Serological evidence of hantavirus infection in rural and urban regions in the state of Amazonas, Brazil

Hantavirus disease is caused by the hantavirus, which is an RNA virus belonging to the family Bunyaviridae. Hantavirus disease is an anthropozoonotic infection transmitted through the inhalation of aerosols from the excreta of hantavirus-infected rodents. In the county of Itacoatiara in the state of Amazonas (AM), Brazil, the first human cases of hantavirus pulmonary and cardiovascular syndrome were described in July 2004. These first cases were followed by two fatal cases, one in the municipality of Maues in 2005 and another in Itacoatiara in 2007. In this study, we investigated the antibody levels to hantavirus in a population of 1,731 individuals from four different counties of AM. Sera were tested by IgG/IgM-enzyme-linked immune-sorbent assay using a recombinant nucleocapsid protein of the Araraquara hantavirus as an antigen. Ten sera were IgG positive to hantavirus (0.6%). Among the positive sera, 0.8% (1/122), 0.4% (1/256), 0.2% (1/556) and 0.9% (7/797) were from Atalaia do Norte, Careiro Castanho, Itacoatiara and Labrea, respectively. None of the sera in this survey were IgM-positive. Because these counties are distributed in different areas of AM, we can assume that infected individuals are found throughout the entire state, which suggests that hantavirus disease could be a local emerging health problem.

Stress amplifies lung tissue mechanics, inflammation and oxidative stress induced by chronic inflammation

Background: Mechanisms linking behavioral stress and inflammation are poorly understood, mainly in distal lung tissue. Objective: We have investigated whether the forced swim stress (FS) could modulate lung tissue mechanics, iNOS, cytokines, oxidative stress activation, eosinophilic recruitment, and remodeling in guinea pigs (GP) with chronic pulmonary inflammation. Methods: The GP were exposed to ovalbumin or saline aerosols (2x/wk/4wks, OVA, and SAL). Twenty-four hours after the 4th inhalation, the GP were submitted to the FS protocol (5x/wk/2wks, SAL-S, and OVA-S). Seventy-two hours after the 7th inhalation, lung strips were cut and tissue resistance (Rt) and elastance (Et) were obtained (at baseline and after OVA and Ach challenge). Strips were submitted to histopathological evaluation. Results: The adrenals' weight, the serum cortisol, and the catecholamines were measured. There was an increase in IL-2, IL-5, IL-13, IFN-gamma, iNOS, 8-iso-PGF2 alpha, and in %Rt and %Et after Ach challenge in the SAL-S group compared to the SAL one. The OVA-S group has had an increase in %Rt and %Et after the OVA challenge, in %Et after the Ach and in IL-4, 8-iso-PGF2 alpha, and actin compared to the OVA. Adrenal weight and cortisol serum were increased in stressed animals compared to nonstressed ones, and the catecholamines were unaltered. Conclusion & clinical relevance: Repeated stress has increased distal lung constriction, which was associated with an increase of actin, IL-4, and 8-iso-PGF2 alpha levels. Stress has also induced an activation of iNOS, cytokines, and oxidative stress pathways.

Infrared (810-nm) low-level laser therapy on rat experimental knee inflammation

Arthritis of the knee is the most common type of joint inflammatory disorder and it is associated with pain and inflammation of the joint capsule. Few studies address the effects of the 810-nm laser in such conditions. Here we investigated the effects of low-level laser therapy (LLLT; infrared, 810-nm) in experimentally induced rat knee inflammation. Thirty male Wistar rats (230-250 g) were anesthetized and injected with carrageenan by an intra-articular route. After 6 and 12 h, all animals were killed by CO(2) inhalation and the articular cavity was washed for cellular and biochemical analysis. Articular tissue was carefully removed for real-time PCR analysis in order to evaluate COX-1 and COX-2 expression. LLLT was able to significantly inhibit the total number of leukocytes, as well as the myeloperoxidase activity with 1, 3, and 6 J (Joules) of energy. This result was corroborated by cell counting showing the reduction of polymorphonuclear cells at the inflammatory site. Vascular extravasation was significantly inhibited at the higher dose of energy of 10 J. Both COX-1 and 2 gene expression were significantly enhanced by laser irradiation while PGE(2) production was inhibited. Low-level laser therapy operating at 810 nm markedly reduced inflammatory signs of inflammation but increased COX-1 and 2 gene expression. Further studies are necessary to investigate the possible production of antiinflammatory mediators by COX enzymes induced by laser irradiation in knee inflammation.

