Promotionspreis der Deutschen Lungenstiftung „Untersuchungen zur Produktion von Stickstoffmonoxid in den menschlichen Atemwegen”

Einleitung

Biologisch entspricht NO dem von Furchgott und Zawadzki (1980) beschriebenen „endothelium derived relaxing factor” (EDRF). Im Jahre 1999 erhielten beide Autoren für diese Entdeckung den Nobelpreis. Erst 1987 erkannten zwei voneinander unabhängige Forschergruppen, dass es sich bei dem so genannten EDRF um Stickstoffmonoxid handelt. Seitdem konnte nachgewiesen werden, dass endogenes Stickstoffmonoxid eine Schlüsselrolle bei einer Vielzahl von Funktionen besitzt, u. a. der Regulation des Tonus der glatten Bronchialmuskulatur, bei Entzündungsreaktionen und der Mukussekretion.

Endogen produziertes NO ist ein Metabolit der halbessenziellen Aminosäure L-Arginin und wird mittels des Enzyms NO-Synthase (NOS) produziert. Von diesem Enzym gibt es drei verschiedene Isoformen:

Typ I (nNOS) in Neuronen Typ II (iNOS) in verschiedenen Entzündungszellen Typ III (ecNOS) in Endothelzellen

Alle drei Isoformen sind im menschlichen Respirationstrakt nachgewiesen. Selektive Inhibitoren der NOS sind bekannt. So ist zum Beispiel Aminoguanidin ein selektiver Inhibitor der induzierbaren Form der NOS (Typ II), N^G-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) ist ein nicht-selektiver Inhibitor der NOS.

NO wird von verschiedenen Zellen des Respirationstraktes gebildet, wie Epithelzellen, Endothelzellen und Makrophagen. Dabei ist das Ausmaß der NO-Produktion durchaus verschieden. NO ist bei Patienten mit entzündlichen Erkrankungen in erhöhten Konzentrationen messbar z. B. beim Asthma bronchiale oder bei Atemwegsinfektionen. Es wird in der Nase, den Nasennebenhöhlen und der Lunge gebildet. Die in der Literatur vorgestellten Verfahren zur Messung von NO im Atemtrakt unterscheiden sich stark voneinander. Es wurde gezeigt, dass in der Nase speziell, vor allem im Nasopharynx und den Nasennebenhöhlen, verglichen mit den Bronchien, sehr hohe NO-Konzentrationen auftreten. Somit stellt eine Kontamination durch nasale Beimengungen bei der Analyse bronchialer NO-Konzentrationen ein besonderes Problem dar. Deshalb ist es wichtig zu wissen, ob eventuelle Unterschiede der nasalen NO-Produktion zwischen Gesunden und Asthmatikern bestehen, die auf eine simultane oder ggf. unterschiedliche Aktivierung der Zellen des oberen und des unteren Atemtraktes zurückzuführen sind. Ungeklärt war bis zur gegenwärtigen Arbeit weiterhin, inwieweit die schwer zu vermeidbaren nasalen Kontaminationen Unterschiede der bronchialen Produktion vortäuschen oder verwischen können. Ferner war nicht klar, in welcher Beziehung das ausgeatmete NO zu den in der bronchialen Schleimhaut verfügbaren Mengen von NO steht, insbesondere, ob bei langen Atemanhaltezeiten Sättigungsphänomene auftreten.

Es gibt Hinweise dafür, dass die Inhalation von Endotoxinen mit akuten und chronischen Atemwegsentzündungen einhergeht. Besonders Landwirte sind großen Mengen von Stäuben und Bakterien, welche Endotoxine enthalten, ausgesetzt. Diese Exposition scheint mit der Prävalenz und Inzidenz von Atemwegserkrankungen zu korrelieren. Die experimentelle Exposition gegenüber Endotoxinen verursacht eine Vermehrung der neutrophilen Granulozyten in der Lavage. Die Technik der Nasenlavage erlaubt es, Entzündungsmechanismen wenig invasiv in den oberen Atemwegen zu erfassen. So wurde gezeigt, dass die nasale Provokation mit endotoxinhaltigen Schweinestallstäuben eine sensitive Methode zum Nachweis der Antwort auf Endotoxine ist. Dieses Provokationsmodell kann möglicherweise durch Analyse der NO-Produktion nach dem Provokationsreiz neue Erkenntnisse über Ausmaß und Dauer der Entzündung vermitteln.

Literatur

• 1 Kirsten A M, Jörres R A, Kirsten D, Magnussen H. Effect of nasal challenge with endotoxin-containing swine confinement dust on nasal nitric oxide production.  Europ J Med Res. 1997;  2 335-339
• 2 Kirsten A M, Jörres R A, Kirsten D, Magnussen H. Vergleich der nasalen und bronchialen Produktion von Stickstoffmonoxid bei Gesunden und Patienten mit Asthma.  Pneumologie. 1997;  51 359-364