Stimulation beta-adrenerger Rezeptoren auf neutrophilen Granulozyten - Effekte auf Adhäsionsmoleküle, Zytokine und intrazelluläre Botenstoffe

In der vorliegenden Arbeit wurden unstimulierte und vorstimulierte neutrophile Granulozyten aus dem Blut gesunder Spender mit Adrenalin und Noradrenalin inkubiert. Auf der Ebene der Signaltransduktion adrenerger Rezeptoren wurden die intrazelluläre cAMP-Konzentration und der Kalzium-Influx nach Inkubation mit Adrenalin gemessen. Außerdem wurde die Expression der drei Adhäsionsmoleküle CD15, CD44 und CD54 (ICAM-1) sowie die Produktion der drei Zytokine IL-6, IL-8 und TNF-alpha untersucht. Auf der intrazellulären Ebene induzierte Adrenalin ein Erhöhung der Konzentration des second messenger cAMP und keine signifikante Veränderung der Konzentration freier Ca2+-Ionen. Dies könnte als Hinweis gedeutet werden, dass beta-Adrenozeptoren auf neutrophilen Granulozyten vorhanden und funktionell aktiv sind, nachgewiesene alpha-Adrenozeptoren jedoch eher von untergeordneter Bedeutung sind. Da in Neutrophilen Ca2+ als proinflammatorisch und cAMP als antiinflammatorisch gilt, sind diese beiden Ergebnisse untereinander stringent. Sie fügen sich gut in den wissenschaftlichen Kontext, in dem Adrenalin auf neutrophile Granulozyten eher einen inhibierenden als einen stimulierenden Einfluss ausübt. Nach LPS-Stimulation konnte eine Hochregulation aller untersuchten Oberflächenproteine sowie eine Neosynthese des CXC-Chemokins IL-8 festgestellt werden, letzteres mit Hilfe einer fluoreszenzimmunologischen Doppelfärbung. Die erhöhte Expression der drei untersuchten Adhäsionsmoleküle kann als proinflammatorisches Ereignis im Rahmen der Immunantwort gesehen werden, denn sie erleichtert das Übertreten von neutrophilen Granulozyten in infizierte Gewebe. Auch die Produktion von IL-8 durch Neutrophile lässt sich als proinflammatorisches Geschehen interpretieren, da IL-8 als CXC-Chemokin in der Lage ist, weitere polymorphkernige Leukozyten zu rekrutieren. In der Anfangsphase einer Immunantwort ist ein solcher positiver Feedback-Mechanismus physiologisch durchaus „sinnvoll“. Adrenalin in sehr hoher Dosis bewirkte eine leichte Stimulation der Expression von CD44. Da CD44 für den Vorgang der Phagozytose unerlässlich ist, kann dies als ein die Phagozytose stimulierender Effekt gesehen werden. Auch die Expression von CD54 ließ sich durch Adrenalin in hoher Konzentration nach 12-stündiger Inkubation stimulieren. Man könnte vermuten, dass die erhöhte Expression von CD54 durch Adrenalin den Übertritt neutrophiler Granulozyten aus der Blutbahn in das Interstitium erleichtert, und dass dies nur an Orten inflammatorischer Vorgänge relevant ist, da dort hohe Konzentrationen von Adrenalin herrschen können. Die Inkubation LPS-stimulierter neutrophiler Granulozyten führte zu einer leichten Inhibition der Expression von CD54. Dies könnte im Rahmen einer systemisch-inflammatorischen Reaktion LPS-stimulierte neutrophile Granulozyten davor bewahren zu verklumpen. Hier kann auch allgemein ein hemmender Effekt von Adrenalin auf bereits vorstimulierte Neutrophile postuliert werden, der eine überschießende Entzündungsreaktion verhindern würde. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass beta-Adrenozeptoren auf neutrophilen Granulozyten vorhanden und funktionell aktiv sind. Es kann vermutet werden, dass das Muster der Adhäsionsmoleküle auf neutrophilen Granulozyten und damit deren Migrationsverhalten durch Adrenalin reguliert wird, und zwar abhängig vom Grad der Aktivität der Zelle. Vorstimulierte Zellen würden eher gehemmt und unstimulierte Zellen eher aktiviert. Mit diesen Ergebnissen leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum Thema der Regulation von neutrophilen Granulozyten durch LPS und Katecholamine

