Beinert, Herrn Dr. med. Thomas : Untersuchungen zur oxidativen Lungenbelastung unter Radio-Chemotherapie bei Patienten mit fortgeschrittenem Bronchialkarzinom

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Kapitel 2. Hintergrund

2.1 Anatomische Vorbemerkungen

2.1.1 Die Lungenperipherie

Die Lungenperipherie wird nach neueren morophologhischen Schätzungen von einer Gasaustauschfläche mit etwa einhundertsechzig Quadratmetern gebildet (P. Gehr, anatomisches Institut Bern, mündliche Mitteilung) . Die kleinsten Untereinheiten der terminalen Luftwege, die Alveoli, sind von Typ-1- und Typ-2-Pneumozyten ausgekleidet. Die Typ-1-Pneumozyten, die einen Anteil von 95% ausmachen, sind ausdifferenzierte Zellen, die gegen Noxen außerordentlich sensibel sind und ein nur geringes regeneratives Potential aufweisen (Harris et al.,1991; Kasper et al.,1998). Deren Stammzellen, Typ-2-Pneumozyten, sind gegenüber Schädigungen vergleichsweise unempfindlich und können reparativ zur Proliferation angeregt werden (Woodcock Mitchell et al.,1986; Castranova et al.,1988; Nici et al.,1996). Sie sind weiterhin maßgeblich an der Surfactant-Produktion beteiligt und besitzen die Fähigkeit zur Produktion extrazellulärer Matrix (Crouch et al.,1987; Rannels et al.,1989).

2.1.2 Das Lungeninterstitium

Das Lungeninterstitium besteht vorwiegend aus extrazellulärer Matrix. Diese ist aus Typ-I und Typ-III Kollagen, Elastin, Proteoglykanen und nicht-kollagenen Glykoproteinen wie z. B dem Fibronektin zusammengesetzt (Davidson, 1990). Spärlich im Interstitium enthalten sind Fibroblasten, die das Gleichgewicht zwischen Abbau und Neusynthese des interstitiellen Bindegewebes halten (Adamson et al.,1990).

2.1.3 Der interstitielle Raum

Der interstitielle Raum wird allseitig von Basalmembranen der Alveolarepithelzellen umschlossen. Durch das Interstitium ziehen Kapillaren, die ebenfalls durch Basalmembranen abgegrenzt sind (Davidson, 1990).

2.1.4 Die Basalmembran

Der Basalmembran bildet die Barriere für die zelluläre Migration in den Alveolarraum (Boyce et al.,1991). Weiterhin figuriert sie als Leitstruktur reparativer Mechanismen und spielt auch bei überschießender Fibrosierung eine vorrangige Rolle (Crouch et al.,1987). Die Basalmembran besteht aus zwei Hauptbestandteilen, dem Kollagen Typ IV, das die Membranstruktur stabilisiert, und dem Laminin, das in komplexer Interaktion zu anderen Matrixproteinen steht (Klein et al.,1988). Laminin wird hauptsächlich von Epithel- und Endothelzellen synthetisiert (Kubota et al.,1988). Erhöhte Laminin-Werte im peripheren Blut werden bei Erkrankungen gefunden, die mit


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einem erhöhten Umsatz von Basalmembranen vergesellschaftet sind, wie z. B. der Leberzirrhose (Tsutsumi et al.,1996; Körner et al.,1996; Gabrielli et al.,1996), aber auch bei dem Wachstum maligner Tumoren (Ferrarini et al.,1994). Erhöhte Serumspiegel wurden weiterhin unter Chemotherapie- (Singer et al.,1986) wie Strahlentherapie- (Rosenkrans et al.,1987) induzierten Lungentoxizität gesehen, deren Folge eine Schädigung der Basalmembran mit einem gesteigerten Laminin-Umsatz ist.

2.2 Bronchoalveoläre Lavage (BAL)

Die Anfänge der BAL liegen heute mehr als 50 Jahre zurück. Initial wurde sie rein therapeutisch angewandt, um zumeist Patienten mit Bronchiektasien von zähen intrabronchialen Sekretansammlungen zu befreien (Crystal et al.,1986). Bis in die 60er Jahre wurde sie als primär therapeutische Anwendung, insbesondere bei Patienten mit cystischer Fibrose (Kylstra et al.,1971) eingesetzt und hat auch heute noch ihren Platz in der Notfallbehandlung von Asthmapatienten mit Mucusexzess oder alveolärer Proteinose (Schweisfurth et al.,1990; Alberti et al.,1996). Erstmals im Jahr 1961 wurde die Lavage als diagnostisches Instrument, zunächst am Tier (Myrvik et al.,1961), drei Jahre später auch am Menschen (Keimowitz, 1964) eingeführt. Zu Beginn der 70er Jahre wurde dann mit Einführung des flexiblen Bronchoskops die Ära der modernen Bronchoskopie eingeläutet (Reynolds et al.,1974). Heute ist die bronchoalveoläre Lavage ein sicheres und nebenwirkungsarmes diagnostisches Verfahren, das auch bei wiederholtem Einsatz keine strukturellen Lungenschäden verursacht.

Durch die bronchoalveoläre Lavage werden Zellen des Alveolarraums durch Verdünnung und Auswaschung des alveolären epithelialen Flüssigkeitsfilms (epithelial lining fluid, ELF) mit physiologischer Kochsalzlösung gewonnen. Die zelluläre Differenzierung zeigt beim Lungengesunden mit 85% zum größten Teil Alveolarmakrophagen, gefolgt von Lymphozyten (15%) und neutrophilen Granulozyten (3%). Daneben finden sich vereinzelt Mastzellen und eosinophile Granulozyten. Ein Teil dieser Zellen tritt aus dem Lungeninterstitium in den Alveolarraum über, so daß die BAL-Flüssigkeit (BALF) Rückschlüsse auf die zellulären Bestandteile des Interstitiums erlaubt bzw. interstitielle Prozesse in der Lavageflüssigkeit gleichsam gespiegelt werden (Hunninghake et al.,1979; Weiland et al.,1989).

2.2.1 Zelluläre Bestandteile der BAL

2.2.1.1 Monozyten/Alveolarmakrophagen

Bei fast allen interstitiellen Lungenerkrankungen ist die absolute Zellzahl und damit der Anteil an Alveolarmakrophagen in der BALF vergrößert (Brieland et al.,1987). Diese rekrutieren sich aus der verstärkten Einwanderung von Monozyten aus dem pulmonalen Kapillarbett, die im Lungengewebe zu Alveolarmakrophagen ausreifen (Wewers et al.,1989; Elias et al.,1985). In der Lavage lassen sich zwei Populationen von Alveolarmakrophagen differenzieren, eine großzellige, reifen Alveolarmakophagen entsprechend, und eine kleinzellige, mit noch unreifen Zellformen (Krombach et al.,1996). Aktivierte Alveolarmakrophagen bilden (gemeinsam mit neutrophilen Granulozyten) eine wesentliche Quelle von Proteasen, Lipidmediatoren, Chemotaxinen, Leukotrienen und


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insbesondere reaktiven Sauerstoffspezies (Brigham et al.,1986; Maly, 1988; Iacobini et al.,1997; Nader-Djalal et al.,1998). Weiterhin können sie zahlreiche Zytokine und Wachstumsfaktoren freisetzen (Clark et al.,1988; Clelland et al.,1990). Diese Pluripotenz weist den Alveolarmakophagen (neben dem bedeutendsten Vertreter der intrapulmonalen zellulären Abwehr, den neutrophilen Granulozyten) eine Schlüsselrolle nicht nur in der Abwehr von bakteriellen und viralen Infektionen, sondern auch in der Regulation von Entzündungs- und Reparaturmechanismen zu (Henke et al.,1993). Durch die Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies kann es im Rahmen akuter Entzündungsreaktionen zudem zu einer direkten Parenchymschädigung kommen (Calhoun, 1991; Simeonova et Luster,1995).

