Lau, Susanne: Die Entwicklung des kindlichen Asthma bronchiale unter der besonderen Berücksichtigung der Innenraumallergen-Exposition

Kapitel 1. Einleitung

1.1 Asthma bronchiale

1.1.1 Definition und Einteilung

Das Asthma bronchiale ist die häufigste chronische Erkrankung im Kindesalter. 80% der kindlichen Asthmatiker haben bereits in den ersten 5 Lebensjahren asthmatische Beschwerden. Der Verlauf, das klinische Bild, Pathogenese und Prognose sind auch im Kindesalter sehr heterogen und unterscheiden sich vom Asthma bronchiale des Erwachsenen. Hinter dem Begriff "Asthma" verbergen sich verschiedene Krankheitsentitäten und Phänotypen. Eine Definition des Asthmas, nicht zuletzt auch um die Vergleichbarkeit zwischen international erhobenen epidemiologischen Daten zu erzielen, gestaltet sich schwierig. 1997 veröffentlichte das amerikanische National Heart, Lung and Blood Institute seine von einer Expertenkommision erarbeiteten Richtlinien zur Diagnose und Behandlung des Asthma bronchiale. Die Definition lautet: Asthma ist eine chronisch-entzündliche Erkrankung der Atemwege, bei der zahlreiche Zellen und Zellelemente eine Rolle spielen, insbesondere Mastzellen, Eosinophile, Lymphozyten, Neutrophile und Epithelzellen. Bei entsprechend reaktionsbereiten Menschen führt diese Entzündung zu rezidivierenden Episoden mit Giemen, Atemnot, Engegefühl in der Brust und Husten, insbesondere nachts und in den frühen Morgenstunden. Diese Episoden sind üblicherweise von einer ausgedehnten, aber variablen Atemwegsobstruktion begleitet, die oft reversibel ist, entweder spontan oder als Folge einer Behandlung. Die Entzündung bewirkt außerdem eine begleitende Erhöhung einer bestehenden bronchialen Hyperreaktivität gegenüber einer Reihe verschiedener Stimuli (National Heart, Lung and Blood Institute 1997).

Die Einteilung des Asthma bronchiale ist nach pathogenetischen (intrinsic versus extrinsic Asthma) oder aber auch nach klinischen den Schweregrad betreffenden Gesichtspunkten möglich. Obwohl im Kindesalter die extrinsisch-atopische Genese des Asthmas am häufigsten ist, kommt es auf dem Boden der allergischen Entzündung, die die bronchiale Hyperreaktivität erhöht, auch zu Bronchokonstriktionen, die durch nichtatopische Faktoren ausgelöst werden können. Trotz einer Atopie besteht bei Kindern somit nahezu immer eine Asthmamischform. Die Atopie im Kindesalter ist zwar stark mit einem Asthmaausbruch assoziiert, jedoch müssen primäre anatomisch-strukturelle Besonderheiten prädisponierend für ein Asthma vorliegen, damit eine Inhalationssensibilisierung zu einem Asthma bronchiale führt. Dies wird gestützt durch Untersuchungen an Säuglingen und Kleinkindern, die bereits vor Manifestation eines Asthma bronchiale verringerte


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Flusswerte und eine erhöhte bronchiale Empfindlichkeit bei Lungenfunktionsuntersuchungen aufwiesen (Stick 1996, Martinez 1988, Clarke 1995). Daher ist eher anzunehmen, dass eine asthmatische Reaktion genetisch determiniert ist und lediglich Asthmaanfälle durch Sensibilisierung und allergische Entzündung getriggert werden. Dies wird jedoch auch hinsichtlich der Bedeutung von Innenraumallergenen für die Genese des Asthma bronchiale im Kindesalter kontrovers diskutiert (Peat 1999, Pearce 2000).

Klinisch ist eine Einteilung des Asthma bronchiale in Schweregrade wie etwa leicht, mittelschwer und schwer sinnvoll. Die Definition hängt im Wesentlichen von der Anzahl der Anfälle und dem Medikationsbedarf ab (Wahn 1999, Warner JO 1998).

1.1.2 Epidemiologie

Zahlreiche Querschnitts- und Longitudinalstudien wurden durchgeführt, um die Prävalenz und Inzidenz allergischer Krankheiten in unterschiedlichen Populationen zu studieren und Hypothesen für Kausalbeziehungen zu generieren. Auch wenn es aufgrund unterschiedlicher Krankheitsdefinition und Erhebungsinstrumente schwankende Angaben zur Häufigkeit des Asthma bronchiale gibt, scheint unbestritten die Prävalenz atopischer Erkrankungen und insbesondere des Asthma bronchiale in westlichen Industrienationen seit Mitte der 60er Jahre zugenommen zu haben (Burr 1989, Yunginger 1992). So berichtet Burr, dass in Südwales die Lebenszeitprävalenz von Asthma bei 12-Jährigen 1973 bei 6% und 1988 bei 12% lag, während die Häufigkeit von aktuellen asthmatischen Beschwerden zum Zeitpunkt der Befragung von 4% auf 9% anstieg. Ein ähnlicher Anstieg wurde auch hinsichtlich der Lebenszeitprävalenz für die allergische Rhinokonjunktivitis (9% versus 15%) und das atopische Ekzem (5% versus 16%) verzeichnet (Abb. 1).


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Abb. 1: Asthmaprävalenz bei 12-jährigen Kindern in South Wales, UK (Burr 1989)

Da der genetische Pool sich innerhalb von 1-2 Generationen nicht ändert, müssen wohl eher Umweltfaktoren bzw. veränderte Faktoren des Lebensstils dazu beigetragen haben, dass die Suszeptibilität an Atopie und Asthma zu erkranken gestiegen ist. In den letzten 10 Jahren wurden verschiedene Mechanismen und Determinanten diskutiert: Mangel an schweren und häufigen Infektionen (Shirakawa 1997, Shaheen 1996) und steigende Hygiene (Matricardi 1997), Adipositas und Mangel an körperlicher Bewegung (Shaheen 1999), abnehmende Geschwisterzahl (von Mutius 1994a, Strachan 1989, Rona 1999, Jarvis 1997), sich ändernde Ernährungsgewohnheiten z. B. hinsichtlich von Fettsäuren (Weiland 1999a, Hodge 1997) u. v. a..

Die These, dass die Zunahme von Asthma bronchiale und atopischen Erkrankungen durch eine veränderte Lebensweise bedingt sein könnte, wird durch die Beobachtung gestützt, dass nach der deutschen Wiedervereinigung die Asthma- und Heuschnupfenprävalenz in den neuen Bundesländern deutlich unter den Prävalenzraten der alten Bundesländern lag (Nowak 1996). Für Kinder ergaben sich 1992 Prävalenzraten von 3,9% für Asthma und 2,7% für Heuschnupfen in den neuen Bundesländern versus 5,9% und 8,6% in den alten Bundesländern (OR 1,5 bzw. 3,4; p<0,0001; von Mutius 1994b). In einer 1999 veröffentlichten bevölkerungsbezogenen Untersuchung aus Deutschland bei 9 bis 11-jährigen Schulkindern ergab sich eine Asthmaprävalenz von


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7,9% in Dresden und 10,3% in München (Weiland 1999b). Bei 5 bis 7-jährigen Kindern dieser Studie lag die Asthmaprävalenz in München bei 10%, in Dresden bei 5,8% und in Leipzig bei 7,5%.

Die aufgrund verschiedener Studien geschätzte Mortalität an Asthma bronchiale beträgt etwa 1%. In Deutschland muss jährlich mit etwa 15 Asthma-Todesfällen bei Kindern und Jugendlichen zwischen 0 und 15 Jahren gerechnet werden.

Die beste internationale Vergleichbarkeit gewährt die "ISAAC-Studie" (The International Study of Asthma and Allergies in Childhood 1998), wobei in 155 Zentren in der ganzen Welt Daten hinsichtlich der Prävalenz von Asthma bronchiale, allergischer Rhinokonjunktivitis und atopischem Ekzem bei 9 bis 11-jährigen und 13 bis 14-jährigen Kindern mit Hilfe von standardisierten Fragebögen bzw. Videointerviews erhoben wurden (Asher 1995). In Australien, Neuseeland und England wurden Asthma-Prävalenzraten von über 25% beobachtet (Abb. 2). In diesen Regionen ist die Hausstaubmilbenexposition sehr hoch, so dass eine ursächliche Beziehung zwischen Hausstaubmilbenexposition und Zunahme der Asthmaprävalenz von Jennifer Peat vermutet wird (Peat 1999, 1991). Da Personen westlicher Länder sich vor allem in Innenräumen aufhalten, scheint die Expositionsdauer zugenommen zu haben. Es gibt Spekulationen, dass die Halbierung der Innenraumallergenkonzentrationen auch die Asthmaprävalenz halbieren würde (Peat 1996).

