Dominik Lutter: Zirkadianer Rhythmus „Atlas des Bewegungsstoffwechsels“ - wirksame Sporttherapien nach innerer Uhr

Medizin am Abend Berlin - MaAB:  Morgensport vs. Abendsport: 

Forschende entschlüsseln die unterschiedlichen Auswirkungen auf unsere Gesundheit

• Bewegen wir unseren Körper, sendet dieser Hunderte verschiedener Signale aus, die unsere Gesundheit in vielerlei Hinsicht fördern. 

Forschende haben nun am Mausmodell untersucht, welchen Einfluss die Tageszeit auf die Freisetzung organspezifischer Signale nach körperlicher Betätigung hat. 

• Die Ergebnisse haben sie in einem „Atlas des Bewegungsstoffwechsels“ zusammengefasst – ein wichtiger Schritt für wirksamere Sporttherapien, die auf unsere innere Uhr abgestimmt sind.

Dass Bewegung die Gesundheit fördert, ist allgemein bekannt. 

 Atlas des Bewegungsstoffwechsels Shogo Sato

Jüngste Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die Auswirkungen von Bewegung auf den Körper je nach Tageszeit unterschiedlich sind. 

Warum dies so ist, wurde noch nicht vollständig erforscht. 

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Helmholtz Munich und dem Karolsinka-Institut in Schweden veröffentliche nun eine umfassende Studie zu diesem Thema in der Fachzeitschrift Cell Metabolism.  

Ihre Forschungen zeigen, wie der Körper nach dem Sport je nach Tageszeit und organabhängig unterschiedliche gesundheitsfördernde Signale produziert. 

• Diese Signale haben weitreichende Auswirkungen auf die Gesundheit und beeinflussen:
  
• den Schlaf, 
• das Gedächtnis, 
• die körperliche Leistungsfähigkeit
• das Gleichgewicht
• den Stoffwechsel

„Wenn wir besser verstehen, wie sich Bewegung zu verschiedenen Tageszeiten auf den Körper auswirkt, könnte dies Menschen mit einem erhöhten Risiko für Krankheiten wie Adipositas und Typ-2-Diabetes zugutekommen“, so Juleen R. Zierath vom Karolinska-Institut und dem Novo Nordisk Foundation Center for Basic Metabolic Research an der Universität Kopenhagen.

Atlas des Bewegungsstoffwechsels
Fast alle Zellen regulieren ihre biologischen Prozesse über einen Zeitraum von 24 Stunden, in der Wissenschaft bekannt als zirkadianer Rhythmus. Das bedeutet, dass sich die Empfindlichkeit der verschiedenen Gewebe gegenüber den Auswirkungen von Bewegung je nach Tageszeit ändert. Frühere Forschungsarbeiten haben bestätigt, dass die gesundheitsfördernde Wirkung von Bewegung optimiert werden kann, wenn sie zeitlich auf unseren zirkadianen Rhythmus abgestimmt ist.

Das internationale Forschungsteam wollte diesen Effekt genauer verstehen und führte daher eine Reihe von Untersuchungen an Mäusen durch, die entweder am frühen Morgen oder am späten Abend trainierten. Die Forschenden sammelten und analysierten Blutproben und verschiedene Gewebeproben von Hirn, Herz, Muskel, Leber und Fett.  

Auf diese Weise konnten sie Hunderte verschiedener Stoffwechselprodukte und Hormonsignalmoleküle in jedem Gewebe nachweisen und verfolgen, wie sie sich durch das Training zu unterschiedlichen Tageszeiten veränderten.

Das Ergebnis ist ein „Atlas des Bewegungsstoffwechsels“ – eine umfassende Karte von Signalmolekülen, die in unterschiedlichen Geweben nach körperlicher Belastung zu verschiedenen Tageszeiten vorhanden sind.

„Dies ist die erste Studie, die den Stoffwechsel in Abhängigkeit von Bewegung und Tageszeit über mehrere Gewebe hinweg beschreibt. Wir verstehen jetzt besser, wie Bewegung gestörte zirkadiane Rhythmen, die mit Adipositas und Typ-2-Diabetes in Verbindung stehen, neu ausrichten kann. Unsere Ergebnisse werden neue Studien ermöglichen, die den richtigen Zeitpunkt körperlicher Belastung für Therapien und die Prävention von Krankheiten erforschen“, sagt Dominik Lutter, der die Studie seitens Helmholtz Munich leitete und sowohl am Helmholtz Diabetes Center als auch beim Deutschen Zentrum für Diabetesforschung (DZD) forscht.

Die Studie ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen der Universität Kopenhagen, dem Karolinska-Institut, der Texas A&M University, der University of California-Irvine und Helmholtz Munich.

Einschränkungen der Studie
Da die Studie an Mäusen durchgeführt wurde, unterliegt sie gewissen Einschränkungen. Mäuse und Menschen teilen zwar viele genetische, physiologische und verhaltensbezogene Merkmale, dennoch gibt es Unterschiede. Mäuse sind beispielsweise von Natur aus nachtaktiv. Außerdem bewegten sich die Mäuse für die Studie nur auf einem Laufband, was zu anderen Ergebnissen führen kann als ein hochintensives Training. Weitere Studien müssen zudem den Einfluss von Geschlecht, Alter und Krankheit auf die Signalproduktion klären.

Originalpublikation
Sato, Dyar, Treebak et al., 2022: Atlas of Exercise Metabolism Reveals Time-Dependent Signatures of Metabolic Homeostasis. Cell Metabolism, DOI: 10.1016/j.cmet.2021.12.016.