2.2.1.2 Neutrophile Granulozyten

Interstitielle Lungenerkrankungen sind regelhaft mit einer Vermehrung von neutrophilen Granulozyten im Alveolarraum vergesellschaftet (Hogg, 1987; Schweisfurth et al.,1990). Neutrophile Granulozyten bilden den Hauptbestandteil der zellulären Abwehrmechanismen der Lunge. Sie sind nicht nur in der Lage, zahlreiche Proteasen wie z.B. Elastasen, Kollagenease, Cathepsin g oder Gelatinase freizusetzen (Rodell et al.,1988; Anderson et al.,1990), sondern spielen im Abwehrprozeß vor allem auch durch den Release reaktiver Sauerstoffspezies (Superoxidanion, Wasserstoffperoxid, hypochlorige Säure) eine vorrangige Rolle (Ward et al.,1988). Es sind jedoch gerade diese Mechanismen zur Abwehr von Lungenschädigungen, die überschießend zu einem Lungenparenchymschaden und, vor allem durch die Generierung von sekundären reaktiven Sauerstoffspezies, zu Schädigungen der extrazellulären Matrix führen können (Hogg, 1987; Worthen et al.,1987; Rodell et al.,1988; Carre et al.,1991; Maier et al.,1991).

2.2.1.3 Eosinophile Granulozyten

Eosinophile Granulozyten sind vor allem bei der fibrosierenden Alveolitis in der BALF massiv vermehrt (Fujimoto et al.,1995). Sie enthalten zahlreiche Proteine, wie z.B. das Eosinophilic Cationic Protein, Major Basic Protein oder die eosinophile Peroxidase. Diese Proteine können alleine oder in Verbindung mit einer oxidativen Lungenbelastung zu Lungenstrukturschäden führen (Agosti et al.,1987; Ballantyne et al.,1989; Rowen et al.,1990).


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2.2.1.4 Lymphozyten

Das intrapulmonale Verteilungsmuster der Lymphozyten beinhaltet das bronchusassoziierte lymphatische Gewebe sowie, diffus, das Interstitium von Alveolen und Bronchien. Sie sind Träger der spezifischen zellulären und humoralen Immunabwehr und können durch Zytokinfreisetzung Alveolarmakrophagen und Fibroblasten aktivieren (Reynolds, 1987). Die Aktivierungsprofile der einzelnen Lymphozytensubpopulationen sind hierbei außerordentlich komplex und bis heute noch nicht vollständig geklärt. Ihr direkter Anteil an einer möglichen Gewebeschädigung ist als eher gering einzuschätzen, auch wenn zytotoxische Lymphozyten oder Natural-Killer-T-Lymphozyten Epithelzellen direkt schädigen können (Doherty et al.,1993).

2.2.2 Nicht zelluläre Bestandteile der BAL

2.2.2.1 Tumor Necrosis Factor-alpha (TNF-alpha)

TNF-alpha, ein multifunktionelles Peptid, ist an der Expression, Synthese, sowie Sekretion von uPA (Urokinase -Type Plasminogen Activator) auf Endothelzellen beteiligt. In vitro fördert TNF-alpha die Wanderung der Endothelzellen zur Gefäßformation und inhibiert die Proliferation dieser Zellen (Matuschak et al.,1998). Weiterhin erhöht TNF die Produktion und Sekretion von bFGF in Endothelzellen, und, - durch Zytokininduktion - die Kollagenaseaktivität (Smith et al.,1998). Bei der Fibrogenese wird die Fibroblastenaktivierung durch Wachstumsfaktoren wie PDGF gefördert, die durch TNF-alpha mit induziert werden (Kelley, 1990).

TNF-alpha wird produziert von Makrophagen, Monozyten, Neutrophilen, CD4-positiven Lymphozyten, NK-Zellen, LAK-Zellen sowie Endothelzellen.

2.2.2.2 Interleukin 6 (IL-6)

IL-6, ein Polypetid mit einer Größe von 26 kDa, wird von zahlreichen Zellen, vor allem stimulierten Monozyten, Fibroblasten und Endothelzellen, in geringerem Maße auch von Makrophagen, B- und T- Lymphozyten, neutrophilen und eosinophile Granulozyten produziert (Kelley, 1990). IL-6 wird von Bronchialepithelien u.a. bei inhalativer Asbestbelastung exprimiert, wobei die IL-6 Induktion durch intrazelluläre Hydroxyl-Scavenger und das Antioxidans N-Acetylcystein aufgehoben werden konnte (Simeonova et al.,1997). In vivo-Untersuchungen an Patienten mit Kollagenosen, bei denen gehäuft interstitielle Lungenerkrankungen auftreten, unterstreichen eine mögliche Schlüsselrolle von IL-6 (neben IL-8 und anderen Interleukinen) in der Genese der Lungenfibrose bei entzündlichen Systemerkrankungen wie der systemischen Sklerose oder Sarkoidose (Bolster et al.,1997; Takizawa et al.,1997). Hier scheint IL-6 die Interaktion zwischen Alveolarmakrophagen und Fibroblasten zu modulieren bzw. zu verstärken (Shahar et al.,1996). Im Tiermodell der Bleomycin-induzierten Lungenfibrose konnte kürzlich eine Schlüsselrolle für IL-6 und TNF-alpha als Anteile eines proinflammatorischen Zytokinnetzwerkes in der profibrotischen entzündlichen Lungenparenchymveränderung identifiziert werden (Smith et al.,1998).


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2.2.2.3 Wachstumsfaktoren

2.2.2.3.1 Transforming Growth Factor (TGF-beta)

TGF-beta, ein über eine Disulfid -Brücke verbundenes Heterodimer, das in zumindest fünf Isoformen vorliegt, ist ein potenter Inhibitor alveolärer epithelialer Zellproliferation und scheint nach akutem pulmonalen Stress die Reparationsphase der Epithelien zu regulieren (Khalil et al.,1994). Zugleich fördert es die Produktion von Kollagen und extrazellulärer Matrix durch Fibroblastenproliferation (Khalil et al.,1991; Eickelberg et al.,1999). Es wirkt weiterhin auf Fibroblasten, Monozyten und neutrophile Granulozyten chemotaktisch und fördert die Migration der Entzündungszellen durch ICAM-1 Expression von Epithelien (Suzuki et al.,1994). Der Wachstumsfaktor wird im Rahmen der Entzündung von aktivierten Makrophagen, Epithelzellen und auch Blutplättchen sezerniert und ist somit in der BALF präsent.

