Indirekte und direkte Methoden zur Detektion des Erythropoietindopings

Das Problem des Missbrauchs von Erythropoietin (EPO) als Dopingsubstanz zur Steigerung der Ausdauerleistung wurde schlagartig weltweit durch den Skandal zur Tour de France 1998 bekannt. Das Internationale Olympische Komitee (IOC) führte ab 1992 Erythropoietin explizit auf der Liste der verbotenen Wirkstoffe auf, ohne des es möglich war zwischen den rekombinantem und dem körpereigene Erythropoietin zu unterscheiden. Bei der im Institut für Dopinganalytik und Sportbiochemie Kreischa durchgeführten Arbeit wurden zwei generelle Strategien verfolgt: zum einen ein indirekter Nachweis des rhEPO, basisierend auf dessen Auswirkungen auf die Erythropoese, und zum anderen der direkte Nachweis des Unterschieds zwischen rekombinantem und humanem Erythropoietin. In der ersten durchgeführten Populationsuntersuchung von 229 Leistungssportlern konnte bei der Auswertung der Daten lediglich eine signifikante Erhöhung des löslichen Transferrinrezeptors (sTfR) bei den Ausdauerathleten gefunden werden, während sich die hämatologischen Parameter nicht unterschieden. In der anschließenden Verlaufsuntersuchung von Ausdauerathleten des Deutschen Leichtathletikverbandes wurden zusätzlich zu den bereits in der Populationsstudie untersuchten Parametern erstmalig von Hochleistungs-athleten Retikulozyten und deren Reifeparameter untersucht. Bei den Hochleistungs-sportlern konnten, insbesondere für die Retikulozyten-parameter, über den Zeitraum der Studie konstante Werte gefunden werden. Die Untersuchung der zirkadianen Rhythmik zeigte lediglich für den Parameter Erythropoietin einen signifikante Veränderung mit einem Maximum in den späten Abendstunden (20:00 bis 23:00 Uhr) erreichte. Die Untersuchung der Variation der indirekten Parameter über den Zeitraum eines Jahres zeigte, dass im Gegensatz zu der Verlaufsuntersuchung der DLV-Athleten, bei der der längste Untersuchungs-zeitraum sechs Monate betrug, eine Veränderung aller Parameter, mit Ausnahme von Erythropoietin, bestand. Bei der Auswertung der Belastungsstudien wurde für die gut trainierten Athleten nur ein geringer Einfluss auf die hämatologischen Parameter gefunden, während bei einigen Retikulozytenparametern signifikante Erhöhungen durch die Belastung festgestellt werden konnten. Mit der Etablierung der direkten Nachweismethode für EPO im Urin und der Anpassung der ursprünglichen Methode an das neue Präparat ARANESP, ein modifiziertes EPO, änderte sich die Aufgabenstellung für die indirekten Parameter, da es ab sofort möglich war eine große Anzahl Proben unter Verwendung von niedrigeren Grenzwerten zu screenen. Anhand der Werte der weltbesten Ausdauerathleten wurden allgemein gültige Grenzwerte und eine globale Strategie für ein Screening aufgestellt. Bei einem auffälligen Befund würde in jedem Fall die korrespondierende Urinprobe mittels der direkten Methode untersucht und erst mit dem Nachweis des rekombinanten Erythropoietins als positiv bewertet werden. Zusätzlich zu den indirekten Parametern wurden Untersuchungen hinsichtlich des direkten Nachweis, d. h. der Anreicherung von Erythropoietin und einer massenspektrometrischen Analyse einzelner Glykanketten, durchgeführt, bei denen mit der Kombination Nanospray und TOF-MS die notwendigen Nachweisgrenzen erreicht werden konnten. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass ausgewählter Blutparameter sehr gut geeignet sind, um als Screeningmethode für erythropoesesteigernde Substanzen zu dienen. Im Gegensatz zur Methode des direkten Nachweises von EPO im Urin, die durch die Verfügbarkeit der Referenzsubstanzen limitiert ist, bietet der indirekte Nachweis über Blutparameter den Vorteil, Veränderungen des erythropoetischen Systems, verursacht durch neue Substanzen oder Methoden, erfassen zu können

