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Ruhr-Universität Bochum Prof.Dr.med. Adrian Gillissen Dienstort: Robert-Koch-Klinik Leipzig Medizinische Klinik Steigert die orale Gabe von N-Acetylcystein und Vitamin C den antioxydativen Schutz bei Patienten mit einer chronischen Bronchitis oder leichtgradigen COPD? Inauguraldissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin einer Hohen Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum vorgelegt von Roland C. Lukas aus Kaiserslautern 2002

Steigert die orale Gabe von N-Acetylcystein und Vitamin C ... · Die pulmonale Transit-Zeit neutrophiler Granulozyten wird durch akute Exposition ge- genüber Tabakrauch erhöht [63]

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Ruhr-Universität BochumProf.Dr.med. Adrian Gillissen

Dienstort: Robert-Koch-Klinik LeipzigMedizinische Klinik

Steigert die orale Gabe von N-Acetylcystein und Vitamin C den antioxydativen Schutz bei Patienten mit einer chronischen Bronchitis

oder leichtgradigen COPD?

Inauguraldissertationzur

Erlangung des Doktorgrades der Medizineiner

Hohen Medizinischen Fakultätder Ruhr-Universität Bochum

vorgelegt vonRoland C. Lukas

aus Kaiserslautern2002

Dekan: Prof.Dr.med. G.Muhr

Referent: Prof.Dr.med. A.Gillissen

Korreferent: Prof.Dr.med. T.Brüning

Tag der Mündlichen Prüfung:01.07.2003

Meinen Eltern

Inhalt

1. Einleitung ................................................................................................ 1

1.1. Chronisch obstruktive Bronchitis .......................................................................... 1

1.1.1. Definition................................................................................................................ 1

1.1.2. Epidemiologie, sozialmedizinische Relevanz und Prognose.................................. 1

1.1.3. Ätiologie und Pathogenese ..................................................................................... 2

1.1.3.1. Ätiologie .............................................................................................................. 2

1.1.3.2. Pathogenese ......................................................................................................... 4

1.1.3.3. Oxydativer Streß .................................................................................................. 6

1.1.3.4. Körpereigene antioxydative Abwehrmechanismen ............................................. 9

1.1.3.5. Oxydantien-/Antioxydantien-Ungleichgewicht bei COPD ............................... 12

1.1.4. Klinisches Bild...................................................................................................... 14

1.1.5. Konventionelle Therapie....................................................................................... 15

1.2. Zielsetzung der Studie ........................................................................................... 17

1.2.1. Zielkriterien .......................................................................................................... 18

1.2.1.1. Hauptzielkriterium:............................................................................................ 18

1.2.1.2. Sekundärparameter: ........................................................................................... 18

2. Methodik ............................................................................................... 19

2.1. Studienaufbau ........................................................................................................ 19

2.1.1. Verabreichte Substanzen....................................................................................... 19

2.1.1.1. Substanzen und Dosierungen............................................................................. 19

2.1.1.2. Verblindung und Randomisierung..................................................................... 19

2.1.2. Das Patientenkollektiv .......................................................................................... 19

2.1.2.1. Eingangskriterien ............................................................................................... 19

2.1.2.2. Ausschlußkriterien ............................................................................................. 20

2.2. Untersuchungen ..................................................................................................... 21

2.2.1. Patientenbefragung ............................................................................................... 21

2.2.1.1. Standardisierte Anamneseerhebung................................................................... 22

2.2.1.2. Subjektive Beurteilung des Befindens............................................................... 22

2.2.2. Biochemische Untersuchungen............................................................................. 22

2.2.2.1. Zellisolierung aus dem Blut ............................................................................... 22

2.2.2.2. Messung der zellulären Oxydantienfreisetzung................................................. 22

2.2.2.3. Bestimmung der Glutathionkonzentrationen ..................................................... 23

2.2.3. Klinische Diagnostik............................................................................................. 24

2.2.3.1. Laborchemische Untersuchungen...................................................................... 24

2.2.3.2. Lungenfunktionsdiagnostik ............................................................................... 24

- I -

2.3. Statistische Methoden............................................................................................ 24

2.4. Einwilligung und Ethikkommission ..................................................................... 25

3. Ergebnisse ............................................................................................. 26

3.1. Patientengruppen................................................................................................... 26

3.1.1. Vorzeitig ausgeschiedene Patienten...................................................................... 26

3.1.2. Strukturvergleich der untersuchten Patientengruppen.......................................... 26

3.2. Zielkriterien............................................................................................................ 28

3.2.1. Hauptzielkriterium................................................................................................ 28

3.2.2. Weitere Zielkriterien............................................................................................. 32

3.2.2.1. Zelluläre Glutathionkonzentrationen ................................................................. 32

3.2.2.2. Laborchemische Parameter................................................................................ 34

3.2.2.3. Lungenfunktionsparameter ................................................................................ 37

3.2.2.4. Subjektive Parameter ......................................................................................... 40

4. Diskussion.............................................................................................. 43

4.1. Neue therapeutische Ansätze ................................................................................ 43

4.1.1. N-Acetylcystein .................................................................................................... 43

4.1.2. Vitamin C.............................................................................................................. 46

4.1.3. Ausblick................................................................................................................ 46

5. Zusammenfassung ................................................................................ 48

5.1. Einführung ............................................................................................................. 48

5.2. Methodik................................................................................................................. 48

5.3. Ergebnisse............................................................................................................... 49

5.4. Schlußfolgerung ..................................................................................................... 50

6. Literaturverzeichnis ............................................................................. 52

Danksagung.............................................................................................. 60

Lebenslauf ................................................................................................ 61

- II -

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

α1-PI: α1-Proteinase-Inhibitor

AM: Alveolarmakrophagen

AP-1: Activator protein 1

ATP: Adenosintriphosphat

BAL: Bronchoalveoläre Lavage

BMI: Body-mass-index

BSG: Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit

COB: Chronisch obstruktive Bronchitis

COPD: Chronic obstructive pulmonary disease

CPAP: Continuous positive airway-pressure

d: Tag

EL: Eßlöffel

ELF: Epithelial lining-fluid

FEV1: Forciertes exspiratorisches Volumen in 1s

γ-GCS: γ-Glutamyl-Cystein-Synthetase

γ-GCS-HS: γ-Glutamyl-Cystein-Synthetase heavy subunit

γ-GCS-LS: γ-Glutamyl-Cystein-Synthetase light subunit

G6PD: Glucose-6-Phosphat-Dehydrogenase

GPx: Glutathion-Peroxydase

GSH: Glutathion, reduziert

GSSG: Glutathion, oxydiert

Hb: Hämoglobinkonzentration

Hkt: Hämatokrit

IL: Interleukin

MCV: Mean cellular volume (Mittleres erythrozytäres Volu-

men)

MPO: Myeloperoxydase

NADP+: oxydiertes Nicotinamid-Adenin-Dinucleotidphosphat

NADPH: reduziertes Nicotinamid-Adenin-Dinucleotidphosphat

NE: Neutrophilen-Elastase

- III -

NF-κB: Nuclear factor κB

ROS: Reactive oxygen species

SLPI: Sekretorischer Leukozyten-Proteinase-Inhibitor

SOD: Superoxyd-Dismutase

Std: Standardabweichung

TL: Teelöffel

TNF-α: Tumor-Nekrosefaktor α

- IV -

1.Einleitung

1.1. Chronisch obstruktive Bronchitis

1.1.1. DefinitionDie chronische Bronchitis ist gekennzeichnet durch eine persistierende Entzündungsreak-

tion des Tracheobronchialbaumes mit Husten und Auswurf an den meisten Tagen eines

Monats während mindestens je dreier Monate in zwei aufeinanderfolgenden Jahren (nach

WHO, [14]).

Die chronisch obstruktive Bronchitis

(COPD) zeichnet sich zudem durch eine

auch unter optimaler antiobstruktiver

Therapie persistierende Atemwegsob-

struktion aus [14]. Eine solche progressi-

ve, irreversible Atemwegsobstruktion ist

das gemeinsame formalpathogenetische

Element der chronisch obstruktiven

Atemwegserkrankungen (chronic ob-

structive pulmonary disease, COPD)

[14,63], zu denen auch das Krankheits-

bild des Lungenemphysems gezählt

wird. Die fließenden Übergänge dieser Erkrankungen in ihrem klinischen Verlauf führten

zu dem Begriff der COPD (siehe Abb.1). Asthma bronchiale ist demgegenüber gekenn-

zeichnet durch die überwiegende Reversibilität der Atemwegsobstruktion. Jedoch kann

auch hier in einem Teil der Patienten eine über die reversible Komponente hinausgehen-

de, lungenfunktionell nachweisbare permanente Restobstruktion nachweisbar sein. Diese

Patienten werden einem Asthma-COPD-Mischkollektiv zugeordnet [14].

1.1.2. Epidemiologie, sozialmedizinische Relevanz und Prognose

Epidemiologie:

Die Erkrankung beginnt meist schleichend in der vierten Lebensdekade, ein früherer Er-

krankungsbeginn ist selten. In der Gruppe der über Vierzigjährigen steigt die Frequenz

des Auftretens bronchialer Hypersekretion stetig an, wohingegen das Auftreten von

Atemwegsobstruktion durchschnittlich im Alter von 60 Jahren einen merklichen Häufig-

Abbildung 1:COPD

- 1 -

Einleitung

keitsanstieg erfährt. Die Prävalenz der COPD insgesamt steigt von da an stark an, um sich

- in erster Linie mortalitätsbedingt - in der Altersklasse zwischen 60 und 70 Jahren zuneh-

mend zu stabilisieren [63]. Die bisher zu beobachtende Assoziation zwischen männli-

chem Geschlecht und erhöhter Prävalenz von COPD schwindet in letzter Zeit aufgrund

der Zunahme des inhalativen Tabakrauchens unter Frauen [63].

Sozialmedizinische Bedeutung:

Die sozioökonomische Relevanz der Erkrankung besteht in der Beeinträchtigung der Be-

rufs- und Erwerbsfähigkeit durch eine im Mittel um zehn Jahre vorgezogene Invalidität

der Betroffenen mit entsprechendem Produktivitätsausfall und dem zu leistenden Ent-

schädigungsvolumen, das an dritter Stelle hinter dem durch Herz-Kreislauf-Erkrankun-

gen und dem durch Gelenkleiden verursachten rangiert [14].

Prognose:

Prognostisch limitierend sind zum einen die Entstehung einer pulmonalarteriellen Hyper-

tonie mit Entwicklung eines Cor pulmonale und zum anderen die Ausbildung eines Lun-

genemphysems mit Entstehung einer zunehmend therapierefraktären respiratorischen

Partial- und Globalinsuffizienz (siehe 1.1.3.2). Als prognostischer Parameter hat sich hier

die Bestimmung der altersnormierten Ein-Sekunden-Kapazität (FEV1) bewährt [14].

1.1.3. Ätiologie und Pathogenese

1.1.3.1. ÄtiologieDie Ätiologie der COPD ist gekennzeichnet durch das Zusammenwirken prädisponierend

wirkender endogener Faktoren mit den Krankheitsprozeß initiierenden exogenen Fakto-

ren [55]:

Gesicherte Risikofaktoren:

• Genetische Prädisposition: Als bestdokumentierter endogener Risikofaktor gilt der

Zusammenhang zwischen dem Vorliegen eines genetisch bedingten α1-Antipro-

teinase(α1-AP)-Mangels und der Entwicklung einer COPD [55,70]. Weitere an der

Pathogenese der COPD beteiligte genetische Faktoren konnten bisher noch nicht

identifiziert werden, ihre Existenz gilt jedoch als wahrscheinlich [55].

• Inhalatives Tabakrauchen gilt als der wichtigste expositionelle Risikofaktor. Ziga-

rettenraucher weisen eine erhöhte Prävalenz respiratorischer Symptome sowie Abnor-

- 2 -

Einleitung

mitäten der Lungenfunktion auf [55,70]. Das zuschreibbare Risiko etwa für die

Entwicklung einer chronischen Bronchitis liegt bei ca. 80-90% [14,34].

• Berufliche Inhalationsnoxen (Stäube, Dämpfe, Räuche) können unabhängig von

Tabakkonsum zur Entwicklung einer COPD führen. In Kombination mit Rauchen

wirken sie synergistisch auf die Krankheitsentstehung [55,70].

Wahrscheinliche bzw. mögliche Faktoren:

• Luftverschmutzung:

Bei bereits bestehender Erkrankung können auch Reizgase aus der Umwelt, wie etwa

Ozon, Schwefeloxyde und Nitrosegase, zu einer Exazerbation führen. Ihre Rolle bei

der Entstehung einer COPD gilt jedoch nicht als gesichert. Luftverschmutzung in

Innenräumen durch fossile bzw. organische Brennstoffe hingegen scheint als Risiko-

faktor für die Entwicklung einer COPD relevant zu sein [55,70].

• Rezidivierende (virale) Infekte des Tracheobronchialsystems, ggf. mit bakterieller

Superinfektion, [14,64] in der Kindheit scheinen mit einer schlechteren Lungenfunk-

tion sowie einem erhöhten Auftreten respiratorischer Symptome im Erwachsenenalter

assoziiert zu sein [55,70]. Dieser Effekt könnte jedoch auch auf einem Confounding

mit anderen Faktoren basieren, die möglicherweise prädisponierend sowohl für Infek-

tionen des Respirationstraktes als auch für die Entstehung einer COPD wirken könn-

ten [55].

• Geschlecht: Durch die Zunahme des Tabakkonsums unter Frauen scheint sich die

epidemiologische Prädominanz des männlichen Geschlechts bei der Prävalenz der

COPD zunehmend zu relativieren (siehe 1.1.2.), allerdings erscheint es auch möglich,

daß die Suszeptibilität gegenüber dem Risikofaktor Tabakrauch geschlechtsspezifisch

variiert [55].

• Sozioökonomischer Status und das Risiko der Entwicklung einer COPD scheinen

invers miteinander zu korrelieren, allerdings kann es sich auch hier durchaus um

einen Confounding-Effekt handeln, so daß dieser Parameter eher als Risikoindikator

denn -faktor betrachtet werden sollte [55,70].

• Bronchiale Hyperreagibilität als Risikofaktor einer COPD [55,70] ist selbst wie-

derum mit einer Reihe genetischer und umweltbedingter Einflüsse assoziiert, die

somit auf z.T. ungeklärte Weise die Entwicklung einer COPD beeinflussen können

[55].

- 3 -

Einleitung

• Störungen des Lungenwachstums: Eine erniedrigte maximal erreichte Lungenfunk-

tion aufgrund von Störungen des Lungenwachstums kann wahrscheinlich als Indika-

tor für ein erhöhtes Risiko der Entstehung einer COPD dienen [55].

1.1.3.2. Pathogenese

Exogene Noxen führen durch rezidivierende oder permanente Einwirkung zu einer direk-

ten Schädigung des respiratorischen Flimmerepithels, die sich ausdrückt zum einen in ei-

nem Defekt der Kinozilienfunktion mit der Folge des Verlustes der mukoziliären

Clearance als wichtigen Selbstreinigungsmechanismus, zum anderen in einer kompensa-

torischen Becherzellmetaplasie mit resultierender Dyskrinie [64]. Entscheidend für die

weitere Pathogenese ist jedoch die als primär protektive Reaktion auf diese schädigenden

Vorgänge zu verstehende Entzündungsreaktion, die eigentlich der Abwehr infektiöser so-

wie toxischer Agenzien dienen soll. Bei Vorliegen entsprechender disponierender Fakto-

ren (siehe 1.1.3.1) in Kombination mit der Persistenz des exogenen Triggers kann es zu

einer Verselbständigung und somit Chronifizierung des Entzündungsgeschehens kom-

men. Dieses geht aus von den Bronchiolen und greift nach proximal auf die größeren

Atemwege über. Dadurch bildet sich eine Bronchitis aus, die über eine begleitende pro-

gressive Fibrosierung und Obstruktion der Atemwege in den Zustand eines Lungenem-

physems mündet [64]. Die Konsequenz dieser Entwicklung besteht in einer Verringerung

des pulmonalkapillären Gesamtquerschnittes mit konsekutiver Ausbildung einer pulmo-

nalarteriellen Hypertonie und im weiteren Verlauf Entstehung eines Cor pulmonale. Die

Verkleinerung der Gasaustauschfläche fördert eine Zunahme des pulmonalen Shuntvolu-

mens, was zusammen mit einer obstruktionsbedingten alveolären Hypoventilation zu der

Situation einer respiratorischen Partial- und im Finalstadium Globalinsuffizienz führt

[14]. Diese Entwicklung wird jedoch nicht bei allen Patienten beobachtet. Etwa 80% aller

Raucher leiden an einer chronischen Bronchitis, jedoch zeigen davon lediglich 10-15%

ein Fortschreiten der Erkrankung mit Atemwegsobstruktion und Entstehung eines Lun-

genemphysems [21,22,29,34,39,51].

