Arzneistofftransporter ermöglichen endogenen und exogenen Molekülen die Überwindung von Zellmembranen und tragen dadurch zur Aufnahme, Verteilung und Elimination von Arzneistoffen bei. Inhalativ applizierte Wirkstoffe, wie Vertreter aus der Gruppe der Beta-2-Sympathomimetika oder Anticholinergika, zählen zu den Substraten wichtiger, pulmonal exprimierter Arzneistofftransporter. Trotz intensivierter Forschung auf dem Gebiet der Transporter-Expression ist diese im humanen Lungengewebe bisher wenig untersucht und deren pharmakokinetische Auswirkungen auf pulmonal verabreichte Arzneistoffe sind kaum bekannt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollte der Einfluss von Arzneistofftransportern auf die pulmonale Absorption inhalierter Arzneistoffe untersucht und Erkenntnisse über deren Expressions-Profil im humanen Lungengewebe gewonnen werden. Pharmakokinetische Parameter des inhalativen Anticholinergikums Ipratropiumbromid wurden an einem ex vivo Modell der humanen Lunge untersucht. Nach vorheriger Applikation des kompetitiven OCTN1/2-Inhibitors L-Carnitin wurde keine signifikante Reduktion der absorbierten Wirkstoffmenge detektiert. Damit zeigten sich die beiden organischen Kationen/Carnitin-Transporter OCTN1 und OCTN2, anders als bisher vermutet, nicht als primär an der Absorption von Ipratropiumbromid beteiligte Transporter. Infolgedessen wurde die Beteiligung weiterer Transporter hypothetisiert. Erstmals wurden die am humanen Lungen-Perfusions-Modell gewonnenen pharmakokinetischen Daten zur pulmonalen Absorption in direkter Beziehung zur mRNA- und Protein-Expression von Arzneistofftransportern in den jeweiligen individuellen Gewebeproben betrachtet. Die pulmonale Genexpression des Multidrug Resistance-Related Protein MRP5 wies eine signifikante negative Korrelation mit der Area under the curve (AUC0 – 60 min) von Ipratropiumbromid auf (r = -0,699; p < 0,05), was die Beteiligung von MRP5 an den Umverteilungsprozessen von Ipratropiumbromid in der humanen Lunge nahelegte. Auf Protein-Ebene wurde eine positive Korrelation zwischen der Expression des organischen Kationentransporters OCT3 und der AUC0 – 60 min von Ipratropiumbromid ermittelt (r = 0,7499,p < 0,05), woraus sich eine potentielle Beteiligung von OCT3 an der Aufnahme von Ipratropiumbromid aus dem luminalen Lungenbereich ableiten ließ. Zur Untermauerung dieser Hypothese wurden Untersuchungen mit stabil transfizierten HEK293-Zellen durchgeführt. Sowohl der organische Kationentransporter OCT1 als auch OCT3 trugen dabei signifikant zu einer erhöhten zellulären Aufnahme der beiden Tritium-markierten Bronchodilatatoren Ipratropiumbromid und Salbutamol bei. Damit wurde für OCT3 zum ersten Mal eine Beteiligung an der zellulären Aufnahme dieser beiden Arzneistoffe nachgewiesen. Im Kontext der Gendermedizin sind geschlechtsspezifische Unterschiede in der Transporter-Expression von großem Interesse. Inwiefern die drei Sexualsteroidhormone Estradiol, Progesteron und Testosteron einen regulatorischen Effekt auf die mRNA-Expression von Membrantransportern haben, wurde erstmals durch in vitro Inkubationsversuche in physiologischen Hormonkonzentrationen mit der humanen Bronchialepithelzelllinie Calu-3 geprüft. Mittels intensiv optimierter und sorgfältig validierter RT-qPCR-Analytik konnten vor allem nach Inkubation mit weiblichen Sexualhormonen verglichen zu keiner Hormon-Zugabe statistisch signifikante Expressions-Unterschiede detektiert werden: Nach Behandlung mit Estradiol zeigten der Oligopeptid-Transporter PEPT2 (80,8 ± 15,6 %) und OCTN2 (82,8 ± 4,2 %) eine geringere Genexpression, das Multidrug Resistance-Related Protein MRP1 (111,6 ± 9,1 %) sowie OCTN1 (112,9 ± 10,1 %) waren nach Zugabe von Estradiol kombiniert mit Progesteron höher exprimiert als ohne Hormon-Zusatz. Da Estradiol überdies als Inhibitor des OCT1- und OCT3-vermittelten