Inducible Nitric Oxide Synthase Inhibition Attenuates Physical Stress-Induced Lung Hyper-Responsiveness and Oxidative Stress in Animals with Lung Inflammation

Mechanisms involved in stress-induced asthmatic alterations have been poorly characterised. We assessed whether inducible nitric oxide synthase (iNOS) inhibition modulates the stress-amplified lung parenchyma responsiveness, oxidative stress and extracellular matrix remodelling that was previously increased by chronic lung inflammation. Guinea pigs were subjected to 7 exposures to ovalbumin (1-5 mg/ml) or saline (OVA and SAL groups) over 4 weeks. To induce behavioural stress, animals were subjected to a forced swimming protocol (5 times/week, over 2 weeks; SAL-Stress and OVA-Stress groups) 24 h after the 4th inhalation. 1400W (iNOS-specific inhibitor) was administered intraperitoneally in the last 4 days of the protocol (SAL-1400W, OVA-1400W, SAL-Stress+1400W and OVA-Stress+1400W groups). Seventy-two hours after the last inhalation, animals were anaesthetised and exsanguinated, and adrenal glands were removed. Lung tissue resistance and elastance were evaluated by oscillatory mechanics and submitted for histopathological evaluation. Stressed animals had higher adrenal weights compared to non-stressed groups, which were reduced by 1400W treatment. Behavioural stress in sensitised animals amplified the resistance and elastance responses after antigen challenge, numbers of eosinophils and iNOS+ cells, actin content and 8-iso-PGF2 alpha density in the distal lung compared to the OVA group. 1400W treatment in ovalbumin-exposed and stressed animals reduced lung mechanics, iNOS+ cell numbers and 8-iso-PGF2a density compared to sensitised and stressed animals that received vehicle treatment. We concluded that stress amplifies the distal lung constriction, eosinophilic inflammation, iNOS expression, actin content and oxidative stress previously induced by chronic lung inflammation. iNOS-derived NO contributes to stress-augmented lung tissue functional alterations in this animal model and is at least partially due to activation of the oxidative stress pathway. copyright (C) 2012S. Karger AG, Basel

Comparison of the n-Alkanes and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons Concentrations in the Atmosphere during the Preparation of Warm and Hot Mixtures Asphalt for Pavements

Asphalt binder is used in the production of hot mixes asphalt (HMA) for paving and, due to the high temperatures used, generates fumes thatcontainn-alkanes and polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). Asphalt mixes prepared at lower temperatures, such as warm mixes asphalt (WMA), may contribute to reduce the emissions of those compounds and save energy. This paper investigatesn-alkanes and PAH in the total suspended particles during the preparation of WMA, in comparison with HMA, in laboratory. The results showed that the n-alkanes of the WMA and HMA presented C-max at n-C-26 and n-C-28, respectively; also, the total content of n-alkanes was higher for the HMA than forthe WMA. Besides, benzo[b]fluoranthene and benzo[a]anthracene were the major PAH in the WMA, while the higher temperatures of the HMA were observed to volatilize all larger PAH, demonstrating higher potential of inhalation exposure.

Effects of Repeated Stress on Distal Airway Inflammation, Remodeling and Mechanics in an Animal Model of Chronic Airway Inflammation

Background/Aims: Epidemiological studies suggest that stress has an impact on asthmatic exacerbations. We evaluated if repeated stress, induced by forced swimming, modulates lung mechanics, distal airway inflammation and extracellular matrix remodeling in guinea pigs with chronic allergic inflammation. Methods: Guinea pigs were submitted to 7 ovalbumin or saline aerosols (1-5 mg/ml during 4 weeks; OVA and SAL groups). Twenty-four hours after the 4th inhalation, guinea pigs were submitted to the stress protocol 5 times a week during 2 weeks (SAL-S and OVA-S groups). Seventy-two hours after the 7th inhalation, guinea pigs were anesthetized and mechanically ventilated. Resistance and elastance of the respiratory system were obtained at baseline and after ovalbumin challenge. Lungs were removed, and inflammatory and extracellular matrix remodeling of distal airways was assessed by morphometry. Adrenals were removed and weighed. Results: The relative adrenal weight was greater in stressed guinea pigs compared to non-stressed animals (p < 0.001). Repeated stress increased the percent elastance of the respiratory system after antigen challenge and eosinophils and lymphocytes in the OVA-S compared to the OVA group (p < 0.001, p = 0.003 and p < 0.001). Neither collagen nor elastic fiber contents were modified by stress in sensitized animals. Conclusions: In this animal model, repeated stress amplified bronchoconstriction and inflammatory response in distal airways without interfering with extracellular matrix remodeling. Copyright (C) 2011 S. Karger AG, Basel

Modulation of the oscillatory mechanics of lung tissue and the oxidative stress response induced by arginase inhibition in a chronic allergic inflammation model

