. 5).
Weder Körpergröße noch Körpergewicht der Patienten hatten einen Einfluss
auf die IL-10-Konzentrationen im Serum. Die mediane IL-10-Konzentration
wurde durch den Raucherstatus nicht beeinflusst: 11,5 pg/ml bei Nichtrauchern,
8,72 bei Ex-Rauchern und 8,55 pg/ml bei Rauchern (p = 0,315, Kruskal-WallisTest). Die IL-10-Konzentrationen korrelierten nicht mit der Intensität
des
Rauchverhaltens (in Packungsjahren) der Patienten (r = -0,168; p = 0,089 nach
Pearson).
Die Anzahl der Exazerbation der Erkrankung korrelierte nicht mit den
Konzentrationen von IL-10 im Serum (r = 0,105; p = 0,293 nach Pearson). Die
IL-10-Konzentrationen wurden durch die Exazerbationshäufigkeit nicht
beeinflusst: 8,91 pg/ml bei Patienten mit weniger als 2 gegenüber 9,91 pg/ml
bei Patienten mit mehr als 3 Exazerbationen im Jahr (p = 0,326). Auch
innerhalb der Studiengruppen unterschieden sich die IL-10-Konzentrationen
bezüglich der Exazerbationshäufigkeit nicht (Tab. 5).
Die Patienten, welche nachweislich eine Silikose hatten, wiesen im Vergleich
zu den anderen COPD-Patienten keinen Unterschied hinsichtlich der IL-10Konzentration auf: 8,49 pg/ml gegenüber 8,97 pg/ml (p = 0,832).
Die IL-10-Konzentrationen hatten keine Bezug zum Virusnachweis im
induzierten Sputum oder in der Nasenflüssigkeit: 9,07 pg/ml bei Patienten ohne
Virusnachweis und 8,48 pg/ml (p = 0,326) mit Virusnachweis. Zwischen dem
ERGEBNISSE
57
FEV1-Wert (%Soll) und der IL-10-Konzentration im Serum bestand keine
Korrelation.
Eine
Vorbehandlung
mit
oralem
oder
mit
inhalativem
Kortikosteroid hatte keinen Einfluss auf die IL-10-Konzentrationen. Auch die
Dosis der Kortisontherapie beeinflusste die IL-10-Werte nicht. Eine
Behandlung der COPD-Patienten mit Theophyllin, Antibiotika oder β2Sympathomimetika hat ebenfalls keine Wirkung auf die mediane Konzentration
von IL-10 im Serum.
Die Konzentrationen der Interleukine im Serum korrelierten miteinander: IL-6
und IL-10 (r = 0,308; p = 0,001 nach Pearson), bzw. IL-8 und IL-10 (r = 0,204;
p = 0,024 nach Pearson).
ERGEBNISSE
58
50
IL10 (pg/ml)
40
30
20
10
0
K
E
Studienstatus
Abb. 16: IL-10 ist bei der Kontrollgruppe im Vergleich zu der Gruppe mit
exazerbierter COPD erhöht (p = 0,029).
ERGEBNISSE
59
50
IL10 (pg/ml)
40
30
20
10
0
n
e
j
Nikotin-Abusus
Abb. 17: Kein Unterschied zwischen Nichtrauchern (n), Ex-Rauchern (e) sowie
Rauchern (p = 0,315)
ERGEBNISSE
60
50
IL10 (pg/ml)
40
30
20
10
0
0
20
40
60
80
100
Packungsjahren
Abb. 18: Kein Zusammenhang zwischen der IL-10-Konzentration im Serum und
der Intensität des Rauchverhaltens der COPD-Patienten
ERGEBNISSE
61
50
IL10 pg/ml
40
30
20
10
0
<2
>3
Anzahl Exazerbationen
Abb. 19: Kein Zusammenhang zwischen der IL-10-Konzentrationen und der
Exazerbationshäufigkeit der COPD (p = 0,326)
ERGEBNISSE
62
50
IL10 (pg/ml)
40
30
20
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
FEV1 (%Soll)
Abb. 20 IL-10-Konzentrationen im Serum korrelierten nicht mit FEV1 (% von
Soll) (r = -0,037, p = 0,687)
ERGEBNISSE
63
3.3 Interleukine im Sputum
3.3.1 Interleukin 6
Tab.6: IL-6-Konzentration im Sputum (in pg/ml)
Studienstatus
Stabile COPD
weiblich männlich
Exazerb. COPD
weiblich männlich
Geschlecht
11,75
6,77
positiv
negativ
7,35
7,14
ja
nein
Steroiden
7,48
7,02
Inhalative
ja
nein
Steroiden
7,48
7,02
Exazerbations-
<2
>3
8,11
5,38
p=0,265
6,89
16,52
positiv
negativ
11,9
18,63
ja
nein
13,29
15,11
ja
nein
16,52
12,22
<2
>3
8,4
12,22
p=0,173
Virusnachweis
Systemische
p=0,405
p=0,246
Vorbehandlung mit
p=0,266
p=0,497
Vorbehandlung mit
p=0,185
p=0,126
häufigkeit (im
vorausg. Jahr)
p=0,953
p=0,781
ERGEBNISSE
64
Die mediane Konzentration von IL-6 im induzierten Sputum in der
Kontrollgruppe betrug 7,14 pg/ml und war somit tendenziell niedriger als bei
Patienten mit exazerbierter COPD mit einer Konzentration von 15,07 pg/ml (p
= 0,078, Mann-Whitney-U-Test). Bei der Entlassung betrug der mediane IL-6Level 14,98 pg/ml (p = 0,399, Wilcoxon-Test). Es gab keinen Unterschied
zwischen den Geschlechtern: die IL-6-Konzentration betrug 9,22 pg/ml bei
COPD-Patientinnen und 10,74 pg/ml bei COPD-Patienten (p = 0,473). Auch
innerhalb der untersuchten Gruppen unterschieden die Konzentrationen nicht
(Tab 1.7).
Sowohl die Körpergröße als auch das Körpergewicht hatten keinen Einfluss auf
die IL-6-Konzentrationen im Sputum. Auch die Anzahl der Exazerbationen im
Jahr korrelierte nicht mit der Konzentration von IL-6 im induzierten Sputum.