Entzündungsaktivität (siehe S.14):

Die Entzündungsreaktion dient eigentlich der Abwehr infektiöser sowie toxischer Agen-

zien (s.o.). Das morphologische Substrat dieser Entzündung besteht in einer ödematösen

Schwellung sowie einer Infiltration der Schleimhat durch Entzündungszellen. Diese wird

ausgelöst durch die chemotaktische Wirkung der aus geschädigten Zellen freigesetzten

- 4 -

Einleitung

Mediatoren [14]. Tumor-Nekrosefaktor-α (TNF-α) spielt als ubiquitäres, proinflammato-

risches Zytokin eine wichtige Rolle für die Entzündungsaktivität bei COPD, was sich

auch in seinem vermehrten Vorkommen in bronchoalveolärer Lavageflüssigkeit (BAL)

und Sputum von COPD-Patienten widerspiegelt [58]. Die Aufgabe der Entzündungszel-

len, insbesondere der Alveolarmakrophagen (AM), besteht darin, die schädigenden

Fremdstoffe zu inaktivieren, zu inkorporieren und falls möglich abzubauen. Zu diesem

Zweck verfügen sie z.T. über die Fähigkeit zur Phagozytose und besitzen intrazelluläre

Enzyme, die eine Degradierung von Fremdmaterial ermöglichen. Darüber hinaus können

v.a. neutrophile Granulozyten auch Enzyme, wie etwa Kollagenase, Elastase (Neutrophi-

len-Elastase, NE), Proteinase usw., sowie hochreaktive Sauerstoffmetabolite (Oxydanti-

en) an ihre Umgebung abgeben, um eingedrungene Fremdstoffe in ihrer Funktion zu

beeinträchtigen. Wenn nun aber diese Entzündung durch Persistenz bzw. ständige Wie-

derkehr der sie auslösenden Schädigung aufrechterhalten wird oder diese nicht z.B. durch

Antiproteasen oder Antioxydantien inaktiviert werden, kommt es zu einer „Andauung“

körpereigenen Gewebes mit reparativen Umbauvorgängen, die die pathogenetische

Grundlage der Ausbildung einer Bronchialwandinstabilität sowie eines Lungenemphy-

sems darstellen [14].

Neutrophile Granulozyten. Neutrophile Granulozyten sind die Schlüsselzellen der

Entzündungsaktivität bei COPD [52]. Sie treten bei COPD-Patienten im Vergleich zu ge-

sunden Nichtrauchern in größerer Anzahl sowohl in Sputum als auch in BAL auf [24,52].

Die pulmonale Transit-Zeit neutrophiler Granulozyten wird durch akute Exposition ge-

genüber Tabakrauch erhöht [63]. Darüber hinaus nimmt ihre Deformierbarkeit nach Ein-

wirkung von Oxydantien ab, woraus eine gesteigerte Sequestration dieser Zellen in der

Mikrozirkulation der Lungenstrombahn resultiert [63]. Dieser Effekt wird möglicherwei-

se durch eine oxydantienvermittelte Veränderung der Aktinstruktur der neutrophilen Gra-

nulozyten [58,63] sowie durch verstärkte Ausprägung bestimmter

Oberflächenadhäsionsmoleküle [52] hervorgerufen.

Die Elastase aus neutrophilen Granulozyten (NE) ist in der Lage, sowohl die Regenerati-

on geschädigter Gewebe durch hydrolytischen Abbau von Zytokinen und Wachstumsfak-

toren zu behindern, als auch die regelrechte Funktion des Surfactant durch Spaltung darin

enthaltener Apoproteine zu beeinträchtigen [63]. Als unmittelbarer Effekt inhalativen Ta-

bakrauchens kommt es zu einer Steigerung der epithelialen Permeabilität, die die Grund-

lage für den erleichterten Zugang von NE zum Lungeninterstitium darstellt [58].

- 5 -

Einleitung

Alveolarmakrophagen (AM). Die durchschnittliche Anzahl von AM, die aus den

Lungen von Rauchern gewonnen werden, ist gegenüber Nichtrauchern erhöht [24]. Dar-

über hinaus imponieren diese AM durch gesteigerte Größe sowie vermehrte pigmentierte

zytoplasmatische Einschlüsse im Vergleich mit AM von Nichtrauchern, was den Schluß

nahelegt, daß es sich um aktivierte Formen dieses Zelltyps handelt [63].

Zahlreiche Mechanismen, ähnlich denen, die schon für neutrophile Granulozyten be-

schrieben wurden, werden für die pulmonale Rekrutierung von Monozyten sowie deren

Ausreifung zu AM im Lungengewebe COPD-Kranker diskutiert [63]. Als zusätzliches

und in vitro selektiv auf Monozyten wirkendes Chemotaxin konnten Elastinfragmente,

die in der Lunge von Rauchern in signifikant höherer Konzentration nachweisbar sind,

identifiziert werden [63]. Der Elastinabbau ist typisch für den fibrogenen Umbau prak-

tisch aller Komponenten des Bronchialbaumes und des Lungenparenchyms im Rahmen

der Entstehung des Lungenemphysems [21,22]

Eosinophile Granulozyten. Diese Zellen spielen weniger im Rahmen der COPD als

mehr bei asthmatischen und allergischen Erkrankungsformen eine Rolle [21,22].

Lymphozyten. Bei schweren COPD-Fällen können in Schleimhautbiopsien der Atem-

wege vermehrt CD8-positive Lymphozyten nachgewiesen werden. Die pathogenetische

Bedeutung ist jedoch bis dato unklar [21,22].

1.1.3.3. Oxydativer StreßOxydativer Streß läßt sich definieren als gesteigerte Exposition eines Gewebes bzw. Or-

ganismus gegenüber Oxydantien (siehe 1.1.3.5) [63]. Der grundlegende Mechanismus

der Toxizität von Oxydantien gegenüber eukaryoten Zellen besteht in ihrer Eigenschaft

als hochreaktive Elektronenakzeptoren und der damit verbundenen Fähigkeit, andere Mo-

leküle durch Oxydation in deren Funktion zu beeinträchtigen [30]. Dieses Prinzip führt zu

der Identifikation folgender Ansatzpunkte oxydativer Schädigung (siehe Abb.2):

• Lipid-Peroxydation:

Freie Sauerstoffradikale lösen an Phospholipidmembranen einen mehrstufigen Prozeß

aus, der in einer Kettenreaktion mündet, indem sie zunächst ein Wasserstoffatom

einer Seitenketten-Methylgruppe abspalten. Das so entstandene Lipid-Radikal rea-

giert mit O2 zum Peroxyl-Radikal, das nun in einer Kettenreaktion mehrfach ungesät-

tigte Fettsäuren, sowohl freie Fettsäuren wie auch Bestandteile von Lipiden, in Lipid-

Hydroperoxyde umwandelt. Dieser als Lipid-Peroxydation bezeichnete Prozeß ist in

- 6 -

Einleitung

der Lage, die Funktionalität der Phospholipidmembran einzuschränken, indem er die

Fluidität der Membran verringert, ihre Permeabilität steigert und somit membrange-

bundene Rezeptoren und Enzyme in ihrer Funktion beeinträchtigt [63].

• Veränderung von Proteinen:

Seitenketten von Aminosäuren können durch reaktive Sauerstoffspezies (reactive

oxygen species, ROS) derartig verändert werden, daß es zur Aggregation von Protei-

nen kommt oder diese anfälliger für proteolytische Spaltung werden. Peptidbindun-

gen können auch direkt durch Oxydantien gesprengt werden [63].

• Schädigung von DNA-Strängen:

Durch Interaktion mit Oxydantien werden DNA-Makromoleküle radikalisiert, so daß

es in weiteren Reaktionen mit anderen Stoffen zur Ausbildung von Einzelstrangbrü-

chen kommt [63].

Quellen von Oxydantien:

Intrapulmonale Oxydantien werden entweder exogen aus der Umgebungsluft an die Lun-

ge herangetragen, wie z.B. Tabakrauch, Ozon u.a., oder endogen durch aktivierte Entzün-

dungszellen im Rahmen einer unspezifischen Abwehrreaktion produziert [30]. Des

Weiteren entstehen Oxydantien auch als Nebenprodukte des normalen zellulären, insbe-

sondere des mitochondrialen Metabolismus [63]. Einen Überblick über die wichtigsten

endogenen und exogenen Oxydantien gibt Tabelle 1.

Exogene oxydative Substanzen. Zigarettenrauch, der primäre Risikofaktor für die

Entwicklung einer COPD, enthält schätzungsweise zwischen 1016 und 1017 oxydativ

wirksame Moleküle je Zug [44]. Freie Radikale im Zigarettenrauch rekrutieren sich so-

Tabelle 1: Wichtige endogene und exogene Oxydantien.

Endogen Exogen

Superoxydanion (O2•-) Diverse reaktive, organi-sche Bestandteile des Tabakrauches

Wasserstoffperoxyd (H2O2)

Stickoxyde (NO2)

Hydroxyl-Radikal (•OH) Schwefeloxyd (SO2)

Unterchlorige Säure (HOCl)

Ozon (O3)

- 7 -

Einleitung

wohl aus der Gasphase als auch aus der Teerphase und bestehen vorwiegend aus Alkyl-

und Peroxylspezies sowie Stickoxyden. Jedoch imponieren die Radikale der Teerphase

als stabiler und scheinen vorwiegend organischer Natur zu sein, wie etwa das Semichi-

non-Radikal oder das Hydroxyl-Radikal (•OH) [44]. Diese längere Lebensdauer ermög-

licht es Radikalen der Teerphase, für einen beträchtlichen Zeitraum nach der

Tabakrauchinhalation durch Redox-Reaktionen in der ELF (epithelial lining fluid) zur Er-

zeugung von ROS beizutragen. Darüber hinaus ist Teer aus Zigarettenrauch ein hervorra-

gender Metallchelator, der Eisen binden und als Katalysator für die Erzeugung anderer

ROS (s.u.) bereitstellen kann [44].

Endogene oxydative Substanzen. Am Anfang der endogenen Entstehung von ROS

steht die Erzeugung des Superoxyd-Anions (O2•-) aus Sauerstoff. Dies geschieht in erster

Linie durch Reaktionen des mitochondrialen Metabolismus, molybdänhaltige Flavoenzy-

me wie z.B. Xanthin-Oxydase, den Arachidonsäurestoffwechsel sowie NADPH-Oxyda-

se-abhängige Reaktionen in phagozytierenden Zellen. Durch körpereigene Enzyme (siehe

1.1.3.4) wird O2•- zunächst zu Wasserstoffperoxyd (H2O2) und dieses anschließend zu

Wasser und elementarem Sauerstoff reduziert und damit unschädlich gemacht. In Gegen-

wart von freien Metallionen (i.d.R. Eisen Fe2+) können jedoch O2•- und H2O2 im Rahmen

Abbildung 2:Oxydantienvermittelte Schädigung des Lungengewebes durch Tabakrauch (GZ = Gra-

nulozyten)

- 8 -

Einleitung

der Haber-Weiss Reaktion u.a. zu dem hochreaktiven und somit hochtoxischen Hydro-

xyl-Radikal (•OH) reagieren:

Darüber hinaus kann H2O2 unter Katalyse der Neutrophilen-Myeloperoxydase (MPO)

mit Chlorid zu unterchloriger Säure (HOCl), einem weiteren hochpotenten Oxydans, rea-

gieren. Daraus wird die zentrale Bedeutung des Abbauproduktes H2O2 als Quelle zweier

hochtoxischer oxydativer Substanzen ersichtlich (siehe Abb.3) [63].

1.1.3.4. Körpereigene antioxydative Abwehrmechanismen

Die Bewältigung von oxydativem Streß durch den Organismus beruht zum einen auf dem

spezifischen, enzymkatalysierten Abbau von anfallenden ROS, zum anderen auf dem

Verbrauch nicht-enzymatisch und unspezifisch reagierender Agenzien. Letztere werden

kontinuierlich synthetisiert, gespeichert und können z.T. enzymatisch regeneriert werden.

Somit ergeben sich gestaffelte „Verteidigungslinien“ gegen eine plötzliche Flut von Oxy-

dantien und deren potentielle toxische Wirkung auf Zellen des Organismus.

Enzymkatalysierter Abbau von Oxydantien (siehe Abb.3):

Es gibt drei wichtige Enzym-Komplexe für die „Entsorgung“ von ROS: Die Superoxyd-

Dismutase (SOD), die Katalase sowie die Glutathion-Peroxydase (GPx) als Bestandteil

des Glutathion Redox-Zyklus.

Superoxyd-Dismutase. Die SOD liegt in Form dreier Isoenzyme vor: Die mitochon-

driale Mangan-SOD, die zytoplasmatische Cu2+-Zn2+-SOD sowie die vorwiegend peri-

vaskulär vorkommende extrazelluläre SOD. Sie alle katalysieren die Reaktion von O2•-

mit Wasser zu H2O2:

Katalase und Glutathion-Peroxydase. Die Katalase katalysiert ebenso wie die GPx,

eine selenhaltige Peroxydase [42], die Umwandlung des entstandenen H2O2 zu Wasser

und elementarem Sauerstoff:

[30].

GSH-Redox-Zyklus. Aus Gründen der Anschaulichkeit wird der GSH-Redox-Zyklus

zusammen mit GSH unter dem Punkt 'Nicht-enzymatischer Abbau von Oxydantien' ab-

gehandelt.

O2•-

H2O2+ OH-

•OH O2+ +→

2 O2•-

2 H+

+ H2O2 O2+→

2 H2O2 2 e-

+ 2 H2O O2+→

- 9 -

Einleitung

Nicht-enzymatischer Abbau von Oxydantien

Glutathion. Die entscheidende Rolle als ubiquitärer, unspezifischer antioxydativer

Schutzschirm kommt dem Tripeptid Glutathion (GSH; γ-glutamyl-cysteinyl-glycin) zu,

das sowohl in direkter Interaktion mit Oxydantien als auch im Rahmen des GSH-Redox-

Zyklus an der Beseitigung elektrophiler Substanzen beteiligt ist. GSH wird im Zytosol je-

der Zelle synthetisiert und gespeichert, jedoch auch in die Mitochondrien transloziert so-

wie in die Extrazellulärräume sezerniert, wo es sich insbesondere in der ELF in hoher

Konzentration wiederfindet [12,13,32]. Unterstützung erfährt es dort durch die ebenfalls

antioxydativ wirkende Präsenz von Muzinen, Urat und Ascorbat sowie einer extrazellu-

lären Form der GPx [58]. Der mitochondriale GSH-Pool wird ausschließlich durch die

Abbildung 3:Der Glutathion-Redoxzyklus und der SOD-/Katalase-Enzymweg

- 10 -

Einleitung

Aktivität eines mitochondrialen Transporters aufrechterhalten, da den Mitochondrien die

zur GSH-Synthese notwendigen Enzyme fehlen (s.u.) [58]. Die Aufgabe von GSH in der

mitochondrialen Matrix besteht in der Neutralisierung von ROS über den GSH-Redox-

Zyklus (s.u.), die im mitochondrialen Metabolismus in beträchtlichen Mengen anfallen

[58]. In der ELF dient GSH der Detoxifizierung freier Radikale, organischer polyaroma-

tischer Kohlenwasserstoffe und anderer elektrophiler Substanzen [58,62] und damit u.a.

der Aufrechterhaltung der physiologischen Surfactant-Funktion [58].

Biosynthese von Glutathion. Die Bio-

synthese von GSH ist ein zweistufiger

Prozeß, an dem die beiden ausschließ-

lich zytosolisch vorkommenden Enzy-

me γ-Glutamyl-Cystein-Synthetase (γ-

GCS) und GSH-Synthetase sowie

Adenosin-Triphosphat (ATP) und

Mg2+ als Koenzym und -substrat und

des weiteren die Aminosäuren Glycin,

Cystein und Glutamat als Substrate be-

teiligt sind. Die geschwindigkeitslimi-

tierenden Faktoren der GSH-Synthese

bestehen in der vorhandenen γ-GCS-

Kapazität sowie der Bereitstellung von

L-Cystein. Darüber hinaus übt GSH eine negative Rückkopplung auf die Aktivität der γ-

GCS aus. Die daran anschließende rasche Umsetzung des so entstandenen γ-Glutamyl-

Cystein zu GSH durch die im Überschuß bereitstehende GSH-Synthetase stellt somit kei-

nen regulativen Mechanismus dar [58].