Transports gilt, wurde die Auswirkung des Hormons, unter anderem in physiologischer Konzentration, auf die Aufnahme von Tritium-markierten Ipratropiumbromid in stabil transfizierte HEK293-Zellen untersucht, wobei tatsächlich eine reduzierte zelluläre Ipratropiumbromid-Aufnahme beobachtet wurde. Somit könnte auch in vivo eine geschlechtsspezifische Inhibition der beiden Transporter stattfinden, wodurch deren Substrate einer geschlechtsspezifisch variierenden Pharmakokinetik unterliegen könnten. Darüber hinaus wurde in rund 80 humanen Lungengewebsproben die Genexpression von Arzneistofftransportern hinsichtlich geschlechts- und altersspezifischer Unterschiede überprüft. In unter 50-jährigen Männern war das Multidrug-Resistance Protein MDR1 signifikant höher exprimiert verglichen zu Männern von 50 - 60 Jahren. OCT1 war in Patienten von 50 - 60 Jahren signifikant geringer exprimiert als in über 60-Jährigen. Daneben lieferte die Analyse aller Gewebeproben das Genexpressions-Profil von Arzneistofftransportern im humanen Lungengewebe, wobei OCT3 das höchste und OCT2 das geringste mRNA-Expressions-Niveau unter den untersuchten Transportern aufwies. Eine wesentliche Beteiligung von OCT3 an Transportvorgängen im humanen Lungengewebe erschien damit wahrscheinlich. Resümierend konnte mit der vorliegenden Arbeit ein Beitrag zur Aufklärung des Einflusses von Arzneistofftransportern auf die pulmonale Absorption inhalativ verabreichter Arzneistoffe geleistet werden. Dabei konnte OCT3 erstmals als maßgeblich an der zellulären Aufnahme von Ipratropiumbromid beteiligter Transporter in der humanen Lunge identifiziert werden, womit einerseits die Beteiligung von Arzneistofftransportern an pharmakokinetischen Prozessen in vivo und andererseits die Bedeutung von Arzneistofftransportern für die inhalative Arzneimitteltherapie deutlich wurde. / Drug transporters facilitate the transport of endogenous and exogenous compounds across cell membranes. Therefore they contribute to the absorption, distribution and elimination of drugs. Pulmonary administered drugs, such as members of the drug class of betamimetics or anticholinergics, are known substrates of relevant pulmonary expressed drug transporters. Despite intensified research in the field of transporter expression few data are available about their expression in the human lung and the pharmacokinetic implications on pulmonary administered drugs. The aim of this thesis was to investigate the impact of drug transporters on the absorption of inhaled drugs and to gain insights into their expression profiles in human lung tissue. Pharmacokinetic properties of the inhaled anticholinergic ipratropium bromide were explored using an ex vivo model of the human lung. After preceding application of the competitive OCTN1/2-inhibitor L-carnitine no significant decrease of the amount of absorbed active ingredient was detected. This contradicted previous assumptions regarding the contribution of the organic cation/carnitine transporters OCTN1 and OCTN2 to the absorption of ipratropium bromide. Consequently the involvement of additional transporters was hypothesized. For the first time pharmacokinetic data of the pulmonary absorption obtained by employing the human lung perfusion model were correlated with the mRNA and protein expression of drug transporters in respective individual tissue samples. The pulmonary gene expression of the multidrug resistance–related protein MRP5 showed a significant negative correlation with the area under the curve (AUC0 – 60 min) of ipratropium bromide (r = -0,699; p < 0,05). This might indicate that MRP5 contributes to the redistribution processes of ipratropium bromide in the human lung. A positive correlation between the protein expression of the organic cation transporter OCT3 and the AUC0 – 60 min of ipratropium bromide was detected (r = 0,7499, p < 0,05) suggesting a potential involvement of OCT3 in the absorption of ipratropium bromide in the luminal lung area. Uptake assays using stably transfected HEK293 cells were performed to substantiate this hypothesis. Both organic cation transporters, OCT1 and OCT3, contributed significantly to an increased cellular uptake of the tritium labeled bronchodilators ipratropium bromide and salbutamol. Thus, the contribution of OCT3 to the cellular uptake of both pharmaceutical substances was demonstrated for the first time. Gender-specific differences of drug transporter expression are of major interest in the context of gender medicine. In vitro incubation studies with the human bronchial epithelial cell line Calu-3 for the first time elucidated whether physiological concentrations of the three sex steroid hormones estradiol, progesterone and testosterone exert a regulatory effect upon the mRNA expression of membrane transporters. By thoroughly optimized and carefully validated RT-qPCR analytics statistically significant differences in gene expression were detected primarily after incubation with female sex hormones compared to no hormone exposure: After incubation with estradiol the peptide transporter PEPT2 (80,8 ± 15,6 %) and OCTN2 (82,8 ± 4,2 %) showed decreased expression whereas the multidrug resistance–related protein MRP1 (111,6 ± 9,1 %) as well as OCTN1 (112,9 ± 10,1 %) were upregulated after addition of both estradiol and progesterone compared to no treatment. Since estradiol is also a known inhibitor of the transport mediated by OCT1 and OCT3 its impact on the uptake of tritium labeled ipratropium bromide was investigated in stably transfected HEK293 cells. Indeed, a reduced cellular uptake of ipratropium bromide was observed after incubation with estradiol, also at physiological concentrations. Therefore, a gender-specific inhibition of both transporters in vivo is conceivable and could result in gender-specific pharmacokinetic characteristics for substrates of these transporters. Moreover, the gene expression of drug transporters in approximate 80 lung tissue samples was examined regarding gender and age related differences. The multidrug resistance protein MDR1 was significantly higher expressed in men younger than 50 years compared to 50 - 60 year old men. OCT1 was significantly less expressed in 50 - 60 years old patients compared to patients older than 60 years. Furthermore, the gene expression profile of drug transporters in the human lung was analyzed. In all tissue samples OCT3 showed the highest mRNA expression level whereas OCT2 was least expressed amongst the investigated transporters. This suggested a substantial involvement of OCT3 in transport processes in human lung tissue. In conclusion, the present research contributed to the elucidation of the role of drug transporters in the pulmonary absorption of inhaled drugs. For the first time OCT3 was identified to be substantially involved in the cellular absorption of ipratropium bromide in human lungs. Hence, the data supported the involvement of drug transporters in pharmacokinetic processes in vivo and emphasized the importance of drug transporters for inhaled pharmacotherapy.

Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2009

Ziel dieser dreiteiligen Arbeit war die Entwicklung und Beschreibung einer Methode zur Messung und Auswertung der Respirationsgeräusche von Pferden. Beim Vergleichsversuch bestand das Ziel in der Feststellung der Messtauglichkeit des Systems der Fa. Meditron und der Darstellung verschiedener Auswertungsmöglichkeiten der Respirationsgeräusche. Unter standardisierten Umgebungsbedingungen und an festgelegten Messpunkten werden einmal mit dem Messsystem der Universität Marburg und einmal mit dem Meditron-System bei sieben Pferden Respirationsgeräuschaufnahmen angefertigt. Die Aufnahmen gelangen zur