key: cord-0800562-4xbkqk47 authors: Commandeur, U.; Fischer, R. title: Transgene Pflanzen als orale Impfstoffe Grüne Revolution in der Medizin?: Grüne Revolution in der Medizin? date: 2001 journal: Monatsschr Kinderheilkd DOI: 10.1007/s001120050775 sha: b834d6b3d7fea0675cca9098fe4055f25f413514 doc_id: 800562 cord_uid: 4xbkqk47 With the methods of molecular biotechnology it is possible today to produce therapeutical effectiv proteins in plants. So called edible vaccines can be used for active immunization as well as for passive immunization. For an efficient production of recombinant proteins a procedure was developed, in which only the leaves are treated with genetically modified bacteria instead of the time consuming regeneration of transgenic plants. With an orally applicated vaccine a complete systematic immune response can be induced, but in comparison to a parenteral injection, a 100 times higher dosis of the antigen is necessary. The immunogenity of antigens produced in plants was confirmed in several animal experiments. Clinical studies with recombinant antibodies of transgenic plants against the caries pathogen Streptococcus mutans were successful. Future studies will focus on improved production rates, the search for suitable plant species and the phenomenon of oral tolerance. Mit den Methoden der molekularen Biotechnologie lassen sich heute bereits therapeutisch wirksame Proteine in Pflanzen herstellen,unter anderen die, die als so genannte essbare Vakzine sowohl zur aktiven als auch zur passiven Immunisierung herangezogen werden können.Zur zeitsparenden Produktion ausreichender Mengen rekombinanter Proteine wurde ein Verfahren entwickelt, bei welchem nur in die Zellen einzelner Blätter, mittels gentechnisch veränderter Agrobakterien, Fremdgene eingebracht werden, anstelle der zeitaufwändigen Aufzucht transgener Pflanzen.Durch eine oral verabreichte Vakzine kann im Körper der Zustand einer umfassenden (systemischen) Immunantwort induziert werden, wobei jedoch im Vergleich zu einer parenteralen Injektion eine häufig vielfach höhere Dosierung des Antigens notwendig ist.In mehreren Tierversuchen konnte bereits die Immunogenität von in Pflanzen produzierten Antigenen nachgewiesen werden.Auch in klinischen Studien mit rekombinanten Antikörpern aus transgenen Pflanzen, so genannten Plantibodies, gegen den Karieserreger Streptococcus mutans konnten Erfolge verzeichnet werden.Zukünftige Forschungsschwerpunkte werden sich u.a.mit verbesserten Produktionsmöglichkeiten, der Suche nach geeigneten Pflanzenarten zur Herstellung essbarer Vakzine und dem Phänomen der oralen Toleranz befassen. Molekulare Biotechnologie · Essbare Vakzine · Orale Immunisierung · Rekombinante Proteine · Plantibodies Die Entwicklung und der Einsatz der zurzeit auf dem Markt befindlichen Impfstoffe sind bereits eine moderne Erfolgsgeschichte. Mit ihrer Hilfe wurden im Kampf gegen oft tödlich verlaufende Infektionskrankheiten entscheidende Erfolge erzielt. So konnte die Weltgesundheitsorganisation (WHO) vor 21 Jahren die Welt offiziell für pockenfrei erklären, und in nicht allzu ferner Zukunft wird dieses Ziel wahrscheinlich auch für die Poliomyelitis (Kinderlähmung) erreicht sein. Durch internationale Impfkampagnen konnten weitere wichtige Infektionskrankheiten -z.B.Diphtherie,Keuchhusten, Masern, Tetanus und Tuberkulose -erfolgreich bekämpft werden. Auch viele ansteckende Magen-Darm-Krankheiten lassen sich heutzutage durch Impfungen verhindern, trotzdem sterben weltweit immer noch mehr als 3 Mio.Kinder jedes Jahr an den Folgen von Durchfallerkrankungen. In den hiervon betroffenen entlegensten und ärmsten Regionen der Erde, häufig