Stimulation beta-adrenerger Rezeptoren auf neutrophilen Granulozyten - Effekte auf Adhäsionsmoleküle, Zytokine und intrazelluläre Botenstoffe

In der vorliegenden Arbeit wurden unstimulierte und vorstimulierte neutrophile Granulozyten aus dem Blut gesunder Spender mit Adrenalin und Noradrenalin inkubiert. Auf der Ebene der Signaltransduktion adrenerger Rezeptoren wurden die intrazelluläre cAMP-Konzentration und der Kalzium-Influx nach Inkubation mit Adrenalin gemessen. Außerdem wurde die Expression der drei Adhäsionsmoleküle CD15, CD44 und CD54 (ICAM-1) sowie die Produktion der drei Zytokine IL-6, IL-8 und TNF-alpha untersucht. Auf der intrazellulären Ebene induzierte Adrenalin ein Erhöhung der Konzentration des second messenger cAMP und keine signifikante Veränderung der Konzentration freier Ca2+-Ionen. Dies könnte als Hinweis gedeutet werden, dass beta-Adrenozeptoren auf neutrophilen Granulozyten vorhanden und funktionell aktiv sind, nachgewiesene alpha-Adrenozeptoren jedoch eher von untergeordneter Bedeutung sind. Da in Neutrophilen Ca2+ als proinflammatorisch und cAMP als antiinflammatorisch gilt, sind diese beiden Ergebnisse untereinander stringent. Sie fügen sich gut in den wissenschaftlichen Kontext, in dem Adrenalin auf neutrophile Granulozyten eher einen inhibierenden als einen stimulierenden Einfluss ausübt. Nach LPS-Stimulation konnte eine Hochregulation aller untersuchten Oberflächenproteine sowie eine Neosynthese des CXC-Chemokins IL-8 festgestellt werden, letzteres mit Hilfe einer fluoreszenzimmunologischen Doppelfärbung. Die erhöhte Expression der drei untersuchten Adhäsionsmoleküle kann als proinflammatorisches Ereignis im Rahmen der Immunantwort gesehen werden, denn sie erleichtert das Übertreten von neutrophilen Granulozyten in infizierte Gewebe. Auch die Produktion von IL-8 durch Neutrophile lässt sich als proinflammatorisches Geschehen interpretieren, da IL-8 als CXC-Chemokin in der Lage ist, weitere polymorphkernige Leukozyten zu rekrutieren. In der Anfangsphase einer Immunantwort ist ein solcher positiver Feedback-Mechanismus physiologisch durchaus „sinnvoll“. Adrenalin in sehr hoher Dosis bewirkte eine leichte Stimulation der Expression von CD44. Da CD44 für den Vorgang der Phagozytose unerlässlich ist, kann dies als ein die Phagozytose stimulierender Effekt gesehen werden. Auch die Expression von CD54 ließ sich durch Adrenalin in hoher Konzentration nach 12-stündiger Inkubation stimulieren. Man könnte vermuten, dass die erhöhte Expression von CD54 durch Adrenalin den Übertritt neutrophiler Granulozyten aus der Blutbahn in das Interstitium erleichtert, und dass dies nur an Orten inflammatorischer Vorgänge relevant ist, da dort hohe Konzentrationen von Adrenalin herrschen können. Die Inkubation LPS-stimulierter neutrophiler Granulozyten führte zu einer leichten Inhibition der Expression von CD54. Dies könnte im Rahmen einer systemisch-inflammatorischen Reaktion LPS-stimulierte neutrophile Granulozyten davor bewahren zu verklumpen. Hier kann auch allgemein ein hemmender Effekt von Adrenalin auf bereits vorstimulierte Neutrophile postuliert werden, der eine überschießende Entzündungsreaktion verhindern würde. Zusammenfassend deuten die Ergebnisse darauf hin, dass beta-Adrenozeptoren auf neutrophilen Granulozyten vorhanden und funktionell aktiv sind. Es kann vermutet werden, dass das Muster der Adhäsionsmoleküle auf neutrophilen Granulozyten und damit deren Migrationsverhalten durch Adrenalin reguliert wird, und zwar abhängig vom Grad der Aktivität der Zelle. Vorstimulierte Zellen würden eher gehemmt und unstimulierte Zellen eher aktiviert. Mit diesen Ergebnissen leistet die vorliegende Arbeit einen Beitrag zum Thema der Regulation von neutrophilen Granulozyten durch LPS und Katecholamine

Comparison of two devices and two breathing patterns for exhaled breath condensate sampling.

