Uitgeademd StikstofmonOxide (eNO) Wat is eNO?
Stikstof monoxide (NO) is een klein gasvormig radicaal-molecule dat fysiologisch in erg lage hoeveelheden voorkomt en zorgt voor ontspanning van de spieren in bloedvaten en luchtwegen (vasodilatie en bronchodilatatie). In de gasfase is NO stabiel bij lage concentraties en in 1991 beschreven Gustafsson et al. de meting van endogeen NO in uitgeademde lucht. Uitgeademd NO wordt in de literatuur vermeld als eNO (exhaled NO).
NO activeert guanylaat cyclase in het cytosol waardoor guanosine trifosfaat omgezet wordt tot cyclisch guanosine monofosfaat, belangrijk voor de energiehuishouding van de cel. NO wordt aangemaakt als nevenproduct bij de omzetting van L-arginine naar L-citrulline door NO synthase (NOS). Dit enzym komt in verschillende celtypes voor en zijn induceerbare isovorm (NOS2 of iNOS) stijgt significant door cellulaire stress zoals inflammatie. De NO activiteit wordt gecontroleerd door antioxidant molecules zoals haemoglobine en glutathion.
Wat vertelt eNO over de gezondheid?
Uitgeademde NO kan beschouwd worden als een maat voor ontsteking van de luchtwegen. eNO is verhoogd bij individuen met astma t.o.v. gezonde mensen. Verhoogde eNO-niveaus reflecteren vrij goed zones van eosinofiel-gemedieerde inflammatie in de centrale en/of perifere luchtwegen. Bij atopische individuen met hoge eNO is een corticosteroïdentherapie toegediend door inhalatie of via orale inname vaak efficiënt. Bij astmapatiënten verhogen pro-inflammatoire cytokines de expressie van iNOS in het bronchiaal en alveolair epitheel (epitheel, endotheel en inflammatoire cellen). Voornamelijk patiënten met allergisch astma (hebben hogere IgE) vertonen verhoogde eNO gehaltes. Bij patiënten met niet-allergisch astma worden normale NO waarden vastgesteld. eNO wordt niet beschouwd als een maat voor atopie, maar eerder als een gevolg van inflammatie veroorzaakt door blootstelling aan allergenen. eNO kan dus beschouwd worden een waarschuwingssignaal voor de toekomstige ontwikkeling van astma. De fractie eNO wordt beschouwd als een potentiële biomerker voor diagnose, follow-up en controle van de werking van de therapie bij volwassenen en kinderen met astma. Corticosteroïdentherapie vermindert de iNOS concentratie en bijgevolg ook de eNO-waarde.
Astma wordt gedefinieerd als een chronische ontsteking van de luchtwegslijmvliezen, die in de meeste gevallen geïnitieerd wordt door een immunoglobuline-(Ig)E-gestuurde sensibilisering aan luchtwegallergenen (vb. pollen, stof, vervuilende stoffen). Ook fysiologische stimuli (vochtigheid, warmte, inspanning) kunnen astma uitlokken.
Wat zijn de referentiewaarden voor eNO?
In onderstaande tabel worden de referentiewaarden voor volwassenen en kinderen weergegeven in deeltjes per miljard deeltjes (ppb = parts per billion). Naarmate het eNO-gehalte stijgt, vergroot ook de kans op allergische luchtwegontsteking. Volwassenen
Kinderen
Risico op allergische luchtwegontsteking
<5
<5
laag
5-25
5-20
normaal
25-50
20-35
intermediair
>50*
>35*
hoog
* of 60% meer dan bij de vorige meting (Uit Taylor et al., Thorax 2006; 61: 817-27)
Naast astma en blootstelling aan allergenen, kan het eNO-gehalte door verschillende andere variabelen beïnvloed worden. Zowel ras, lengte als leeftijd hebben een effect op de variatie in eNO-waarden. Bij astmapatiënten is vastgesteld dat roken het eNO-gehalte doet dalen. Een nitraatrijk dieet kan het gehalte eNO verhogen, terwijl inspanning kan zorgen voor een daling in de eNO-waarde. Vaak worden hogere eNO-waarden gemeten bij mannen in vergelijking met vrouwen. Ook andere luchtweginfecties zoals virale infectie, allergische rhinitis, pulmonaire sarcoïdose, fibrose, of alveolitis doen eNO-waarden stijgen. Van pneumonie, primaire cilliaire dyskinesie en mucoviscidose wordt vermoed dat ze het eNO-niveau doen dalen. Ook bij patiënten met chronisch obstructieve longziekte (COPD) worden verhoogde eNO-waarden vastgesteld, maar de rol die eNO hier speelt is minder duidelijk dan bij astma.