gekennzeichnet durch Unterernährung weiter Bevölkerungsschichten, mangelhafte hygienische Bedingungen und unzureichende medizinische Versorgung, sind effektive Impfstoffe nicht, unzureichend oder nur zu unvertretbar hohen Kosten verfügbar. In Pflanzen produzierte essbare Impfstoffe können zwar die widrigen sozio-ökonomischen Bedingungen in den Entwicklungsländern alleine nicht mindern, diese verheißungsvolle neue Technologie kann aber Impfstoffe mit sehr überzeugenden Ei-genschaften (thermostabil, kostengünstig, vor Ort verfügbar) möglichst vielen Kinder überall in der Welt zugänglich machen. Klassische Impfstoffe wie z. B. abgeschwächte Lebend-, Tot-oder synthetische Peptidimpfstoffe sind nicht immer frei von immunologischen Komplikationen.Auch die sichere und dauerhafte Inaktivierung sowie die Massenproduktion human-und tierpathogener Viren und Bakterien bergen ein, wenn auch geringes Restrisiko. Zudem erfordern diese Impfstoffe eine schonende Lagerung in Kühlräumen und einen Transport ohne Unterbrechung der Kühlkette. Die Produktion essbarer Vakzine (edible vaccines) in Pflanzen bietet hier einige entscheidende ökonomische und qualitative Vorteile. Sofern Pflanzen nicht durch organische Düngung kontaminiert werden, sind sie frei von Mensch-und Tierpathogenen wie z. B. Mikroorganismen, Viren und Prionen sowie onkogenen DNA-Sequenzen. Therapeutisch relevante Fremdproteine können in den Früchten und Speicherorganen (z. B. Samen) produziert und schnell aufgereinigt werden. Bei der Kultivierung, Ernte, Lagerung,Verarbeitung und Distribution der transgenen Pflan- With the methods of molecular biotechnology it is possible today to produce therapeutical effectiv proteins in plants.So called edible vaccines can be used for active immunization as well as for passive immunization. For an efficient production of recombinant proteins a procedure was developed, in which only the leaves are treated with genetically modified bacteria instead of the time consuming regeneration of transgenic plants.With an orally applicated vaccine a complete systematic immune response can be induced, but in comparison to a parenteral injection, a 100 times higher dosis of the antigen is necessary.The immunogenity of antigens produced in plants was confirmed in several animal experiments.Clinical studies with recombinant antibodies of transgenic plants against the caries pathogen Streptococcus mutans were successful.Future studies will focus on improved production rates, the search for suitable plant species and the phenomenon of oral tolerance. Molecular biotechnology · Edible vaccines · Oral immunization · Recombinant proteins · Plantibodies zen kann man in vielen Fällen auf eine bereits bestehende landwirtschaftliche Infrastruktur zurückgreifen. Pflanzen sind relativ leicht genetisch veränderbar und bieten durch großflächigen Anbau eine kostengünstige Quelle für therapeutisch wirksame Proteine [6] .Abhängig von der Pflanzenart können so die Produktionskosten für rekombinante Proteine im Vergleich zur Bakterienfermentation um das 10-bis 15-fache gesenkt werden. Viele rekombinante, therapeutisch wirksame Proteine werden heutzutage in Säuger-und Insektenzell-oder Gewebekulturen hergestellt. Der Vorteil dieser Expressionssysteme liegt in der korrekten Synthese und Prozessierung der zu produzierenden Säugerproteine, allerdings sind die Ausbeuten nicht immer ausreichend, überaus kostenintensiv und mit hohem technischen Aufwand verbunden (Tabelle 1). Hinzu kommt noch die hohe Empfindlichkeit gegen-über mechanischer Beanspruchung, die automatisch bei der industriellen Produktion gegenwärtig ist, und die Notwendigkeit der strikten Einhaltung der