Abb. 2: Prävalenz von aktuellem Asthma in der ISAAC Studie (Lancet 1998)


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Auch wurde Tabakrauchexposition immer wieder ursächlich mit erhöhtem allergischen Sensibilisierungsrisiko und Asthma in Verbindung gebracht (Strachan 1998, Neuspiel 1989, Martinez 1992, Kulig 1999, Frischer 1992, Ronchett 1992, Young 1991).

1.1.3 Virale Infekte der Luftwege und ihre Bedeutung für die obstruktive Bronchitis bei Kleinkindern

Im Verlauf von Atemwegsinfekten kann es bei Kindern jeder Altersstufe zu asthmatischen oder obstruktiven Symptomen kommen. Insbesondere Säuglinge neigen zu obstruktiven Bronchitiden aufgrund der anatomischen Besonderheiten. Atemwege sind kurz und eng im Säuglingsalter. Da der Atemwegswiderstand sich umgekehrt proportional zur 4. Potenz des Radius der Atemwege verhält (Raw=1/r4; Hagen-Poiseuille-Gesetz), wirkt sich eine Verkleinerung des Bronchiallumens etwa durch einen Bronchialmuskelspasmus, ein Schleimhautödem oder eine Verstopfung des Bronchius durch Schleim in der frühen Kindheit wesentlich stärker aus als bei Erwachsenen. Im Säuglingsalter führen meist virale Infekte der oberen und unteren Atemwege (Parainfluenza-, Adeno-, Rhino-, Respiratory-Syncytialvirus) zu einer obstruktiven Bronchitis, die vor allem durch exspiratorisches Giemen und Brummen imponiert und im angloamerikanischen Raum auch "wheezy bronchitis" genannt wird. Nur ein Teil der Kinder, die in früher Kindheit infektassoziiert obstruktive Atemwegsbeschwerden aufweisen, werden im Schulalter ein Asthma bronchiale entwickeln. In einer amerikanischen Studie, in die ursprünglich 1246 Neugeborene aufgenommen waren, zeigten etwa 60% der Kinder, die in den ersten 3 Lebensjahren pfeifende Atembeschwerden hatten, keine Beschwerden mehr im 6. Lebensjahr. 13,7% der 1246 Kinder zeigten sowohl in den ersten 3 Lebensjahren als auch mit 6 Jahren obstruktive Atembeschwerden und werden als "persistent wheezers" bezeichnet (Martinez 1995).

Welche Rolle Virusinfektionen, die mit einer obstruktiven Bronchitis im Säuglings- und Kleinkindalter assoziiert sind, bei der Entstehung des Asthma bronchiale spielen, wird kontrovers diskutiert. Einerseits kann eine Virusinfektion zu einer Epithelschädigung führen, die eine bronchiale Hyperreaktivität auslösen bzw. verstärken kann. Auch wird die Induktion der IgE-Synthese (Forster 1996) bzw. ein erhöhtes Risiko für obstruktive Atemwegserkrankungen in der ersten Lebensdekade nach RSV-Infektionen berichtet (Stein 1999). Hinsichtlich Asthma bronchiale in der 2. Lebensdekade stellen RSV-Infektionen der frühen Kindheit kein erhöhtes Risiko mehr dar. Andererseits können Infekte bzw. bestimmte mikrobielle Stimuli zu einer Reifung des Immunsystems führen,


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die mit einem erniedrigten Risiko für die Manifestation eines Asthmas einhergehen können (Martinez 1999).

Eine asthmatische Veranlagung scheint die Empfänglichkeit für Pseudokrupp und Atemwegsinfekte mit "asthmatoiden" Viren zu erhöhen (Castro-Rodriguez 2001).

1.1.4 Bedeutung der Atopie für das Asthma bronchiale

Das allergische Asthma bronchiale gehört wie das atopische Ekzem und die allergische Rhinikonjunktivitis zu den atopischen Erkrankungen. Das atopische Ekzem ist in der Regel die früheste Manifestation der Atopie mit einem Inzidenzgipfel im ersten und zweiten Lebensjahr. Das Asthma bronchiale tritt typischerweise gehäuft zwischen dem 3. und 10. Lebensjahr auf (Wahn 2000). In den ersten 2 Lebensjahren finden wir vorwiegend Nahrungsmittelsensibilisierungen bei Atopikern, ab dem 3. Lebensjahr dann auch zunehmend Sensibilisierungen gegen Inhalationsallergene (Kulig 1999a, Rowntree 1985).

Die Atopie, das heißt die Fähigkeit IgE-Antikörper gegen Umweltallergene zu bilden, ist einer der stärksten Einflussfaktoren für die Entstehung eines Asthma bronchiale. Man nimmt an, dass eine Inhalationssensibilisierung das Risiko, an Asthma zu erkranken, um 10-20fach erhöht (Peat 1999). Obwohl Asthma und Atopie interagieren, sind beide Begriffe voneinander abzugrenzen. Obwohl ca. 25% der Kinder und jungen Erwachsenen in den westlichen Industrienationen atopisch sind, entwickelt auch in Ländern mit einer hohen Atopieprävalenz (England, Australien, Neuseeland) nur 1 von 5 Atopikern chronisches Asthma bronchiale. In der Gruppe der schweren Asthmatiker schwindet der Einfluss des Atopiestatus (Pearce 1999).

70-80% der kindlichen Asthmatiker weist eine Sensibilisierung gegen Inhalationsallergene auf, wobei die Hausstaubmilbensensibilisierung eine besondere Bedeutung hat und mit ganzjährigen Beschwerden assoziiert ist, sogar in Ländern mit niedriger Hausstaubmilbenbelastung (Wickman 1993, Kühr 1995, Platts-Mills 2000).

Atopisch zu reagieren, d. h. die Fähigkeit spezifisches IgE gegen Antigene bzw. Allergene zu bilden, die normalerweise toleriert werden, ist ein Phänomen der Th1/Th2 Imbalanz in Richtung lymphozytärer Th2-Immunantwort, wobei via IL-4, IL-13, IL-5 produzierender Lymphozyten und einer erniedrigten Interferon gamma Produktion sowie IL-12-Produktion der Switch der B-Zellen in Richtung IgE-Produktion induziert wird (Matsui 2000, Jujo


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1992, Tang 1995, Vercelli 1990, Nurse 1997). Diese Immundeviation passiert möglicherweise schon in utero bzw. im ersten Lebensjahr (Jones 1998, Prescott 1998, 1999).

1.1.5 Genetische Einflüsse

Asthma wie auch andere allergische Erkrankungen unterliegen einem starken genetischen Einfluss. Eine Studie mit 11688 dänischen Zwillingspaaren zeigt, dass 73% der Empfänglichkeit für Asthma genetisch bedingt sei und ein beträchtlicher Umwelteinfluss bestehe (Skadhauge 1999). Man spricht auch von "gene-environment-interaction", wobei krankmachende Umweltfaktoren beispielsweise die Penetranz eines Gens variieren bzw. nur bei entsprechender genetischer Suszeptibilität wirken können (Holgate 1999, Sengler 2001). Abgesehen von der familiären Häufung von Atopie scheint es auch eine endorganspezifische Vererbung zu geben. Das Asthma bronchiale der Eltern ist der stärkste Risikofaktor für die Entstehung des kindlichen Asthma bronchiale, wobei der genetische Einfluss der Mutter stärker ist als der des Vaters (Litonjua 1998). Ähnliches gilt für die Vererbung des atopischen Ekzems.

