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URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2009/7354/


Myokardiale Veränderungen der MMPs, TIMPs, Prokollagene und Kollagene bei verschiedenen Herzerkrankungen

Löffler, Ivo Michael Urs


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Freie Schlagwörter (Deutsch): MMPs , TIMPs , Prokollagene , Kollagene , Herzerkrankungen
Freie Schlagwörter (Englisch): MMP , TIMP , Kollagen , Prokollagen
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim
Fachgebiet: Medizin
DDC-Sachgruppe: Medizin
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 08.12.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 17.12.2009
Kurzfassung auf Deutsch: Es ist eine bekannte Tatsache, dass der Grad der Fibrose im insuffizienten Herzen stark erhöht ist; dieses Phänomen wird, neben Veränderungen der Myozyten, als ein wichtiger Faktor des „cardiac remodelling“ angesehen. Es fehlen jedoch vergleichende Daten zur Rolle der Ätiologie der Herzinsuffizienz, und es fehlen auch genauere Informationen zur Rolle des Metalloproteinase-Systems und seines Inhibitors bei der Entstehung der Fibrose. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war deshalb, das Metalloproteinase-System (MMP/TIMP) und den Kollagenstoffwechsel im insuffizienten Herzen von Patienten mit dilatativer, ischämischer oder entzündlicher Kardiomyopathie zu untersuchen und die erhaltenen Werte mit Daten von Kontrollherzen zu vergleichen. Es wurden deshalb MMP-2, -8, -9, -19, TIMP-1, -2, -3, -4, verschiedene Pro-Kollagene und ihre Abbauprodukte (PINP, PIIINP, ICPT, IIINTP) und die Kollagene I und III mit immunfluoreszenzmikroskopischen Methoden quantitativ bestimmt und mit klinischen Daten in Beziehung gesetzt.
Die Untersuchungen wurden an Gewebe von Herzen durchgeführt, die im Rahmen einer Transplantation explantiert wurden. Das Gewebe wurde bei Myokarditis (MYO), sowie dilatativer (DCM) und ischämischer Kardiomyopathie (ICM) aus dem freien linken Ventrikel entnommen, aber bei der ischämischen Kardiomyopathie weiterhin in „remote zone“ (ICM-RZ) und in „borderzone“ (ICM-BZ) unterteilt. Kontrollen waren Herzen, die nicht zur Transplantation geeignet waren, oder Ventrikelgewebe von Patienten mit Mitralklappenstenose.
Nach der quantitativen Erfassung der Fluoreszenz im Mikroskop (häufig auch konfokale Mikroskopie) und nach Bearbeitung mit der Software Image J wurden die so gewonnenen Daten statistisch mit dem unabhängigen T-Test, dem Mann-Whitney U-Test oder ANOVA,ausgewertet.
Die MMPs und TIMPs waren unterschiedlich stark heraufreguliert. Die Rangordnung war von hoch zu niedrig: ICM-BZ, DCM, ICM-RZ, MYO, Kontrolle für alle MMPs mit der Ausnahme von MMP9 (am höchsten bei DCM), und für die TIMPs von ICM-BZ, ICM-RZ, DCM, MYO und Kontrolle. Die Ratio zwischen allen TIMPs/allenMMPs war 1,3 in Kontrolle, 1,9 bei ICM-BZ (bei beiden höhere TIMP-Werte bei gleichem MMP), und erniedrigt zu 1,0 in den 3 anderen Krankheitsgruppen, was den Fibrosewerten ungefähr entspricht, denn Kollagen I und III variierten von ICM-BZ, DCM, ICM-RZ, MYO, Kontrolle; die Ratio zwischen beiden Kollagenen korrelierte signifikant mit dem Abfall des linksventrikulären enddiastolischen Druckes LVEDP. PINP und ICTP waren erhöht, aber im Gleichgewicht. Eine Erhöhung von PIIINP wurde nur bei DCM und ICM-RZ gefunden, das entspricht dem mäßigen Anstieg von Kollagen III und IIINTP (fertig ausgebildete, vernetzte Kollagenfibrillen).
Die folgenden Schlussfolgerungen wurden aus dieser Arbeit gezogen: Im insuffizienten Myokard unterschiedlicher Genese sind die Veränderungen des MMP/TIMP-Systems spezifisch für die verursachende Ätiologie und nicht generell eine Folge der Insuffizienz. Der Kollagenstoffwechsel, d.h. die Rate des Aufbaus und Abbaus, ist gleich für alle Gruppen, jedoch ist die Fibrose am stärksten ausgeprägt in der Randzone eines Infarktes und damit abhängig von der Ätiologie. Der hohe ICM-BZ-Wert für beide Kollagene und die erhöhte TIMP/MMP-Ratio wurden als Gegenregulation, die zur Vermeidung einer Ruptur des infarzierten Gewebes führt, interpretiert. Die funktionelle Bedeutung der Fibrose liegt in der Tatsache, dass eine deutliche Korrelation mit der Steifigkeit (Compliance) des linken Ventrikels besteht, d.h. dass bei höheren Fibrosewerten der enddiastolische Druck signifikant erhöht ist.