akustischen Auswertung, die hinsichtlich des Auftretens von Respirationsgeräuschen, von Artefakten, von Giemen und von Rasseln erfolgt. Es werden weiterhin die Amplituden-Hülle der Trachealgeräusche beschrieben, Frequenzspektren dargestellt und die Frequenzspektren beider Systeme einander gegenübergestellt. Bei der akustischen Auswertung bestand der einzige statistisch gesicherte Unterschied in den Häufigkeiten der Artefakte über der Lunge zwischen beiden Systemen, deren Ursache durch den störempfindlichen Koppler des Meditron-Systems bedingt ist. Die Amplitudenhülle konnte in 14 von 22 Aufnahmen nachgezeichnet werden - der klinische Nutzen ist allerdings fraglich. Die Frequenzen werden bei beiden Systemen sowohl für die Trachealgeräusche als auch für die Lungengeräusche dargestellt. Die gemessenen Frequenzen der Trachealgeräusche befinden sich im Bereich der Literaturangaben. Optisch können im Frequenzspektrum Artefakte, Giemen und Rasseln dargestellt werden. Im Frequenzspektrum zeichnet sich Giemen als Schlieren ab und Rasselereignisse stellen sich als Peaks dar. In der vergleichenden Darstellung der Frequenzspektren beider Systeme wird verdeutlicht, dass beide in ähnlichen Frequenzbereichen detektieren und daher das Meditron-System zur Aufzeichnung von Respirationsgeräuschen des Pferdes geeignet ist. Der Vorversuch diente der Festlegung der optimalen Aufnahmebedingungen für Respirationsgeräuschaufnahmen von Pferden. Bei sechs Pferden wurden Messungen unter verschiedenen Messbedingungen (unrasiertes Fell, rasiertes Fell, Ruheatmung, Atmungsvertiefung mittels Atmungsbeutel, nach einer Lobelininjektion und nach zehn-minütiger Trabbelastung) durchgeführt. Die Messtechnik der Fa. Meditron wurde verwendet und es erfolgte eine akustische Auswertung der Aufnahmen. Die Trabbelastung lieferte eine ausreichende Atmungsvertiefung für die Aufzeichnung von Respirationsgeräuschen und wurde daher für die nachfolgenden Untersuchungen herangezogen. Der Hauptversuch mit den Messungen an Pferdepatienten diente der Beschreibung der Respirationsgeräusche lungenkranker Pferde. Anhand der Ergebnisse der klinischen Untersuchung konnten vier Pferde der gesunden, 14 Pferde der geringgradig lungenkranken und neun Pferde der hochgradig lungenkranken Gruppe zugeordnet werden. Pferde der hochgradig lungenkranken Gruppe wurden in Ruhe, alle anderen nach 10-minütiger Trabbelastung gemessen. Es erfolgte eine akustische Auswertung und die Aufschlüsselung der Lokalisation von Giemen und Rasseln. Bei der akustischen Auswertung traten Respirationsgeräusche in der geringgradig lungenkranken Gruppe signifikant häufiger auf als in der gesunden Gruppe, was mit dem regelmäßigerem Atmungszyklus bei kranken Tieren im Zusammenhang steht. Bei der hochgradig lungenkranken Gruppe ist Rasseln signifikant häufiger als in der geringgradig lungenkranken Gruppe festzustellen. Hinsichtlich der Lokalisation der zusätzlichen Geräusche kann kein signifikanter Unterschied festgestellt werden, so kann man nicht davon ausgehen, dass diese besonders im Spitzenlappenbereich der Lunge auftreten. Zwischen klinischem Score und Giemen des jeweiligen Pferdes besteht ein hochsignifikanter Zusammenhang. Somit ist erwiesen, dass Giemen beim Pferd als Indikator des Schweregrades der Lungenerkrankung gelten kann. Zwischen klinischem Score und Rasseln des jeweiligen Pferdes besteht ebenfalls ein hochsignifikanter Zusammenhang, so dass man davon ausgehen kann, dass die Anzahl der Rasselkomponenten als Ausdruck des Schweregrades der Erkrankung gewertet werden kann. Zwischen interpleuraler Druckdifferenz und Giemen und zwischen interpleuraler Druckdifferenz und Rasseln bestehen hochsignifikante Zusammenhänge, so dass man bei erhöhter interpleuraler Druckdifferenz vermehrt mit Giemen bzw. Rasseln rechnen muss.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008.

