Erfassung des Volumenstatus bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz mittels Bioimpedanzspektroskopie und Identifikation von Prädiktoren der Überwässerung

Der Body Composition Monitor (BCM) zur Messung des Volumenstatus und Therapieplanung ist bei Dialysepatienten etabliert. In der vorliegenden Studie wurde die BCM-Messung bei n = 187 Patienten mit chronischer Nierenerkran-kung (CKD) der Stadien G1 bis G5 ohne Dialysepflichtigkeit und bei n = 10 nephrotischen Patienten und n = 15 gesunden Probanden zum Vergleich durchgeführt und die Korrelationen der Parameter des Volumenstatus mit klinischen und laborchemischen Parametern untersucht. Bei 27 % der CKD-Patienten war eine Überwässerung nach BCM (OH) > 1 l/1,73m² vorhanden, die z.T. mit klinischen Methoden nicht erkannt wurde und mit Fortschreiten der CKD zunahm. OH korrelierte mit erhöhtem Blutdruck und Plasma-NT-pro-BNP und mit der retrospektiven Abnahme der glomerulären Filtrationsrate (GFR). Die OH korrelierte außerdem negativ mit der Serum-Aldosteron-Konzentration und der Plasma-Renin-Aktivität. Die erhobenen Daten sprechen für eine Entstehung der Überwässerung gemäß der Overflow-Hypothese mit primärer Salzretention. Die Proteinurie war ein stark mit der OH assoziierter Faktor in univariaten sowie multivariaten Analysen und korrelierte ebenfalls mit der GFR-Abnahme. Die Serinproteasen Plasmin und Plasma-Kallikrein kamen bei CKD-Patienten als Vorstufe und in aktiver Form im Urin vor, verstärkt bei höherer Proteinurie, und korrelierten ebenfalls mit der OH und der GFR-Abnahme. Serinproteasen im Urin könnten über die proteolytische Aktivierung des ENaC eine primäre Salzretention verursachen und zur Überwässerung bei CKD beitragen und stellen ein mögliches therapeutisches Angriffsziel dar. Die Einschätzung der Überwässerung ist im Management der CKD essentiell und muss in die Therapieplanung mit einbezogen werden, um Progression und Folgemorbiditäten zu verhindern. Die BCM-Messung bei CKD-Patienten schätzt den Volumenhaushalt umfassend und valide ein und stellt ein nicht-invasives und sensitives Verfahren zur Aufdeckung einer latenten Überwässerung dar

Funktionelle Relevanz der Stromkomponenten einzelner Myozyten für die elektrische Spike-Aktivität des glatten Muskels der Portalvene

Die glatte Muskulatur der Portalvene der Ratte zeigt eine rhythmische Spontanaktivität, diese wird getriggert durch komplexe Aktionspotenziale mit langsamen Wellen und schnellen Spikes. Die ionalen Grundlagen dieser schnellen Spikes sind unbekannt und wurden in der vorliegenden Arbeit untersucht. Die Ergebnisse bestätigen die physiologische Relevanz der in Patch Clamp Experimenten untersuchten L-Typ Kalziumströme. Die bekannten Auswärtsströme erklären die Repolarisation nicht hinreichend, es ergeben sich Hinweise darauf, dass kalziumabhängige Kaliumströme hierbei wesentliche Rolle spielen.The smooth muscle of rat portal vein shows spontaneous mechanical activity that is triggered by complex action potentials with slow waves and fast spikes. The ionic mechanisms underlying these spikes have not yet been determined and were the object of interest to this study. The results confirmed the physiological role of L-type calcium currents but did also show that known potassium currents insufficiently explain current during repolarization. There is theoretical and experimental evidence to suspect calcium dependent potassium currents to play a key role during this part of the fast spike

Maschinelles Sehen als Hilfsmittel in der Differentialdiagnostik des Cushing-Syndroms

Objective: Cushing's syndrome is a rare disease characterized by clinical features that show morphological similarity with the metabolic syndrome. Distinguishing these diseases is a challenge in clinical practice. We have previously shown that computer vision technology can be a potentially useful diagnostic tool in Cushing's syndrome. In this follow-up study, we addressed the described problem by increasing the sample size and including controls matched by age and body-mass-index. Methods: 82 patients (22 male, 60 female) and 98 control subjects (32 male, 66 female) matched by age, gender and body-mass-index were included. The control group consisted of patients with initially suspected, but biochemically excluded Cushing's syndrome. Standardized frontal and profile facial digital photographs were acquired. The images were analyzed using specialized computer vision and classification software. A grid of nodes was semi-automatically placed on disease-relevant facial structures for analysis of texture and geometry. Classification accuracy was calculated using a leave-one-one cross-validation procedure with a maximum likelihood classifier. Results: The overall correct classification rates were 10/22 (45.5%) for male patients and 26/32 (81.3%) for male controls, and 34/60 (56.7%) for female patients and 43/66 (65.2%) for female controls. In subgroup analyses, correct classification rates were higher for iatrogenic than for endogenous Cushing's syndrome. Conclusion: Regarding the advanced problem of detecting Cushing's syndrome within a study sample matched by body-mass-index, we found moderate classification accuracy by facial image analysis. Classification accuracy is most likely higher in a sample with healthy control subjects. Further studies might pursue a more advanced analysis and classification algorithm

