Zugl.: Giessen, Univ., Diss., 2008

Proefschrift Maastricht. / Met lit. opg. - Met een samenvatting in het Engels.

Ein gleichzeitiges Auftreten von schlafbezogenen Atmungsstörungen(SBAS)und pulmonaler Hypertonie(PH) wurde bereits in mehreren kleineren Studien beobachtet. Die hier vorgestellte Studie soll die Prävalenz von SBAS bei verschiedenen Ätiologien der PH in einem größeren Patientenkollektiv untersuchen. Es sollen Kausalitäten zwischen den nach ICSD-3 klassifizierten SBAS-Formen und den nach Nizza klassifizierten PH-Gruppen festgestellt werden. Bisher gibt es keine Studien zur funktionellen Leistungsfähigkeit und zur Mortalität bei SBAS und PH. Es handelt sich um eine retrospektive Studie, in die 111 Patienten eingeschlossen werden konnten, bei denen eine pulmonale Hypertonie nach dem Vorgehen gemäß den ESC/ERS Guidelines gesichert wurde. Alle Patienten erhielten ein ambulantes oder stationäres Schlafscreening in Form einer Polygraphie und/oder Polysomnographie, unabhängig davon, ob eine Symptomatik einer schlafbezogenen Atmungsstörung vorlag. In dieser Studie konnte in einem größeren Patientenkollektiv eine hohe Prävalenz von SBAS bei PH-Patienten festgestellt werden. Bei dem Vergleich von PH-Patienten mit und ohne SBAS zeigten sich keine signifikanten Unterschiede bzgl. funktioneller Leistungsfähigkeit oder Mortalität. In der hier vorgestellten Studie kommen die zentrale und die gemischte schlafbezogene Atmungsstörung vor allem in der PH-Gruppe I und IV vor. / The simultaneous occurrence of sleep-related breathing disorders (SBD) and pulmonary hypertension (PH) has been described in several smaller studies. This study examines the prevalence of SBD in various aetiologies of PH in a larger patient population. It should be possible to draw a causal link between the ICSD-3 classified sleep-related breathing disorders and the Nizza classified groups of pulmonary hypertension. So far, there have been no studies on performance capacity and mortality in patients with SBD and PH. This is a retrospective study that includes 111 patients who had pulmonary hypertension as defined by the to the ESC/ERS guidelines. All patients underwent an outpatient or inpatient sleep study in the form of a polygraphy and/or polysomnography regardless of whether symptoms of sleep-related breathing disorder were present or not. In this study a large prevalence of SBD was found in patients with PH. There was no significant difference in performance capacity or mortality in the PH patients who had SBAS compared to those who did not. In this study central and mixed sleep-related breathing disorders were mostly prevalent in PH-groups I an IV

Ziel der Arbeit war die Beantwortung der Frage, ob mit einem symptomorientierten Ansatz im Rahmen eines Telefonmonitorings und bei symptomatischen Patienten eine CTEPH detektiert werden kann. Zur Erfassung kam ein strukturierter Ansatz mittels vordefinierter Fragen zum Einsatz, die in einem Fragebogen zusammengefasst waren. Der Fragebogen fragt das Vorhandensein von Dyspnoe in Ruhe und unter Belastung, Angina pectoris, Schwindel und Synkopen ab. Die telefonischen Anrufe erfolgten nach dem Erstereignis einer akuten LAE im Abstand von 3, 6 und 12 Monaten. Nach positivem Telefonmonitoring und zunächst ambulanter Untersuchung des Patienten mittels Echokardiografie und gegebenenfalls ergänzender Spiroergometrie wurde den Patienten bei bezüglich einer CTEPH auffälligen Untersuchungsbefunden Leitlinienkonform eine weiterführende Abklärung empfohlen. Bei negativen Untersuchungsbefunden wurden die Patienten weiter gemäß dem Follow-Up des Studienalgorithmus zum nächsten Zeitpunkt kontaktiert. Die Spiroergometrie als weiteres diagnostisches Mittel einer CTEPH kann des Weiteren die Echokardiografie als Maßnahme ergänzen, um eine CTEPH als mögliche, ernste Komplikation nach einer LAE frühzeitig detektieren zu können. Eine Spiroergometrie wurde im dargestellten Modell nur bei Patienten mit unauffälliger Echokardiografie nach vorher definierten Kriterien unter Berücksichtigung des aktuellen Allgemeinzustandes des Patienten durchgeführt. Sollte sich nach Befragung, Echokardiografie und Spiroergometrie der Verdacht auf eine CTEPH ergeben haben, so wurde die weitere Diagnostik nach Maßgabe der aktuellen Leitlinie empfohlen. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass ein symptomorientiertes Nachsorgeverfahren von Patienten mit stattgefundener LAE dazu in der Lage ist, Patienten mit einer CTEPH zu detektieren und die Prätestwahrscheinlichkeit zu erhöhen, um weitere diagnostische Schritte einzuleiten. Der Einsatz der Spiroergometrie in der Diagnostik ist des Weiteren als sinnvoll und komplementär nützlich anzusehen. Die Echokardiografie alleine vermag nicht die Diagnose CTEPH zu stellen, sondern auch bei negativem Befund in der Echokardiografie kann eine ergänzende und als positiv eingestufte Spiroergometrie den Verdacht auf das Vorliegen einer CTEPH lenken. In weiteren, diagnostischen Schritten soll fortan die Diagnose gesichert werden. Da eine Nachuntersuchung eines jeden Patienten nach einer LAE sehr kosten- und personalintensiv ist, würde ein symptomorientiertes Nachsorgeprogramm die Ressourcen deutlich weniger stark verbrauchen und belasten. In der Folge und in weiteren Studien sollte mit diesem sinnvoll erscheinenden, symptomorientierten und telefonmonitoringbasierten Nachsorgeprogramm größere Fallzahlen analysiert und die Befunde über einen längeren Zeitverlauf untersucht werden. / The aim of the thesis was to answer the question whether CTEPH can be detected with a symptom-oriented approach in telephone monitoring and in symptomatic patients. A structured approach using predefined questions summarized in a questionnaire was used for detection. The questionnaire queries the presence of dyspnea at rest and under stress, angina pectoris, dizziness and syncope. The telephone calls were made after the first occurrence of an acute LAE at intervals of 3, 6 and 12 months. After positive telephone monitoring and an initial outpatient examination of the patient using echocardiography and, if necessary, supplementary spiroergometry, patients with abnormal findings of CTEPH were recommended for further clarification in accordance with the guidelines. In case of negative findings, patients were contacted according to the follow-up of the study algorithm at the next point in time. Spiroergometry as a further diagnostic tool for CTEPH can also complement echocardiography as a measure to detect CTEPH as a possible serious complication after LAE. Spiroergometry in the model shown was only performed in patients with unremarkable echocardiography according to previously defined criteria, taking into account the current general condition of the patient. If CTEPH was suspected after questioning, echocardiography and spiroergometry, further diagnosis was recommended according to the current guideline. The present study shows that a symptom-oriented follow-up of patients with occurred LAE is able to detect patients with CTEPH and to increase the probability of pretesting in order to initiate further diagnostic steps. Furthermore, the use of spiroergometry in diagnostics is considered useful and complementary. Echocardiography alone cannot diagnose CTEPH, but even if echocardiography is negative, complementary spiroergometry, which is considered positive, can lead to suspicion of CTEPH. Further diagnostic steps will be taken to confirm the diagnosis. Since a follow-up examination of each patient after an LAE is very costly and personnel-intensive, a symptom-oriented follow-up program would consume and burden resources significantly less. Subsequently, and in further studies, this seemingly reasonable, symptom-oriented, telephone monitoring-based aftercare program should be used to analyze larger numbers of cases and examine the findings over a longer period of time.

