Forscher aus dem Deutschen Zentrum für Herzinsuffizienz Würzburg (DZHI)
und dem Institut für Klinische Epidemiologie und Biometrie (IKE-B) haben
belegt, dass sich die typischen kardiovaskulären Risikofaktoren
unterschiedlich auf die Herzfunktion auswirken können. Frauen scheinen
anfälliger für Bluthochdruck und erhöhte Blutfettwerte zu sein. Am
gefährlichsten für den Herzmuskel, für den weiblichen und den männlichen,
zeigte sich Übergewicht. Das weibliche Herz scheint zwar empfindlicher
gegenüber kardiovaskulären Risikofaktoren zu sein, Frauen wiesen diese
aber seltener auf. Generell hatten überraschend viele Menschen im
mittleren Alter mindestens einen kardiovaskulären Risikofaktor.

Die Echokardiografie, auch als Herzecho bekannt, ist eine der wichtigsten
Untersuchungen, um Veränderungen am Herzen zu erkennen. In der
Ultraschalluntersuchung wird die Bewegung des Herzmuskels sichtbar. Das
Verkürzungs- und Ausdehnungsprofil, das über strain (Maß der
Längenveränderung) und strain rate (Geschwindigkeit der Längenveränderung)
gemessen wird, liefert wichtige Informationen über die Pumpleistung des
Herzens. Doch das Erkennen „abnormaler“ Funktionen erfordert zunächst eine
Definition von „normal“. Bislang gab es weder Referenzwerte für die
diastolische strain rate noch ausreichende Erkenntnisse über die
Auswirkungen von Alter und Geschlecht auf die Verformung des Herzmuskels.

Normwerte für Bewegungsprofil des Herzmuskels

Ein Forschungsteam am Deutschen Zentrum für Herzinsuffizienz Würzburg
(DZHI) und dem Institut für Klinische Epidemiologie und Biometrie (IKE-B)
um die Kardiologin Dr. Caroline Morbach hat jetzt Normwerte für die
systolische und diastolische Verformung des Herzens erstellt. Ferner haben
sie die Auswirkungen von Alter, Geschlecht und klassischen
kardiovaskulären Risikofaktoren auf die Funktion des Herzmuskels
untersucht.

Für die Referenzwerte haben die Echo-Spezialisten die Werte von 1818
Teilnehmern aus der STAAB-Studie untersucht. In der STAAB-Kohortenstudie
am DZHI wurden und werden insgesamt 5.000 Probanden aus Würzburg im Alter
von 30 bis 79 und ohne bekannte Herzinsuffizienz innerhalb von circa drei
Jahren zweimal untersucht. Ziel der STAAB-Studie, die von den Professoren
Peter Heuschmann (IKE-B) und Stefan Störk (DZHI) geleitet wird, ist es,
herauszufinden, wie häufig eine noch unentdeckte Herzschwäche in der
Bevölkerung auftritt und welche Faktoren die frühen Stadien A und B der
Volkserkrankung auslösen. Die Subkohorte war im Schnitt 54 Jahre alt, 52
Prozent von ihnen war weiblich.

Überraschend viele Menschen haben Risikofaktoren

Bei der Stichprobe für die Erstellung der Normwerte, haben sich die
Forscher auf die Probanden konzentriert, die keine bekannten
Herzerkrankungen und keine kardiovaskulären Risikofaktoren hatten.
„Überraschenderweise waren das sehr wenige“, bemerkt Caroline Morbach.
„Von den 1818 Probanden waren lediglich 542 Personen augenscheinlich
gesund, noch nicht einmal jeder dritte. Die anderen 1276 Personen hatten
mindestens einen kardiovaskulären Risikofaktor.“ Zu den Risikofaktoren
zählen Übergewicht (Adipositas = Body Mass Index von über 30kg/m2),
Diabetes mellitus, Nikotinkonsum, Bluthochdruck (Hypertonie = Blutdruck
höher als 140 / 90 mmHg oder eine blutdrucksenkende Therapie) und
Fettstoffwechselstörungen (Dyslipidämie = LDL-Cholesterin-Wert von über
190 mg/dl oder fettsenkende Therapie).