Verschiedene genetische Untersuchungsmethoden wie Kandidatengen- und Kopplungs- aber auch ganze Genomuntersuchungen werden und wurden in verschiedenen Populationen angewandt. Je nach Phänotyp und Ethnizität ergeben sich jedoch sehr unterschiedliche Befunde und Assoziationen. Speziell für die Atopie und IgE-Produktion ergaben sich Hinweise auf Kandidatengene, wie beispielsweise den Polymorphismus -589, der eine C zu T Substitution in der Promotorregion auf Chromosom 5q31-33 bewirkt (Marsh 1994) und damit eine erhöhte Transkription von IL-4 sowie eine vermehrte IgE-Produktion. Auch auf Chromosom 11 sind in Regionen, die für den hochaffinen IgE-Rezeptor codieren, (Cookson 1989) als auch in der Promotorregion des Gens für CC16 Polymorphismen bei Atopikern bzw. Patienten mit bronchialer Hyperreaktivität beschrieben. CC16 (Clara cell specific 16-kd protein) ist ein anti-inflammatorisches Protein, das in den Epithelien der Atemwege sowie des Urogenitaltrakts sezerniert wird. Kinder, die homozygot für den Polymorphismus A38G waren, wiesen einen erniedrigten CC16 Serumspiegel und ein 7fach erhöhtes Risiko für ein Asthma bronchiale auf (Laing 1998). In anderen Studien konnte diese Beziehung bisher nicht bestätigt werden. So scheint ein Problem genetischer Studien u. a. zu sein, dass Negativassoziationen ehemals beschriebener potentiell funktioneller Polymorphismen nicht publiziert werden.


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Neuere Untersuchungen suggerieren einen protektiven Effekt von frühkindlicher hoher Exposition gegenüber LPS (Lipopolysaccharide) aus gramnegativen Bakterien hinsichtlich der Entwicklung atopischer Erkrankungen (Gereda 2000, von Mutius 2000). Die Bindung von LPS an CD14 auf Monozyten und Makrophagen induziert einen Anstieg der IL-12-Produktion, die wiederum die Differenzierung von Th0-Lymphozyten zu Th1-Lymphozyten fördert. Eine funktionelle Mutation im CD14 Promotor wurde beschrieben und war mit einer Downregulierung des zirkulierenden IgE assoziiert und könnte eine Veränderung des Th1/Th2-Gleichgewichts erklären (Baldini 1999). Da Bauernkinder höheren Endotoxinspiegeln bedingt durch Viehwirtschaft ausgesetzt sind (von Mutius 2000), könnte dies ein pathophysiologischer Erklärungsansatz für die Beobachtung sein, dass Kinder von in der Viehwirtschaft tätigen Eltern seltener an atopischen Erkrankungen leiden als andere (von Ehrenstein 2000, Braun-Fahrländer 1999). Leider konnte bisher keine Assoziation des oben erwähnten Polymorphismus weder mit einem veränderten Sensibilisierungsrisiko, niedrigen oder hohen Serum-IgE-Spiegeln oder erniedrigtem bzw. erhöhtem Risiko für atopische Phänotypen in der MAS-Kohorte gezeigt werden.

Die Annahme, dass veränderte Umweltbedingungen die Suszeptibilität eines Individuums hinsichtlich atopischer Erkrankung bzw. die Penetranz von Genen fördern können, werden durch die Beobachtung unterstützt, dass Immigranten mit zunehmender Adaptation an das Einwanderungsland sich auch den dortigen Atopieprävalenzen annähern bzw. bei Konservierung des Lebensstils des Herkunftslandes weiterhin sich deutlich unterscheiden hinsichtlich allergischer Erkrankungen (Kabesch 1999, Grüber 2000).

1.1.6 Pathophysiologie

Die Leitsymptome des Asthma bronchiale sind ein exspiratorisches Giemen und Brummen, eine exspiratorische Dyspnoe und/oder Husten. Die Symptome werden bedingt durch eine Einengung des Bronchialsystems, an der in unterschiedlichem Maße ein Spasmus der Bronchialmuskulatur (Slott 1995), eine ödematöse Schwellung der Schleimhaut (Wiggs 1992) und eine Schleimdyskrinie, d. h. vermehrte Produktion eines viskösen Schleims, beteiligt sind. Beim Bronchialspasmus führt eine Zunahme des freien intrazellulären Kalziums über einen transmembranären Kalziumeinstrom oder eine Freisetzung aus den Speicherpools (endoplasmatisches Retikulum, Zellmembran) zu einer Kontraktion der Bronchialmuskelzelle. Als maßgebliche Effektorzelle für die Entstehung und Aufrechterhaltung der chronisch-entzündlichen Manifestation in den Bronchien werden Lymphozyten, Mastzellen, vor allem aber Eosinophile und gelegentlich auch neutrophile


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Granulozyten betrachtet (Bousquet 1990, Corrigan 1991, Bradley 1991, Foresi 1997, Pizzichini 1997). Diese Zellen haben diverse Interaktionen und setzten eine Reihe von Mediatoren frei als Botenstoffe für andere Zellpopulationen. So ist beispielsweise das Eosinophile kationische Protein (ECP) im Serum prädiktiv für die Schwere eines Asthmas bzw. eine eventuelle Spätreaktion nach bronchialer Provokation (Ronchi 1997).

Die asthmatische Entzündungsreaktion lässt sich in 3 Phasen einteilen:

Charakteristisch für das Asthma bronchiale ist die bronchiale Hyperreaktivität, die genetisch bedingt auftritt, aber auch durch die chronische Entzündung entsteht bzw. verstärkt wird (Chetta 1996, Crimi 1998, Bradley 1991). Sie ist gekennzeichnet durch eine gesteigerte Reaktionsbereitschaft der Bronchien auf exogene und endogene Stimuli und korreliert mit dem Schweregrad des Asthmas sowie mit dem Therapieniveau (Woolcock 1987). Kleine Kinder weisen naturgemäß eine höhere bronchiale Empfindlichkeit gegenüber unspezifischen Stimuli auf als Erwachsene (Niggemann 2001).

1.2 Allergene

Jedes Individuum wird in seinem Leben stetig mit erheblichen Mengen verschiedener artfremder ("nicht-selbst") Antigene konfrontiert, ohne dass die ausgelöste Immunantwort krank macht. Die Antigene erreichen den menschlichen Organismus bzw. die Mukosa durch die Atemwege, den Verdauungstrakt oder auch die Haut. Antigene, die beim Menschen eine IgE-vermittelte Immunantwort und eine lokale oder systemische anaphylaktische Reaktion auszulösen vermögen, nennen wir Allergene. Ca. 10-15% der Menschen werden bei entsprechender genetisch determinierter atopischer Prädisposition gegen


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Umweltallergene sensibilisiert, bilden spezifisches IgE und entwickeln allergische Krankheitserscheinnungen wie Asthma bronchiale, Rhinokonjunktivitis, atopische Dermatitis und Urticaria. Eine Typ I-Sensibilisierung (nach Coombs und Gell) mit klinischer Reaktion nennen wir Allergie.

Wir kennen Inhalationsallergene (Tab. 1), deren Quellen Pflanzen wie Bäume, Gräser, Getreide und Kräuter sind bzw. Tierepithelien, Hausstaubmilben, Schimmelpilze u. v. a.. Andererseits gibt es die Nahrungsmittelallergene, Insektengiftallergene, Nahrungsmittelzusatzstoffe wie Konservierungs- und Farbstoffe, aber auch Medikamente wie das Penicilloyl, das als Hapten durch Bindung beispielsweise an Albumin im menschlichen Körper zum Allergen werden kann. Als typisches Kontaktallergen kennen wir z. B. Chrom- und Nickelverbindungen, die eine Typ-IV-Reaktion hervorrufen können (Wahn 1999).

Warum bestimmte Glykoproteine bevorzugt vom Körper als Allergene erkannt werden, ist nicht vollständig geklärt. Man vermutet u. a. HLA-D-Assoziationen. Das Allergenspektrum variiert gemäß der individuellen Vegetations- und Lebensbedingungen einer geografischen Region. In Gegenden, wo ein spezifisches Allergen wie beispielsweise das Bla g 2 der Küchenschabe Blatella germanica nicht vorkommt (wie z. B. in Berlin), wird man auch keine Patienten finden, die gegen dieses Allergen sensibilisiert sind. Erst der Allergenkontakt macht eine Sensibilisierung möglich. Mittlerweile gibt es erste Daten, die die Möglichkeit einer in utero-Sensibilisierung suggerieren (Warner JO 2000, Szépfalusi 2000).

Tab. 1: Wichtige Inhalationsallergene in Deutschland

Frühblüher

Gräser/

Getreide

Kräuter

Tier-

epithelien

Hausstaub-

milbe

Schimmel-

pilze

Hasel, Erle,

Birke, Weide

Lieschgras,

Ruchgras,

Roggen bzw.