Analysis of exhaled breath condensate (EBC) is a noninvasive method to access the epithelial lining fluid of the lungs. Due to standardization problems the method has not entered clinical practice. The aim of the study was to assess the comparability for two commercially available devices in healthy controls. In addition, we assessed different breathing patterns in healthy controls with protein markers to analyze the source of the EBC. EBC was collected from ten subjects using the RTube and ECoScreen Turbo in a randomized crossover design, twice with every device--once in tidal breathing and once in hyperventilation. EBC conductivity, pH, surfactant protein A, Clara cell secretory protein and total protein were assessed. Bland-Altman plots were constructed to display the influence of different devices or breathing patterns and the intra-class correlation coefficient (ICC) was calculated. The volatile organic compound profile was measured using the electronic nose Cyranose 320. For the analysis of these data, the linear discriminant analysis, the Mahalanobis distances and the cross-validation values (CVV) were calculated. Neither the device nor the breathing pattern significantly altered EBC pH or conductivity. ICCs ranged from 0.61 to 0.92 demonstrating moderate to very good agreement. Protein measurements were greatly influenced by breathing pattern, the device used, and the way in which the results were reported. The electronic nose could distinguish between different breathing patterns and devices, resulting in Mahalanobis distances greater than 2 and CVVs ranging from 64% to 87%. EBC pH and (to a lesser extent) EBC conductivity are stable parameters that are not influenced by either the device or the breathing patterns. Protein measurements remain uncertain due to problems of standardization. We conclude that the influence of the breathing maneuver translates into the necessity to keep the volume of ventilated air constant in further studies

Alpha1-antitrypsin deficiency - diagnostic testing and disease awareness in Germany and Italy.

Summary Background Alpha 1 -antitrypsin (AAT) deficiency, although largely under-diagnosed, is the underlying cause of approximately 1% of COPD cases. Lack of awareness leads to long delays in diagnostic testing. Subsequently, lifestyle and treatment choices with potentially positive effects on prognosis may be postponed. Methods Data on the testing and diagnostic practices for AAT deficiency were derived from the University of Pavia, Italy, and the University of Marburg, Germany. In addition, a survey of physicians was undertaken to explore their awareness and attitudes toward AAT deficiency. Results In Pavia and Marburg, 125 and 729 patients, respectively, were identified with severe AAT deficiency between July 2006 and June 2011. The median time interval between the onset of symptoms and diagnosis was 6 years (interquartile range [IQR], 11; range, 0–40) and 7 years (IQR, 13; range, 0–73), respectively. Augmentation therapy was initiated almost immediately in Germany while treatment was delayed by 3 months in Italy (IQR, 5.25; range, 1–118). Survey data (Italy, n = 181; Germany, n = 180) revealed that pulmonologists had greater knowledge of AAT deficiency than internists and general practitioners, however, overall, only 18–25% of physicians tested all COPD patients. One-third of the respondents stated that they "sometimes" offered augmentation therapy to patients diagnosed with AAT deficiency. Conclusions Major obstacles to AAT deficiency testing are physicians' attitudes and lack of understanding of the condition. A greater adherence to the guidelines that recommend diagnostic testing of all COPD patients, coupled with simpler testing protocols, may decrease delays and positively impact patient outcomes

