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Wirkungen von Heilpflanzen, Gewürzen, Tees und Lebensmitteln werden in der Naturheilkunde seit der Antike genutzt. Pharmakologisch wirksam sind in der Regel nur die sekundären Pflanzeninhaltsstoffe. Diese in den oft aus vielen Bestandteilen zusammengesetzten Naturstoffen aufzuspüren und ihren molekularbiologischen Wirkungsmechanismus im Körper aufzuklären, ist das Ziel eines Forschungsnetzwerks am Frankfurter ZAFES (Zentrum für Arzneimittelforschung, -Entwicklung und -Sicherheit). So konnten Pharmazeuten und Kliniker gemeinsam herausfinden, wie ein Bestandteil des Rotweins, das Resveratrol, vor Darmkrebs schützt. Die Inhaltsstoffe von Salbei und Rosmarin bieten vielversprechende Ausgangspunkte für neue Medikamente gegen Altersdiabetes. Weihrauch, Myrte und Johanniskraut enthalten Wirkstoffe, die Schlüsselenzyme für Entzündungsreaktionen – etwa bei rheumatischen Beschwerden – hemmen.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) ist eine spezielle Form der Wärmestrahlung. wIRA entspricht dem Großteil der in gemäßigten Klimazonen die Erdoberfläche wasserdampfgefiltert erreichenden Sonnenwärmestrahlung. wIRA vermag sowohl bei akuten Wunden als auch bei chronischen Wunden einschließlich infizierter Wunden Schmerzen deutlich zu mindern und eine erhöhte Wundsekretion und Entzündung herabzusetzen sowie positive immunmodulierende Effekte zu zeigen. wIRA kann die Wundheilung beschleunigen oder bei stagnierender Wundheilung verbessern oder sogar ermöglichen. Temperatur, Sauerstoffpartialdruck und Durchblutung im Gewebe als drei energetisch für Wundheilung wichtige Faktoren steigen. Selbst der normale Wundheilungsprozess kann durch wIRA verbessert werden. Die genannten Wirkungen sind durch sechs prospektive Studien belegt. Drei Studien wurden bei akuten Wunden durchgeführt: randomisierte, kontrollierte, doppeltblinde Studien der chirurgischen Universitätsklinik Heidelberg bei frischen abdominalen Operationswunden mit 111 Patienten und der Kinderchirurgie Kassel bei 45 schwerbrandverletzten Kindern sowie der Dermatologie der Charité Berlin bei 12 Probanden mit experimentellen Wunden. Drei Studien betreffen chronische venöse Unterschenkel-Ulzera: randomisierte, kontrollierte Studie in Basel mit 40 Patienten sowie prospektive Studie der Universität Tromsø/Norwegen und des Krankenhauses in Hillerød/Dänemark mit 10 Patienten mit u.a. aufwändiger Verlaufskontrolle mit Thermographie und derzeit durchgeführte randomisierte, kontrollierte, verblindete Studie der Universitätshautklinik Freiburg mit einem geplanten Umfang von ca. 50 Patienten.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) als spezielle Form der Wärmestrahlung mit hohem Penetrationsvermögen in das Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung vermag über thermische und nicht-thermische Effekte wesentliche, auch energetisch bedeutsame Faktoren der Wundheilung - messtechnisch belegt - zu verbessern.
wIRA kann sowohl bei akuten Wunden (prospektive, randomisierte, kontrollierte, doppeltblinde Studien der chirurgischen Universitätsklinik Heidelberg bei frischen abdominellen Op-Wunden, n=94, und der Kinderchirurgie Kassel bei schwerbrandverletzten Kindern, n=45) als auch bei chronischen Wunden und Problemwunden (prospektive, randomisierte, kontrollierte Studie in Basel, n=40, sowie prospektive Studie der Universität Tromsø/Norwegen in Hillerød/Dänemark mit u. a. auch aufwendiger thermographischer Verlaufskontrolle, n=10, in beiden Studien chronische venöse Unterschenkel-Ulzera) einschließlich infizierter Wunden Schmerzen deutlich mindern und die Wundheilung beschleunigen oder bei stagnierender Wundheilung verbessern sowie eine erhöhte Wundsekretion und Entzündung mindern. Insbesondere ist auch ohne Wundheilungsstörung eine positive Beeinflussung der Wundheilung möglich. Bei chronischen Wunden werden vollständige Abheilungen erreicht, die zuvor nicht erreicht wurden.
wIRA ist ein kontaktfreies, verbrauchsmaterialfreies, leicht anzuwendendes, als angenehm empfundenes Verfahren mit guter Tiefenwirkung, das der Sonnenwärmestrahlung auf der Erdoberfläche in gemäßigten Klimazonen nachempfunden ist. Die Bestrahlung der unbedeckten Wunde erfolgt typischerweise aus ca. 25 cm Abstand mit einem wIRA-Strahler.