Maschinelles Sehen als Hilfsmittel in der Differentialdiagnostik des Cushing-Syndroms

Objective: Cushing's syndrome is a rare disease characterized by clinical features that show morphological similarity with the metabolic syndrome. Distinguishing these diseases is a challenge in clinical practice. We have previously shown that computer vision technology can be a potentially useful diagnostic tool in Cushing's syndrome. In this follow-up study, we addressed the described problem by increasing the sample size and including controls matched by age and body-mass-index. Methods: 82 patients (22 male, 60 female) and 98 control subjects (32 male, 66 female) matched by age, gender and body-mass-index were included. The control group consisted of patients with initially suspected, but biochemically excluded Cushing's syndrome. Standardized frontal and profile facial digital photographs were acquired. The images were analyzed using specialized computer vision and classification software. A grid of nodes was semi-automatically placed on disease-relevant facial structures for analysis of texture and geometry. Classification accuracy was calculated using a leave-one-one cross-validation procedure with a maximum likelihood classifier. Results: The overall correct classification rates were 10/22 (45.5%) for male patients and 26/32 (81.3%) for male controls, and 34/60 (56.7%) for female patients and 43/66 (65.2%) for female controls. In subgroup analyses, correct classification rates were higher for iatrogenic than for endogenous Cushing's syndrome. Conclusion: Regarding the advanced problem of detecting Cushing's syndrome within a study sample matched by body-mass-index, we found moderate classification accuracy by facial image analysis. Classification accuracy is most likely higher in a sample with healthy control subjects. Further studies might pursue a more advanced analysis and classification algorithm

Electrophysiological substrates for atrial fibrillation: genetic predisposition and acquired condition

