Regelmäßiger Zigarettenkonsum hat gravierenden Einfluss auf den gesamten Organismus. Dem Großteil der Bevölkerung ist zwar bekannt, dass besonders die Lunge geschädigt werden kann, allerdings fehlt häufig das Verständnis darüber, wie weitgreifend diese Noxe weitere Organe und somit den gesamten Körperkreislauf beeinflussen kann. Aus diesem Grund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit einerseits damit, inwieweit die Blutgefäße in ihrer Funktion beeinträchtigt werden und desweitern welche Rolle Sport dabei spielen könnte, potentielle Funktionsstörungen wieder auszugleichen. Dafür wurden die Blutgefäße von 30 Mäusen, bestehend aus Kontroll-, Raucher- und Raucher-/Sportgruppe untersucht. Die Funktionsfähigkeit dieser wurde mithilfe der Acetylcholin- und Natriumnitroprussid-abhängigen Dilatationsfähigkeit ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Blutgefäße der Rauchergruppe in ihrer Dilatationsfähigkeit stark eingeschränkt waren. Allerdings konnte diese Funktionsminderung mithilfe eines Hochintervalltrainings komplett revidiert werden. Ein weiterer Fokus dieser Arbeit lag auf den molekularbiologischen Prozessen, die in den Endothelzellen abliefen und ihrerseits durch Zigarettenrauch und Sport beeinflusst wurden. Dafür wurden verschiedene Proteine, die im Zusammenhang mit der Produktion und Elimination von radikalen Sauerstoffspezies stehen, untersucht. Dabei zeigte sich, dass besonders die sekundärmodifizierten Formen der endotheliale Stickstoffmonooxidsynthase in der Gesamtproteinexpression verändert waren. In der Rauchergruppe wurde die Aktivität der Synthase durch vermehrte Acetylierung herunterreguliert und im Gegensatz dazu in der Sportgruppe durch verstärkte Phosphorylierung gesteigert.

Die chronische Herzinsuffizienz gehört zu den häufigsten internistischen Krankheitsbildern in Europa. Eine wichtige Rolle in der Therapie der chronischen Herzinsuffizienz spielt das moderate körperliche Ausdauertraining. HDL ist als Vasoprotektor bekannt und ist in der Lage, über die Regulation der endothelialen Stickstoffmonoxidsynthase (eNOS) die Dilatationsfähigkeit von Gefäßen zu regulieren. Da eine gestörte Endothelfunktion verbunden mit einer geringeren eNOS-Expression einen wichtigen Aspekt in der Pathophysiologie der Herzinsuffizienz darstellt, war das Ziel dieser Arbeit zunächst, die HDL-induzierte eNOS-Aktivierung und NO-Produktion in Endothelzellen bei chronisch Herzinsuffizienten mit der von Gesunden zu vergleichen. Des Weiteren wurde der Einfluss körperlichen Ausdauertrainings auf die HDL-Funktion bei chronischer Herzinsuffizienz untersucht. Dafür wurde HDL jeweils aus Blutserum von herzgesunden Probanden und Herzinsuffizienten vor und nach körperlichem Ausdauertraining isoliert. Damit wurden humane aortale Endothelzellen inkubiert und anschließend mittels Western Blot die HDL-induzierte Phosphorylierung der endothelialen Stickstoffmonoxidsynthase (Regulation der eNOS-Aktivierung), der Proteinkinase C-βII sowie der p70S6K ermittelt. Des Weiteren wurde ESR-spektroskopisch die HDL-induzierte NO-Produktion in Endothelzellen gemessen. Letztendlich bestand die Frage, worin der Unterschied zwischen HDL von Gesunden und HDL von Herzinsuffizienten besteht, der die funktionalen Differenzen erklären kann. Dazu wurde die Menge des HDL-gebundenen Malondialdehyds ermittelt. Die Endothelfunktion wurde sonographisch als Fluss-vermittelte Vasodilatation bestimmt. Die Ergebnisse der Untersuchungen belegen, dass die HDL-induzierte eNOS-Aktivierung bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz im Vergleich zu Gesunden vermindert ist. Des Weiteren kann der Einfluss von HDL auf die eNOS-Aktivierung durch körperliches Ausdauertraining bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz verbessert werden. Die Verbesserung der HDL-induzierten NO-Produktion korreliert dabei mit der verbesserten Fluss-vermittelten Vasodilatation. Als Unterschied zwischen HDL von Gesunden und dem von chronisch Herzinsuffizienten konnte bei den Letztgenannten eine höhere Menge von gebundenem Malondialdehyd nachgewiesen werden.