Zugl.: Berlin, Charité, Univ.-Med., Diss., 2008

Das fetale Atemnotsyndrom ist eine der häufigsten Erkrankungen des Frühgeborenen. Zur Erweiterung und Verbesserung der aktuellen Therapieoptionen ist ein Verständnis der pathophysiologischen Ursachen der Krankheitsentstehung fundamental. Es ist bereits bekannt, dass epithelial-mesenchymale Wechselwirkungen zwischen Fibroblasten und Pneumozyten eine wesentliche Rolle bei der Steuerung der fetalen Lungenreife einnehmen. Die von den Fibroblasten sezernierten Faktoren haben gestationsalterabhängig eine unterschiedliche Zusammensetzung und Funktion, welche zum Verständnis des fetalen Atemnotsyndroms von besonderem Interesse sind. In dieser Arbeit wurde die Wirkung von Neuregulin-1β als potentiellen Bestandteil der von Fibroblasten sezernierten Faktoren näher untersucht. Hierzu wurde ein auf Fibroblasten inkubiertes Medium hergestellt, welches die sezernierten Faktoren enthält und anschließend zur Inkubation der fetalen Lungenepithelzellen genutzt wurde. Die Wirkung dieses Mediums konnte daraufhin mit der des Neuregulin-1β verglichen werden. Bezüglich der Lungenproliferation und der Surfactantproteinexpression und -sekretion ist bereits eine fördernde Wirkung von Fibroblasten konditioniertem Medium und Neuregulin-1β bekannt. Bezüglich der Kapazität des Lungenepithels zur Flüssigkeitssekretion bzw. -resorption spielen allerdings besonders die epitheliale Ionenkanalexpression und -aktivität eine Rolle. Diese wurden bisher nur unzureichend untersucht. Laut dem klassischen Modell der fetalen Lungenentwicklung geht man von einer im Laufe der Gestation wechselnden Ausprägung verschiedener Ionenkanäle aus. Fetal überwiegen demnach vor allem CFTR-Kanäle, welche eine vorwiegende Sekretion von Alveolarflüssigkeit bedingen. Perinatal treten epitheliale Natriumkanäle in den Vordergrund und gehen mit einer steigenden Resorptionskapazität des Epithels bis zur Geburt einher. Diesbezügliche Wechselwirkungen stellen im Zusammenhang zur perinatalen Umstellung auf die Atmung entscheidende Faktoren für die postnatale Adaption und die spätere Lungenfunktion dar. Somit wurde vor allem der Einfluss von Neuregulin-1β auf den epithelialen Ionentransport der Typ-II-Pneumozyten in den Mittelpunkt der Untersuchungen gestellt. Zu Beginn wurden die folgenden Fragestellungen erarbeitet: • Welchen Einfluss hat Fibroblasten-konditioniertes Medium auf die Ionenkanalexpression und aktivität der fetalen Typ-II-Pneumozyten? • Kann eine Inkubation mit Neuregulin-1β die Effekte des Fibroblasten-konditionierten Mediums imitieren? • Begünstigen Fibroblasten-konditioniertes Medium und Neuregulin-1β die Reifung fetaler Typ II-Pneumozyten? • Unterscheiden sich kurzzeitige von langzeitigen Effekten des Neuregulin-1β? • Werden die Effekte des Fibroblasten-konditionierten Mediums über den ErbB2-Rezeptor vermittelt, welcher ebenfalls an der Signaltransduktion von Neuregulin-1β in anderen Geweben beteiligt ist? Fetale distale Lungenepithelzellen der Ratte wurden als Monolayer-Zellkulturen mit verschiedenen Medien inkubiert. Ionenkanalaktivität und Konfluenz der Epithelien wurden anschließend mittels elektrophysiologischer Messung in der Ussing-Kammer untersucht. Die Genexpression wurde mittels quantitativer Real-Time PCR erfasst. Unter verschiedenen Versuchsbedingungen konnten die Einflüsse von Fibroblasten-konditioniertem Medium und Neuregulin-1β verglichen werden. In Anlehnung an bisher veröffentlichte Ergebnisse wurde ein Schwerpunkt auf den epithelialen Natriumkanal sowie den CFTR-Kanal gelegt. Der Effekt wurde nach Kurzzeit- (2 h) und Langzeitinkubation (48 h) verglichen. Außerdem fand ein Ausschluss von Einflüssen des serumhaltigen Inkubationsmediums auf die Wirkung des Neuregulin 1β statt. Zuletzt wurde durch die Inhibition des ErbB2-Rezeptors mit dem