Wundheilung und Infektionsabwehr (z.B. Granulozytenfunktion einschließlich antibakterieller Sauerstoffradikalbildung der Granulozyten) hängen ganz entscheidend von einer ausreichenden Energieversorgung (und von ausreichend Sauerstoff) ab.
Die klinisch gute Wirkung von wIRA auf Wunden und auch auf Problemwunden und Wundinfektionen lässt sich u. a. über die Verbesserung sowohl der Energiebereitstellung pro Zeit (Steigerung der Stoffwechselleistung) als auch der Sauerstoffversorgung (z.B. für die Granulozytenfunktion) erklären. wIRA bewirkt als thermischen Effekt eine Verbesserung aller drei entscheidender Faktoren Sauerstoffpartialdruck im Gewebe, Gewebetemperatur und Gewebedurchblutung. Daneben wurden auch nicht-thermische Effekte von Infrarot A im Sinne einer Reizsetzung auf Zellen und zelluläre Strukturen mit Reaktionen der Zellen beschrieben.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) bezeichnet eine spezielle Form der Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) im Bereich von 780 bis 1.400 nm, die aufgrund ihrer sehr guten Verträglichkeit in der Medizin zur Prävention und Therapie verwendet wird. wIRA steigert Temperatur, Sauerstoffpartialdruck und Durchblutung im Gewebe. Wesentliche klinische Wirkungen von wIRA sind – indikationsübergreifend – eine ausgeprägte Minderung von Schmerzen, Entzündung und vermehrter Flüssigkeitsabgabe sowie eine Verbesserung der Infektabwehr und der Regeneration.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) ist eine spezielle Form der Wärmestrahlung mit hohem Penetrationsvermögen ins Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung. wIRA entspricht dem Großteil der Sonnenwärmestrahlung, die in gemäßigten Klimazonen die Erdoberfläche wasserdampfgefiltert erreicht. wIRA steigert die drei energetisch für die Wundheilung wichtigen Faktoren Temperatur, Sauerstoffpartialdruck und Durchblutung im Gewebe. wIRA mindert Schmerzen, Entzündung und Wundsekretion. Entsprechend kann wIRA sehr gut zur Verbesserung der Wundheilung bei akuten und chronischen Wunden eingesetzt werden.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) als spezielle Form der Wärmestrahlung mit hohem Eindringvermögen in das Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung kann die Heilung akuter und chronischer Wunden sowohl über thermische und temperaturabhängige als auch über nicht-thermische und temperaturunabhängige Effekte verbessern. wIRA steigert Temperatur (+2,7°C in 2 cm Gewebetiefe) und Sauerstoffpartialdruck im Gewebe (+32% in 2 cm Gewebetiefe) sowie die Gewebedurchblutung. Diese drei Faktoren sind entscheidend für eine ausreichende Versorgung des Gewebes mit Energie und Sauerstoff und deshalb auch für Wundheilung und Infektionsabwehr.
