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Mikrozirkulatorische und metabolische Veränderungen des Skelettmuskels im Alterungsprozess (Sarkopenie) und bei chronischen Erkrankungen (muscle wasting)

Ein schleichender Verlust an Muskelmasse betrifft jeden ab einem Alter von ca 35 Jahren (Sarkopenie) und wird durch viele chronische Erkrankungen beschleunigt (muscle wasting). Mit seinen direkten und indirekten Folgen wie Sturz, Immobilität, kardiopulmonalem und Krebs-Risiko, verursacht Muskelschwund extreme individuelle Belastungen und immense Kosten für das Gesundheitssystem.

Der Fokus unserer klinischen und Mausmodell-Studien liegt auf Faktoren des Muskelschwunds im Alterungsprozess, beim obstruktiven Schlafapnoe-Syndrom (OSAS), bei der chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) sowie beim Pankreas-Karzinom als Krebserkrankung mit rascher Kachexieentwicklung.

Dabei untersuchen wir u.a. schwerpunktmäßig Störungen der Mikrozirkulation des Skelettmuskels, die die Leistungsfähigkeit ebenso limitieren können wie die Glukose- und Aminosäurenaufnahme. Mittels weiterentwickelter ‚contrast-enhanced-Ultraschall‘ (CEUS) -Technik konnten wir Alters-, Adipositas-und OSAS-bedingte Einschränkungen der Mikrozirkulation im M. vastus lateralis unter Belastung nachweisen1,2. Dabei zeigten Muskelbiopsie-Analysen, dass dies nicht allein auf einem Verlust an Kapillardichte basiert. Als weitere mögliche Faktoren werden derzeit die altersabhängigen Plasmaspiegel von Homocystein und anderen Aminothiolen untersucht.

Ein mehrwöchiges Krafttraining hat zwar nach früheren Studien beim Erwachsenen wenig Einfluss auf die Kapillardichte und die Mikrozirkulation in Ruhe3, vermag aber die Mehrdurchblutung nach Exercise-/Insulin-Stimulation zu steigern4. Ein möglicher Faktor ist dabei die Absenkung von Homocystein, die jedoch deutlich effektiver - und mit Blutdruck-senkender Wirkung - durch orale Gabe von N-Acetylcystein erreichbar ist5, 6.

Zur besseren klinischen Phänotypisierung der Patienten mit OSAS oder COPD bezüglich ihrer metabolischen und vaskulären Risiken werden derzeit Muskelfunktionstests evaluiert und zudem die routinemäßige Messung der O2- u. CO2-Sensitivität der peripheren Chemo-/Metaborezeptoren (Glomus caroticum) geprüft.7, 8


Im Rahmen diverser Kooperationen werden komplementär Muskel- und Lebergewebeproben von Mausmodellen der COPD, der chronisch intermittierenden Hypoxie (CIH, als OSAS-Modell) und des duktalen Pankreaskarzinom mittels (Immun)histochemie, qRT-PCR, Aminosäurenanalyse, und Transmissions-Elektronen-Mikroskopie (TEM) untersucht.

  1. Hildebrandt W, Schwarzbach H, Pardun A, et al. Age-related differences in skeletal muscle microvascular response to exercise as detected by contrast-enhanced ultrasound (CEUS). PLoS One. 2017 Mar 8;12(3):e0172771. doi: 10.1371/journal.pone.0172771. eCollection 2017.
  2. Hildebrandt W, Schwarzbach H, Bogs B, et al. Impaired capillarisation and in-vivo microcirculation of skeletal muscle with obstructive sleep apnea: A novel link to insulin resistance ? 30. Jahrestagung der DGAF, 7.-9. April 2016, Rauischholzhausen. PERFUSION 2016; 29(3):109-110
  3. Weber MA, Hildebrandt W, Schröder L, et al. Concentric resistance training increases muscle strength without affecting microcirculation. H. Eur J Radiol. 2010 Mar;73(3):614-21. doi: 10.1016/j.ejrad.2008.12.002. Epub 2009 Jan 13.
  4. Phillips B, Williams J, Atherton P,,et al. Resistance exercise training improves age-related declines in leg vascular conductance and rejuvenates acute leg blood flow responses to feeding and exercise. J Appl Physiol (1985). 2012 Feb;112(3):347-53. doi: 10.1152/japplphysiol.01031.2011. Epub 2011 Oct 13.
  5. Hildebrandt W, Sauer R, Bonaterra G, et al. Oral N-acetylcysteine reduces plasma homocysteine concentrations regardless of lipid or smoking status. Am J Clin Nutr. 2015 Nov;102(5):1014-24. doi: 10.3945/ajcn.114.101964. Epub 2015 Oct 7.
  6. Hildebrandt W, Krakowski-Roosen, H, Renk H, et al. Oral N-acetylcysteine lowers plasma homocysteine in adults on a background of anabolic resistance training. JARCP 2019 (8): 44-48
  7. Hildebrandt W, Sauer R, Koehler U, et al..Lower hypoxic ventilatory response in smokers compared to non-smokers during abstinence from cigarettes. BMC Pulm Med. 2016 Nov 24;16(1):159.
  8. Sohrabi K, Scholtes M, Mursina L, et al. Determination of Hypercapnic Ventilatory Response in COPD Patients. Pneumologie. 2015 Nov;69(11):662-6. doi: 10.1055/s-0034-1392998. Epub 2015 Oct 12.