Die medianen Konzentrationen bei Patienten mit weniger als 2 bzw. mit mehr
als 3 Exazerbationen im Jahr unterschieden sich nicht: 8,38 pg/ml zu 8,2 pg/ml
(p = 0,703).
Die IL-6-Konzentrationen im Sputum korrelierten nicht mit den CRP-Werte der
COPD-Patienten (r = 0,164, p = 0,072 nach Pearson).
Die
IL-6-Konzentrationen
im
Sputum
korrelierten
nicht
mit
dem
Rauchverhalten der Patienten. Der mediane Level betrug 10,33 pg/ml bei
Nichtrauchern, 8,2 pg/ml bei Ex-Rauchern und 12,74 pg/ml bei Rauchern (p =
0,367, Kruskal-Wallis-Test). Die Intensität des Rauchens (in Packungsjahren)
korrelierte jedoch mit der IL-6-Konzentration im Sputum (r = 0,313; p = 0,002
nach Pearson).
Eine Vorbehandlung mit oralem oder inhalativem Kortikosteroid hatte keinen
wesentlichen Einfluss auf die IL-6-Konzentrationen im Sputum. Auch andere
Medikamente, welche die Patienten vor der Klinikaufnahme bereits
eingenommen
hatten
wie
Antibiotika,
Theophyllin
oder
β2-
Symphathomimetikum, hatten keinen Effekt auf die IL-6-Konzentration. Die
Patienten, welche eine Hustenzunahme aufwiesen, hatten höhere IL-6Konzentrationen im Sputum als solche, bei denen keine Hustenzunahme
ERGEBNISSE
65
festgestellt wurde: 15,16 pg/ml (Medianwert) gegenüber 6,78 pg/ml (p = 0,021,
Mann-Whitney-U Test).
Ein positiver Virusnachweis hatte hinsichtlich der IL-6-Konzentration im
Sputum keinen Einfluss. Die Patienten ohne Virusnachweis im Sputum oder in
der Nasenflüssigkeit wiesen eine IL-6-Konzentration von 10,33 pg/ml
gegenüber 10,18 pg/ml bei Patienten mit Virusnachweis auf. Auch eine Silikose
hatte keinen wesentlichen Einfluss auf die IL-6-Konzentrationen.
Die Einsekundenkapazität FEV1 (% von Sollwert) und die IL-6-Konzentration
im Sputum korrelierten negativ miteinander (r = -0,215; p = 0,02 nach
Pearson).
Die IL-6-Konzentration im Sputum korrelierte positiv mit der IL-8Konzentration im Sputum (r = 0,235; p = 0,013 nach Pearson).
ERGEBNISSE
66
500
IL 6 pg/ml
400
300
200
100
0
K
E
Studienstatus
Abb. 21: IL-6-Konzentrationen im Sputum von Kontrollgruppe und Patienten
mit exazerbierter COPD (p = 0,078)
ERGEBNISSE
67
400
IL 6 (pg/ml)
300
200
100
0
<2
>3
Anzahl Exazerbationen
Abb. 22: Kein Unterschied der IL-6-Konzentrationen im Sputum zwischen
Patienten mit weniger als 2 und Patienten mit mehr als 3 Exazebationen im
vorausgegangenen Jahr (p = 0,703)
ERGEBNISSE
68
500
IL 6 (pg/ml)
400
300
200
100
0
n
e
j
Nikotin-Abusus
Abb. 23: Kein Unterschied zwischen Nichtrauchern (n), Ex-Rauchern (e) sowie
Rauchern (j) hinsichtlich der IL-6-Konzentationen im Sputum (p = 0,367,
Kruskal-Wallis-Test)
ERGEBNISSE
69
500
IL 6 (pg/ml)
400
300
200
100
0
0
20
40
60
80
100
Packungsjahre
Abb. 24: Positive Korrelation zwischen der Konzentration von IL-6 im Sputum
und der Intensität des Rauchens (r = 0,313; p = 0,002)
ERGEBNISSE
70
500
IL 6 (pg/ml)
400
300
200
100
0
nein
ja
Hustenzunahme
Abb. 25: Der Unterschied zwischen Patienten, welche ein Zunahme des
Hustens verzeichneten, und denjenigen ohne Hustenzunahme hinsichtlich der
IL-6-Konzentrationen im Sputum (p = 0,021)
ERGEBNISSE
71
500
IL 6 (pg/ml)
400
300
200
100
0
10
20
30
40
50
60
70
80
FEV1 (%Soll)
Abb. 26: Negative Korrelation zwischen IL-6-Konzentration im Sputum und
FEV1 (% vom Sollwert) (r = -0,215; p = 0,02)
ERGEBNISSE
72
500
IL 6 (pg/ml)
400
300
200
100
0
0
20000
40000
60000
80000
IL 8 (pg/ml)
Abb. 27: Positive Korrelation zwischen den Konzentrationen der Interleukine 6
und 8 im Sputum (r = 0,235; p = 0,013)
ERGEBNISSE
73
3.3.2 Interleukin 8
Tab.7: IL-8-Konzentration im Sputum (in pg/ml)
Studienstatus
Stabile COPD
Geschlecht
Exazerb. COPD
weiblich männlich
4198
3516
positiv
negativ
4866
3516
ja
nein
mit Steroiden
7690
1219
Inhalative
ja
nein
mit Steroiden
4765
3246
Exazerbations-
<2
>3
3530
24829
weiblich männlich
p=0,547
2514
4662
positiv
negativ
4101
2922
ja
nein
4350
2670
ja
nein
4598
3194
<2
>3
4350
6972
p=0,126
Virusnachweis
Systemische
p=1
p=0,328
Vorbehandlung
p=0,003
p=0,700
Vorbehandlung
p=0,464
p=0,652
häufigkeit (im
vorausg. Jahr)
p=0,201
p=0,325
ERGEBNISSE
74
In der Kontrollgruppe lag der Medianwert der IL-8-Konzentration im Sputum
bei 3516 pg/ml, in der Gruppe der exazerbierten COPD-Patienten bei 4022
pg/ml (p = 0,869, Mann-Whitney-U-Test). Bei Krankenhausentlassung wurde
bei Patienten mit exazerbierter COPD ein Medianwert von 2107 pg/ml
bestimmt. Ein Unterschied zwischen den Konzentrationen bei Aufnahme und
Entlassung war bei dieser Patientengruppe nicht nachweisbar (p = 0,144,
Wilcoxon-Test). Eine positive Korrelation konnte zwischen den Werten bei
Aufnahme und Entlassung festgestellt werden (r = 0,302; p = 0,017 nach
Pearson).