Hoe wordt eNO gemeten?
Om de NO-waarden in uitgeademde lucht te meten, werd in deze studie gebruik gemaakt van het NIOX MINO® toestel van de firma Aerocrine AB. Het is een draagbaar toestel waarin gedurende 6-10 sec dient geademd te worden met een flow-rate van 50 l/s. Na elektrochemische analyse wordt de NO-concentratie weergegeven op de digitale monitor.
Referenties Alving K, Weitzberg E, and Lundberg JM (1993). “Increased amount of nitric oxide in exhaled air of asthmatics.” Eur Respir J 6, 1368– 1370. Belvisi MG, Ward JK, Mitchell JA, et al. (1995). “Nitric oxide as a neurotransmitter in human airways.” Arch Int Pharmacodyn Ther 329, 97–110. Gustafsson LE, Leone AM, Persson MG, et al. (1991). “Endogenous nitric oxide is present in the exhaled air of rabbits, guinea pigs and humans.” Biochem Biophys Res Commun 181, 852–857. Ialenti A, Ianaro A, Moncada S, et al. (1992). “Modulation of acute inflammation by endogenous nitric oxide.” Eur J Pharmacol 211, 177– 182. Koarai A, Ichinose M, Sugiura H, Tomaki M, Watanabe M, Yamagata S, Komaki Y, Shirato K, and Hattori T (2002). “iNOS depletion completely diminishes reactive nitrogen-species formation after an allergic response.” Eur Respir J 20 (3), 609-616. Mattes J, Storm van’s Gravesande KS, Reining U, et al. (1999). “NO in exhaled air is correlated with markers of eosinophilic airway inflammation in corticosteroid-dependent childhood asthma.” Eur Respir J 13, 1391–1395. Taylor DR, Pijnenburg MW, Smith AD, and De Jongste JC (2006). “Exhaled nitric oxide measurements: clinical application and interpretation.” Thorax 61 (9), 817–27.
Allergietest met Rhinostick
Wat meet de allergietest met de Rhinostick? Allergische ontstekingsreacties in de neus kunnen gemeten worden met de Rhinostick. In de huidige studie bevatte de stick 5 disks met allergenen (huisstofmijt (Dermatophagoides), graspollen, een mix van boompollen, schimmelsporen (Alternaria) en huidcellen (epitheel) van kat). Door de stick gedurende 15 min in de neus te houden, maakt het neusslijmvlies contact met de allergenen op de stick. Als gevolg hiervan maakt een allergisch individu antilichamen (IgE) aan tegen de specifieke allergenen. Deze antilichamen kunnen dan gedetecteerd worden. De allergenen op de stick kunnen enkel lokaal in de neus een reactie uitlokken en kunnen niet in de bloedbaan (systemisch) terecht komen. Het individu loopt bijgevolg geen risico op een allergische aanval. De Rhinostick allergietest is een alternatieve test voor de skin prick test voor het testen van luchtwegallergenen.
Wat zijn de referentiewaarden voor antilichamen gemeten met de Rhinostick test? Bij een waarde van 0.08 kU/l of hoger, wordt de test voor een allergene respons als positief beschouwd.
Hoe wordt de Rhinostick gebruikt? De stick moet gedurende 15 min in de neus gehouden worden. De analyses voor IgE gebeuren door middel van ELISA (Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay). Bij binding van IgE aan antilichamen wordt een kleur gedetecteerd. Hoe meer van deze stoffen aanwezig is, des te sterker de kleuring.
Referenties Marcucci F, Passalacqua G, Canonica GW, Frati F, Salvatori S, Di CG, et al. (2004). ”Measurement of nasal IgE in an epidemiological study: assessment of its diagnostic value in respiratory allergy.” Eur Ann Allergy Clin Immunol 36, 225-231. Marcucci F, Passalacqua G, Canonica GW, Frati F, Salvatori S, Di CG, et al. (2007) “Lower airway inflammation before and after house dust mite nasal challenge: an age and allergen exposure-related phenomenon.” Respir Med 101, 1600-1608. Marcucci F, Sensi LG, Abate P, Allocca G, Ugolini E, Di CG, et al. (2011) ”Anti-inflammatory activity and clinical efficacy of a 3-month levocetirizine therapy in mite-allergic children.” Inflamm Allergy Drug Targets 10, 32-38.