2.2.2.3.2 Plateled-derived growth factor (PDGF)

Die Aktivierung von Bindegewebszellen wird von einer Vielzahl von Mediatoren wie TNF-alpha oder PDGF gesteuert (Smith et al.,1995), wobei PDGF in niedriger Konzentration als Chemoattraktans, in höherer Konzentration als Wachstumsfaktor für Fibroblasten wirkt (Kovacs et al.,1986; Antoniades et al.,1990; Walsh et al.,1993).

2.2.2.3.3 Vascular epithel growth factor (VEGF)

VEGF, ein multipotentes Protein, wurde zunächst 1983 als ein die mikrovaskuläre Permeabilität massiv steigernder Faktor charakterisiert (Senger et al.,1983), eine Wirkung, die auf der Öffnung endothelialer Fenestrae beruht (Roberts et al.,1995). Über die letzten 10 Jahre rückte VEGF als wichtigster Wachstumsfaktor in der Neoangiogenese und damit als Grundvoraussetzung invasiven wie metastasierten Tumorwachstums in das Zentrum der Forschung zur Cancerogenese (Le Querrec et al.,1993; Senger et al.,1994; Bikfalvi, 1995; Dvorak et al.,1995; Ferrara, 1995; Crew, 1999; Neufeld et al.,1999). Diese Ergebnisse bahnten hierbei den Weg für neue, antineoangiogenetische Therapieformen (Martiny-Baron et al.,1995; Borgström et al.,1996; Bouvet et al.,1998; Konno et al.,1998). Zudem konnte nachgewiesen werden, daß Patientinnen mit Mamma-Ca eine höhere VEGF-Konzentration im peripheren Blut haben als Patientinnen mit einem benignen Brust-Tumor (Salven et al.,1999), und, daß eine hohe VEGF-Konzentration bei soliden Tumoren mit einer ungünstigen Prognose verbunden ist (Salven et al.,1998; El-Assal et al.,1998; Locopo et al.,1998).

VEGF ist das in vivo am stärksten wirksame angiogenetische Zytokin (Shibuya, 1995; Kolch et al.,1995; Martiny-Baron et al.,1995; Claffey et al.,1996b; Siemeister et al.,1998). Es stimuliert die Proliferation von makrovaskulären Endothelzellen und erhöht die vaskuläre Permeabilität (Senger et al.,1994). In endothelialen Zellen werden durch VEGF die Synthese einer Vielzahl von


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Proteinen, darunter der von Willebrand Faktor (Le Querrec et al.,1993), Metalloproteinasen (Iwasaka et al.,1996; Lamoreaux et al.,1998), weiterhin die Produktion von interstitieller Kollagenase induziert, die interstitielles Kollagen Typ I-III degradiert (Lamoreaux et al.,1998). Hierdurch könnte die Interaktion zwischen migrierten Epithelzellen und umgebender extrazellulärer Matrix, wie in dem kürzlich formulierten RIMAC-Modell (radial invasion of matrix by aggregated cells), im Rahmen der Neoangiogenese gesehen werden (Vernon et al.,1999). Hierbei wirkt VEGF als Chemoattraktans auf Epithelzellen, weiterhin auch auf Makrophagen, Monozyten und Mastzellen (Oh et al.,1997).

Die Neoangiogenese wird durch VEGF insbesondere durch folgende Mechanismen induziert: VEGF wird mit hoher Affinität an die beiden Rezeptoren KDR und flk-1 an der Zelloberfläche von Endothelzellen gebunden, wodurch es zur Freisetzung des von Willebrand-Faktors kommt (Le Querrec et al.,1993; Malavaud et al.,1997). Zusätzlich wird die Aktivität des Glutamin-1-Glukose-Transporters (Bikfalvi, 1995) sowie des Plasminogenaktivators und der Kollagenasen erhöht (Iwasaka et al.,1996; Mandriota et al.,1997). Durch elektronenmikroskopische Darstellungen konnte nachgewiesen werden, daß nach Rezeptorbindung von VEGF eine erhöhte Gefäßdurchlässigkeit durch Auseinanderweichen des Endothelzellverbandes an den tight junctions kommt (Senger et al.,1994; Ferrara, 1995; Claffey et al.,1996a). Die VEGF-Synthese wird wesentlich durch das lokale Sauerstoff- und Glukoseangebot beeinflußt (Oku et al.,1998; Sinor et al.,1998, Beinert et al., 1999c).

Neben der zentralen Rolle von VEGF im Rahmen der Neoangiogenese gibt es zunehmend Hinweise darauf, daß VEGF auch in die antioxidative Abwehr insbesondere von Endothelzellen involviert ist. So konnte in vitro nachgewiesen werden, daß die VEGF Gen-Expression und -Sekretion in dem Modell endothelialer Zellen des Rattenherzens durch Wasserstoffperoxid (H2O2) hochreguliert wurde, eine Reaktion, die durch N-Acetylcystein, einem potenten Antioxidans, blockiert werden konnte (Choung et al.,1998). Die mögliche Funktion von VEGF in vivo bei oxidativem Stress könnte durch kürzlich mitgeteilte Ergebnisse eines in vitro Versuches an Endothelzellen aus Umbilicalvenen weiter geklärt werden. Hier wurde durch VEGF , aber auch durch andere angiogenetische Faktoren wie Fibroblast growth factor (FGF-alpha und FGF-beta), eine 5 bis 10- fach erhöhte Resistenz der Endothelzellen gegen ROS (Wasserstoffperoxid) nachgewiesen (Yang et al.,1997). Kürzlich konnte weiterhin gezeigt werden, daß VEGF in humanen mikrovaskulären Endothelzellen die Expression des anti-apoptotischen Proteins Bcl-2 induziert und dadurch zu einer Dosis-abhängigen Verlängerung der Überlebenszeit dieser Zellen führt (Nör et al.,1999).

2.3 Fibroblasten

Eine Fibrosierung des Lungengewebes ist Folge einer überschießenden Aktivierung der Fibroblasten im Lungeninterstitium mit nachfolgender massiver Produktion von extrazellulärer Matrix (Crouch, 1990). Diese extrazelluläre Matrix wird hauptsächlich von Fibroblasten, in geringem Maß aber auch von Endothelzellen und Mesothelzellen synthetisiert (Adamson et al.,1994).


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2.3.1 Fibroblastenaktivierung

Untersuchungen zur Fibroblastenaktivierung gehen vornehmlich auf in vitro Experimente zurück. Die Aktivierung dieser Bindegewebszellen wird von einer Vielzahl von Mediatoren wie TNF-alpha, TGF-beta FGF oder PDGF gesteuert (Smith et al.,1995), wobei die Produktion dieser Faktoren teilweise einer Regelung durch den nukleären Transkriptfaktor NF-kappa B unterliegt. TGF-beta, der Wachstumsfaktor mit dem größten Potential zur Induktion von extrazellulärer Matrixproduktion, wird im Rahmen des Entzündungsgeschehens von aktivierten Makrophagen, Epithelzellen und Blutplättchen sezerniert und ist somit in der BALF präsent. TGF-beta ist weiterhin als Chemoattraktant für Fibroblasten in die frühe Phase der Lungenfibrosierung maßgeblich involviert (Korfhagen et al., 1994).

