Dokument: Pulmonary inflammation and systemic effects of model and ambient particles

Titel:	Pulmonary inflammation and systemic effects of model and ambient particles
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=3656
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20070227-140325-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Meiring, James Justus [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 974,3 KB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 09.02.2007 / geändert 09.02.2007
Beitragende:	Prof. Dr. Kahl, Regine [Gutachter] Prof. Dr. Wunderlich, Frank [Gutachter]
Stichwörter:	Permeabilitaet, Translokation, Entzuending, PM , isolierte perfundeerte Rattenlunge , Luftpartikeln, Kreislauftkrankheitenpermeability , translocation, inflammation, PM, Isolated perfused rat lung, ambient particles , cardiovaskular disease
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Einleitung: In verschiedenen epidemiologischen Studien wurde Kontakt mit Schwebstoffen (nachfolgend „PM“ – von „particulate matter“) in der Umgebungsluft mit gesundheitsschädigenden Wirkungen in Verbindung gebracht (Daniels et al, 2000; Pope et al, 2002). Diese Studien haben geschätzt, dass eine 10 µg/m3 PM2.5 Erhöhung der Schwebstoffmenge zu einer 1.4%-igen Mortalitätserhöhung führt und, dass bei Atemwegerkrankungen wie Bronchitis oder Asthma diese Mortalitätserhöhung auf bis zu 4% steigen kann (WHO, 1999). Es gibt verschiedene Hypothesen aber kein eindeutiger biologischer Mechanismus oder Signalweg, um diese in den epidemiologischen Studien beobachteten Auswirkungen zu erklären. Toxikologische und epidemiologische Befunde deuten darauf hin, dass feine (PM 2,5) bzw. Feinstpartikeln (PM 0,1) für diese gesundheitsschädigende Wirkungen verantwortlich sind; es besteht jedoch anscheinend keine Übereinstimmung. Der Zweck dieser Studie war zu prüfen, ob die vorherige autonomische Auswirkungen in einem System, das die strukturelle Intaktheit der Lunge beibehält, auch auftreten können. Dieses System muss auch die Untersuchung von Teilchenaufnahme und teilchenbedingte Abgabe von Entzündungs- und vasoaktiven Substanzen ermöglichen. Methoden: Die isolierte, durchschwemmte Rattenlunge (nachfolgend „IPRL“ – von „isolated perfused rat lung“) ist hierfür geeignet, da dieses System folgendes ermöglicht: i) der Ausschluss der systemischen Antioxidationsmittel-Aktivierung in dem durchschwemmenden Blut, ii) die Untersuchung der Entzündung anhand der Leukozytmigration ins Gewebe und in den alveolaren Bereich, iii) die erforderliche Beibehaltung der strukturellen Intaktheit, um die Auswirkung von Feinstpartikeln untersuchen zu können und iv) die Entnahme von Perfusatproben, die auf direkte biologische Aktivität und die Anwesenheit von Partikeln untersucht werden können. Experimente wurden konzipiert, um festzustellen, ob Entzündung als einen möglichen Veranlasser der Lungendurchlässigkeit und Partikeltranslokation und als einen Erzeuger von vasoaktiven Substanzen fungiert (alle über Partikeleinflößung eingeleitet). Partikeltranslokation wurde über Partikelradioaktivität (Iridium) und nicht über eine angebrachte radioaktive Markierung überwacht. Andere für diese Studien benutzten Modellen waren ein isoliertes, durchschwemmtes Rattenherz und H9C2 Kardiomyozyt. Ergebnisse: Translokation von Iridiumpartikeln (Ir-Partikeln) (17 – 20 nm) wurde in normalen, bei Unterdruck durchschwemmten Lungen nicht festgestellt. Jedoch wurden bei Lungen, die auf der Endothelseite mit Histamin (1, µM) oder in den alveolaren Lumen mit H202 (0.5 mM) vorbehandelt wurden, nach einer signifikanten Verzögerung kleine Mengen an Radioaktivität in dem einmalig verwendeten Perfusat festgestellt. Diese Partikeltranslokation wurde zusammen mit erhöhter Durchlässigkeit für DTPA in den mit Histamin durchschwemmten und mit H202 behandelten Lungen festgestellt. Translokation von Ir-Partikeln (17 – 20 nm) wurde in normalen, bei Überdruck durchschwemmten Lungen nicht festgestellt. Sogar bei Lungen, die auf der Endothelseite mit Histamin (1µM) oder in den alveolaren Lumen mit H202 (0.5 mM) vorbehandelt wurden, wurde nach einer signifikanten Verzögerung keine Radioaktivität in dem umlaufenden Perfusat festgestellt. Der Zusatz von Leukozyten zum Perfusat mit Leukozytenaktivierungsmitteln deckte keine Ir-Partikeln im Perfusat auf. Darüber hinaus haben wir ein ex-vivo entzündetes Lungenmodell eingerichtet, das in einer Reihe von Lungenuntersuchungen verwendet werden kann. Hiermit konnten wir menschliche Leukozyten zur Nutzung im IPRL-Präparat erfolgreich markieren. Bei der Beobachtung der Auswirkung der Umgebungspartikeln auf SHR-Ratten, zeigten unsere Daten, dass die Vorbehandlung von SHR-Ratten mit Umgebungspartikeln und LPS eine Auswirkung auf der Erholungsfähigkeit eines isolierten Herzens nach einem durch Koronarverschluss verursachten ischämischen Insult hat, obwohl kein Unterschied beobachtet wurde. Schlussfolgerungen: Wir sind zu der Schlussfolgerung gekommen, dass die Auswirkungen möglicherweise durch lösliche Komponenten in dem PM-Präparat verursacht