Genetic variation of TLR4 influences immunoendocrine stress response: an observational study in cardiac surgical patients

Introduction: Systemic inflammation (e.g. following surgery) involves Toll-like receptor (TLR) signaling and leads to an endocrine stress response. This study aims to investigate a possible influence of TLR2 and TLR4 single nucleotide polymorphisms (SNPs) on perioperative adrenocorticotropic hormone (ACTH) and cortisol regulation in serum of cardiac surgical patients. To investigate the link to systemic inflammation in this context, we additionally measured 10 different cytokines in the serum. Methods: 338 patients admitted for elective cardiac surgery were included in this prospective observational clinical cohort study. Genomic DNA of patients was screened for TLR2 and TLR4 SNPs. Serum concentrations of ACTH, cortisol, interferon (IFN)-, interleukin (IL)-1, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-8, IL-10, tumor necrosis factor (TNF)- and granulocyte macro-phage-colony stimulating factor (GM-CSF) were determined before surgery, immediately post surgery and on the first postoperative day. Results: 13 patients were identified as TLR2 SNP carrier, 51 as TLR4 SNP carrier and 274 pa-tients as non-carrier. Basal levels of ACTH, cortisol and cytokines did not differ between groups. In all three groups a significant, transient perioperative rise of cortisol could be ob-served. However, only in the non-carrier group this was accompanied by a significant ACTH rise, TLR4 SNP carriers had significant lower ACTH levels compared to non-carriers ((mean[95% confidence intervals]) non-carriers: 201.9[187.7 to 216.1]pg/ml; TLR4 SNP car-riers: 149.9[118.4 to 181.5]pg/ml; TLR2 SNP carriers: 176.4[110.5 to 242.3]pg/ml). Compared to non-carriers, TLR4 SNP carriers showed significant lower serum IL-8, IL-10 and GM-CSF peaks ((mean[95% confidence intervals]): IL-8: non-carriers: 42.6[36.7 to 48.5]pg/ml, TLR4 SNP carriers: 23.7[10.7 to 36.8]pg/ml; IL-10: non-carriers: 83.8[70.3 to 97.4]pg/ml, TLR4 SNP carriers: 54.2[24.1 to 84.2]pg/ml; GM-CSF: non-carriers: 33.0[27.8 to 38.3]pg/ml, TLR4 SNP carriers: 20.2[8.6 to 31.8]pg/ml). No significant changes over time or between the groups were found for the other cytokines. Conclusions: Regulation of the immunoendocrine stress response during systemic inflamma-tion is influenced by the presence of a TLR4 SNP. Cardiac surgical patients carrying this ge-notype showed decreased serum concentrations of ACTH, IL-8, IL-10 and GM-CSF. This finding might have impact on interpreting previous and designing future trials on diagnosing and modulating immunoendocrine dysregulation (e.g. adrenal insufficiency) during systemic inflammation and sepsis

Effects of 3 Weeks of Oral Low-Dose Cobalt on Hemoglobin Mass and Aerobic Performance