Das γ-GCS-Holoenzym in Säugetierzellen ist ein Heterodimer bestehend aus einer schwe-

ren Untereinheit mit einem Molekulargewicht von 73 kDa (γ-GCS-HS (heavy subunit))

sowie einer 30 kDa aufweisenden leichten Untereinheit (γ-GCS-LS (light subunit)) [58].

Die γ-GCS-HS beherbergt sowohl Bindungsstellen für die beiden Substrate Glutamat und

Cystein sowie für das Koenzym ATP als auch das aktive Zentrum zu deren Umsetzung

und besitzt somit die gesamte katalytische Aktivität des Holoenzyms. Diese Aktivität

wird jedoch durch Anlagerung der modulatorisch einwirkenden γ-GCS-LS über eine Di-

sulfidbrücke gesteuert, indem GSH über einen nicht-allosterischen Feedback-Mechanis-

Abbildung 4:Der γ-Glutamyl-Zyklus (EZR = Ex-

trazellulärraum, IZR = Intrazellu-

lärraum).

- 11 -

Einleitung

mus an dieser Untereinheit zu einer Konformationsänderung führen kann, durch die das

aktive Zentrum der γ-GCS-HS blockiert wird [58]. Unter physiologischen Bedingungen

liegt die γ-GCS zu etwa 80% in der inaktiven Form vor [58]. Dadurch kann ein akuter Ab-

fall zellulären GSHs über einen Wegfall der Rückkopplungshemmung und der resultie-

renden Erhöhung des Anteils aktiver γ-GCS mit einer raschen Steigerung der GSH-

Synthese beantwortet werden, ohne die Notwendigkeit der zeitraubenden de-novo-Syn-

these des geschwindigkeitslimitierenden Enzyms [58].

Cystin, ein durch Oxydation zweier Cystein-Moleküle entstandenes Dimer mit einer Di-

sulfid-Brücke, wird durch einen Na+-unabhängigen, anionischen Aminosäuren-Transpor-

ter im Austausch gegen Glutamat in die Zelle transportiert und steht dort unverzüglich

nach Reduktion der GSH-Biosynthese zu Verfügung [58].

Der Glutathion-Redox-Zyklus. Oxydiertes (GSSG) und reduziertes Glutathion

(GSH) bilden in Säugetierzellen ein Redoxsystem, bei dem GSH mit einem Anteil von

98% dominiert (siehe Abb.3). Wegen des stark negativen Redoxpotentials (E’0 = -0,25 V)

und der leichten Oxydierbarkeit von GSH sowie des Verbrauches von GSH durch die GPx

ließe sich jedoch dieses GSH/GSSG-Verhältnis in der Zelle nicht allein durch Neusynthe-

se von GSH aufrechterhalten [42]. Daher existiert neben der GPx auch eine Glutathion-

Reduktase, die unter Verwendung von NADPH/H+ aus einer durch die Glucose-6-Phos-

phat-Dehydrogenase (G6PD) katalysierten Reaktion des Pentosephosphatweges GSH aus

GSSG regeneriert. Das so wiedergewonnene GSH steht nunmehr erneut für die Beseiti-

gung von ROS und anderer Oxydantien, entweder durch direkte Interaktion mit diesen

Molekülen oder als Cosubstrat der GPx-Reaktion (siehe 1.1.3.4), zur Verfügung. Der

Vorteil des möglicherweise zunächst unverständlichen Mehraufwandes der Regenerie-

rung des Reduktionsäquivalentes GSH auf Kosten eines anderen, nämlich NADPH/H+,

liegt jedoch in der Minimierung des Verlustes von Thiolen [30,42].

1.1.3.5. Oxydantien-/Antioxydantien-Ungleichgewicht bei COPD

Bei Rauchern und Patienten mit COPD findet sich eine gesteigerte Belastung mit Oxy-

dantien [45]. Als Antwort auf den oxydativen Streß kommt es zunächst zu einer Entlee-

rung der GSH-Speicher als Ausdruck der Beanspruchung des antioxydativen

Schutzschirmes, gefolgt von einer längerfristigen Vergrößerung dieser Speicher im Sinne

einer Anpassungsreaktion [58,60]. Dies erklärt auch die Beobachtung, daß GSH in der

ELF chronischer Raucher in erhöhten Konzentrationen vorgefunden wird [12,58]. Des

- 12 -

Einleitung

weiteren konnten als Zeichen systemischer Auswirkung oxydativen Stresses bei Patienten

mit COPD erhöhte Plasmakonzentrationen von H2O2 sowie Produkten der Lipid-Peroxy-

dation, wie z.B. Isoprostan F2α-III, festgestellt werden [58,61]. Eine Verschiebung des

GSH-GSSG-Verhältnisses zu Gunsten von GSSG durch oxydativen Streß initiiert eine

Reihe sowohl kompensatorischer wie auch proinflammatorischer Mechanismen, die

durch Aktivierung von Transkriptionsfaktoren, wie z.B. Aktivator-Protein-1 (AP-1) und

Nuclear-Factor-κB (NF-κB), vermittelt werden [58].

AP-1 vermittelte Prozesse (protektiv):

• Induktion der Expression von γ-GCS-HS [58]

NF-κB vermittelte Prozesse (proinflammatorisch):

• Steigerung der Expression von IL-8 in AM [58].

• Erhöhung der Konzentration von IL-1 in AM sowie Alveolarepithelzellen [54].

• Zunahme der Synthese von Stickstoffmonoxyd (NO) [54].

Die Bedeutung freier Metallionen als Katalysatoren für die Entstehung von ROS im Rah-

men der Pathogenese der COPD wird auch durch Studienergebnisse unterstrichen, die

eine Anreicherung von Eisen in AM und ELF von Rauchern im Vergleich zu Nichtrau-

chern konstatieren [63]. Dies wird gestützt durch Beobachtungen, wonach das normaler-

weise aufgrund seiner hohen Reaktivität an Transferrin, Ferritin und Coeruloplasmin [63]

gebundene Eisen durch Zigarettenrauch und andere Oxydantien aus seiner Ferritinbin-

dung freigesetzt wird [63]. Xanthin-Oxydase, ein weiterer wichtiger Lieferant für ROS,

konnte ebenfalls in erhöhter Konzentration in der BAL von COPD-Patienten nachgewie-

sen werden [44].

Die pulmonale Antiproteinasen-Kapazität zum Schutz vor leukozytären Proteinasen wird

durch ROS geschwächt. Die meisten menschlichen Antiproteinasen, wie etwa α1-AP und

Sekretorischer Leukozyten-Proteinase-Inhibitor (SLPI), können von neutrophilen Granu-

lozyten durch die Oxydation der Aminosäure Methionin in den biologisch aktiven Zen-

tren der jeweiligen Proteinmoleküle inaktiviert werden [30,58]. So läßt sich ein

signifikantes Defizit der Anti-NE-Kapazität in der BAL nach Inhalation von Tabakrauch

durch die dadurch verfrühte Entstehung eines Lungenemphysems bei Patienten mit α1-

AT-Mangel erklären [58].

- 13 -

Einleitung

Beitrag der Entzündungsaktivität zum Oxydantien-/Antioxydantien-Ungleichge-

wicht bei COPD:

TNF-α induziert oxydativen Streß durch Erzeugung einer Leckage in der mitochondrialen

Elektronentransportkette mit resultierender Entstehung von ROS. Dies stimmt mit Beob-

achtungen überein, wonach TNF-α GSH-Speicher menschlicher Alveolarepithelzellen

zunächst entleert und sie dann durch eine über AP-1 vermittelte Induktion einer kompen-

satorischen Steigerung der GSH-Synthese ausbaut [58]. Während Perioden akuter Ex-

azerbation weisen neutrophile Granulozyten von COPD-Patienten eine gesteigerte

Produktion von O2•- auf [63], zeigen jedoch auch unter normalen Bedingungen einen ver-

stärkten „respiratory burst“ sowie eine gesteigerte Expression von Mac-1, was ihre Akku-

mulation im Lungengewebe erklärt und somit ihre Rolle für die topische Belastung mit

Oxydantien unterstreicht [52]. Diese Steigerung des „respiratory burst“ wird beeinflußt

durch TNF-α-bedingt verstärkte Expression des p22-phox Gens, das eine Untereinheit

des für den „respiratory burst“ verantwortlichen Enzyms NADPH-Oxydase kodiert [52].

AM, die aus der BAL junger, klinisch gesunder Raucher gewonnen wurden, setzen mehr

O2•- frei als gleichermaßen gewonnene AM nichtrauchender Kontrollpersonen [63]. Des

Weiteren führt eine in vitro Exposition von AM gegenüber Tabakrauch zu einer Steige-

rung des oxydativen Metabolismus dieser Zellen [63].

1.1.4. Klinisches BildDie COPD ist durch folgende Symptome gekennzeichnet:

• Husten:

Dieser wird hervorgerufen durch die Schleimhautreizung, die sowohl von der epithe-

lialen Schädigung durch exogene Noxen wie auch von der entzündlichen Infiltration

ausgeht.

• Hyperkrinie und Atemwegsobstruktion:

Reversible, therapeutisch beeinflußbare Veränderungen wie Bronchokonstriktion,

ödematöse Schleimhautschwellung sowie Hyper- und Dyskrinie als direkte Reaktio-

nen auf exogene Schleimhautschädigung. Charakteristisch sind andererseits irreversi-

ble, therapeutisch kaum bzw. nicht zu beeinflussende Veränderungen wie Hyper- und

Metaplasie des Schleimhautepithels, muskuläre Hypertrophie der Bronchialwand und

exspiratorischer Atemwegskollaps der umbaubedingt instabilen Bronchialwände als

Folge sowohl der persistierenden Einwirkung von Noxen wie auch der Entzündungs-

aktivität [14,21,22,29,55].

- 14 -

Einleitung

Ein Typus des COPD-Patienten ist der sog. „blue bloater“. Er zeichnet sich aus durch das

Auftreten eines morgendlich gehäuften, produktiven Hustens mit mukopurulentem Aus-

wurf, dem weitgehenden Fehlen einer Dyspnoesymptomatik trotz bronchialer Obstrukti-

on, das sich durch eine Adaptation an arterielle Hypoxie und Hyperkapnie erklärt, sowie

eine reaktive Polyglobulie mit Zyanose [14].

Demgegenüber ist der prädominante Emphysemtyp mit Destruktion kleiner Atemwege

durch das klinische Bild des „pink puffer“ charakterisiert. Dabei steht eine ausgeprägte

Dyspnoe - zunächst unter Belastung, dann auch in Ruhe - mit imperativ erlebter perma-

nenter Atemanstrengung zur weitgehenden Aufrechterhaltung einer Normokapnie bei

höchstens mäßiger arterieller Hypoxie im Vordergrund. Diese permanente, überpropor-

tionale Atemanstrengung kann in eine (pulmonale) Kachexie münden [14].

In der Praxis kommen jedoch meist Mischtypen vor.

1.1.5. Konventionelle TherapieDa eine kausale Therapie der Erkrankungsformen der COPD (noch) nicht möglich ist,

zielt die derzeitige Standardtherapie auf eine Reduktion der Krankheitsprogression und

eine Symptomreduktion ab. Dabei geht es einerseits darum, die Überlebensdauer unter

der Erkrankung zu verlängern, und andererseits parallel dazu eine akzeptable Lebensqua-

lität aufrechtzuerhalten. In dieser Hinsicht konzentriert man sich darauf, den Verfall der

Lungenfunktion zu verzögern, den Gasaustausch zu optimieren, die Belastbarkeit zu stei-

gern sowie Infektionen und damit einhergehende Exazerbationen zu vermeiden bzw. kon-

sequent und rasch zu therapieren [55,63].

• Nikotinkarenz:

Der wichtigste Schritt zur Reduktion der Krankheitsprogression liegt in der soforti-

gen, absoluten Nikotinkarenz [55]. Bereits sechs Monate nach Einstellung des inhala-

tiven Tabakrauchens kommt es zu einer signifikanten Reduktion von

Entzündungszellen in der BAL [63].

• Bronchodilatatoren:

In einem Teil der Krankheitsfälle kann die obstruktive Symptomatik durch die Gabe

antiobstruktiver Therapeutika, wie z.B. β2-Sympathomimetika, Anticholinergika

sowie Methylxantine, zumindest zeitweilig positiv beeinflußt werden [14].

• Kortikosteroide:

Ein klar zu verzeichnender positiver Effekt der zur Attenuierung der Entzündungsak-

tivität eingesetzten inhalativen Kortikosteroide auf den Verlauf der COPD konnte bis-

- 15 -

Einleitung

her trotz zahlreicher placebokontrollierter klinischer Studien nicht sicher

nachgewiesen werden [63]. Eine Dauertherapie mit inhalativen Glucokortikoiden

sollte daher nur bei Patienten mit einer stabilen Erkrankungsform zur Anwendung

kommen, bei denen ein Ansprechen auf diese Therapie spirometrisch dokumentiert

werden kann [55].

• Antibiotika:

Eine konsequente antibiotische Behandlung bakterieller Infektexazerbationen wird

empfohlen. Antibiotika sollten jedoch nicht prophylaktisch eingesetzt werden [14,37].

• Expektorantien:

N-Acetylcystein (NAC) ist ein Thiol-haltiges Mukolytikum, das durch Spaltung von

Disulfidbrücken des bronchialen Schleimes dessen Viskosität zu reduzieren und

dadurch dessen Expektoration zu fördern vermag [23,49]. Bei oraler Aufnahme wird

es rasch und nahezu vollständig resorbiert und in der Dünndarmwand und der Leber

deacetyliert, woraus eine Bioverfügbarkeit von etwa 10% resultiert [23]. Da potenti-

elle Nebenwirkungen wie anaphylaktische Reaktionen, Tachykardie oder Blutdruck-

abfall nur bei extrem hohen Konzentrationen beobachtet werden [20], die aufgrund

der Kinetik kaum erreicht werden können, ist NAC in der klinischen Anwendung so

gut wie nebenwirkungsfrei [23]. Behandlung mit NAC führte zu einer symptomati-

schen Verbesserung bei COPD-Patienten, die in einer verminderten Sputumviskosität

sowie -purulenz und einer verbesserten Expektoration zum Ausdruck kam [47,56].

Dies wird durch Studienergebnisse gestützt, denen zufolge die Verminderung der

FEV1 bei COPD-Patienten nach zweijähriger Behandlung mit NAC geringer ausfiel

als bei gleichartigen Patienten ohne NAC-Behandlung [43]. Darüber hinaus besitzt

NAC antioxydative Kapazität sowohl durch seine reduzierende Eigenschaft als auch

durch die Bereitstellung von Substraten für die zelluläre GSH-Synthese (siehe 4.1.1.)

[26,27,38,63].

Ambroxol, ein weiteres Expektorans, wirkt zum einen durch Anregung seröser Drü-

sen zur Bildung eines vermehrt flüssigen Bronchialschleims und führt zur Abnahme

der Sputumviskosität durch Sekretvermehrung. Zum anderen bewirkt Ambroxol eine

Stimulation der Surfactant-Bildung der Alveolarepithelzellen TypII (Pneumozyten)

und führt dadurch zu einer Erniedrigung der Oberflächenspannung, wodurch die

Adhäsion des Sekretes an der epithelialen Oberfläche erschwert wird [23,49]. Dar-

über hinaus inhibiert Ambroxol in physiologischen Konzentrationen die spontane

- 16 -

Einleitung

Migration sowie die chemotaktische Reagibilität humaner neutrophiler Granulozyten

auf purulentes Sputum und Zymosan-aktiviertes Serum [23]. Mononukleäre mensch-

liche Zellen, die mit ambroxolhaltigem Medium kultiviert wurden, zeigten eine deut-

lich eingeschränkte Freisetzung von Interleukin-1 und TNF-α [23]. Zudem zeigt

Ambroxol in vitro einen antioxydativen Effekt [23,25,27].

• Adjuvante Maßnahmen:

Adjuvante Maßnahmen bestehen in physiotherapeutischen Übungen im Rahmen

eines Atemtrainings, physikalischen Maßnahmen zur Sekretdrainage, Rehabilitation

sowie O2-Langzeittherapie als einzige lebensverlängernde Maßnahme bei respiratori-

scher Partialinsuffizienz und ggf. der nicht invasiven Beatmung z.B. mittels einer

CPAP-Maske [14,63]. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit einer pulmonalen

Volumenreduktion durch operative Maßnahmen [68] und als ultima ratio in seltenen

Fällen die Lungentransplantation. Ein α1-AP-Mangel kann durch eine α1-AP-Substi-

tution therapiert werden, um die rapide Progression der Emphysemausbildung zu ver-

hindern [21].

Schließlich bleibt festzuhalten, daß die Nikotinabstinenz bzw. die Rauchentwöhnung die

einzige und wirkungsvollste therapeutische und prophylaktische Maßnahme darstellt

[55].