Unklare Dyspnoe ist einer der Hauptvorstellungsgründe in den zentralen Notaufnahmen und pneumologischen Facharztpraxen [4]. Viele dieser Patienten hyperventilieren. Die Hyperventilation ist jedoch ein sehr unspezifisches Merkmal und kommt sowohl bei Pa- tienten mit Lungenerkrankungen, aber auch bei denen ohne Vorerkrankungen an der Lunge, sogar bei Patienten mit psychischen Störungen vor. Die PH ist weit verbreitet [1], wird spät erkannt [130, 160], geht ebenfalls mit einer Hy- perventilation einher und die Inzidenz der CTEPH scheint höher als bisher angenommen [1]. Goldstandard für die Diagnosestellung der PH ist der Rechtsherzkatheter [12]. Aller- dings wurde bereits vor 20 Jahren propagiert, dass mittels einer Spiroergometrie bei PH wegweisende Daten erhoben werden können und dies die Anzahl der notwendigen Rechtsherzkatheter reduzieren und im Gegenzug die Durchführung von Spiroergomet- rien steigern könnte [242, 243], um möglichst früh Patienten mit pulmonal-vaskulärer Hyperventilation von denen mit „Nicht pulmonal-vaskulärer Hyperventilation“ zu unter- scheiden. In dieser Arbeit wurden die Daten von Pateinten mit Hyperventilation analysiert (64 PAH, 46 CTEPH, 64 „Nicht pulmonal-vaskuläre Hyperventilation“) und bezüglich BGA und Spi- roergometrie ausgewertet. Anhand der BGA in Ruhe konnten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Grup- pen festgestellt werden. Während sich auch der kapillär gemessene pCO2Spiegel unter submaximaler Belastung bei vaskulär-assoziierter Bedarfshyperventilation und „Nicht pulmonal-vaskulärer Hyperventilation“ nicht signifikant unterschieden, zeigten die spiro- ergometrischen Parameter alle einen signifikanten Unterschied. Die höchste Sensitivität (83,6 %) und den besten negativ prädiktiven Wert (70,5 %) bei Betrachtung des Gesamt- kollektivs erreichte der Parameter VE/VCO2-slope, die beste Spezifität (82,8 %) und den höchsten positiven Vorhersagewert (88,5 %) war bei Aa-DO2 zu sehen. Auch der, während der Maximalbelastung in der Spiroergometrie gemessene pO2-Spie- gel unterschied sich in den Gruppen signifikant voneinander. Durch die Kombination mehrerer Parameter (VE/VCO2-slope, PETCO2 AT, Aa-DO2, P(a- ET)CO2 sowie pO2-Spiegel bei Maximalbelastung) kann eine Sensitivität von 82,7 % und 181 5 Zusammenfassung ein positiver Vorhersagewert von 89,2 % zur Erkennung der Patienten mit „Hyperventi- lation bei PAH/CTEPH“ erreicht werden. Die Spezifität liegt bei 82,3 % und der negativ prädiktive Wert bei 72,9 %. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Spiroergometrie mit kombinierter BGA eine geeignete Methode ist, Patienten mit vaskulär-assoziierter Hyperventilation zu er- kennen bzw. nicht-invasiv die Prätest-Wahrscheinlichkeit für weitere Untersuchungen zu erhöhen. / Unclear dyspnea is one of the most common reasons for presenting in an emergency room or at a pulmonologist’s office. Many patients with unclear dyspnea hyperventilate. However, hyperventilation is a very unspecific characteristic of pulmonary disease that can also be found in patients without pre-existing pulmonary illness and even in patients with mental illness. Pulmonary hypertension (PH) is widespread, diagnosed late and presents also with hyperventilation. The incidence of chronic thromboembolic pulmonary hypertension (CTEPH) appears to be higher than previously reported. Right heart catheterization is used as the gold standard for diagnosing PH. However, for already 20 years it has been suggested that cardiopulmonary exercise testing (CPET) can deliver informative results to differentiate patients with pulmonary-vascular hyperventilation from patients with “not pulmonary-vascular hyperventilation” early, so that the number of right heart catheterizations can be reduced. Here, we analyzed the data of blood gas analyses and cardiopulmonary exercise testing of patients who hyperventilate (64 with pulmonary arterial hypertension (PAH), 46 with CTEPH, and 64 with “not pulmonary-vascular hyperventilation”). All parameters from the CPET resulted in significant differences between the groups. The best sensitivity (83.6 %) and the best negative predictive value (70.5 %) were achieved in the VE/VCO2-slope. Aa-DO2 was the parameter with the highest specificity (82.8 %) and positive predictive value (88.5 %). Also, there was a significant difference between the groups in the pO2-level at maximum load during CPET. A combination of certain parameters (VE/VCO2, PETCO2 AT, Aa-DO2, P(a-ET)CO2 and pO2-level at maximum load) could achieve a sensitivity of 82,7 % and a positive predictive value of 89.2 % to detect patients with “hyperventilation by PAH/CTEPH”. Here, the specificity was 82.3 % and the negative predictive value was 72.9 %. In summary, the combination of CPET and blood gas analyses is an appropriate method to detect patients with pulmonary-vascular hyperventilation or at least to non-invasively increase the pretest probability for follow-up examinations.

