Teilprojekt C3Gesundheit im industriellen Lebensraum - Einflüsse von Umweltfaktoren und Schadstoffen auf chronische Entzündungsreaktionen im oberen Respirationstrakt des Menschen |
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 Projektbeschreibung
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E-Mail: sfb_proc3@meteo.uni-koeln.de Ansprechpartner: M. Damm |
Projektbeschreibung:
Zusammenfassung Studienabaschnitt A Studienabaschnitt B Studienabaschnitt C
| WDR-Fernsehbeitrag über das Teilprojekt C3 aus der Sendung Lokalzeit (Download ca. 27MB) |
Umweltbelastungen in industriellen Lebensräumen können
zur gesundheitlichen Beeinträchtigung der dort lebenden Menschen
führen. Besonders häufig sind hiervon die Atemwege betroffen. Im
Teilprojekt C 3 werden Einflüsse von Luftschadstoffen des industriellen
Ballungsraums NRW auf die gesundheitliche Situation bei Patienten mit chronischer
Nasenenbenhöhlenentzündung untersucht. Bisher unzureichend untersuchte
immunologische Abläufe, die Rolle der Umweltverschmutzung und
sozio-ökonomische Faktoren im Krankheitsprozess werden gemeinsam
betrachtet. Der Beitrag des Teilprojekts besteht also in der Beleuchtung
der Lebensbedingungen im industriellen Ballungsraum NRW und der Gesundheit
der dort lebenden Bevölkerung.
Für das Vorhaben werden etablierte methodische Ansätze aus der
Immunologie, der Soziologie, Meteorologie und Umweltmedizin herangezogen,
wodurch die Arbeiten über die reinen klinischen Modelle hinausgehen
und eine Integration interdisziplinärer Arbeitshypothesen
ermöglichen.
Während die soziologischen Aspekte direkt in das Teilprojekt integriert sind, besteht bezüglich Fragen der Luftverschmutzung ein direkter Bezug zu den Teilprojekten A4 und B3. Das Teilprojekt C3 gliedert sich in drei Studienabschnitte (A, B, C).
Titel:
Auswirkungen der “out-door pollution” und sozio-ökonomischer Faktoren in den Kölner Wohngebieten auf die Entstehung chronischer Erkrankungen der oberen Atemwege - eine Kontextstudie am Beispiel des Krankheitsbildes der chronischen Rhinosinusitis
Zusammenfassung:
Die retrospektive Studie richtet sich darauf, sozio-ökonomische Ursachen von Erkrankungen der oberen Atemwege zu ermitteln und die Bedeutung der sogenannten “out-door pollution” im Krankheitsprozess zu untersuchen. Dabei sollen auch Merkmale des Wohngebietes berücksichtigt werden; sie stellen Kontexteffekte dar.
Methoden:
In der ersten Phase dieses Teilprojekts steht die Bedeutung der sogenannten "out-door pollution" bei dem Krankheitsbild "chronische Nebenhöhlenentzündung" im Vordergrund des Interesses.
Zu diesem Zweck werden Daten über die aktuelle und frühere Belastung der Kölner Luft mit relevanten Schadstoffen ausgewertet. Als Datenquellen werden insbesondere die Ergebnisse der Staubniederschlags- und Schwefeldioxidmessungen des Landes Nordrhein-Westfalens sowie der auf Flechtenvorkommen basierte Luftgüte-Index der Stadt Köln (s. Abbildung 1) verwendet. Der Untersuchungsraum erstreckt sich auf das Stadtgebiet von Köln und auf unmittelbar angrenzende Gemeinden.
Alle unten abgebildeten Karten und Ergenisse sind unvollständig und dürfen daher nicht kopiert oder zitert werden.
Abbildung 1 Luftgüte in Köln (LUGI-Methode) 1992
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Die Wohnorte der Patienten mit chronischer Rhinosinusitis der HNO-Universitätsklinik der Jahre 1990-1999 werden anonym mit Hilfe eines speziellen Computerprogrammes auf die 84 Stadtteile Kölns verteilt. Diesen Daten werden lokale klimatische Belastungen und Luftschadstoffkonzentrationen in den einzelnen Stadtteilen zugespielt. Die Auswertung des Datensatzes erfolgt mit Hilfe multivariater statistischer Verfahren.
