Bekanntlich transportieren rote Blutkörperchen (GRs) Sauerstoff in das Gewebe und bei Ausdauersportarten wie Radfahren, Langlaufen usw. ist der Sauerstoffbedarf sehr hoch
Die jüngste Strategie basiert auf der Rolle von Erythropoetin (EPO) bei der Stimulierung des Knochenmarks zur Bildung roter Blutkörperchen (GR).
Als Dotierung werden rekombinantes humanes EPO (rHuEPO) und verwandte Substanzen (zB Darbepoietin ) verwendet
EPO hat eine relativ kurze Lebensdauer im Körper, während seine stimulierende Wirkung bis zu zwei Wochen anhalten kann
Geschichte des Erythropoetins
- 1905 stellten Carnot und Deflandre die Hypothese auf, dass ein humoraler Faktor, den sie Hämopoetin nannten, die Produktion roter Blutkörperchen regulierte
- 1936 demonstrierte und bestätigte Hjort die Existenz dieses Faktors
- 1950 Reissmann zeigte, dass die Faktorgenexpression durch den Sauerstoffdruck reguliert wurde
- 1977 gelang es Miyake, menschliches Erythropoetin zu reinigen
1985 Lin und Jacobs klonierten das Erythropoetin-Gen und entwickelten eine transfizierte Zelllinie (CHO-Zellen), die rekombinantes menschliches Erythropoetin produzieren kann
- 1989 Klonierung des EPO-Rezeptors
- 2000 Synthese von Darbepoetin
Erythropoese und Hypoxie
Die Erythropoese (Produktion neuer roter Blutkörperchen) wird durch ein sehr empfindliches Rückkopplungssystem gesteuert, bei dem ein Sensor auf Nierenebene Veränderungen der Sauerstoffversorgung wahrnimmt.
Der Mechanismus basiert auf dem Vorhandensein eines heterodimeren Transkriptionsfaktors (Hypoxia-induzierbarer Faktor, HIF-1) (HIF-1α und HIF-1β), der die Expression des Erythropoetin-Gens erhöht.
HIF-1α ist in Gegenwart von Sauerstoff instabil und wird durch Prolylhydroxylase unter Mitwirkung des von Hippel-Lindau-Proteins schnell abgebaut
Während der Hypoxie ist Propylhydroxylase inaktiv, was zur Anreicherung von HIF-1 & agr; durch Aktivierung der Expression von Erythropoetin führt, das die schnelle Expansion erythroider Vorläufer stimuliert.
Humanes Erythropoetin
Erythropoetin ist ein Protein aus 193 Aminosäuren (die ersten 27 werden jedoch während der Sekretion gespalten).
Es wird hauptsächlich von peritubulären Interstitialzellen der Niere unter der Kontrolle eines auf Chromosom 7 befindlichen Gens produziert.
Nach der Sekretion bindet Erythropoetin auf der Ebene des hämatopoetischen Gewebes (Knochenmark) an einen Rezeptor (EPO-R), der sich auf der Oberfläche von erythroiden Vorläufern befindet, und wird internalisiert
Bei Vorliegen einer Anämie oder Hypoxämie nimmt die EPO-Synthese schnell um das mehr als 100-fache zu und erhöht folglich das Überleben, die Proliferation und die Reifung der medullären Vorläuferzellen auch durch die Hemmung der Apoptose (programmierter Zelltod).
Normale Blut-EPO-Spiegel liegen bei 2-25 mU / ml, können sich jedoch als Reaktion auf Hypoxie um das 100-1000-fache erhöhen
Der Sauerstoffsensormechanismus führt zu einer Unterbrechung der EPO-Produktion, wenn die Anzahl der roten Blutkörperchen und / oder die Sauerstoffversorgung des Gewebes wieder zum Gleichgewicht zurückkehrt
Der Rückkopplungsmechanismus gewährleistet eine ausreichende Produktion von Erythrozyten, um Anämie und Gewebehypoxie zu verhindern, jedoch nicht zu hoch, um zu einer Polyzythämie mit übermäßiger Blutviskosität und daraus resultierenden kardiovaskulären Risiken zu führen.
Die Überproduktion von EPO, die zu Polyzythämie führt (sekundär zu unterscheiden von echter oder primärer Polyzythämie: myeloproliferative Störung, bei der sich unabhängig von EPO Klone von Vorläuferzellen mit GR- und Granulozyten- sowie Thrombozytenwachstum vermehren), kann von Herz- oder Atemwegserkrankungen herrühren aus der Höhe, von Blutflussstörungen am EPA-Produktionsstandort, von EPA-produzierenden Tumoren.