Die IL-8-Konzentrationen unterschieden sich hinsichtlich des Geschlechts
nicht: 4101 pg/ml bei Patienten gegenüber 2514,5 pg/ml bei Patientinnen (p =
0,163); in der Kontrollgruppe: 4198 pg/ml bei Patientinnen zu 3516 pg/ml bei
Patienten, p = 0,547; in der Gruppe der exazerbierten Patienten: 2514,5 pg/ml
bei COPD-Patientinnen gegenüber 4662,5 pg/ml bei COPD-Patienten (p =
0,126) (siehe Tab. 7).
Weder das Körpergewicht noch das Alter hatten einen Einfluss auf die IL-8Konzentration im Sputum. Die Körpergröße korrelierte signifikant positiv mit
der IL-8-Konzentration (r = 0,205; p = 0,028 nach Pearson).
Die IL-8-Konzentrationen und die Häufigkeit der Exazerbationen im
vorausgegangen Jahr korrelierten positiv zueinander (r = 0,318; p = 0,002 nach
Pearson). Auch unterschieden sich die medianen Konzentrationen bei Patienten,
welche weniger als 2 Exazerbationen im Jahr erlitten, tendenziell von denen
derjenigen Patienten, welche mehr als 3 Exazerbationen im Jahr hatten: 3762
pg/ml gegenüber 9370 pg/ml (p = 0,054).
Hinsichtlich der Bedeutung des Rauchverhaltens wurden folgende IL-8Konzentrationen bestimmt: 1778 pg/ml bei Nichtrauchern, 3194 pg/ml bei ExRauchern und 5922 pg/ml bei Rauchern. Die IL-8-Konzentrationen der
Nichtraucher waren niedriger als die der Raucher (p = 0,006, Mann-WhitneyU-Test). Die IL-8-Konzentration der Nichtraucher im Vergleich zu der der ExRaucher tendenziell niedriger (p = 0,062, Mann-Whitney-U-Test).
ERGEBNISSE
75
Eine Silikose hatte keinen Einfluss auf die IL-8-Konzentrationen der COPDPatienten im Sputum. Eine Vorbehandlung der Patienten mit inhalativem
Kortikosteroid hatte keinen Effekt auf die IL-8-Konzentrationen. Doch die
Konzentrationen von IL-8 hinsichtlich der oralen Therapie mit Kortikosteroid
unterschieden sich: 2550 pg/ml bei Patienten ohne und 5202 pg/ml bei
denjenigen mit Kortisontherapie (p = 0,029, Mann-Whitney-U-Test). Eine
Vorbehandlung mit Theophyllin, Antibiotika sowie β2-Sympathomimetikum
hatte keinen Einfluss auf die IL-8-Konzentrationen.
Die Untersuchung der IL-8-Konzentrationen im Sputum ergab keine
signifikanten Unterschiede zwischen Patienten mit oder ohne nachgewiesenes
Virusmaterial im Sputum oder in der Nasenflüssigkeit.
Die Patienten, welche eine über eine Zunahme des Hustens berichteten, hatten
im Vergleich zu anderen COPD-Patienten keine höheren IL-8-Werte im
Sputum (p = 0,243, Mann-Whitney-U-Test). Die Mediane betrugen demnach
4022 pg/ml gegenüber 3516 pg/ml.
Die IL-8-Konzentration im Sputum korrelierte nicht mit den FEV1-Werten (%
von Sollwert) (r = -0,166; p = 0,077 nach Pearson). Zwischen der IL-6Konzentration und der IL-8-Konzentration im Sputum gab es jedoch eine
positive Korrelation (r = 0,235; p = 0,013 nach Pearson).
ERGEBNISSE
76
80000
IL 8 (pg/ml)
60000
40000
20000
0
K
E
Studienstatus
Abb. 28: Kein Unterschied der IL-8-Konzentration im Sputum zwischen der
Kontrollgruppe (K) und den Patienten mit exazerbierter COPD (p = 0,869)
ERGEBNISSE
77
80000
60000
40000
20000
0
IL 8 (pg/ml) / Aufnahme
IL 8 (pg/ml) / Entlassung
Abb. 29: Keine Konzentrationsunterschiede der IL-8-Konzentrationen im
Sputum zum Zeitpunkt der Klinikeinweisung im Vergleich zur Klinikentlassung
(p = 0,144)
ERGEBNISSE
78
IL 8 (pg/ml) bei Aufnahme
80000
60000
40000
20000
0
0
20000
40000
60000
80000
IL 8 (pg/ml) bei Entlassung
Abb. 30: IL-8-Konzentrationen im Sputum zum Zeitpunkt der Klinikeinweisung
und bei Klinikentlassung (r = 0,302; p = 0,017)
ERGEBNISSE
79
80000
IL 8 (pg/ml)
60000
40000
20000
0
140
150
160
170
180
190
200
Körpergrösse (cm)
Abb. 31: IL-8-Konzentration im Sputum und Körpergröße der COPD-Patienten
(r = 0,205; p = 0,028)
ERGEBNISSE
80
80000
IL 8 (pg/ml)
60000
40000
20000
0
10
20
30
40
50
60
70
80
FEV1 (%Soll)
Abb. 32: IL-8-Konzentrationen im Sputum und FEV1 (%Soll) (r = -0,16; p =
0,077)
ERGEBNISSE
81
80000
IL 8 (pg/ml)
60000
40000
20000
0
w
m
Geschlecht
Abb. 33: IL-8-Konzentrationen im Sputum hinsichtlich des Geschlechts der
COPD-Patienten (p = 0,163).