Von der Aktivierung der Fibroblasten bis zur manifesten Lungenfibrose werden drei Schritte durchlaufen: Zunächst kommt es zur Chemotaxis der Fibroblasten und damit zur gerichteten Wanderung zum Läsionsort (Behr et al.,1993). Dort proliferieren sie in einem zweiten Schritt, um anschließend extrazelluläre Matrix, insbesondere Typ I und Typ III Kollagen (Crouch, 1990), daneben auch Typ VI Kollagen (Specks et al.,1995) zu produzieren. Weiterhin unterliegt die Fibroblastenaktivierung einer Interaktion mit Abbauprodukten der Matrix (Crouch, 1990). Hierbei ist die Zellzyklusphase, in der sich die Fibroblasten befinden, entscheidend für ihre Empfänglichkeit gegenüber externen Stimuli (Bayreuther et al.,1992).

2.3.2 Kollagenbildung als Folge der Fibroblastenaktivierung

Die frühe proliferative Phase der Lungenfibrosierung ist vorrangig durch die Synthese von Kollagen Typ III gekennzeichnet (Bjermer et al.,1986) und wird von der Produktion von Kollagen VI gefolgt (Specks et al.,1995), während in der Endform der Lungenfibrose Kollagen Typ I überwiegt (Last et al.,1990a). Die Synthese des Kollagen Typ III beginnt mit der intrazellulären Bildung von Prokollagen-Typ-III-Monomeren, die sich im endoplasmatischen Retikulum zu Homotrimeren mit tripelhelikaler Struktur als Prokollagen-Typ-III-Moleküle zusammenfügen und in dieser Form in den Extrazellularraum abgegeben werden. Hier werden durch Peptidasen C- und N-terminale Propeptide abgespalten und anschließend die Quervernetzung, die die hohe Stabilität des Kollagen-Typ-III ausmacht, initiiert (Last et al.,1990b). Das abgespaltene N-terminale primäre Prokollagen-III-Peptid wird im Verhältnis 1:1 zum Kollagen-Typ-III gebildet und ist sowohl im Blut als auch in der BALF von Patienten mit Lungenfibrose als Marker der intrapulmonalen Kollagen-Typ-III-Produktion und damit der Fibrosierungsaktivität bestimmbar (Maasilta et al.,1991).

Im Prozeß der intraalveolären und interstitiellen Fibrosierung nimmt die Aktivierung von Fibroblasten somit eine Schlüsselrolle ein. Die Expression von Kollagenen, Fibronectin und Proteoglykanen kann dabei ursächlich entweder durch Reaktionsprodukte der Lipidmembranschädigung (4-Hydroxynonenal) oder durch Zytokine bzw. Wachstumsfaktoren hervorgerufen werden.


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2.4 Das intrapulmonale System der antioxidativen Abwehr

2.4.1 Antioxidative Enzymsysteme

Enzyme des Glutathion-Redox-Zyklus, Superoxid-Dimutase (SOD) und die Catalase sind primär intrazelluläre Enzymsysteme, die ineinandergreifend zu einer Minimierung von intrazellulären ROS führen. SOD katalysiert die Umformung von Superoxidanionen zu Wasserstoffperoxid, das durch Catalase zu Wasser neutralisiert wird. Alternativ hierzu kann Wasserstoffperoxid auch durch Glutathion zu Wasser reduziert werden. In diesem Reaktionsschritt entsteht GSSG, das durch die Glutathionreduktase durch beta-Nikotinamid-Adenindinucleotidphosphat (NADPH) in die reduzierte Form von Glutathion überführt wird (GSH).

Neben dem Glutathion-Stoffwechsel kommt auch dem Pentose-Phosphat-Zyklus eine zentrale Bedeutung bei der Elimination von ROS zu. Hier werden Reduktionsäquivalente (NADPH) bereitgestellt, die sowohl für die Reduktion von GSSG zu GSH als auch zur Synthese von Superoxidanionen durch die NADPH-Oxidase erforderlich sind.

2.4.2 Nicht-enzymatische Anitoxidantien

Den nicht-enzymatischen Antioxidantien, die intra- wie extrazellulär lokalisiert sind, kommt im Gegensatz zu den primär intrazellulär aktiven enzymatischen Antioxidantien eine wichtige Rolle bei der Eliminierung von extrazellulären ROS zu. Zu diesen antioxidativen Systemen zählen die Serumproteine, vornehmlich Albumin und Lactoferrin, sowie Glutathion, Vitamin E und Vitamin C. Die antioxidative Wirkung beruht teils auf einer kompetitiven Entlastung, da durch die Bindung der hochreagiblen ROS andere Proteine vor Oxidation geschützt werden (Wasil et al.,1987; Haliwell, 1988).

Zweiwertige Übergangsmetallionen wie Fe2+ oder Cu2+ potenzieren bereits in geringer Konzentration die Wirkung von ROS durch eine verstärkte Bildung des reaktiven Hydroxylradikals. Transferrin und Coeruloplasmin wirken antioxidativ durch die Ferro-Oxidase-Aktivität von Coeruloplasmin, das Fe2+ zu Fe3+ oxidiert, das dann an Transferrin gebunden wird. So ist auch Lactoferrin durch seine Fähigkeit der Eisenbindung ein Teil des intrapulmonalen antioxidativen Systems (Okrent et al.,1990; Davis, 1991).

Vitamin E (alpha-Tocopherol) kann durch seine lipophilen Eigenschaften die Lipidoxidation in Zellmembranen verhindern, wo es selbst mit ROS und Lipid-Peroxiden reagiert (Suntres et al.,1994; Demling et al.,1995). Daneben kann es direkt als ROS-Fänger fungieren (Comstock et al., 1997). In Verbindung mit Ascorbinsäure wirkt es synergistisch bei der Entgiftung von Oxidantien. Alpha-Tocopherol verbindet sich bevorzugt mit Radikalen, die während radikalischer Lipidperoxidationen anfallen. Nach Wanderung zur Oberfläche der Lipidmembranen kann das entstandene Tocopherol-Radikal durch Askorbinsäure wiederhergestellt werden, die selbst in relativ stabiles Semidehydroaskorbat überführt wird. Askorbinsäure ist als potente antioxidative Substanz auch zur Entgiftung einer Reihe anderer reaktiver Verbindungen fähig.

Um die Entstehung großer Mengen von Oxidantien zu verhindern, werden Metallionen wie Eisen


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und Kupfer konsequent gebunden. Über die Fenton-Reaktion würde in Anwesenheit dieser Metalle vorhandenes H2O2 in Hydroxylradikale (OH*) umgewandelt werden. Daher ist der Gehalt der intra- wie extrazellulären Flüssigkeit an freiem Eisen extrem niedrig. Hierbei fungieren metallbindende Proteine wie Transferrin, Ferritin und Coeruloplasmin als indirekte Antioxidantien.