Die chronische Herzinsuffizienz gehört zu den häufigsten internistischen Krankheitsbildern in Europa. Eine wichtige Rolle in der Therapie der chronischen Herzinsuffizienz spielt das moderate körperliche Ausdauertraining. HDL ist als Vasoprotektor bekannt und ist in der Lage, über die Regulation der endothelialen Stickstoffmonoxidsynthase (eNOS) die Dilatationsfähigkeit von Gefäßen zu regulieren. Da eine gestörte Endothelfunktion verbunden mit einer geringeren eNOS-Expression einen wichtigen Aspekt in der Pathophysiologie der Herzinsuffizienz darstellt, war das Ziel dieser Arbeit zunächst, die HDL-induzierte eNOS-Aktivierung und NO-Produktion in Endothelzellen bei chronisch Herzinsuffizienten mit der von Gesunden zu vergleichen. Des Weiteren wurde der Einfluss körperlichen Ausdauertrainings auf die HDL-Funktion bei chronischer Herzinsuffizienz untersucht. Dafür wurde HDL jeweils aus Blutserum von herzgesunden Probanden und Herzinsuffizienten vor und nach körperlichem Ausdauertraining isoliert. Damit wurden humane aortale Endothelzellen inkubiert und anschließend mittels Western Blot die HDL-induzierte Phosphorylierung der endothelialen Stickstoffmonoxidsynthase (Regulation der eNOS-Aktivierung), der Proteinkinase C-βII sowie der p70S6K ermittelt. Des Weiteren wurde ESR-spektroskopisch die HDL-induzierte NO-Produktion in Endothelzellen gemessen. Letztendlich bestand die Frage, worin der Unterschied zwischen HDL von Gesunden und HDL von Herzinsuffizienten besteht, der die funktionalen Differenzen erklären kann. Dazu wurde die Menge des HDL-gebundenen Malondialdehyds ermittelt. Die Endothelfunktion wurde sonographisch als Fluss-vermittelte Vasodilatation bestimmt. Die Ergebnisse der Untersuchungen belegen, dass die HDL-induzierte eNOS-Aktivierung bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz im Vergleich zu Gesunden vermindert ist. Des Weiteren kann der Einfluss von HDL auf die eNOS-Aktivierung durch körperliches Ausdauertraining bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz verbessert werden. Die Verbesserung der HDL-induzierten NO-Produktion korreliert dabei mit der verbesserten Fluss-vermittelten Vasodilatation. Als Unterschied zwischen HDL von Gesunden und dem von chronisch Herzinsuffizienten konnte bei den Letztgenannten eine höhere Menge von gebundenem Malondialdehyd nachgewiesen werden.

Bei der klinischen Beschreibung einer Sepsis sind Symptome vorhanden, die allesamt auf eine endotheliale Beteiligung schließen lassen. Hierzu zählt die Infektion an sich, die Regulation der Gefäßpermeabilität, der Gerinnung, der Interaktion mit zirkulierenden Zellen, des Gefäßtonus und des Sauerstoffverbrauchs. In systematischer Weise werden die Einflüße reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate für diese endothelialen Funktionen beschrieben. Beide Molekülgruppen können toxische Wirkungen als unspezifisch im Sinne der Onkose induzieren, die komplex von den jeweiligen Produktionsraten und Umgebungsbedingungen abhängig sind. Es scheint bei einer NO. induzierten Toxizität eine kooperative Wirkung mit reaktiven Sauerstoffderivaten zu geben, wohingegen eine primär durch reaktive Sauerstoffderivate induzierte Toxizität von niedrig dosiertem NO. inhibiert werden kann. Daneben kann der Tod einer Zelle auch als eine teleologisch sinnvolle Form geregelt eintreten. Dieser sogenannte programmierte Zelltod, die Apoptose, scheint durch exogene Zufuhr reaktiver Sauerstoff- oder Stickstoffderivate eher wenig wahrscheinlich. Dagegen scheint die endogene Produktion reaktiver Sauerstoffderivate enger mit proapoptotischen Veränderungen assoziiert zu sein. Die endogene endotheliale Produktion von NO. hat in bisherigen Untersuchungen widersprüchliche Bedeutung für die Apoptose und muß weiteren Untersuchungen vorbehalten bleiben. Ob eine durch Sepsis induzierte endotheliale Apoptose oder Onkose bei Menschen vorliegt wird diskutiert. Unabhängig von der Induktion zum Sterbeprozeß haben reaktive Sauerstoff- und Stickstoffderivate eine signalgebende Funktion in Endothelzellen, die