spezifischen kompetitiven Inhibitor AG-825 ein möglicher Signalweg der Effekte des Fibroblasten-konditionierten Mediums untersucht. Die Inkubation der fetalen Alveolarzellen mit Fibroblasten-konditioniertem Medium führte zu einer Aktivitätssteigerung des CFTR-Kanals. Diese konnte durch Inkubation mit Neuregulin 1β reproduziert werden. Der epitheliale Natriumkanal wird durch Fibroblasten-konditioniertes Medium positiv, durch Neuregulin-1β negativ reguliert. Die ermittelten Unterschiede der Ionenkanalaktivität wurden vorrangig über eine veränderte Genexpression umgesetzt. Die Steigerung der CFTR Kanalaktivität durch Fibroblasten-konditioniertes Medium konnte auf eine Vermittlung über den ErbB2-Rezeptor zurückgeführt werden. Dieser Rezeptor ist auch an diversen Signaltransduktionskaskaden des Neuregulin-1β beteiligt. Es liegt also nahe, dass Neuregulin 1β als möglicher Bestandteil des Fibroblasten-konditionierten Mediums, die Steigerung der CFTR Kanalaktivität über den ErbB2-Rezeptor vermittelt. Auch der Nachweis von intrinsisch von fetalen Alveolarzellen produziertem Neuregulin-1β deutet darauf hin, dass Neuregulin 1β möglicherweise im Fibroblasten-konditionierten Medium enthalten ist. Ebenso konnte nach Inkubation der Alveolarzellen mit Fibroblasten-konditionierten Medium eine Verminderung der Expression von intrinsisch produziertem Neuregulin-1β beobachtet werden. Im Sinne einer negativen Feedbackregulation könnte das im Fibroblasten-konditionierten Medium enthaltene Neuregulin-1β zur Verringerung der epitheleigenen Produktion dieses Mediators führen. Bei zweistündiger Inkubation mit Neuregulin-1β war keine Änderung der Ionenkanalaktivität zu beobachten. Die Wirkung von Neuregulin-1β wird also hauptsächlich über genomisch regulierte Prozesse umgesetzt. In weiteren Versuchen zeigte sich kein Einfluss von Neuregulin-1β auf die Konfluenz der Epithelien. Eine Steigerung der CFTR Kanalaktivität bedingt die Förderung der Sekretionskapazität des Alveolarepithels. Fibroblasten konditioniertes Medium und Neuregulin-1β wirken somit proliferationsfördernd auf die fetale Lunge. Indirekt könnte auch die Differenzierung zu reifen Pneumozyten begünstigt werden, da diese nur nach ungestörter Proliferationsphase zu einer voll funktionsfähigen Lunge führt. Darüber hinaus unterstreichen Erkenntnisse neuerer Veröffentlichungen eine Beteiligung des CFTR-Kanals an der perinatalen Differenzierung und Flüssigkeitsresorption der Lunge. Womöglich hat Neuregulin-1β also auch differenzierungsfördernde Eigenschaften. Diese müssten in weiteren Versuchen spezifiziert werden. Nachdem die entwicklungsfördernden Effekte des Fibroblasten-konditionierten Mediums in dieser Arbeit bestätigt werden konnten, lag der Schwerpunkt auf der Wirkung des Neuregulin-1β. Der Mediator wird intrinsisch von den Pneumozyten der Lunge sezerniert und ist in der Lage, einen Teil des entwicklungsfördernden Effektes des Fibroblasten-konditionierten Mediums zu imitieren. Hierbei handelt es sich um eine Steigerung der CFTR-Kanalaktivität, welche die Proliferation fetaler Pneumozyten durch vermehrte Sekretion von Alveolarflüssigkeit begünstigt. Neuregulin-1β stellt mit höchster Wahrscheinlichkeit einen Bestandteil des Fibroblasten-konditionierten Mediums dar. Zum genaueren Verständnis der Rolle des Neuregulin-1β müssten weitere Versuche angeschlossen werden. So steht auch der Nachweis des Mediators im Fibroblasten-konditionierten Medium aus. Neben der Untersuchung des Mediators Neuregulin-1β bleibt aber besonders die Entschlüsselung der von den Fibroblasten der Lunge sezernierten Faktoren interessant. Deren Kenntnis würde einen Durchbruch im Verständnis der pathophysiologischen Ursachen des fetalen Atemnotsyndroms darstellen und eine Grundlage zur Findung neuer Therapiemöglichkeiten dieses Krankheitsbildes bieten.