Abstract Background The importance of the lung parenchyma in the pathophysiology of asthma has previously been demonstrated. Considering that nitric oxide synthases (NOS) and arginases compete for the same substrate, it is worthwhile to elucidate the effects of complex NOS-arginase dysfunction in the pathophysiology of asthma, particularly, related to distal lung tissue. We evaluated the effects of arginase and iNOS inhibition on distal lung mechanics and oxidative stress pathway activation in a model of chronic pulmonary allergic inflammation in guinea pigs. Methods Guinea pigs were exposed to repeated ovalbumin inhalations (twice a week for 4 weeks). The animals received 1400 W (an iNOS-specific inhibitor) for 4 days beginning at the last inhalation. Afterwards, the animals were anesthetized and exsanguinated; then, a slice of the distal lung was evaluated by oscillatory mechanics, and an arginase inhibitor (nor-NOHA) or vehicle was infused in a Krebs solution bath. Tissue resistance (Rt) and elastance (Et) were assessed before and after ovalbumin challenge (0.1%), and lung strips were submitted to histopathological studies. Results Ovalbumin-exposed animals presented an increase in the maximal Rt and Et responses after antigen challenge (p<0.001), in the number of iNOS positive cells (p<0.001) and in the expression of arginase 2, 8-isoprostane and NF-kB (p<0.001) in distal lung tissue. The 1400 W administration reduced all these responses (p<0.001) in alveolar septa. Ovalbumin-exposed animals that received nor-NOHA had a reduction of Rt, Et after antigen challenge, iNOS positive cells and 8-isoprostane and NF-kB (p<0.001) in lung tissue. The activity of arginase 2 was reduced only in the groups treated with nor-NOHA (p <0.05). There was a reduction of 8-isoprostane expression in OVA-NOR-W compared to OVA-NOR (p<0.001). Conclusions In this experimental model, increased arginase content and iNOS-positive cells were associated with the constriction of distal lung parenchyma. This functional alteration may be due to a high expression of 8-isoprostane, which had a procontractile effect. The mechanism involved in this response is likely related to the modulation of NF-kB expression, which contributed to the activation of the arginase and iNOS pathways. The association of both inhibitors potentiated the reduction of 8-isoprostane expression in this animal model.

Lung morphology and growth of rats exposed to tobacco smoke and alcohol

PURPOSE: Investigate the morphological effects of chronic exposure to tobacco smoke inhalation and alcohol consumption on the lungs and on the growth of rats. METHODS: Sixty male Wistar rats were divided into four groups: control, tobacco, alcohol, tobacco + alcohol, for a period of study 260 days. Morphological analysis was conducted by optical and electron microscopy. Rat growth was investigated by measuring the snout-anus length, body mass index and body weight. RESULTS: The three groups exposed to the drugs presented lower growth and lower weight than the control group. The percentages of alveolitis, bronchiolitis and the mean alveolar diameter were greater, particularly in the groups exposed to tobacco smoke, but were not significantly different from the control group. Electron microscopy revealed more intense apoptotic and degenerative lesions in the smoking group, while degenerative lesions in the lamellar bodies were more intense with the association of both drugs. CONCLUSIONS: This experimental model showed morphological alterations observed by electron microscopy, principally due to tobacco smoke exposure. Alcohol and tobacco hindered the growth of rats, such that tobacco showed a greater effect on body length and alcohol on body weight.

Similar ethanol drinking in adolescent and adult C57BL/6J mice after chronic ethanol exposure and withdrawal

BACKGROUND: Increasing evidence shows that excessive alcohol consumption during adolescence increases vulnerability to alcohol use disorders in adulthood. The aim of this study was to examine differences between adolescent and adult C57BL/6J mice in drinking behavior and blood ethanol (EtOH) concentrations (BECs) after chronic EtOH exposure and withdrawal. METHODS: Male adolescent (PND = 28 to 30) and adult (PND = 70) C57BL/6J mice were allowed to consume EtOH in a 2-bottle choice paradigm (15% EtOH vs. water) for 3 weeks (Baseline drinking, Test 1, and Test 2), which were interspersed with 2 cycles (Cycles I and II) of chronic EtOH vapor or air inhalation (16 hours) and withdrawal (8 hours). BECs were determined during both cycles. RESULTS: Chronic EtOH exposure led to increased EtOH intake during Test 1 and Test 2 in both adolescent and adult mice compared with air-exposed controls, and no differences between age groups were observed. During Cycle I adult mice showed higher BECs compared with adolescents. During Cycle II, BECs were lower in adult mice as compared to Cycle I, and BECs in adolescent mice did not change between the 2 cycles. CONCLUSIONS: Chronic EtOH exposure followed by withdrawal periods increases EtOH consumption similarly in both adolescent and adult mice, despite differences in BECs

