Proteomanalyse ermöglicht molekulare Diagnostik

HERZ-KREISLAUF

Herz-Kreislauf-System: zentrale Grundlage der Einsatzfähigkeit


Das Herz-Kreislauf-System reagiert besonders sensibel auf körperliche Belastung, Stress und langfristige Beanspruchung. Veränderungen bleiben im frühen Stadium häufig unauffällig. Auch posttraumatische Belastungen können sich auf das Herz auswirken.

NIEREN

Nieren als Seismograph des Körpers


Die Nieren spielen eine zentrale Rolle bei der Regulation von Flüssigkeit, Elektrolyten und Stoffwechselprozessen und reagieren früh auf systemische Veränderungen im Körper. Zudem reagieren sie empfindlich auf viele Substanzen wie Schmerzmittel (Ibuprofen).

Gemeinsame pathophysiologische Mechanismen bei Herz- und Skelettmuskeldysfunktion

Die strukturellen und funktionellen Ähnlichkeiten zwischen Herz- und Skelettmuskel sind erheblich. Beide sind für die Kraftübertragung, die Ausrichtung der Fasern und die Gewebeintegrität auf eine organisierte, kollagenreiche extrazelluläre Matrix (ECM) angewiesen. Im gesunden Zustand sind die Kollagennetzwerke fein strukturiert und organisiert. Bei Erkrankungen verändern übermäßige Kollagenablagerungen und Fibrose die Gewebekompatibilität, beeinträchtigen die Signalübertragung und verringern die effektive Kontraktilität.

Fibrose als zentraler Mechanismus bei Muskeldysfunktion

Fibrose gilt bei Herzinsuffizienz als wesentlicher Treiber diastolischer Dysfunktion, erhöhter Steifigkeit und ungünstigem kardialem Remodeling. Ein gesteigerter Kollagenumsatz im Myokard korreliert mit Krankheits-progression und schlechter Prognose. Molekulare Marker des Kollagenabbaus im Urin zeigen zudem, dass Veränderungen der extrazellulären Matrix bereits früh vor klinischen Symptomen nachweisbar sind.

Endotheliale Dysfunktion als gemeinsamer Mechanismus von Herz- und Muskelschädigung

Endotheliale Dysfunktion und eine gestörte mikrovaskuläre Versorgung beeinträchtigen sowohl Herz- als auch Skelettmuskelgewebe. Durch eine reduzierte Stickstoffmonoxid-Bioverfügbarkeit werden Vaso-dilatation und Kapillardichte vermindert, was zu Gewebe-hypoperfusion führt. Bei Herzinsuffizienz ist dieser Prozess eng mit dem Krankheitsverlauf verknüpft. Im Skelettmuskel trägt er zu verminderter Leistungsfähigkeit, gestörter Regeneration, anaboler Resistenz und altersbedingter Sarkopenie bei.

Weitere systemische Belastungen und Organschäden

Soldaten sind durch intensive Belastungen anfälliger für Mikroverletzungen, hormonellen Stress, Immunsuppression und Infektionen wie Influenza oder COVID-19. Solche Infektionen können schwerwiegende systemische Folgen haben und das Risiko kardiovaskulärer Ereignisse bis zu 7-fach erhöhen.


Besonders betroffen sind die Nieren, die sensibel auf Dehydratation, extreme Belastungen und belastungsinduzierte Rhabdomyolyse reagieren. Zusätzlich kann der häufige Einsatz von Schmerzmitteln wie Ibuprofen die Nierendurchblutung beeinträchtigen.


Auch das Endothel leidet unter chronischem oxidativem und entzündlichem Stress. In Kombination mit Infektionen steigt dadurch das Risiko schwerer systemischer Komplikationen bis hin zur Sepsis. Umweltfaktoren wie Luftverschmutzung oder Schadstoffe verstärken diese Belastungen zusätzlich.

Biomarker im Urin erfassen frühe molekulare Veränderungen bei Herz-/Kreislauf- und Nierenerkrankungen

Die Urinproteomik ermöglicht den nicht-invasiven Nachweis krankheitsassoziierter molekularer Veränderungen. Im Gegensatz zu klassischen Biomarkern, die oft erst spätere Schäden anzeigen, können Urin-Proteomsignaturen frühe pathophysiologische Prozesse erfassen.


Besonders in den Bereichen Nierenerkrankungen, Herzinsuffizienz und kardiovaskuläres Risiko haben sich proteomische Tests als hilfreich erwiesen, um Risiken frühzeitig zu erkennen, noch bevor klinische Symptome auftreten. Diese Signaturen spiegeln Prozesse wie Fibrose, Gefäßumbau und endotheliale Dysfunktion wider.


Darüber hinaus gewinnt die Methode in der Präzisionsmedizin an Bedeutung, indem sie individuelle Therapieantworten vorhersagen kann. Auf Basis von Proteinveränderungen lassen sich potenzielle Therapieeffekte simulieren und so Behandlungen gezielter auswählen.



Insgesamt entwickelt sich das Urinproteom damit nicht nur zu einem Diagnostikwerkzeug, sondern auch zur Grundlage für personalisierte Therapieentscheidungen:


Eine wichtige Entwicklung in der Urinproteomik ist die Identifizierung medikamentenspezifischer Peptidsignaturen. Studien zeigen, dass Therapien wie RAAS- oder SGLT2-Hemmung messbare Veränderungen in der Urin-Proteomsignatur verursachen.


Diese Veränderungen ermöglichen es, das Therapieansprechen rechnergestützt vorherzusagen und gezielt zu simulieren, welche Behandlung den molekularen Krankheitszustand am stärksten verbessert. Der Ansatz wird aktuell insbesondere bei chronischen Nieren- und kardiovaskulären Erkrankungen untersucht und gilt als wichtiger Schritt in Richtung Präzisionsmedizin.

Referenzen:

  1. Campbell RT, Jhund PS, Castagno D, et al. ESC Heart Failure. 2020;7(4):1595–1604.
  2. Delp MD, Duan J, Mattson JP, Musch TI. Exercise and Sport Sciences Reviews. 2021;49(1):1–10.
  3. Gillies AR, Lieber RL. Muscle & Nerve. 2011;44(3):318–331.
  4. González A, Schelbert EB, Díez J, Butler J. Journal of the American College of Cardiology. 2018;71(15):1696–1706.
  5. Jaimes-Campos MA et al. Pharmaceuticals (Basel). 2023.
  6. Kuznetsova T, Mischak H, Mullen W, et al. European Heart Journal. 2012;33(18):2342–2350.
  7. Mann CJ, Perdiguero E, Kharraz Y, et al. Skeletal Muscle. 2011;1:21.
  8. Poole DC, Copp SW, Ferguson SK, Musch TI. Comprehensive Physiology. 2012;3(1):1–61.
  9. Zhang ZY, Ravassa S, Yang WY, et al. Hypertension. 2015;66(1):52–60.