wIRA vermag Schmerzen deutlich zu mindern (ausnahmslos bei 230 Bestrahlungen) mit bemerkenswert niedrigerem Analgetikabedarf (52–69% niedriger in den Gruppen mit wIRA verglichen mit den Kontrollgruppen) und eine erhöhte Wundsekretion und Entzündung herabzusetzen sowie positive immunmodulierende Effekte zu zeigen. Die Gesamtbeurteilung des Effekts der Bestrahlung wie auch die Wundheilung und das kosmetische Ergebnis (erhoben mittels visueller Analogskalen) waren in der Gruppe mit wIRA wesentlich besser verglichen mit der Kontrollgruppe. wIRA kann sowohl bei akuten als auch bei chronischen Wunden einschließlich infizierter Wunden die Wundheilung beschleunigen (Abnahme der Wundfläche im Median um 90% bei schwerbrandverletzten Kindern bereits nach 9 Tagen in der Gruppe mit wIRA verglichen mit 13 Tagen in der Kontrollgruppe; im Durchschnitt 18 versus 42 Tage bis zum kompletten Wundschluss bei chronischen venösen Unterschenkelulzera) oder bei stagnierender Wundheilung verbessern (mit Erreichen eines kompletten Wundschlusses und Normalisierung des thermographischen Bildes bei zuvor therapierefraktären chronischen venösen Unterschenkelulzera). Nach großen abdominalen Operationen zeigte sich ein Trend zugunsten der wIRA-Gruppe hin zu einer niedrigeren Rate von Wundinfektionen insgesamt (7% versus 15%) einschließlich später Infektionen nach der Entlassung aus dem Krankenhaus (0% versus 8%) und ein Trend hin zu einem kürzeren postoperativen Krankenhausaufenthalt (9 versus 11 Tage).
Selbst der normale Wundheilungsprozess kann verbessert werden.
Die erwähnten Effekte wurden in 6 prospektiven Studien belegt, die meisten mit einem Evidenzgrad von Ia/Ib.
wIRA stellt eine wertvolle Therapieoption dar und kann generell für die Therapie von akuten und chronischen Wunden empfohlen werden.
Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) als spezielle Form der Wärmestrahlung ist ein kontaktfreies, verbrauchsmaterialfreies, leicht anwendbares, als angenehm empfundenes Verfahren mit guter Tiefenwirkung, das der Sonnenwärmestrahlung auf der Erdoberfläche in gemäßigten Klimazonen (Filterwirkung des Wasserdampfs der Erdatmosphäre) nachempfunden ist. Durch die Wasserfilterung werden die Strahlungsanteile des Infrarot gemindert (sogenannte Wasserbanden innerhalb des Infrarot A sowie die meisten Teile des Infrarot B und C), die sonst durch Wechselwirkung mit Wassermolekülen in der Haut eine unerwünschte thermische Belastung der obersten Hautschicht bewirken würden. Anwendung: Die Bestrahlung der unbedeckten Haut oder Wunde erfolgt typischerweise aus ca. 25 cm Abstand senkrecht zur Haut mit einem Bestrahlungsabstand, der mindestens der Distanzstablänge des Strahlers entsprechen sollte (abhängig vom Strahlertyp z.B. ca. 25 cm), mit einem wIRA-Strahler täglich ein- bis zweimal über 20-30 Minuten oder länger. Bei Patienten mit gestörtem Sensorium (z.B. diabetischer Polyneuropathie) oder gestörter Rückäußerungsfähigkeit, bei kaltem oder schlecht durchblutetem Gewebe oder geringem Unterhautgewebe (z.B. Schienbeinkante) ist ein größerer Bestrahlungsabstand (geringere Bestrahlungsstärke) zu wählen. Wirkungsweise: wIRA hat ein hohes Penetrationsvermögen in das Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung und vermag über thermische und nicht-thermische Effekte wesentliche, auch energetisch bedeutsame Faktoren der Wundheilung zu verbessern. Die klinische Wirkung von wIRA auf Wunden einschließlich Problemwunden und Wundinfektionen lässt sich unter anderem über die Verbesserung sowohl der Energiebereitstellung pro Zeit (Steigerung der Stoffwechselleistung) als auch der Sauerstoffversorgung (z.B. für die Granulozytenfunktion) erklären. wIRA bewirkt als thermischen Effekt eine Verbesserung