Kulturbedingungen aufwändiger Produktionsprozesse in den entsprechenden Apparaturen. Bakterien und Pilze sind im Vergleich zu Säuger-und Insektenzellen wesentlich robuster, als Produktionssystem für rekombinante Säugerproteine erscheinen sie allerdings aufgrund der oftmals fehlenden korrekten Prozessierung von Säugerproteinen als bedingt geeignet [5] .Auch die Faltung komplexer Proteine sowie die Zusammenlagerung diverser Proteinketten ist schwierig und oftmals nicht möglich. Obwohl auch Pflanzen Unterschiede zur Säugerzelle in der posttranslationalen Modifikation exprimierter Proteine aufweisen, sind diese eher gering einzuschätzen und können wahrscheinlich in der Zukunft durch geeignete gentechnische Veränderung der pflanzlichen Biosynthesewege beseitigt werden. Die Produktion rekombinanter Proteine in Zellkultursystemen erfordert eine zum Teil recht kostenaufwändige Extraktionsprozedur oder aber die Aufreinigung aus dem Kulturüberstand. Dies gilt auch für Pflanzenzellkulturen, in intakten Pflanzen hingegen können die rekombinanten Proteine z. B. im Endosperm des Samens oder in Früchten abgelagert werden und sind so einer leichteren Gewinnung und Aufreinigung zugänglich. Im Falle von in transgenen Pflanzen produzierten Impfstoffen sollte idealerweise eine Aufreinigung nicht notwendig sein, da sie direkt mit der Nahrung aufgenommen werden können. Die Oberfläche der Schleimhäute der Atemwege sowie des Verdauungs-und Genitaltraktes bilden das größte immunologisch aktive Gewebe des Körpers. Das Immunsystem der Schleimhaut erzeugt einen effektiven Immunschutz gegenüber eindringenden Pathogenen und verhindert aber auch potenziell gesundheitsgefährdende Immunreaktionen gegenüber inhalierten oder oral aufgenommenen Fremdstoffen (s. orale Toleranz). Nach dem Eindringen eines Antigens in Form von z. B. Bakterien und Viren kommt es neben der ersten humoralen Immunantwort durch Antikörper auch zur Aktivierung von Abwehrzellen und der Bildung von Gedächtniszellen im Blut-und Lymphsystem. Dadurch entsteht eine umfassende (systemische) Immunantwort des Körpers, ein Zustand der also gerade durch die Verwendung einer essbaren Vakzine erreicht werden kann. Allerdings benötigt man im Vergleich zur Injektion eines Antigens bei der oralen Immunisierung eine etwa 100fach höhere Dosierung und/ oder häufigere Dosen des Antigens. Eine oral verabreichte Vakzine muss v. a. zunächst die extremen Bedingungen (niedriger pH und Proteasen) des Magens überstehen, M-Zellen an der Darmoberfläche nehmen dann die Impfstoffkomponenten auf und geben sie an das unter der Darmschleimhaut liegende Lymphgewebe weiter. Antigene in Form regelmäßiger partikulärer Strukturen werden dabei offensichtlich effektiver von den M-Zellen aufgenommen als lösliche Proteine. Es ist daher von großem Vorteil, wenn die in Pflanzen produzierten Vakzine die gleiche oder eine möglichst ähnliche Struktur aufweisen wie das natürliche Antigen (Abb. 1a). In einer neuen gemeinsamen US-Studie des "National Institute of Allergy and Infectious Diseases" (NIAD) und des "National Institutes of Health" (NIH), dem "Jordan Report 2000" [22] , werden Durchfallerkrankungen als die zweithäufigste Infektionskrankheit (16%) in den USA bezeichnet. In manchen Entwicklungsländern durchlaufen Kinder mehr als 12-mal pro Jahr eine Diarrhö, Durchfallerkrankungen sind dort die Ursache für 15-34% aller Todesfälle. Konservative Schätzungen, so der Report weiter, beziffern die Todesfälle durch diese Erkrankungen mit 4-6 Mio. pro Jahr, die allermeisten davon sind Kinder [22] . Bei [14] . Respiratory syncytial virus (RSV) ist weltweit die bedeutendste Ursache für wiederholt auftretende schwere Atemwegsinfekte