Über Helmholtz Munich
Helmholtz Munich ist ein biomedizinisches Spitzenforschungszentrum. Seine Mission ist, bahnbrechende Lösungen für eine gesündere Gesellschaft in einer sich schnell verändernden Welt zu entwickeln. Interdisziplinäre Forschungsteams fokussieren umweltbedingte Krankheiten, insbesondere die Therapie und die Prävention von Diabetes, Adipositas, Allergien und chronischen Lungenerkrankungen. Mittels künstlicher Intelligenz und Bioengineering transferieren die Forschenden ihre Erkenntnisse schneller zu den Patient:innen. Helmholtz Munich zählt mehr als 2.500 Mitarbeitende und hat seinen Sitz in München/Neuherberg. Es ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, mit mehr als 43.000 Mitarbeitenden und 18 Forschungszentren die größte Wissenschaftsorganisation in Deutschland. Mehr über Helmholtz Munich (Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt GmbH): www.helmholtz-muenchen.de

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E-Mail-Adresse: verena.schulz@helmholtz-muenchen.de

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Originalpublikation:

Sato, Dyar, Treebak et al., 2022: Atlas of Exercise Metabolism Reveals Time-Dependent Signatures of Metabolic Homeostasis. Cell Metabolism, DOI: 10.1016/j.cmet.2021.12.016.
https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(21)00635-5

 

Prof. Dr. Jörg Heineke: Musclin stärkt die Kraft der Herzmuskelzelle und verhindert die Ablagerung von Bindegewebe

Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Gesunder Muskel kann das Herz schützen

• Musclin, ein hormonähnlicher Botenstoff des Skelettmuskels, wirkt als Schutzfaktor vor einer krankhaften Überlastung des Herzens

Wissenschaftler des European Center for Angioscience (ECAS) der Medizinischen Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg und der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) haben erstmals gezeigt, dass Skelettmuskeln mit dem Herzen interagieren und dieses schützen.

Die chronische Herzschwäche – im Fachjargon: Herzinsuffizienz – ist weltweit auf dem Vormarsch. 

• Die sehr verbreitete Erkrankung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Herz nicht mehr in der Lage ist, den Körper ausreichend mit Blut, und damit mit Sauerstoff, zu versorgen. 

Die Ursachen für eine Herzinsuffizienz können vielfältig sein, zu den begünstigenden Risikofaktoren zählen beispielweise Bluthochdruck, Erkrankungen des Herzmuskels oder ein Herzinfarkt.

Die chronische Herzschwäche ist eine der häufigsten Todesursachen in Deutschland. 

• Besonders gefährdet sind die etwa 20 Prozent der Patienten, die im Zuge der Erkrankung einen signifikanten Abbau von Muskelgewebe zeigen. 

• Gegenüber Patienten ohne Muskelschwund haben diese ein deutlich höheres Risiko, an der Herzschwäche zu versterben.

Wissenschaftler der Abteilung Kardiovaskuläre Physiologie am ECAS und am Deutschen Zentrum für Herz-Kreislaufforschung, unter der Leitung von Professor Dr. Jörg Heineke, haben gemeinsam mit Forschern der MHH den Zusammenhang zwischen dem Abbau von Skelettmuskeln und der Herzschwäche untersucht. 

• Sie sind dabei einem Botenstoff des Muskels, einem sogenannten Myokin, auf die Spur gekommen, der das Herz im Normalfall schützen kann. 

• Der hormonähnliche Botenstoff heißt Musclin, wird im Skelettmuskel – nicht aber im Herzmuskel – gebildet und schützt das Herz auf zweierlei Weise: 

• Musclin stärkt die Kraft der Herzmuskelzelle und verhindert die Ablagerung von Bindegewebe – und wirkt damit einer Fibrose entgegen.

Ihre Erkenntnisse gewannen die Wissenschaftler anhand von Mausmodellen. Wie beim Patienten zeigen sich auch im Mausmodell der Herzinsuffizienz stark erniedrigte Level an Musclin, sowohl im Muskel als auch im zirkulierenden Blut. Wird diesen herzschwachen Mäusen mittels Gentherapie Musclin in den Skelettmuskel verabreicht, also ein Mehr an Musclin erzeugt, so mildert dies die Herzschwäche. Dass ein Fehlen von Musclin im Skelettmuskel die Herzschwäche verschlechtert, zeigen genetische veränderte Mäuse, denen Musclin spezifisch im Skelettmuskel fehlt.

Medizin am Abend Berlin ZusatzFachLInk: TOB-Labor Werte CK Erhebung  

Musclin wird vor allem in Skelettmuskeln gebildet. 

Von dort gelangt es über den Blutstrom in das Herz, wo es unterschiedliche Reaktionen auslöst: 

Bindet Musclin an Herzmuskelzellen, so stärkt dies deren Muskelkraft, bindet es an Bindegewebszellen, so unterbindet es die Fibrose. 

„Wir haben damit erstmals gezeigt, dass der Skelettmuskel Stoffe ausschüttet, die über den Blutfluss dem Herzen zugeführt werden und dieses schützen“, fasst Dr. Malgorzata Szaroszyk, eine der beiden Erstautoren der im renommierten Journal Nature Communications veröffentlichten Arbeit*, zusammen.

„Da der Botenstoff Musclin beim Sport vermehrt gebildet wird, nehmen wir an, dass ein sportlich trainierter Muskel zur Herzgesundheit beitragen kann“, ergänzt Dr. Badder Kattih, ebenfalls Erstautor der Studie.