Abbildung 2 Patienten mit chronischer Rhinosinusitis 1996-98 der HNO-Universitätsklinik Köln
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Gleichzeitig werden auch schon in diesem Studienabschnitt verfügbare sozio-ökonomische Daten auf gleichen Maßstab regionalisiert und in die Auswertung mit einbezogen. Exemplarisch sei auf Abbildung 3 verwiesen. In dieser Karte ist der Anteil der Sozialhilfeempfänger in den Kölner Stadtteilen für 1997 dargestellt. Die Sozialhilfedichte ist ein Indikator für den Wohlstand eines Stadtteiles und bildet so den sozio-ökonomischen Status des Gebiets ab. Neben anderen Sozialstrukturmerkmalen, interessieren wir uns insbesondere für solche Merkmale, die einen Bezug zu Umweltschadstoffen haben wie z.B. die PKW-Dichte. Die Frage lautet dann, inwieweit läßt sich die räumliche Verteilung der Patienten durch Merkmale der Luftbelastung und durch Merkmale der Sozialstruktur der Bevölkerung erklären.
Abbildung 3
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Ziele:
Ziel der Untersuchung ist es, Hypothesen über die Zusammenhänge zwischen der chronischen Rhinusinusitis und den Kontextmerkmalen zu generieren. Vereinfacht gehen wir zur Zeit von zwei Hypothesen aus:
1. Es gibt einen direkten Effekt der Immissionen auf die Erkrankung.
2. Es gibt nur indirekte Effekte, da die individuelle Lebensführung die Effekte des Kontextes modifiziert.
Die Ergebnisse dieser Studie dienen als Ausgangspunkt für die folgende komparative Individualstudie (Studienabschnitt B) und die Simulation von Schadstoffwirkungen am Zellkulturexperiment (Studienabschnitt C).
Titel:
Untersuchungen von sozio-ökonomischen, umweltmedizinischen und immunologischen Faktoren bei Erkrankungen der oberen Atemwege - eine komparative Individualstudie bei Patienten mit chronischer Rhinosinusitis und nicht erkrankten Personen im industriellen Lebensraum
Zusammenfassung:
Die chronische Rhinosinusitis (=Nasenenbenhöhlenentzündung) ist ein häufiges Krankheitsbild, das durch eine hohe Inzidenz und einen chronisch-rezidivierenden Krankheitsverlauf charakterisiert ist und dadurch hohe Therapiekosten erzeugt.
Unter dem Begriff “chronische Rhinosinusitis” werden mehrere morphologisch ähnliche Erkrankungen unterschiedlicher Ätiologie zusammengefaßt. Bei vielen Patienten kommt es zur Ausbildung von sogenannten Nasenpolypen.
Abbildung 4: Nasenpolypen
Die Klassifikation des Krankheitsbildes erfolgt heute nach klinischen Kriterien. Bei einem großen Teil unserer Patienten läßt sich ein enger Zusammenhang zwischen dem Auftreten der Rhinosinusitis und exogenen Faktoren (allergische Reaktionen, Luftschadstoffe, Mikroorganismen etc.) beobachten. Bei gleicher Umweltbelastung im industriellen Lebensraum erkranken im Laufe ihres Lebens jedoch nur ca. 10% der Bevölkerung an einer chronischen Nasennebenhöhlenentzündung. Die Immunpathologie wird noch unzureichend verstanden, ebenso ungeklärt ist die Rolle der Luftschadstoffimmissionen als ätiologischer Faktor im Krankheitsprozess.
Patienten:
In Studienabschnitt B sollen daher Zusammenhänge zwischen exogenen (Umweltschadstoffe, Lebensgewohnheiten, sozio-ökonomischer Status) und endogenen Faktoren (immunologische Details der Entzündungsreaktion) im Krankheitsprozess der chronisch-polypösen Rhinosinusitis untersucht werden. An dieser Untersuchung können 400 Patienten mit chronischer Nebenhöhlenentzündung und 200 Patienten mit alleiniger Nasenatmungsbehinderung (Septumdeviation, Muschelhyperplasie, radiologischer Ausschluss einer Sinusitis) teilnehmen, die an der HNO-Universitätsklinik Köln operativ behandelt werden müssen.