Um eine 8-12-minütige inkrementelle Belastungsphase während einer Spiroergometrie (CPET) auf dem Fahrradergometer zu erreichen, erscheint eine Standardisierung und krankheitsspezifische Individualisierung der Belastungssteigerung sinnvoll. Ziel der Studie war es, bereits existierende Vorschläge zur Ermittlung der optimierten Belastungssteigerung zu validieren und eigene Prädiktionsmodelle für die maximal erreichbare Leistung (Wpeak_pred) für die Krankheitsgruppen zystische Fibrose (CF), pulmonal-arterielle Hypertonie (PAH) und chronisch thromboembolische pulmonale Hypertonie (CTEPH) zu entwickeln. Es wurden in CPETs erhobene Parameter sowie potenzielle Leistungsprädiktoren von 82 CF-, 83 PAH- und 81 CTEPH-Studienteilnehmenden erfasst. Die Daten wurden mittels einer multiplen linearen Regressionsanalyse und schrittweiser Entfernung nicht signifikanter Prädiktoren, getrennt für jede Krankheitsgruppe, ausgewertet. Die Modelle wurden mithilfe des Leave-one-out-Kreuzvalidierungsverfahrens und einer prospektiven Anwendung an kleinen Kohorten von CF-, PAH- und CTEPH-Erkrankten validiert. Ein großer Anteil der retrospektiv erfassten CPETs der CF-, PAH- und CTEPH-Betroffenen zeichneten sich durch eine inkrementelle Belastungsdauer außerhalb der empfohlenen 8-12 Minuten aus. Bei den eigenen Vorhersageformeln trugen die körperliche Aktivität sowie die WHO-Funktionsklassen bei den CF- und PAH-Betroffenen zur Prädiktion von Wpeak_pred bei. Im Vergleich zu den bereits existierenden, in dieser Arbeit evaluierten Vorschlägen zur Ermittlung der optimierten Belastungssteigerung und der erfahrungsbasierten Belastungssteigerung am Klinikum Würzburg Mitte ließen die eigenen Prädiktionsmodelle, teils statistisch signifikant, die größten Anteile von CPETs mit optimaler, prognostizierter Belastungsdauer erwarten. Weitere prospektive Untersuchungen zur Validierung der eigenen Leistungsprädiktionsformeln sowie der bereits existierenden Modelle sind erforderlich. / In order to achieve an 8-12-minute incremental exercise phase during a cardiopulmonary exercise test (CPET) on the cycle ergometer, standardization and disease-specific individualization of the increase in workload appears to be useful. The aim of the study was to validate existing approaches for determining the optimized workload increment and to develop individual prediction models for peak workload (Wpeak_pred) for the disease groups cystic fibrosis (CF), pulmonary arterial hypertension (PAH) and chronic thromboembolic pulmonary hypertension (CTEPH). Parameters obtained in CPETs and potential predictors of Wpeak_pred were collected from 82 CF, 83 PAH and 81 CTEPH study participants. Data were analyzed using multiple linear regression analysis and stepwise removal of non-significant predictors separately for each disease group. Models were evaluated using the leave-one-out-cross-validation procedure and a prospective application to small cohorts of CF, PAH and CTEPH patients. A large proportion of the retrospectively collected CPETs of CF, PAH and CTEPH patients were characterized by an incremental exercise duration outside the recommended 8-12 minutes. In the own prediction models, physical activity and WHO functional classes contributed to the prediction of Wpeak_pred in CF and PAH patients. In comparison to the existing suggestions for determining the optimized workload increment evaluated in this study and the experience-based workload increment at the Würzburg Mitte Hospital, the own prediction models showed, partly statistically significantly, the largest proportions of CPETs with optimal predicted duration of the incremental exercise phase. Further prospective studies are required to validate our own workload prediction models and the existing models.

