Die COPD (chronic obstructive pulmonary disease) ist eine weltweit vorkommende, chronisch obstruktive Erkrankung der Lunge. Sie gilt als vierthäufigste Todesursache weltweit, wobei ein Viertel der akuten bakteriellen Exazerbationen auf eine Infektion mit Moraxella catharralis zurückzuführen sind. Sowohl das akute, als auch das chronische Entzündungsbild der COPD wird überwiegend durch neutrophile Granulozyten in den Atemwegen bestimmt, die neben antimikrobiellen Effektorfunktionen durch Freisetzung von Zytokinen auch die Entzündungsreaktion bzw. Immunantwort regulieren können. In dieser Arbeit wurde untersucht inwiefern die Interaktion von M.catarrhalis mit dem humanen Granuloyzten-spezifischen Rezeptor carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule (CEACAM)3 zu einer Aktivierung der neutrophilen Granuloyzten sowie zu einer NF-kappaB-abhängigen Chemokinproduktion führt. Primäre Granulozyten gesunder Spender sowie NB4 Zellen wurden mit M.catarrhalis in Anwesenheit verschiedener Inhibitoren, siRNA oder CEACAM-blockender Antikörper infiziert und anschließend die Chemokinsekretion mittels ELISA bestimmt. Mit Hilfe eines Luziferase Reportergenassays und Chromatinimmunpräzipitation wurde die Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kappaB untersucht. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass die spezifische Interaktion von CEACAM3 mit M. catarrhalis UspA1 in einer Aktivierung neutrophiler Granulozyten resultiert. Desweiteren kommt es zu einer CEACAM3-UspA1 abhängigen Aktivierung des Transkriptionsfaktors NF-kappaB und verstärkter Sekretion proinflammatorischer Chemokine. Die NF-kappaB-Aktivierung ist abhängig von der Phosphorylierung des CEACAM3 ITAM-like Motivs und erfolgt über den Syk und Card9 Signalweg. Die Ergebnisse lassen den Schluss zu, dass neutrophile Granulozyten in der Lage sind, die durch M. catarrhalis induzierte Atemwegsentzündung in der COPD über den Oberflächenrezeptor CEACAM3 spezifisch zu modulieren. / The chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is the fourth most common cause of death worldwide. 25 % of the acute bacterial exacerbations are caused by infection with the human restricted pathogen Moraxella catharralis. Both the acute and the chronic inflammatory stage of COPD are predominantly determined by neutrophil granulocytes in the respiratory tract, which in addition to antimicrobial effector functions can also regulate the inflammation or immune response by releasing cytokines. This work investigated if the interaction of M. catarrhalis with the human granulocyte-specific receptor carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule (CEACAM) 3 leads to an activation of the neutrophil granulocytes and to a NF-kappaB-dependent chemokine production. Primary granulocytes from healthy donors as well as NB4 cells were infected with M. catarrhalis in the presence of various inhibitors, siRNA or CEACAM-blocking antibodies, and then chemokine secretion was determined by ELISA. Using a luciferase reporter gene assay and chromatin immunoprecipitation, activation of the transcription factor NF-kappaB was investigated. In this work it could be shown that the specific interaction of CEACAM3 with M. catarrhalis UspA1 results in the activation of neutrophil granulocytes. Furthermore, there is a CEACAM3-UspA1-dependent activation of the transcription factor NF-kappaB and increased secretion of proinflammatory chemokines. NF-kappaB activation is dependent on the phosphorylation of the CEACAM3 ITAM-like motif and occurs via the Syk and Card9 signaling pathways. The results suggest that neutrophil granulocytes are able to specifically modulate M. catarrhalis induced airway inflammation in COPD via the surface receptor CEACAM3.

Hintergrund: Die chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) ist eine der Haupttodesursachen weltweit. Eine gesteigerte Aktivität des sympathischen Nervensystems wird als wesentlicher pathophysiologischer Aspekt vermutet. Grundsätze: Die vorliegende Arbeit untersuchte die muskelsympathische Nervenaktivität (MSNA) und die Baroreflex-Sensitivität bei COPD-Patienten und gesunden Probanden in Ruhe sowie unter moderater körperlicher Belastung. Ergebnisse: COPD-Patienten zeigten in Ruhe eine signifikant gesteigerte MSNA sowie eine signifikant verminderte Baroreflex-Sensitivität. Diese Ergebnisse bestätigen die Resultate vorausgegangener Publikationen der Arbeitsgruppe. In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals ein signifikanter Anstieg der MSNA unter moderater statischer Belastung bei COPD-Patienten nachgewiesen werden. Fazit: In der vorliegenden Arbeit konnte erstmals eine Korrelation zwischen sympatho-vagaler Imbalance und verminderter körperlicher Leistungsfähigkeit bei COPD-Patienten nachgewiesen werden. Eine Modifikation der neuro-humoralen Aktivität bei COPD-Patienten könnte in Zukunft eine Rolle in der Behandlung der COPD spielen und sollte in größeren, randomisierten Studien untersucht werden.