Methoden:
Die immunologischen Untersuchungen finden an den bei der Nasennebenhöhlenoperation entnommenen Schleimhauterkrankung statt. Zunächst werden die Schleimhautproben portioniert und kryokonserviert. Ein Teil der Schleimhäute wird homogenisiert. Die angelegte Gewebebank stellt die Basis für die nachfolgenden immunologischen Untersuchungen dar.
Unser besonderes Interesse gilt den sogenannten "Zytokinen". Zytokine sind Botenstoffe, die auch von Schleimhautzellen produziert werden und somit Entzündungsreaktionen steuern können. Im Überstand des Homogenisates sollen inflammatorische Zytokine mittels Enzym-Linked-Immuno-Sorbent-Assay (ELISA) gemessen werden. Parallel dazu soll das Zytokin-m-RNA-Expressionsverhalten mittels PCR untersucht werden. Aus einer zweiten Fraktion werden die Zellen enzymatisch aus dem Gewebeverband gelöst. Es erfolgt eine quantitative Analyse der im Gewebe vorhandenen Zellen durch Oberflächenrezeptormarkierung und eine Bestimmung der intrazellulären Zytokinexpression.
Gleichzeitig wird umfangreiches klinisches und sozio-ökonomische Datenmaterial einheitlich im Rahmen der Multi-Methoden-Studie erfasst. Details über die Lebensgewohnheiten und den sozio-ökonomischen Status der Betroffenen im industriellen Lebensraum sollen ermittelt werden. Die Analyse der Lebengewohnheiten soll auch Aufschlüsse über Expositionszeiten für "indoor-" und "outdoor-pollution" bzw. Immissionen erbringen. Umweltschadstoffanalysen (flüchtige organische Verbindungen (FOV), Schimmelpilze, Formaldehyd, Schwebestäube, SO2 und NOx) finden zur Messung der Immissionsbelastungen in den Wohnungen der Studien-Patienten statt. Die "outdoor pollution" in den Wohngebieten der Patienten wird durch eine computergestützte Modellsimulation bestimmt, die von den meteorologischen Arbeitsgruppen der Teilprojekte A4 und B3 durchgeführt wird. Berücksichtigt werden Immissionsbelastungen durch Dieselruß, SO2 und NOx. Die regionalen Immissionsdaten sollen später sowohl als Spitzenwerte als auch als Mittelwerte für den Zeitraum von fünf Jahren vor Behandlungsbeginn in der Kölner HNO-Universitätsklinik zur Verfügung stehen. Die Datensätze werden zusammengespielt und ausgewertet.
Ziele:
Mittels dieser Daten sollen die chronischen Schleimhautentzündungsreaktionen bei der Rhinosinusitis immunologisch näher charakterisiert werden. Die Zytokinkonzentrationen werden der im Gewebe vorgefundenen Art und Anzahl von Entzündungszellen gegenübergestellt werden. Hypothesen und Modelle der immunologischen Steuerungsmechanismen der chronischen Rhinosinusitis sollen generiert werden. Ein weiteres Ziel ist es, mit Hilfe dieser Ergebnisse neue Subgruppen innerhalb des Krankheitsbildes „Rhinosinusitis" zu finden. Die parallel bei den Patienten erhobenen klinischen Befunde und Umweltdaten sollen den immunologischen Ergebnissen gegenübergestellt werden, mit dem Ziel die Diagnostik vor Nasennebenhöhlenoperationen zu verbessern. Die Ergebnisse kommen in erster Linie den Patienten aus Köln zugute, die an der HNO-Universitätsklinik behandelt werden und an der Studie teilnehmen. Wir hoffen, durch diese Untersuchung die Therapie verbessern zu können und neue, vorbeugende Maßnahmen gegen ein Wiederauftreten der chronischen Entzündung in den Nasennebenhöhlen zu finden.
Die Ergebnisse der Schadstoffmessungen werden mit dem Ziel ausgewertet, unsere Arbeitshypothese zu überprüfen, dass die Immissionbelastungen in den Wohnungen der Patientengruppe mit "Rhinosinusitis" und bei denen mit "alleiniger Nasenatmungsbehinderung" unterschiedlich sind.
Ähnlich wie im Projektteil A sind weitere Ziele die Generierung von fachübergreifenden Hypothesen zur Entstehung bzw. Unterhaltung der chronischen Rhinosinusitis in bezug auf mögliche Zusammenhänge zwischen Luftschadstoffimmissionen, sozio-öknomischen Co-Faktoren und pathoimmunologischen Befunden.