Bei sekundärer Polyzythämie sind die EPO-Spiegel im Allgemeinen hoch, können aber auch aufgrund eines erhöhten Umsatzes normal sein
Es ist bekannt, dass die genetischen Unterschiede zwischen Athleten ein Element sein können, das den unterschiedlichen Leistungskapazitäten zugrunde liegt
Ein Beispiel ist die Geschichte des finnischen Langläufer Eero Mäntyranta, der bei den Olympischen Spielen 1964 in Innsbruck die doppelte Goldmedaille gewann
Er wurde mit einer Epo-Genmutation (auf Rezeptorebene exprimiert) geboren, die seine O2-Transportkapazität mit roten Blutkörperchen um 25-50% erhöhte.
Dieser paraphysiologische Zustand konnte durch Genmanipulation reproduziert werden
Die Anzahl der Rezeptoren für EPO variiert in den verschiedenen Zellen der Erythrozytenlinie. Das Maximum tritt in CFU-E auf, die Anzahl nimmt mit fortschreitender Differenzierung und Reifung der Erythrozytenzellen ab. Reife Erythrozyten haben keine EPO-Rezeptoren
EPO-Rezeptoren wurden auch an Myozyten, Endothelzellen, ZNS, Eierstöcken und Hoden identifiziert
Es wird daher angenommen, dass EPO eine physiologische Rolle bei der Entwicklung von Herz und Gehirn spielt
EPO schützt Herz- und Nervengewebe vor Entzündungen und ischämischen Schäden: sowohl durch direkte Stimulierung von Nerven- und Herzzellen als auch indirekt durch Mobilisierung von endothelialen Vorläuferzellen, wodurch die Neovaskularisierung gefördert wird
Exogene Erythropoietine
Humanes rekombinantes Erythropoetin (Epoetin, rHuEPO)
Es zeigt nur geringe Unterschiede (auf der Ebene der Kohlenhydratketten) gegenüber dem physiologischen EPO, die sich jedoch auf das chemische und physikalische Verhalten des Moleküls auswirken, beispielsweise gibt es Unterschiede in der elektrischen Ladung
Zu ergogenen Zwecken wird rHuEPO mit Injektionen alle 2-3 Tage über einen Zeitraum von 3-4 Wochen in Kombination mit Eisenpräparaten angewendet. Tatsächlich wird es unter Bedingungen der Stimulation durch Erythropoetin notwendig, Hämoglobin bei Sportlern mit einer viel höheren Geschwindigkeit als normalerweise zu synthetisieren, und dies erfordert eine ausreichende Zufuhr von Eisen, um die erythropoetische Effizienz aufrechtzuerhalten. Halbwertszeit 8, 5 Stunden
Sobald die Erhaltungsphase erreicht ist, kann die Einnahme bei niedrigeren Dosen erfolgen, die bei Dopingkontrollen schwieriger zu identifizieren sind
Darbepoetin
Stabiler als EPO, mit einer längeren Halbwertszeit (25, 3 Stunden) und größerer Wirksamkeit; es ist aufgrund struktureller Merkmale, die sich vom körpereigenen menschlichen Produkt unterscheiden, und der geringeren Clearance leichter zu identifizieren
Therapeutische Anwendungen von Erythropoetin (Epoetin; Eprex®, Globuren®, Neorecormon®; Darbepoetin: Aranesp®, Nespo®)
- Anämie bei chronischer Niereninsuffizienz
- Zidovudin-Anämie (Anti-HIV)
- "Refraktäre" Anämie
- Post-Krebs-Anämie nach Chemotherapie
- Pathologische Mängel des EPA
- Myeloma
- Myelodysplastische Syndrome
Forschung zu Erythropoetin in rascher und kontinuierlicher Entwicklung:
Produkte, die die Tätigkeit des EPA nachahmen
Kleine Peptide oder Nicht-Peptid-Verbindungen, die an EPO-Rezeptoren binden und diese aktivieren können (Science 1996; 273: 458. Proc Natl Acad Sci USA 1999; 96: 12156)
Kürzlich wurde zum Beispiel in In-vitro-Experimenten gezeigt, dass die Seidenraupenhämolymphe die Apoptose von EPO-produzierenden Zellen hemmt, indem sie die Produktion von EPO um das Fünffache erhöht (Biotechnol Bioeng 2005; 91: 793).