bei Kindern und Kleinkindern. Die jährliche Infektionsrate beläuft sich auf 64 Mio., die Mortalitätsrate auf 160.000. Schwere RSV-Infektionen können besonders auch immungeschwächte Personen, z. B. nach Organtransplantationen, gefährden, neueste Hinweise zeigen außerdem eine Verbindung zwischen RSV-Infektionen und dem Auftreten von Asthma. Obwohl es in den vergangenen Jahren einige Anstrengungen zur Entwicklung eines effektiven Impfstoffs gab, ist dieser bis heute nicht verfügbar [22] . Sandhu et al. produzierten ein Glykoprotein (F-Untereinheit) des RSV in den Früchten transgener Tomatenpflanzen. Orale Immunisierung von Mäusen mit den transgenen Tomaten erzeugte eine spezifische Immunantwort, was auf eine für die Induktion des Immunsystems ausreichende Menge an pflanzenproduziertem Antigen hindeutet. Die im Serum und in der Schleimhaut gebildeten Antikörper reagierten positiv mit inaktivierten RSV-Virionen, eine Überprüfung der Schutzwirkung durch die gebildeten Antikörper steht allerdings noch aus [17] . Die Alternative zur Stimulation des Immunsystems für die Antikörperproduktion ist die direkte Verabreichung der Antikörper selbst in Form einer passiven Immunisierung. 1989 konnte zum ersten Mal die Produktion eines funktionellen Mausantikörpers in Pflanzen gezeigt werden [7] . Seit dieser Zeit sind mit nicht geringem Aufwand von verschiedenen internationalen Forschergruppen Versuche durchgeführt worden, weitere so genannte "Plantibodies" in Pflanzen zu produzieren (Tabelle 3). Diese rekombinanten Antikörper können wie die schon beschriebenen Antigene auch in den Samen, Früchten oder Knollen der Pflanze produziert werden, und es sollte damit möglich sein, auch Antikörper in dieser Form zu lagern, zu transportieren und evtl. auch zu verabreichen. Dies stellt, wie bei den Antigenen ausgeführt, einen besonderen Vorteil für Schutzimpfungen in Entwicklungsländern dar. Rekombinante Antikörper können in Pflanzen als komplette Immunglobuline, Antigenbindungsfragmente (Fab) oder synthetische Einzelkettenfragmente (scFv) und als so genannte monooder bispezifische Diabodies produziert werden (Abb. 2). Einzelkettenfragmente und Diabodies sind synthetische Antikörpergenfragmente, die durch eine Linkersequenz (blau) die variablen Regionen der leichten und schweren Kette translational verbinden. Die Immunglobuline können zudem als chimäre oder humanisierte Antikörper in Pflanzen exprimiert werden. Bei den chimären Antikörpern sind die konstanten Regionen der leichten (C L ) und schweren Kette (C H 1, C H 2, C H 3) gegen die entsprechenden Regionen eines Humanantikörpers ausgetauscht, der humanisierte Antikörper besitzt zusätzlich noch in den variablen Regionen der leichten (V L ) und schweren Kette (V H ) humane Aminosäuresequenzen, die die eigentlich für die Bindungsspezifität verantwortlichen Aminosäuresequenzen flankieren. Die dargestellten Antikörperfragmente besitzen die gleichen Bindungseigenschaften wie die monoklonalen Antikörper, von denen sie abgeleitet wurden, sie lassen sich aber in manchen Fällen als Einzelkettenmoleküle einfacher in Pflanzen produzieren, da man auf die zeitaufwän- [22] . Monoklonale Antikörper gegen das HSV-2 wurden in Säugetierzellkulturen und in transgener Sojabohne produziert und deren Eignung für die Immuntherapie verglichen [26] . Die Antikörper der beiden Produktionssysteme zeigten keine Unterschiede hinsichtlich der Wirksamkeit einer Prävention der vaginalen HSV-2-Infektion bei Mäusen. Therapeutische Antikörper haben sich als effizienter als andere bisher getestete Therapieformen beim Genitalherpes erwiesen. Sie kommen hier in kleinsten Mengen zur Anwendung,deshalb könnte die