Getreide

Spitzwegerich,

Beifuß

Katze, Hund,

Pferd etc.

Dermatopha-

goides ptero-

nyssinus/fari-

nae

Cladosporium

herbarum,

Alternaria

tenuis (saisonal beide),

Penicillum

notatum


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1.2.1 Allergenquellen

1.2.1.1 Pollen

Pollen sind in weiten Regionen der Welt als Auslöser der allergischen Rhinokonjunktivitis aber auch des saisonalen Asthma bronchiale bekannt. Besondere Bedeutung haben Pollen von Gräsern und Getreiden, gegenüber denen sich das Immunsystem des Menschen in hohem Maße kreuzreaktiv verhält, d. h. in verschiedenen Pollen sind Allergene vorhanden, die eine identische IgE-Antikörpergruppe sensibilisierter Menschen binden (Valenta 1991, Matthiesen 1991). Unter Baumpollen haben in unseren Breiten Frühblüher (Birke, Erle, Hasel, Weide) die größte klinische Relevanz. Einzelne ihrer Allergene kreuzreagieren miteinander. Ausdruck einer Kreuzreaktivität ist auch die Unverträglichkeit von Birkenpollen-Allergikern gegenüber bestimmten Obstsorten (z. B. Äpfel oder Steinobst). Neben den erwähnten Pollen spielen auch Pollen verschiedener Unkräuter (Wegerich, Beifuß etc.) schon im Kindesalter eine Rolle.

Profiline, eine Familie konservierter Proteine mit Molekulargewicht zwischen 12 und 15 kd, sind in eukaryonten Zellen omnipräsent und stellen bedeutende Allergene in Pollen und pflanzlichen Nahrungsmitteln dar (Valenta 1992). Die Profilinallergie ist gekennzeichnet durch die Möglichkeit der Sensibilisierung gegen nahezu jedes pflanzliches Lebensmittel bzw. jede Pollenart und ein außerordentlich breit gefächertes Muster der Kreuzreaktivität (van Ree 1993, 1995). Profiline können sehr schwere Typ-I-Reaktionen auslösen. Ein Teil der serologisch oder im Hauttest feststellbaren Profilinsensibilisierungen sind klinisch nicht aktuell. Profiline können als Mediator der Kommunikation zwischen Zellmembran und Zytoskelett angesehen werden (Valenta 1993).

1.2.1.2 Allergene tierischen Ursprungs

Tierhautschuppen und Tierhaare als Träger von Speichelproteinen (z. B. Fel d 1 der Katze) sind potente Allergene, die aufgrund der Bindung an kleinste Schwebepartikel von ca. 5 µm Durchmesser und kleiner sehr lange in der Raumluft verbleiben und dort nur schlecht zu eliminieren sind (de Blay 1991a, b, 1998, Luczynska 1990, Woodfolk 1992, Custovic 1997). Sie können auch an Textilien haften und in andere Wohnungen oder öffentliche Gebäude (Schule z. B.) getragen werden (Munir 1993a, 1995a, D'Amato 1997, Almqvist 1999). Unter den Tierallergenen scheint das Fel d 1 der Katze das potenteste zu


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sein, das nicht nur in Speichel- sondern auch in anderen Drüsen produziert wird (Dornelas de Andrede 1996). Die Menge an produziertem Allergen ist intraindividuell verschieden und scheint Geschlechtshormon-abhängig zu sein. Kater produzieren mehr Allergen als weibliche Tiere (Zielonica 1994).

Fel d 1 ist ein Heterodimer, Kette 1 mit 70 Aminosäuren und Kette 2 mit 90 bzw. 92 Aminosäuren (Schou 1993). 90% aller Katzenallergiker weisen IgE-Antikörper gegen Fel d 1 auf, was ungefähr 50% der IgE-Antikörper gegen Katzenallergene ausmacht. Die Absorption von Fel d 1 aus einem Katzenextrakt reduziert ca. 60-95% der Allergenität eines Katzenhaar-Extraktes (Schou 1993, de Groot 1988). T-Zellstudien wurden durchgeführt, um T-Zell-aktivierende Peptide des Fel d 1 für eine Hyposensibilisierungsbehandlung zu entwickeln. Klinische Studien mit dieser Vakzine mussten aufgrund der gravierenden Nebenwirkungen abgebrochen werden (Norman 1996).

Sensibilisierungen gegen Katzenallergene werden schon am ersten Geburtstag im Serum nachgewiesen (Wahn 1997), was oft erst Jahre später klinisch symptomatisch wird. Die Allergenexposition im ersten Lebensjahr scheint bei diesem Inhalationsallergen wie auch beim Hausstaubmilbenallergen von besonderer Bedeutung zu sein für atopisch prädisponierte Individuen.

Die Allergene Can f 1 und Can f 2 des Hundes sind identifiziert und kloniert und scheinen immunologisch etwas weniger potent zu sein als Fel d 1. Ca. 70% des gegen Hundeepithelien und -haare gebildeten IgE ist gegen Can f 1 und 23% gegen Can f 2 gerichtet (de Groot 1991). Auch Serum oder Urin von Tieren wie beispielsweise Mäusen und Ratten enthalten Allergene, die an kleinste Partikel binden und oft bei berufsbedingtem Kontakt Sensibilisierungen auslösen können (Lieutier-Colas 2001, Platts-Mills 1986a).

In 30-60% der deutschen Haushalte werden Haustiere gehalten, daher ist die Exposition gegenüber Tierallergenen fast ubiquitär (Lau 1992, Custovic 1996b).

Die Sensibilisierung gegen Küchenschaben wie beispielsweise Blatella germanica spielt in den USA und Südamerika eine bedeutende Rolle, da ihre Allergene dort in großen Mengen vorkommen (Sporik 1999). In Deutschland werden kaum Sensibilisierungen gefunden, da das Allergen Bla g 2 (Arruda 1995) entweder selten (Hirsch 2000) oder gar nicht nachgewiesen wird (Berliner Daten).


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1.2.1.3 Hausstaub

Von den hier aufgeführten Allergenquellen ist Hausstaub mit Abstand die heterogenste Mischung von Substanzen, die tierischer und pflanzlicher Herkunft sein können. Eine "Allergie gegenüber Hausstaub" sollte daher unbedingt näher definiert werden, insbesondere wenn eine Hyposensibilisierung erwogen wird. Eine Hyposensibilisierungsbehandlung mit "Hausstaub" ist heute obsolet.

1.2.1.4 Hausstaubmilben

In den sechziger Jahren wurden die Hausstaubmilben der Spezies Dermatophagoides als Verursacher der Hausstauballergie von Voorhorst und Spieksma identifiziert (Voorhorst 1967). Wir kennen Dermatophagoides pteronyssinus, farinae und microceras (Bronswijk 1971, Arlian 1978). Im Kindesalter finden wir bei 60-80% der in Mitteleuropa und in den USA lebenden Asthmatiker eine Sensibilisierung gegen Hausstaubmilben der Spezies Dermatophagoides (Warner JO 1987). In Australien, wo aufgrund günstiger klimatischer Bedingungen eine besonders hohe Milbenallergendichte zu verzeichnen ist, wurde in einigen Regionen parallel zur steigenden Milbenallergenexposition und Sensibilisierung gegen Dermatophagoides (Tab. 2) steigende Asthmaprävalenzen bei Erwachsenen und Kindern beobachtet (Peat 1995, 1996, Turner 1988, Dowse 1985).

Tab. 2: Beziehung zwischen Hausstaubmilben-Exposition und Sensibilisierung in New South Wales, Australien

 

Mittelwert

Der p 1

(Mikrogramm/g)

Prävalenz einer

Hausstaub-

milbensensibilisierung

Broken Hill

0,7

12%

Wagga

2

20%

Moree

9

25%

Sydney

25

32%

Belmont

40

30%

Lismore

60

29%

Nach Peat et al., Am J Respir Crit Care Med 1996


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In tropischen Gegenden spielt auch Blomia tropicalis eine bedeutende Rolle (Arruda 1997, Fernandez-Caldas 1993). Des weiteren gibt es nicht nur bei der Landbevölkerung Sensibilisierungen gegen Euroglyphus maynei und Vorratsmilben wie Acarus siro, Lepidophagus destructor, Glycophagus domesticus, Tyrophagus putrescentiae und Blomia tjibodas, deren Allergene partielle Kreuzreaktivität aufweisen können (van Hage-Hamsten 1985, Iversen 1990).