Analisi del profilo tossicologico e cancerogeno del particolato atmosferico e identificazione dei rischi per la salute umana correlati all'esposizione

Gli impianti di incenerimento di rifiuti solidi suscitano preoccupazione nella popolazione per i possibili effetti avversi associati all’esposizione. Gli effetti delle polveri sottili (PM2.5), generate dai processi di combustione, sulla salute umana includono l’insorgenza di patologie a carico del sistema respiratorio e cardiovascolare e l’aumento della mortalità per malattie polmonari e probabilmente cancro al polmone. Lo scopo della tesi è quello di valutare il profilo tossicologico e cancerogeno del particolato atmosferico in prossimità dell’inceneritore di Bologna rispetto alle aree adiacenti mediante l’utilizzo di test alternativi alle metodologie in vivo, come il test di trasformazione cellulare e approcci di tossicogenomica (soprattutto trascrittomica) oltre alla valutazione della variazione del rischio cancerogeno indotto dall’esposizione di PM2.5 in diversi siti (massima ricaduta, controllo, fondo urbano e fondo rurale) e in differenti periodi di campionamento (estate 2008 e inverno 2009). Gli estratti di PM2.5 relativi alla stagione invernale sono risultati più tossici rispetto ai campioni estivi, che inducono tossicità soprattutto alle alte dosi. Per i campioni invernali il numero medio di colonie di cellule BALB/c 3T3 A31-1-1 risulta ridotto in modo significativo anche per le dosi più basse saggiate indipendentemente dal sito di provenienza. Tutti i campioni analizzati sono risultati negativi nel test di trasformazione cellulare in vitro. L’analisi dell’espressione genica delle cellule BALB/c 3T3 A31-1-1, in seguito all’esposizione agli estratti di PM2.5, ha mostrato un effetto stagionale evidente. Relativamente ai campioni invernali è stato evidenziato un maggior effetto tossico da parte del sito di controllo rispetto alla massima ricaduta, poiché nel sito di controllo risultano attivati marcatori di morte cellulare per apoptosi. La valutazione del rischio cancerogeno in tutti i siti valutati non mostra situazioni preoccupanti legate alla predizione di eccessi di rischio di tumori imputabili all’attività dell’inceneritore in quanto le stime di rischio non eccedono mai il valore limite riportato in letteratura.

Neue Aspekte zur effektiven bronchialen Applikation inhalativer Medikamente im Kindesalter

