Perspectives in Medicine最新文献

Bei allen schwer erkrankten Patienten ist der Plasmaselenspiegel erniedrigt und negativ korreliert mit dem Schweregrad und der Prognose der Erkrankung. Der Plasmaselenspiegel ist ein Indikator für die Menge der im Blut zirkulierenden Selenoproteine und Selenoenzyme. Diese sind von Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Redox-Systems, die Modulation des Immunsystems sowie für den Schilddrüsenhormonmetabolismus. Nicht nur alle drei Deiodasen (D1 - 3) sind Selenoenzyme, sondern in der Schilddrüse liegen auch verschiedene weitere Selenoenzyme vor, die für die Aufrechterhaltung einer normalen Schilddrüsenfunktion unerlässlich sind. Bei schweren Erkrankungen sind auch der Triiodthyronin-(T3-) sowie der TSH- und der Thyroxin-(T4-)Spiegel niedrig, wohingegen der Reverse-T3-Spiegel erhöht ist. Alle diese Werte korrelieren, wie der niedrige Plasmaselenspiegel, mit dem Schweregrad der Erkrankung. Folglich wurde eine Reihe von Interventionsstudien durchgeführt, um zu prüfen, ob sich durch eine adjuvante Supplementierung mit Selen der Krankheitsverlauf mildern und die Prognose verbessern lässt. Die Selensupplementierung verbesserte in prospektiven, randomisierten Studien die Prognose und verringerte bei manchen sogar die Mortalität. Einige prospektive, randomisierte Interventionsstudien wurden auch durchgeführt um die Hypothese zu überprüfen, dass der niedrige Selenspiegel die Ursache des Nieder-T3-Syndroms sein könnte. Dies führte jedoch zu widersprüchlichen Ergebnissen und es konnte insbesondere nicht eindeutig geklärt werden, ob Selenmangel die Ursache der niedrigen D1-Aktivität bei kritischen Erkrankungen ist.

Da die D1 sowohl die Konversion von T4 zu T3 als auch die Clearance von Reverse-T3 (rT3) katalysiert, wäre eine niedrige D1-Aktivität eine hinreichende Erklärung für den niedrigen Plasma-T3- und den erhöhten rT3-Spiegel. Es wurde jedoch eindeutig belegt, dass vielmehr die Zytokine für die Inhibierung der D1-Aktivität verantwortlich sind, die Aktivitäten der D2 und der D3 jedoch während akuter Entzündungszustände bei kritisch kranken Patienten sogar erhöht sind. Einer der wichtigsten Effekte von Selen auf das Immunsystem scheint zu sein, dass es die Freisetzung von Zytokinen reduziert. Daher muss ein indirekter Zusammenhang zwischen einem niedrigen Selenspiegel und niedriger D1-Aktivität angenommen werden, nicht dagegen eine Erniedrigung der D1-Aktivität aufgrund einer verringerten Verfügbarkeit von Selen für die Expression der D1.

Das Spurenelement Selen hat eine wechselvolle Geschichte: Einerseits ist es ein essentielles Spurenelement, andererseits ist es toxisch in höheren Dosen. Abhängig von den Umständen mag es krebspräventiv oder krebsauslösend sein. Dieser unübersichtlichen Datenlage liegt eine komplizierte Bio-Chemie des Selens zugrunde, vor deren Hintergrund viele scheinbar widersprüchliche Beobachtungen verständlich werden. Macht man sich nicht die Mühe, diese Bio-Chemie zu verstehen, kommt man je nach Neigung schnell zu Pauschalurteilen pro oder contra Selen. Dieser Artikel soll einen ersten Einstieg in die Biochemie des Selens erleichtern.

Iodmangel hat aufgrund der sich daraus ergebenden unzureichenden Synthese von Schilddrüsenhormonen eine Vielzahl negativer Auswirkungen auf Wachstum und Entwicklung, die als Iodmangelerkrankungen bezeichnet werden. Iodmangelerkrankungen bilden immer noch die häufigste vermeidbare Ursache für mentale Beeinträchtigungen weltweit. Zur Beurteilung von Iodmangelerkrankungen dienen Methoden wie die Messung der Iodkonzentration im Urin, des Thyreoglobulins, des Thyreotropins bei Neugeborenen sowie eine evtl. vorhandene Struma. In nahezu allen Ländern, in denen Iodmangel herrscht, ist die wirkungsvollste Strategie zur Kontrolle von Iodmangelerkrankungen die Salziodierung, eine der kostengünstigsten Möglichkeiten, die ökonomische und soziale Entwicklung zu fördern. Ist eine Salziodierung nicht möglich, können Risikogruppen gezielt mit Iodsupplementen versorgt werden. Die Einführung von iodiertem Salz in Regionen mit chronischen Iodmangelerkrankungen kann u. U. die Inzidenz von Schilddrüsenerkrankungen vorübergehend erhöhen; bei entsprechenden Programmen sollten daher sowohl Iodmangel als auch Iodexzess überwacht werden. Sicherlich sind noch weitere Daten zur Epidemiologie von Schilddrüsenerkrankungen, die infolge von Unterschieden bei der Iodaufnahme entstehen, erforderlich. Im Allgemeinen fallen jedoch die vergleichsweise geringen, mit einem Iodexzess verbundenen Risiken gegenüber den beträchtlichen Risiken eines Iodmangels kaum ins Gewicht.