Rhinostick test
Wat meet de Rhinostick test? De Rhinostick kan gebruikt worden om ontsteking of inflammatie van het neusslijmvlies te meten. Deze plastic stick gebruikt in de huidige studie bevatte een disk met antilichamen voor interleukine (IL)-8 en twee sponsjes om neusslijmvlies op te vangen zodat eosinofiel cationisch proteïne (ECP) en tryptase gemeten konden worden. ECP is een eiwit op het oppervlak van witte bloedcellen die specifiek voorkomen bij een ontstekingsreactie (eosinofielen). Tryptase wordt uitgescheiden door actieve mastcellen, de voornaamste cellen tijdens een allergische ontstekingsreactie. IL-8 is een signaalmolecule betrokken bij oxidatieve stressreacties in de cel.
Wat vertelt de inflammatoire Rhinostick test over de gezondheid? Wanneer een allergische reactie optreedt, worden de mastcellen als eerste geactiveerd. Daarna komen signaalmoleculen en andere mediatoren vrij, waardoor meer ontstekingscellen verschijnen, waaronder voornamelijk de eosinofielen. ECP, tryptase en IL-8 zijn deze zogenaamde mediatoren. Verhoogde ECP- en tryptase-waarden zijn vastgesteld bij patiënten met allergisch astma. Als de astmasymptomen verergeren, stijgt ook de ECP-waarde. ECP is ook verhoogd bij virusinfecties.
Wat zijn de referentiewaarden voor de Rhinostick test? De drempelwaarde voor inflammatie is 20 ng/ml voor ECP en 5 ng/ml voor tryptase. Voor IL-8 is er geen drempel, stijgende gehaltes worden beschouwd als een indicatie voor een verhoogd risico op ontsteking.
Hoe wordt de Rhinostick gebruikt? De stick moet gedurende 15 min in de neus gehouden worden. De analyses voor ECP, tryptase en IL-8 gebeuren door middel van ELISA (Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay). Bij binding van ECP, tryptase of IL-8 aan antilichamen wordt een kleur gedetecteerd. Hoe meer van deze stoffen aanwezig is, des te sterker de kleuring.
Referenties Marcucci F, Passalacqua G, Canonica GW, Frati F, Salvatori S, Di CG, et al. (2004). ”Measurement of nasal IgE in an epidemiological study: assessment of its diagnostic value in respiratory allergy.” Eur Ann Allergy Clin Immunol 36, 225-231. Marcucci F, Passalacqua G, Canonica GW, Frati F, Salvatori S, Di CG, et al. (2007) “Lower airway inflammation before and after house dust mite nasal challenge: an age and allergen exposure-related phenomenon.” Respir Med 101, 1600-1608. Marcucci F, Sensi LG, Abate P, Allocca G, Ugolini E, Di CG, et al. (2011) ”Anti-inflammatory activity and clinical efficacy of a 3-month levocetirizine therapy in mite-allergic children.” Inflamm Allergy Drug Targets 10, 32-38.
Zuurtegraad (pH) van uitgeademde lucht condensaat
Wat is de zuurtegraad van uitgeademde lucht condensaat? Vocht dat we uitademen heeft een bepaalde zuurtegraad of pH. De zuurtegraad is een maat voor de zuur-base balans in de longen die nauw gecontroleerd wordt door verschillende buffersystemen.
Wat vertelt de pH in uitgeademde lucht condensaat over de gezondheid? Verzuring van het EBC (verlaging van de pH) werd vastgesteld bij verschillende luchtwegaandoeningen, vb. astma, COPD, mucoviscidose en bronchiolitis obliterans syndroom.
Uitgeademde lucht bestaat uit 2 fasen, een gasfase en vloeibare fase of condensaat (exhaled breath condensate, EBC). EBC wordt verzameld door uitgeademde lucht af te koelen of te bevriezen. Het grote voordeel van metingen in EBC is het feit dat staalname gebeurt via een heel eenvoudige procedure: regelmatig ademen in een draagbaar apparaat. EBC is een zeer verdunde vloeistof die voor 99% uit water bestaat. De stoffen die in dit vocht kunnen gedetecteerd worden zijn vooral afkomstig van de slijmlaag die de oppervlakte van de luchtwegen bedekt.
Roken zorgt ook voor een daling van de pH in het EBC in vergelijking met niet roken. Fysieke inspanning daarentegen verhoogt de pH van het condensaat. Wat de gevolgen zijn van deze verandering is nog niet geweten.
Wat zijn de referentiewaarden voor pH? Momenteel worden metingen in EBC vooral gebruikt voor wetenschappelijk onderzoek en niet in de kliniek. Dit is te wijten aan de relatief grote variatie in de procedure om EBC te verzamelen en detecteren. Bijgevolg zijn er ook nog geen referentiewaarden opgesteld voor biomerkers in EBC zoals pH.