Zur bronchialen Deposition von Arzneimitteln stehen im Wesentlichen drei Inhalationssysteme zur Verfügung: (1) Dosier-Aerosole (pressurized Metered Dose Inhaler, pMDI), (2) Trockenpulver-Inhalatoren (Dry Powder Inhaler, DPI) und (3) Druckluftvernebler zur Feuchtinhalation. Der Erfolg einer Inhalationstherapie hängt neben anderen Faktoren (s.u.) wesentlich vom Depositionsverhalten des als Aerosol inhalierten Medikamentes ab. Wie viel wirksame Substanz lagert sich an welchen Stellen der Atemwege ab und welche Dosis erreicht letztlich die kleinen Atemwege? Einflussfaktoren sind hier vor allem die Partikelgröße und die Inhalationstechnik. So verlangen beispielsweise DPI’s einen respiratorischen Spitzenfluss (PIF) von mindestens 30 l/min, wohingegen bei der Verwendung von pMDI’s ein gleich bleibender PIF von 40 bis 90 l/min erwünscht ist. Die für das jeweilige Inhalationssystem optimale Atemtechnik muss also vom Patienten erlernt werden. Mit den eigenen Arbeiten soll das Verständnis inhalativer Vorgänge sowie die bronchiale Deposition von inhalativen Medikamenten bei pädiatrischen Patienten verbessert werden. Aus der Vielzahl der Inhalatoren wählten wir für unsere Versuche fünf Systeme aus, deren unterschied-liche Anforderungen an den Patienten repräsentativ überprüft wurden: (1) DPI mit mittlerem Widerstand: Diskus®, (2) DPI mit hohem Widerstand: Turbohaler®, (3) pMDI: Autohaler®, (4) pMDI für Säuglinge: Budiair® mit verschiedenen Vorsatzkammern (Babyhaler®, AeroChamber® Plus small und medium) und (5) nachfüllbarer DPI mit niedrigem Widerstand: MAGhaler®. Für unsere Studien unverzichtbar war außerdem ein Testsystem, mit dem die Fähigkeit der Patienten überprüft und verbessert werden kann, einen bestimmten Inhalator effektiv zu benutzen, d.h. das gewünschte Atemmanöver durchzuführen und damit eine optimale Medikamenten-Deposition zu erreichen. Erste Untersuchungen ergaben, dass die kommerziell auf dem Markt verfügbaren Testsysteme suboptimal sind, weil sie sich nur auf die Messung des PIF’s konzentrieren und andere für die Deposition wichtige Parameter (Beschleunigung, Inhaltionsdauer etc.) außer Acht lassen. Wir entwickelten daher den Inhalation-Manager, der die Dokumentation des gesamten Atemmanövers ermöglicht. Es handelt sich dabei um ein computerbasiertes Mess- und Kontrollsystem, das unmittelbar nach der Inhalation ein optisches feedback des gesamten Manövers inklusive des generierten Partikelspektrums liefert. Die daraus weiterentwickelte Schulungssoftware ermöglicht die individuelle Schulung verschiedener Inhalationsmanöver auch mit neuen Inhalatoren. Patient und Arzt erhalten eine optische Rückmeldung, die den Erfolg oder Misserfolg der Inhalation erkennen lässt. Erste Schulungen mit dem neuen System von pädiatrischen Patienten mit Asthma bronchiale verliefen positiv: der Anteil der optimalen Inhalationsmanöver und damit auch der Therapieerfolg stiegen an. Allerdings zeigte sich auch, dass verschiedene Systeme nicht gleichzeitig geschult werden sollten. Generelle Schwierigkeiten bereitet die Inhalationstherapie von Kindern bis etwa zum 4. Geburtstag, da diese meist gar kein Inhalationsmanöver erlernen können. Die Medikamente müssen somit durch den Ruheatemfluss ins Bronchialsystem transportiert werden, wobei Dosieraerosole mit Vorsatzkammern (Spacer) oder Vernebler mit Masken zum Einsatz kommen sollten. Bei der Inhalation mit Spacer war bislang unklar, wie viel Prozent der Nominaldosis letztlich in die Lunge gelangen und therapeutisch wirksam werden. Unsere in-vitro Studien mit einem Dosieraerosol und verschiedenen Spacern zeigten, dass nach fünf Atemzügen maximal 20% der Nominaldosis das Gerät bzw. den Spacer verlassen. Nach nur einem Atemzug und bei Verwendung bestimmter Spacer (großes Totraumvolumen) beträgt dieser Wert sogar nur 5%. Dieses Ergebnis belegt, dass man vom Säuglings- bis zum Erwachsenenalter nahezu die gleiche Nominaldosis verabreichen kann, da durch unterschiedliche Inhalationsmanöver und –systeme die wirksame Dosis extrakorporal auf die altersentsprechende Dosis reduziert wird. Ein besonderes Problem ergibt sich schließlich bei der Feuchtinhalation mit Druckluftverneblern. Hier darf die Kompatibilität von unterschiedlichen Inhalationslösungen nicht außer Acht gelassen werden. So gaben in unserer Mukoviszidose-Ambulanz viele Betroffene an, aus Zeitgründen unterschiedliche Inhalationslösungen bei der Feuchtinhalation zu mischen. Physikalisch-chemische Inkompatibilitäten können dann die Wirksamkeit der Therapie beeinträchtigen und auch zu unerwünschten Nebenwirkungen führen. In einer interdisziplinären Arbeitsgruppe mit Chemikern und Pharmazeuten untersuchten wir daher die Mischbarkeit von häufig genutzten Inhalationslösungen (Salbutamol, Ipratropium, Cromoglicinsäure, Budenosid, Tobramycin und Dornase Alpha) und stellten die Ergebnisse (mögliche Inhaltionskombinationen) tabellarisch zusammen.