Perenniale asthmatische Beschwerden sind sehr häufig mit einer Milbensensibilisierung assoziiert (Platts-Mills 2000).

In Mitteleuropa und den USA finden wir oft eine beträchtliche Exposition gegenüber Milbenallergen, vorzugsweise in Matratzen, Teppichen und Polstermöbeln (Tovey 1981b, Cloosterman 1999), aber auch an Arbeitsplätzen und öffentlichen Gebäuden mit Teppichböden wie z. B. Schulen sind Allergene der Hausstaubmilbe Dermatophagoides zu finden (Dybendal 1994, Friedman 1991, Wickens 1997). Hausstaubmilben benötigen zum Wachstum Temperaturen um 24° C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 70-80% (Arlian 1977, 1978). Diese Bedingungen findet die Milbe in unseren gut isolierten Wohnungen sehr häufig sogar ganzjährig vor, die sogenannte "Niedrig-Energie-Bauweise" führt zur Verminderung der Luftaustauschrate und Erhöhung der Luftfeuchtigkeit in den Wohnungen. Dies hat dazu geführt, dass sogar in skandinavischen Wohnungen, wo ursprünglich Milben aufgrund des kühlen Klimas nicht gut gediehen, die Hausstaubmilbenbelastung in Innenräumen zunahm (Korsgaard 1983b, Munir 1997, Wickman 1991, 1993). In einigen Regionen der Welt finden wir einen saisonalen Anstieg der Milbenpopulationen im Spätsommer und Herbst (Platts-Mills 1987). Parallel dazu kann es bei Asthmatikern zum Anstieg der bronchialen Empfindlichkeit kommen (van der Heide 1994).

Dermatophagoides farinae ist gegenüber einer Absenkung der Feuchtigkeit in der Umgebung resistenter als Dermatophagoides pteronyssinus (Arlian 1977, 1978, van Bronswijk 1971, Korsgaard 1983a).

Bei entsprechender Bewegung im Raum werden Milbenallergene nur für kurze Zeit in die Luft gewirbelt. Da sie an gößere Staubpartikel geheftet sind (>10 µm Durchmesser), sedimentieren sie schnell (Swanson 1998, de Blay 1991).


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1.2.1.5 Pilzprodukte

Die Zahl der Pilzarten in unserer Umwelt wird auf über 100000 geschätzt. Obwohl die meisten dieser Pilze Sporen produzieren, die über den Luftweg transportiert werden, sind nur 10-20 Pilzarten als Allergieauslöser bekannt. Die Sporen von Schimmelpilzen sind ähnlich wie Pollen in der Lage, allergische Symptome der Atemwege auszulösen (D`Amato 1995). Unter ihnen kommen in Deutschland aber auch andernorts Alternaria tenuis und Cladosporium herbarium als Vertreter der extramuralen Schimmelpilze besondere klinische Bedeutung zu (Chinn 1998, Halonen 1997). Ihre Sporen erreichen im Sommer Spitzenkonzentrationen. In gemäßigten Klimazonen ist die Luft im Winter praktisch sporenfrei, wodurch Pilzallergien manchmal eine saisonale Charakteristik haben können. Hingegen stellen Penicillum notatum, Aspergillus fumigatus und Mucor racemosus ganzjährig zu findende Schimmelpilze dar, die wahrscheinlich vorwiegend intramural wachsen. Ihr Wachstum ist mit hoher Innenraumfeuchtigkeit assoziiert. Pilzsporen stellen besonders komplexe Allergen-Mischungen dar, die bis zu 30 Allergene enthalten können (D`Amato 1995). Die Inhalation von Pilzsporen kann nicht nur IgE-vermittelte (Typ-I), sondern auch Immunkomplex-vermittelte (Typ-III) Allergien auslösen, wie z. B. durch Aspergillus fumigatus, dessen Majorallergen Asp f 1 isoliert und charkterisiert ist (Sporik 1993).

1.2.1.6 Nahrungsmittel

Die für das frühe Kindesalter wichtigsten Nahrungsmittelallergene finden wir in der Kuhmilch und im Hühnerei (Sampson 1985). Weiterhin bedeutsam sind Nüsse, insbesondere Erdnüsse, häufig assoziiert mit Anaphylaxie, Fisch und Soja, in Einzelfällen auch andere Nahrungsquellen. Nahrungsmittelallergien finden wir besonders oft bei Patienten mit atopischer Dermatitis in den ersten vier Lebensjahren. Nur ca. 25% der Nahrungsmittelsensibilisierungen dieser Patientengruppe sind klinisch relevant (Bock 1990). Eine Nahrungsmittelallergie als Trigger für ein Asthma bronchiale ist im späteren Kindesalter eher selten anzutreffen.


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1.2.1.7 Andere Allergenquellen

In den letzten Jahren hat die Sensibilisierung gegen Latex zunehmend an Bedeutung gewonnen. Besonders gefährdet sind Personen, die in medizinischen Berufen arbeiten (Handschuhe), aber auch Kinder mit Spina bifida oder angeborenen Fehlbildungen des Harntrakts, d. h. solche, die gehäuft medizinischen Eingriffen ausgesetzt oder mit latexhaltigen Kathetern in Kontakt kommen (Buck 2000, Ylitalo 1997, Chen 1997).

1.2.2 Molekulare Charakterisierung von Allergenen

1.2.2.1 Biochemische Charakterisierung

Allergene sind Proteine bzw. Glykoproteine mit einem Molekulargewicht im Allgemeinen zwischen 5 und 70 kd, es sind allerdings auch Allergene höherer und niedrigerer Molekulargewichte beschrieben (Lind 1988). Die untere Grenze des Molekulargewichtes ist begründet dadurch, dass ein Molekül eine bestimmte strukturelle Komplexität haben muss, um immunogen zu sein. Das obere Limit erklärt sich dadurch, dass sehr große Moleküle die Mukosabarriere nicht überwinden können.

In den vergangenen 15 Jahren sind Allergene isoliert, biochemisch und molekulargenetisch charakterisiert worden (Lind 1979, 1985, 1986a, Tovey 1989, Heyman 1989, Morgenstern 1991, Arruda 1995, Chua 1988, Dilworth 1991, Trudinger 1991). Von vielen Allergenen kennen wir Aminosäuresequenz und Genstruktur, so dass Allergene auch kloniert werden können. Wir kennen z. T. die Epitope, an die humanes IgE bindet, so wie die T-Zellepitope, die zur Stimulierung von T-Helferzellen führen.

Die Isolierung und Charakterisierung der verschiedenen Allergene erfolgte auf unterschiedliche Art und Weise. Zuerst versuchte man, die Proteine nach Molekulargewicht mit SDS-Gelelektrophorese oder Gelfiltration bzw. nach isoelektrischem Punkt (Isoelektrische Fokussierung) aus wässrigen Allergenextrakten aufzutrennen (Lind 1988). Eine weitere Methode, um insbesondere die biologische Relevanz der isolierten Proteine abschätzen zu können, ist die gekreuzte Radioimmunelektrophorese, in der im ersten Schritt Proteine zweidimensional in einem elektrischen Feld aufgetrennt und dann in einem zweiten Schritt mit Patientenserum mit spezifischen IgE-Antikörpern gegen die Proteinquelle und in einem dritten Schritt mit radioaktiv markiertem Anti-IgE inkubiert werden. Nach ca.


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10-tägiger Exposition auf einem Röntgenfilm kann man anhand der Schwärzung die für eine Sensibilisierung relevanten Allergene erkennen. Unterschiede in Abhängigkeit vom Patienten gemäß individueller Sensibilisierung kommen vor, so dass man am besten mit einem gepoolten Allergikerserum arbeitet. Eine weitere Möglichkeit der Allergenidentifikation ist die Herstellung von Antikörperseren nach Immunisierung von Versuchstieren bzw. die Herstellung monoklonaler Antikörper (Chapmann 1989, Lind 1986b).

Alle potentiellen Allergene besitzen nicht die gleiche allergene Potenz für eine Sensibilisierung, obwohl es klare Hinweise gibt, dass Allergenexposition und Sensibilisierungsgrad miteinander korrelieren. Die Immunantwort von atopischen Patienten auf ein Allergengemisch zeigt eine große Individualität bezüglich Intensität und Spezifität. Jedes Antigen, das IgE bindet, ist ein allergenes Molekül.