2.4.3 Das pulmonale Glutathionsystem

Glutathion gehört, wie oben aufgeführt, sowohl zu den enzymatischen wie den nicht enzymatischen antioxidativen Systemen. GSH ist ein effektiver Radikalenfänger, der nach Oxidation durch die intrazelluläre Glutathionreduktase oder durch den gamma-Glutamyl-Zyklus wiedergewonnen werden kann.

Die intra- wie extrazelluläre Präsenz des Glutathion räumen ihm eine Sonderstellung in der ROS-Elimination der Lunge ein (Pablos et al.,1997). Die intrazellulär gelegene Glutathionreduktase oder der gamma-Glutamyl-Zyklus bewirken, daß über 90% des Glutathion in der Zelle als GSH vorliegen (Cantin et al.,1991). Der komplexe Glutathionmetabolismus schließt das intra- und extrazelluläre Kompartement ein. Ist Glutathion intrazellulär überschüssig, kann es in den Extrazellulärraum abgegeben werden (Cantin et al.,1987; Cantin et al.,1991; Behr et al.,1995), ein Vorgang, der für die meisten Zellen nicht reversibel ist (Deneke et al.,1995).

Durch das membranständige Enzym gamma-Glutamyl Transpeptidase (gamma-GT) wird extrazelluläres GSH, GSSG und gamma-Glutamylglutathion zu gamma-Glutamyl- und Cysteinyl-Glycinresten gespalten. Diese werden dann in die Zelle aufgenommen und münden hier erneut in die Glutathion-Synthese ein (Drozdz et al.,1998). Dieses intra-extra-intrazelluläre Recycling-System ist für die hohe antioxidative Potenz des Glutathions verantwortlich und weist ihm eine vorrangige Stellung in der Reihe der antioxidativen Abwehrmechanismen der Lunge an.

2.4.4 Methioninsulfoxid als Indikator intrapulmonaler ROS-Belastung

Die Aminosäure Methionin macht etwa einen Anteil von 3 Mol % aller humanen Proteine aus. Durch Oxidation der Thioäthergruppe von Methionin entsteht Methioninsulfoxid (Met(O)), dessen Anteil an einem Protein im Vergleich zu dem Gesamtmethioningehalt des Makromoleküls ein Maß für den Oxidationsgrad ist (Behr et al.,1995; Behr et al.,1997; Van Zandwijk, 1995). Der Met(O)-Gehalt der Proteine des Alveolarraumes ist jedoch nicht nur ein direkter Indikator der oxidativen Belastung. Da die Bildung von Met(O) die Erschöpfung antioxidativer Schutzmechanismen sowie das Fehlen anderer Substrate zur Oxidation voraussetzt, spiegelt der Gehalt von Methioninsulfoxid nicht nur die Belastung durch reaktive Sauerstoffspezies, sondern zugleich den Funktionszustand der intrapulmonalen oxidativen Abwehr wider (Behr et al.,1994; Behr et al.,1997).

2.5 Hitzeschockproteine (HSP)

Als Antwort auf Stress-Stimuli exprimieren Zellen als adaptive Antwort eine Gruppe von Proteinen, die Hitzeschockproteine genannt werden. Einflüsse von Hyperoxie, Hyperthermie, Endotoxine sowie exogener Substanzen, die ebenfalls mit erhöhter Generierung von reaktiven


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Sauerstoffspezies in Verbindung gebracht werden, können durch HSP-Induktion zu einer gesteigerten Widerstandsfähigkeit gegenüber dem auslösenden Stimulus oder anderen Stress-Stimuli führen (Beinert et al., 2000b).

Die Familie der Hitzeschockproteine besteht aus einer heterogenen Gruppe von Proteinen zwischen 8 und 110 kDa. Am besten charakterisiert sind die HSP70-Familie und die Häm-Oxygenase (HO-1, 32 kDa), die den ersten Schritt des Hämabbaus katalysiert.

Als Wirkungsmechanismen werden Apoptoseunterdrückung, intrazelluläre Proteinstabilisierung und Inhibition von Pro-Stressproteinen diskutiert (Choi et al.,1996). HO-1 induziert die Ferritin-Synthese und wirkt möglicherweise auf diese Weise antioxidativ (Choi et al.,1996). Darüber hinaus vergrößert es die Menge an vorhandenem Bilirubin, einem potenten Antioxidans. Nach HSP70-Transfektion und nachfolgender hyperoxischer Belastung humaner Lungenadenokarzinomzellen konnte eine herabgesetzte Rate an Lipidperoxidation und eine Verminderung des zellulären ATP-Verlustes beobachtet werden (Wong et al.,1997). Der Mechanismus der herabgesetzten zellulären ROS-Genese nach HSP70-Expression könnte auf den antioxidativen Schutz der mitochondrialen Integrität zurückzuführen sein (Polla et al.,1993), da in den Mitochondrien im Rahmen physiologischer Prozesse große Mengen an ROS generiert werden (Mizzen et al.,1989). So konnte nach HSP70 Induktion an einer humanen prämonozytischen Zellinie gezeigt werden, daß diese Zellen unter H2O2-Belastung im Gegensatz zu nicht induzierten Zellen nahezu konstante mitochondriale Membranpotentiale aufwiesen (Preville et al.,1999). Ähnliche Effekte konnten auch für kleinere Mitglieder der HSP-Familie gezeigt werden. So blieb unter HSP 25/27 die strukturelle Mitochondrienintegrität beinahe vollständig erhalten (Preville et al.,1999).

Vergleichsweise wenig ist bislang über die Expression von Streßproteinen in pulmonalen Zellen bekannt. In der menschlichen Lunge konzentriert sich die HSP-Expression ortsständiger Zellverbände wesentlich auf die Bronchialepithelien der proximalen Atemwege, während in weiter distalen Atemwegen und in der Lungenperipherie bei Typ-1- und Typ-2-Pneumozyten keine induzierbaren Streßproteine nachgewiesen werden konnten ( Bonay et al.,1994; Vignola et al.,1995; Wong et al.,1997; Wong et al.,1998). In den Zellen der BALF ist eine HSP-Expression vorrangig auf Alveolarmakrophagen nachweisbar (Kindas-Mugge et al.,1996).

2.6 Reaktive Sauerstoffspezies unter zytoreduktiver Therapie

2.6.1 Chemotherapie

Für eine Vielzahl zytoreduktiver Substanzen ist zwischenzeitlich bekannt, daß teils die zytoreduktive Wirkung, vor allem aber das Nebenwirkungsprofil wesentlich auf die Entstehung freier Radikale zurückzuführen sind und somit die Folgezustände den Schäden nach Strahlentherapie nicht nur gleichen, sondern großenteils auf den selben Mechanismen beruhen.