Für die Therapie der chronischen Herzinsuffizienz eröffnen die aktuellen Forschungsergebnisse eine mögliche Strategie: 

„Da in der Skelettmuskulatur von Patienten mit Herzinsuffizienz eine verringerte Expression des Musclins festzustellen ist, wäre es durchaus denkbar, dass eine Überexpression dieses Proteins im Muskel der Erkrankung entgegenwirken könnte“, folgert Professor Heineke zuversichtlich.

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Prof. Dr. Jörg Heineke
Head of the Department of Cardiovascular Physiology
European Center for Angioscience
Medizinische Fakultät Mannheim der Universität Heidelberg
phone: 0621/383-71855
email: Joerg.Heineke@medma.uni-heidelberg.de
website: https://www.umm.uni-heidelberg.de/kardiovaskulaere-physiologie/ 

Dr. Eva Maria Wellnitz Universitätsmedizin Mannheim

Theodor-Kutzer-Ufer 1-3
68167 Mannheim
Deutschland
Baden-Württemberg

Telefon: 0621 / 383-71115
Fax: 0621 / 383-71103
E-Mail-Adresse: eva.wellnitz@medma.uni-heidelberg.de

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Originalpublikation:

Szaroszyk, M., Kattih, B., Martin-Garrido, A. et al.
Skeletal muscle derived Musclin protects the heart during pathological overload.
Nat Commun 13, 149 (2022).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-27634-5

Jetzt am Wochenende: Dein blauer Kern: Unachtsamkeit oder höchste Aufmerksamkeit.....? Der Aufmerksamkeitsfokus der Alpha-Oszillationen

• Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Wie ein blauer Kern im Gehirn unsere Aufmerksamkeit lenkt

Wie können wir von einem Zustand der Unachtsamkeit zu einem höchster Aufmerksamkeit wechseln? 

Der Locus coeruleus, der blaue Kern, ist eine winzige Zellstruktur im Hirnstamm. 

Als Hauptquelle des Botenstoffes Noradrenalin hilft er dabei, unseren Aufmerksamkeitsfokus zu kontrollieren. Wissenschaftler*innen am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung und der University of Southern California argumentieren, dass der blaue Kern die Sensitivität unseres Gehirns in Situationen reguliert, die unsere Aufmerksamkeit erfordern. Ihre Annahmen stellen sie in einem Meinungsartikel vor, der in der Fachzeitschrift Trends in Cognitive Sciences veröffentlicht wurde.

Unsere Aufmerksamkeit schwankt: 

• Meist sind wir konzentriert und können uns leicht auf das Wichtigste fokussieren, manchmal sind wir jedoch abgelenkt und es entgehen uns wichtige Dinge. 

Wenn wir beispielsweise nach getaner Arbeit nach Hause gehen und im Geiste die Einkaufsliste für das Abendessen durchgehen, sind wir in einem Zustand der Unachtsamkeit. 

Wenn aber plötzlich ein Auto hupt, können wir sofort unsere Aufmerksamkeit umlenken und auf diese neue Situation reagieren. 

Wie aber gelingt es unserem Gehirn, innerhalb kürzester Zeit von einem Zustand der Unachtsamkeit in einen fokussierter Aufmerksamkeit umzuschalten?

• Während Phasen der Unachtsamkeit ist unser Gehirn von rhythmischen Fluktuationen neuronaler Aktivität geprägt. 

• Es wird angenommen, dass in Momenten der Unachtsamkeit langsame rhythmische Aktivitätsmuster mit einer Frequenz von rund 10 Hertz, sogenannte Alpha-Oszillationen, die aktive Verarbeitung von eingehenden Sinnesinformationen hemmen. 

Diese Alpha-Oszillationen können dabei als Filter verstanden werden, der die Empfindlichkeit des Gehirns für externe Informationen reguliert.

„Während der Zusammenhang zwischen der Zu- und Abnahme von Alpha-Oszillationen und Aufmerksamkeit schon länger beobachtet wurde, blieb bislang offen, was diese rhythmischen Aktivitätsmuster kommen und gehen lässt“, sagt Markus Werkle-Bergner, Senior Research Scientist im Forschungsbereich Entwicklungspsychologie am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung und Koautor des Meinungsartikels in der Fachzeitschrift Trends in Cognitive Sciences.

Zur Untersuchung dieser Frage betrachteten die Wissenschaftler*innen den blauen Kern (Locus coeruleus), eine winzige Zellstruktur im Hirnstamm, die tief unter der Hirnrinde verborgen ist.  

• Diese Ansammlung von Nervenzellen ist nur ungefähr 15 Millimeter groß, sie ist jedoch über ein umfassendes Netzwerk weitreichender Nervenfasern mit einem Großteil des Gehirns verbunden. 

• Die Neuronen, aus denen der blaue Kern besteht, sind die Hauptquelle des Botenstoffs Noradrenalin im Gehirn. 
• Durch Regulation der neuronalen Kommunikation trägt Noradrenalin zur Kontrolle von Stress, Gedächtnisleistung und Aufmerksamkeit bei.
  

„Wegen seiner geringen Größe und seiner Lage tief im Hirnstamm war es bisher fast unmöglich, den noradrenergenen, blauen Kern bei lebenden Menschen ohne operativen Eingriff zu untersuchen. Allerdings konnte die Tierforschung in den letzten Jahren zeigen, dass Veränderungen der Pupillengröße mit der Aktivität des blauen Kerns zusammenhängen. 

 Insofern können unsere Augen als Fenster zu einer Hirnregion betrachtet werden, die lange unerreichbar schien,” sagt Mara Mather, Professorin für Gerontologie an der University of Southern California und Koautorin des Meinungsartikels.