Eine intrauterine Infektion ist eine ernstzunehmende Erkrankung mit möglicherweise schwerwiegenden Folgen für den Feten. Frühgeborene, die einer Chorioamnionitis ausgesetzt waren, haben jedoch eine geringere Mortalitätsrate mit biochemischen und strukturellen Veränderungen während der Lungenentwicklung. Vorhergehende experimentelle Arbeiten belegen die Initiierung einer Lungenreifung durch intraamniotisch verabreichtes Lipopolysaccharid. Hierbei wurde durch Aspiration der Amnionflüssigkeit eine fetale pulmonale Inflammationsreaktion in Gang gesetzt. Die Hypothese der vorliegenden Arbeit lautete, dass eine durch intravenös appliziertes Lipopolysaccharid induzierte fetale systemische Inflammation die intrauterine Lungenreifung ebenfalls beeinflusst. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Versuche erfolgten an 21 fetalen Schafen mit einem Gestationsalter von 107 Tagen. Alle Tiere wurden zunächst mit intrauterinen Kathetern versehen. Nach einer Erholungsphase von 3 Tagen erhielten die Kontrolltiere (N=12) Kochsalzlösung und die Tiere der Versuchsgruppe (N=9) 100ng Lipopolysaccharid intravenös. Lungenstruktur und Lungenreifung der fetalen Schafe wurden mittels biochemischer und histologischer Untersuchungen nach 3 (N=5) und nach 7 (N=4) Tagen beurteilt. Die Infusion der Lipopolysaccharidlösung hatte zumindest innerhalb des Versuchszeitraums keinen Einfluss auf das Körpergewicht des Feten. Die systemische Entzündung trägt jedoch zu einer pränatalen Verletzung mit strukturellen pulmonalen Veränderungen bei. Sowohl eine Lungenreifung als auch eine gestörte strukturelle Lungenentwicklung traten nach einer kurzfristigen fetalen Inflammation ein. Die Konzentration an Interleukin-6 in der bronchoalveolären Lavage stieg 3 Tage nach Applikation des Lipopolysaccharids mehr als 40fach an. Sowohl die Prozessierung von Pro-Surfactant Protein (SP)-B zu reifem SP-B als auch erhöhte Konzentrationen an SP-B konnten nach 7 Tagen nachgewiesen werden. Ebenfalls war eine Steigerung des phosphorylierten STAT-3 im Lungengewebe zu erkennen. Die Ablagerung von Elastinfasern an Septierungsstellen der Alveolen wurde innerhalb von 3 Tagen nach Lipopolysaccharidapplikation negativ beeinflusst. Aus den Erkenntnissen dieser Arbeit könnten neue Therapieansätze sowohl für das Atemnotsyndrom des Frühgeborenen als auch der bronchopulmonalen Dysplasie resultieren, die eine Modulation der Entzündungsreaktion zum Ziel haben. Alle therapeutischen Ansätze werden einen Weg zwischen den positiven Effekten der Lungenreifung mit gesteigerter Compliance, reduzierter Alveolarwanddicke und vermehrtem prozessiertem SP-B und den schädlichen Einwirkungen auf die Lungenstruktur mit veränderter Elastinverteilung und kapillärer Leckage finden müssen. Bedauerlicherweise können die erhobenen Daten nicht klären, ob die einmalige Infusion von LPS eine anhaltende oder permanente Störung der alveolären Entwicklung hervorbringt. Die strukturellen Veränderungen des Lungengewebes, die denen einer BPD ähneln, lassen jedoch eine permanente Organschädigung befürchten. / Intrauterine infection is a serious condition with potentially severe consequences for the fetus. However, preterm infants exposed to chorioamnionitis have a lower mortality rate associated with biochemical and structural changes during lung development. Previous studies demonstrated the initiation of lung maturation by intraamniotically administered lipopolysaccharide. The fetal pulmonary inflammatory response was initiated by aspiration of amniotic fluid. The hypothesis of the present study was that fetal systemic inflammation induced by intravenously applied lipopolysaccharide would also influence intrauterine lung maturation. The experiments were performed on 21 fetal sheep at a gestational age of 107 days. All animals were instrumented with intrauterine catheters. After a recovery period of 3 days, the control animals (N=12) received saline and the animals in the study group (N=9) received 100ng lipopolysaccharide intravenously. Lung structure and lung maturation were assessed