Der Aufbau einer interdisziplinären Forschergruppe "Umweltmedizin" ist zum Teil schon erfolgt. Geplant ist die Einrichtung einer Internet-Umwelt-Homepage. Darüber hinaus leistet der Studienteil B wichtige Vorarbeiten für die Experimente und Datenauswertung des Studienabschnitt C.
Titel:
Simulation einer chronischen Umweltschadstoffexposition an Primärzellkulturen der Nasenschleimhaut
Zusammenfassung:
In diesem Studienabschnitt findet eine experimentelle Exposition von Primärzellkulturen des Nasen-Epithels(=Schleimhaut) mit Umweltschadstoffen (Stickoxyde, Dieselruß, etc.) statt.
Methoden:
Am Anfang steht die Anzüchtung von humanen Primärkulturen aus Epithel-Zellen (=Schleimhaut-Zellen) der Nase. Erstes Zwischenziel ist die Anlage der Epithel-Zellkulturen selbst, das bereits verwirklicht wurde. Die Epithel-Zellen der oberen Atemwege setzen sich aus verschiedenen Gruppen zusammen. Ein Teil dieser Zellen bildet an der Oberfläche sogenannte Flimmerhärchen (=Zilien) aus, die unter physiologischen Bedingungen in der menschlichen Nase den Nasenschleim zum Rachen hin transportieren. Den Flimmerschlag dieser Zellen kann man sehr eindruckvoll unter dem Mikroskop beobachten. Beispiele aus unseren Epithel-Zellkulturen können Sie sich durch Anklicken der unten genannten Bilder (Flimmerepithel 1-3) anschauen.
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Nächtes Ziel ist der Versuchsaufbau zur Simulation der Luftschadstoffbelastung, an dem gerade intensiv gearbeitet wird. Die experimentelle Exposition der Primärzellkulturen des Nasenepithels findet in liquid-air-interface-Technik mit Umweltschadstoffen (Stickoxyde, Dieselruß, etc.) statt.
Abbildung 5
Das Besondere an dieser Technik ist, dass die Zellen, wie in der Abbildung 5 dargestellt, mit ihrem Zellkörper im Kulturmedium sitzen, die obere Seite und die sogenannten Zilien aber in die Luft herausragen. Das bedeutet, dass die so kultivierten Epithel-Zellen ähnlich wie die Nasenschleimhaut im Körper einen Kontakt zur Atemluft besitzen.
Besonderes Interesse haben wir an der Produktion von sogenannten Zytokinen, die von den Epithel-Zellen in das Kulturmedium abgegeben werden. Untersucht werden zunächst die nicht exponierten Zellkulturen. Die Zytokinbestimmungen erfolgen in ELISA-Technik (Enzym-Linked-Immuno-Sorband-Assay) und werden im Anschluss an die experimentelle Exposition mit Luftschadstoffen wiederholt. Ähnlich wie im Projektteil B werden die Zellen mit der Durchflußzytometrie untersucht. Weitere Untersuchungen erfolgen dann an den kultivierten Epithelzellen zum (veränderten?) Zytokin-m-RNA-Expressionsverhalten mittels PCR und Immunoblot.
Ziele:
Ziel dieser Versuche ist es, schadstoffinduzierte Veränderungen der Zytokinsynthese zu erforschen. Die immunologischen Daten der "Simulation" werden untereinander und mit den Ergebnissen der Studienabschnitte A und B verglichen. Ziel der Auswertung ist es, Unterschiede zwischen Epithel-Zellen von "Gesunden" und Erkrankten in bezug auf die Produktion von Entzündungsmediatoren in-vivo und in der Zellkultur zu finden. Hypothesen und Modelle zu zellulären Steuerungsmechanismen der chronischen Rhinosinusitis sollen generiert werden. Die experimentelle Exposition soll zum Verständnis der Rolle einzelner Luftschadstoffen bei der Entstehung der chronisch-polypösen Rhinosinusitis beitragen. Die heute gültigen Grenzwerte für Luftschadstoffe sollen für die Risikogruppe mit Erkrankungen der oberen Atemwegs bewertet werden. Maßnahme zur Prävention sollen erarbeitet werden.