Um zu untersuchen, ob das Noradrenalin des blauen Kerns einer der Faktoren sein könnte, der Alpha-Oszillationen reguliert, kombinierten die Wissenschaftler*innen Messungen der Pupillengröße und neuronaler Rhythmen, während Studienteilnehmende eine schwierige Aufmerksamkeitsaufgabe lösten. 

Wie erwartet, wurde eine Abnahme von Alpha-Oszillationen in jenen Momenten beobachtet, in denen die Pupillen geweitet waren. 

Außerdem konnten diejenigen Personen, die stärkere Pupillen- und Alpha-Antworten aufwiesen, die Aufmerksamkeitsaufgabe besser lösen. Diese Ergebnisse, die sie bereits 2020 in einem Artikel im Journal of Neuroscience veröffentlicht haben, legen nahe, dass der blaue Kern uns durch die Modulation von Alpha-Oszillationen hilft, unsere Aufmerksamkeit zu regulieren.

Was in dieser Studie unbeantwortet blieb, ist die Frage danach, wie Noradrenalin Alpha-Oszillationen beeinflusst, also wie der Botenstoff die Filterfunktion im Gehirn ein- und ausschaltet. 

Die Autor*innen wandten sich deswegen zusätzlich früheren Studien mit Tieren zu, in denen neuronale Aktivität direkt von Neuronen im Thalamus abgeleitet wurde. 

Der Thalamus, eine Region in der Mitte des Gehirns, ist ein wesentlicher Taktgeber des Alpha-Rhythmus. 

Im Ruhezustand feuern die Neuronen im Thalamus rhythmisch. 

Diese rhythmischen Feuermuster verursachen die Alpha-Oszillationen, die in Phasen geringer Auferksamkeit in der Hirnrinde feststellbar sind. 

• Wenn man jedoch den Neuronen im Thalamus den Botenstoff Noradrenalin zuführt, stellen sie das rhythmische Feuern ein.

„Durch Zusammenführung der Ergebnisse verschiedener Studien konnten wir nun beschreiben, wie Noradrenalin und der Thalamus bei der Kontrolle von Alpha-Oszillationen zusammenarbeiten könnten. 

Wir nehmen an, dass das Noradrenalin des blauen Kerns die Alpha-Generatoren im Thalamus blockiert und dadurch die Empfindlichkeit unseres Gehirns für relevante Informationen reguliert“, sagt Martin Dahl, Postdoktorand im Forschungsbereich Entwicklungspsychologie am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung und der University of Southern California und Erstautor des Meinungsartikels.

• Wenn also eine Situation ein plötzliches Umschalten der Aufmerksamkeit erfordert, wird ein schneller Anstieg von Noradrenalin helfen, uns neu zu fokussieren – und rasch dem herannahenden Auto auszuweichen.

Weitere Studien, die über längere Zeit sowohl den Locus coeruleus als auch den Thalamus bei den gleichen Proband*innen messen, könnten neue Einblicke in die neuronalen Mechanismen der Aufmerksamkeit und ihrer Abnahme im Verlauf des Alterns und bei Krankheit erlauben.

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Das Max-Planck-Institut für Bildungsforschung wurde 1963 in Berlin gegründet und ist als interdisziplinäre Forschungseinrichtung dem Studium der menschlichen Entwicklung und Bildung gewidmet. Das Institut gehört zur Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V., einer der führenden Organisationen für Grundlagenforschung in Europa.

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Originalpublikation:

1. Dahl, M. J., Mather, M., & Werkle-Bergner, M. (2022). Noradrenergic modulation of rhythmic neural activity shapes selective attention. Trends in Cognitive Sciences, 26(1), 38–52. https://doi.org/10.1016/j.tics.2021.10.009

2. Dahl, M. J., Mather, M., Sander, M. C., & Werkle-Bergner, M. (2020). Noradrenergic responsiveness supports selective attention across the adult lifespan. Journal of Neuroscience, 40(22), 4372–4390. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0398-19.2020

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Jenny Tropmann: ARDS“ engl. Acute Respiratory Distress Syndrome - 16 Stunden Bauchlagerung - je früher destobesser

Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Wie wirksam ist die Bauchlagerung?

Alltag auf der Intensivstation: 

Um einen Patienten mit akutem Lungenversagen fachgerecht und komplikationslos vom Rücken auf den Bauch umzulagern, sind durchschnittlich fünf Personen im Einsatz. 

Die Maßnahme hat sich bei schwerkranken COVID-19-Patienten bewährt. 

Unter bestimmten Voraussetzungen ist die Bauchlagerung sogar besonders erfolgreich. 

Das hat Jenny Tropmann, Krankenpflegerin am Herz- und Diabeteszentrum NRW (HDZ NRW), Bad Oeynhausen, in ihrer Bachelorarbeit dargestellt. 

Je nach Körpergröße, Gewicht und eingesetzter Medizintechnik können bei der Umlagerung eines Patienten auf der Intensivstation fünf Personen beteiligt sein (Foto: Marcel Mompour). HDZ NRW 

„Schwerkranke Patientinnen und Patienten benötigen hochkomplexe Pflegeprozesse“, sagt die 24-Jährige. 

„Das war schon immer so, ist aber erst durch die SARS-CoV-2-Pandemie in den Blickpunkt der Öffentlichkeit geraten.“ Auf der COVID-19-Intensivstation des HDZ NRW werden derzeit 4 Schwerkranke pflegerisch und medizinisch versorgt. Die Pflegekräfte überwachen Herzfrequenz, Blutdruck und Sauerstoffsättigung. Sie sind mit der aufwendigen Medizintechnik – darunter extrakorporale Lungenunterstützungssysteme (ECMO) - vertraut, bedienen Beatmungs- und Infusionsgeräte und setzen bei Nieren- oder Leberversagen entsprechende Ersatzverfahren ein.