Referenties Kostikas K, Papatheodorou G, Ganas K, Psathakis K, Panagou P, and Loukides S (2002). “pH in expired breath condensate of patients with inflammatory airway diseases.” American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine 165, 1364-1370. Martins PC, Valente J, Papoila AL, Caires I, Araujo-Martins J, Mata P, et al. (2012). « Airways changes related to air pollution exposure in wheezing children.” European Respiratory Journal 39, 246-253.
8-isoprostaan in uitgeademde lucht condensaat Wat is 8-isoprostaan? Isoprostanen worden gevormd door oxidatieve degradatie van het vetzuur arachidonzuur (aanwezig in celmembranen) door vrije radicalen. 8-isoprostaan is de meest gekende molecule van de F2-isoprostaan klasse (gelijkaardig aan prostaglandine F2) en kan in alle weefsels en biologische vloeistoffen gedetecteerd worden. Isoprostanen spelen een rol als signaalstoffen in verscheidende fysiologische processen in de luchtwegen zoals contractie van de gladde spieren in de luchtpijp.
Wat vertelt 8-isoprostaan over de gezondheid? Isoprostanen worden beschouwd als een betrouwbare maat voor oxidatieve stress in levende organismen. Samen met leukotriënen, prostaglandines en thromboxaan A2, zijn isoprostanen betrokken bij inflammatoire aandoeningen van de luchtwegen zoals astma en chronisch obstructieve longziekte (COPD). De concentratie van 8-isoprostaan in het condensaat van uitgeademde lucht (exhaled breath condensate, EBC) is verhoogd bij volwassenen met astma en reflecteert de ernst van de ziekte en de mate van de luchtweginflammatie. Ook bij kinderen met astma worden verhoogde 8-isoprostaan concentraties in EBC waargenomen. De concentratie blijft onveranderd door toediening van glucocorticoïden therapie. In EBC van patiënten met COPD kunnen hogere 8-isoprostaan concentraties gedetecteerd worden dan bij gezonde individuen. Bij deze patiënten worden 8-isoprostaan-gehaltes niet beïnvloed door roken, terwijl roken wel voor een stijging van 8-isoprostaan zorgt bij gezonde individuen. Ook bij andere longaandoeningen zoals mucoviscidose kan het 8-isoprostaan-gehalte verhoogd zijn. Naast aandoeningen van de luchtwegen, worden 8-isoprostaan-metingen in verschillende biologische matrices in verband gebracht met verscheidene ziektes waarin oxidatieve stress een rol speelt, zoals cardiovasculaire, neurologische, nier- en leveraandoeningen.
Wat zijn de referentiewaarden voor 8-isoprostaan? Momenteel worden metingen in EBC vooral gebruikt in het wetenschappelijk onderzoek en niet in de kliniek. Er zijn nog geen referentiewaarden opgesteld voor 8-isoprostaan in EBC. In de huidige studie werden de waarden gerelateerd met de gehaltes aan luchtwegpolluenten aanwezig in de leefomgeving van de kinderen.
Hoe wordt 8-isoprostaan gemeten? Het 8-isoprostaan-gehalte in EBC werd gemeten door middel van ELISA (Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay). Bij binding van 8-isoprostaan aan antilichamen wordt een kleur gedetecteerd. Hoe meer 8-isoprostaan aanwezig is, des sterker de kleuring.
Referenties Montuschi P, Barnes PJ, and Roberts LJ (2004). “Isoprostanes: markers and mediators of oxidative stress.” The FASEB Journal 18 (15), 1791-1800.
Cytokines in uitgeademde lucht condensaat
Welke cytokines zijn gemeten in uitgeademde lucht condensaat? Een cytokine is een eiwit dat uitgescheiden wordt door cellen die betrokken zijn bij o.a. inflammatieprocessen (ontstekingsreactie). Deze signaalmoleculen binden aan specifieke receptoren op het celoppervlak en veroorzaken zo een signaalcascade in de cel waardoor celprocessen worden bijgestuurd. De cytokines die in dit project zijn gemeten, zijn IL-1β, IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-8, IL-10, IL-12p70 en TNF-α. Deze cytokines kunnen worden opgedeeld in verschillende groepen naargelang hun biologische functie. Biologische functie Pro-inflammatoire cytokines: stimulatie ontstekingsreactie Anti-inflammatoire cytokines: inhibitie ontstekingsreactie Th cytokines: stimulatie ontwikkeling en activiteit Th-lymfocyten
Cytokine IL-1β, IL-6, IL-8, TNF-α IL-10 IL-2, IL-12p70, IFN-γ, IL-4, IL-5, IL-13, IL-17A
T-helper (Th) cellen assisteren andere witte bloedcellen bij immunologische processen. Deze lymfocyten worden geactiveerd door antigen-presenterende cellen. Dit zorgt ervoor dat de T-helper cellen zich vermenigvuldigen en cytokines produceren om de immuunrespons te beïnvloeden. De T-helper cellen kunnen zich ontwikkelen tot verschillende subtypes: type 1 (TH1), TH2, TH3, TH17 of folliculaire B-cel (TFH). Elk van deze subtypes produceert een verschillende set van cytokines om een welbepaald type immuunrespons te beïnvloeden. De antigen-presenterende cel bepaalt het subtype waarin de T-helper cel zich ontwikkelt.