In diesem Kontext müssen vor allem Bleomycin (Kanofsky, 1986; Hay et al.,1991), Cyclophosphamid (Patel et al.,1985), Ifosfamid (Issels et al.,1993), Adriamycin (Gille et al.,1997), Etoposid (Koh et al.,1996) und Mitomycin,(Castro et al.,1996), weiterhin auch neuere Substanzen wie z. B die Taxane oder Antimetabolite wie Gemcitabin genannt werden, wobei für zahlreiche Zytostatika diese Wirkungsmechanismen anhand der klinischen Erscheinungsformen der


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Pneumonitis oder Fibrosierung naheliegen, wenngleich diese noch nicht im Einzelnen nachgewiesen wurden. Für Platin, das langjährig zur Behandlung solider Tumoren eingesetzt wird, wurde eine pulmonale Toxizität bislang nicht hervorgehoben, es kann aber davon ausgegangen werden, daß in der Kombinationstherapie oxidativer Stress durch das Begleitpräparat potentiell verstärkt wird.

Tabelle 5: Pulmonale Toxizität zytoreduktiver Pharmaka (nach Niedermeyer et al., 1996)

Bleomycin

Hypersensitivitätspneumonitis, ARDS-ähnliches Bild, Pneumonitis, Fibrose

Mitomycin

Hypersensitivitätspneumonitis, Pneumonitis, Fibrose

Doxorubicin

ARDS-ähnliches Bild

Actinomycin D

ARDS-ähnliches Bild

Carmustin

Pneumonitis, Fibrose, ARDS-ähnliches Bild

Busulfan

Pneumonitis, Fibrose

Cyclophosphamid

Pneumonitis, Fibrose

Melphalan

Pneumonitis, Fibrose

Methotrexat

ARDS-ähnliches Bild, Pneumonitis, Fibrose

Azathioprin

Pneumonitis, Fibrose

Cytarabin

ARDS-Bild

Vinblastin

Pneumonitis, Fibrose

Vincristin

Pneumonitis, Fibrose

Vindesin

Pneumonitis, Fibrose

Teniposid

ARDS-ähnliches Bild

Procarbazin

Hypersensitivitätspneumonitis

Taxane

Bronchospasmen

In der Folge werden einige Zytostatika (-Gruppen) beispielhaft besprochen.

2.6.1.1 Bleomycin

Die lungenschädigende Potenz von Bleomycin ist seit Jahrzehnten bekannt. Histologisch sind die hier gefundenen Gewebeveränderungen denen der idiopathischen Lungenfibrose sehr ähnlich, was zur Etablierung einer Reihe von Bleomycin-Tiermodellen auf dem Forschungsgebiet der Lungenfibrose geführt hat (Matalon et al.,1986; Giri et al.,1987; Hay et al.,1987a; Idell et al.,1987; Ward et al.,1987; Filderman et al.,1988). Das zur Familie der Antibiotika zählende Zytostatikum enthält zwei strukturelle Hauptkomponenten, eine Bithiazol-Komponente, die in die DNA-Helix eingebaut wird und hier zu Einzel- wie Doppelstrangbrüchen führt, und eine Komponente mit Pyrimidin- und Imidazolstrukturen. Diese bilden O2-Fe(II)-Bleomycin-Komplexe, die intrazellulär zur Entstehung von reaktionsfreudigen Hydroxylradikalen führen (Hay et al.,1991). So wurde nachgewiesen, daß in Anwesenheit von Bleomycin Fettsäuren in ihrer Struktur verändert werden und Singlet-Sauerstoff, ein potentes Oxidans, freigesetzt wird (Kanofsky, 1986).


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Bleomycin wird durch intrazelluläre Bleomycin-Hydrolasen zum inaktiven Desmethylbleomycin abgebaut. Die ausgeprägte pulmonale Toxizität von Bleomycin wird einerseits durch den hohen intrapulmonalen Sauerstoffpartialdruck, der die Bildung von reaktive Sauerstoffspezies begünstigt, verstärkt, andererseits zeigen die Bleomycin-Hydrolasen intrapulmonal eine relativ niedrige Aktivität (Hay et al.,1987b). Zudem konnten in vitro Experimente an Alveolarmakrophagen und Monozyten des peripheren Blutes von Bleomycin-behandelten Tieren zeigen, daß diese Zellen eine erhöhte Bereitschaft zur Freisetzung von Superoxid-Radikalen besitzen (Slosman et al.,1990). Diese Ergebnisse lassen vermuten, daß Alveolarmakophagen und intrapulmonale monozytäre Zellen wahrscheinlich direkt durch Bleomycin zur Generierung von reaktive Sauerstoffspezies angeregt werden können (Slosman et al.,1990).

2.6.1.2 Cyclophosphamid und Ifosfamid

Die Alkylantien Cyclophosphamid und Ifosfamid besitzen strukturelle Ähnlichkeiten. Beide können zum korrespondierenden 4-Hydroxymetaboliten oxidiert werden und reagieren über mehrere Schritte zu Aldo-Phosphamid und der eigentlich wirksamen Substanz, einem Phosphoramid des Mechlorethamin (Colvin, 1982). Die Lungentoxizität von Ifosfamid, das vermehrt zu Dechlorethyl-Ifosfamide und Chloroacetaldehyd abgebaut wird, ist geringer als bei Cyclophosphamid. Trotz der Wahrscheinlichkeit, daß die Lungentoxizität vorrangig auf die Metabolite der Substanzen zurückgeht, bleibt unklar, ob die beiden Alkylantien oder ihre Metaboliten direkt reaktive Sauerstoffspezies generieren können (Issels et al.,1993; Malik et al.,1996), oder ob ihr pro-oxidativer Effekt indirekt durch Erniedrigung der Glutathion-Pools zustande kommt (Einhorn et al.,1976; Gurtoo et al.,1981; Patel et al.,1985).

2.6.1.3 Anthrazykline

Anthrazykline sind allein in den seltensten Fällen lungentoxisch. Sie sind jedoch in der Lage, die pulmonale Toxizität einer Strahlentherapie zu verstärken. Freie Radikale entstehen, wenn Fe3+ oder Cu2+ bei Bindung durch Adriamycin reduziert werden. In Anwesenheit der reduzierten Metallionen und Sauerstoff können dann Hydroxylradikale generiert werden (Gianni et al.,1988). Experimentell konnte die enge Assoziation zwischen der Fähigkeit zur Fe3+-Reduktion und der Radikalentstehung gezeigt werden (Gianni et al.,1988; Erhola et al.,1996). Während der Aktivierung kann Adriamycin ein Elektron erhalten und so zum Semiquinon-Radikal werden (Gianni et al.,1988; Gille et al.,1997). Dieses kann in Anwesenheit von Sauerstoff zur Bildung von Superoxid-Radikalen führen (Erhola et al.,1996).


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Wie Adriamycin kann auch Mitomycin durch Ein- und Zwei-Elektronen-Reduktion aktiviert werden. Dabei entsteht ein Semiquinon-Radikal oder das korrespondierende Hydroquinon (Krishna et al.,1991), wobei unter hypoxischen Bedingungen der Metabolismus zum Semiquinone dominiert. Die Semiquinone können als potente Alkylantien fungieren. Je nach Anwesenheit von Sauerstoff können diese rasch oxidieren, wobei Superoxid-Radikale und Wasserstoffperoxid generiert werden. Ist der Sauerstoffpartialdruck gering, fällt das Semiquinon vermehrt an und reagiert mit H2O2, wobei Hydroxylradikale entstehen, eine Reaktion, die unabhängig von der Anwesenheit katalytischer Metallionen ist (Belinsky et al.,1993).