„Drehen Sie einmal einen mit diesen Geräten ausgestatteten Patienten in die Seitenlage oder die empfohlene Bauchlage“, sagt Jenny Tropmann.  

Dazu brauche es ein perfekt geschultes Team, eine gute Vorbereitung der erforderlichen Lagerungsmaterialien zur Dekubitusprophylaxe, um ein Wundliegen zu verhindern - einschließlich der Sicherung der verschiedensten Gerätschaften. 

Und natürlich klar geregelte Absprachen untereinander. 

Auch auf Körpergröße und Gewicht der Patienten müsse bei der Umlagerung geachtet werden. „Dieses Prozedere routinemäßig ohne Komplikationen zu beherrschen, ist eine äußerst anspruchsvolle Pflegeintervention.“

Mit der Bauchlagerung hat sich die Krankenpflegerin eingehender im Rahmen ihres berufsbegleitenden Studiums beschäftigt. Anhand einer systematischen Untersuchung der zum Thema vorhandenen wissenschaftlichen Veröffentlichungen hat sie in ihrer Übersichtsarbeit nachgewiesen, dass eine Bauchlagerung das Sterblichkeitsrisiko insgesamt im Vergleich zur Rückenlage prozentual verringern kann, - sofern bestimmte Kriterien beachtet werden.

Warum ist die Bauchlagerung so sinnvoll und wird bei akutem Lungenversagen, das als „ARDS“ (engl. Acute Respiratory Distress Syndrome) bezeichnet wird, ausdrücklich empfohlen? „

• Auf dem Bauch liegend verteilt sich der über die Beatmungsgeräte zugeführte Sauerstoff besser und gleichmäßiger in der Lunge“, antwortet Tropmann. 

„Die Lunge wird entlastet, Belüftung und Durchblutung bessern sich auf diese Weise.“
Mehr als zehn Prozent aller Intensivpatienten leiden an einem akuten Lungenversagen. Bei einem schweren Verlauf verstirbt fast die Hälfte der Betroffenen. Mit ihrer Forschungsarbeit belegt Jenny Tropmann, dass gerade bei dieser Patientengruppe eine Bauchlagerung das Sterblichkeitsrisiko um bis zu 15 Prozent senken kann.  

• Die Methode ist umso wirksamer, je früher sie angewandt wird.

 „Zudem sollten die Patienten möglichst lange auf dem Bauch gelagert werden, die Leitlinien der Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften empfehlen sogar 16 Stunden.“

Was bedeuten diese Erkenntnisse für die Arbeit auf der Intensivstation? 

„In einem Klinikum wie dem HDZ NRW sind die Spezialkenntnisse der Mitarbeitenden und das Erfahrungswissen aufgrund der hohen Routine im Alltag auf den Stationen enorm groß“, sagt die Gesundheits- und Krankenpflegerin. „Um Patienten bestmöglich zu versorgen, ist es wichtig, unsere pflegerischen Maßnahmen regelmäßig zu hinterfragen und zu überprüfen. Nur so können wir das, was wir tun, auch nachhaltig begründen, wissenschaftlich belegen und damit auch weiter verbessern, wenn das notwendig erscheint.“

Anerkennung hat Jenny Tropmann mit ihrer Arbeit nicht nur mit einer ersten Veröffentlichung in einer Fachzeitschrift gefunden, sondern auch in ihrem direkten Umfeld im HDZ. „Das ist ein hochaktuelles und sehr schönes Beispiel für unser Konzept der evidenzbasierten Pflege, das wir Schritt für Schritt im gesamten Klinikum umsetzen“, sagt Pflegedirektor Christian Siegling, der mit diesem Qualitätsanspruch ein besonderes Augenmerk auf die Akademisierung der Pflegeberufe richtet.  

Der Anspruch an Medizin und Pflege in einem Spezialklinikum ist zu Recht hoch. 

Mit einem entsprechenden Weiterbildungsangebot und gezielten Einarbeitungskonzepten in kollegialen Teams sprechen wir daher alle Fachkräfte an, die mit einem solchen Qualitätsanspruch bei uns arbeiten möchten“, sagt er. „Und natürlich sind Pflegende mit einem akademischen Grad oder auf dem Weg zu einem Studienabschluss ebenso herzlich willkommen!“

 Jenny Tropmann arbeitet in der Krankenpflege auf der kardiochirurgischen Intensivstation E.01 im HDZ NRW, Bad Oeynhausen (Fotograf: Marcel Mompour). HDZ NRW

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Jenny Tropmann
Krankenpflege am HDZ NRW, Bad Oeynhausen 

Anna Reiss Universitätsklinik der Ruhr-Universität Bochum - Herz- und Diabeteszentrum NRW Bad Oeynhausen

Georgstr. 11
32545 Bad Oeynhausen
Deutschland
Nordrhein-Westfalen

E-Mail-Adresse: info@hdz-nrw.de 

Telefon: 05731/971955

Fax: 05731/972028
E-Mail-Adresse: areiss@hdz-nrw.de

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Originalpublikation:

Tropmann J. Müller I.: Wirksamkeit der Bauchlagerung bei ARDS. Intensiv 2021; 29(05): 242-246 © 2021 Thieme. DOI: 10.1055/a-1530-3209

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Weitere Informationen für international Medizin am Abend Berlin Beteiligte

http://www.hdz-nrw.de

 

Prof. Dr. Miriam Puls: Therapiemöglichkeiten bei Herzmuskelfibrose auf dem Prüfstand (Myokardfibrose) - Transkatheter-Aortenklappenimplantation (kurz: TAVI)

Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Neue medikamentöse Therapiemöglichkeiten bei Herzmuskelfibrose auf dem Prüfstand

1,8 Millionen Euro Förderung vom Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) für Forscherinnen des Herzzentrums der Universitätsmedizin Göttingen für Medikamentenstudie REDUCE-MFA-DZHK25 zur Behandlung von Herzmuskelfibrose. 