Generierung leicht dispergierbarer Inhalationspulver mittels Sprühtrocknung

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Möglichkeiten der Sprühtrocknung für die Generierung von Inhalationspulvern zur Therapie von Lungenkrankheiten zu nutzen. Die Erzeugung von physikalisch stabilen und leicht dispergierbaren Partikeln steht hierbei im Vordergrund. Aufgrund von physiko-chemischen Untersuchungen (Glasübergangstemperatur, Fragilität, Relaxationsverhalten, Hygroskopizität) unterschiedlicher amorpher Hilfsstoffe (Lactose, Raffinose, Dextrane, Cyclodextrine) ist für Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin das größte Potential für die Stabilisierung eines Wirkstoffes innerhalb einer amorphen Matrix erkennbar. Sprühgetrocknete Partikel weisen im Vergleich zu strahlgemahlenen Partikeln günstigere Dispergier- und Depositionseigenschaften auf. Dies ist vorrangig auf größere Berührungsflächen zwischen strahlgemahlenen Partikeln zurückzuführen. Kugelförmige sprühgetrocknete Partikel besitzen dagegen aufgrund einer punktförmigen Berührung geringere Haftkräfte. Versuche mit unterschiedlich stark gefalteten Partikeloberflächen weisen auf geringere Haftkräfte hin, wenn sich die Partikel an Stellen geringerer Krümmungsradien berühren. Dispergierversuche in einer definierten Rohrströmung (Deagglomerator) lassen auf einen kaskadenartigen Agglomeratzerfall schließen. Durch Sprüheinbettung unterschiedlicher Modellwirkstoffe (Salbutamolsulfat, Ipratropiumbromid, Budesonid) in Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin konnten sowohl Einzelformulierungen als auch eine Kombinationsformulierung mit allen drei Wirkstoffen erzeugt werden. Diese weisen bei einem Wirkstoffgehalt bis max. 14% selbst nach vierwöchiger Offenlagerung bei 40°C und 75% r.F. keine bzw. nur geringfügige Veränderungen in der „Fine Particle Dose“ (FPD) auf. Die „Fine Particle Fraction“ (FPF) liegt bei diesen Formulierungen im Bereich von 40% bis 75%. In Verbindung mit einem geeigneten Pack- bzw. Trockenmittel, ist hierbei mit einer physikalischen Stabilität zu rechnen, die eine sinnvolle Produktlaufzeit eines Inhalationspulvers ermöglicht. Formulierungen mit höheren Wirkstoffkonzentrationen zeigen dagegen stärkere Veränderungen nach Stresslagerung. Als Beispiel einer kristallinen Sprühtrocknungsformulierung konnte ein Pulver bestehend aus Mannitol und Budesonid erzeugt werden.

Optimierung der Inhalationstherapie bei Kindern und Mukoviszidose-Patienten

Die pulmonale Applikation von Arzneimitteln hat in den vergangenen Jahren zu- rnnehmend an Bedeutung gewonnen und wird vor allem in der lokalen Therapie bei Asthma, COPD und Mukoviszidose genutzt. Als neues innovatives Inhalationsgerät befindet sich der Respimat® seit 2004 auf dem Arzneimittelmarkt und ist bisher nur für Erwachsene zugelassen. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit die Anwendbarkeit und die Modifikation des Respimats® bei Kindern untersucht. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse, dass Kinder ab einem Alter von fünf Jahren fähig sind suffizient mit dem Respimat® zu inhalieren und gute Werte für die estimierte Intrathorakaldosis zu erreichen. Besonders Kinder von 9-12 Jahren und Patienten mit DPI- oder Autohaler®-Inhalationserfahrung erreichten aufgrund eines hohen Atemflusses eine niedrigere estimierte Intrathorakaldosis als es das Potenzial des Respimats® erlaubt hätte. Durch den Einbau eines höheren internen Widerstands in den Orginalrespimat® wurde der Atemfluss signifikant verlangsamt und die Intrathorakaldosis erhöht. Des Weiteren wurden in der vorliegenden Arbeit die physikalisch-chemische Kompatibilität und die aerodynamischen Eigenschaften von Mischinhalationslösung/-suspensionen untersucht. In der Praxis mischen Muko-viszidose-Patienten oftmals mehrere Fertigarzneimittel und inhalieren diese simultan. Dadurch wird der Zeitaufwand der täglichen Inhalation reduziert und die Compliance sowie die Lebensqualität verbessert. Die 4er Kombination aus Colistimethat mit konservierungsmittelfreier Salbutamolsulfat, Ipratropiumbromidinhalationslösungen und Fluticason-17-propionatinhalationssuspension erwies sich als physikalisch-chemisch kompatibel. Die entwickelte mikrobiologische Wertbestimmungsmethode erwies sich als robust, präzise, gut reproduzierbar und erfüllte alle Anforderungen des statistischen Modells. Weiterhin wurden die aerodynamischen Eigenschaften einer praxisrelevanten 3er Mischinhalationssuspension aus Salbutamolsulfat, Ipratropiumbromid und Fluticason-17-propionat im Vergleich zu deren konsekutiven Vernebelung mittels Kaskadenimpaktion betrachtet. Die Charakteristik des erzeugten Aerosols änderte sich für simultan vernebeltes Salbutamolsulfat und Ipratropiumbromid nicht, wohingegen Fluticason-17-propionat bei simultaner Vernebelung eine Reduktion des MMADs, der delivered dose und der recovery aufwies. Dennoch ist die inhalative Glukokortikoiddosis ausreichend hoch um eine effektive antiinflammatorische Wirkung zu gewährleisten. Daher kann die simultane Inhalation der 3er Kombination empfohlen werden und somit die Compliance und die Lebensqualität von Mukoviszidosepatienten erhöht werden.rn