„Allein diese Erkenntnis ist schon ein Alarmzeichen“, warnt Caroline
Morbach. „Sehr viele Menschen haben vor allem schon in jüngeren Jahren
mindestens einen kardiovaskulären Risikofaktor. Interessanterweise
überwiegen in der gesunden Gruppe die Frauen. 58 Prozent der Probanden
ohne Risikofaktoren waren Frauen und hatten ein Durchschnittsalter von 49
Jahren.“

Frauenherzen schlagen anders

In einem zweiten Schritt haben die Forscher den Einfluss kardiovaskulärer
Risikofaktoren auf die Herzfunktion untersucht und dabei eine wichtige
Entdeckung gemacht, die das weibliche Herz betrifft. Denn Frauen scheinen
zunächst zwar gesünder zu sein, liegt jedoch ein kardiovaskulärer
Risikofaktor vor, reagieren ihre Herzen vermutlich empfindlicher als
Männerherzen. „Unsere Ergebnisse lassen vermuten, dass der weibliche
Herzmuskel anfälliger ist gegenüber hohem Blutdruck und erhöhten
Blutfettwerten. Adipositas hatte einen geschlechtsunabhängigen und
insgesamt den stärksten negativen Einfluss auf die Funktion des
Herzmuskels“, erläutert Caroline Morbach.

Gesunder Lebensstil und Gesundheits-Check-ups beim Arzt

„Diese Ergebnisse belegen einmal mehr, wie wichtig ein gesunder Lebensstil
und Achtsamkeit im Alltag sind“, kommentiert Prof. Dr. Stefan Störk,
Leiter der Klinischen Forschung und Epidemiologie im DZHI. „Versuchen Sie,
Ihr Normalgewicht zu erreichen und zu halten, ernähren Sie sich gesund,
meiden Sie Nikotin und dauerhaften Stress und lassen Sie regelmäßig Ihre
Risikowerte wie Blutdruck, Blutzucker und Blutfette bei Ihrem Hausarzt
kontrollieren.“

Schon von Grimms Erzählung ist bekannt, dass Steine im Bauch dem
Wohlbefinden abträglich sind. Doch während bei Grimm die Steine dem Wolf
in den Bauch gelegt werden, bildet unser Körper diese listigerweise von
selbst. Wie Steine im Körper entstehen, war allerdings trotz der Tatsache,
dass Gallensteine zu den zehn häufigsten Gründen für einen
Krankenhausaufenthalt gehören, bisher unbekannt. Das Geheimnis der
Gallensteine wurde nun von einem Forschungsteam der Medizinischen Kliniken
1 und 3 am Universitätsklinikum der Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg (FAU) gelüftet. Die Erkenntnisse wurden in der
Fachzeitschrift Immunity veröffentlicht.

Steinleiden sind sehr häufig. Etwa 25 Millionen Amerikanerinnen und
Amerikaner sowie circa sechs Millionen Deutsche leiden unter
Gallensteinen, die nicht nur zu äußerst schmerzhaften Koliken, sondern
auch zu lebensbedrohlichen Entzündungen im Bauchraum führen können. Sehr
oft benötigen Steinleiden ein chirurgisches Vorgehen, um diese Fremdkörper
zu entfernen. Erstaunlicherweise war bisher nur sehr wenig darüber
bekannt, wie Steine entstehen und wie diese zusammengesetzt sind. Bekannt
war zwar, dass Kristalle an der Bildung von Steinen beteiligt sind, im
Falle von Gallensteinen sind es meist Cholesterinkristalle. Wie aber aus
einem mikroskopisch kleinen Kristall ein Stein wird, war bisher nicht
erforscht und konnte nun aufgeklärt werden.