Aufnahme erster Patient*innen in die Studie: Anfang 2022. 

v.l.: Prof. Dr. Miriam Puls, Klinik für Kardiologie und Pneumologie, und Prof. Dr. Elisabeth Zeisberg, Leiterin der Arbeitsgruppe „Kardiales Stroma“, Klinik für Kardiologie und Pneumologie der Universitätsmedizin Göttingen. Foto: umg/hzg 

• Die Verengung der Aortenklappen (Aortenklappenstenose) ist die häufigste Herzklappenerkrankung im höheren Erwachsenenalter. 

• Ist die Aortenklappe verengt, kann das Blut nicht mehr ausreichend in den Körper gepumpt werden.

• Es kommt zu Luftnot, starken Brustschmerzen und Schwindel bis hin zur Bewusstlosigkeit. 

• Um das Herz-Kreislauf-System bei einer Mehrbelastung zu stabilisieren, passt sich der Herzmuskel an (Kardiales Remodeling). 

• Bei einer Aortenklappenstenose wird die Belastung chronisch und es kann zu einer fortschreitenden krankhaften Veränderung des Herzmuskels kommen: eine Herzmuskelfibrose (Myokardfibrose) entsteht. 

• Dabei wird gesundes Herzgewebe durch funktionsloses Bindegewebe ersetzt und der Herzmuskel verhärtet. 

Eine chronische Herzschwäche ist die Folge. 

Daher sollte eine fortgeschrittene Aortenklappenstenose schnell behandelt werden. 

In den vergangenen zehn Jahren hat sich der kathetergestützte Aortenklappenersatz, die sogenannte Transkatheter-Aortenklappenimplantation (kurz: TAVI), als (schonende) Alternative zum chirurgischen Eingriff bei einer fortgeschrittenen Aortenklappenstenose insbesondere zur Behandlung von älteren Patient*innen durchgesetzt.

Göttinger Wissenschaftlerinnen am Herzzentrum der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) konnten auf Grundlage erster umfassender Studiendaten den Einfluss der Herzmuskelfibrose auf die Prognose nach TAVI bewerten. Sie prüfen nun erstmals eine ergänzende medikamentöse Therapie zur Behandlung von Herzmuskelfibrose, um das Langzeitüberleben von Patient*innen nach TAVI zu verbessern. Das Vorhaben wird als Medikamentenstudie unter dem Kurztitel „Reduce Myocardial Fibrosis in Aortic stenosis“ REDUCE-MFA-DZHK 25 vom Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK) mit rund 1,8 Millionen Euro gefördert. Das Projekt leiten Prof. Dr. Miriam Puls und Prof. Dr. Elisabeth Zeisberg, beide Klinik für Kardiologie und Pneumologie der UMG. Neben der Klinik für Kardiologie und Pneumologie am Herzzentrum der UMG nehmen 17 weitere Zentren in ganz Deutschland teil. Die Studie ist Anfang Oktober 2021 gestartet und läuft voraussichtlich bis Ende Juni 2025. Die ersten Patient*innen werden ab Anfang 2022 in die Studie aufgenommen.

Forscher*innen und Ärzt*innen des Herzzentrums der UMG hatten bereits von 2017 bis 2019 untersucht, welchen Einfluss die Herzmuskelfibrose (Myokardfibrose) auf die Umbauprozesse des Herzens hat und wie sie sich auf die Behandlungsergebnisse von Patient*innen mit schwerer Aortenklappenstenose nach einer TAVI-Prozedur auswirkt. 

Dabei fanden sie heraus: 

• Die krankhafte Vermehrung von funktionslosem Bindegewebe im Herzen lässt sich offenbar durch den Ersatz der Klappe allein nicht vollständig zurückbilden. 

• Das Ausmaß der Bindegewebsvermehrung verlangsamt aber die Erholung des Herzens und spielt eine wichtige Rolle für die Überlebenswahrscheinlichkeit und die weitere Prognose der Patient*innen.
  

„Für die Schädigung des Herzmuskels durch eine Aortenklappenverengung gibt es derzeit keine Therapie, die über den Herzklappenersatz und die Hoffnung auf spontane Erholung hinausgeht. 

Wir wollen nun prüfen, ob eine zielgerichtete Behandlung der Herzmuskelfibrose mit anti-fibrotischen Medikamenten erfolgreich ist“, sagt Prof. Dr. Miriam Puls, geschäftsführende Oberärztin der Klinik für Kardiologie und Pneumologie der UMG.

Die Studie REDUCE-MFA-DZHK25

Im Rahmen der Studie REDUCE-MFA-DZHK25 sollen zwei Medikamente näher auf ihre Wirksamkeit bei Herzmuskelfibrose untersucht werden: 

• Das Medikament Spironolacton ist seit langem zugelassen, kommt bereits bei genereller Herzschwäche zum Einsatz, wurde bislang aber nicht für Aortenklappenverengungen erforscht. 

• Zudem soll das Medikament Dihydralazin getestet werden, das für dieses Anwendungsgebiet neu ist. 

Das Medikament gilt als gut verträglich und wird für die Behandlung von Bluthochdruck verschrieben.  