Methodische Untersuchung zur Diagnostik der bronchialen Hyperreagibilität mit Hilfe eines inhalativen Methacholin-Provokationstests

Die unspezifische Provokation mit Methacholin ist die am weitesten verbreitete und akzeptierte Methode zur Diagnose bzw. zum Ausschluss der bronchialen Hyperreagibilität bei Patienten mit Verdacht auf ein Asthma bronchiale und zu dessen Therapiekontrolle. Um die Sicherheit und die Genauigkeit der Methode weiter zu verbessern, wurde daher ein Dosimeterprotokoll entwickelt, das die inhalierte Methacholin-Dosis anstatt durch die Erhöhung, d.h. in der Regel Verdoppelung, der Methacholinkonzentrationen nur durch Erhöhung der Anzahl der Inhalationen bei konstanter, niedriger Konzentration der Methacholinlösung steigert. Dieses neue Protokoll wurde verglichen mit anderen weit verbreiteten Methacholin-Provokationsprotokollen. Die Methacholinchlorid-Lösung (1,75 mg/ml) wurde mit Hilfe des Dosimetersystems ZAN 200 ProvAir II sowie des Verneblertopfes DeVilbiss 646 vernebelt. 15 Asthmapatienten mit einer vor der Provokation normalen Lungenfunktion (FEV1 98 +/- 9 % PN) und 18 Lungengesunde (FEV1 110 +/- 12 % PN) nahmen an der Testreihe teil. Begonnen wurde mit einer Dosis von 20 μg Methacholinchlorid (= eine Inhalation); beendet wurde der Versuch bei einer Kumulativdosis von 2000 μg Methacholinchlorid, wenn nicht vorher ein Kriterium für einen positiven Test und damit für einen Versuchsabbruch erfüllt wurde. Abbruchkriterien waren entweder ein Abfall der FEV1 um 20 % des Ausgangswertes oder ein Anstieg des totalen Atemwegswiderstandes auf ≥ 0,5 kPa*s/l. Mittels linearer Regression wurden die Provokationsdosen PD 20 FEV1 und PD Rtot ≥ 0,5 berechnet. Im Vergleich mit anderen Protokollen zeigte sich, dass auch das neue Protokoll zuverlässig und sicher zwischen gesund und krank unterscheidet. Der Median der PD 20 FEV1 liegt in der Gruppe der Asthmatiker bei 222 μg, bei den Lungengesunden bei 2000 μg; daraus ergibt sich ein p-Wert von < 0,001. In Bezug auf die PD Rtot ≥ 0,5 liegt der Median bei den Asthmatikern bei 122 μg, in der Gruppe der Lungengesunden bei 2000 μg; hieraus errechnet sich ebenfalls ein p-Wert von < 0,001. Sensitivität und Spezifität der Methode wurden mittels ROC-Kurven untersucht. Basierend auf der PD 20 FEV1 liefert die Methode für die Diagnose einer bronchialen Hyperreagibilität bei einer Enddosis von 1000 μg Methacholinchlorid eine Sensitivität von über 93 % und eine Spezifität von 83 %; basierend auf der PD Rtot ≥ 0,5 liegt die Sensitivität bei einer Dosis von 1000 μg bei 90 %, die Spezifität bei 89 %. Für die gemeinsame Betrachtung der parameterspezifischen Provokationsdosen PD 20 FEV1 und PD Rtot ≥ 0,5, der PD Minimal, bei 1000 μg liegt die Sensitivität bei über 93 % und die Spezifität bei 83 %. Daher können 1000 μg als Schwellendosis für den Ausschluss einer bronchialen Hyperreagibilität zum Untersuchungszeitpunkt angesehen werden, und der Test darf an diesem Punkt abgebrochen werden. Grundsätzlich ist festzustellen, dass die Diagnostik der bronchialen Hyperreagibilität sicher und genau mit Hilfe eines Dosimeterprotokolls erfolgen kann, das die Methacholin-Dosis nur durch die Steigerung der Inhalationen bei gleichbleibender Konzentration der Methacholinlösung erhöht. Die Schwellendosis zwischen normaler und pathologischer bronchialer Reaktion, Sensitivität und Spezifität sowie die Trennschärfe der Methode sind sehr gut vergleichbar mit anderen bisher etablierten Protokollen.