Mangan (Mn) ist seit mittlerweile 175 Jahren als neurotoxische Substanz bekannt. Daher ist es im Lauf des letzten Jahrhunderts intensiv erforscht worden. Von vorläufigen Beschreibungen ausschließlich über Symptomen bei Mn-exponierten bzw. überexponierten Arbeitern sind die Forschungsarbeiten zu detaillierteren Untersuchungen der toxischen Mechanismen von Mn fortgeschritten. Zur Aufklärung dieser neurotoxischen Mechanismen wurde eine Reihe von Studien durchgeführt, die z. T. in Übersichtsartikeln zusammengefasst wurden (z. B. Yokel RA. Neuromol Med 2009;11(4):297–310; Aschner M et al. Toxicology Appl Pharmacol 2007;221(2):131–47; Michalke B et al. J Environ Monit 2007;9(7):650). Seit unserem letzten Übersichtsartikel zur Mn-Speziation aus dem Jahr 2007 (Michalke B et al. J Environ Monit 2007;9(7):650) ist die Mn-Forschung beträchtlich vorangetrieben worden, und es sind mehrere neue Forschungsartikel erschienen. In den letzten Jahren fächerte sich jedoch die Erforschung der Mn-Toxizität in verschiedene Felder auf, wobei sehr detaillierte und komplexe Studiendesigns angewendet wurden. Insbesondere die Mechanismen der Mn-induzierten Nervenschädigung auf zellulärer und molekularer Ebene wurden genauer untersucht. Diskutiert wurden dabei Wechselwirkungen zwischen Neurotransmittern und Enzymen, Wirkmechanismen auf DNA-Ebene und auch die Einbeziehung genetischer Einflüsse. Ein wichtiges Thema war auch die Beschreibung spezieller Mn-Spezies, um so zu ermitteln, welches Molekül Mn an der Zellmembran transportiert und welches für die Schädigung des neuronalen Gewebes verantwortlich ist. Auch andere spezielle Schwerpunkte wie epidemiologische Studien wurden zunehmend wichtiger: Die betreffenden Arbeiten befassten sich mit Umwelteinflüssen von Mn insbesondere auf die Prävalenz der Parkinson-Krankheit sowie die Möglichkeit, Follow-up-Studien zur lebenslangen Exposition gegenüber Mn durchzuführen. Alle diese weit ausgreifenden Forschungsansätze können letztendlich dazu beitragen, mithilfe eines geeigneten Bio-Monitorings am Menschen in Zukunft das frühe Einsetzen von Manganismus zu verhindern oder zumindest rechtzeitig zu erkennen.

Mangan (Mn) ist ein ubiquitäres essenzielles Spurenelement, das für normales Wachstum, Entwicklung und zelluläre Homöostase erforderlich ist. Exposition gegenüber hohen Mengen an Mn verursacht eine klinische Störung, die durch extrapyramidale Symptome gekennzeichnet ist und dem idiopathischen Parkinson-Syndrom (IPS) ähnelt. Der vorliegende Übersichtsartikel konzentriert sich auf die Rolle verschiedener Transporter bei der Aufrechterhaltung der Mn-Homöostase im Gehirn sowie die aktuellen methodologischen Fortschritten bei der Echtzeitbestimmung des intrazellulären Mn-Gehalts. Wir geben außerdem einen Überblick über die Rolle von Mn beim IPS, diskutieren die Ähnlichkeiten (und Unterschiede) zwischen Manganismus und IPS und den Zusammenhang zwischen α-Synuclein und Mn-bedingter Proteinaggregation sowie zwischen mitochondrialen Funktionsstörungen, Mn und PS. In weiteren Abschnitten des Übersichtsartikels behandeln wir den Zusammenhang zwischen Mn und der Huntington-Krankheit (HK) mit Schwerpunkt auf der Funktion von Huntingtin und der möglichen Rolle einer veränderten Mn-Homöostase und der Toxizität von Mn bei HK. Wir schließen mit einer kurzen Übersicht über die mögliche Rolle von Mn bei der Entstehung der Alzheimer-Krankheit (AK), der Amyotropen Lateralsklerose (ALS) und von Prionenerkrankungen. Wann immer möglich besprechen wir die mechanistischen Gemeinsamkeiten zwischen Mn-induzierter Neurotoxizität und neurodegenerativen Störungen.