Dabei ging das Team um Dr. Luis Munoz, Sebastian Böltz und Prof. Dr.
Martin Herrmann von der Medizinischen Klinik 3, die im
Sonderforschungsbereich 1181 sowie im Deutschen Zentrum für Immuntherapie
(DZI) zusammenarbeiten und dabei von einem Team um Dr. Moritz Leppkes und
Prof. Dr. Markus F. Neurath, Medizinische Klinik 1 der FAU, unterstützt
wurden, einen unkonventionellen Weg, der sie in Museen, Schlachthöfe und
Operationssäle führte. Sie untersuchten menschliche Steine aus der
Museumssammlung der Charité in Berlin, Gallenflüssigkeit von Schweinen vom
Schlachthof sowie Steine und Gallenflüssigkeit von Patientinnen und
Patienten, die sich operativen Eingriffen des Bauchraumes unterzogen
haben. In der eingehenden Untersuchung dieses Materials mit modernsten
Methoden konnte das Team eine sehr überraschende Entdeckung machen: Alle
Gallensteine sind übersäht von Spuren einer speziellen Form der weißen
Blutkörperchen – den neutrophilen Granulozyten. Diese Zellen gelten als
erste Abwehrfront des Körpers und schlagen nicht nur auf Bakterien und
anderen Keime an, sondern erkennen auch Kristalle als Gefahr. Beim Versuch
diese aufzunehmen, sterben sie und stülpen ihre Erbsubstanz wie ein Netz
über die Kristalle. Diese Netze – englisch NETs für Neutrophil
Extracellular Traps – winden sich um die Kristalle, verklumpen diese und
lassen so Steine entstehen, die manchmal erstaunliche Ausmaße annehmen
können.

„Wir beobachteten, dass die freigesetzten Netze in der bereits klebrigen
Gallenflüssigkeit, Kalzium- und Cholesterinkristalle verklumpen und so
Gallensteine geformt werden. Wird die Bildung von Netzen pharmakologisch
gehemmt, kann die Gallensteinbildung stark verringert oder sogar
aufgehoben werden“ sagt Dr. Munoz. Durch diese Entdeckung ergeben sich
neue bisher ungeahnte Möglichkeiten der Behandlung von Gallensteinen.
Interessant könnte ein einfacher pharmakologischer Ansatzpunkt sein: die
Verwendung von Metoprolol, eines sogenannten Beta-Blockers, der bereits
seit vielen Jahren erfolgreich zur Behandlung von Bluthochdruck eingesetzt
wird. Metoprolol hindert neutrophile Granulozyten daran, aus der Blutbahn
in das Gewebe zu gelangen und reduziert damit die Kapazität, Netze und
damit Gallensteine zu bilden. Des Weiteren sind bereits spezifische Hemmer
der Netzbildung von neutrophilen Granulozyten bekannt, sogenannte PAD-
Hemmer, die sehr effizient die Bildung von experimentell-induzierten
Gallensteinen hemmen und damit die Bedeutung des Immunsystems bei der
Bildung dieser Strukturen beweisen konnten. Das FAU-Forschungsteam weist
zudem darauf hin, dass dieser Prozess nicht nur bei Gallensteinen von
zentraler Bedeutung ist, sondern auch bei anderen Steinleiden, wie Nieren-
oder Speicheldrüsensteinen entscheidend sein dürfte.

Forschungsteam der TH Nürnberg simuliert Knochenumbauprozesse für
Präventions- und Therapiemaßnahmen

Egal, ob im Wachstum oder bei einer altersbedingten Rückbildung, unsere
Knochen befinden sich in einem ständigen Auf- und Abbau. Wie diese
Prozesse funktionieren und welche Parameter darauf einen Einfluss haben,
untersucht Prof. Dr.-Ing. Areti Papastavrou von der Fakultät Maschinenbau
und Versorgungstechnik der TH Nürnberg in ihrem Forschungsprojekt „OSTEO-
MODEL“. Ihr Ziel ist es, Vorsorgeuntersuchungen und Therapien gegen
Krankheiten wie Osteoporose zu verbessern. Unterstützt wird sie dabei
unter anderem von Expertinnen und Experten des Klinikums Nürnberg. Die
STAEDTLER Stiftung fördert dieses innovative Projekt mit 40.000 Euro.