Wat vertellen cytokines in uitgeademde lucht condensaat over de gezondheid? Een wijziging van de concentratie van cytokines in de EBC kan wijzen op de ontwikkeling van ontstekingsprocessen in de luchtwegen. Inflammatie bij astma wordt veroorzaakt door activatie van mastcellen en vooral door antigen-specifieke TH2 cellen, die specifieke Th2 cytokines produceren zoals IL-4, IL-5 en IL-13. IL-4 speelt een cruciale rol bij de vroege sensibiliseringsfase van astma, terwijl IL-13 eerder van belang is voor het uitlokken van fysiologische veranderingen in de luchtwegen na een volgend contact met allergenen. IL-5 is belangrijk voor de ontwikkeling en activatie van witte bloedcellen (eosinofielen) die naar de plaats van inflammatie komen.
Wat zijn de referentiewaarden voor deze cytokines? Momenteel worden metingen in EBC vooral gebruikt in het wetenschappelijk onderzoek en niet in de kliniek. Ook zijn de concentraties van cytokines in EBC laag, waardoor de metingen soms onder de detectielimiet van de analysemethodes liggen. Bijgevolg zijn er nog geen referentiewaarden opgesteld voor cytokines in EBC.
Referenties Agrawal,D.K. and Shao,Z. (2010). “Pathogenesis of allergic airway inflammation.” Curr Allergy Asthma Rep 10, 39-48.
8-oxo-2’-deoxyguanosine (8oxodG) in urine
Wat is 8-oxo-2’-deoxyguanosine? 8-oxodG in urine is een oxidatieve stress merker. De molecule is afkomstig in urine als product van DNA herstel, zowel van geoxideerd guanine in de DNA strengen aanwezig en/of het herstel van 8-oxodGTP in de nucleotidepool van de cel. 8-oxo-2’-deoxyguanosine is een van de voornaamste producten van DNA-oxidatie. 8-oxodG wordt uitgescheiden in de urine.
Wat vertelt 8-oxo-2’-deoxyguanosine over de gezondheid? De hoeveelheid 8-oxodG is een maat voor de hoeveelheid oxidatieve stress. De hoeveelheid 8-oxodG in de cel neemt toe met de leeftijd en bij bepaalde ziektebeelden zoals allergie, kanker en neurodegeneratieve aandoeningen. Andere factoren die de hoeveelheid 8-oxodG in urine beïnvloeden, zijn voeding, roken en fysieke inspanning. Vaak hebben jongere kinderen een hoger gehalte geoxideerd DNA in de urine, wat mogelijk te verklaren is door hun meer intensieve ademhaling. Ook blootstelling aan fijn stof en andere polluenten in de lucht zijn mogelijke oorzaken van verhoogde 8-oxodG-waarden.
Wat zijn de referentiewaarden voor 8-oxo-2’-deoxyguanosine? In Vlaamse studies zijn referentiewaarden vastgesteld voor adolescenten (14-15 jaar, in de Vlaamse humane biomonitoringcampagne FLEHS II) op 14.9 µg/g CRT. In 118 driejarigen bij de opvolgstudie astma/allergie van FLESH I werd 23 µg/g CRT gemeten.
Hoe wordt 8-oxo-2’-deoxyguanosine gemeten? Het 8oxodG-gehalte in urine werd gemeten door middel van ELISA (Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay). Bij binding van 8-oxodG aan antilichamen wordt een kleur gedetecteerd. Hoe meer 8-oxodG aanwezig is, des sterker de kleuring.
Referenties de Souza-Pinto NC, Eide L, Hogue BA, Thybo T, Stevnsner T, Seeberg E, Klungland A, and Bohr VA (2001). "Repair of 8oxodeoxyguanosine lesions in mitochondrial DNA depends on the oxoguanine DNA glycosylase (OGG1) gene and 8-oxoguanine accumulates in the mitochondrial DNA of OGG1-defective mice". Cancer Research 61 (14), 5378–5381.