Im Rahmen eines symptom-orientierten Interviews fand sich eine große Anzahl an noch subjektiv belastungsintoleranten Patienten nach einer akuten Lungenembolie. Ein Hauptaugenmerk der Arbeit lag auf der weiteren Differenzierung des funktionellen Outcomes dieser Patienten anhand der objektivierbaren Leistungseinschränkung in der Spiroergometrie und den differentialdiagnostischen Ursachen dieser anhaltenden Beschwerden. So gaben im Follow-Up nach akuter Lungenembolie nach drei Monaten 40% der Patienten, nach sechs, zwölf und 24 Monaten jeweils über 20% der Patienten subjektive Belastungsintoleranz an. Neben einer chronisch-thromboembolischen pulmonalen Hypertonie und einer chronisch- thromboembolischen Erkrankung leiden diese Patienten bedingt durch entsprechende Komorbiditäten auch an anderen präkapillären und postkapillären Non-CTEPH-PH-Entitäten sowie kardialer und ventilatorischer Limitierung, was Ausdruck anderer kardiopulmonaler Begleiterkrankungen sein kann. Danach sollte ebenso im Rahmen einer Lungenembolienachsorge gefahndet werden, um nach Diagnosestellung schnellstmöglich eine adäquate, zielgerichtete Therapie einzuleiten. Ein symptom-basiertes Follow-Up Programm basierend auf einem Telefonmonitoring mit Fragebogen gefolgt von weiterführender klinischer Diagnostik kann helfen Patienten mit einer chronisch-thromboembolischen pulmonalen Hypertonie zu detektieren. Diese Studie hat die Spiroergometrie als wichtige komplementäre diagnostische Methode für eine frühzeitige CTEPH-Diagnose weiter etabliert. Sowohl das Telefonmonitoring als auch die Spiroergometrie zeigten sich effektiv und führten so zu einer CTEPH-Inzidenz von 5,4%. Ein solches Follow-Up Programm nach einer Lungenembolie sollte umgesetzt werden, um eine CTEPH frühzeitig zu diagnostizieren. Neben der oben genannten Auswertung des funktionellen Outcomes der noch symptomatischen Patienten liegen weitere Schwerpunkte dieser Arbeit auf der Analyse des zwölf- und 24 Monats-Follow-Up, auf der Risikostratifizierung anhand der Baseline- Parameter aus Echokardiografie und Spiroergometrie sowie dem Mortalitäts-Outcome. So konnten Prädiktoren für eine CTEPH aus den Baseline-Untersuchungen zum Zeitpunkt der akuten Lungenembolie ermittelt werden und die Erhebung der Komorbiditäten bei Einschluss die Risikostratifizierung von CTEPH-Patienten verdeutlichen. Eine Auswertung der oralen Antikoagulationstherapie konnte Hinweise auf das Blutungs- bzw. Rezidivrisiko geben sowie einen Vergleich der herkömmlichen Vitamin-K-Antagonisten mit den neuen oralen Antikoagulantien leisten. Über eine inkomplette Thrombusresolution nach akuter Lungenembolie ohne Symptome zu verursachen wurde berichtet. Natürlich wäre es interessant anhand von quantitativen und qualitativen Daten zu sehen wie viele solch asymptomatischer Patienten mit pathologischem Lungenperfusionsscan eine CTEPH entwickeln. Jedoch ist solch eine umfassende Follow-Up Untersuchung inklusive aller technischer Modalitäten wie Echokardiografie, CT und Ventilations-/Perfusionsscans von allen Patienten mit akuter Lungenembolie zu kostenintensiv und aus strahlenhygienischer Sicht nicht vertretbar. Daher stellt ein auf symptomatische Patienten fokussiertes strukturiertes Nachsorgeprogramm eine ethisch vertretbare und effektive Herangehensweise dar und ein wirksames Konzept um relevante CTEPH-Erkrankungen zu detektieren. / Based on a symptom-oriented interview, a large number of patients with subjective stress intolerance after acute pulmonary embolism were found. A main focus of this work was the further differentiation of the functional outcome of these patients on the basis of the objectifiable performance limitation in cardiopulmonal exercise testing and the differential diagnostic causes of these persistent complaints. In the follow-up after acute pulmonary embolism, 40% of patients reported subjective exercise intolerance after three months, and after six, twelve, and 24 months, over 20% each. Besides chronic thromboembolic pulmonary hypertension and chronic thromboembolic disease, these patients also suffer from other precapillary and postcapillary non-CTEPH-PH entities as well as cardiac and ventilatory limitations, which may be an expression of other cardiopulmonary comorbidities. These cormobidities should also be a relevant part of a pulmonary embolism aftercare to initiate an adequate, targeted therapy as soon as possible after diagnosis. A symptom-based follow-up program based on a questionnaire telephone monitoring followed by advanced clinical diagnostics may help to detect patients with chronic thromboembolic pulmonary hypertension. This study has further established the cardiopulmonary exercise testing as an important complementary diagnostic tool for early CTEPH diagnosis. Both telephone monitoring and cardiopulmonary exercise testing were effective and resulted in a CTEPH incidence of 5.4%. Such a pulmonary embolism follow-up program should be implemented to diagnose CTEPH early. In addition to the above-mentioned evaluation of the functional outcome of the persistent symptomatic patients, this work is focused on the analysis of the 12- and 24-month follow-up as well as the possible risk stratification based on baseline parameters. For example, possible predictors for a future CTEPH-diagnosis from echocardiography and cardiopulmonary exercise testing at the time of acute pulmonary embolism were identified. An evaluation of the oral anticoagulation therapy could provide information on the risk of bleeding or recurrence as well as a comparison of the conventional vitamin-K-antagonists with the „new oral anticoagulants“. An incomplete thrombus resolution after acute pulmonary embolism without symptoms was reported. Of course, it would be interesting to investigate from quantitative and qualitative data how many asymptomatic patients with pathological lung perfusion scan develop CTEPH. However, such a comprehensive follow-up examination including all technical modalities such as echocardiography, CT and ventilation/perfusion-scans of all patients with acute pulmonary embolism seems to be too cost-intensive and also not acceptable from a radiation exposure point of view. Therefore, a structured follow-up program focused on symptomatic patients represents an ethical and effective approach detecting patients with relevant CTEPH.