Erst vor kurzem hat die Arbeitsgruppe „Kardiales Stroma“ unter der Leitung von Prof. Dr. Elisabeth Zeisberg, Klinik für Kardiologie und Pneumologie der UMG, erkannt, dass Dihydralazin in sehr geringer Dosierung offenbar in der Lage ist, Organ-Fibrosierung zu behandeln.  

„Insgesamt könnte die Prüfmedikation zu einer verbesserten Erholung des Herzens von der Herzklappenerkrankung und somit zu einer verbesserten Lebensqualität führen“, sagt Prof. Dr. Zeisberg.

„Da nur Patient*innen mit fortgeschrittener Herzmuskelfibrose einen ungünstigen Langzeitverlauf haben und potentiell von dieser neuartigen Behandlung profitieren könnten, wird vor dem geplanten Herzklappeneingriff bei Studieneinschluss zunächst der Grad der Herzmuskelfibrose mittels Magnetresonanztomographie (Herz-MRT) untersucht“, sagt Prof. Dr. Miriam Puls. 

Wenn die Herzmuskelfibrose einen kritischen Schwellenwert überschreitet, erfolgt per Zufallsverfahren die Zuteilung der Studienteilnehmer*innen zu einem der drei Behandlungsarme: Kontrollgruppe (optimale Standardtherapie), Spironolacton (25 mg pro Tag), oder Spironolacton (25 mg pro Tag) und Dihydralazin (zweimal 12,5 bis 25 mg pro Tag). Bei geringer Herzmuskelfibrose wird keine Studienmedikation verabreicht, da davon kein zusätzlicher Nutzen zu erwarten ist. Alle Patient*innen erhalten die erforderliche Klappenimplantation (TAVI). Nach zwölfmonatiger Behandlung mit der Studienmedikation erfolgt eine erneute Untersuchung der Herzmuskelfibrose mittels MRT und die Werte der Studienteilnehmer*innen werden mit den jeweiligen Ausgangswerten verglichen. Abschließend wird evaluiert, ob in den beiden Studienarmen mit Studienmedikation im Vergleich zur Kontrollgruppe eine größere Rückbildung der Herzmuskelfibrose zu verzeichnen ist und ob sich dies auch auf die Erholung des Herzens sowie die Lebensqualität und die Überlebensrate der Patient*innen auswirkt.

„Ich freue mich außerordentlich über die Förderung dieser wichtigen Studie von Professorin Puls und Professorin Zeisberg. Alle klinischen und wissenschaftlichen Grundlagen für die Studie basieren auf Forschungsergebnissen aus dem Herzzentrum Göttingen. Im Falle einer Bestätigung der erwarteten Ergebnisse hätten wir ein neues personalisiertes Behandlungsverfahren für TAVI-Patient*innen mit einem hohen Grad der Fibrose und hohem Risikopotential entwickelt“, sagt Prof. Dr. Gerd Hasenfuß, Direktor der Klinik für Kardiologie und Pneumologie und Vorsitzender des Herzzentrums der UMG.

Hintergrundinformationen

Die Studie mit ersten umfassenden Erkenntnissen über den Behandlungserfolg von TAVI wurde im Mai 2020 im renommierten European Heart Journal veröffentlicht.
Originalveröffentlichung: Miriam Puls, Bo Eric Beuthner, Rodi Topci, Anja Vogelgesang, Annalen Bleckmann, Maren Sitte, Torben Lange, Sören Jan Backhaus, Andreas Schuster, Tim Seidler, Ingo Kutschka, Karl Toischer, Elisabeth Maria Zeisberg, Claudius Jacobshagen, Gerd Hasenfuß. Impact of myocardial fibrosis on left ventricular remodeling, recovery, and outcome after transcatheter aortic valve implantation in different haemodynamic subtypes of severe aortic stenosis. Eur Heart J 2020; 41:1903.1914. doi: 10.1093. February 12th, 2020

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Prof. Dr. med. Daniel Candinas: Darmbakterien verschlimmern Bauchverwachsungen (Adhesion) nach Operation im Bauchbereich

Medizin am Abend Berlin - MaAB-Fazit: Viszeralchirurgie: Darmbakterien verschlimmern Bauchverwachsungen

Einem multidisziplinären, internationalen Forschungsteam um Prof. Daniel Candinas und Prof. Deborah Stroka aus dem Inselspital und der Universität Bern ist ein wichtiger Nachweis gelungen: 

• Die Forschenden haben die Ausgangszellen und den zentralen Auslöser bei der Bildung von Verwachsungen im Bauch nach Operationen mit Verunreinigungen durch Darmbakterien identifizieren können. 

Damit stehen erste, vielversprechende Ansatzpunkte für eine mögliche Therapie zur Verfügung.

Verwachsungen (Adhesion) nach Operation im Bauchbereich: Hier eine Adhäsion mit einer partiellen Einschnürung des Dünndarms (Obstructed small intestine). Joel Zindel Insel Gruppe 

Viele Operationen im Bauchbereich können heute minimal invasiv vorgenommen werden. 

Trotzdem bleiben wichtige, lebensrettende Operationen im Bauch weiterhin mit einem grösseren Eingriff verbunden. 

Nach diesen Operationen können sich Verwachsungen bilden, die erhebliche Folgeprobleme verursachen. 

• Frühere Arbeiten haben zeigen können, dass Verwachsungen bei sterilen Eingriffen auf Makrophagen zurückgehen, die auf die Öffnung des Bauchraumes überreagieren. 

In ihrer neusten Arbeit in Nature communications publiziert die Forschungsgruppe um Prof. Dr. med. Daniel Candinas nun Resultate zu denjenigen Operationen, bei denen Verunreinigungen durch Darmbakterien auftreten.