Produktion dieser Antikörper in Pflanzen zu sehr kostengünstigen Präparaten führen. Die Entwicklung einer auf transgenen Pflanzen basierenden essbaren Vakzine ist bedeutend schwieriger, als nur ein bakterielles oder virales Gen in das Pflanzengenom zu übertragen (Abb. 1a). Obwohl Proteine in Pflanzen in ähnlicher Art und Weise wie in anderen eukaryotischen Zellen produziert werden, ist eine spezielle Abstimmung der zellulären Maschinerie der Pflanze notwendig, um signifikante Produktionslevel zu erhalten. Zunächst benötigt man einen starken Promotor, der die Transkription und damit die Expression in der Zelle vorantreibt.Viele pflanzenspezifische Promotoren sind bereits beschrieben, und nach weiteren, v. a. auch pflanzeneigenen Promotoren wird intensiv gesucht. Auch die DNA-Sequenz des Antigens oder Antikörpers kann für die Expression in Pflanzen optimiert werden. So können z. B. in Pflanzen seltener genutzte Kodons ausgetauscht, der A/T-Gehalt reduziert und mRNA-destabilisierende Bereiche mutiert werden. Ein weiteres Ziel besteht darin, die Produktion von Fremdproteinen in Pflanzen zu erhöhen, ohne diese gleichzeitig -wie bei der Überexpression des E.-coli-Toxins B -in ihrer Entwicklung negativ zu beeinflussen. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu vermeiden, bietet der Transport der rekombinanten Proteine aus dem Zytoplasma in andere Zellkompartimente, z. B. in das endoplasmatische Retikulum, die Vakuole, den periplasmatischen oder Interzellularraum oder in Organellen wie den Chloroplasten [6] .Auch die Verzögerung der Produktion mit Hilfe induzierbarer Promotoren zu einem späteren Entwicklungsstadium bis hin zum Zeitpunkt direkt nach der Ernte wird untersucht. Die Bestimmung der für eine effektive Immunisierung notwendigen Antigen/Antikörperdosis ist eine große Herausforderung, zum einen haben Umweltfaktoren wie Licht, Temperatur und Feuchtigkeit Einfluss auf die Konzentration der rekombinanten Proteine in Pflanzen, zum anderen sind auf der Sei-Abb.3 Kreuzungsstrategie zur Erzeugung transgener Pflanzen, die einen aus 4 unterschiedlichen Komponenten bestehenden sekretorischen Antikörper produzieren te der Patienten Faktoren wie Alter, Geschlecht und genetische Veranlagung zu beachten. Durch eine Stapelverarbeitung mehrerer Pflanzen einer Liniestatt der Verabreichung einer einzelnen Pflanze -könnte das Problem der Antigenkonzentrationsschwankung umgangen werden. Das Phänomen der oralen Toleranz, d. h. der Unterdrückung einer Immunreaktion auf die mit der Nahrung aufgenommen Antigene und damit auch einer potenziellen Vakzine, wird z.Z. vielfach diskutiert. Orale Toleranz kann auftreten, wenn Fremdproteine zu häufig und in zu hoher Konzentration aufgenommen werden, der Körper kann sich dann an das Fremdprotein gewöhnen und es als "eigenes" Antigen verstehen. Sollte dieses auch für essbare Vakzine gelten, müsste man evtl. die Einzeldosis erhöhen und gleichzeitig deren Anzahl erniedrigen. Allerdings lässt sich dieses Vorgehen nicht auf jedes beliebige Antigen anwenden, da orale Toleranz von weiteren Faktoren wie Alter und Genetik des Wirtsorganismus abhängig ist. Grundsätzlich sollte daher jede essbare Vakzine und ihr korrespondierendes Antigen individuell auf das Risiko einer oralen Toleranz untersucht werden. Die Induktion von oraler Toleranz kann aber auch zur Therapie von Autoimmunkrankheiten wie Typ I-Diabetes genutzt werden, dazu benötigt man über einen längeren Zeitraum konstant große Mengen eines Antigens. 