2.6.2 Wirkmechanismen ROS-vermittelter Lungenschädigungen unter Chemotherapie

Die Einwirkung von reaktive Sauerstoffspezies auf das Lungenparenchym führt zu strukturellen und funktionellen Veränderungen von Membranlipiden, Proteinen und DNA (Halliwell et al.,1992). Die überwiegende Anzahl der DNA-Doppelstrangbrüche kann durch intrazelluläre Reparatursysteme suffizient repariert werden, während verbleibende DNA-Schäden zu sofortigem oder prolongiertem apoptotischen Interphasenzelltod oder postmitotischen Zelltod führen können (Fuks et al.,1994). Der zelluläre ATP-Gehalt ist bei oxidativem Streß deutlich erniedrigt (Cochrane, 1991). Hierdurch überwiegt die nekrotische Degeneration der geschädigten Zellen mit nachfolgender entzündlicher Abräumreaktion (Lelli et al.,1998). Membrantransportproteine können durch freie Radikale in ihrer Funktion beeinträchtigt werden. Das führt unter anderem zu gesteigerten intrazellulären Ca 2+-Konzentrationen mit Aktivierung von Phospholipasen, Endonukleasen und Proteasen mit nachfolgenden Veränderungen am Zytoskelett (Cochrane, 1991).

Die frühe Phase nach ROS-induzierter Schädigung wird durch Interaktionen ortsständiger Zellenpopulationen wie Alveolarmakrophagen, Fibroblasten, Endothelien und Epithelien gekennzeichnet. Alveolarmakrophagen sind in der Lage, eine breite Palette von Zytokinen und Wachstumsfaktoren zu sezernieren, u.a. TNF-alpha, IL-6, IL-8 und IL-1 (Gossart et al.,1996).

IL-1 besitzt erhebliche Bedeutung für die T-Zellaktivierung und Induktion weiterer Elemente der Zytokinkaskade und scheint ein wichtiger Faktor der initialen Entzündungsphase zu sein. Die relativ geringe Fähigkeit der Alveolarmakrophagen, ihre IL-1-beta-Sekretion zu steigern (Elias et al.,1985; Wewers et al.,1989; Sagone et al.,1989), setzt möglicherweise einen Influx von peripheren Blutmonozyten voraus, um bestimmte IL-1beta-Spiegel zu erreichen (Rochester et al.,1993). Nach in vitro Bestrahlung von Alveolarmakrophagen konnte das limitierte Vermögen zur IL-1-Sekretion beobachtet werden (O, Brien-Ladner et al.,1993). In Tiermodellen zur Lungenfibrose wurde deutlich, daß erst nach einer Latenzphase von etwa zwei Wochen die Sekretion dieses Zytokins erheblich anstieg (Rubin et al.,1995).

Der Influx von polymorphkernigen Neutrophilen wird wesentlich von IL-8, IL-1, TNF, aktiviertem Komplement und als Folge der Lipidperoxidation entstandenem 4-Hydroxynonenal (4-HNE) gesteuert. Dies ist auch teilweise Folge der IL-1- und TNF-getriggerten Expression von


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Adhäsionsmolekülen (intracellular cell adhesion molecule-1, endothelial leukocyte adhesion molecule-1) (Yonemaru et al.,1989). So steigern sie die Adhärenz der Leukozyten an endotheliale Zellen und unterstützen die Diapedese (Gozin et al.,1998). IL-2, das unter oxidativem Stress von T-Lymphozyten sezerniert wird, führt bei Fibroblasten zur vermehrten Expression von Monozyten-Chemoattraktant-Protein 1 (Tatla et al.,1999). Weiterhin scheint es unter akuter Lungenschädigung zu einer IL-2 vermittelten T-Zell Aktivierung zu kommen, die in eine gegen pulmonale Fibroblasten gerichtete Zytotoxizität mündet (Zambello et al.,1996).

PMN-Zellen sind in der Lage, aggressive ROS-Verbindungen, die für die Abwehr von Mikroorganismen unerläßlich sind, an ihre Umgebung abzugeben (Maly, 1988; Yonemaru et al.,1989).

Die Seitenketten von Membranphospholipiden sind besonders anfällig für radikalbedingte Veränderungen. In typischen Kettenreaktionen kann ein OH* hier zur Entstehung hunderter von Peroxiden sowie Aldehydverbindungen wie Malonaldehyd (MDA) und HNE führen (Pryor et al.,1996). In in-vitro-Versuchen erwies sich HNE als Verstärker der Kollagen-I-Synthese (Parola et al.,1993; Poli et al.,1997a). Dies erklärt sich möglicherweise durch die Fähigkeit dieser Verbindung, humane mononukleäre Zellen zur Sekretion von TGF-beta anzuregen. TGF-beta kann selbst, über die Aktivierung des AP-1-Transkriptionsfaktors, zur Steigerung der Kollagenexpression führen (Poli et al.,1997). Außerdem sind HNE und einige seiner homologen Aldehyde in der Lage, chemotaktisch auf PMN-Zellen zu wirken (Curzio et al.,1985; Curzio, 1988; Adkins et al.,1990; Iacobini et al.,1997).

Somit führt die primäre wie sekundäre Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies unter Chemotherapie zu einer Vielzahl von funktionellen und dann auch strukturellen Veränderungen des Lungenparenchyms. Über eine proinflammatorische Zytokinkaskade, die in der Fibroblastenaktivierung münden kann, entstehen dann klinische Bilder der Pneumonitis oder Lungenfibrose, wie sie auch unter Strahlentherapie gesehen werden (s.u.).

2.6.3 Strahlentherapie

2.6.3.1 Wirkmechanismus

Die zytoreduktive Wirkung der Strahlentherapie im Gewebe beruht großteilig auf der Generierung von reaktiven Sauerstoffspezies. Ionisierende Strahlung führt zur homolytischen Spaltung der kovalenten Bindungen zwischen Sauerstoff und Wasserstoff. Dabei entstehen je ein Wasserstoffradikal (H*) und ein hochreaktives Hydroxylradikal (OH*), die Grundlage für die zytotoxische Wirkung der Strahlentherapie wie ihrer unspezifischen Gewebetoxizität sind (Halliwell, 1991). Die Wirkung ist in Kombination mit zahlreichen Chemotherapeutika, die selbst zur Generierung von reaktive Sauerstoffspezies führen, verstärkt bzw., wie etwa unter gleichzeitiger Gabe von Bleomycin, potenziert (Einhorn et al.,1976).