der drei entscheidenden Faktoren für die Wundheilung: der Gewebetemperatur, des Sauerstoffpartialdrucks im Gewebe und der Gewebedurchblutung. Zu den thermischen Effekten gehört der Aufbau eines therapeutischen Wärmefelds über das Erreichen hautoberflächennaher Kapillarbereiche durch die Infrarot-A-Strahlung (Primärerwärmung), Wärmeabtransport durch das Blut (Kühlung hautoberflächennaher Gewebebereiche, Wärmetransport in die Tiefe), Erhöhung der Kapillardurchblutung mit Ausweitung der der Strahlung zugänglichen Durchblutungsbereiche, Gewebewärmeleitung in die Tiefe und sekundäre Energiefreisetzung durch Stoffwechselanregung (Stoffwechselsteigerung) infolge Temperatursteigerung (gemäß der Reaktions-Geschwindigkeits-Temperatur-Regel bedeuten z. B. 3°C mehr Temperatur ca. 30% mehr Reaktionsgeschwindigkeit und damit mehr Energiebereitstellung im Gewebe) bei relativ hoher primärer Tiefenwirksamkeit von wIRA. Daneben wurden auch nicht-thermische Effekte von Infrarot A auf Zellen und zelluläre Strukturen mit Reaktionen der Zellen im Sinne einer Reizsetzung zum Teil auch bei sehr kleinen Bestrahlungsintensitäten beschrieben, wie zielgerichtetes Plasmodienwachstum, Beeinflussung der Cytochrom-c-Oxidase, zielgerichtetes Wachstum von Neuronen sowie zellschützende Effekte von Infrarot A und wassergefiltertem Infrarot A (wIRA). Eine Bestrahlung mit sichtbarem Licht und wassergefiltertem Infrarot A (VIS+wIRA) wirkt vermutlich mit endogenem Protoporphyrin IX (oder Protoporphyrin IX von Bakterien) quasi als milde Photodynamische Therapie (endogener PDT-ähnlicher Effekt) zellregenerationsfördernd und damit wundheilungsfördernd und wahrscheinlich auch infektionspräventiv bzw. antibakteriell (mögliche wIRA-bedingte Verstärkung der Photoinaktivierung von Bakterien durch sichtbares Licht). Von der klinischen Erfahrung werden unter Bestrahlung mit VIS+wIRA einfache Wundinfektionen zum Teil ohne Antibiotikum oder Antiseptikum binnen Tagen überwunden. Verträglichkeit: Für wIRA in angemessenen therapeutischen Bestrahlungsstärken und -dosen konnte nicht nur gezeigt werden, dass es für menschliche Haut unbedenklich ist (unter anderem keine Induktion von Matrix-Metalloproteinasen), sondern dass es zellschützende Effekte gegen die durch UV-Strahlung hervorgerufenen Schäden hat. Technische Erzeugung: In speziellen Strahlern tritt die gesamte Strahlung eines 3000-Kelvin-Halogen-Strahlers durch eine Wasser enthaltende Küvette hindurch, so dass die unerwünschten Strahlungsanteile gemindert oder herausgefiltert werden. Das verbleibende wassergefilterte Infrarot A (wIRA, im Bereich 780-1400 nm) besteht hauptsächlich aus Strahlung mit gutem Eindringvermögen ins Gewebe und erlaubt deshalb gegenüber ungefiltertem Infrarot einen mehrfachen Energieeintrag in das Gewebe bei geringerer thermischer Belastung der Hautoberfläche. Indikationsbereich: Wassergefiltertes Infrarot A kann sowohl bei akuten Wunden (prospektive, randomisierte, kontrollierte, doppeltblinde Studien bei frischen abdominellen Op-Wunden und bei schwerbrandverletzten Kindern) als auch bei chronischen Wunden und Problemwunden (prospektive, randomisierte, kontrollierte Studie sowie prospektive Studie bei chronischen venösen Unterschenkel-Ulzera mit unter anderem aufwendiger thermographischer Verlaufskontrolle) einschließlich infizierter Wunden Schmerzen deutlich mindern, die Wundheilung beschleunigen oder bei stagnierender Wundheilung verbessern sowie eine erhöhte Wundsekretion und Entzündung mindern. Insbesondere ist auch ohne Wundheilungsstörung eine positive Beeinflussung der Wundheilung möglich. Weiterhin kann wIRA auch bei Wunden zur Resorptionsverbesserung und damit Wirkungsverstärkung topisch aufgetragener Substanzen eingesetzt werden.