ERGEBNISSE
82
80000
IL 8 (pg/ml)
60000
40000
20000
0
n
e
j
Nikotin-Abusus
Abb. 34: Im Vergleich zu Nichtrauchern hatten Ex-Raucher tendenziell höhere
IL-8-Konzentrationen im Sputum (p = 0.062). Unterschied zwischen
Nichtrauchern und Rauchern (p = 0,006)
ERGEBNISSE
83
80000
IL 8 pg/ml
60000
40000
20000
0
nein
ja
Vorbehandlung mit oralem Steroid
Abb. 35: Patienten, welche mit einem oralem Kortikosteroid zum Zeitpunkt der
Klinikeinweisung vorbehandelt waren, hatten signifikant höhere IL-8Konzentrationen im Sputum (p = 0,029).
DISKUSSION
84
4. Diskussion
Konzentrationsänderungen der Interleukine während der Exazerbation
der COPD
4.1 Zytokinkonzentration im Serum
IL-10 wird sowohl von TH1- als auch von TH2-Zellen sowie von Makrophagen
produziert (Fiorentino et al., 1989; Yssel et al., 1992; Del Prete et al., 1993). Es
ist ein Zytokin, welches anti-inflammatorisch wirkt und die Zytokinproduktion
v.a. der Monozyten, Lymphozyten sowie der neutrophilen und eosinophilen
Granulozyten inhibiert (de Waal et al., 1991; Cassatella et al., 1993; Ralph et
al., 1992). So wurde berichtet, dass der IL-10-Level im Sputum bei Rauchern
und bei Patienten mit Asthma bronchiale oder COPD im Vergleich zu gesunden
Nichtrauchern stark erniedrigt ist (Takanashi et al., 1999). Verminderte
Konzentration von IL-10 wurde ebenfalls bei der Zystischen Fibrose gemessen,
was auf eine so genannte „down-regulation“ dieses Zytokins hindeutete
(Bonfield et al., 1995). Lacraz et al. berichteten in ihrer Studie über IL-10 und
seine Wirkung als Inhibitor der Metalloprotease (MMPs) (Lacraz et al., 1995).
Wie in der Einleitung bereits dargestellt, spielt dieses Enzym bei der
Pathogenese der COPD eine wesentliche Rolle, da es die ProteasenAntiproteasen-Balance erheblich stört.
Es ist deshalb anzunehmen, dass erniedrigte Konzentrationen an IL-10 ein
wichtiger pathogenetischer Faktor im Zusammenhang mit der COPD sowie
deren Exazerbationen sind.
Die quantitativen Messungen der IL-10-Konzentrationen im Serum in dieser
Arbeit bestätigten diese Annahme. Es wurden signifikant höhere Werte in der
Kontrollgruppe als in der Patientengruppe mit exazerbierter COPD gemessen (p
= 0,029). Es ist daher anzunehmen, dass IL-10 im Serum vermindert während
der Exazerbation der COPD produziert und sezerniert wird.
DISKUSSION
85
Es existieren nur wenige in-vivo-Studien darüber, welchen Einfluss eine
Therapie mit Kortison für die IL-10-Konzentrationen hat. Borish L. et al.
zeigten in ihrer Studie, dass eine Behandlung mit inhalativem Kortikosteroid
die Produktion von IL-10 durch Alveolarmakrophagen induziert (Borish et al.,
1996). Eine andere Studie konnte jedoch einen Einfluss von Kortison auf die
IL-10-Konzentrationen im Sputum von COPD-Patienten nicht nachweisen
(Takanashi et al., 1999). Die gemessenen Konzentrationen von IL-10 im Serum
in dieser Arbeit bestätigten die letzteren Befunde. Ein Zusammenhang
zwischen der IL-10-Konzentration und einer Kortisontherapie war nicht
nachweisbar. Auch die Dosis des Kortisons hatte keinen Einfluss auf die IL-10Konzentrationen im Serum.
Ein weiterer interessanter Aspekt ist die Korrelation zwischen IL-10 und
anderen Interleukinen im Serum. Dabei ist die Korrelation zwischen IL-10 und
IL-6 sowie IL-8 positiv. Es ist auf Grund des anti-inflammatorischen Effekts
von IL-10 anzunehmen, dass seine Konzentration mit zunehmender
Krankheitsaktivität abnimmt. Hier stieg aber die in dieser Arbeit gemessene
Konzentration parallel mit denen der pro-inflammatorischen Zytokine IL-6 und
IL-8. Eine mögliche Erklärung liegt im fortgeschrittenen Krankheitsstadium, in
dem sich sowohl die Patienten in der Kontrollgruppe als auch diejenigen mit
exazerbierter
COPD
befanden.
Möglicherweise
hatten
die
IL-10-
Konzentrationen das Minimum erreicht und waren zum Zeitpunkt der Messung
ein Ausdruck dafür, dass das Immunsystem versuchte, mit erhöhter Sekretion
an IL-10 dem fortschreitenden Entzündungsprozess entgegenzuwirken.
Ein Unterschied der IL-6-Konzentrationen zwischen der Kontrollgruppe und
der Exazerbationsgruppe ließ sich nicht nachweisen. Einer der möglichen
Gründe stellt erneut das fortgeschrittene Krankheitsstadium dar, in dem sich
sowohl die Patienten in der Kontrollgruppe als auch diejenigen in der
Exazerbaionsgruppe befanden (Stadium II - III der COPD). Eine quantitative
Zunahme von IL-6 im Serum muss deshalb nicht bei einer akuten Exazerbation
auftreten. Dies erklärt möglicherweise auch die Tatsache, warum sich ebenfalls
kein Zusammenhang zwischen IL-6-Konzentration und den CRP-Werten als
DISKUSSION
86
Entzündungsparameter
nachweisen
ließ.
Eine
Elevation
der
Serumkonzentrationen von IL-6, wie von Wedzicha et al. gezeigt wurde
(Wedzicha et al., 2000a), wurde in dieser Arbeit nicht bestätigt. Eine
Limitierung hinsichtlich der Ergebnisauswertung besteht jedoch darin, dass
Messungen der IL-6-Konzentrationen nicht die Werte jedes einzelnen Patienten
sowohl im Stadium der stabilen COPD als auch im Stadium der Exazerbation
erfassen. Die gemessenen Konzentrationen beziehen sich also auf verschiedene
Patientengruppen und unterliegen somit interindividuellen Schwankungen.