1.2. Zielsetzung der StudieDas Ziel dieser Studie ist die Erarbeitung einer Rationale zur Therapie mit den potentiell

antioxydativ wirkenden Substanzen N-Acetylcystein und/oder Vitamin C bei Patienten

mit einer COPD. Die Bedeutung dieser Untersuchung liegt nicht zuletzt in der Prüfung

eines therapeutischen Ansatzes, der im Sinne einer ökonomisch effizienten, präventiv ori-

entierten Behandlung bei geringem materiellem Aufwand möglicherweise den hohen

volkswirtschaftlichen Schaden zu reduzieren vermag, der durch die Kombination aus ho-

her Prävalenz der Erkrankung sowie hoher Morbidität der Erkrankten hervorgerufen wird.

Die Evaluation eines Erfolges dieser Dauertherapie mit Antioxydantien hinsichtlich eines

biochemischen und/oder klinischen Benefits für Patienten mit einer COPD erfolgt anhand

folgender Zielkriterien:

- 17 -

Einleitung

1.2.1. Zielkriterien

1.2.1.1. Hauptzielkriterium:• Oxydantienfreisetzung aus neutrophilen Granulozyten und mononukleären Zellen

(ROS-Belastung) (siehe 2.2.2.2).

1.2.1.2. Sekundärparameter:• Intra- und extrazelluläre Glutathionkonzentration (siehe 2.2.2.3).

• Laborchemische Entzündungsparameter im Blut (siehe 2.2.3.1).

• Lungenfunktionsparameter (siehe 2.2.3.2).

• Subjektive Parameter (klinische Symptomatik) (siehe 2.2.1.2).

- 18 -

2.Methodik

2.1. StudienaufbauDie beschriebene Fragestellung wurde an 100 Patienten im Rahmen einer prospektiven,

placebokontrollierten Doppelblindstudie untersucht. Der Beobachtungszeitraum jedes

Patienten betrug drei Monate, Kontrolluntersuchungen wurden durchgeführt zum Zeit-

punkt der Aufnahme in die Studie (t0) sowie nach Ablauf der Beobachtungsdauer von

zwölf Wochen (t1).

2.1.1. Verabreichte SubstanzenDie Patienten wurden in vier Gruppen a 25 Patienten randomisiert. Jede Gruppe erhielt

jeweils eine der folgenden Medikationen.

2.1.1.1. Substanzen und Dosierungen• N-Acetyl-Cystein (NAC), 2 x 600mg/d, per os

• Vitamin C, 2 x 500mg/d, per os

• NAC + Vitamin C, 2 x (600mg+500mg)/d, per os

• Placebo, 2 x 1/d, per os

2.1.1.2. Verblindung und RandomisierungDie zu untersuchenden Substanzen wurden durch die Firma Klinge Pharma für die in vivo

Untersuchungen zur Verfügung gestellt. Die Kennzeichnung und Verpackung wurde von

der Firma Klinge Pharma in verschlüsselter Form vorgenommen und entspricht den deut-

schen Bestimmungen. Es wurde eine Liste generiert, die jede Fallnummer von eins bis

100 zufällig einer der vier Gruppen zuordnet. Diese Liste wurde verschlüsselt. Die jeweils

komplette Medikation für eine Beobachtungseinheit wurde mit der auf der Liste verzeich-

neten Fallnummer versehen. Die Zuteilung der Patienten zu den aufsteigend sortierten

Fallnummern erfolgte gemäß ihrer Aufnahme in die Studie.

2.1.2. Das PatientenkollektivAlle Patienten wurden über die Ambulanz der Abteilung für Pneumologie, Allergologie

und Schlafmedizin (Leitender Arzt: Prof.Dr.med. G.Schultze-Werninghaus), Berufsge-

nossenschaftliche Kliniken Bergmannsheil - Universitätsklinik, Bochum betreut.

2.1.2.1. Eingangskriterien• Alter zwischen 20 und 80 Jahren.

- 19 -

Methodik

• Vorliegen einer chronischen Bronchitis entsprechend der WHO-Definition (siehe

1.1.1.)

• Zustimmungserklärung, die jederzeit ohne Nennung von Gründen zurückgezogen

werden konnte (siehe 2.4.).

Akzeptierte Bedingungen:

• Vorhandensein einer leichten bis mittelschweren Atemwegsobstruktion, definiert

durch das Zutreffen mindestens zweier der drei folgenden spirometrisch und bodyple-

thysmographisch ermittelten Kriterien:

1. Atemwegswiderstand (Rt):

2. FEV1:

3. Tiffenauwert (FEV1 %VC):

Als Normwerte der Lungenfunktion wurden die EGKS-Grenzwerte verwendet [57,65].

• Allgemeine internistische und sonstige Therapien, die unter der Studie nicht geändert

wurden, mit folgenden Wirkstoffgruppen: Antihypertensiva, Kardiaka, Sedativa,

Hypnotika, Analgetika, Diuretika, Lipidsenker.

• Antiobstruktive Therapie mit inhalativen β2-Sympathomimetika.

• Systemische Therapie mit β2-Sympathomimetika.

• Inhalative Therapie mit Cromoglicinsäure-Dinatriumsalz.

• Behandlung mit inhalativen Steroiden oder anderen inhalativen Entzündungshem-

mern.

• Berufliche Staubexposition.

2.1.2.2. AusschlußkriterienFolgende Zustände führten zu einem Ausschluß von der Teilnahme an der Untersuchung:

• Rücknahme der Einverständniserklärung/Ablehnung der Teilnahme durch den Patien-

ten.

• Bedeutungsvolle Nebenwirkungen

• Zusätzliche Therapie mit intravenösem NAC oder mit Ambroxol

• Einnahme von Immunsuppressiva.

• Behandlung mit Chemotherapeutika im Rahmen einer Tumor-Therapie.

• Schwangerschaft.

3,5 cm H2O l s⁄⁄ (0,35 kPa) Rt 9,0 cm H2O l⁄ s⁄( ) (0,9 kPa)≤ ≤

FEV1 80% Sollwert≤

50% FEV1 %VC 75%≤ ≤

- 20 -

Methodik

• Vordiagnostiziertes Asthma bronchiale und/oder Typ-I-Sensibilisierung nach Ana-

mnese.

• Andere schwere Erkrankungen, die das Testergebnis verfälschen könnten, z.B. Leber-

zirrhose, dekompensierte Herzinsuffizienz, maligne Grundleiden, AIDS etc.

• Bereits erfolgte Teilnahme an dieser Studie.

• Non-Compliance.

2.2. Untersuchungen

Es wurden sowohl solche Untersuchungen durchgeführt, die objektivierbare Ergebnisse

zur Beurteilung der Fragestellung liefern, als auch solche, die eine subjektive Einschät-

zung des Zustandes durch den Patienten wiedergeben, um einen möglichen therapeuti-

schen Nutzen sowohl klinisch wie auch hinsichtlich der Lebensqualität dokumentieren zu

können. Die folgende Darstellung gibt eine Übersicht über die Zeitpunkte der Durchfüh-

rung der einzelnen Untersuchungen, eine Erklärung der Vorgehensweise schließt sich an:

• Aufnahmeuntersuchung:

Aufklärung des Patienten und Einholung der schriftlichen Einverständniserklärung

über die Teilnahme an der Studie, standardisierte Anamneseerhebung mittels Datener-

hebungsbogens (siehe 2.2.1.1), symptomorientierte Untersuchung, Blutentnahme

(insgesamt 40ml) für biochemische Untersuchungen (siehe 2.2.2.) sowie laborchemi-

sche Routinediagnostik (siehe 2.2.3.1), Lungenfunktionsuntersuchung (siehe 2.2.3.2),

Übergabe der Patientenfragebögen (siehe 2.2.1.2) sowie Ausgabe der Studienmedika-

tion.

• Abschlußuntersuchung:

Abschließende symptomorientierte Untersuchung, Blutentnahme (insgesamt 40ml)

für biochemische Untersuchungen sowie laborchemische Routinediagnostik, Lungen-

funktionsuntersuchung, Rücknahme der Patientenfragebögen.

2.2.1. Patientenbefragung

Der Patientenbefragung dienten zum einen ein standardisierter Fragebogen zur Erhebung

der studienrelevanten Patientenanamnese sowie zum anderen ein wöchentlich vom Pati-

enten selbst auszufüllender Fragebogen zur Dokumentation des subjektiven Krankheits-

empfindens.

- 21 -

Methodik

2.2.1.1. Standardisierte Anamneseerhebung

Zur Erhebung einer vergleichbaren, studienrelevanten Patientenanamnese wurde eine

modifizierte Version des „Standardized Questionnaire on Respiratory Symptoms“ des

British Medical Research Council (BMRC) verwendet [8].

2.2.1.2. Subjektive Beurteilung des Befindens

Um einen Eindruck über das subjektive Befinden des Patienten zu gewinnen, wurde ein

wöchentlich vom Patienten selbst auszufüllender Fragebogen verwendet [19], der es er-

möglicht, den Ausprägungsgrad subjektiv empfundener klinischer Symptome vergleich-

bar zu dokumentieren.

2.2.2. Biochemische Untersuchungen

Die unten aufgeführten biochemischen Untersuchungsmethoden wurden durchgeführt

unter Verwendung von aus Patientenblut gewonnenem Serum bzw. daraus isolierten neu-

trophilen Granulozyten und mononukleären Zellen.

2.2.2.1. Zellisolierung aus dem Blut

Für die Trennung der Zellen aus dem Blut wurde eine Separationsmethode mit einem dis-

kontinuierlichen, d.h. einem Zwei-Stufen-Percoll®- (Pharmacia, Uppsala/Schweden) -

Gradienten, verwendet. Die Zellvitalität betrug hierbei 98%, der Reinheitsgrad der Sepa-

ration belief sich auf 95%, die Zellausbeute lag zwischen 50% und 60%. Weitere Reini-

gungsschritte waren mit dieser Methode nicht erforderlich [31].

2.2.2.2. Messung der zellulären Oxydantienfreisetzung

Die Messung der Oxydantienproduktion der frisch aus dem Blut der Patienten isolierten

und ex vivo kultivierten neutrophilen Granulozyten und mononukleären Zellen erfolgte

mittels eines Standardverfahrens, basierend auf der durch Luminol verstärkten Chemilu-

mineszenz [11]. Dazu wurden in einer Doppelbestimmungsreihe jeweils 105 Zellen der

entsprechenden Zellpopulation in je vier Vertiefungen der verwendeten 95-Loch-Chemi-

lumineszenz-Platten gegeben und ex vivo kultiviert. Je eine Doppelbestimmung einer je-

den Zellpopulation wurde zusätzlich mit Zymosan (opsonized zymosan) aktiviert und alle

Ansätze zu Meßbeginn mit Luminol versetzt [15,18]. Die zelluläre Oxydantienfreiset-

zung wurde dann über einen Zeitraum von 30 Minuten bei 37°C verfolgt, dabei wurden

die Spitzenwerte sowie das Integral über der Zeit für die Auswertung herangezogen

- 22 -

Methodik

[40,48]. Die Messungen wurden mit dem Luminometer „Lucy 1“ (Anthos Labtec Instru-

ments GmbH) durchgeführt.

2.2.2.3. Bestimmung der Glutathionkonzentrationen

Glutathion kommt sowohl in reduzierter (GSH) als auch oxydierter (GSSG) Form im Blut

und in Zellen vor. Um beide Glutathionfraktionen quantifizieren zu können, wurden in je

einem Assay das Gesamtglutathion und das oxydierte Glutathion aus neutrophilen Granu-

lozyten und mononukleären Zellen bestimmt. Der Anteil an reduziertem Glutathion er-

rechnete sich als Differenz der Konzentrationen von gesamtem und oxydiertem

Glutathion. Die Glutathion-Messungen folgten einem modifizierten Verfahren nach Tie-

ze [33,38,69]. Die Bestimmungen der jeweiligen Glutathion-Fraktion erfolgte spektralp-

hotometrisch mit monochromatischem Licht der Wellenlänge 412nm unter Vergleich mit

einer Glutathion-Eichkurve.

Bestimmung des Gesamtglutathions:

Um eine Veränderung des Verhältnisses von GSH zu GSSG durch Oxydation von GSH

in der frisch gewonnenen Probe während der Lagerung zu vermeiden, mußten die Proben

zur Bestimmung des Gesamtglutathions im Mischungsverhältnis 1:1 mit 5,5’-dithiobis-2-

nitrobenzoic acid (DTNB) vermischt werden. Diese Proben wurden dann zentrifugiert

und 50µl des Überstandes mit 950µl Glutathion-Reduktase/NADPH+H+-haltiger Lösung

versetzt. Anschließend wurde die Reduktion des DTNB spektralphotometrisch über 2 Mi-

nuten verfolgt.

Bestimmung des oxydierten Glutathions:

Die Proben zur Bestimmung des oxydierten Glutathions wurden zunächst im Verhältnis

1:1 mit N-Ethylmaleimid (NEM) versetzt, um das GSH durch Bildung eines stabilen

Komplexes an einer Teilnahme an der enzymatischen Reaktion zu hindern und auch eine

mögliche Oxydation von GSH zu GSSG zu vermeiden. Die so behandelte Probe wurde

zentrifugiert, anschließend wurden 250µl des Überstandes auf eine Chromatographie-

Säule (SEP-PAK C18, Waters Associates) gegeben., die vorher mit 3ml Methanol und

3ml H2O präpariert worden war. Danach wurde die Säule mit 1ml eines Kalium-Phos-

phat-Puffers gespült. Sowohl das Effluat wie auch das Eluat wurden für die GSSG-Be-

stimmungen aufgefangen. Davon wurden 750µl mit 250µl einer DTNB/Glutathion-

- 23 -

Methodik

Reduktase/NADPH+H+-haltigen Lösung vermischt und die spektralphotometrische Mes-

sung wie oben beschrieben durchgeführt.

2.2.3. Klinische Diagnostik

2.2.3.1. Laborchemische UntersuchungenDie klinisch-chemischen Routineuntersuchungen wurden im Labor des Institutes für Kli-

nische Chemie, Transfusions- und Laboratoriumsmedizin der Berufsgenossenschaftli-

chen Kliniken Bergmannsheil - Universitätsklinik, Bochum (Direktor:

Prof.Dr.med. M.Krieg) durchgeführt. Die Untersuchungen dienten der routinemäßigen

Überwachung der Entzündungsaktivität sowie der Feststellung einer möglichen reaktiven

Polyglobulie als Antwort auf eine arterielle Hypoxämie. Es wurden die folgenden Para-

meter bestimmt:

• Leukozytenzahl je Nanoliter Blut (nleuko [1/nl]).

• Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit nach Westergren (BSG [cm]).

• Hämoglobinkonzentration (Hb [g/dl]).

• Hämatokrit (Hkt [%]).

• Mittleres erythrozytäres Zellvolumen (MCV [fl]).

• Erythrozytenzahl je Picoliter Blut (nery [1/pl]).

2.2.3.2. LungenfunktionsdiagnostikDie Lungenfunktionsmessungen wurden mittels Spirometrie und Bodyplethysmographie

mit dem Gerät „Master Lab“ der Firma Jäger vorgenommen. Als Normwerte wurden die

EGKS-Werte verwendet [57]. Folgende Parameter wurden zur Bewertung herangezogen:

• Forciertes exspiratorisches Volumen in einer Sekunde (FEV1 [l]).

• FEV1, in Prozent des altersentsprechenden Sollwertes (FEV1 [%Soll]).

• FEV1 bezogen auf die Vitalkapazität (FEV1/VC [dimensionslos]).

• FEV1 bezogen auf die Vitalkapazität, in Prozent des altersentsprechenden Sollwertes

(FEV1/VC [%Soll]).

2.3. Statistische MethodenAlle parametrischen Variablen wurden mit dem Komolgoroff-Smirnoff-Test auf Normal-

verteilung geprüft. Unterschiede zwischen Mittelwerten wurden bei normalverteilten Va-

riablen mittels t-Test untersucht, wobei die Freiheitsgrade der Varianztestung

- 24 -

Methodik

entsprechend angepaßt wurden. Bei nicht-normalverteilten Variablen wurden der Mann-

Whitney-U-Test eingesetzt. Der Vergleich multipler Mittelwerte bei normalverteilten Va-

riablen erfolgte mit dem Scheffé-Test. Die Homogeneität der Varianzen wurde mittels

Cochrans C, Bartlett-Box F und Hartleys Fmax. überprüft. Bei nicht-normalverteilten Va-

riablen wurde der Kruskal-Wallis-Test eingesetzt. Vier-Feldertafeln wurden mit dem

Chi2-Test auf Signifikanz untersucht. Für Tafeln mit weniger als 20 Fällen wurde Fishers

exakter Test benutzt. Alle Auswertungen wurden mit einem Standardsoftwarepaket

durchgeführt (SPSS® for Windows® Rel. 10.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA), und es

wurde ein Signifikanzniveau von p=5% zugrunde gelegt.