Introduction: Cobalt ions (Co2+) stabilize HIFa and increase endogenous erythropoietin (EPO) production creating the possibility that Co2+ supplements (CoSupp) may be used as performance enhancing substances. The aim of this study was to determine the effects of a small oral dosage of CoSupp on hemoglobin mass (Hbmass) and performance with the objective of providing the basis for establishing upper threshold limits of urine [Co2+] to detect CoSupp misuse in sport. Methods: Twenty-four male subjects participated in a double-blind placebo-controlled study. Sixteen received an oral dose of 5mg of ionized Co2+ per day for 3 weeks, and eight served as controls. Blood and urine samples were taken before the study, during the study and up to 3 weeks after CoSupp. Hbmass was determined by the CO-rebreathing method at regular time intervals, and VO2max was determined before and after the CoSupp administration period. Results: In the Co2+ group, Hbmass increased by 2.0 +/- 2.1% (p < 0.001) while all the other analyzed hematological parameters did not show signi fi cant interactions of time and treatment. Hemoglobin concentration ([Hb]) and hematocrit (Hct) tended to increase (p = 0.16, p = 0.1) and also [EPO] showed a similar trend (baseline: 9.5 +/- 3.0, after 2 weeks: 12.4 +/- 5.2 mU/ml). While mean VO2max did not change, there was a trend for a positive relationship between changes in Hbmass and changes in VO2max immediately after CoSupp (r = 0.40, p = 0.11). Urine [Co2+] increased from 0.4 +/- 0.3 to 471.4 +/- 384.1 ng/ml (p < 0.01) and remained signi fi cantly elevated until 2 weeks after cessation. Conclusion: An oral Co2+ dosage of 5 mg/day for 3 weeks effectively increases Hbmass with a tendency to increase hemoglobin concentration ([Hb]) and hematocrit (Hct). Because urine Co2+ concentration remains increased for 2 weeks after cessation, upper limit threshold values for monitoring CoSupp can be established

Indirekte und direkte Methoden zur Detektion des Erythropoietindopings

Das Problem des Missbrauchs von Erythropoietin (EPO) als Dopingsubstanz zur Steigerung der Ausdauerleistung wurde schlagartig weltweit durch den Skandal zur Tour de France 1998 bekannt. Das Internationale Olympische Komitee (IOC) führte ab 1992 Erythropoietin explizit auf der Liste der verbotenen Wirkstoffe auf, ohne des es möglich war zwischen den rekombinantem und dem körpereigene Erythropoietin zu unterscheiden. Bei der im Institut für Dopinganalytik und Sportbiochemie Kreischa durchgeführten Arbeit wurden zwei generelle Strategien verfolgt: zum einen ein indirekter Nachweis des rhEPO, basisierend auf dessen Auswirkungen auf die Erythropoese, und zum anderen der direkte Nachweis des Unterschieds zwischen rekombinantem und humanem Erythropoietin. In der ersten durchgeführten Populationsuntersuchung von 229 Leistungssportlern konnte bei der Auswertung der Daten lediglich eine signifikante Erhöhung des löslichen Transferrinrezeptors (sTfR) bei den Ausdauerathleten gefunden werden, während sich die hämatologischen Parameter nicht unterschieden. In der anschließenden Verlaufsuntersuchung von Ausdauerathleten des Deutschen Leichtathletikverbandes wurden zusätzlich zu den bereits in der Populationsstudie untersuchten Parametern erstmalig von Hochleistungs-athleten Retikulozyten und deren Reifeparameter untersucht. Bei den Hochleistungs-sportlern konnten, insbesondere für die Retikulozyten-parameter, über den Zeitraum der Studie konstante Werte gefunden werden. Die Untersuchung der zirkadianen Rhythmik zeigte lediglich für den Parameter Erythropoietin einen signifikante Veränderung mit einem Maximum in den späten Abendstunden (20:00 bis 23:00 Uhr) erreichte. Die Untersuchung der Variation der indirekten Parameter über den Zeitraum eines Jahres zeigte, dass im Gegensatz zu der Verlaufsuntersuchung der DLV-Athleten, bei der der längste Untersuchungs-zeitraum sechs Monate betrug, eine Veränderung aller Parameter, mit Ausnahme von Erythropoietin, bestand. Bei der Auswertung der Belastungsstudien wurde für die gut trainierten Athleten nur ein geringer Einfluss auf die hämatologischen Parameter gefunden, während bei einigen Retikulozytenparametern signifikante Erhöhungen durch die Belastung festgestellt werden konnten. Mit der Etablierung der direkten Nachweismethode für EPO im Urin und der Anpassung der ursprünglichen Methode an das neue Präparat ARANESP, ein modifiziertes EPO, änderte sich die Aufgabenstellung für die indirekten Parameter, da es ab sofort möglich war eine große Anzahl Proben unter Verwendung von niedrigeren Grenzwerten zu screenen. Anhand der Werte der weltbesten Ausdauerathleten wurden allgemein gültige Grenzwerte und eine globale Strategie für ein Screening aufgestellt. Bei einem auffälligen Befund würde in jedem Fall die korrespondierende Urinprobe mittels der direkten Methode untersucht und erst mit dem Nachweis des rekombinanten Erythropoietins als positiv bewertet werden. Zusätzlich zu den indirekten Parametern wurden Untersuchungen hinsichtlich des direkten Nachweis, d. h. der Anreicherung von Erythropoietin und einer massenspektrometrischen Analyse einzelner Glykanketten, durchgeführt, bei denen mit der Kombination Nanospray und TOF-MS die notwendigen Nachweisgrenzen erreicht werden konnten. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass ausgewählter Blutparameter sehr gut geeignet sind, um als Screeningmethode für erythropoesesteigernde Substanzen zu dienen. Im Gegensatz zur Methode des direkten Nachweises von EPO im Urin, die durch die Verfügbarkeit der Referenzsubstanzen limitiert ist, bietet der indirekte Nachweis über Blutparameter den Vorteil, Veränderungen des erythropoetischen Systems, verursacht durch neue Substanzen oder Methoden, erfassen zu können