Die negative Korrelation zwischen der IL-6-Konzentration im Serum und dem
Körpergewicht der COPD-Patienten kann durch einen Zusammenhang
zwischen dem Skelettmuskelabbau und der inflammatorischen Antwort bei der
COPD erklärt werden. Eid et al. beschrieben eine Abnahme an Körpergewicht
bei COPD-Patienten mit erhöhten Konzentrationen an IL-6, TNF-α sowie deren
löslichen Rezeptoren im Serum (Eid et al., 2001). Andere Studien bestätigten
eine
Korrelation
zwischen
der
TNF-
α-Konzentration
und
der
Gewichtsabnahme bei COPD-Patienten (Schols et al., 1996; Di Francia et al.,
1994; de Godoy et al., 1996). Eine eindeutige Erklärung für den Abbau von
Skelettmuskel und der Inflammation existiert nicht. Malnutrition bzw. erhöhter
Bedarf an Energie infolge der vermehrten Atemanstrengungen werden als
mögliche Ursachen für die Gewichtsabnahme von Patienten mit COPD
angesehen. Die Ergebnisse dieser Arbeit geben Hinweise auf einen
Zusammenhang zwischen dem entzündlichen Prozess, welcher durch die IL-6Konzentration im Serum charakterisiert wird, und dem Abbau des
Skelettmuskels. Um diesen Sachverhalt eingehender zu untersuchen, müssten
Studienprotokolle die Verläufe der Gewichtsabnahme und der Veränderungen
der inflammatorischen Marker im Serum beinhalten. Andere Faktoren, welche
das Gewicht der Patienten direkt oder indirekt beeinflussen, müssten hierbei bei
allen Studienteilnehmern konstant gehalten werden. Dies gilt insbesondere für
den
Ernährungsstatus,
Atemübungen.
körperliches
Training
sowie
physikalische
DISKUSSION
87
Seemungal et al. zeigten den Zusammenhang zwischen der IL-6-Konzentration
im Serum während der Exazerbation und dem positiven Nachweis des RSV im
Sputum von COPD-Patienten (Seemungal et al, 2001). Unsere Ergebnisse
bestätigten diesen Zusammenhang nicht. Weder ein positiver Virusnachweis im
Nasensekret noch im Sputum von COPD-Patienten hatte einen signifikanten
Einfluss auf die IL-6-Konzentrationen im Serum. Der zelluläre Mechanismus
einer virusinduzierten IL-6-Sekretion ist noch nicht hinreichend erklärt. Akira
et al. gingen in ihrer Studie davon aus, dass sie durch NF-IL-6 in Anwesenheit
viraler Produkte induziert wird (Akira and Kishimoto, 1992). NF-IL-6 ist ein
DNA-Bindeprotein, welches für die Induktion von IL-6 verantwortlich ist. Die
Folge ist eine vermehrte Produktion und Sekretion von IL-6 durch im Blut
zirkulierenden
Monozyten.
Subauste
et
al.
untersuchten
bronchiale
Epithelzellen, welche mit Rhinoviren in vitro infiziert waren. Unter anderem
waren erhöhte IL-6-Konzentration im Zellüberstand nachzuweisen (Subauste et
al., 1995). In wieweit dies aber die IL-6-Konzentrationen im Serum beeinflusst,
ist noch unzureichend untersucht.
Malo et al. untersuchten den Einfluss von Kortikosteroiden auf die
Serumkonzentration verschiedener Interleukine, unter anderem IL-6, bei
Patienten mit exazerbierter COPD. Es zeigte sich kein Effekt einer
systemischen Kortisontherapie auf die IL-6-Konzentration (Malo et al., 2002).
Dieser Sachverhalt wurde durch die Ergebnisse dieser Arbeit bestätigt. Weder
eine orale noch eine inhalative Kortikosteroidtherapie senkte die IL-6Konzentrationen im Serum, was eine Therapieresistenz bezüglich des
inflammatorischen Prozess bei der akuten Exazerbation der COPD erklären
könnte.
Die Effekte anderer medikamentöser Therapieoptionen beim Management der
akut exazerbierten COPD hinsichtlich der IL-6-Konzentrationen im Serum
wurden bis jetzt noch nicht hinreichend untersucht. Einen direkten Einfluss von
Bronchodilatatoren auf die IL-6-Konzentrationen im Serum konnte anhand der
Ergebnisse dieser Arbeit nicht festgestellt werden. Auch eine Vorbehandlung
mit Antibiotika senkte den IL-6-Spiegel nicht. Eine Erklärung könnte in der
DISKUSSION
88
zeitlichen Latenz zwischen der Abnahme des entzündlichen Geschehens infolge
der medikamentösen Therapie und deren Effekt auf den systemischen IL-6Level im Serum liegen.
Ein Zusammenhang zwischen der IL-6-Konzentration im Serum und FEV1 (%
von Sollwert) konnte nicht festgestellt werden, es fand sich jedoch eine
negative Korrelation zwischen der IL-8-Konzentration im Serum und FEV1.
Dieser Befund ist kongruent mit Studienergebnissen, die eine entscheidende
Rolle der neutrophilen Granulozyten bei Pathogenese der exazerbierten COPD
aufzeigen. Der Einfluss von Interleukin 8 im Serum auf die Entstehung und die
Unterhaltung des Entzündungsmechanismus bei der Exazerbation wird noch
deutlicher, wenn man die Patientengruppen separat analysiert. So gab es keine
Korrelation mit der FEV1 in der Gruppe mit stabiler COPD. Dies spiegelt auch
den systemischen Effekt von IL-8 als pro-inflammatorischen Zellmediator bei
der Pathogenese der COPD wider. IL-8, welches chemotaktisch auf neutrophile
Granulozyten wirkt, aktiviert diese zugleich und regt sie zur vermehrten
Produktion weiterer Zellmediatoren an. Mikami et al. machten IL-8 für ca. 43%
der chemotaktischen Aktivität im Sputum bei Patienten mit Bronchiektasie
verantwortlich (Mikami et al., 1998). Für die COPD und insbesondere ihre
Exazerbation ist ebenfalls eine besondere Bedeutung zu erwarten. Man muss
davon ausgehen, dass bei der Exazerbation der COPD IL-8 seine
chemotaktische
und
aktivierende
Wirkung
nicht
nur
lokal
im
Entzündungsgebiet sondern auch systemisch entfaltet. Die IL-8-Konzentration
im Serum könnte somit ein Maß für den Schweregrad für das entzündliche
Geschehen bei der Exazerbation der COPD darstellen. Eine Korrelation
zwischen der IL-8- und IL-10-Konzentration im Serum, wie sie im dem
Ergebnisteil beschrieben ist, unterstreicht zudem die Rolle von IL-8, wie auch
von IL-6, als Gegenpart von IL-10, welches als anti-inflammatorischen Zytokin
fungiert.