Verunreinigungen mit Darmbakterien führen zu stärkeren Verwachsungen

Bei verschiedenen Operationen (z.B. Blinddarm, Darmtumoren) können Darmbakterien in den Bauchraum gelangen. Solche Verunreinigungen ziehen stärkere Verwachsungen nach sich. Das Forschungsteam hat nun erstmals zeigen können, auf welche Mechanismen diese Verwachsungen zurückgehen und welches die Auslöser des übermässigen Zellwachstums sind. 

Interessanterweise funktioniert die Entstehung von Verwachsungen bei Verunreinigungen durch Darmbakterien anders als nach «sterilen» Operationen.

Mesothelzellen als Ausgangspunkt
Ausgangspunkt der Verwachsungen sind Mesothelzellen. 

Diese sind Teil des Reparaturmechanismus, der verletztes Gewebe im Bauchraum wieder Instand stellen soll. 

Dr. Joel Zindel, Erstautor der Studie erklärt: 

«Die Entzündung bringt Mesothelzellen dazu, ihr Verhalten zu ändern. 

• Anstatt eine glatte Oberfläche zu bilden, die eine reibungslose Bewegung des Darms gewährleisten sollte, produzieren die Zellen nun sehr viel Narbenmaterial. 

Es scheint, die Entzündung, die u.a. auf die Verunreinigung zurückgeht, ist für dieses Umprogrammieren der Zellvermehrung der Mesothelzellen verantwortlich.» Die Suche galt deshalb dem «Programmierer», der für die Veränderung verantwortlich ist.

EGFR ist Hauptursache des Fehlverhaltens der Mesothelzellen
Bei der Suche nach dem Auslöser konnte der «Epidermal Growth Factor Rezeptor» (EGFR) als entscheidender, aktiver Faktor bestimmt werden. Im Tierversuch wurde gezeigt, dass EGFR die treibende Kraft ist, wenn normale Mesothelzellen ihre Rolle ändern und Verwachsungen zu bilden beginnen.  

• Der Prozess wird durch die Entzündungsreaktion nach der Verunreinigung mit Bakterien gestartet. EGFR ist dabei kein Unbekannter: 

Aus der Krebsforschung ist er bekannt als wichtiger Faktor, der das Wachstum von Tumoren antreibt.

Der Durchbruch: Hinweise aus dem Mausmodell am Menschen bestätigt
Die umfangreiche Studie blieb nicht beim Tiermodell stehen, sondern unternahm den Versuch, den neu entdeckten Mechanismus zur Entstehung von Verwachsungen beim Menschen nachzuweisen. Tatsächlich fanden die Forschenden hier die identischen Prozesse. Sie stellten dazu Patientinnen und Patienten mit Darmbakterien im Bauchraum (geplatzter Blinddarm) solchen mit Operationen ohne Vorbelastung durch Verunreinigungen gegenüber.

Ein möglicher Hebel gegen Verwachsungen ist gefunden
Das Forschungsteam um Prof. Candinas ging von Beginn weg von einem translational orientierten Forschungsansatz aus. Gesucht waren Massnahmen, die in der Klinik zur Reduktion von Verwachsungen nach Operationen im Bauch zur Anwendung kommen sollten. Prof. Daniel Candinas, Leiter der Studie hält fest: «Mit der Identifikation der Mesothelzelle als Ausgangspunkt und EGFR als wichtigster Treiber von überschiessender Narbenbildung ist ein grosser Schritt getan. 

• Im Experiment wurden Medikamente eingesetzt, die in der Onkologie den Tumorwachstumsfaktor EGFR bremsen. 

• Tatsächlich konnte eine Reduktion der Verwachsungen erreicht werden, allerdings erst bei sehr hohen Dosierungen.»

Bis zum therapeutischen Einsatz sind noch wichtige Fragen zu klären
Noch steht mit den hier publizierten Forschungsergebnissen erst ein grobes Gerüst einer möglichen künftigen Bekämpfung von Verwachsungen nach Bauchoperationen mit Verunreinigungen. 

Insbesondere wird noch zu wenig verstanden, wie genau Bakterien eine Hochregulierung von EGFR auf Mesothelzellen bewirken. 

Weiter wird nach Wegen gesucht, den Einsatz der bekannten EGFR-Hemmer aus Krebstherapien für die Anwendung nach Bauchoperationen anzupassen. 

Weitere Studien sowohl auf molekularbiologischer Ebene, wie auch in der Klinik sind notwendig, um griffige Therapien gegen Verwachsungen nach Operationen im Bauch zu etablieren.

 

 Prof. Dr. med. Daniel Candinas und Team während einer Operation: Wichtige, lebensrettende Eingriffe im Bauchbereich können Verwachsungen zur Folge haben. Foto: Janosch Abel, © Insel Gruppe Janosch Abel Insel Gruppe

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- Dr. med. Joel Zindel, Stv. Oberarzt Viszerale Chirurgie, Universitätsklinik für Viszerale Chirurgie und Medizin, Inselspital, Universitätsspital Bern
- Prof. Dr. rer. nat. Deborah Stroka, DBMR, Laboratory for Visceral and Transplantation Surgery, Universität Bern
- Prof. Dr. med. Daniel Candinas, Klinikdirektor und Chefarzt Viszerale Chirurgie und Medizin, Inselspital, Universitätsspital Bern

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Originalpublikation:

Joel Zindel, Jonas Mitter, Simon April-Monn et al. Intraperitoneal microbial contamination drives post-surgical peritoneal adhesions by mesothelial EGFR-signaling DOI: 10.1038/s41467-021-27612-x