Einleitung: Bei PSV beendet der Respirator die Druckunterstützung, wenn der Inspirationsfluss auf einen prozentualen Anteil des Spitzenflusses, welcher als Umschaltkriterium be-zeichnet wird, absinkt. Bei obstruktiver Lungenerkrankung ist der Abfall des Inspirationsflusses verlangsamt, wodurch verspätetes Umschalten in die Exspiration begünstigt wird. Der verwendete Beatmungszugang, das etwaige Vorliegen von Leckage bei nicht-invasiver Beatmung, die Höhe der Druckunterstützung und die Atemfrequenz sind potentielle Faktoren, welche das Umschalten in die Exspiration beeinflussen können. Die synchrone Unterstützung der Patienteninspirationsbemühung ist entscheidend für den Erfolg der assistierten Beatmungstherapie. Methode: In einer Lungenmodellstudie wurde obstruktive Lungenmechanik simuliert und der Einfluss der Variation des Umschaltkriteriums auf die Patient-Respirator-Interaktion untersucht. Die Beatmungszugänge Endotrachealtubus, Nasen-Mund-Maske und Beatmungshelm wurden nacheinander in den Versuchsaufbau eingebracht. Bei nicht-invasiver Beatmung wurde mit und ohne Leckage gemessen. Bei Vorliegen von Leckage wurde zusätzlich in einem nicht-invasiven Beatmungsmodus beatmet. Die Höhe der Druckunterstützung (5 cmH2O, 15 cmH2O) und die Atemfrequenz (15/min, 30/min) wurden verändert. Die Patient-Respirator-Interaktion wurde bei Verwendung der Umschaltkriterien 10 %, 20 %, 30 %, 40 %, 50 %, 60 % und 70 % des Spitzenflusses analysiert. Aus aufgezeichneten Flusskurven wurden Parameter, welche die Synchronisation zwischen Patient und Respirator beschreiben (nicht-unterstützte Atemzüge, Doppeltrigger, inspiratorische und exspiratorische Triggerlatenz) sowie das Tidalvolumen bestimmt. Aus aufgezeichneten Druckkurven wurden der intrinsische PEEP und Druck-Zeit-Produkte bestimmt, welche in den verschiedenen Phasen des Atemzyklus die durch den Respirator geleistete Entlastung (PTPPEEP, PTPINSP) oder Belastung (PTPEXSP) der Atemmuskulatur beschreiben. Ergebnisse: Bei konventionell eingestelltem Umschaltkriterium (20 % - 30 %) wurde stets verspätetes Umschalten beobachtet. Die Erhöhung des Umschaltkriteriums resultierte in einer Reduktion der exspiratorischen Triggerlatenz, PTPEXSP und des intrinsischen PEEP. In der Folge wurden nicht-unterstützte Inspirationsbemühungen, die inspiratorischen Triggerlatenz sowie der zur Auslösung der Druckunterstützung erforderliche Kraftaufwand (PTPPEEP) reduziert. Bei übermäßiger Erhöhung des Umschaltkriteriums beendete der Respirator die Druckunterstützung vor dem Ende der simulierten Inspirationsbemühung. Vorzeitiges Umschalten ging mit einer Abnahme des Tidalvolumens und der effektive Druckunter-stützung (PTPINSP), sowie der Auslösung von Doppeltrigger, einher. Vorzeitiges Umschalten trat bei niedriger Atemfrequenz bei Verwendung der Umschaltkriterien 50 % bzw. 60 % bis 70 % auf. Bei Beatmung via Endotrachealtubus und Nasen-Mund-Maske wurden vergleichbare Ergebnisse beobachtet. Bei Beatmung via Beatmungshelm war die Interaktion zwischen Patient und Respirator wesentlich beeinträchtigt, wodurch vorzeitiges Umschalten begünstigt wurde. Bei Messungen mit Leckage war die exspiratorische Triggerlatenz verlängert. Bei Verwendung des NIV-Beatmungsmodus konnte die exspiratorische Triggerlatenz teilweise minimiert werden. Bei hoher Druckunterstützung war die exspiratorische Triggerlatenz, bei Beatmung via Endotrachealtubus und Nasen-Mund-Maske, verlängert. Konklusion: Die Variation des Umschaltkriteriums stellt eine effektive Möglichkeit dar, die Patient-Respirator-Interaktion zu optimieren. Bei obstruktiver Lungenerkrankung sollte das Umschaltkriterium, über das konventionell eingestellte Umschaltkriterium hinaus, erhöht werden. Das Umschaltkriterium ist maßvoll zu erhöhen, um eine vorzeitige Unterbrechung der Druckunterstützung zu verhindern. Das Risiko verfrühten Umschaltens ist bei Beatmung via Beatmungshelm, sowie bei niedriger Atemfrequenz, erhöht. Des Weiteren müssen das etwaige Vorliegen von Leckage, der bei nicht-invasiver Beatmung verwendete Beatmungsmodus, die Höhe der Druckunterstützung sowie die Atemfrequenz bei der Wahl des Umschaltkriteriums berücksichtigt werden.