Bei inflammatorischen Schmerzen kann durch Hemmung der COX-2 im Rückenmark die zentrale Sensibilisierung reduziert werden. Da die Hemmung der gesamten COX-2 vermittelten Prostaglandinsynthese jedoch zahlreiche unerwünschte Nebenwirkungen verursacht, wird in jüngster Zeit diskutiert, ob eine selektive Hemmung der PGE2 Synthese auf Ebene der mPGES-1 für die Therapie passagerer Schmerzen sinnvoller ist. Um die funktionellen Rollen von COX-2 und mPGES-1 im Rückenmark zu charakterisieren, wurden in der vorliegenden Arbeit die Folgen einer COX-Inhibierung und mPGES-1-Deletion auf den spinalen Eicosanoidmetabolismus, die neuronale Erregbarkeit, die Synthese proinflammatorischer Zytokine und das nozizeptive Verhalten untersucht. Das proinflammatorische Zytokin TNFa induzierte in primären Rückenmarksneuronen eine COX-2- und mPGES-1-Expression und eine erhöhte PGE2 Synthese. Diese Induktion der PGE2 Synthese konnte durch den selektiven COX-2 Inhibitor Rofecoxib und den „selektiven COX-1 Inhibitor“ SC-560 gleichermaßen potent gehemmt werden. Da der Effekt von SC-560 unerwartet war, wurde sein Wirkmechanismus genauer untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass SC-560 in Rückenmarkskulturen weder die COX-2 und mPGES-1 Expression, die PLA2 Aktivität, die mPGES-1 Aktivität noch den PGE2 Transport hemmte. Durch Experimente mit Zellen aus COX-1-/- Mäusen konnte gezeigt werden, dass SC-560 in Rückenmarkskulturen die COX-2 unabhängig von COX-1 in nanomolaren Konzentrationen inhibiert. Da dieses Ergebnis den postulierten COX-1-selektiven Eigenschaften von SC-560 widersprach, wurde nach der Ursache für den Verlust der COX-1-Selektivität gesucht. Es zeigte sich, dass SC-560 in einer zellfreien in vitro Synthese und im Vollbluttest mit klarer Selektivität COX-1 hemmt. In kultivierten Rückenmarkszellen, RAW-Makrophagen und Blutzellen (Monozyten und Thrombozyten) inhibiert SC-560 allerdings d beide COX-Isoformen potent. Es wurde dadurch deutlich, dass die zelluläre Einbindung von COX-2 sowie ein niedriger Proteingehalt im extrazellulären Medium die halbmaximalen Konzentrationen (IC50) für die COX-2-Hemmung durch SC-560 stark reduzieren kann und hierdurch die COX-1-Selektivität der Substanz verloren geht. Neben einer COX-2 Hemmung verursachte auch eine mPGES-1-Deletion in Rückenmarkskulturen sowie im adulten Rückenmark eine Reduktion der PGE2 Synthese. Überrachenderweise bewirkte jedoch die mPGES-1-Defizienz im Gegensatz zur COX-2 Hemmung durch Etoricoxib im Zymosanmodell keine Reduktion der mechanischen Hyperalgesie. Um die Ursache für die unterschiedliche antihyperalgetische Wirkung der COX-2-Hemmung und mPGES-1-Deletion zu finden, wurden zunächst die Konsequenzen für die gesamte Prostaglandinsynthese untersucht. Die Analyse mittels LC-MS/MS zeigte, dass im Rückenmark mPGES-1-defizienter Mäuse verstärkt PGI2, PGF2a und PGD2 synthetisiert wird. Da für alle drei Prostaglandine bereits pronozizeptive Effekte beschrieben wurden, wurde die Expression von den entsprechenden Rezeptoren im Rückenmark und die Konsequenzen der Rezeptoraktivierung auf die neuronale Erregbarkeit untersucht. Mittels „calcium imaging“ wurde demonstriert, dass selektive IP Rezeptoragonisten in Rückenmarksneuronen eine PKA und PKC vermittelte Phosphorylierung der NMDA Rezeptoren verursachen und die Aktivierbarkeit der NMDA Rezeptoren sensibilisieren. Eine Verstärkung des NMDA induzierten Calciumeinstromes konnte nach Applikation der anderen Prostaglandine nicht beobachtet werden. Die Ergebnisse zeigen daher, dass in mPGES-1-defizienten Mäusen durch die Umleitung der Prostaglandinsynthese zu Prostacyclin die exzitatorischen NMDA Rezeptoren sensibilisiert und hierdurch die antihyperalgitische Wirkung von PGE2-Synthesehemmung kompensiert werden kann. Zusammenfassend lässt sich aus den Ergebnissen schlussfolgern, dass mPGES-1 als Zielmolekül für die Schmerztherapie eher nicht eignet ist. mPGES-1-defiziente Tiere zeigten in inflammatorischen Schmerzmodellen ein normales nozizeptives Verhalten. Dies kann dadurch erklärt werden, dass es nach einer mPGES-1 Deletion im Rückenmark zwar zur Reduktion der PGE2 Synthese aber auch gleichzeitig zur verstärkten Synthese anderer pronozizeptiv wirkender Prostaglandine kommt.