Mittlerweile bedient man sich molekularbiologischer Methoden, um Allergene bzw. ihre DNA zu sequenzieren und Allergene rekombinant herzustellen (Chapman 2000).

Jedes isolierte Allergen besitzt verschiedene z. T. spezies-spezifische Epitope, das heißt Erkennungsstellen für das Immunsystem, in diesem Fall für IgE-Antikörper, aber auch für T-Zellen. Die Epitope können durch die Reihenfolge bestimmter Aminosäuren (Sequenzepitope) aber auch durch die räumliche Faltung, der Tertiärstruktur (Konformationsepitope) gebildet werden. Hitzebehandlung, enzymatische Spaltung oder Inkubaktion mit organischen Substanzen ändern die Allergenität eines Proteins. Von Seiten der molekularen Charakterisierung ist bisher unklar geblieben, wieso bestimmte Proteine vorzugsweise die Produktion von IgE-Antikörpern hervorrufen und dadurch eine allergische Reaktion provozieren können. Es konnte in größeren Kollektiven eine Assoziation zwischen HLA-D-Loci und beispielsweise Sensibilisierung gegen das Majorallergen von Ambrosie ("Ragweed") nachgewiesen werden (Marsh 1982). Auch scheint die Fähigkeit, große Mengen IgE zu produzieren ("high IgE-responder"), mit einem Gen des Chromosom 12 assoziiert zu sein, zumindest in bestimmten Populationen (Nickel 1997b). Es sei darauf hingewiesen, dass gerade in genetischen Studien bei multifaktoriellen Zusammenhängen wie beim atopischen Formenkreis angetroffen sich populationsabhängig unterschiedliche Ergebnisse hervorbringen lassen.


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1.2.2.2 Majorallergene

Majorallergene nennt man jene Allergene, gegen die mindestens 50% der Patienten mit Sensibilisierung gegen die Allergenquelle mindestens 10% ihres spezifischen IgE gebildet haben. Im Gegensatz dazu stehen die Minor-Allergene. Die einzelnen Allergene stehen im nativen Protein in einem bestimmten Mengenverhältnis zueinander, was bei der Herstellung von Standard- bzw. Hyposensibilisierungsextrakten berücksichtigt werden muss.

Tab. 3: Wichtige Majorallergene

Allergenquelle

Majorallergen

Birke (Betula verrucosa)

Bet v 1

Katze (Felis domesticus)

Fel d 1

Hund (Canis familiaris)

Can f 1

Hausstaubmilbe (Dermatophagoides pteronyssinus und farinae)

Der p 1 und Der f 1, Milbe Gruppe 2

In Tabelle 3 sind einige Majorallergene aus der Gruppe der Inhalationsallergene aufgeführt, wobei die von der WHO vorgeschlagene Nomenklatur verwendet wird (King 1994). Die Allergene sind mit den ersten Buchstaben (die ersten drei des Nomens und der erste des dazugehörigen Adjektivs) des lateinischen Namens abgekürzt und arabisch durchnummeriert.

Viele Majorallergene zeigen bezüglich ihres isoelektrischen Punktes eine gewisse Heterogenität. Die chemische Grundlage dafür ist genetischer Polymorphismus, d. h.

Die meisten Majorallergene sind Glykoproteine. Der Kohlehydratanteil schwankt im Allgemeinen zwischen 2% und 10-15% (bei Cla h 2 aus Cladosporium herbarum sogar bis 80%).


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Die Entfernung der Kohlehydrate (z. B. auch bei in E. coli rekombinant hergestellten Allergenen) kann die Immunogenität und Bindung mit bestimmten Antikörpern verändern. Die meisten IgE-bindenden Epitope bleiben jedoch unverändert. Im Gegensatz dazu steht der Effekt von proteindenaturierenden Substanzen. Die Empfindlichkeit der einzelnen allergenen Proteine gegenüber einem physikalischen oder chemischen Agens hängt von den das Molekül stabilisierenden Kräften ab. Besonders Moleküle mit komplexer Quartärstruktur (Amb a 1, Fel d 1) verlieren zum größten Teil ihre Allergenität, wenn sie in Untereinheiten dissoziieren. Dies geschieht z. B. auch nach Proteinauftrennung per SDS-PAGE, welche unter denaturierenden Bedingungen stattfindet. Der Transfer auf Nitrozellulose (Immunoblot) kann das Protein zumindest partiell renaturieren.

Es gibt auch unterschiedliche Empfindlichkeiten gegenüber extremen pH-Werten und erhöhter Temperatur. Der p 1 z. B. erfährt eine irreversible Denaturierung bei einem pH-Wert von 3, während Der p 2 und das Katzenallergen Fel d 1 längere Zeit bei einem pH-Wert von 2-2,5 bestehen kann. Hitzelabile Antigene wie z. B. Asp f 1 (Aspergillus fumigatus) und Der p 1 werden rasch bei 56° C zerstört, während Fel d 1, Der p 2 und Bet v 1 (Birke) bei Temperaturen um 100° C 15-30 Minuten erhalten bleiben (Lind 1988).

Ähnliche Unterschiede kann man bezüglich der Empfindlichkeit verschiedener Allergene gegenüber proteolytischen Enzymen beobachten. Graspollen wie Lol p 1 und Amb a 5 werden schnell durch Trypsin und Chymotrypsin abgebaut, während das Graspollenallergen Amb a 1 und das Pferdeantigen Equ c 2 sowie das Hausstaubmilbenantigen Der p 1 relativ trypsin-resistente Proteine darstellen.

1.2.2.3 Molekularbiologie und Immunantwort am Beispiel von Milbenallergenen

Für die Hausstaubmilben Dermatophagoides pteronyssinus und farinae wurden bisher jeweils 11 Allergene identifiziert (Der 1-10, Gruppe 14) (Platts-Mills 1997, Chapman 2000).

Die Gruppe 1 Allergene der Hausstaubmilbe Dermatophagoides pteronyssinus und D. farinae, Der p 1 und Der f 1, werden vor allem mit Fäzes ausgeschieden (Tovey 1981a), haben ein Molekulargewicht von 24 kd und entsprechen einer Cysteinprotease des Verdauungssystems (Chua 1988). Gruppe 2 Allergene Der p 2 und Der f 2 haben ein Molekulargewicht von 14 kd und werden vorwiegend im Körper der Milben gefunden. Ihre Funktion ist noch nicht geklärt, evtl. stammen sie aus Fortpflanzungsorganen (Thomas 1995).


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80% der milbensensibilisierten Patienten haben IgE-Antikörper gegen diese beiden Allergengruppen. Molekularbiologische Untersuchungen zeigen in der Aminosäuresequenz eine 78% Homologie zwischen Gruppe 1 Allergenen beider Milbenspezies und 88% Homologie zwischen Gruppe 2 Allergenen (Stewart 1986, Heymann 1989). Die N-terminale Aminosäuresequenz der Gruppe 3 Allergene (Serinprotease) zeigt eine 75%ige Homologie. Daher werden große Mengen kreuzreagierender IgE-Antikörper, die sowohl mit Epitopen auf Der p 1 bzw. Der f 1 reagieren, von allergischen Patienten gebildet. Ähnliche Kreuzreaktivität gilt für IgE-Antikörper gegen Der p 2 bzw. Der f 2, aber auch für Der p 5 und Blo t 5 (von Blomia tropicalis), zwischen den Gruppe 5 Allergenen dieser beider Spezies besteht eine ca. 40%ige Homologie (Arruda 1992, 1997).

Ungefähr 50% der Seren von milbensensibilisierten Patienten reagieren gegen Der p 7 (Shen 1995), auch gibt es häufig IgE-Antworten gegen Der p 6 (Chymotrypsin) oder Der p 9 (Kolllagenolytische Serinprotease) (King 1996), jedoch nach den Definitionskriterien für Majorallergene, würden nur Gruppe 1 und 2 Allergene der Hausstaubmilbe Dermatophagoides als Majorallergene betrachtet werden (Platts-Mills 1997). Gegen sie ist ca. 80% des milbenspezifischen IgE gerichtet (Meyer 1994).