2.4. Einwilligung und EthikkommissionVor Studienbeginn wurde ein Antrag an die lokale Ethikkommission gestellt und deren

Zustimmung eingeholt.

Vor Aufnahme in die Studie wurden die Patienten vollständig über die geplanten Unter-

suchungen aufgeklärt und ihre schriftliche Einwilligung eingeholt. Die Patienten konnten

jederzeit ohne Nennung von Gründen von der Teilnahme an der Studie zurücktreten,

ohne, daß ihnen daraus für ihre weitere Behandlung Nachteile entstanden.

- 25 -

3.Ergebnisse

3.1. Patientengruppen

3.1.1. Vorzeitig ausgeschiedene Patienten

Von den insgesamt 100 in die Studie aufgenommenen Patienten schieden 36 vorzeitig

aus, somit verblieben 64 für die Auswertung der Studie. Die Gründe des vorzeitigen Aus-

scheidens sind im Folgenden aufgelistet:

• Non-compliance:34

• Behandlungspflichtige Erkrankung des Respirationstraktes1

• Neuverordnete immunsuppressive Therapie1

3.1.2. Strukturvergleich der untersuchten Patientengruppen

Die Verteilung der populationsbeschreibenden und studienrelevanten Merkmale im Ver-

gleich der vier untersuchten Gruppen läßt sich Tabelle 2 entnehmen.

Tabelle 2: Strukturvergleich der vier untersuchten Patientengruppen.0 = „Placebo“, 1 = „NAC“, 2 = „Vitamin C“, 3 = „NAC+Vitamin C“, Ges. = „Gesamtzahl“, Mn = „Mittelwert“, SD = „Standardabweichung“, BMI = „Body-mass-index“, CB = „Chronische Bronchitis“. Die Prozentangaben dichotomer Merkmale beziehen sich auf die jeweilige Gruppe.

Parameter 0 1 2 3 Ges.

Geschlecht m 7 6 13 9 35

[%] 50,0 40,0 72,2 52,9 54,7

w 7 9 5 8 29

[%] 50,0 60,0 27,8 47,1 45,3

Alter [a] Mn 58,0 53,6 54,0 55,9 55,3

SD 16,8 14,7 13,9 13,9 14,5

BMI [kg/m2] Mn 25,4 26,3 27,4 29,9 27,4

SD 2,9 5,2 5,6 6,5 5,5

Inhalat. Tabak-rauchen

ja 8 12 11 13 44

[%] 57,1 85,7 61,1 76,5 69,8

nein 6 2 7 4 19

[%] 42,9 14,3 38,9 23,5 30,2

Packyears [a] Mn 20,0 33,6 27,6 22,6 26,1

SD 30,6 33,7 49,2 24,7 36,3

- 26 -

Ergebnisse

Berufl. Staubbe-lastung

ja 4 2 5 1 12

[%] 28,6 13,3 27,8 5,9 18,8

nein 10 13 13 16 52

[%] 71,4 86,7 72,2 94,1 81,3

CB nach WHO-Definition

ja 11 14 16 13 54

[%] 78,6 93,3 88,9 76,5 84,4

nein 3 1 2 4 10

[%] 21,4 6,7 11,1 23,5 15,6

leichtgradige COPD(FEV1 80% soll)

ja 5 10 11 8 34

[%] 35,7 66,7 61,1 47,1 53,1

nein 9 5 7 9 30

[%] 64,3 33,3 38,9 52,9 46,9

FEV1 [%soll] Mn 88,0 87,5 83,9 79,6 84,5

SD 34,7 30,5 24,3 23,6 27,6

Inhalat. β2-Mimetikum

ja 5 5 4 7 21

[%] 35,7 33,3 22,2 41,2 32,8

nein 9 10 14 10 43

[%] 64,3 66,7 77,8 58,8 67,2

Inhalat. Glu-cokortikoide

ja 5 4 4 7 20

[%] 35,7 26,7 22,2 41,2 31,3

nein 9 11 14 10 44

[%] 64,3 73,3 77,8 58,8 68,8

Theophyllin ja 2 2 4 3 11

[%] 14,3 13,3 22,2 17,6 17,2

nein 12 13 14 14 53

[%] 85,7 86,7 77,8 82,4 82,8

Tabelle 2: Strukturvergleich der vier untersuchten Patientengruppen.0 = „Placebo“, 1 = „NAC“, 2 = „Vitamin C“, 3 = „NAC+Vitamin C“, Ges. = „Gesamtzahl“, Mn = „Mittelwert“, SD = „Standardabweichung“, BMI = „Body-mass-index“, CB = „Chronische Bronchitis“. Die Prozentangaben dichotomer Merkmale beziehen sich auf die jeweilige Gruppe.

Parameter 0 1 2 3 Ges.

- 27 -

Ergebnisse

3.2. Zielkriterien

Zum Vergleich der Eingangs- und Endsituation wurde für numerische Parameter der Quo-

tient aus dem bei der Abschlußuntersuchung bestimmten Wert und dem der Aufnahme-

untersuchung gebildet. Durch diese Normierung auf den Anfangswert läßt sich die

relative Änderung des Parameters über den Beobachtungszeitraum direkt ablesen.

3.2.1. Hauptzielkriterium

Placebo-Gruppe:

• Ohne Zymosan:

Für neutrophile Granulozyten betrug der mittlere Ausgangswert der Oxydantienfrei-

setzung 1221,85 als Spitzen-(„Peak“-)Wert (Standardabweichung (SD):

826,61 ) mit einer „Area under the curve“ (AUC) von 1,43x109 counts (SD:

1,04x109 counts). Die mittlere relative Änderung des Peak-Wertes betrug hierbei 1,02

(SD 0,92), die der AUC 1,04 (SD 1,00). Bei den mononukleären Zellen lag der Peak

anfänglich im Mittel bei 1269,04 (SD 825,88 ), die AUC bei

1,18x109counts (SD 7,02x108 counts). Ersterer änderte sich im Mittel auf das 1,54-

fache (SD 2,00), letzterer auf das 1,57-fache (SD 1,94).

• Mit Zymosan:

Die neutrophilen Granulozyten zeigten hier zunächst einen mittleren Peak von

6145,54 (SD 3309,85 ) bei einer AUC von 8,11x109 counts (SD 4,14x109

counts). Die relative Änderung des Peak-Wertes betrug im Mittel 0,98 (SD 1,00), die

der AUC 0,96 (SD (0,96). Die mononukleären Zellen wiesen zu Beginn als Mittel-

werte für den Peak 2163,27 (SD 1367,14 ) und für die AUC 2,83x109

counts (SD 1,79x109 counts) auf, die sich im Verlauf für den Peak auf 1,85 (SD 1,94)

und für die AUC auf 1,88 (SD 2,01) änderten.

NAC-Gruppe:

• Ohne Zymosan:

Der initiale Peak-Wert der neutrophilen Granulozyten lag im Mittel bei 1360,93

countss

---------------

countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

---------------

- 28 -

Ergebnisse

(SD 1147,71 ), die AUC bei 1,51x109 counts (SD 1,37x109 counts). Der Peak

stieg durchschnittlich auf das 1,72-fache (SD 1,83), die AUC auf das 1,81-fache (SD

1,83) des Ausgangswertes an. Bei den mononukleären Zellen wurde anfangs ein mitt-

lerer Peak von 1055,46 (SD 940,96 ) sowie eine AUC von 1,15x109 counts

(SD 1,04x109 counts) gemessen. Ersterer stieg im Verlauf auf das 3,06-fache (SD

5,20), letzterer auf das 3,22-fache (SD 5,45).

• Mit Zymosan:

Die so behandelten neutrophilen Granulozyten zeigten anfänglich einen mittleren

Peak von 6339,93 (SD 4648,92 ) mit einer AUC von im Mittel 8,25x109

counts (SD 6,10x109 counts). Die Mittelwerte stiegen während des Beobachtungszeit-

raumes für den Peak auf das 1,48-fache (SD 1,34) und für die AUC auf das 1,49-fache

(SD 1,26). Der Mittelwert des Peak der mononukleären Zellen lag zu Beginn bei

1847,57 (SD 1221,32 ), der der AUC bei 2,41x109 counts (SD 1,60x109

counts). Er stieg für den Peak im Verlauf auf das 2,00-fache (SD 2,22), für die AUC

auf das1,97-fache (SD 2,15).

Vitamin C-Gruppe:

• Ohne Zymosan:

Bei den neutrophilen Granulozyten wurden zu Beginn Mittelwerte für den Peak von

1746,89 (SD 1745,14 ) und für die AUC von 1,96x109 counts (SD

1,92x109 counts) bestimmt. Diese stiegen im Verlauf im Falle des ersteren auf das

1,52-fache (SD 1,31) und im Falle des letzteren auf das 1,52-fache (SD 1,26). Die

mononukleären Zellen zeigten eingangs einen mittleren Peak von 1000,81 (SD

748,17 ) und eine AUC von im Mittel 9,72x108 counts (SD 6,59x108 counts), die

während des Beobachtungszeitraumes für den Peak auf das 1,83-fache (SD 1,44) und

für die AUC auf das 1,73-fache (SD 1,30) stiegen.

• Mit Zymosan:

Hier lag der mittlere Peak der neutrophilen Granulozyten zu Beginn bei 6858,42

countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

---------------

countss

---------------

countss

---------------

- 29 -

Ergebnisse

(SD 3742,02 ), die mittlere AUC bei 9,06x109 counts (SD 4,98x109 counts), die

relative Änderung des Peak im Mittel bei 1,30 (SD 1,02) und die der AUC bei 1,29

(SD 1,04). Der Mittelwert des Peak wurde bei den mononukleären Zellen anfänglich

zu 1889,72 (SD 937,07 ), der der AUC zu 2,44x109 counts (SD 1,16x109

counts) bestimmt. Er änderte sich für den Peak auf das 1,55-fache (SD 1,21), für die

AUC auf das 1,51-fache (SD 1,16).

NAC-Vitamin C-Gruppe:

• Ohne Zymosan:

Die neutrophilen Granulozyten zeigten anfangs einen mittleren Peak von

1702,03 (SD 1041,17 ) bei einer AUC von 1,98x109 counts (SD 1,14x109

counts). Für den Peak ergab sich im weiteren eine mittlere relative Änderung von 1,55

(SD 1,68), für die AUC von 1,44 (SD 1,44). Der zu Beginn bestimmte Mittelwert des

Peaks bei den mononukleären Zellen lag bei 1139,00 (SD 780,82 ), der für

die AUC bei 1,23x109 counts (SD 8,78x108 counts). Sie änderten sich im Falle des

Peak im Verlauf auf das 4,65-fache (SD 9,23), im Falle der AUC auf das 4,65-fache

(SD 9,06) Ausgangsnieveau.

• Mit Zymosan:

Im Mittel betrug der anfängliche Peak der neutrophilen Granulozyten 6128,79

(SD 4495,44 ) bei einer mittleren AUC von 8,27x109 counts (SD 6,02x109

counts). Der Peak stieg im Verlauf durchschnittlich auf das 1,58-fache (SD 1,16), die

AUC auf das 1,48-fache (SD 1,02). Für die mononukleären Zellen wurde zu Anfang

ein mittlerer Peak von 1727,06 (SD 1224,02 ) und eine mittlere AUC von

2,29x109 counts (SD 1,58x109 counts) bestimmt. Die relative Änderung des Peak lag

im Mittel bei 5,55 (SD 11,76), die der AUC bei 5,38 (SD 10,95).

Mittelwertvergleich:

Für die Änderung der Oxydantienfreisetzung aus neutrophilen Granulozyten sowie mo-

nonukleären Zellen ergaben sich aus dem Scheffé-Test während des Beobachtungszeit-

raumes zwischen den einzelnen Gruppen keine signifikanten Unterschiede (siehe

countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

countss

---------------

countss

---------------

countss

--------------- countss

---------------

- 30 -

Ergebnisse

Abb.5,6). Insbesondere fanden sich keinerlei Unterschiede zwischen Patienten mit und

ohne Atemwegsobstruktion. Somit konnte hier kein therapeutischer Effekt in den drei

Verumgruppen festgestellt werden.

16141313 16141313 16141313 16141313N =

Zelluläre Oxidantienproduktion

Ohne Zymosanzugabe

GRUPPE

NAC + Vit CVit CNACPlacebo

Rel

ativ

e Ä

nder

ung

10

5

0

-5

AUC Neutrophile

Granulozyten

Peak Neutrophile

Granulozyten

AUC Mononukleäre

Zellen

Peak Mononukleäre

Zellen

39593120

223

1725

3931

5922

3

19

2549

20 19

625

49

Abbildung 5:Zelluläre Oxydantienfreisetzung ohne vorherige Aktivierung durch Zymosanzugabe.

AUC = „Area under the curve“, Peak = „Spitzenwert“.

16141313 16141313 16141313 16141313N =

Zelluläre Oxidantienproduktion

Nach Zymosanzugabe

GRUPPE

NAC + Vit CVit CNACPlacebo

Rel

ativ

e Ä

nder

ung

10

5

0

-5

AUC Neutrophile

Granulozyten

Peak Neutrophile

Granulozyten

AUC Mononukleäre

Zellen

Peak Mononukleäre

Zellen

1

2120

5

5921

20

5

82

51 82

51

Abbildung 6:Zelluläre Oxydantienfreisetzung nach vorheriger Aktivierung durch Zymosanzugabe.

AUC = „Area under the curve“, Peak = „Spitzenwert“.

- 31 -

Ergebnisse

3.2.2. Weitere Zielkriterien

3.2.2.1. Zelluläre Glutathionkonzentrationen

Placebo-Gruppe:

Neutrophile Granulozyten. Der mittlere Ausganswert der Konzentration von GSH

betrug in dieser Zellpopulation 1,75 (SD 0,90 ), der von GSSG

3,41x10-2 (SD 3,44x10-2 ). Das GSH stieg während des Beob-

achtungszeitraumes im Mittel auf das 2,29-fache an (SD 2,10), während das GSSG im

Mittel auf das 1,53-fache stieg (SD 1,56). Daraus ergibt sich ein mittlerer initialer GSH/

GSSG-Quotient von 62,30 (SD 86,15), der sich im Verlauf auf das 1,90-fache (SD 1,92)

änderte.

Mononukleäre Zellen. Der mittlere Anfangswert der Konzentration von GSH lag hier

bei 2,14 , (SD 1,26 ), der von GSSG bei 0,16 , (SD

0,15 ). Es konnte ein Anstieg des GSH auf das 1,58-fache des Ausgangswer-

tes (SD 0,99), sowie des GSSG auf das 1,92-fache (SD 2,79), festgestellt werden. Der dar-

aus resultierende mittlere GSH/GSSG-Quotient betrug initial 38,54, (SD 53,31) und stieg

auf das 4,56-fache (SD 7,34).

NAC-Gruppe:

Neutrophile Granulozyten. Hier fanden sich mittlere Ausgangskonzentrationen von

GSH von 2,90 (SD 1,60 ) und von GSSG von 6,13x10-

2 (SD 6,89x10-2 ), die sich für GSH im Mittel auf das 1,49-fache

(SD 1,29) und für GSSG im Mittel auf das 0,93-fache (SD 0,89) änderten. Der Mittelwert

des GSH/GSSG-Quotient betrug somit anfänglich 98,04 (SD 90,30) und zeigte eine mitt-

lere relative Änderung von 4,29 (SD 8,97).

Mononukleäre Zellen. In dieser Zellpopulation betrug der Mittelwert der GSH-Aus-

gangskonzentration 2,14 (SD 0,80 ), der der GSSG-Konzentra-

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

- 32 -

Ergebnisse

tion zu Beginn 0,18 (SD 0,14 ). Für GSH konnte ein Anstieg auf

das 1,47-fache (SD 1,25), für GSSG auf das 3,47-fache (SD 8,21) verzeichnet werden.

Der mittlere GSH/GSSG-Quotient ergab sich demnach anfangs zu 39,06 (SD 66,02), sei-

ne relative Änderung zu 2,85 (SD 3,29).

Vitamin C-Gruppe:

Neutrophile Granulozyten. Zu Beginn der Studie wurde hier im Mittel eine GSH-

Konzentration von 2,39 (SD 1,17 ) sowie eine GSSG-Konzen-

tration von 4,39x10-2 (SD 8,20x10-2 ), gefunden. Erstere änder-

te sich während des Beobachtungszeitraumes auf das 2,26-fache (SD 4,07) des

Ausgangswertes, letztere wies eine relative Änderung von 1,36 (SD 2,85) auf. Daraus re-

sultierte als Mittelwert für den anfänglichen GSH/GSSG-Quotienten 67,96 (SD 82,21),

der im Verlauf auf das 2,22-fache (SD 3,55) anstieg.