Leukotrienes (LTs) are pro-inflammatory lipid mediators that belong to the group of eicosanoids, which are oxygenated metabolites of one common precursor, the aracidonic acid (AA). This polyunsaturated fatty acid is esterified at the sn-2 position of cellular membrane phospholipids and can be released by cytosolic phospholipase A2 alpha (cPLA2alpha) enzymatic deacylation. AA can be converted into LTs by the catalytic reaction of 5-lipoxygenase (5-LO). Enzymatic activation of cPLA2alpha as well as of 5-LO is regulated by similar determinants. In response to cellular stimuli that elevate the intracellular Ca2+ level and/or activate MAP kinase pathways, cPLA2alpha and 5-LO comigrate from a soluble cell compartment (mainly the cytosol) to the nuclear membrane, where AA is released und converted into LTs. LTs play a significant role in promoting inflammatory reactions and immune processes. They have been shown to be released from leukocytes in response to bacterial and viral infections and substantially contribute to an effective immune reaction for host defense. Innate immune pathogen recognition is mediated to a substantial part by the Toll-like receptor (TLR) family. So far, 10 human TLR subtypes have been identified, all of which detect distinct highly conserved microbial structures and trigger the induction of signaling pathways that lead to the expression of numerous immune and inflammatory genes. TLR signaling culminates in the activation NF-kappaB and/or MAP kinases, which as well are known to be involved in the regulation of cellular LT biosynthesis. In this regard, it seemed conceivable that the release of LTs might be regulated by TLR activation. Present studies were undertaken in order to verify and characterize a possible influence of TLR activation on the LT biosynthesis, and furthermore to identify the involved signaling pathways and underlying mechanisms. First experiments revealed that pre-incubation of differentiated Mono Mac 6 (MM6) cells with a TLR4 ligand, a TLR5 ligand, as well as with different TLR2 ligands led to an about 2-fold enhancement of Ca2+ ionophore induced LT biosynthesis. Ligands of other TLR subtypes did not show any influence. These observations could also be confirmed in primary human monocytes stimulated with ionophore or fMLP. With focus on TLR2 ligands, further studies were carried out to characterize the observed enhancement of LT biosynthesis in MM6 cells. It was demonstrated that the extent of LT formation was dependent on the ligand concentration used, but was also dependent on the duration of pre-incubation. Ligand pre-incubation of 15 minutes was optimal to maximally enhance LT formation and further prolongation of pre-incubation decreased LT formation again. Moreover, simultaneous addition of TLR2 ligands with ionophore did also not enhance LT formation. These results indicated that TLR2 ligands seemed to prime human monocytes for an enhanced response upon ionophore stimulation, but did not act as costimuli, which per se were not capable of directly stimulating the biosynthesis of LTs. To analyze the underlying mechanism, the impact of TLR2 ligands on the two key enzymes of the LT biosynthesis pathway, cPLA2alpha and 5-LO, was investigated. In this regard, 5-LO could not been shown to be positively regulated by TLR ligand priming. Neither a direct stimulation, nor an enhancement of 5-LO activity by TLR ligands was detectable in MM6 cells. Similarly, TLR2 ligands did also not enhance ionophore induced 5-LO translocation to the nuclear membrane. However, it was shown that TLR2 ligands enhanced ionophore induced release of AA in MM6 cells, which occurred with a similar time course as LT formation, displaying a maximum at 10 minutes of pre-incubation. A direct stimulation of AA release, however, could not been detected. Inhibitor studies revealed cPLA2alpha to be essential for AA release in TLR2 ligand primed, ionophore stimulated MM6 cells, but also sPLA2 was found to be involved. However, the priming effect of TLR2 ligands was mediated exclusively by cPLA2alpha. Western Blot analyses revealed that p38 MAP kinase, as well as ERK1/2, are activated in MM6 cells in response to TLR2 ligands, and also Ser-505 phosphorylation of cPLA2alpha was detected, which is known to be mediated by MAP kinases and to increase cPLA2alpha activity in vitro. Maximal cPLA2alpha phosphorylation occurred after 5-10 minutes of TLR2 ligand incubation, slightly preceding maximal AA release at 10 minutes and maximal LT formation at 15 minutes of priming. The combined use of a specific p38 MAPK