Dieser Review-Artikel gibt einen Überblick über die Analyse anorganischer Nickelspezies und ihre toxischen Effekte. Auf der Grundlage des eingesetzten analytischen Verfahrens werden anorganische Nickelspezies üblicherweise in lösliche, sulfidische, metallische und oxidische Fraktionen eingeteilt. Nur in wenigen Arbeiten wurde versucht, die verschiedenen Nickelverbindungen in den einzelnen Fraktionen zu charakterisieren. Diese allgemeine Klassifizierung in vier Nickelspezies-Gruppen wird in toxikologischen Untersuchungen, die sich mit Nickelpartikeln in der Arbeitsplatzluft befassen, häufig angewendet. Im Vergleich zur Allgemeinbevölkerung besteht bei berufsbedingt exponierten Personen in der Nickel verarbeitenden oder verwendenden Industrie ein höheres Risiko für Krebs der Atemwege aufgrund der Inhalation von Nickel am Arbeitsplatz. Ein hohes Krebsrisiko ist mit weniger löslichen oxidischen und insbesondere sulfidischen Nickelspezies im Staub von Raffinerien verbunden. Im Gegensatz dazu ist bei der Allgemeinbevölkerung der gesundheitsschädlichste Effekt im Zusammenhang mit einer Exposition gegenüber Nickel ein allergisches Kontaktekzem infolge längeren Hautkontakts mit Nickel. Die Prozesse der Resorption von Nickelspezies und die molekularen Mechanismen der Nickeltoxizität werden kurz dargestellt.

Dieser Artikel gibt einen Überblick über die Platinspeziation im Hinblick auf Pt-haltige Medikamente, die zur Krebstherapie eingesetzt werden. Zunächst werden die verfügbaren Medikamente auf Platin-Basis vorgestellt und ihr vermuteter Reaktionsmechanismus wird beschrieben. Inzwischen ist allgemein akzeptiert, dass diese Pt-Komplexe ihre therapeutische Wirkung durch koordinative Bindung an die DNA entfalten, was zur Biegung der DNA-Struktur und zur Inhibierung der DNA-Polymerasereaktion führt. Dosislimitierende Nebenwirkungen, wie z. B. Nephrotoxizität und Resistenz gegenüber einigen dieser Pt-Verbindungen, stellen jedoch immer immer noch ein erhebliches Problem dar. Die Platinspeziation rückte immer mehr in das Zentrum des Interesses, als bekannt wurde, dass (1) die aktiven Wirkstoffen nicht die ursprünglich verabreichten Medikamente selbst, sondern deren Hydrolyseprodukte sind und dass (2) die gleichzeitige Bildung inaktiver Pt-Proteinkomplexe, die die Wirksamkeit der antitumoralen Pt-Medikamente zusätzlich reduzieren, mit der Bildung der zytotoxischen Pt-DNA-Läsionen konkurrieren. Es wurden auf Chromatographie oder Kapillarelektrophorese beruhende Methoden der Speziationsanalyse eingesetzt und jeweils in Kombination mit Massenspektrometrie (MS) mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP) oder mit Elektrospray-Ionisation-(ESI-)Massenspektrometrie angewendet.

Im Artikel werden diese Pt-Speziationsexperimente beschrieben, die mit Untersuchungen zur Hydrolysekinetik in wässriger Lösung ihren Anfang nahmen. Auf diese Experimente folgten Speziationsuntersuchungen in Modelllösungen, die Proteine oder schwefelhaltige Liganden enthielten, welche ebenfalls für die Deaktivierung des Pt-Wirkstoffs in vivo verantwortlich sein könnten. Die Experimente führten zu einem besseren Verständnis der metabolischen Form, in der der Metallkomplex in die Tumorzellen gelangt. Außerdem wurde mit ihnen geklärt, ob der metabolisierte Komplex zu diesem Zeitpunkt schon inaktiviert ist und, wenn ja, auf welche Weise. Beispielsweise wurde die Kinetik der Reaktion von Cisplatin (cis-[Diammindichloroplatin(II)]) mit Albumin, Transferrin, Myoglobin, Ubiquitin und Metallothionein untersucht und die Reaktionsprodukte wurden speziiert.