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

Idiopathic Pulmonary Fibrosis (IPF) is a progressive parenchymal lung disease with limited therapeutic treatments. Pathologically altered lung fibroblasts, called myofibroblasts, exhibit increased proliferation, migration, and collagen production, and drive IPF development and progression. Fibrogenic factors such as Platelet derived growth factor-BB (PDGF-BB) contribute to these pathological alterations. Endogenous counter-regulating factors are barely known. Published studies have described a protective role of exogenously administered C-type Natriuretic Peptide (CNP) in pathological tissue remodeling, for example in heart and liver fibrosis. CNP and its cyclic GMP producing guanylyl cyclase B (GC-B) receptor are expressed in the lungs, but it is unknown whether CNP can attenuate lung fibrosis by this pathway. To address this question, we performed studies in primary cultured lung fibroblasts. To examine the effects of the CNP/GC-B pathway on PDGF-BB-induced collagen production, proliferation, and migration in vitro, lung fibroblasts were cultured from wildtype control and GC-B knockout mice. Human lung fibroblasts from patients with IPF and healthy controls were obtained from the UGMLC Biobank. In RIA experiments, CNP, at 10nM and 100nM, markedly and similarly increased cGMP levels in both the murine and human lung fibroblasts, demonstrating GC-B/cGMP signaling. CNP reduced PDGF-BB induced proliferation and migration of lung fibroblasts in BrdU incorporation and gap closure assays, respectively. CNP strongly decreased PDGF-BB-induced collagen 1/3 expression as measured by immunocytochemistry and immunoblotting. Importantly, the protective actions of CNP were preserved in IPF fibroblasts. It is known that the profibrotic actions of PDGF-BB are partly mediated by phosphorylation and nuclear export of Forkhead Box O3 (FoxO3), a transcription factor downregulated in IPF. CNP prevented PDGF-BB elicited FoxO3 phosphorylation and nuclear exclusion in both murine and human control and IPF fibroblasts. CNP signaling and functions were abolished in GC-B-deficient lung fibroblasts. Taken together, the results show that CNP moderates the PDGF-BB-induced activation and differentiation of human and murine lung fibroblasts to myofibroblasts. This effect is mediated CNP-dependent by GC-B/cGMP signaling and FoxO3 regulation. To follow up the patho-physiological relevance of these results, we are generating mice with fibroblast-restricted GC-B deletion for studies in the model of bleomycin-induced pulmonary fibrosis. / Idiopathische pulmonale Fibrose (IPF) ist eine progressiv fortschreitende, parenchymale Lungenerkrankung mit beschränkten therapeutischen Behandlungsmöglichkeiten. Pathologisch veränderte Lungenfibroblasten, sogenannte Myofibroblasten, zeigen eine verstärkte Proliferation, Migration und Kollagenproduktion, die zu einem permanenten Fortschreiten der Erkrankung führen. Während fibrogene Faktoren wie Platelet derived growth factor-BB (PDGF-BB) zu dieser pathologischen Veränderung beitragen, sind endogene Faktoren, die diesem Wandel entgegenwirken, kaum bekannt. Allerdings konnten Studien bereits eine protektive Wirkung von exogen verabreichten C-typ natriuretischen Peptid (CNP) auf krankhaft verändertes Gewebe beschreiben, wie beispielsweise bei Herz- und Leberfibrose. Es ist bekannt, dass CNP und sein cGMP produzierender Rezeptor Guanylyl-Cyclase-B Rezeptor (GC-B) in der Lunge exprimiert werden. Allerdings konnte noch nicht nachgewiesen werden, ob CNP durch diesen Signalweg den Fortschritt einer Lungenfibrose verzögern kann. Um dies herauszufinden, wurden Experimente mit kultivierten, primären Lungenfibroblasten durchgeführt. Um die Effekte des CNP/ GC-B Signalwegs auf die PDGF-BB induzierte Kollagenproduktion, Proliferation und Migration in vitro zu überprüfen, wurden Lungenfibroblasten von Kontroll- und GC-B-Knock-Out Mäusen kultiviert. Weiterhin erhielten wir von der UGMLC Biobank menschliche Fibroblasten von IPF-erkrankten Patienten, sowie gesunde Kontrollfibroblasten. Zur Bestätigung der Funktionalität des GC-B/cGMP Weges, wurde in murinen und humanen Fibroblasten mithilfe eines RIAs ein durch CNP (10nM und 100nM) deutlich erhöhtes cGMP-Level