Kurzfassung auf Englisch: It is a known fact that the level of fibrosis is highly increased in an insufficient heart. In addition to the transformation in myocytes, this phenomenon is regarded as an important factor in “cardiac remodelling”. However, comparative data on the role of the etiology of cardiac insufficiency as well as detailed information about the role of the metalloproteinase system and its inhibitors during the development of fibrosis are still not available. Therefore, the aim of this study was to examine the metalloproteinase system (MMP/TIMP) and the metabolism of collagen in the insufficient hearts of patients suffering from dilative, ischemic or inflammatory cardiomyopathy and to compare the results with data from control hearts. Hence, using immunofluorescence microscopic methods, MMP-2, -8, -9, -19, TIMP-1, -2, -3, -4, various pro-collagens and their waste products (PINP, PIIINP, ICPT, IIINTP) and collagens I and III were determined quantitatively and compared with clinical data.
The studies were performed on tissue obtained from hearts, which were explanted during transplantations. In the case of myocarditis (MYO) as well as dilative (DCM) and ischemic cardiomyopathy (ICM), tissue was removed from the free left ventricular wall. For the examination of ischemic cardiomyopathy, the removed tissue was, furthermore, subdivided into “remote zone” (ICM-RZ) and “border zone” (ICM-BZ). Controls were conducted on hearts, which were not suitable for transplantation or on ventricular tissue obtained from patients suffering from mitral stenosis.
After quantitatively measuring the fluorescence by means of the microscope (often confocal microscopy) and processing it with Software Image J, the resulting data was evaluated statistically by using the independent T-Test, the Mann-Whitney U-Test or ANOVA.
The up-regulation of MMPs and TIMPs varied strongly. The high to low ranking was as follows: ICM-BZ, DCM, ICM-RZ, MYO, controls for all MMPs with the exception of MMP-9 (highest in DCM), and for the TIMPs of ICM-BZ, ICM-RZ, DCM as well as MYO and controls. The ratio between all TIMPs/all MMPs was 1.3 in controls, 1.9 in ICM-BZ (both showed increased TIMP-levels while MMP-levels remained constant) and decreased to 1.0 in the three other disease groups, which approximately corresponded to the rate of fibrosis, because collagen I and III ranged from ICM-BZ, DCM, ICM-RZ, MYO to controls. The ratio between both collagens correlated significantly with the decrease of the left ventricular end-diastolic pressure LVEDP. PINP and ICTP were increased but the ratio was decreased. An increase of PIIINP was only found in DCM and ICM-RZ, which complies with the moderate increase of collagen III and IIINTP (mature cross-linked collagen fibrils).
The following conclusions were drawn from this study: The alterations in the MMP/TIMP system in failing myocardium are specific for the etiology of heart failure and, in general, not a consequence of the insufficiency itself. The metabolism of collagen, i.e. the degree of synthesis and degradation, is similar for all groups. However, fibrosis is most distinctive in the border zone of an infarct and, therefore, dependent on etiology. The high ICM-BZ level for both collagens and the increased TIMP/MMP ratio were interpreted as a regulative force in order to avoid a rupture of the infarcted tissue. The functional significance of fibrosis is shown by the fact that there is a clear correlation with the compliance of the left ventricle, i.e. when fibrosis levels are increased, the end-diastolic pressure is also elevated distinctly.