Proteomik zur Identifizierung von Hyperoxie-induzierten Veränderungen in der Proteinexpression

Sauerstoff ist notwendig, um das menschliche Leben zu erhalten, und wird zur Energieerzeugung durch Oxidation in den Mitochondrien verwendet. Die Applikation von Sauerstoff erhöht nicht nur die Sättigung im Blut des Patienten, sondern hat auch verschiedene Nebenwirkungen. Es wird daher zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt, die die Fähigkeit des Körpers beeinträchtigen, Sauerstoff aufzunehmen und zu verwenden. Aber auch gesunde Menschen können beim Aufstieg in große Höhen unter Hypoxie leiden. Hier kann die Höhenkrankheit zu potenziell tödlichen Komplikationen wie Höhenhirnödem oder Höhenlungenödem führen. Da eine Hypoxie katastrophale Folgen haben kann, wird eine Hyperoxie in vielen präklinischen und stationären Situationen oft toleriert.

Während die Auswirkungen von Hypoxie gut untersucht sind, haben insbesondere Veröffentlichungen im letzten Jahrzehnt zu einer neuen Perspektive auf die Sauerstoffanwendung geführt. Neben pathophysiologischen Veränderungen wie der peripheren Vasokonstriktion oder Reduktion der Kontraktilität scheinen vor allem Veränderungen auf zellulärer Ebene von großer Bedeutung zu sein. Dabei stehen oxidativer Stress und Veränderungen der Proteinsynthese in verschiedenen Organen im Fokus aktueller Studien.

Die differenzielle Analyse der Proteinexpression in Geweben (Proteomik) ist ein wichtiger Ansatz zum besseren Verständnis der negativen Auswirkungen von Hyperoxie. Insbesondere für Patienten mit dauerhaft hohem Sauerstoffbedarf kann die Kenntnis der zellulären Veränderungen während der Hyperoxie zu neuen Therapieansätzen und einer Reduktion der Komplikationsrate führen.

In der vorliegenden molekularbiologischen Studie werden Urin- und Blutproben gesunder Probanden zu bestimmten Zeiten nach kurzzeitiger Sauerstoffexposition entnommen. Diese Proben werden nach der Studie unter Verwendung der Differentialanalyse der Proteinexpression analysiert. Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen von Sauerstoff auf die Zellfunktionen durch die Analyse und anschließende bioinformatische Verarbeitung unterschiedlich regulierter Proteine ​​in Blut und Urin zu untersuchen.

Nach Prüfung der Ein- und Ausschlusskriterien werden biometrische Daten der Probanden erhoben.

Vor kurzzeitiger Hyperoxie wird eine Blut- und Urinprobe entnommen. Dabei werden den Teilnehmern unter sterilen Bedingungen 5 ml venöses Blut aus der Kopfvene entnommen. Zur Gewinnung der Urinprobe wird Spontanurin der Teilnehmer verwendet. Die Proben werden sofort zentrifugiert und bei -80°C schockgefroren. Um eine Beeinträchtigung der Lunge vor der kurzzeitigen Hyperoxie auszuschließen, wird eine Lungenfunktionsprüfung mit einem Handspirometer durchgeführt.

Um Hyperoxie zu induzieren, atmen die Probanden 3 Stunden lang 100 % Sauerstoff durch eine Gesichtsmaske ein.

Nach Durchführung der kurzzeitigen Hyperoxie erfolgt die Nachsorgephase. In dieser Phase werden den Probanden direkt nach der Hyperoxie (T0), an Tag 1 (T1), Tag 3 (T3), Tag 7 (T7), Tag 14 (T14), Tag 21 (T21) Blut- und Urinproben entnommen ) und Tag 28 (T28) nach Sauerstoffexposition. Alle Proben werden unmittelbar nach der Entnahme zentrifugiert und bei -80 °C schockgefroren. Um hyperoxiebedingte Lungenschädigungen auszuschließen, wird im Rahmen der Nachsorge eine Spirometrie durchgeführt.

Nachdem die Proben aller Probanden gesammelt wurden, wird die Analyse der Proben mittels Proteomik durchgeführt.