Die Probleme der EPA-Tests
Indirekte Maßnahmen für das EPA
Messung der Dichte roter Blutkörperchen (Hämatokrit in Prozent), Hämoglobinspiegel, Retikulozytenzahl
Bei zyklischen Hämatokritmessungen führen mehr als 50% zu einer Suspension. Werte über 50% werden vom IOC vermutet
Der Internationale Skiverband hat eine Hämoglobingrenze von 18, 5 g / dl bei Männern und 16, 5 g / dl bei Frauen festgelegt, wenn der Athlet vor einem Rennen nicht teilnehmen kann, um seine Gesundheit zu erhalten
Es ist zu beachten, dass die Hämatokrit- und Hämoglobinwerte von Sportler zu Sportler und in Reaktion auf die gleiche Übung variieren können. Ideal ist es, das hämatologische Profil eines jeden Athleten über die Zeit zu bestimmen:
Die Erhebungen zur Ermittlung der Verwendung von EPA haben sich auf verschiedene Sportarten und offensichtlich auch auf die Olympischen Spiele ausgeweitet
Marco Pantani wurde für einen Hämatokritwert von 52% vom Giro d'Italia disqualifiziert
Der kenianische Mitteldistanzläufer Bernard Lagat (zweitbeste Zeit aller Zeiten auf 1500 m) war im Jahr 2003 positiv eingestellt (Suche nach rHuEPO im Urin), vor der Leichtathletik-Weltmeisterschaft in Paris (an der er nicht teilnehmen konnte) Die anschließende Gegenanalyse klärte ihn jedoch auf. Dieser Fall hat gezeigt, dass nach zuverlässigeren Tests gesucht werden muss.
Kürzlich wurde ein neues direktes isoelektrisches Verfahren entwickelt (mit guten Ergebnissen), um exogenes EPO von Endogen in Urinproben zu unterscheiden, das im französischen Labor von Chatenay-Malabry entwickelt wurde (Nature 2000; 405: 635; Anal Biochem 2002; 311: 119; Clin Chem 2003; 49: 901). Es war möglich, exogenes EPO auch nach 3 Tagen Einnahme nachzuweisen
Nebenwirkungen von exogenem Erythropoetin
Arterielle Hypertonie (Inzidenz 1-30%). Der Mechanismus ist nicht ganz klar, EPO hat eine gefäßverengende Wirkung und eine chronische Exposition verursacht auch eine Resistenz gegen die gefäßerweiternde Wirkung von Stickstoffmonoxid. Schließlich fördert EPO das Wachstum glatter Muskelzellen in Gefäßen mit vaskulärem Umbau und Hypertrophie, die zur Aufrechterhaltung der Hypertonie beitragen können [Am J Kidney Dis 1999; 33: 821-8])
Knochenschmerzen (nicht schwer, vorübergehend, hohe Inzidenz = 40%)
Krämpfe (zur raschen Erhöhung der Blutviskosität und zum Verlust der hypoxischen Vasodilatation mit anschließender Erhöhung des Gefäßwiderstandes)
Kopfschmerzen
Thromboembolische Phänomene (EP, IMA, Schlaganfall), alle im Zusammenhang mit Bluthyperviskosität
Nachbehandlungsanämie wegen verminderter endogener EPO-Produktion
Reine Aplasie der roten Reihe (Anti-EPO-Antikörperbildung?)
Myeloproliferative Störungen (Tierversuche, Langzeitbehandlungen?)
Erythropoetin Schaden als Doping
Die oben aufgeführten Daten zu Nebenwirkungen von Erythropoetin stammen fast ausschließlich aus therapeutischen Behandlungen bei Patienten mit Grunderkrankungen
Es gibt keine Studien zur Schädigung von Erythropoetin, das bei gesunden Sportlern als Dopingmittel angewendet wird
Eine Studie an Athleten, denen 6 Wochen lang EPO verabreicht wurde, zeigte einen signifikanten Anstieg des systolischen Drucks als Reaktion auf submaximale Belastung
Die Zahl der Todesfälle zwischen belgischen und niederländischen Radfahrern zwischen 1987 und 1990 hing mit der Verwendung von EPO zusammen ( Gambrell und Lombardo. Drogen und Doping: Blutdoping und rekombinantes menschliches Erythropoetin. In: Mellion, MB (Hrsg.) : Sportmedizinische Geheimnisse (Philadelphia: Hanley & Belfus, 1994, S. 130-3)
Es ist nicht falsch zu glauben, dass die bei Patienten aufgedeckten Nebenwirkungen auch bei gesunden Sportlern auftreten können, selbst wenn sie seltener auftreten.