Darüber hinaus führten verschiedene Forschungsgruppen Pt-Speziationsuntersuchungen im Serum behandelter Krebspatienten durch, die im Abschnitt „Untersuchungen in Serum oder Plasma” dargestellt sind.

Der Abschnitt „Untersuchungen im Urin behandelter Krebspatienten” befasst sich mit Speziationsexperimenten an denjenigen Metaboliten der Pt-Komplexe, die vom Organismus ausgeschieden werden. Auf diese Weise könnte sich eine Beurteilung des in-vivo-Metabolismus Pt-haltiger Medikamente durchführen lassen. Schließlich werden im letzten Abschnitt des Artikels analytische Techniken beschrieben, die für die Entwicklung neuer metallhaltiger Krebsmedikamente erforderlich sind.

Der Körper eines erwachsenen Menschen enthält 2 – 3 g Zink, von denen pro Tag etwa 0,1% ersetzt werden. Auf dieser Basis und gestützt auf Schätzungen bezüglich der Bioverfügbarkeit von Zink werden Ernährungsempfehlungen für augenscheinlich gesunde Personen gegeben. Das Fehlen chemischer, funktioneller und/oder körperlicher Anzeichen eines Zinkmangels gilt dabei als Hinweis auf eine adäquate Versorgung. Spezifischere Daten sind jedoch nur selten vorhanden. Veränderungen hinsichtlich der Auswahl und Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln sowie neue Methoden der Zubereitung, Konservierung und Aufbereitung machen u. U. die Neubewertung älterer Daten erforderlich. Konservative Schätzungen legen nahe, dass bei ≥ 25% der Weltbevölkerung das Risiko für einen Zinkmangel besteht. Die meisten Betroffenen sind arm und konsumieren nur selten Nahrungsmittel, die reich an gut bioverfügbarem Zink sind, sondern eher solche, die einen hohen Gehalt an Inhibitoren der Zinkabsorption aufweisen und/oder kaum bioverfügbares Zink enthalten. Im Gegensatz dazu hat bei vergleichsweise Wohlhabenden die Auswahl der Nahrungsmittel entscheidenden Einfluss auf das Risiko für einen Zinkmangel. Ein weiteres Problem, ebenfalls speziell bei vergleichsweise Wohlhabenden, ist das Risiko einer chronischen Zinkintoxikation durch übermäßige Einnahme von Zinksupplementen. Insbesondere kann eine hohe Aufnahme von Zink verglichen mit Kupfer zu Kupfermangel führen. Eine bedeutende Herausforderung, die im Hinblick auf den maximalen Nutzen für die Gesundheit bisher noch nicht gemeistert worden ist, besteht darin, dass die empfohlene Tagesdosis (recommended dietary allowance, RDA) und die Referenzdosis (RfD) für eine sichere Aufnahme von Zink sehr nahe beieinander liegen. Aktuelle Empfehlungen berücksichtigen weder die zahlreichen Nahrungsmittelbestandteile, die die Bioverfügbarkeit von Zink und Kupfer beeinflussen, noch die Wahrscheinlichkeit einer Vergiftung durch Zinksupplemente. Daher ist der Dosisbereich, der für die Aufnahme von Zink derzeit als sicher angenommen wird, vergleichsweise eng. Gegenwärtig ist die Beurteilung der Zinkversorgung aufwendig und umfasst eine Reihe chemischer und funktioneller Messungen, deren Sensitivität und Spezifität eingeschränkt sind. Hier sind Verbesserungen erforderlich, so dass Zinkmangel oder -überschuss frühzeitig erkannt werden können. Eine wachsende Anzahl von Beispielen für eine Assoziation zwischen Krankheiten und Zinkstatus sowie für anscheinend normale Gesundheitszustände, bei denen eine erhöhte Zinkzufuhr jedoch bestimmten Erkrankungen vorbeugen könnte, lassen die Pharmakologie der Zinkverbindungen als aussichtsreiches Gebiet für weitere Forschungsaktivitäten erscheinen. Dies gilt insbesondere für den Zusammenhang zwischen Zink und Diabetes mellitus. Unserer Ansicht nach wird in diesem viel versprechenden Bereich ein multidisziplinärer Ansatz am ehesten zu Erfolgen für die translationale Forschung führen.