Cardiovascular risk in patients with alpha-1-antitrypsin deficiency

Background: Alpha-1-antitrypsin deficiency (AATD) is a rare inherited condition caused by mutations of the SERPINA1 gene that is associated with the development of a COPD like lung disease. The comorbidities in patients with AATDrelated lung diseases are not well defined. The aim of this study was to analyze the clinical phenotype of AATD patients within the German COPD cohort study COSYCONET (“COPD and SYstemic consequences-COmorbidities NETwork”) cohort focusing on the distribution of comorbidities. Method and results: The data from 2645 COSYCONET patients, including 139 AATD patients (110 with and 29 without augmentation therapy), were analyzed by descriptive statistics and regression analyses. We found significantly lower prevalence of cardiovascular comorbidities in AATD patients as compared to non-AATD COPD patients. After correction for age, pack years, body mass index, and sex, the differences were still significant for coronary artery disease (p = 0.002) and the prevalence of peripheral artery disease as determined by an ankle-brachial-index <= 0.9 (p = 0.035). Also the distribution of other comorbidities such as bronchiectasis differed between AATD and non-deficient COPD. Conclusion: AATD is associated with a lower prevalence of cardiovascular disease, the underlying mechanisms need further investigation

Cardiovascular risk in patients with alpha-1-antitrypsin deficiency

Background: Alpha-1-antitrypsin deficiency (AATD) is a rare inherited condition caused by mutations of the SERPINA1 gene that is associated with the development of a COPD like lung disease. The comorbidities in patients with AATD-related lung diseases are not well defined. The aim of this study was to analyze the clinical phenotype of AATD patients within the German COPD cohort study COSYCONET (“COPD and SYstemic consequences-COmorbidities NETwork”) cohort focusing on the distribution of comorbidities. Method and results: The data from 2645 COSYCONET patients, including 139 AATD patients (110 with and 29 without augmentation therapy), were analyzed by descriptive statistics and regression analyses. We found significantly lower prevalence of cardiovascular comorbidities in AATD patients as compared to non-AATD COPD patients. After correction for age, pack years, body mass index, and sex, the differences were still significant for coronary artery disease (p = 0.002) and the prevalence of peripheral artery disease as determined by an ankle-brachial-index <= 0.9 (p = 0.035). Also the distribution of other comorbidities such as bronchiectasis differed between AATD and non-deficient COPD. Conclusion: AATD is associated with a lower prevalence of cardiovascular disease, the underlying mechanisms need further investigation

Standardisation of clinical assessment, management and follow-up of acute hospitalised exacerbation of copd: A europe-wide consensus

Background: Despite hospitalization for exacerbation being a high-risk event for morbidity and mortality, there is little consensus globally regarding the assessment and management of hospitalised exacerbations of COPD. We aimed to establish a consensus list of symptoms, physiological measures, clinical scores, patient questionnaires and investigations to be obtained at time of hospitalised COPD exacerbation and follow-up. Methods: A modified Delphi online survey with pre-defined consensus of importance, feasibility and frequency of measures at hospitalisation and follow-up of a COPD exacerbation was undertaken. Findings: A total of 25 COPD experts from 18 countries contributed to all 3 rounds of the survey. Experts agreed that a detailed history and examination were needed. Experts also agreed on which treatments are needed and how soon these should be delivered. Experts recommended that a full blood count, renal function, C-reactive protein and cardiac blood biomarkers (BNP and troponin) should be measured within 4 hours of admission and that the modified Medical Research Council dyspnoea scale (mMRC) and COPD assessment test (CAT) should be performed at time of exacerbation and follow-up. Experts encouraged COPD clinicians to strongly consider discussing palliative care, if indicated, at time of hospitalisation. Interpretation: This Europe-wide consensus document is the first attempt to standardise the assessment and care of patients hospitalised for COPD exacerbations. This should be regarded as the starting point to build knowledge and evidence on patients hospitalised for COPD exacerbations

A mRNA panel for differentiation between acute exacerbation or pneumonia in COPD patients