Indirekte und direkte Methoden zur Detektion des Erythropoietindopings

Das Problem des Missbrauchs von Erythropoietin (EPO) als Dopingsubstanz zur Steigerung der Ausdauerleistung wurde schlagartig weltweit durch den Skandal zur Tour de France 1998 bekannt. Das Internationale Olympische Komitee (IOC) führte ab 1992 Erythropoietin explizit auf der Liste der verbotenen Wirkstoffe auf, ohne des es möglich war zwischen den rekombinantem und dem körpereigene Erythropoietin zu unterscheiden. Bei der im Institut für Dopinganalytik und Sportbiochemie Kreischa durchgeführten Arbeit wurden zwei generelle Strategien verfolgt: zum einen ein indirekter Nachweis des rhEPO, basisierend auf dessen Auswirkungen auf die Erythropoese, und zum anderen der direkte Nachweis des Unterschieds zwischen rekombinantem und humanem Erythropoietin. In der ersten durchgeführten Populationsuntersuchung von 229 Leistungssportlern konnte bei der Auswertung der Daten lediglich eine signifikante Erhöhung des löslichen Transferrinrezeptors (sTfR) bei den Ausdauerathleten gefunden werden, während sich die hämatologischen Parameter nicht unterschieden. In der anschließenden Verlaufsuntersuchung von Ausdauerathleten des Deutschen Leichtathletikverbandes wurden zusätzlich zu den bereits in der Populationsstudie untersuchten Parametern erstmalig von Hochleistungs-athleten Retikulozyten und deren Reifeparameter untersucht. Bei den Hochleistungs-sportlern konnten, insbesondere für die Retikulozyten-parameter, über den Zeitraum der Studie konstante Werte gefunden werden. Die Untersuchung der zirkadianen Rhythmik zeigte lediglich für den Parameter Erythropoietin einen signifikante Veränderung mit einem Maximum in den späten Abendstunden (20:00 bis 23:00 Uhr) erreichte. Die Untersuchung der Variation der indirekten Parameter über den Zeitraum eines Jahres zeigte, dass im Gegensatz zu der Verlaufsuntersuchung der DLV-Athleten, bei der der längste Untersuchungs-zeitraum sechs Monate betrug, eine Veränderung aller Parameter, mit Ausnahme von Erythropoietin, bestand. Bei der Auswertung der Belastungsstudien wurde für die gut trainierten Athleten nur ein geringer Einfluss auf die hämatologischen Parameter gefunden, während bei einigen Retikulozytenparametern signifikante Erhöhungen durch die Belastung festgestellt werden konnten. Mit der Etablierung der direkten Nachweismethode für EPO im Urin und der Anpassung der ursprünglichen Methode an das neue Präparat ARANESP, ein modifiziertes EPO, änderte sich die Aufgabenstellung für die indirekten Parameter, da es ab sofort möglich war eine große Anzahl Proben unter Verwendung von niedrigeren Grenzwerten zu screenen. Anhand der Werte der weltbesten Ausdauerathleten wurden allgemein gültige Grenzwerte und eine globale Strategie für ein Screening aufgestellt. Bei einem auffälligen Befund würde in jedem Fall die korrespondierende Urinprobe mittels der direkten Methode untersucht und erst mit dem Nachweis des rekombinanten Erythropoietins als positiv bewertet werden. Zusätzlich zu den indirekten Parametern wurden Untersuchungen hinsichtlich des direkten Nachweis, d. h. der Anreicherung von Erythropoietin und einer massenspektrometrischen Analyse einzelner Glykanketten, durchgeführt, bei denen mit der Kombination Nanospray und TOF-MS die notwendigen Nachweisgrenzen erreicht werden konnten. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass ausgewählter Blutparameter sehr gut geeignet sind, um als Screeningmethode für erythropoesesteigernde Substanzen zu dienen. Im Gegensatz zur Methode des direkten Nachweises von EPO im Urin, die durch die Verfügbarkeit der Referenzsubstanzen limitiert ist, bietet der indirekte Nachweis über Blutparameter den Vorteil, Veränderungen des erythropoetischen Systems, verursacht durch neue Substanzen oder Methoden, erfassen zu können