nach exogener Zugabe aber auch durch eine endogene Produktion systematisch zusammengefaßt werden. Zahlreiche Sepsiserreger, oder deren Sekretions-, bzw. Abbauprodukte können primär mit Endothelzellen interagieren. Bereits diese frühen Interaktion gehen mit einer Dysregulation reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate einher. Vor allem im Rahmen eines früh auftretenden septischen Schocks wird eine enorm erhöhte Gefäßpermeabilität deutlich. Untersuchungen zur endothelialen Permeabilität legen zumindest in vitro eine Dysregulation reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate nahe. Die Regulation des Gefäßtonus ist ganz offensichtlich bei septischen Patienten gestört. Welcher Beitrag hierfür auf eine gestörte Endothelfunktion zurückzuführen ist wurde in zahlreichen tierexperimentellen Modellen untersucht. Endothelzellen sind in der Lage, den Sauerstoffverbrauch ganzer Organe zu regeln und Implikationen für die Pathophysiologie der Sepsis werden diskutiert. Endotheliale Dysfunktionen bei septischen Patienten scheinen aufgrund tierexperimenteller Modellvorstellungen naheliegend, sind aber nur ansatzweise bei Menschen belegt. Es ist unklar, welche endothelialen Funktionsdefizite bei septischen gut definierten Patienten überhaupt sicher zu quantifizieren sind, oder wie lange sie anhalten und sich über die Zeit ändern. Auch ist nicht belegt, ob lösliche Marker ein Funktionsdefizit anzeigen, oder lediglich Ausdruck einer allgemeinen Schädigung eines Organismus sind. Eine Dysbalance der endothelialen Produktion reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffderivate liegt allerdings sehr wahrscheinlich vor. / The definition of sepsis includes clinical signs which all are related to endothelial dysfunctions. Infections agents can primarily target endothelial cells. The regulation of vascular permeability and coagulation, the interaction with circulating cells, vasoregulation and oxygen consumption are endothelial dependent. Systematically it is described how reactive oxygen species and reactive nitrogen species act as mediators for these diverse functions. Both reactive oxygen and nitrogen species are well known for their toxic potencies leading to oncosis. Their interaction is very complex. Nitric oxide induced toxic reactions increase in the presence of reactive oxygen species, whereas reactive oxygen species induced toxicity is decreased by low doses of nitric oxide. Apoptosis as opposed to oncosis hardly is induced by exogeneous reactive oxygen or nitrogen species in endothelial cells. However, endogeneous production of reactive oxygen species is more likely to serve proapoptotic functions. Whether patients suffering from sepsis show increased signs of apoptotic endothelium is discussed. Signalling events by low doses of exogeneous reactive oxygen and nitrogen species as well as by endogeneous production in endothelial cells unrelated to death signals are summarized. The known signalling pathways are integrated into specific dysregulated endothelial functions of septic patients. Early interactions of endothelium with infectious agents involve reactive oxygen and nitrogen species. Clinically apparent early signs of septic shock include increased vascular permeability and vasoregulatory disturbance. The involvement of endothelium and reactive oxygen and nitrogen species in these functions is summarized. New data have become available showing that endothelium is able to regulate whole organ oxygen consumption in which reactive oxygen and nitrogen species are involved. These data are discussed. From these in vitro and animal studies it seems evident that endothelial dysfunctions are central features of sepsis. However it remains to be clearly shown that definite endothelial dysfunctions are present and measurable in well defined patient groups, how long these suggested dysfunctions are present or change along the course of septic episodes. The involvement of dysregulated production of reactive oxygen and nitrogen species is most likely.