Mononukleäre Zellen. Als mittlere initiale Konzentration von GSH ergab sich in die-

sem Falle 2,31 (SD 1,41 ), für GSSG 0,15 (SD

0,17 ). Die relative Änderung der GSH-Konzentration lag im Mittel bei 2,77

(SD 6,03), die der GSSG-Konzentration im Mittel bei 0,62 (SD 3,64). Der GSH/GSSG-

Quotient betrug anfänglich im Mittel 24,70 (SD 22,26) und änderte sich auf das 1,69-fa-

che (SD 2,54).

NAC-Vitamin C-Gruppe:

Neutrophile Granulozyten. In dieser Zellpopulation fand sich eine mittlere GSH-

Ausgangskonzentration von 2,03 (SD 0,86 ), die des GSSG lag

bei 3,47x10-2 (SD 2,21x10-2 ). Der Mittelwert der relativen Än-

derung über den Beobachtungszeitraum betrug bei GSH 1,52 (SD 1,26), bei GSSG 2,94

(SD 3,34), woraus sich für den initialen GSH/GSSG-Quotienten ein Mittelwert von 85,49

(SD 68,10) sowie eine mittlere relative Änderung von 1,69 (SD 2,88) ergab.

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

µMol

106

Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106

Zellen ml×---------------------------------------

- 33 -

Ergebnisse

Mononukleäre Zellen. Der mittlere Ausgangswert für GSH wurde zu

2,14 (SD 1,03 ), für GSSG zu 0,13 (SD

0,10 ), bestimmt. Ersterer änderte sich im Mittel auf das 1,48-fache (SD

0,77), letzterer stieg auf das 1,33-fache (SD 1,16). Demnach betrug der anfängliche mitt-

lere GSH/GSSG-Quotient 30,07 (SD 40,50), mit einer relativen Änderung von im Mittel

2,37 (SD 2,30).

Mittelwertvergleich:

Auch hier ergaben sich im Scheffé-Test keine signifikanten Unterschiede der einzelnen

Parameter zwischen den vier Gruppen (siehe Abb.7,8,9), so daß kein Effekt der verab-

reichten Medikation auf die Glutathion-Konzentrationen verzeichnet werden konnte.

Wiederum fanden sich ebenfalls keinerlei Unterschiede in Abhängigkeit vom Vorhanden-

sein oder Fehlen einer Atemwegsobstruktion.

3.2.2.2. Laborchemische Parameter

In der Placebo-Gruppe betrug der Mittelwert der anfänglichen Leukozytenzahl 7,39/nL

(SD 2,21/nL), bei einer mittleren relativen Änderung von 0,95 (SD 0,13). Die BSG ergab

µMol106 Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106 Zellen ml×--------------------------------------- µMol

106 Zellen ml×---------------------------------------

µMol106 Zellen ml×---------------------------------------

16151413 16151413N =

GSH

Relative Änderung

GRUPPE

NAC + Vit CVit CNACPlacebo

Rel

ativ

e Ä

nder

ung

10

5

0

-5

Neutrophile

Granulozyten

Mononukleäre

Zellen

63

61

4

26

342061

Abbildung 7:Relative Änderung der Konzentrationen des reduzierten Glutathion (GSH).

- 34 -

Ergebnisse

16131313 16131313N =

GSSG

Relative Änderung

GRUPPE

NAC + Vit CVit CNACPlacebo

Rel

ativ

e Ä

nder

ung

10

5

0

-5

Neutrophile

Granulozyten

Mononukleäre

Zellen

12

40

49

2

7

1810

52

5564

13

12

21

49

10

Abbildung 8:Relative Änderung der Konzentrationen des oxydierten Glutathions (GSSG).

15131212 15131212N =

GSH/GSSG

Relative Änderung

GRUPPE

NAC + Vit CVit CNACPlacebo

Rel

ativ

e Ä

nder

ung

10

5

0

-5

Neutrophile

Granulozyten

Mononukleäre

Zellen

32393436

Abbildung 9:Relative Änderung der Quotienten aus reduziertem und oxydiertem Glutathion (GSH/

GSSG).

- 35 -

Ergebnisse

initial im Mittel 10,33mm (SD 13,62mm) nach einer und 16,56mm (SD 12,60mm) nach

zwei Stunden, ihre mittlere relative Änderung betrug für den Ein-Stunden-Wert 0,98 (SD

0,74), für den Zwei-Stunden-Wert 1,70 (SD 1,92). Der Hb-Wert zu Beginn lag im Mittel

bei 15,16g/dL (SD 1,03g/dL), der Hkt bei 44,21% (SD 2,80%). Ersterer änderte sich im

Verlauf auf das 0,98-fache (SD 0,05), letzterer fiel auf das 0,99-fache (SD 0,05). Das

MCV betrug initial im Mittel 91,86fL (SD 3,21fL), seine relative Änderung blieb im Ver-

lauf mit 1,00 (SD 0,02) konstant. Der Mittelwert der Erythrozytenzahl belief sich anfäng-

lich auf 4,81/pL (SD 0,24/pL) und fiel über den Beobachtungszeitraum im Mittel auf das

0,98-fache (SD 0,05) ab.

Die NAC-Gruppe wies zu Beginn eine mittlere Leukozytenzahl von 8,36/nL (SD 3,26/

nL) auf, die sich im Verlauf auf das 0,92-fache (SD 0,16) änderte. Der Mittelwert der BSG

wurde initial nach einer Stunde bei 13,64mm (SD 20,04mm), nach zwei Stunden bei

21,64mm (SD 21,98mm) gefunden und stieg für den Ein-Stunden-Wert auf das 2,00-fa-

che (SD 2,00), für den Zwei-Stunden-Wert auf das 1,34-fache (SD 1,24) an. Die anfäng-

liche Hämoglobinkonzentration betrug im Mittel 14,67g/dL (SD 1,11g/dL), ihre mittlere

relative Änderung 0,99 (SD 0,02). Der Hkt lag anfangs im Mittel bei 43,13% (SD 2,95%)

und fiel im Verlauf auf das 0,99-fache (SD 0,04). Der Mittelwert des MCV wurde anfäng-

lich zu 92,13fL (SD 5,41fL), derjenige der Erythrozytenzahl zu 4,64pL (SD 0,30pL), be-

stimmt. Die relative Änderung des ersteren betrug im Mittel 0,99 (SD 0,02), die des

letzteren 1,00 (SD 0,03).

In der mit Vitamin C therapierten Gruppe fanden sich anfangs eine mittlere Leukozyten-

zahl von 7,82/nL (SD 2,53/nL), die im Beobachtungszeitraum auf das 0,95 (SD 0,17) ab-

fiel, sowie eine BSG von im Mittel 6,89mm (SD 6,79mm) nach einer und 16,10mm (SD

16,26mm) nach zwei Stunden, deren mittlere relative Änderung für den Ein-Stunden-

Wert 2,00 und für den Zwei-Stunden-Wert 1,61 (SD 0,56) betrug. Der Mittelwert des an-

fänglich bestimmten Hb ergab sich zu 15,16g/dL (SD 1,40g/dL) und änderte sich im Ver-

lauf auf das 0,99-fache (SD 0,04). Der Mittelwert des initial gemessenen Hkt betrug

44,29% (SD 3,85%) bei einer relativen Änderung von im Mittel 0,98 (SD 0,05), der des

anfänglich bestimmten MCV 93,59fL (SD 4,35fL), bei einer relativen Änderung von 1,00

(SD 0,01). Die zu Beginn festgestellte mittlere Erythrozytenzahl betrug 4,70/pL (SD 0,41/

pL) und änderte sich im Verlauf auf das 0,99-fache (SD 0,04).

In der NAC-Vitamin C-Gruppe konnte anfangs im Mittel eine Leukozytenzahl von

7,38/nL (SD 1,42/nL) gemessen werden, die im Folgenden auf das 0,96-fache (SD 0,14)

- 36 -

Ergebnisse

abfiel. Ebenso fiel der Mittelwert der BSG von anfangs 23,91mm (SD 19,47mm) nach ei-

ner und 34,50mm (SD 22,50mm) nach zwei Stunden auf das 0,88-fache (SD 0,80) des

Ausgangswertes für den Ein-Stunden-Wert bzw. auf das 0,90-fache (SD 0,51) für den

Zwei-Stunden-Wert ab. Der initial gemessene mittlere Hb-Wert betrug 15,47g/dL (SD

2,87g/dL) und einer relativen Änderung von im Mittel 0,97 (SD 0,11), der Mittelwert des

Hkt lag anfänglich bei 43,71% (SD 3,18%) und änderte sich auf das 0,98-fache (SD 0,05).

Der mittlere Ausgangswert des MCV lag bei 91,41fL (SD 4,18fL) und blieb im Verlauf

mit einer relativen Änderung von 1,00 (SD 0,02) gleich, während der Mittelwert der Ery-

throzytenzahl von ursprünglich 4,76/pL (SD 0,40) auf das 0,98-fache (SD 0,04) abfiel.

Mittelwertvergleich:

Wiederum ergaben sich im Vergleich der Mittelwerte der einzelnen Parameter zwischen

den Gruppen mit dem Scheffé-Test keinerlei signifikante Unterschiede. Daraus geht her-

vor, daß eine Beeinflussung der Entzündungsaktivität in den Therapiegruppen im Ver-

gleich zur Kontrollgruppe nicht festzustellen war.

3.2.2.3. Lungenfunktionsparameter

Placebo-Gruppe:

• Die FEV1 lag initial im Mittel bei 2,85L (SD 1,45L) und einer relativen Änderung

von 1,05 (SD 0,13).

• Der Mittelwert der FEV1[%Soll] betrug anfangs 88,01 (SD 34,67) und änderte sich

auf das 1,04-fache (SD 0,12).

• Die FEV1/VC lag zu Beginn im Mittel bei 69,48 (SD 17,59) und fiel im Verlauf auf

das 0,98-fache ab (SD 0,09).

• Der Mittelwert des Quotienten FEV1/VC[%Soll] betrug initial 88,65 (SD 20,11) und

verminderte sich im Weiteren auf das 0,98-fache (SD 0,09).

NAC-Gruppe:

• Der Mittelwert der FEV1 lag zu Beginn bei 2,69L (SD 0,83L) und zeigte eine relative

Änderung von 1,05 (SD 0,16).

• Die FEV1[%Soll] betrug anfangs im Mittel 87,55 (SD 30,51) und stieg im Verlauf auf

das 1,05-fache (SD 0,17).

- 37 -

Ergebnisse

• Das Verhältnis FEV1/VC betrug initial gemittelt 69,45 (SD 12,42) und änderte sich

auf das 1,04-fache (SD 0,08).

• Die FEV1/VC[%Soll] lag anfangs bei 88,53 (SD 16,28) und wuchs im Weiteren auf

das 1,04-fache (SD 0,09).

Vitamin C-Gruppe:

• Im Mittel betrug die FEV1 anfangs 2,86L (SD 1,02L) und änderte sich im Verlauf

nicht (relative mittlere Änderung 1,00 (SD 0,12)).

• Der Mittelwert der FEV1[%Soll] lag anfangs bei 83,89 (SD 24,34) und änderte sich

im Weiteren ebenfalls nicht (relative Änderung 1,00 (SD 0,11)).

• Die FEV1/VC zeigte zu Beginn ein Mittelwert von 67,67 (SD 13,79) und stieg im

Verlauf auf das 1,03-fache (SD 0,14).

• Die mittlere FEV1/VC[%Soll] betrug initial 86,28 (SD 16,10) und änderte sich auf

das 1,03-fache (SD 0,14).

NAC-Vitamin C-Gruppe:

• Die FEV1 lag initial im Mittel bei 2,38L (SD 0,74) und einer relativen Änderung von

0,99 (SD 0,11).

• Der Mittelwert der FEV1[%Soll] betrug anfangs 79,63 (SD 23,55) und blieb mit einer

mittleren relativen Änderung von 1,00 (SD 0,11) gleich.

• Die FEV1/VC lag zu Beginn im Mittel bei 66,50 (SD 15,67) und stieg im Verlauf auf

das 1,03-fache an (SD 0,10).

• Der Mittelwert des Quotienten FEV1/VC[%Soll] betrug initial 84,80 (SD 18,43) und

wuchs im Weiteren auf das 1,03-fache (SD 0,10).

Mittelwertvergleich:

In diesem Falle lieferte der Mittelwertvergleich mittels Scheffé-Test ebenfalls keinerlei

Hinweise auf signifikante Unterschiede zwischen den einzelnen Gruppen hinsichtlich der

einzelnen Parameter (siehe Abb.10,11) Eine Beeinflussung der Lungenfunktion in den

Verumgruppen gegenüber der Kontrollgruppe konnte somit nicht festgestellt werden.

- 38 -

Ergebnisse

16171413N =

FEV1[%soll]

Relative Änderung

GRUPPE

NAC + Vit CVit CNACPlacebo

Rel

ativ

e Ä

nder

ung

1,5

1,0

,5

4

4513

1559

3

Abbildung 10:Relative Änderung des sollwertnormierten Tiffeneau-Wertes (FEV1 [%soll])

16171413N =

FEV1/VC[%soll]

Relative Änderung

GRUPPE

NAC + Vit CVit CNACPlacebo

Rel

ativ

e Ä

nder

ung

1,5

1,0

,5

52

4

42

59

3

Abbildung 11:Relative Änderung des sollwertnormierten Verhältnisses von Einsekundenkapazität

zu Vitalkapazität (FEV1/VC [%soll]).

- 39 -

Ergebnisse

3.2.2.4. Subjektive Parameter

Placebo-Gruppe:

In dieser Gruppe litten eingangs 21,4% der Patienten unter nächtlichen Luftnotanfällen,

die sich im Mittel an 5,33 Tagen pro Woche (SD 2,89 Tagen(d)) manifestierten. Dieser

Anteil fiel bis zum Ende des Beobachtungszeitraumes auf 7,1% ab, die durchschnittliche

Anfallsfrequenz steigerte sich auf 7,00 Anfälle pro Woche. Über morgendliche Dyspnoe

klagten zu Anfang 35,7% der Placebo-Patienten, die im Durchschnitt an 6,80 Tagen pro

Woche (SD 0,45d) auftrat. Zum Studienende berichteten immer noch 35,7% dieser Pati-

entengruppe über solche Symptome, die sich zu diesem Zeitpunkt mit einer mittleren

Häufigkeit von 6,20 Tagen pro Woche einstellten (SD 1,79d).

Über leichte Kurzatmigkeit in Ruhe klagten anfangs 14,3%, zum Ende ebenfalls 14,3%,

bei Belastung eingangs 14,3% und abschließend 28,6%. Mittelschwere Kurzatmigkeit

empfanden initial 7,1% in Ruhe und 35,7% unter Belastung, während ausgangs 14,3% in

Ruhe und 21,4% bei Belastung darunter litten. Schwere Kurzatmigkeit in Ruhe trat zu Be-

ginn bei 7,1%, am Ende bei 0% auf, bei Belastung anfangs bei 21,4% und nach Ablauf

des Beobachtungszeitraumes ebenfalls bei 21,4% auf. 71,4% hielten sich anfangs in Ru-

he, 28,6% auch bei Belastung, am Ende wiederum 71,4% in Ruhe und 28,6% unter Bela-

stung für asymptomatisch. Zu Studienbeginn hatten 21,4% der Patienten keinen, 42,9%

leichten, 35,7% mittelschweren und 0% starken Husten. Diese Anteile änderten sich bis

zum Studienende auf 42,9% ohne, 50,0% mit leichtem, 7,1% mit mittelschwerem und 0%

mit starkem Husten. Die Auswurfmenge betrug zu Beginn bei 42,9% der Patienten etwa

1 Teelöffel (TL), bei 14,3% etwa 1 Eßlöffel (EL) und bei 28,6% mehr als 1 EL. 14,3%

hatten keinen Auswurf. Am Ende waren 28,6% ohne, 42,9% hatten etwa 1 TL, 14,3%

etwa 1 EL und 14,3% mehr als 1 EL Auswurf.

NAC-Gruppe:

Der Anteil von Patienten, die zu Beginn der Studie über nächtliche Dyspnoeanfälle be-

richteten, lag bei 40,0%, mit einer mittleren Häufigkeit von 3,83 Tagen je Woche (SD

1,94d), und fiel zum Ende auf 13,3% mit einer Anfallshäufigkeit von im Mittel 5,00 Ta-

gen pro Woche (SD 2,83d). Über morgendliche Dyspnoe klagten anfangs 33,3% der Pa-

tienten dieser Gruppe, nach Abschluß waren es noch 14,3%. Der Mittelwert der

Anfangshäufigkeit lag initial bei 6,50 Tagen pro Woche (SD 1,00d) und stieg zum Ende

auf 7,00 Tage je Woche (SD 0,00).