Wird Der p 1 rekombinant in dem Bakterium Escherichia coli exprimiert, reagieren nur noch ca. 40% der humanen IgE-Antikörper, die das native Der p 1 erkennen, mit dem rekombinanten Molekül. Rekombinantes Der p 2 hingegen behält fast seine komplette Immun-Reaktivität für monoklonale und humane IgE-Antikörper, woraus geschlossen werden muss, dass die Glykosylierung des Proteins für die Epitope von Der p 1 eine entscheidende Rolle, aber für die Epitope von Der p 2 eine untergeordnete Rolle spielen (Tovey 1989, Platts-Mills 1992). Viele Probleme hinsichtlich der Tertiärstruktur rekombinanter Proteine können durch Expression in eukaryonten Systemen (z. B. Hefe oder Baculovirus) überwunden werden (Chapman 2000).

Studien zur T-Zellerkennung von Milbenallergenen haben Proliferation, Epitop-Spezifität und Phänotypen der Zellen von Atopikern und Nicht-Atopikern verglichen. Häufig wurden PBMC (Polymorphe mononukleäre Zellen des Blutes), T-Zelllinien und Klone verwandt, um Oberflächenmarker und Zytokinmuster zu untersuchen. Lymphozyten von Milbenallergikern proliferieren in der Regel gleich gut nach Stimulation mit Der p 1 und Der p 2 (O`Brien 1992, 1994). Einige Labors haben Peptide von Der p 1 und Der p 2 identifiziert, die eine T-Zellproliferation induzieren (van Neerven 1996). Im Fall von Der p 1 befinden sich die T-Zell-stimulierenden Regionen im Zentrum des Moleküls, im Fall von Der p 2 sind die Regionen über das gesamte Molekül verteilt (O`Hehir 1993, Okano 1996).


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Auch wurde die HLA-Restriktion untersucht. Es wurde keine einheitliche Assoziation gefunden, lediglich berichtete eine Studie von einer erhöhten T-Zellantwort gegen Der p 2, die mit HLA-DQ7 assoziiert war (O`Brien 1996).

Auch berichten eine australische und eine englische Arbeitsgruppe, dass bereits Nabelschnurlymphozyten auf Der p 1 und Der p 2 proliferieren können (Miles 1996, Holt 1995). Ob dies prädiktiv für spätere atopische Manifestationen ist, oder eine unspezifische Reaktion oder nur ein physiologisches Phänomem als Ausdruck einer normalen Immunantwort auf Umweltantigene wird kontrovers diskutiert, zumal IgG-Antworten und transitorische niedrige IgE-Antworten auch bei Nicht-Atopikern ohne jeglichen Krankheitswert beobachtet werden (Mariani 1992).

1.2.2.4 Allergennachweis in der Umwelt - Immunologische Testverfahren

Die klassische Methode der Quantifizierung von Inhalationsallergenen war die Pollenfalle. Diese Methode ist nur für Allergene, die an größere Partikel gebunden sind, wie z. B. Pollen und Pilzsporen anwendbar. Tier- und Milbenallergene, die an kleine Eiweißpartikel gebunden sind, sowie der immunologisch relevante Gehalt an Majorallergen kann nur mit speziellen immunologischen Testverfahren erfasst werden. Hausstaubmilben wurden vor der Etablierung solcher Verfahren mikroskopisch gezählt (Bronswijk 1971, Korsgaard 1983b, Sarsfield 1974, Gillies 1987).

Nachdem in den 80er Jahren viele Majorallergene isoliert sowie biochemisch charakterisiert wurden (Elsayed 1983, Lind 1988), konnten Assays zur Quantifizierung etabliert werden. Dies geschah, um die Allergenbelastung besonders im häuslichen Milieu eines atopischen Patienten abschätzen zu können und eventuell eine Korrelation zwischen Allergenexposition und Sensibilisierungsgrad sowie Erkrankungsschwere zu erstellen. An größeren Kollektiven in fast allen Regionen der zivilisierten Welt sind Untersuchungen erfolgt, um regionale Besonderheiten des Allergenvorkommens zu studieren. Die Quantifizierung von Allergenen ist eine Quantifizierung von Proteinen. Meist werden allergen-spezifische Antikörper in den Tests verwandt. Polyklonale, monospezifische oder auch monoklonale Antikörper gegen Majorallergene werden eingesetzt in sogenannten RIAs oder ELISAs (Chapman 1988, 1989, Luczynska 1988, 1989, Lind 1986b, Platts-Mills 1985, 1986b). Bei entsprechender Technik sind diese Assays sehr sensitiv und spezifisch. Die Messergebnisse werden meist in Gewichtseinheiten angegeben, die auf einen


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internationalen Referenzstandard (WHO) bezogen werden, so dass Ergebnisse unterschiedlicher Laboratorien vergleichbar sind.

Die biologische Aktivität verschiedener Allergene kann auch mit Hilfe von sogenannten RAST- oder ELISA-Inhibitionstests angegeben werden, in denen humanes IgE als Reagenz verwandt wird (Maasch 1994).

Zum Nachweis von Inhalationsallergenen wie z. B. Milben- und Tierhaarallergene können Staubproben von Matratzen, Teppichen oder auch Luftproben gesammelt werden. Positionsartikel zur Standardisierung der Staubsammlung wurden veröffentlicht (Dreborg 1995). Zur Sammlung von Luftproben werden Staubsauger bzw. Spezialgeräte wie z. B. der "cascade impactor" eingesetzt, die Luft kontinuierlich ansaugen, und die in der Luft befindlichen Teilchen nach Größe über Filter auftrennen. Aufgrund der besonderen Eigenschaften der Milbenallergene, die in der Regel an größere ca. 10 µm große Fäkalpartikel gebunden sind und daher nur sehr kurze Zeit in der Luft schweben und schnell sedimentieren, hat es sich als günstig erwiesen, Matratzenstaub zu sammeln, um eine repräsentative Aussage über die Milbenallergenbelastung des jeweiligen Haushalts zu machen (Platts-Mills 1992, 1997). Tierhaarallergene wie z. B. das Majorallergen der Katze Fel d 1 sind an sehr viel kleinere Partikel gebunden, bleiben sehr lange als Schwebepartikel in der Luft und sedimentieren nur zu ca. 30%. Daher ist eine Luftprobe zum Tierallergennachweis aussagekräftiger als eine Matratzen- oder Teppichstaubprobe (Luczynska 1990, de Blay 1991a,b, Platts-Mills 1997).

1.3 Allergenelimination

Bei Inhalationsallergie gegen Innenraumallergene und entsprechender klinischer Symptomatik im Sinne eines Asthma bzw. einer allergischen Rhinokonjunktivitis scheint neben der Pharmako-Therapie die Allergenelimination das vorrangigste Ziel (Warner JO 1998, Custovic 1998a) und von großer gesundheitsökonomischer Relevanz zu sein.

Aus Veröffentlichungen der 80er Jahre weiß man, dass bei drastischer Milbenallergenreduktion im Umfeld des milbenallergischen Asthmatikers beispielsweise durch Hospitalisierung oder Aufenthalt im Höhenklima nach etwa 3-4 Monaten die bronchiale Überempfindlichkeit sinkt (Platts-Mills 1982, Peroni 1994, Boner 1985).

In der Literatur findet man in Querschnittsstudien Angaben von Schwellenwerten um 2 µg Major-Milbenallergen/g Staub, oberhalb derer das Sensibilisierungsrisiko gegen


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Hausstaubmilben bei Atopikern drastisch erhöht ist (Lau 1989, Kühr 1994). Platts-Mills gibt eine Konzentration von 10 µg Major-Milbenallergen/g Staub an, oberhalb der das Risiko eines akuten Asthmaanfalls eines milbenallergischen Asthmatikers signifikant steigt (Platts-Mills 1987b). Für Katzenallergen gibt es nur vorläufige Schätzungen über eine signifikante Schwellenkonzentration (im Feststaub ca. 8 µg/g), zumal hier die Messungen im Schwebstaub relevanter scheinen als Allergenmessungen im Reservoirstaub. Schwedische Untersuchungen suggerieren, dass bei Kindergartenkindern eine spezifischer Sensibilisierung gegen Innenraumallergene auch bei niedrigeren Konzentrationen möglich ist (Munir 1997). Hiermit werden Kriterien für jeden Versuch der Elimination gesetzt. Es ist zu fordern, dass eine erfolgreiche Allergenreduktion in Innenräumen die Allergenkonzentration unterhalb der vermuteten Risikoschwellen zu senken vermag und mit einer klinischen Verbesserung assoziiert sein muss (Sekundär- bzw. Tertiärprävention) (Platts-Mills 1997). Für Maßnahmen im Sinne einer primären Prävention muss die Allergenelimination noch radikaler sein als bei einer Tertiärprävention bei bereits sensibilisiertem und atopisch erkranktem Individuum und bei Kindern möglichst vor der Geburt durchgeführt werden, da die Konzentrationen, die eine Sensibilisierung atopisch Prädisponierter bewirken, kleiner zu sein scheinen, als die Allergenmengen, die allergische Symptome hervorrufen (Björksten 1996, Munir 1997).