gemessen. CNP reduzierte die durch PDGF-BB induzierte Beschleunigung von Proliferation und Migration der Lungenfibroblasten, was mit Hilfe von BrdU incorporation und Gap closure assay nachgewiesen wurde. Ebenfalls zeigten Immunocytochemistrie und -blotting, dass CNP den PDGF-BB induzierten Anstieg an Kollagenexpression verhindert. Somit wurde festgestellt, dass der schützende Effekt von CNP auch in IPF Fibroblasten erhalten bleibt. Weiterhin ist bekannt, dass die PDGF-BB-induzierten, profibrotischen Veränderungen durch Phosphorylierung und Export des Transkriptionsfaktors Forkhead Box O3 (FoxO3) aus dem Zellkern vermittelt werden, welcher in IPF Fibroblasten vermindert exprimiert ist. CNP verhindert diese PDGF-BB aktivierte Phosphorylierung und Translokation in murinen und humanen Kontroll- und IPF-Fibroblasten. In Lungenfibroblasten mit Deletion des GC-B- Rezeptors war das CNP-Signal und auch dessen Effekt ausgelöscht. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass CNP die PDGF-BB induzierte Aktivierung und Differenzierung von menschlichen und murinen Lungenfibroblasten zu Myofibroblasten beeinflusst. Dieser Effekt wird CNP-abhängig durch den GC-B/cGMP Signalweg und durch die Regulierung von FoxO3 vermittelt. Um abschließend die pathophysiologische Relevanz dieser Erkenntnisse zu zeigen, werden zukünftig Mäuse mit einer fibroblasten-spezifischen Deletion des GC-B Rezeptors für Studien in Bleomycin-induzierter Lungenfibrose genutzt.

O Cor pulmonale induzido pela administração intraperitoneal de monocrotalina é um dos modelos mais utilizados para estudar os efeitos dessa síndrome sobre o sistema cardiovascular. Essa síndrome é caracterizada por um desequilíbrio no estado redox celular e uma consequente alteração no imunoconteúdo de proteínas sinalizadoras para a hipertrofia e insuficiência cardíaca. Normalmente, o peróxido de hidrogênio caracteriza-se como a espécie reativa do oxigênio mais estável, e por isso, a molécula mais envolvida com a modulação dessa sinalização. O exercício físico aeróbio tem sido extensamente estudado devido ao fato de ser uma prática que altera o estado redox celular e, consequentemente, a sinalização nos cardiomiócitos. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi testar a hipótese de que o exercício físico poderia modular o estado redox no ventrículo direito em animais tratados com monocrotalina e, ao mesmo tempo, provocar alterações na sinalização celular, estrutura e função cardíaca. Ratos Wistar machos com aproximadamente 180 gramas de massa corporal foram treinados por quatro semanas após a injeção de monocrotalina ou solução salina. Os grupos experimentais (n=6-9 animais/grupo) foram: controle sedentário (CS) – ratos sedentários que receberam uma dose única de solução salina (i.p), monocrotalina sedentário (MS) – ratos sedentários que receberam uma dose única de monocrotalina (i.p), controle treinado (CT) - ratos treinados que receberam uma dose única de solução salina (i.p) e monocrotalina treinado (MT) - ratos treinados que receberam uma dose única de monocrotalina (i.p). As medidas hemodinâmicas foram realizadas após 24 horas da última sessão de exercício físico aeróbio. Os dados de pressão diastólica final do ventrículo direito (PDFVD), pressão sistólica do ventrículo direito (PSVD), derivada pressão/tempo máxima (dP/dtmax) e derivada pressão/tempo mínima (dP/dtmin) foram analisados. Após a análise hemodinâmica, os ratos foram mortos por deslocamento cervical e seus órgãos (coração, pulmão e fígado) foram coletados para análises morfométricas, bioquímicas e moleculares. As concentrações de peróxido de hidrogênio e a relação GSH/GSSG foram medidas obtidas com o objetivo de verificar o estado redox nos diferentes grupos experimentais. A massa dos órgãos foi utilizada para analisar a hipertrofia cardíaca, congestão pulmonar e hepática. A massa ventricular direita foi utlizada em cortes histológicos e para a análise de proteínas relacionadas com o remodelamento cardíaco pela técnica de Western Blot. A administração de monocrotalina provocou hipertrofia do ventrículo direito, congestão pulmonar, aumento da PDFVD, da PSVD, da dP/dtmax e da dP/dtmin nos animais MS e MT. Além disso, nos animais MS e CT, notamos uma redução nas concentrações de peróxido de