- 40 -

Ergebnisse

Kurzatmigkeit war zu Beginn und in Ruhe bei 26,7% leicht, 6,7% mittelschwer, 0%

schwer, 66,7% gar nicht und bei Belastung bei 33,3% leicht, 13,3% mittelschwer, 46,7%

schwer und bei 6,7% nicht ausgeprägt. Zum Ende betrugen diese Anteile in Ruhe 33,3%

für leichte, 6,7% für mittelschwere, 0% für schwere und 60,0% für keine, unter Belastung

46,7% für leichte, 13,3% für mittelschwere, 26,7% für schwere und 13,3% für keine Dys-

pnoe. Hustenfrei waren zu Beginn 0%, 21,4% hatten leichten, 64,3% mittelschweren und

14,3% starken Husten. Am Ende des Beobachtungszeitraumes litten 14,3% nicht an Hu-

sten, während 50,0% über einen leichten, 35,7% über mittelschweren und 0% über schwe-

ren Husten klagten. Anfänglich hatten 26,7% keinen, 40,0x% etwa 1 TL, 26,7% etwa 1

EL und 6,7% mehr als 1 EL Auswurf täglich. An dieser Konstellation änderte sich wäh-

rend des Beobachtungszeitraumes nichts.

Vitamin C-Gruppe:

In dieser Gruppe waren es eingangs 17,6% der Patienten, die von nächtlichen Dyspnoe-

anfällen geplagt wurden und zwar mit einer mittleren Häufigkeit von 4,67 Tagen je Wo-

che (SD 2,08d). Zum Ende der Studie waren es noch 11,8%, die mit einer Anfallsfrequenz

von im Mittel 3,00 Tagen pro Woche (SD 2,83d) darunter litten. Über morgendliche Dys-

pnoe klagten zu Beginn 29,4% bei einem Mittelwert der Anfallshäufigkeit von 5,00 Ta-

gen je Woche (SD 2,35d). Dieser Anteil sank zum Ende auf 17,6% mit einer mittleren

Anfallshäufigkeit von 4,50 Tagen pro Woche (SD 3,54d).

Zu Studienbeginn klagten 18,8% über leichte, 12,5% über mittelschwere, 0% über schwe-

re und 68,8% über keinerlei Kurzatmigkeit in Ruhe, während 29,4% leichte, 52,9% mit-

telschwere, 11,8% schwere und 5,9% keine Kurzatmigkeit bei Belastung empfanden. Am

Ende lagen die Anteile bei 29,4% für leichte, 5,9% für mittelschwere, 0% für schwere und

64,7% für keine Kurzatmigkeit in Ruhe sowie 29,4% für leichte, 35,3% für mittelschwere,

11,8% für schwere und 23,5% für keinerlei Kurzatmigkeit unter Belastung. Leicht ausge-

prägten Husten hatten zu Beginn 50,0%, am Ende ebenfalls 50,0%, mittelschweren an-

fänglich 38,9%, nachher 16,7%, starken Husten initial 5,6%, bei Abschluß 11,1% und

5,6% waren anfänglich, 22,2% ausgangs beschwerdefrei. Am Anfang der Untersuchung

wiesen 11,1% keinerlei Auswurf, 66,7% einen Auswurf von etwa 1 TL, 11,1% von etwa

1 EL und 11,1% von mehr als 1 EL auf. Im Verlauf änderten sich die Anteile auf 22,2%

mit keinem, 55,6% mit etwa 1 TL, 11,1% mit etwa 1 EL und 11,1% mit mehr als 1 EL

Auswurf.

- 41 -

Ergebnisse

NAC-Vitamin C-Gruppe:

Nächtliche Dyspnoeanfälle traten zu Beginn der Untersuchung bei 35,3% der Patienten

dieser Gruppe an durchschnittlich 5,67 Tagen pro Woche (SD 2,42d) auf. Bis zum Stu-

dienende reduzierte sich dieser Anteil auf 23,5% bei einer mittleren Anfallshäufigkeit von

5,00 Tagen pro Woche (SD 2,83d). Morgendliche Dyspnoeanfälle machten zu Beginn der

Studie 29,4% der Patienten, bei Studienende noch 23,5% zu schaffen. Dabei lag der Mit-

telwert der Anfallshäufigkeit anfangs bei 5,80 Tagen je Woche (SD 2,68d) und sank im

Verlauf auf 4,80 Tage je Woche (SD 2,05d).

Kurzatmigkeit war anfangs in Ruhe bei 12,5% der Patienten leicht, bei 12,5% mittel-

schwer, bei 0% schwer und bei 75,0% überhaupt nicht, unter Belastung bei 18,8% leicht,

bei 37,5% mittelschwer, bei 31,3% stark und bei 12,5% gar nicht ausgeprägt. Nach Stu-

dienende klagten 37,5% über leichte, 0% über mittelschwere, 0% über schwere Kurzat-

migkeit in Ruhe, 62,5% waren beschwerdefrei. Zum selben Zeitpunkt war die

Kurzatmigkeit unter Belastung bei 25,0% leicht, bei 31,3% mittelschwer, bei 31,3%

schwer ausgeprägt und bei 12,5% nicht vorhanden. An Husten litten anfänglich 47,1% in

leichter, 47,1% in mittelschwerer und 0% in schwerer Form, 5,9% waren ohne Beschwer-

den, zum Ende waren es 58,8% mit leichtem, 17,6% mit mittelschwerem, 0% mit schwe-

rem und 23,5% ohne Husten. Etwa 1 TL Auswurf hatten initial 70,6% der Patienten,

17,6% hatten etwa 1 EL Auswurf, 5,9% mehr als 1 EL und 5,9% keinerlei Auswurf. Nach

Ablauf stellte sich die Situation folgendermaßen dar: 47,1% hatten etwa 1 TL, 17,6%

etwa 1 EL, 5,9% mehr als 1 EL und 29,4% keinen Auswurf.

Mittelwertvergleich:

Die zum Vergleich der Unterschiede der jeweiligen Parameter zwischen den einzelnen

Gruppen durchgeführten Scheffé- und chi2-Tests lieferten keine signifikanten Ergebnisse,

so daß auch hier nicht von einem meßbaren klinischen Nutzen in einer der Therapiegrup-

pen ausgegangen werden kann.

- 42 -

4.DiskussionDie chronische Bronchitis ist durch ihre Epidemiologie und ihr Profil an Risikofaktoren

von hoher sozialmedizinischer Relevanz. Da die bisherige Standardtherapie lediglich eine

Verzögerung der Krankheitsprogression sowie der symptomatischen Verschlechterung

zu leisten vermag, ist es angebracht, potentielle kausale und/oder präventive Therapiean-

sätze zu untersuchen.

4.1. Neue therapeutische AnsätzeDie adaptive Verstärkung antioxydativer Schutzmechanismen als Reaktion auf oxydati-

ven Streß bei bestimmten Individuen liefert einen wertvollen Ansatz für die Entwicklung

von Schutzmechanismen gegen durch Tabakrauch induzierte Gewebeschäden und der

sich daraus entwickelnden chronischen Bronchitis [63].

Eine normale intrazelluläre GSH-Konzentration scheint durch die Verabreichung exoge-

nen GSHs oder seiner Peptid-Vorläufer wegen der von GSH auf seine eigene Biosynthese

ausgeübten negativen Rückkopplungswirkung durch Inhibition der γ-GCS nicht weiter

tangiert zu werden (siehe S.11). Jedoch erscheint es möglich, ein Antioxydantiendefizit,

wie es z.B. bei AIDS oder der idiopathischen Lungenfibrose beschrieben ist, durch Gabe

geeigneter Substanzen günstig zu beeinflussen [1,4,46].

GSH selbst kann in die meisten tierischen Zellen nicht aktiv transportiert werden und

stellt daher in exzessiver extrazellulärer Konzentration unter oxydativen Streßbedingun-

gen eine Quelle für Thiyl-Radikale dar, die durch Oxydation der Thiolgruppe entstehen

[58]. Dennoch zu verzeichnende benefitäre Effekte einer GSH-Substitution werden einer

Reduktion extrazellulären Cystins zu Cystein sowie einer möglichen Translokation von

GSH ins Zellinnere nach Spaltung durch membranäre γ-Glutamyl-Transpeptidase (γ-GT)

und konsekutiver intrazellulärer Resynthese zugeschrieben [58]. Versuche der topischen

Applikation von GSH durch Inhalation zur Steigerung der antioxydativen Abwehr in der

ELF erwiesen sich wegen der Induktion bronchialer Hyperreaktivität und einer Halb-

wertszeit von etwa 2h als wenig erfolgversprechend [36,44].

Eine Substitution des syntheselimitierenden Substrates Cystein ist aufgrund dessen Ei-

genschaft als Neurotoxin sowie seiner Oxydation zu Cystin nicht praktikabel [58].

4.1.1. N-AcetylcysteinN-Acetylcystein, ein Essigsäureester der sulfhydrylgruppenhaltigen Aminosäure Cystein,

findet u.a. im Rahmen der Therapie der COPD gerade im europäischen Raum breite An-

- 43 -

Diskussion

wendung als Mukolytikum unter der Vorstellung, daß diese Substanzen die Exazerbati-

onshäufigkeit herabsetzen sowie zu einer symptomatischen Verbesserung führen können

[41,47,56,66]. Demgegenüber wird ihre diesbezügliche Effektivität in weiten Teilen des

anglo-amerikanischen Raumes angezweifelt [2,9,10]. Stey et al. [67] kamen in ihrer

Meta-Analyse zu dem Schluß, daß oral über einen Zeitraum von drei bis sechs Monaten

verabreichtes NAC einen benefitären Effekt auf das Exazerbationsrisiko sowie die Sym-

ptomatik bei Patienten mit chronischer Bronchitis auszuüben scheint. Neben seiner Fä-

higkeit, die Mukusviskosität und -elastizität durch Spaltung von Disulfidbrücken zu

reduzieren [23], die für seine mukolytische Wirkung verantwortlich gemacht wird, be-

sitzt es darüber hinaus durch seine Thiol-Gruppe das Potential zur direkten Interaktion mit

Oxydantien [3,26,27]. Welche dieser Eigenschaften dem offensichtlich günstigen Effekt

auf die klinische Situation bei COPD-Patienten zu Grunde liegt, konnte bislang noch nicht

geklärt werden [23].

Seine Aktivität als Radikalfänger (ROS-scavenger) konnte jedoch in vitro und ex vivo

objektiviert werden [3,23,26,27,28,38,50,53], auch wenn dieser Nachweis in einigen Stu-

dien aus verschiedenen Gründen mißlang [17]: NAC ist, wie andere Thiole auch (etwa

GSH), in der Lage, Hydroxylradikale sowie hypochlorige Säure zu neutralisieren. Ebenso

fängt es in höheren Konzentrationen Wasserstoffperoxyd ab [3,38]. Diese liegen aller-

dings in einem Bereich, der sich in vivo durch orale Applikation von NAC nicht erzielen

läßt [38]. Genau wie andere Thiole übt es dagegen keinerlei direkte inhibitorische Wir-

kung auf das Superoxyd-Anion aus, was sich durch die Kombination aus dessen relativ

niedriger Reaktivität einerseits und der im Vergleich zu anderen Thiolen (z.B. GSH)

schlechteren Oxydierbarkeit von NAC andererseits erklären läßt [38]. Da aber aktivierte

neutrophile Granulozyten und mononukleäre Zellen hauptsächlich O2- produzieren [59],

läßt sich ein Fehlen oder eine geringe Ausprägung der direkten antioxydativen Wirkung

von NAC auf solche Zellsysteme verstehen [17]. Die Tatsache, daß in der vorliegenden

Arbeit in vivo keinerlei Auswirkungen von NAC auf die Oxydantienfreisetzung aus neu-

trophilen Granulozyten und mononukleären Zellen nachgewiesen werden konnten, läßt

sich durch folgende Umstände erklären: Es wurden nur Patienten mit einer chronischen

Bronchitis oder einer leichtgradigen COPD, die sich im Gegensatz zu der Idiopathischen

Pulmonalen Fibrose (IPF) oder dem Adult Respiratory Distress Syndrome (ARDS) nicht

per se durch ein Glutathion-Defizit auszeichnen, untersucht, so daß es über ein negatives

Feedback in der Glutathion-Synthese nicht zu einem GSH-Anstieg kommt [23]. Darüber

- 44 -

Diskussion

hinaus wurden in den meisten ex vivo Untersuchungen die gewonnenen Entzündungszel-

len in Kultur mit NAC versetzt, so daß Konzentrationen erzielt werden konnten, die auf-

grund der beschriebenen Kinetik in vivo nicht erreichbar sind [38,50].

Daß jedoch NAC ex vivo die oben genannten ROS schon bei um mehrere Größenordnun-

gen niedrigeren Konzentrationen inhibiert als in vitro [38], weist auf zwei weitere wich-

tige Eigenschaften hin: NAC besitzt zum einen entzündungshemmende Fähigkeiten [18],

indem es u.a. einer Freisetzung von Entzündungsmediatoren aus AM und epithelialen

Zellen durch Verminderung der Aktivierung von NF-κB entgegenwirkt [54]. Zum ande-

ren fungiert es als Cystein-Donor und unterstützt somit die zelluläre GSH-Produktion

(„Glutathion-Prodrug“) [23,30,38], so daß eine Behandlung mit NAC möglicherweise

zu einem Ausgleich einer bestehenden Störung des Oxydantien-/Antioxydantien-Gleich-

gewichtes beitragen oder die Entstehung eines solchen verhindern helfen könnte [23,63].

Überdies erhöht es das zelluläre Cystein-Angebot durch intrazelluläre Reduktion von Cy-

stin zu Cystein (siehe 1.1.3.4) [23,58]. Die durch seine geringe Bioverfügbarkeit (siehe

S.16) bedingte kurze Plasma-Halbwertszeit von NAC erschwert jedoch eine Akkumula-

tion und somit einen Aufbau von Wirkspiegeln, die eine direkte antioxydative Wirkung

wahrscheinlich machen [6]. Das daraus resultierende relativ kleine Zeitfenster zum Nach-

weis von NAC im Plasma als Folge einer oralen Applikation [6,7] wäre als weiterer

Grund für die Negativergebnisse einiger Studien hinsichtlich dieser Frage in Betracht zu

ziehen [17]. Ebenso scheint ein Übertritt in andere Kompartimente, wie etwa die ELF,

und eine dortige direkt antioxydative Aktivität bei oraler oder intravenöser Gabe unwahr-

scheinlich [6,7,16].

Bridgeman et al. [6,7] untersuchten die Auswirkungen einer fünftägigen oralen NAC-

Gabe von 600mg/d auf die Konzentrationen von Cystein und Glutathion in Plasma, BAL-

Flüssigkeit und Lungengewebe bei klinisch gesunden Probanden und Patienten mit einer

COPD. Dabei fanden sich bei den COPD-Patienten auch nach fünftägiger Anwendung

keinerlei Veränderungen in den Plasma-Glutathion-Konzentrationen.

In Übereinstimmung mit den Bridgeman-Studien [6,7] sowie der Cochrane-Analyse von

Poole und Black [56] konnte in der vorliegenden Arbeit keinerlei Nutzen einer antioxy-

dativen Therapie mit NAC bei Patienten mit einer chronischen Bronchitis bzw. leichtgra-

digen COPD nachgewiesen werden. Dies läßt sich prinzipiell mit einem fehlenden

zellulären Glutathionbedarf aufgrund der bereits angesprochenen geringen krankheitsbe-

dingten Oxydantienbelastung erklären [23]. Der mangelnde Bedarf führt dann trotz ge-

- 45 -

Diskussion

steigerten Substratangebotes (Cystein) zu einer Persistenz der Rückkopplungshemmung

von GSH auf die GSH-Synthese (siehe S.11) [23].

4.1.2. Vitamin C

Vitamin C (Ascorbinsäure) zählt genau wie GSH zu den ubiquitären, nicht-enzymati-

schen Antioxydantien, besitzt aber darüber hinaus auch prooxydative Eigenschaften, in-

dem es z.B. dreiwertiges Eisen (Fe3+) zu zweiwertigem (Fe2+) reduzieren und somit als

Katalysator für die Haber-Weiss-Reaktion (siehe 1.1.3.3) bereitstellen kann [35]. Die an-

tioxydative Wirkung von Ascorbat wurde vielfach im Zusammenhang mit dem Asthma

bronchiale untersucht. Es schien sich aber kein positiver Effekt feststellen zu lassen [5].