inhibitor with an inhibitor of the ERK1/2 signaling pathway resulted in a complete prevention of cPLA2alpha phosphorylation and TLR2 ligand mediated enhancement of AA release. Thus, both MAPK pathways seem to play a role for TLR2 ligand mediated priming effects on the release of AA. An impact of other kinases such as Mnk-1 and CamKII, which can also regulate cPLA2alpha by phosphorylation, was excluded. Finally, an anti-hTLR2 antibody significantly reduced enhanced AA release, confirming the priming effects to be dependent on TLR2 activation. In summary, it was concluded that the increase of LT biosynthesis by TLR2 ligand priming is considerably due to an enhanced cellular AA supply, which arises from a MAPK mediated phosphorylation and up-regulation of cPLA2alpha. TLR dependent enhancement of LT biosynthesis represents an interesting link between activation of innate immune receptors and the rapid formation of pro-inflammatory lipid mediators. On the one hand, this support the role of LTs in host defence and infectious diseases, but may also be relevant in pathophysiological processes, which involve TLRs as well as LTs, as it has been shown for the pathogenesis of atherosclerosis or allergic diseases.
The central portion of chronic wounds is often hypoxic and relatively hypothermic, representing a deficient energy supply of the tissue, which impedes wound healing or even makes it impossible. Water-filtered infrared-A (wIRA) is a special form of heat radiation with a high tissue penetration and a low thermal load to the skin surface. wIRA produces a therapeutically usable field of heat and increases temperature, oxygen partial pressure and perfusion of the tissue. These three factors are decisive for a sufficient tissue supply with energy and oxygen and consequently as well for wound healing, especially in chronic wounds, and infection defense. wIRA acts both by thermal and thermic as well as by non-thermal and non-thermic effects. wIRA can advance wound healing or improve an impaired wound healing process and can especially enable wound healing in non-healing chronic wounds. wIRA can considerably alleviate the pain and diminish wound exudation and inflammation and can show positive immunomodulatory effects.
In a prospective, randomized, controlled study of 40 patients with chronic venous stasis ulcers of the lower legs irradiation with wIRA and visible light (VIS) accelerated the wound healing process (on average 18 vs. 42 days until complete wound closure, residual ulcer area after 42 days 0.4 cm² vs. 2.8 cm²) and led to a reduction of the required dose of pain medication in comparison to the control group of patients treated with the same standard care (wound cleansing, wound dressing with antibacterial gauze, and compression garment therapy) without the concomitant irradiation.
Another prospective study of 10 patients with non-healing chronic venous stasis ulcers of the lower legs included extensive thermographic investigation. Therapy with wIRA(+VIS) resulted in a complete or almost complete wound healing in 7 patients and a marked reduction of the ulcer size in another 2 of the 10 patients, a clear reduction of pain and required dose of pain medication, and a normalization of the thermographic image.
In a current prospective, randomized, controlled, blinded study patients with non-healing chronic venous stasis ulcers of the lower legs are treated with compression garment therapy, wound cleansing, wound dressings and 30 minutes irradiation five times per week over 9 weeks. A preliminary analysis of the first 23 patients of this study has shown in the group with wIRA(+VIS) compared to a control group with VIS an advanced wound healing, an improved granulation and in the later phase of treatment a decrease of the bacterial burden.
Some case reports have demonstrated that wIRA can also be used for mixed arterial-venous ulcers or arterial ulcers, if irradiation intensity is chosen appropriately low and if irradiation is monitored carefully. wIRA can be used concerning decubital ulcers both in a preventive and in a therapeutic indication. wIRA can improve the resorption of topically applied substances also on wounds.
An irradiation with VIS and wIRA presumably acts with endogenous protoporphyrin IX (or protoporphyrin IX of bacteria) virtually similar as a mild photodynamic therapy (endogenous PDT-like effect). This could lead to improved cell regeneration and wound healing and to antibacterial effects.
In conclusion, these results indicate that wIRA generally should be considered for the treatment of chronic wounds.