by biochemical and histological examinations after 3 (N=5) and 7 (N=4) days. Fetal body weight was not affected, at least within the experimental period. However, the systemic inflammation contributed to prenatal injury with structural pulmonary changes. Both lung maturation and impaired structural lung development occurred after short-term fetal inflammation. The concentration of interleukin-6 in the bronchoalveolar lavage increased more than 40-fold 3 days after application of lipopolysaccharide. Both processing of pro-surfactant protein (SP)-B to mature SP-B and increased concentrations of SP-B were detected after 7 days. Furthermore, an increase of phosphorylated STAT-3 in lung tissue occurred. Elastin deposition was negatively affected within 3 days after lipopolysaccharide application. The findings of this study may result in new therapeutic approaches for both respiratory distress syndrome and bronchopulmonary dysplasia that aim to modulate the inflammatory response. All therapeutic approaches will have to find a way between the beneficial effects of lung maturation with increased compliance, reduced alveolar wall thickness, and increased processed SP-B and the deleterious effects on lung structure with altered elastin deposition and capillary leakage. Regrettably, the data collected cannot clarify whether the single infusion of LPS results in persistent or permanent disruption of alveolar development. However, structural changes in lung tissue similar to those seen in BPD indicate permanent organ damage.

Adverse effects of amiodarone are rarely seen in pediatric patients, but may occur if amiodarone is applied for long-term treatment. Two rather rare phenomena are blue-gray skin pigmentation and pulmonary mass. They represent important differential diagnoses from more common clinical complications like pneumonia and drug-induced toxic skin lesions.

Background: Atelectasis can provoke pulmonary and non-pulmonary complications after general anaesthesia. Unfortunately, there is no instrument to estimate atelectasis and prompt changes of mechanical ventilation during general anaesthesia. Although arterial partial pressure of oxygen (PaO2) and intrapulmonary shunt have both been suggested to correlate with atelectasis, studies yielded inconsistent results. Therefore, we investigated these correlations. Methods: Shunt, PaO2 and atelectasis were measured in 11 sheep and 23 pigs with otherwise normal lungs. In pigs, contrasting measurements were available 12 hours after induction of acute respiratory distress syndrome (ARDS). Atelectasis was calculated by computed tomography relative to total lung mass (Mtotal). We logarithmically transformed PaO2 (lnPaO2) to linearize its relationships with shunt and atelectasis. Data are given as median (interquartile range). Results: Mtotal was 768 (715–884) g in sheep and 543 (503–583) g in pigs. Atelectasis was 26 (16–47)% in sheep and 18 (13–23) % in pigs. PaO2 (FiO2 = 1.0) was 242 (106–414) mmHg in sheep and 480 (437–514) mmHg in pigs. Shunt was 39 (29–51)% in sheep and 15 (11–20) % in pigs. Atelectasis correlated closely with lnPaO2 (R2 = 0.78) and shunt (R2 = 0.79) in sheep (P-values<0.0001). The correlation of atelectasis with lnPaO2 (R2 = 0.63) and shunt (R2 = 0.34) was weaker in pigs, but R2 increased to 0.71 for lnPaO2 and 0.72 for shunt 12 hours after induction of ARDS. In both, sheep and pigs, changes in atelectasis correlated strongly with corresponding changes in lnPaO2 and shunt. Discussion and Conclusion: In lung-healthy sheep, atelectasis correlates closely with lnPaO2 and shunt, when blood gases are measured during ventilation with pure oxygen. In lung-healthy pigs, these correlations were significantly weaker, likely because pigs have stronger hypoxic pulmonary vasoconstriction (HPV) than sheep and humans. Nevertheless, correlations improved also in pigs after blunting of HPV during ARDS. In humans, the observed relationships may aid in assessing anaesthesia-related atelectasis.

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