Zahlreiche Studien beschäftigten sich mit der IL-8-Konzentration im Sputum
als direktem Marker der bronchialen Entzündungsreaktion. Diese Studien
werden in einem späteren Abschnitt diskutiert. Die gemessenen IL-8-
DISKUSSION
89
Konzentrationen im Serum in dieser Arbeit zeigen, dass die IL-8 Expression
von einer Therapie mit Kortikoiden nicht beeinflusst wird. Pletz et al.
berichteten in ihrer Studie über einen Rückgang der spontanen Apoptose von
neutrophilen Granulozyten im Blut von COPD-Patienten während der
Exazerbation (Pletz et al., 2004). Dieser Prozess ließ sich weder durch eine
systemische noch eine orale Steroidtherapie positiv beeinflussen. Da
neutrophile Granulozyten unter anderem IL-8 produzieren, ist es verständlich,
dass während der Exazerbation der COPD auch erhöhte Konzentrationen an IL8 vorzufinden sind.
DISKUSSION
90
4.2 Zytokinkonzentration im Sputum
Die gemessenen Konzentrationen von IL-6 im Sputum in der Patientengruppe
mit exazerbierter COPD sind tendenziell höher als in der Kontrollgruppe und
bestätigen somit zumindest ansatzweise die Rolle dieses pro-inflammatorischen
Zytokins in der Pathogenese der AE-COPD. In früheren Untersuchungen
wurden bakterielle und/oder virale Infektionen der Atemwege als wichtige
pathogenetische Faktoren der Exazerbation der COPD beschrieben, die zu einer
vermehrten IL-6-Produktion führen (Subauste et al., 1995; Khair et al., 1994).
Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstreichen die Rolle von IL-6 bei der
Entwicklung und Aufrechterhaltung des Entzündungsmechanismus bei der
Exazerbation der COPD. Eine Hustenzunahme, wie sie bei vielen Patienten mit
AE-COPD festgestellt wurde, korrelierte mit den IL-6-Konzentrationen im
Sputum. Es gibt Hinweise darauf, dass Toxine, wie zum Beispiel das Endotoxin
von Haemophilus influenzae, bronchiale Epithelzellen zur Produktion von IL-6
anregen (Khair et al., 1994). Diskutiert wird aber auch darüber, ob Patienten,
welche erhöhte Konzentration von IL-6 im Sputum aufweisen, als anfälliger für
eine akute Exazerbation der COPD gelten müssen. In diesem Fall müsste die
IL-6-Konzentration im Sputum mit der Häufigkeit der Exazerbationen positiv
korrelieren, was Bhowmik et al. in ihrer Studie festgestellten (Bhowmik et al.,
2000). Die gemessenen Konzentrationen von IL-6 in dieser Arbeit können
diesen Zusammenhang jedoch nicht bestätigen. Es fand sich jedoch eine
signifikante Korrelation zwischen der Frequenz der COPD-Exazerbationen und
den Konzentrationen im Sputum von IL-8, was trotz des fehlenden Nachweises
eines Konzentrationsanstiegs von IL-6 insgesamt zeigt, dass es vermehrt zur
Produktion insbesondere von IL-6 und IL-8 bei durch Infektionen der
Atemwege getriggerte Exazerbationen der COPD kommt. IL-8 wird wie
erwähnt hauptsächlich von neutrophilen Granulozyten, Epithelzellen sowie
Makrophagen produziert. Dieser Zusammenhang unterstreicht die Rolle der
neutrophilen Entzündungsreaktion als potenziellen Schlüsselfaktor in der
Pathogenese der AE-COPD.
DISKUSSION
91
Betrachtet man die im Sputum gemessenen Konzentrationen von IL-6 und IL-8
in Abhängigkeit der Atemwegsobstruktion, so kann man sowohl bei IL-6 als
auch IL-8 eine signifikante Korrelation zwischen diesen und den FEV1-Werten
(% von Sollwerten) feststellen. Wilkinson et al. berichteten über die Abnahme
der FEV1 in Abhängigkeit von der IL-8-Konzentration im Sputum (Wilkinson
et al., 2003). Bhowmik et al. jedoch konnten keinen Zusammenhang zwischen
den Konzentrationen dieser pro-inflammatorischen Marker im Sputum und dem
PEF feststellen. Sie konnten aber zeigen, dass diese direkt mit der Häufigkeit
der Exazerbationen assoziiert sind (Bhowmik et al., 2000). Die Ergebnisse
dieser Arbeit stellten jedoch einen Zusammenhang zwischen der IL-6Konzentration im Sputum und der IL-8-Konzentration Sputum bzw. im Serum
als Maß für den Schweregrad der bronchialen Entzündung sowie der Abnahme
der FEV1-Werte fest. Betrachtet man nur solche Patienten, bei denen während
der Exazerbation ein positiver Virusnachweis vorlag, dann korrelierten
allerdings weder die IL-6- noch die IL-8-Konzentrationen im Sputum mit den
FEV1-Werten. Nimmt man an, dass eine bakterielle Atemwegsinfektion den
potenziellen Auslöser der Exazerbationen bei den übrigen Patienten darstellt, so
wäre eventuell eine bakterielle Besiedlung der Atemwege, im Gegensatz zu
einem
positiven
Virusnachweis,
für
die
Verschlechterung
der
Atemwegsobstruktion verantwortlich. Einen direkten Zusammenhang zwischen
bakterieller Besiedlung und FEV1 beschrieben auch Wilkinson et al. in ihrer im
Jahr 2003 veröffentlichen Studie (Wilkinson et al., 2003).