Da sich in der Literatur kaum Aussagen zu einem möglicherweise positiven Effekt von

Vitamin C in der Therapie der COPD finden, wurde im Rahmen der vorliegenden Studie

die Wirkung von Ascorbat bei COPD gegen die von NAC untersucht. Ein potentieller

synergistischer antioxydativer Effekt von Vitamin C und NAC sollte durch Kombination

der beiden Substanzen ebenfalls an einem Teil der Patienten untersucht werden.

Hierbei zeigten weder die alleinige Gabe von Vitamin C noch dessen Kombination mit

NAC Auswirkungen auf die Oxydantienproduktion von Entzündungszellen. Nach dem

oben festgestellten fehlenden Einfluß von NAC auf die zellulären Glutathion-Konzentra-

tionen führte Vitamin C erwartungsgemäß ebenfalls weder alleine noch in Kombination

mit NAC zu deren Anstieg, da Ascorbat nicht an der Synthese von Glutathion beteiligt ist.

4.1.3. Ausblick

Eine neue Perspektive in der antioxydativen Therapie von Lungenerkrankungen eröffnet

das Lysin-Salz von N-Acetylcystein, Nacystelyn: Durch die Koppelung von N-Acetylcy-

stein mit der basischen Aminosäure L-Lysin kommt es bei deren Dissoziation zu einem

pH-Ausgleich des an sich azide reagierenden NAC [26,28,50], wodurch eine inhalative

Applikation ohne Induktion von Hyperreaktivität ermöglicht wird [28]. Aus dieser topi-

schen Anwendungsmöglichkeit resultiert eine Reduktion der benötigten Dosis bei gleich-

zeitiger Maximierung der mukolytischen Wirkung [28]. Diese ist in vitro ohnehin größer

als die von NAC, was sich wahrscheinlich durch die Einwirkung von L-Lysin auf sekun-

däre Brücken der Mukus-Polymere erklären läßt [50]. Außerdem konnte in vitro nachge-

wiesen werden, daß die direkte antioxydative Wirkung von Nacystelyn der von N-

Acetylcystein zwar qualitativ gleichwertig, quantitativ jedoch überlegen ist [26,28,50].

Auch dies wiederum könnte zumindest zum Teil durch die Präsenz von L-Lysin vermittelt

- 46 -

Diskussion

werden, das durch seine Eigenschaft als Eisen- und Kupferchelator die Produktion von

ROS verringern könnte [50]. Schließlich ist auch der ex vivo beobachtete Einfluß auf die

zelluläre Glutathionkonzentration bei Nacystelyn deutlich ausgeprägter als bei N-Acetyl-

cystein [26,28].

Es bleibt der weiteren klinisch-experimentellen Prüfung dieser Substanz vorbehalten, ob

durch ihren Einsatz die kontrovers diskutierte Anwendung von Mukolytika bei diversen

pulmonalen Erkrankungen eine deutlichere Rechtfertigung als durch NAC erfahren sowie

das mögliche Zusammenspiel zwischen mukolytischen, direkt und indirekt antioxydati-

ven Eigenschaften geklärt werden wird.

- 47 -

5.Zusammenfassung

5.1. Einführung

Die sozioökonomische Relevanz der chronischen Bronchitis mit und ohne Atemwegsob-

struktion besteht in der Beeinträchtigung der Berufs- und Erwerbsfähigkeit durch eine im

Mittel um zehn Jahre vorgezogene Invalidität der Betroffenen, insbesondere bei der chro-

nisch obstruktiven Bronchitis (COPD), mit entsprechendem Produktivitätsausfall und

dem zu leistenden Entschädigungsvolumen, das an dritter Stelle hinter dem durch Herz-

Kreislauf-Erkrankungen und dem durch Gelenkleiden verursachten rangiert [14].

Unter den gesicherten Risikofaktoren für die Entwicklung einer chronischen Bronchitis

kommen dem inhalativen Tabakrauchen in Verbindung mit einer angenommenen geneti-

schen Disposition eine zentrale Bedeutung zu [55,70]. Eine Verschiebung des pulmona-

len Oxydantien/Antioxydantien-Gleichgewichtes wird pathophysiologisch auf zellulärer

Ebene für die Krankheitsentwicklung und -progression (Emphysem) angeschuldigt. Das

häufig zur symptomatischen Therapie der COPD eingesetzte Mukolytikum N-Acetylcy-

stein (NAC) konnte in einigen Untersuchungen zu einer Reduktion der klinischen Sym-

ptomatik sowie der Exazerbationshäufigkeit beitragen. NAC besitzt neben mukolytischen

auch direkte und indirekte antioxydative Eigenschaften, indem es zum einen durch seine

Thiol-Gruppen Oxydantien zu reduzieren vermag und zum anderen im Rahmen seiner

Metabolisation Cystein zur Glutathionsynthese bereitstellt und somit in der Lage ist, das

körpereigene Antioxydantiensystem zu unterstützen. Ziel dieser Studie war es daher, die

Rationale eines möglichen Nutzens von NAC als Antioxydans in der Therapie der chro-

nischen Bronchitis und leichtgradigen COPD, also in einem frühen Krankheitsstadium,

abzuklären.

5.2. Methodik

Nach Randomisierung erhielten doppelt verblindet jeweils 25 Patienten mit einer chroni-

schen Bronchitis bzw. leichtgradigen COPD über einen Zeitraum von drei Monaten je

2x600mg/d NAC, 2x500mg/d Vitamin C, eine Kombination aus NAC und Vitamin C zu

2x(600mg+500mg)/d oder eine Placebo-Präparation 2x1/d. Zum Zeitpunkt der Aufnahme

sowie nach Ablauf des Beobachtungszeitraumes wurden die folgenden Untersuchungen

durchgeführt:

• Quantifizierung der Oxydantienfreisetzung ohne und mit Zusatz von Zymosan aus

neutrophilen Granulozyten und mononukleären Zellen nach Isolation aus entnomme-

- 48 -

Zusammenfassung

nem Blut. Damit sollte eine mögliche Veränderung der Oxydantienbelastung im Rah-

men des zugrundeliegenden entzündlichen Prozesses festgestellt werden. Dies wurde

durch Messung der Luminol-vermittelten Chemilumineszenz über einen Zeitraum

von 30 min. mittels Luminometer realisiert, wobei sowohl die Spitzenwerte als auch

die Integrale über der Zeit zur Auswertung herangezogen wurden.

• Spektrophotometrische Bestimmung der intrazellulären Konzentrationen von redu-

ziertem (GSH) und oxydiertem (GSSG) Glutathion zur Kontrolle möglicher Auswir-

kungen auf die GSH-Synthese und somit das körpereigene Antioxydantiensystem.

• Abschätzung der Entzündungsaktivität durch Bestimmung von kleinem Blutbild

(Leukozytenzahl) sowie Blutkörperchensenkungsgeschwindigkeit nach Westergren

als Ergänzung und zur Kontrolle der Bestimmung der Oxydantienfreisetzung.

• Untersuchung der Lungenfunktion mittels Spirometrie entsprechend der Empfehlun-

gen der American Thoracic Society [2].

• Beurteilung der subjektiven Situation mittels eines standardisierten Patientenfragebo-

gens.

Der Vergleich multipler Mittelwerte bei normalverteilten Variablen erfolgte mit dem

Scheffé-Test. Die Homogeneität der Varianzen wurde mittels Cochrans C, Bartlett-Box F

und Hartleys Fmax. überprüft. Bei nicht-normalverteilten Variablen wurde der Kruskal-

Wallis-Test eingesetzt. Vier-Feldertafeln wurden mit dem Chi2-Test auf Signifikanz un-

tersucht und es wurde ein Signifikanzniveau von p=5% zugrunde gelegt. Alle Auswertun-

gen wurden mit einem Standardsoftwarepaket durchgeführt (SPSS® for Windows® Rel.

10.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA).

5.3. ErgebnisseNach Feststellung von Strukturgleichheit der vier untersuchten Patientengruppen wurde

zum Vergleich der Eingangs- und Endsituation für numerische Parameter die relative Än-

derung durch Bildung des Quotienten aus dem bei der Abschlußuntersuchung erhaltenen

Wert und dem der Aufnahmeuntersuchung bestimmt.

Die Messungen der Oxydantienfreisetzung zeitigten in den Therapiegruppen sowohl

für neutrophile Granulozyten als auch für mononukleäre Zellen jeweils ohne und mit Zu-

gabe von Zymosan keinerlei statistisch signifikante Unterschiede im Vergleich zur Place-

bo-Gruppe.

Bei den Bestimmungen der zellulären Glutathionkonzentrationen fanden sich die fol-

genden mittlere relative Änderungen: Unter Therapie mit NAC bei neutrophilen Granu-

- 49 -

Zusammenfassung

lozyten 1,49 (SD 1,29] für reduziertes Glutathion (GSH) und 0,93 (SD 0,89) für

oxydiertes Glutathion (GSSG), bei mononukleären Zellen für GSH 1,47 (SD 1,25) und für

GSSG 3,47 (SD 8,21). In der Vitamin C-Gruppe unter den neutrophilen Granulozyten für

GSH 2,26 (SD 4,07) und für GSSG 1,36 (SD 2,85), bei den mononukleären Zellen für

GSH 2,77 (SD 6,03) und für GSSG 0,62 (SD 3,64). Bei kombinierter Therapie mit NAC

und Vitamin C in der Population der neutrophilen Granulozyten 1,52 (SD 1,26) für GSH

und bei GSSG 2,94 (SD 3,34), unter den mononukleären Zellen bei GSH 1,48 (SD 0,77)

und für GSSG 1,33-fache (SD 1,16). Demgegenüber wurden in der Placebo-Gruppe Mit-

telwerte der relativen Änderungen bei neutrophilen Granulozyten von 2,29 (SD 2,10) für

GSH und 1,53 (SD 1,56) für GSSG und bei mononukleären Zellen für GSH von 1,58 (SD

0,99) und 1,92 (SD 2,79) für GSSG errechnet.

Daraus ergaben sich im Vergleich der Therapiegruppen untereinander und insbesondere

gegenüber der Placebo-Gruppe keinerlei statistisch signifikante Unterschiede der Ver-

änderungen der zellulären Glutathion-Konzentrationen über den Beobachtungs-

zeitraum. Insbesondere ergaben sich auch keine Unterschiede im Vergleich der Patienten

in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Fehlen einer Atemwegsobstruktion.

In Einklang mit den Ergebnissen der Bestimmungen zur Oxydantienfreisetzung aus Ent-

zündungszellen fanden sich auch bei den Verlaufskontrollen der Leukozytenzahlen im

Blutbild keine Unterschiede von statistischer Signifikanz zwischen den untersuchten

Gruppen.

Gleiches galt auch für die Ergebnisse der Lungenfunktionsdiagnostik sowie der Ein-

schätzung des subjektiven Krankheitsempfindens.

5.4. SchlußfolgerungDer fehlende Nachweis von in-vivo-Auswirkungen von NAC auf die Oxydantienfreiset-

zung aus neutrophilen Granulozyten und mononukleären Zellen in der vorliegenden Ar-

beit läßt sich u.a. dadurch erklären, daß nur Patienten mit einer chronischen Bronchitis

oder einer leichtgradigen COPD untersucht wurden. Weiterhin wurden in den meisten ex

vivo Untersuchungen, die einen positiven Effekt von NAC auf die Oxydantienfreisetzung

konstatieren, die gewonnenen Entzündungszellen in Kultur mit NAC versetzt, so daß

Konzentrationen erzielt werden konnten, die aufgrund der Kinetik von NAC in vivo nicht

zu erreichen sind [38,50].

In Übereinstimmung mit den an Patienten mit manifester COPD durchgeführten Bridge-

man-Studien [6,7] sowie der Cochrane-Analyse von Poole und Black [56] konnte in der

- 50 -

Zusammenfassung

vorliegenden Arbeit keinerlei Nutzen einer antioxydativen Therapie mit NAC bei Patien-

ten mit einer chronischen Bronchitis bzw. leichtgradigen COPD nachgewiesen werden,

was sich aus dem fehlenden zellulären Glutathionbedarf aufgrund der geringen krank-

heitsbedingten Oxydantienbelastung erklärt [23]. Der mangelnde Bedarf führt dann trotz

gesteigerten Substratangebotes (Cystein) zu einer Persistenz der Rückkopplungshem-

mung von GSH auf die GSH-Synthese [23].

Zusammenfassend ist nach den Ergebnissen der vorliegenden Studie der Einsatz von

NAC als Antioxydans bei Patienten mit einer chronischen Bronchitis oder einer leichtgra-

digen COPD wegen des fehlenden Effektes auf zellulärer sowie klinischer Ebene nicht

sinnvoll.

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Danksagung

• Herrn Prof.Dr.med. A.Gillissen, jetzt Direktor der Robert-Koch-Klinik in Leipzig,

möchte ich ganz herzlich für die Bereitstellung des Themas sowie für die exzellente

und geduldige Betreuung unter den erschwerten Bedingungen der großen räumlichen

Distanz danken.

• Mein weiterer Dank gilt Herrn Prof.Dr.med. G.Schultze-Werninghaus, Leitender

Arzt der Abteilung für Pneumologie, Allergologie und Schlafmedizin, Berufsgenos-

senschaftliche Kliniken Bergmannsheil, Universitätsklinik der Ruhr-Universität

Bochum, für die Bereitstellung eines Arbeitsplatzes zur Auswertung der Studienda-

ten.

• Ferner möchte ich mich ganz besonders bei Herrn Dr.med. M.Imhoff, Dortmund, für

die ausgezeichnete biometrische Betreuung der Arbeit bedanken.

• Des weiteren danke ich auch Frau B.Schärling, MTA und Leiterin des BAL-Labors

in der Abteilung für Pneumologie, Allergologie und Schlafmedizin, Berufsgenossen-

schaftliche Kliniken Bergmannsheil, Universitätsklinik der Ruhr-Universität

Bochum, für die Erklärung und Einarbeitung in labortechnische Verfahren sowie für

die weitere diesbezügliche Unterstützung im Verlauf der Arbeit.

• Schließlich gilt mein besonderer Dank Frau cand.med. A.Frinken für wiederholtes

Korrekturlesen der Arbeit und für ihre mir entgegengebrachte Toleranz und die Fähig-

keit, mir in den notwendigen Situationen die erforderliche Motivation zu vermitteln.

Lebenslauf

Name: Roland C. Lukas

Geburtsdatum: 17.09.1976

Geburtsort: Kaiserslautern, Rheinland-Pfalz

Familienstand: Ledig

Schulbildung:

1983 - 1985: Besuch der Klassen eins und zwei der Grundschule Morlautern in Kaiserslautern, Rheinland-Pfalz

1985 - 1986: Besuch der Klasse drei der University-Hill Elementa-ry School in Boulder, Colorado, USA

1986 - 1987: Besuch der Klasse vier der Grundschule Morlautern in Kaiserslautern, Rheinland-Pfalz

1987 - 1996: Besuch des Albert-Schweitzer-Gymnasium in Kai-serslautern, Rheinland-PfalzSprachen: Latein, Englisch, Altgriechisch, Franzö-sischLeistungskurse: Physik, Englisch, MathematikErlangen der Hochschulreife im Juni 1996

Hochschulbildung:

10/1996 - 05/2003: Studium der Humanmedizin an der Ruhr-Universität Bochum, Nordrhein-Westfalen

09/1998: Physikum

08/1999: Erster Abschnitt der Ärztlichen Prüfung

09/2001: Zweiter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung

05/2003: Dritter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung

Pflegepraktikum:

07.07.1997 - 07.09.1997: Intensivstation der Chirurgischen Klinik der Städti-schen Kliniken Dortmund.

Famulaturen:

15.02.1999 - 16.03.1999: Unfallchirurgie, Klinik für Unfall-, Hand- und Wie-derherstellungschirurgie der Städtischen Kliniken Dortmund.

17.03.1999 - 31.03.1999: Allgemeinchirurgie, Klinik für Chirurgie der Städti-schen Kliniken Dortmund.

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Lebenslauf

28.02.2000 - 28.03.2000: Anaesthesiologie, Abteilung für Anaesthesiologie der Städtischen Kliniken Dortmund.

07.08.2000 - 30.09.2000: Radiologie, Abteilung für diagnostische und inter-ventionelle Radiologie des St.Johannes-Hospitals in Dortmund.

Außeruniversitäre Tätigkeiten:

02/2002 - 03/2002: Praktikum im „Milton Hospital“, Milton, MA, USA

10/2001 - 05/2002: Aushilfe im Pflegedienst auf der Intensivstation des St.Maria-Hilf-Krankenhauses in Bochum.

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