Hämorheologische, metabolische, physiologische und lagerungsbedingte Folgen erythrozytärer Alterung in der Normalbevölkerung und bei Typ2-Diabetes

Zielsetzung: Die vorliegende Dissertation hatte zum Ziel, Erythrozyten(RBC)-Alterung unter verschiedenen in vitro- und in vivo-Konditionen (Gesundheit, Krankheit, sportlicher Intervention, Kryokonservierung) durch Subpopulationen-Fraktionierung reproduzierbar zu untersuchen und Veränderungen in hämatologischen, hämorheologischen und metabolischen Parametern mit Fokus auf dem Stickstoffmonoxid (NO)-Metabolismus festzustellen. Zudem sollten diese Parameter neben in vivo-Adaptionen zusätzlich auf mögliche in vitro-Veränderungen nach Kryokonservierung untersucht werden, um mögliche Implikationen für den Nachweis von autologem Blutdoping oder in der Transfusionsmedizin ableiten zu können.
Rationale: Eine junge RBC-Population im menschlichen Blut weist verbesserte hämatologische, metabolische und hämorheologische Eigenschaften auf. Der Einfluss von physiologischen sowie pathophysiologischen Änderungen in der RBC-Alterung auf die physiologische und zelluläre Leistungsfähigkeit wurde bisher noch nicht untersucht. Zudem fehlen vereinheitlichende Protokolle für eine reproduzierbare Altersfraktionierung und experimentelle Untersuchung. Ob eine Lagerung von RBC bei Kryotemperaturen (-80°C) alterungsinduzierte Nebenwirkungen auf hämorheologischer Ebene verursacht und ob diese möglichen Nebenwirkungen eine in vivo-Relevanz besitzen und detektiert werden können, konnte bisher noch nicht experimentell nachgewiesen werden.
Methodik: Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden vier verschiedene Einzelstudien durchgeführt. Studie 1: RBC von gesunden Kontrollprobanden (HC) und von Typ2-Diabetikern (DM) wurden nach Etablierung eines Separationsprotokolls mit Percolldichtezentrifugation nach Alter aufgetrennt und experimentell auf Unterschiede in der Alterszusammensetzung, der Verformbarkeit, dem NO-Metabolismus und auf Alterungsmarker untersucht, verglichen und Unterschiede zwischen HC und DM abgeleitet. Studie 2/3: Ausdaueruntrainierte Probanden (AP) und DM absolvierten ein moderates mehrwöchiges Ausdauertraining (AP: 6-wöchiges Lauftraining; DM 12-wöchiges Ergometertraining). Vor und nach der Intervention wurden leistungsphysiologische Messungen durchgeführt sowie die Parameter aus Studie 1 in den Subpopulationen untersucht. Damit sollten mögliche trainingsinduzierte Veränderungen in der Alterung und den Eigenschaften der RBC mit Hinblick auf Gesundheit und Krankheit experimentell erfasst und mögliche praxisorientierte Applikationen für präventive und rehabilitive Adaptionen abgeleitet werden. Studie 4: Blutproben von gesunden männlichen Probanden wurden entnommen, die RBC isoliert, aufgearbeitet und bei -80°C kryokonserviert. Über 12 Wochen wurde denselben Probanden in vierwöchigen Abständen erneut Blutproben entnommen und nach Aufarbeitung in einem definierten Verhältnis mit den gelagerten/kryokonservierten RBC gemischt, auf Alterungsmarker, hämorheologische, hämatologische und metabolische Parameter untersucht und mit den frischen und gelagerten Proben verglichen. Damit sollte autologes Blutdoping/Transfusion in vitro nachgeahmt und ein möglicher Nachweisparameter für Veränderungen gefunden werden. Zusätzliche Scherstressapplikationen in einer Flusskammer und anschließende Prüfung der Verformbarkeit dienten zur Simulation des in vivo-Zirkulationssystems.
Ergebnisse: Es wurden drei wesentliche Teilergebnisse festgestellt. Studie1: Typ2-Diabetiker weisen neben einer progressiven Alterung der RBC-Subpopulationen zudem deutliche metabolische und hämorheologische Unterschiede mit einer niedrigeren Verformbarkeit und einer veränderten NO-Bioverfügbarkeit im Vergleich zu HC auf. Studie2/3: Ein mehrwöchiges moderates Ausdauertraining führt zu einer Verjüngung der RBC-Population mit verbesserter Hämorheologie und leistungsphysiologischer Steigerung in ausdaueruntrainierten Männern und Frauen sowie bei kardiovaskulären/metabolischen Einschränkungen wie Typ2-Diabetes. Studie4: Kryokonservierte Lagerung von RBC zeigt weder eine detektierbare Veränderung in Altersparametern noch im NO-Metabolismus, hat aber einen enormen Einfluss auf hämorheologische Parameter, die auch noch in der in vitro-Simulation einer in vivo-Transfusion nachweisbar sind.
Fazit: Die in dieser Dissertation dargestellten Zusammenhänge zeigen erstmals die mögliche „Trainierbarkeit“ der RBC mit Hinblick auf eine Verjüngung der RBC- Gesamtpopulation und verbesserter Hämorheologie. Durch eine rapide Adaption könnte moderater Ausdauersport dabei sowohl als Präventivmaßnahme in der gesunden Bevölkerung, aber auch für eine mögliche Verbesserung des Blutflusses bei kardiovaskulären Störungen eingesetzt werden. Hämorheologische Messungen können weiter dazu beitragen, eine Nachweismethode für autologes Blutdoping zu entwickeln sowie Maßnahmen zur Reduktion von alterungsinduzierten Nebenwirkungen bei RBC-Lagerung anzuregen. Zudem ist zusammenfassend festzustellen, dass bezüglich der RBC-Alterung eine komplexe physiologische Interaktion vorliegt, die eine Übertragung von in vitro-Ergebnissen auf die in vivo-Verhältnisse erschwert.