hidrogênio, sugerindo uma modificação do sistema de defesa antioxidante provocada pela monocrotalina e pelo exercício físico. Já quanto ao volume de vasos, no grupo MS tivemos uma diminuição dessa variável em relação ao seu controle (CS), sendo que, o exercício físico preveniu este efeito nos animais MT em relação ao grupo MS. O exercício físico aeróbio promoveu uma redução no volume intersticial e na espessura da túnica média da artéria pulmonar nos animais MT. A monocrotalina provocou uma redução na relação p-GSK-3β/GSK-3β no grupo MT, sendo que que o exercício físico foi capaz de provocar um aumento nessa relação. Dessa forma, acreditamos que o exercício físico aeróbio possa alterar a função de proteínas redox-sensíveis e, dessa forma, modular a hipertrofia cardíaca nos animais que receberam a monocrotalina. / The Cor pulmonale induced by monocrotaline intraperitoneal administration is one of the most widel used models to study the effects of this syndrome on the cardiovascular system. This syndrome is characterized by an imbalance in cellular redox state and a consequent change in immunocontent of signaling proteins for hypertrophy and heart failure. Mostly, hydrogen peroxide is characterized as the most stable reactive oxygen species, and therefore the most involved molecule in the modulation of these signaling pathways. The aerobic exercise has been extensively studied due to the fact that it is a practice that alters the cellular redox state and thus signaling in cardiomyocytes. Thus, the aim of this study was to test the hypothesis that exercise could modulate the redox state of the right ventricle in animals treated with monocrotaline and, at the same time, cause changes in cell signaling, structure and cardiac function. Male Wistar rats approximately 180 grams of body mass were trained for four weeks after injection of monocrotaline or saline. The experimental groups (n = 6-9 animals / group) were: sedentary control (SC) - sedentary rats that received a single dose of saline (ip), sedentary monocrotaline (SM) - sedentary rats that received a single dose of monocrotaline (ip), trained control (TC) - trained rats that received a single dose of saline (ip) and trained monocrotaline (TM) - trained rats that received a single dose of monocrotaline (ip). Hemodynamic measurements were performed 24 hours after the last session of aerobic exercise. Data for end-diastolic pressure of the right ventricle (EDPRV), right ventricular systolic pressure (RVSP), maximum derived from pressure/time (dP/ dtmax) and minimum derived pressure/time (dP/dtmin) were analyzed. After hemodynamic analysis, mice were killed by cervical dislocation and their organs (heart, lung and liver) were colected. The hydrogen peroxide concentrations and GSH/GSSG are measurements with the aim of verifying the redox state in different experimental groups. The organ weights was used to analyze cardiac hypertrophy, pulmonary and hepatic congestion. A portion of the right ventricular mass was utilized for histological examination and other part fot analyze proteins related to cardiac remodeling, by Western blot. Morphometric analysis were performed after the removal of organs. Administration of monocrotaline caused right ventricular hypertrophy, pulmonary congestion, increased EDPRV, RVSP, dP/dtmax and dP/dtmin in SM and TM animals. Furthermore, in animals and SM and TC, we visualized a reduction in the concentrations of hydrogen peroxide, suggesting a change in the antioxidant defense system caused by monocrotaline and by exercise. Already for the volume of vessels in the SM group, we note a decrease of this variable in relation to its control (SC). At the same time, TM animals had an increase in the volume of vessels in relation to the SM group, showing that exercise promotes an increase in this item. The aerobic exercise promoted a decrease in interstitial volume and thickness of the muscle layer of the pulmonary artery in animals TM. The monocrotaline caused a decrease in the p-GSK-3β/GSK-3β in the TM group, showed that exercise was able to cause an increase in this ratio. Thus, we believe that aerobic exercise can alter the function of signaling proteins and thereby modulate cardiac hypertrophy in animals that received monocrotaline.