Ein wichtiger Aspekt in der Therapie der COPD und deren Exazerbation,
welcher sehr kontrovers diskutiert wird, ist der Einsatz systemischer und
inhalativer Kortikosteroide. Die bis jetzt veröffentlichen Studienergebnisse
brachten ebenfalls sehr unterschiedliche Erkenntnisse bezüglich des Vorteils
der Kortisontherapie, insbesondere in der stabilen Phase der COPD. Keatings et
al. fanden keinen Einfluss einer oralen oder inhalativen Steroidtherapie auf proinflammatorische Zytokine, u.a. IL-8, im Sputum von COPD-Patienten
(Keatings et al., 1997). Eine ähnliche Resistenz von IL-8 gegenüber einer
DISKUSSION
92
Kortisontherapie wurde in verschiedenen weiteren Studien bestätigt (Barczyk et
al., 2004; Culpitt et al., 1999). Einen positiven Einfluss von inhalativem
Kortikosteroid auf die Konzentrationen von IL-8 attestierten Patel et al. (Patel
et al., 2003). Die IL-8-Konzentrationen wurden jedoch nach Stimulation
kultivierter bronchialer Epithelzellen mit TNF-α in vitro gemessen, die
Produktion von IL-6 und IL-8 nach genau definierten Zeitabständen bestimmt,
so dass sich eine Übertragung der Ergebnisse auf die Verhältnisse in vivo
problematisch gestaltet. Denn bei einer Exazerbation der COPD greift nicht nur
TNF-α, sondern eine Reihe anderer Interleukine in das entzündliche Geschehen
ein. Eine mögliche Erklärung für die fehlende Effizienz einer Kortisontherapie
in Bezug auf eine Abnahme von IL-8 im Sputum sowie im Serum lieferten
Culpitt et al. (Culpitt et al., 2003). Darin nannten sie die Resistenz von
Makrophagen gegenüber Glukokortikoiden als wesentlichen Faktor für diese
mangelnde Effizienz.
Betrachtet man nun den Einfluss der Kortisontherapie auf die neutrophilen
Granulozyten, neben Makrophagen Hauptproduzent von IL-8, so finden sich
ebenfalls unterschiedliche Studienergebnisse in der Literatur. Confalonieri et al.
untersuchten die Anzahl an neutrophilen Granulozyten im induzierten Sputum
nach
einer
2-monatigen
Therapie
mit
inhalativem
Budenosid.
Die
Konzentration nahm nach der Kortisontherapie signifikant ab (Confalonieri et
al., 1998). Die Lungenfunktionsparameter blieben jedoch unbeeinflusst. Die
Studienteilnehmer befanden sich zudem in der stabilen Phase der COPD.
Unterstützt wird dieses Ergebnis von einer weiteren Studie, in der Fluticason
einen positiven Effekt auf die chemotaktische Wirkung neutrophiler
Granulozyten attestiert wurde (Llewellyn-Jones et al., 1996). Als Parameter
wurde jedoch nicht die Anzahl an Neutrophilen im Sputum, sondern die
neutrophile Elastase als Maß für die chemotaktische Aktivität gemessen. Auch
hier wurden Patienten in der stabilen Phase der COPD untersucht.
Ähnlich schwierig gestaltet sich die Diskussion bezüglich des Einflusses einer
Steroidtherapie auf die Konzentrationen von IL-6 im Sputum von COPDPatienten. Patel et al. beschrieben, dass, ähnlich wie bei IL-8, die Produktion
DISKUSSION
93
von IL-6 im Sputum von COPD-Patienten, welche ein inhalatives
Glukokortikoid erhalten hatten, signifikant niedriger als in der Kontrollgruppe
war (Patel et al., 2003). Es handelt sich in dieser Studie um eine in vitro
Messung,
in
welcher
bronchiale
Epithelzellen
mit
TNF-α
zur
Zytokinproduktion angeregt wurden. Dieser positive Einfluss von Kortison auf
die IL-6-Konzentrationen im Sputum wurden von Sin et al. bestätigt (Sin et al.,
2004). Sie stellten fest, dass sowohl eine inhalative (Fluticason) als auch eine
orale Steroidtherapie (Prednison) die Sputumkonzentration von IL-6 signifikant
reduzierte. Ihre Studienteilnehmer waren jedoch Patienten in der stabilen Phase
der COPD und befanden sich außerdem im milden bis moderaten Stadium der
Erkrankung (Stadium I-II).
Die Daten dieser Arbeit können weder einen positiven Einfluss sowohl einer
oralen
als
auch
inhalativen
Kortisontherapie
auf
die
gemessenen
Zytokinkonzentrationen von IL-6 und IL-8 im Sputum nachweisen. Dieses
Ergebnis kann zum Teil dadurch erklärt werden, dass sich die meisten
Studienteilnehmer im sehr fortgeschrittenen Stadium der COPD befinden und
die Zytokinkonzentrationen deswegen trotz intensiver Kortisontherapie sehr
hoch sind. Zum anderen kommen noch andere Faktoren hinzu, welche die
Produktion von IL-6 und IL-8 während der Exazerbationsphase stimulieren.
Hierzu gehören unter anderem rezidivierende Atemswegsinfektionen, welche
einen großen Einfluss auf die Produktion und Sekretion zahlreicher Interleukine
während der Exazerbation der COPD haben.