Im ersten Teil der Arbeit wurde eine genetische Disposition für Vorhofflimmern (VHF) untersucht. Der Einzelnukleotidpolymorphismus ("single nucleotide polymorphism", SNP) 38G/S befindet sich im N-Terminus der ß-Untereinheit KCNE1. Diese ß-Untereinheit konstituiert gemeinsam mit der alpha-Untereinheit KCNQ1 die langsame Komponente des verzögerten Gleichrichterstromes, IKs. Die ß-Untereinheit hat hierbei eine modulierende Funktion. Frühere Studien beschäftigten sich hauptsächlich mit der transmembranären Domäne und dem C-Terminus. Über die Rolle des N-Terminus war bislang wenig bekannt. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Aufgabe des N-Terminus bei der Modulation der alpha-Untereinheit zu identifizieren. Außerdem sollte festgestellt werden, welche Aminosäuren hierbei besonders von Bedeutung sind. Zu diesem Zweck wurden diverse Konstrukte synthetisiert. Für das Konstrukt delta1-38’ wurden die Aminosäuren 1-38 und damit der Großteil des N-Terminus entfernt. Das Konstrukt "linker" enthält anstelle des Glyzins oder Serins an Position 38 fünf Alanine. In der Nähe der von dem SNP betroffenen Aminosäure befinden sich des Weiteren drei Arginine, die mit jeweils einem Alanin substituiert wurden. Für alle Versuche diente die nicht VHF-assoziierte Variante des SNPs als Kontrolle. Alle Konstrukte konnten erfolgreich heterolog exprimiert werden und gleichermaßen mit der alpha-Untereinheit immunopräzipitiert werden. Die aus der Co-Transfektion von KCNQ1 und KCNE1 resultierende Stromdichte wurde mittels "Patch-clamp"-Technik untersucht. Im Vergleich zum Kontrollstrom (KCNQ1 + KCNE1-38S) waren die Ströme aller anderen Gruppen während De- und Repolarisation signifikant kleiner. Zellfraktionierung und konfokale Mikroskopie zeigten, dass im Vergleich zur Kontrolle alle anderen Konstrukte eine verminderte Plasmamembranlokalisation aufwiesen. Die Aufgabe des N-Terminus liegt offensichtlich im Transport beider Untereinheiten an die Plasmamembran und/oder der Verankerung dort. Sowohl die Aminosäure in Position 38 als auch die drei N-terminalen Arginine in der Nähe scheinen für den hier gesuchten Mechanismus von Bedeutung zu sein. Zukünftige Experimente könnten beispielsweise 3D-Simulationen der Proteinfaltung beinhalten, um die potentielle Membranverankerung weiter zu untersuchen. Der zweite Teil der Arbeit untersuchte erworbene elektrophysiologische Veränderungen im Rahmen von VHF am Beispiel der einwärts gleichrichtenden Kaliumströme IK1 und IKACh. Es sollten die zugrunde liegenden regulatorischen Mechanismen für die Heraufregulierung von IK1 und IKACh bei VHF untersucht werden. Alle Experimente wurden an humanem Gewebe des linken Vorhofs durchgeführt. Das Gewebe stammt von VHF-Patienten, die sich einer Mitralklappen-Operation unterzogen. Als Kontrolle wurde Gewebe von Patienten im Sinusrhythmus (SR) verwendet. Zunächst wurde untersucht, ob transkriptionelle und/oder posttranskriptionelle Veränderungen oder funktionelle Effekte der Heraufregulierung der Ströme zugrunde liegen. Entsprechend wurde die Proteinexpression mittels Western Blot quantifiziert. Die Quantifizierung der mRNA erfolgte per Realtime-PCR. Veränderungen für IK1 konnten sowohl auf mRNA- als auch auf translationaler Ebene beobachtet werden. Protein- und mRNA-Expression von Kir2.1, der zugrunde liegenden Proteinuntereinheit, waren bei VHF signifikant erhöht; die Expression der inhibitorischen miR-1 war reduziert. Die Bestimmung der Protein- und mRNA-Expression der zugrunde liegenden Proteinuntereinheiten für den Strom IKACh zeigte dagegen keinen Unterschied zwischen Gewebe von Patienten mit VHF und SR. Eine funktionelle Regulierung schien daher möglich. Die Expression der IKACh modulierenden Proteine Calmodulin und G alpha i-3 unter VHF zeigte jedoch keinen signifikanten Unterschied zu der SR-Gruppe. Es war eine Tendenz zur Reduktion des inhibierenden G alpha i-3 zu beobachten. Die Regulierung von IKACh,c bei VHF bleibt in zukünftigen Arbeiten zu untersuchen. Ein möglicher Versuch wäre, therapeutisch in die Regulation der Kir-Untereinheiten einzugreifen, um das VHF-unterstützende, elektrische "Remodeling" des IK1 zu verhindern.The first part of the thesis dealt with a genetic predisposition to Atrial fibrillation (AF). The N-terminal KCNE1 polymorphism 38S is highly prevalent and KCNE1-38G is associated with AF. Together with the alpha-subunit the ß-subunit KCNE1 constitutes the slow component of the delayed rectifier current, IKs. The ß-subunit has a modulatory function. Previous studies regarding this protein mainly investigated its transmembrane domain and C-terminus. Detailed structure-function relationship of the KCNE1 N-terminus for IKs modulation is poorly understood and was subject of this study. KCNE1-constructs with N-terminal mutations disrupting structurally important positively charged amino-acids (arginines) at positions 32, 33, 36 and constructs modifying position 38 including an N-terminal truncation mutation were studied. All constructs expressed heterogenously and on the same level. Co-immunoprecipitation with the alpha-subunit was successful for all constructs. IKs resulting from co-expression of KCNQ1 with non-AF ‘38S’ was greater than with KCNE1-38G or with any other construct. Ionic currents resulting from co-transfection of a KCNE1 mutant with arginine substitutions were comparable to currents evoked from cells transfected with an N-terminally truncated KCNE1-construct. Western blots from plasma membrane preparations and confocal images consistently showed a greater amount of KCNQ1 protein at the plasma membrane in cells co-transfected with the non-AF ‘38S’ than with the other constructs. The results of this project indicate N-terminal position 38 and arginines in positions 32, 33, 36 of KCNE1 are important for reconstitution of IKs. This work provides evidence for a role of these N-terminal amino-acids in membrane trafficking and/or anchoring of the delayed rectifier current complex. Future tasks could involve 3D protein folding simulations in order to investigater further into membrane anchoring. The second part of the thesis investigated acquired electrophysiological changes in AF. It aimed to evaluate regulatory mechanisms underlying these changes in inward rectifier currents IK1 and constitutively active IKACh. All experiments were conducted on human left atrial tissue from patients undergoing mitral valve repair. IK1 and IKACh density was increased in cells from patients with AF. IK1 underlying subunit Kir2.1 showed increased protein and mRNA expression. Also inhibitory microRNA-1 was reduced. Protein and mRNA expression of subunits Kir3.1 and Kir3.4, underlying IKACh, was unchanged. Functional modulators of Kir3 currents Calmodulin and G alpha i-3 were quantified as well. While Calmodulin was unchanged inhibitory G alpha i-3 tended to reduction. Underlying mechanisms of IKACh upregulation needs to be further studied. A therapeutic approach to the underlying mechanisms of IK1 upregulation might inhibit the AF maintaining Remodeling of the inward rectifier current

Dresdner Universitätsjournal

"Dresdner Universitätsjournal" vom 19. Mai 200