Erythropoietic effects of low-dose cobalt application

Cobaltous ions (Co2+) stabilize HIF alpha, increase endogenous erythropoietin (EPO) production, and may, therefore, be used as a performance-enhancing substance. To date, the dosage necessary to stimulate erythropoiesis is unknown. The aim of this study was, therefore, to determine the minimum dosage necessary to increase erythropoietic processes. In a first double-blind placebo-controlled study (n = 5), single oral Co2+ dosages of 5 mg (n = 6) and 10 mg (n = 7) were administered to healthy young men. Cubital venous blood and urine samples were collected before and up to 24 hours after Co2+ administration. In a second study, the same daily Co2+ dosages were administered for five days (placebo: n = 5, 5 mg: n = 9, 10 mg: n = 7). Blood and urine samples were taken the day before administration and at day 3 and day 5. Plasma [EPO] was elevated by 20.5 +/- 16.9% at 5 hours after the single 5-mg administration (p < 0.05) and by 52.8 +/- 23.5% up to 7 hours following the 10-mg Co2+ administration (p < 0.001). Urine [Co2+] transiently increased, with maximum values 3-5 hours after Co2+ ingestion (5 mg: from 0.8 +/- 1.1 to 153.6 +/- 109.4 ng/mL, 10 mg: from 1.3 +/- 1.7 to 338.0 +/- 231,5 ng/mL). During the five days of Co2+ application, 5 mg showed a strong tendency to increase [EPO], while the 10-mg application significantly increased [EPO] at day 5 by 27.2 +/- 26.4% (p < 0.05) and the immature reticulocyte fraction by 49.9 +/- 21.7% (p < 0.01). [Ferritin] was decreased by 12.4 +/- 10.4 ng/mL (p < 0.05). An oral Co2+ dosage of 10 mg/day exerts clear erythropoietic effects, and 5 mg/day tended to increase plasma EPO concentration