Nürnberg, 10. September 2019. Knochen sind ein lebendes Material und
befinden sich in einem ständigen Auf- und Abbau. Osteoporose, besser
bekannt als „Knochenschwund“, ist gerade bei älteren Menschen eine häufige
Erkrankung. Das Bayerische Staatsministerium für Gesundheit und Pflege
geht davon aus, dass rund 700.000 Menschen allein in Bayern davon
betroffen sind. In einer immer älter werdenden Gesellschaft kommt
medizintechnischen Entwicklungen eine immer größere Bedeutung zu,
Präventionsmaßnahmen und Therapiemöglichkeiten müssen stetig verbessert
werden.
Prof. Dr.-Ing. Areti Papastavrou von der Fakultät Maschinenbau und
Versorgungstechnik der TH Nürnberg leistet mit ihrem Forschungsprojekt
„OSTEO-MODEL“ einen wichtigen Beitrag dazu. Ihr Ziel ist es, wesentliche
Prozesse des Knochenumbaus zu simulieren und daraus mögliche
Therapieansätze abzuleiten. Mit Hilfe der Finite-Elemente-Methode (FEM)
modellieren sie und ihr Forschungsteam das Wachstum und die Degeneration
von Knochen. Die Finite-Elemente-Methode ermöglicht eine rechnerische
Simulation und wird normalerweise bei Bauwerken oder anderen
Konstruktionen eingesetzt, um deren Verhalten, beispielsweise bei starkem
Wind, vorauszubestimmen. Das Forschungsteam um Prof. Dr.-Ing. Areti
Papastavrou setzt die Methode ein, um die Veränderungen der
Knochenstruktur zu bestimmen. „Bei unseren Simulationen können wir
unterschiedliche Randbedingungen mitberücksichtigen, wie die mechanische
Beanspruchung des Knochens durch Bewegung und Belastung. Auch Aspekte der
Ernährung, die den Stoffwechsel des Knochens über Vitamine oder Hormone
beeinflussen, können wir in unsere Berechnungen einfließen lassen“, so
Prof. Dr.-Ing. Areti Papastavrou.
Ausgangspunkt für die Simulationen sind anonymisierte Bilddaten von
Knochen betroffener Patientinnen und Patienten, die mittels
Computertomografie (CT) aufgenommen wurden. Diese lassen Rückschlüsse auf
die Knochenmasse und Schädigungen wie Mikrorisse zu. Mit diesen Daten
berechnet das Forschungsteam die Festigkeit des Knochens im FE-Modell.
Zudem kann das Team eine Einschätzung abgeben, an welcher Stelle der
Knochen am wahrscheinlichsten unter einer bestimmten Belastung, wie
Springen oder Fallen, brechen wird.
Für das Simulationsmodell greift die Forschungsgruppe auf bestehende
Vorarbeiten zurück und erweitert diese um Aspekte des Knochenstoffwechsels
und Hormonhaushalts. Außerdem können sie Modelle für weiche biologische
Gewebe auf die Knochen anpassen und übertragen. Das so entstandene, neue
Simulationsmodell haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit
etablierten Verfahren und mit realen klinischen Befunden verglichen – es
liefert dabei sehr gute Ergebnisse.
Knochen besitzen die Fähigkeit, sich durch Aufbauprozesse an mechanische
Belastungen anzupassen, ähnlich wie der Muskelaufbau beim Training. Ein
möglichst realitätsnahes Modell des Knochenwachstums kann demnach
Therapien ergänzen, um diese individuell und zielgerichtet zu gestalten.
Bestimmte Trainingsübungen zur Stimulierung können dabei helfen,
Verletzungen vorzubeugen, beispielsweise Knochenbrüche bei Osteopathie-
Patienten.
In dem Projekt arbeitet das Forschungsteam eng mit dem Klinikum Nürnberg
und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg zusammen sowie
mit internationalen Expertinnen und Experten auf dem Gebiet der
Orthopädie, der Kontinuumsmechanik und der Biomechanik.
Die STAEDTLER Stiftung fördert erfreulicherweise das Projekt mit 40.000
Euro.