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2.6.3.2 Pulmonale Toxizität

Nach Einwirkung von ionisierender Strahlung auf die Lunge können zwei verschiedene Nebenwirkungsmechanismen unterschieden werden, die beide durch den massiven Untergang von Epithel- und Endothelzellen sowie durch direkte oxidantienvermittelte Aktivierung von Transkriptionsfaktoren induziert werden. Die sogenannte klassische Strahlenpneumonitis (Morgan et al.,1995; Segawa et al.,1997; Yamada et al.,1998; Monson et al.,1998) zeigt eine charakteristische sigmoide Dosis-Inzidenz-Beziehung. Dabei beschränkt sich die entzündliche Reaktion auf das bestrahlte Lungenvolumen und wird von einer mehr oder weniger starken Fibrosierung des Lungenparenchyms gefolgt (Mattson et al.,1987; Vergara et al.,1987; Arriagada et al.,1989; Geara et al.,1998). Die sogenannte sporadische oder hypersensitive Pneumonitis (Gibson et al.,1988) entspricht keiner eindeutigen Dosis-Inzidenz-Beziehung (Denis et al.,1991) und kann auch nach Gabe von Chemotherapeutika auftreten (Schnabel et al.,1997). Ursache dieser Reaktion ist möglicherweise eine endogene Antigenbelastung, die im Rahmen der massiven unspezifischen Gewebsschädigung auftritt. Hier wird eine generalisierte, lymphozytäre Entzündung mit eher geringer Tendenz zur Fibrosierung beobachtet (Vergara et al.,1987; Zwick et al.,1991; De et al.,1995; Monson et al.,1998).

Morphologische Studien zeigen bereits innerhalb der ersten Woche nach Bestrahlungsbeginn eine vermehrte Leukozytendichte in den interstitiellen Kapillaren der Lunge. Wenig später treten große Teile dieser Population in das Interstitium über, so daß die Leukozytendichte hier ebenfalls ansteigt (Ward et al.,1993). Typ-1- und Typ-2-Pneumozyten zeigen frühzeitig degenerative Veränderungen, wobei insbesondere Typ-1-Pneumozyten nach Bestrahlung (Vergara et al.,1987) (wie auch nach Bleomycin- (Jones et al.,1978) oder Ifosfamidgabe (Barnett, 1982)) zahlenmäßig stark vermindert sind. Die freiliegenden Basalmembranen erscheinen geschwollen und verdickt. Einige Monate nach Bestrahlung erfolgt als Zeichen der protrahierten Gewebeschädigung eine weitere Verminderung der Typ-1-Pneumozyten (Vergara et al.,1987, während Typ-2-Pneumozyten fokale Hyperplasien (Guerry-Force et al.,1988) und stark vergrößerte Zellvolumina zeigen (Vergara et al.,1987). Im Epithelgefüge tauchen kubische Zellen auf, die noch nicht vollständig zu Typ-1-Pneumozyten ausdifferenzierte Abkömmlinge von Typ-2-Zellen sind (Guerry-Force et al.,1988). In der Folge kann es klinisch zu dem Bild der Pneumonitis oder der Lungenfibrose kommen (Mattson et al.,1987; Gibson et al.,1988; Lingos et al.,1991; Rosiello et al.,1993).

Frühere Studien postulierten eine Latenzzeit zwischen zytoreduktiver Therapie und der klinischen Manifestation von therapieassoziierten pulmonalen Folgeschäden (Rubin et al.,1992). Neuere Untersuchungen zeigen hingegen, daß bereits unter Therapie erhöhte Zytokinspiegel in der BALF nachweisbar sind, die lange vor Auftreten der ersten klinischen Symptome kaskadenartig in Spätschäden der Lunge einmünden. Dieser Prozeß setzt initial eine Strukturstörung oder Unterbrechung der Kontinuität der Basalmembran der Alveolarwandung voraus und unterliegt einer komplexen Zytokinregulation sowie Steuerung durch Adhäsionsmoleküle (Rosiello et al.,1993; Rubin et al.,1995)


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2.6.4 Klinische Bilder pulmonaler Toxizität unter zytoreduktiver Therapie

2.6.4.1 Pneumonitis

In Folge der antineoplastischen Therapie kann es nach einigen Wochen bis Monaten zu Dyspnoe, Reizhusten, Fieber und Abgeschlagenheit kommen. Diese unspezifische, relativ spät einsetzende, aber oft im weiteren Verlauf vital gefährdende klinische Manifestation therapieassoziierter Lungenschäden entzieht sich vor ihrer klinischen Manifestation der konventionellen Diagnostik (Lungenfunktion, Bildgebung), ist häufig irreversibel und nicht selten letal. Bei fulminanten Verläufen findet sich nach Auftreten der ersten Symptome eine rasch progrediente Diffusionsbeeinträchtigung (Marks et al.,1997) und ein Ventilations-Perfusions-Mismatch (Rawlinson et al.,1988; Botterman et al.,1990). Daneben führt eine zunehmende Ansammlung von extrazellulärer Matrix (ECM) in den Alveoli und im Interstitium zu obstruierten und funktionslosen terminalen Ventilationsräumen. Diese Zunahmen des ventilatorischen Totraums und des intrapulmonalen Shunt-Volumens verstärken die resultierende Hypoxämie weiter und führen zur respiratorischen Partial- und dann Globalinsuffizienz (Rosiello et al.,1990; Porembka et al.,1993).

Die nach längeren Latenzzeiten beschriebene sogenannte Late-Onset Pneumonitis tritt zumeist nach Chemotherapiegabe auf und scheint vorrangig durch ein Ungleichgewicht zwischen pulmonalen Oxidantien und Antioxidantien bedingt zu sein (Rosiello et al.,1990). Eine wirksame Therapie ist bislang nicht bekannt. So kommt es trotz systemischen Einsatzes von Kortikosteroiden häufig zu einer kontinuierlichen dramatischen Verschlechterung der respiratorischen Situation dieser Patienten mit im Verlauf progredienter und irreversibler Fibrosierung (Tucker et al.,1977; Mark et al.,1978; Malik et al.,1996).

2.6.4.2 Lungenfibrose

Patienten mit beginnender Lungenfibrosierung infolge zytoreduktiver Therapie fallen typischerweise nach 6-12 Wochen durch Reizhusten und zunehmende Dyspnoe auf (Koh et al.,1996), Symptome, die über Monate zur respiratorischen Insuffizienz und schließlich zum Cor pulmonale mit akutem Rechtsherzversagen führen können (Malik et al.,1996).

Thorax-Röntgen und Thorax-CT zeigen je nach Schwere ein inhomogene milchglasartige Trübung des bestrahlten Parenchyms bis hin zu dichten retikulären und nodulären, fibrotischen Infiltraten mit Pleuraverdickungen (Gross, 1977; Mattson et al.,1987). Diese radiologischen Befunde können jedoch erst zu einem relativ späten Zeitpunkt erhoben werden, wenn der entzündliche Prozeß bereits ein florides, irreversibles Stadium erreicht hat (Rubin et al.,1995).

Infolge der Strahlentherapie-induzierten Gewebeschädigung werden neben einer massiven Erhöhung der Totraumventilation und damit Ansteigen des Shuntvolumens ausgedehnte Epithelläsionen mit intraalveolären Fibrinansammlungen beobachtet, die zu einer schweren Diffusionsstörung führen.


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