Suppression des allergischen Asthmas durch regulatorische T-Zellen: Mechanismen und potenzielle therapeutische Ansätze

Das allergische Asthma ist eine weit verbreitete, immunologische Erkrankung, deren Prävalenz in den vergangenen 20 Jahren vor allem in industrialisierten Regionen drastisch zugenommen hat. Trotz intensiver Forschung und Entwicklung medikamentöser Therapien steigt die Zahl der Patienten stetig an. Charakteristisch für diese Erkrankung sind entzündliche Veränderungen in der Lunge, erhöhte Atemwegsüberempfindlichkeit (AHR), Mukusproduktion und in chronischen Fällen auch Atemwegsobstruktion. Bei der Entstehung des allergischen Asthmas wird ein anfälliges Individuum durch die Inhalation eines normalerweise unschädlichen, in der Umwelt vorkommenden Antigens (Allergen) sensibilisiert, wodurch im Körper eine eigentlich unangebrachte Immunreaktion in Gang gesetzt wird. CD4+ T-Lymphozyten und ganz besonders die Subpopulationen der T-Helfer 1 (Th1) und Th2 Zellen spielen in dem Prozess eine zentrale Rolle. Obwohl ein Großteil der Asthmatiker mit einer Atemwegseosinophilie und erhöhter Expression der Th2-typischen Zytokine IL-4 und IL-13 ein Th2-typisches Krankheitsbild aufweisen, wurden weitere Asthmaphänotypen identifiziert. Vornehmlich in Patienten, die an schwerem Asthma leiden, sind dominierende Neutrophilie und erhöhte Mengen IFN-γ in den Atemwegen nachweisbar, was auf eine Th1-gesteuerte Immunreaktion hindeutet. Eine effektive, heilende Therapie des Asthmas wurde bislang nicht entwickelt. Die Inhibition der T-Zellantwort etwa durch Applikation allergenspezifischer, regulatorischer T-Zellen (Tregs) gilt als ein vielversprechender, aber nicht vollständig erforschter Ansatz zur Kontrolle der Krankheitssymptome. In diesem Zusammenhang wurden in der vorliegenden Arbeit die Mechanismen und Effekte natürlich vorkommender CD4+CD25+Foxp3+ regulatorischer T-Zellen (nTregs) auf eine Th1 bzw. Th2-induzierte allergische Atemwegserkrankung untersucht. Anhand eines adoptiven Zelltransfermodells unter Einsatz lymphozytendefizienter Rag2-/- Mäuse konnte gezeigt werden, dass sowohl Th1 als auch Th2 Zellen, kombiniert mit mehrfacher, inhalativer Allergenprovokation, eine erhöhte AHR induzieren. Während der Transfer allergenspezifischer Th2 Zellen eine Eosinophilie in der bronchoalveolären Lavage (BAL) und vermehrte Mukusproduktion in den Atemwegen hervorrief, war in Th1-transferierten Tieren zwar eine massive Infiltration neutrophiler Granulozyten zu beobachten, eine Becherzellmetaplasie mit vermehrten, mukusproduzierenden Atemwegsepithelzellen blieb allerdings aus. In vitro und in vivo waren voraktivierte nTregs (preTregs) nur eingeschränkt in der Lage, die Th2-gesteuerte Atemwegserkrankung zu inhibieren. Im Gegensatz dazu konnten die Th1-Effektorfunktionen in vitro und die Th1-induzierte AHR und Atemwegsentzündung in vivo durch preTregs effektiv gehemmt werden, was auf eine unterschiedliche Empfindlichkeit der Th-Subpopulationen weist. Innerhalb der nTreg-vermittelten Suppression wird der sekundäre Botenstoff cAMP auf die zu supprimierende Zelle übertragen und führt zur Hemmung von Proliferation und Zytokinproduktion. Dass dieser Mechanismus nicht nur in vitro, sondern auch in der Suppression der Th2-gesteuerten allergischen Atemwegserkrankung eine Rolle spielt, konnte durch die Störung des intrazellulären cAMP-Abbaus mittels PDE4-Inhibitoren verdeutlicht werden. Sowohl die prophylaktische, als auch die therapeutische Applikation der PDE4-Inhibitoren verstärkte den regulativen Effekt der nTregs auf AHR und Entzündung, korrelierend mit erhöhten, zytosolischen cAMP-Konzentrationen in den Th2 Zellen der Lunge. Trotz des Fortschritts in der Isolation und In vitro-Expansion humaner nTregs ist die Ausbeute an Zellen äußerst limitiert und die Übertragbarkeit größerer Zellmengen nicht zuletzt aufgrund von hohem Kontaminationsrisiko während mehrtägiger In vitro-Expansion fragwürdig. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, dass eine Behandlung mit dem PDE4-Inhibitor die suppressive Kapazität der allergenspezifischen nTregs deutlich erhöhte. Den nTreg-vermittelten Suppressionsmechanismus durch den Einsatz von Pharmazeutika zu unterstützen bietet einen viel versprechenden und realistischen Ansatz zur Therapie des allergischen Asthmas.