werden können. Dies wird durch unsere Zelluntersuchungen bei Kardiomyozyten, in dem wir eine Auswirkung auf intrazellulare Kalziumkanäle bei PM und Metallen beobachtet haben, unterstützt. Obwohl diese Daten keine eindeutige Schlussfolgerungen bezüglich des genauen Mechanismus und der Bedeutung von der systemischen Translokation von Feinstpartikeln als Mechanismus in negativen PM-Auswirkungen ermöglichen, bestätigen wir anhand der IPRL, dass unter pharmakologischem Eingriff, Feinstpartikeln von der Lunge in den Blutkreislauf translokieren können. Die Durchlässigkeit der Lungenmembran gegenüber Feinstpartikeln scheint sowohl auf Epithel- als auch auf Endothelebene geregelt zu sein und Bedingungen wie Entzündung, die eine Auswirkung auf diese Membranfunktion haben, möglicherweise auch eine Auswirkung auf die Translokation von Feinstpartikeln haben können. Introduction: Ambient particulate matter (PM) exposure has been implicated in various epidemiological studies to be responsible for adverse health effects ( Daniels et al, 2000; Pope et al, 2002). These studies estimated that an increase of 10 µg/m3 PM2.5 resulted in mortality increase of 1.4 % while respiratory diseases such as bronchitis or asthma exacerbation increase by much as 4 % (WHO, 1999). Various hypotheses exist, but no clear biological mechanism or pathway is at hand to explain what cause these health effects observed in epidemiological studies. Toxicological and epidemiological evidence suggest that fine (PM 2,5) and ultrafine (PM 0,1) fraction is responsible for these adverse effects, however there seems to be no agreement. The purpose of this study was to test if the previous autonomic effects can occur in a system that preserves the structural integrity of the lung and allows to study particle uptake as well as particle induced release of inflammatory and vaso-active substances. Methods: The isolated perfused rat lung (IPRL) is suitable for this goal, since this system allows us to i) exclude systemic anti-oxidant back-up from the perfusing blood, allows to study inflammation using PMN migration into tissue and alveolar space, iii) retains structural integrity necessary to study the effect of ultrafine patticles and iv) to sample perfusate that can be investigated for direct biological activity and the presence of particles. Experiments were designed to elucidate inflammation as modulator of lung permeability, translocation of particles and as a generator of vaso-active substances (all induced by instillation by particles). Particle translocation was monitored by radioactivity of the particles (Iridium) and not by any attached radioactive label. Other models used for these studies were the isolated perfused rat heart and H9C2 cardiomyocyte. Results: No translocation of Iridium (Ir) particles (17-20 nm) was detected in normal negative pressure perfused lungs. However lungs pre-treated with histamine on the endothelial side (1,uM) or H202 (0.5 mM) in the alveolar lumen showed small amounts of radioactivity in the single pass perfusate after a significant lag-time. This particle translocation coincided with increased permeability for DTPA in the histamine perfused and H202 treated lungs. No translocation of Ir particles (17-20 nm) was detected in normal positive pressure perfused lungs. Even lungs pre-treated with histamine on the endothelial side (1µM) or H202 (0.5 mM) in the alveolar lumen, showed no amounts of radioactivity in the recirculating perfusate after a significant lag-time. Addition of PMN in perfusate with PMN activators did not reveal any Ir particles in the perfusate. Additionally, we establish an ex-vivo inflammatory lung model that can be used in variety of pulmonary investigations. Along with it, we could successfully label human PMN's to be used in an isolated perfused rat lung model. Viewing the effect that ambient particles have on SHR rats, our data showed that pre-treatment of SHR rats with ambient particles and LPS does affect the ability of the isolated heart to recover after an ischaemic insult caused by coronary occlusion, although no difierence was observed. Conclusion: We conclude that effects may be caused by soluble components in the PM preparation. This is supported by our cellular studies in cardiomyocytes where we observed an effect of PM end metals on intracellular calcium channels. Although these data do not allow definitive conclusions on the exact mechanism and the importance of systemic translocation of UFP as a mechanism in adverse effects of PM, we do confirrn that ultrafine particles can translocate from the lung into the circulation using the isolated perfused rat lung upon pharmacological mediation. Permeability of the lung barrier to ultrafine particles seems to be controlled both at the epithelial and endothelial level and conditions that affect this barrier function such as inflammation may affect translocation of UFP.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	05.02.2007
Dateien geändert am:	12.02.2007
Promotionsantrag am:	04.12.2006
Datum der Promotion:	04.12.2006