Bisherige Empfehlungen bezüglich Elimination von Innenraumallergenen wie z. B. Beseitigung von Staubfängern (Gardinen, Teppiche, Polstermöbel) beruhten mehr oder minder auf Empirie ohne eindeutige wissenschaftliche Belege. Normales Staubsaugen beseitigt bei einer Saugzeit von 10 Minuten nur maximal 3% der Allergenmenge von Matratzen und Teppichen. Man müsste täglich über 12 Stunden saugen, um die Milbenallergenbelastung signifikant zu reduzieren, was nicht praktikabel ist (Munir 1993c). Wir unterscheiden milbentötende und allergendenaturierende Maßnahmen. Waschen von Textilien und Kuscheltieren über 20 Minuten bei einer Temperatur von 60° C vermag über 99% der Milben zu töten, jedoch werden nur ca. 50% der Allergene entfernt (Andersen 1989). Auch können Pflanzenöle wie Eukalyptusöl als Waschzusatz schon bei niedrigeren Temperaturen Milben erfolgreich abtöten (Tovey 1997, McDonald 1993). Der Versuch, ein Substrat der Milbe, nämlich Schimmelpilze, der Nahrungskette mit Natamycin zu entziehen, zeigte weder einen Effekt auf Allergenkonzentration noch auf klinische Parameter (Reiser 1990). Andere erfolgreichere Verfahren wie die Anwendung von flüssigem Stickstoff ist für den täglichen Gebrauch unpraktikabel (Dorward 1988, Colloff 1986). Die Erprobung von milbentötenden Chemikalien wie beispielsweise Benzylbenzoat oder Pirimyphos-Methyl (Mitchell 1985) erfolgte meist in unkontrollierten Studien (Morrow Brown 1991) oder erzielte keine ausreichende Allergenreduktion (Dietemann 1993, Huss 1994). Auch fehlten häufig klinische Daten, wie z. B. auch für das Pflanzenalkaloid Caffein, das durch die Hemmung


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der Phosphodiesterase die Futteraktivität und die Reproduktion von Insekten und auch Milben als spinnenartige herabsetzt (Russell 1991).

Erste Studien mit Plastikbezügen für Matratzen konnten z. T. eine Verbesserung der Peak Flow-Werte und Absenkung der bronchiale Empfindlichkeit beobachten (Murray 1983), z. T. zeigte sich jedoch keine klinische Besserung, was dadurch bedingt sein kann, dass die Allergenkonzentrationen nicht überwacht wurden (Burr 1976). Erst in jüngerer Zeit gibt es einige Langzeitstudien, die allergenreduziernde Maßnahmen in Placebo-kontrollierten Studien untersuchten und die Verbesserung von allergischen Atemwegssymtomen evaluierten. Hier kamen auch allergendenaturierende Substanzen wie die Tanninsäure zum Einsatz (Miller 1989), die aber durch Hemmung von in Immunassays verwandten Enzymen oft in ihrer Wirkung überschätzt wurde (Woodfolk1994).

1.4 Gesundheitsökonomische Aspekte des Asthma bronchiale

Die Prävalenz des Asthma bronchiale ist in industrialisierten Ländern dramatisch angestiegen und stellt somit eine volkswirtschaftliche Belastung der Gesellschaft dar. In den USA sind ungefähr 15 Millionen Menschen von Asthma bronchiale betroffen, davon müssen sich pro Jahr ca. 500000 einer stationären Behandlung unterziehen, und es werden um die 5000 Todesfälle jährlich verzeichnet. Die daraus resultierenden Kosten belaufen sich jährlich in den USA auf ca. 12,7 Milliarden US $. Hierbei sind auch indirekte Kosten wie Arbeitsausfall z. B. mit berücksichtigt (Weiss 2001).

In der Bundesrepublik Deutschland wird die Diagnose "Asthma bronchiale" bei ca. 1,5% der in den Arztpraxen behandelten Patienten gestellt. Bezieht man diese Diagnosehäufigkeit auf die Gesamtausgaben der gesetzlichen Krankenversicherungen für ambulante Arztleistungen im Jahr 1996, ergeben sich Kosten in Höhe von etwa 590 Millionen DM. Da gemäß der amtlichen Statistik des statistischen Bundesamtes der Anteil der gesetzlichen Krankenkassen an den Kosten der ambulanten Versorgung zwei Drittel beträgt, ergeben sich Gesamtkosten für die ambulante Versorgung asthmaerkrankter Patienten in Höhe von 885 Millionen DM. Insgesamt ergeben sich für das Jahr 1996 Ausgaben für die ambulante Versorgung aller allergischen Krankheiten in Höhe von 1,475 Milliarden DM.

Bei der Berechnung der Kosten der stationären Behandlung allergieerkrankter Patienten verursachte Asthma bronchiale 61,8% der Fälle und 58,4% der Aufenthaltstage. Auf die stationäre Behandlung allergischer Erkrankungen der Atmungsorgane entfallen Kosten in Höhe von 380,9 Millionen DM. (61% der Kosten durch Krankenhausaufenthalt bei


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allergiekranken Patienten). Hierbei werden besonders Patienten unter 5 und über 74 Jahren stationär bei einem Asthma bronchiale behandelt (Quelle Statistisches Bundesamt "Spezialbericht Allergie" 2000).

Sowohl bei Erwachsenen als auch bei Kindern verursachen Patienten mit hohem Schweregrad dreimal soviel Kosten verglichen mit solchen Patienten mit nur leichtem Schweregrad, wobei der Löwenanteil durch stationäre Kosten verursacht wird (Schulenburg 1996).

1.5 Die Multizentrische Allergiestudie (MAS-90)

In einer prospektiven Kohortenstudie wurden 1314 Neugeborene rekrutiert aus 7609 Kindern eines Geburtsjahrgangs (1990) aus 6 geburtshilflichen Abteilungen in 5 deutschen Städten (Freiburg, Düsseldorf, München, Mainz, Berlin) (Bergmann 1994). 499 Kinder (38%) wiesen ein erhöhtes Risiko für eine atopische Erkrankung auf, d. h. mindestens 2 Verwandte ersten Grades zeigten eine positive Familienanamnese hinsichtlich Asthma und/oder Allergie bzw. die Neugeborenen hatten ein erhöhtes (>0,9 kU/L) Nabelschnur-IgE, was als prädiktiv für eine spezifische Sensibilisierung ertrachtet wurde. Die Kontrollgruppe umfasste 815 Kinder (62%) und wies ein durchschnittliches Risiko für atopische Erkrankungen auf. Bei Geburt, nach 1, 3, und 12 Monaten sowie dann jährlich erfolgte eine körperliche Untersuchung und ein standardisiertes Interview, wobei speziell nach Symptomen allergischer und asthmatischer Erkrankungen sowie nach Lebensbedingungen (Sozialstatus, Wohnverhältnisse) gefragt wurde. Eine Blutentnahme zur Bestimmung von spezifischem und Gesamt-IgE im Serum wurde zum Zeitpunkt der Geburt und dann jährlich durchgeführt. Auch wurden genetische Untersuchungen hinsichtlich Atopie, Asthma und atopischen Ekzemen unternommen. Im Alter von 6 und 18 Monaten sowie 3 und 5 Jahren erfolgte eine Staubsammlung auf Teppichen und Matratzen zur Bestimmung der häuslichen Innenraumallergenexposition. Zum 7. Geburtstag wurde eine Ruhelungenfunktion bzw. eine Histaminprovokation zur Messung der bronchialen Überempfindlichkeit durchgeführt. Des weiteren wurde während der ersten 4 Lebensjahre die Cotininausscheidung gemessen als Marker der Tabakrauchexposition.

Ziel dieser prospektiven Longitudinaluntersuchung war, den natürlichen Verlauf atopischer Erkrankungen ("atopic march") zu studieren und Einflussfaktoren der Umwelt und Genetik zu identifizieren, um in Folge dann eventuelle Präventionsstrategien zu entwickeln.


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