Homocystein (tHcy) gilt als unabhängiger kardiovaskulärer Risikofaktor und korreliert eng mit einer endothelialen Dysfunktion, welche nichtinvasiv mittels der flussinduzierten Vasodilatation (FMD) messbar ist. Experimentelle Hyperhomocysteinämie ist mit einer reduzierten Bioverfügbarkeit von endothelialen Stickstoffmonoxid (NO) bei gleichzeitig erhöhten Spiegeln des kompetetiven Inhibitors der NO-Biosynthese asymmetrisches Dimethylarginin (ADMA) assoziiert. In-vivo senkt eine Östrogenbehandlung neben tHcy auch die ADMA-Spiegel und verbessert signifikant die Endothelfunktion. Hinsichtlich ihrer Wirkung als selektive Östrogenrezeptormodulatoren wird angenommen, dass Phytoöstrogene, speziell Sojaisoflavone, ähnliche Effekte hervorrufen.<br><br> Innerhalb einer europäischen, multizentrischen, doppelblinden Interventionsstudie an 89 gesunden, postmenopausalen Frauen wurde der Einfluss von Sojaisoflavonen auf den Homocysteinmetabolismus, den Blutdruck und die in-vivo Endothelfunktion untersucht. Die cross-over Studie umfasste zwei achtwöchige Interventionsperioden, die von einer gleichlangen Wash-out-Phase unterbrochen waren. Die Zuteilung zum Isoflavon- (50 mg/d) oder Plazeboregime für die erste Interventionsphase erfolgte randomisiert. Endpunkterhebungen fanden jeweils in den Wochen 0 und 8 der Interventionsperioden statt.<br><br> Die renale Ausscheidung von Genistein, Daidzein und Equol war während der Isoflavonintervention signifikant erhöht (P>0,001). Die Phyoöstrogene hatten weder einen Effekt auf die tHcy-Konzentration (P=0,286), noch auf ADMA, Erythrozytenfolat und Vitamin B-12 (P>0,05) im Plasma. Während die Summe aus Nitrat und Nitrit (NOx), welche die NO-Bioverfügbarkeit reflektiert, im Verlaufe der Plazebobehandlung abfiel, wurde ein leichter Anstieg bei der Isoflavonsupplementation beobachtet (Delta Wo8-Wo0: -2,60 [-8,75; 2,25] vs. 1,00 [-6,65; 7,85] µmol/L P<0,001), was zu einem signifikanten Behandlungseffekt führte. Weiterhin wurde eine positive Korrelation zwischen ADMA und Vitamin B-12 gefunden (R=0,252; P=0,018). Die flussinduzierte Vasodilatation (P=0,716), ein Maß für die Endothelfunktion, blieb durch die Isoflavonbehandlung unbeeinflusst, obwohl sich diese über die Zeit insgesamt verbesserte (P>0,001). Bis auf einen marginalen Anstieg des systolischen Wertes (P=0,032) im Vergleich zur Plazebobehandlung blieb der Blutdruck während der Isoflavonintervention unverändert.<br><br> Im Gegensatz zu Östrogen übten Sojaisoflavone weder einen Einfluss auf die in-vivo Endothelfunktion noch auf die traditionellen und neuen kardiovaskulären Risikofaktoren den Blutdruck, tHcy und ADMA aus. Demzufolge ist der gesundheitliche Nutzen isolierter Isoflavone hinsichtlich einer Prävention hormonmangelbedingter Erkrankungen in gesunden postmenopausalen Frauen fraglich. / Homocysteine (tHcy) is a strong and independent risk factor for cardiovascular disease. Hyperhomocysteinemia contributes to endothelial dysfunction as assessed by flow-mediated vasodilation (FMD). The mechanisms by which homocysteine generates endothelial dysfunction remain incompletely understood although a growing body of data suggests that the bioavailability of nitric oxide (NO) is reduced. The principal competitive inhibitor of endothelial NO-synthase asymmetric dimethylarginine (ADMA) may play a central role in homocysteine related dysfunction as it is derived from homocysteine metabolism. Cardiovascular risk factor modification has suggested beneficial effects of estrogen on endothelial function by lowering homocysteine and ADMA levels. We hypothesize that phytoestrogens particular isoflavones act in a similar manner.<br><br> The effects of soy isoflavones on homocysteine metabolism and endothelial function were investigated within a multi-centre, double blind, cross-over intervention trial in 89 European postmenopausal women. Subjects consumed either fruit cereal bars with or without soy isoflavones (50 mg/d) for 8 weeks each with a 8 weeks washout period in between. Endpoint measurements were during both treatment phases at baseline and weeks 8, respectively. <br><br> Urinary phytoestrogens increased significantly after isoflavone intervention (P<0.001). Isoflavone supplementation did affect neither plasma total homocysteine (P=0.286) nor ADMA, vitamin B-12 or folate (P<0.05). Isoflavones had a favorable effect on NO-metabolism assessed by analysis of NO-metabolites (NOx) nitrite and nitrate. While NOx concentration significantly decreased during placebo there was a slight increase after isoflavone supplementation leading to a significant treatment difference (delta wk8-wk0: -2.60 [-8.75; 2.25] vs. 1.00 [-6.65; 7.85] µmol/L P<0.001). There was no association between total homocysteine and ADMA whereas a positive correlation was found for ADMA and vitamin B-12 (R=0.252; P=0.018). The endothelial function model did not demonstrate any difference between either treatment regime (P=0.716), although endothelial function assessed by flow-mediated vasodilation improved in general (P<0.001). A potential adverse effect was noted, with an elevation in systolic blood pressure (P=0.032) whereas diastolic blood pressure and mean arterial pressure remained unaffected.<br><br> Soy isoflavones did not have beneficial effects on endothelial function as well as on traditional and novel cardiovascular risk factors like plasma homocysteine, blood pressure and ADMA as observed for estrogen treatment. The health benefit of isolated isoflavones in healthy postmenopausal women is questionable.