Betrachtet man nun die Sputumkonzentrationen von IL-6 und IL-8 hinsichtlich
des Raucherstatus der Probanden, so ist es den Ergebnissen zu entnehmen, dass
das Rauchverhalten die Produktion und Sekretion dieser Interleukine
maßgeblich beeinflusst. So nimmt die Konzentration von IL-6 im Sputum bei
Rauchern mit steigender Rauchintensität (in Packungsjahren) zu und
unterstreicht damit die bisher veröffentlichen Studienergebnisse über den
Einfluss des Rauchens auf die Entzündungsparameter. Bei Patienten mit
chronisch obstruktiver Bronchitis, welche im Vergleich zu gesunden Probanden
ohnehin schon erhöhte IL-6-Konzentration im induzierten Sputum haben, hat
DISKUSSION
94
das Zigarettenrauchen einen zusätzlichen Effekt auf den IL-6-Level im Sinne
einer Induktion. Carpagnano et al. untersuchten IL-6 Konzentrationen im
Atemkondensat und stellten fest, dass diese bei Rauchern signifikant höher sind
als bei Nichtrauchern (Carpagnano et al., 2003). Allerdings handelte es sich in
dieser Studie um gesunde Probanden. Zu ähnlichen Ergebnissen kamen auch
Soler et al. Dabei stellten sie eine lineare Zunahme von IL-6 in der BAL bei
Nichtrauchern, Rauchern sowie COPD-Patienten fest (Soler et al., 1999). IL-6,
ein unter anderem von Makrophagen und bronchialen Epithelzellen sezeniertes
Zytokin, scheint also vom Rauchverhalten der COPD-Patienten beeinflusst zu
sein. Eine Erklärung dafür ist sicherlich, dass im Vergleich zu Nichtrauchern
bei Rauchern eine erhöhte Anzahl an Makrophagen in den Atemwegen
gefunden wird. Auch die COPD-Patienten mit aktueller Raucheranamnese im
Vergleich zu Ex-Rauchern mit COPD weisen eine erhöhte Konzentration an IL6 in den Bronchioli auf (Grashoff et al., 1997).
Deutlicher ist jedoch der Einfluss von Zigarettenrauchen auf die Konzentration
von IL-8 im Sputum bei COPD-Patienten. Hierbei weisen die COPD-Patienten
mit aktueller Raucheranamnese eine signifikant erhöhte Zytokinkonzentration
gegenüber Nichtrauchern mit COPD auf. Es ist außerdem davon unabhängig,
ob sich die Patienten in der stabilen Phase oder während der Exazerbation der
COPD befinden. Dieses Ergebnis unterstreicht die von Soler et al. vorgestellten
Daten bezüglich IL-8 in der BAL bei COPD-Patienten (Soler et al., 1999). Sie
stellten hierbei eine Korrelation zwischen der Anzahl an neutrophilen
Granulozyten, IL-8-Konzentration in der BAL sowie der Intensität des
Rauchens (in Packungsjahren) fest. Untersucht wurden Nichtraucher, Raucher
sowie COPD-Patienten in der stabilen Phase. Betrachtet man nun die COPD als
eine
Entzündungsreaktion,
in
welcher neutrophile
Granulozyten
eine
dominierende Rolle spielen, ist es verständlich, dass die Rauchintensität
ebenfalls einen maßgeblichen Einfluss auf den Schweregrad der Erkrankung
nimmt. Zusammenfassend kann man schlussfolgern, dass IL-6, ein von
bronchialen Epithelzellen von Makrophagen produziertes Zytokin, und IL-8,
eine
wichtiger
Zellmediator
der
neutrophilen
Chemotaxis,
durch
DISKUSSION
95
Zigarettenrauchen beeinflusst werden, was wiederum einen Einfluss auf die
Aufrechterhaltung des Entzündungsmechanismus der COPD zu haben scheint.
Jedoch kann hierbei das Rauchen nicht als einziger Faktor betrachtet werden.
Vielmehr muss man für das Verständnis der Pathogenese der COPD und deren
Exazerbation noch weitere Einflussgrößen in das Gesamtbild hinzufügen. Dazu
gehören zum Beispiel rezidivierende Atemwegsinfektionen, sowie berufs- und
umweltbedingte Noxen.
Ein weiterer interessanter Aspekt ist die Häufigkeit der Exazerbationen
hinsichtlich auf die Konzentrationen von IL-6 und IL-8 im Sputum. Während
eine Korrelation zwischen dieser und der IL-8-Konzentration besteht, kann
parallel dazu keine solche Korrelation bei IL-6 festgestellt werden. Bhowmik et
al. konnten in ihrer Studie ebenfalls einen Zusammenhang zwischen IL-8Konzentration im Sputum und der Exazerbationshäufigkeit ermitteln (Bhowmik
et al., 2000). Auch der IL-6-Level im Sputum korrelierte mit der Häufigkeit der
Exazerbation. Wie oben erwähnt haben Patienten, welche eine hohe
Zytokinkonzentration dieser pro-inflammatorischen Zytokine aufweisen, eine
erhöhte Tendenz zu Atemwegsinfektionen. Betrachtet man diese als einen
entscheidenden Einflussfaktor in der Pathogenese der Exazerbation, so
unterstreichen die im Rahmen dieser Arbeit erhobenen Daten diese Erkenntnis.
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Danksagung
Herrn Prof. Dr. G. Schultze-Werninghaus danke ich für die Überlassung des
Dissertationsthemas.
Bedanken möchte ich mich herzlich bei Herrn Dr. G. Rohde für seine
engagierte Betreuung sowie seine zahlreichen Ratschläge während der
gesamten Dauer der Arbeit.
Frau B. Schärling, Frau S. Werner und Frau E. Dretaki-Schnackenberg bin ich
dafür, dass sie mir bei labortechnischen Fragen jederzeit zur Seite standen, zu
großem Dank verpflichtet.
Lebenslauf
Zur Person:
Geboren am 19.07.1977 in Hue, Vietnam
Familienstand: ledig
Schulausbildung:
1983 – 1988 Grundschule in Hue
1988 – 1990 Besuch des Gymnasiums in Hue
1990 – 1998 Elisabeth-von-Thüringen Gymnasium Köln
1998 Erlangen der allgemeinen Hochschulreife
Studium:
1998 – 2004 Studium der Humanmedizin an der
Ruhr-Universität-Bochum
2004 3. Staatsexamen
2004 Approbation als Arzt
Berufserfahrung:
seit 2004 Assistenzarzt der HNO-Klinik der
RWTH Aachen
Direktor: Prof. Dr. M. Westhofen
2005 – 2006 Wissenschaftsstipendiat der Medizinischen
Fakultät der RWTH Aachen