IntroductionPatients suffering from chronic obstructive pulmonary disease (COPD) are prone to acute exacerbations (AECOPD) or community acquired pneumonia (CAP), both posing severe risk of morbidity and mortality. There is no available biomarker that correctly separates AECOPD from COPD. However, because CAP and AECOPD differ in aetiology, treatment and prognosis, their discrimination would be important.MethodsThis study analysed the ability of selected candidate transcripts from peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) to differentiate between patients with AECOPD, COPD &amp; CAP, and CAP without pre-existing COPD.ResultsIn a previous study, we identified differentially regulated genes between CAP and AECOPD in PBMCs. In the present new cohort, we tested the potential of selected candidate PBMC transcripts to differentiate at early time points AECOPD, CAP+COPD, and CAP without pre-existing COPD. Expression of YWHAG, E2F1 and TDRD9 held predictive power: This gene set predicted diseases markedly better (model accuracy up to 100%) than classical clinical markers like CRP, lymphocyte count and neutrophil count (model accuracy up to 82%).DiscussionIn summary, in our cohort expression levels of YWHAG, E2F1 and TDRD9 differentiated with high accuracy between COPD patients suffering from acute exacerbation or CAP

Sex- differences in alpha-1 antitrypsin deficiency:Data from the EARCO Registry

Background: Sex and gender influence many aspects of chronic obstructive pulmonary disease (COPD). Limited data are available on this topic in alpha-1 antitrypsin deficiency (AATD). We therefore aimed to investigate sex issues in the EARCO registry, a prospective, international, observational cohort study.Methods: Baseline data from PiZZ individuals, enrolled in the registry with complete data on sex and smoking history were analysed by group comparisons and binary logistic regression analyses.Results: 1283 patients with AATD, 49.3% women were analysed. Females reported less tobacco consumption (16.8 ± 12.2 vs. 19.6 ± 14.5 PY, p = 0.006), occupational exposures towards gases, dusts or asbestos (p &lt; 0.005 each) and consumed less alcohol (5.5 ± 7.6 vs. 8.4 ± 10.3 u/week, p &lt; 0.001). Females reported COPD (41% vs. 57%, p &lt; 0.001) and liver disease (11% vs. 20%, p &lt; 0.001) less often. However, they had a higher prevalence of bronchiectasis (24% vs. 13%, p &lt; 0.001). Despite better lung function (FEV1%pred. 73.6 ± 29.9 vs. 62.7 ± 29.5, p &lt; 0.001) females reported a similar symptom burden (CAT 13.4 ± 9.5 vs. 12.5 ± 8.9, p = ns) and exacerbation frequency (at least one in the previous year 30% vs. 26%, p = ns) compared to males. In multivariate analyses, female sex was an independent risk factor for exacerbations in the previous year OR 1.6 p = 0.001 in addition to smoking history, COPD, asthma and bronchiectasis and was also identified as risk factors for symptom burden (CAT ≥ 10) OR 1.4 p = 0.014 besides age, BMI, COPD and smoking history.Conclusion: Men had higher rates of COPD and liver disease, women were more likely to have bronchiectasis. Women's higher symptom burden and exacerbation frequency suggest they may need tailored treatment approaches

Protocol for the EARCO Registry : a pan-European observational study in patients with α1-antitrypsin deficiency

Rationale and objectives Alpha-1 antitrypsin deficiency (AATD) is a genetic condition that leads to an increased risk of emphysema and liver disease. Despite extensive investigation, there remain unanswered questions concerning the natural history, pathophysiology, genetics and the prognosis of the lung disease in association with AATD. The European Alpha-1 Clinical Research Collaboration (EARCO) is designed to bring together researchers from European countries and to create a standardised database for the follow-up of patients with AATD. Study design and population The EARCO Registry is a non-interventional, multicentre, pan-European, longitudinal observational cohort study enrolling patients with AATD. Data will be collected prospectively without interference/modification of patient's management by the study team. The major inclusion criterion is diagnosed severe AATD, defined by an AAT serum level <11 µM (50 mg·dL−1) and/or a proteinase inhibitor genotype ZZ, SZ or compound heterozygotes or homozygotes of other rare deficient variants. Assessments at baseline and during the yearly follow-up visits include lung function testing (spirometry, body plethysmography and diffusing capacity of the lung), exercise capacity, blood tests and questionnaires (symptoms, quality of life and physical activity). To ensure correct data collection, there will be designated investigator staff to document the data in the case report form. All data will be reviewed by the EARCO database manager. Summary The EARCO Registry aims to understand the natural history and prognosis of AATD better with the goal to create and validate prognostic tools to support medical decision-making