1997 produzierten Ma und Mitarbeiter ein diabetesassoziiertes Autoantigen in transgenem Tabak und Kartoffeln [11] . Das Pflanzenmaterial wurde dann an die besonders gegenüber Diabetes anfälligen Non-obese-diabetic (NOD)-Mäuse verfüttert, die nachfolgend auf das Auftreten von Diabetes untersucht wurden. Nur 2 der insgesamt 12 NOD-Mäuse zeigten typische Krankheitssymptome, wohingegen 8 von 12 Mäusen einer Kontrollgruppe die nicht-transgenes Pflanzenmaterial erhalten hatten, an Diabetes erkrankten. Damit konnte zum ersten Mal gezeigt werden, dass sich essbares transgenes Pflanzenmaterial auch hervorragend eignet, größere Mengen eines Autoantigens für die tägliche Nahrungsmittelergänzung zu produzieren, um eine orale Toleranz zu induzieren. Auch multiple Sklerose und rheumatoide Arthritis könnten in der Zukunft auf diese Art behandelt werden. Zurzeit ist noch nicht klar, welche Pflanzen zur Produktion essbarer Vakzine am besten geeignet sind. Kartoffeln bieten sich zwar an, werden aber in der Regel nicht roh verzehrt. Kochen würde aber die Aktivität der Vakzine verringern, wenn nicht sogar vollkommen eliminieren. Bananen hingegen erscheinen ideal, sie können nicht nur roh verzehrt werden, das Fruchtfleisch bleibt -geschützt durch die Schale -steril, außerdem gehören Bananen zu den gerade von Kindern favorisierten Nahrungsmitteln und sind weltweit zugänglich. Ein großer Nachteil der Bananenpflanze besteht allerdings in ihrem langsamen Wachstumsverhalten. Zwischen Transformation,Regeneration,Wachstum und Ernte liegen in der Regel mehr als 3 Jahre, im Vergleich dazu benötigt man für dieses Vorhaben bei Kartoffeln und Tomaten gerade mal 1 Jahr. Neben einer schwierigen,bisher nur mit Hilfe der Partikelkanone (Abb.1b) erreichten Transformations-und Regenerationsprozedur [16] ist zudem die Genregulation in Bananen noch wenig verstanden. Es wird daher zurzeit intensiv nach geeigneten Steuerelementen, Promotoren und anderen regulatorischen DNA-Sequenzen gesucht, die eine effiziente Produktion rekombinanter Proteine in Bananen erlauben. Die Liste der aus biotechnologisch veränderten Pflanzen gewonnenen essbaren Vakzinen wächst stetig an.Nachdem auch die ersten Hürden vorklinischer Studien erfolgreich gemeistert wurden,geben essbare Vakzine Anlass zur Hoffnung,bald sichere und kostengünstige Impfstoffe für Menschen und Tiere in Pflanzen zu produzieren. Die ersten zugelassenen Produkte werden allerdings wahrscheinlich (so Charles Arntzen) bei Nutztieren zur Prävention von Infektionskrankheiten Einzug halten.Aber auch wenn sie für den Menschen verfügbar werden,ist die Vorstellung,diese Pflanzen im eigenen Garten zu züchten oder auf dem benachbarten Feld zu ernten,zurzeit unrealistisch.Arntzen sieht hier zunächst eher den Anbau in Gewächshäusern,die es ermögli-chen,die biotechnologisch veränderten Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen zu halten und die Produkte von geschultem medizinischen Personal zu verteilen. Efficacy of a food plant-based oral cholera toxin B subunit vaccine Food plant-delivered cholera toxin B subunit for vaccination and immunotolerization EP433372A1: Oral immunization by transgenic plants Molecular farming of pharmaceutical proteins Towards molecular farming in the future: moving from diagnostic protein and antibody production in microbes to plants Production of antibodies in transgenic plants A plant-derived edible vaccine against hepatitis B virus Expression of immunogenic puumala virus nucleocapsid protein in transgenic tobacco and potato plants Generation and assembly of secretory antibodies in plants Transgenic plants expressing autoantigens fed to mice to induce oral immune tolerance Characterization of a recombinant plant monoclonal secretory antibody and preventive immunotherapy in humans Transgenic plants as vaccine production system Expression of Norwalk virus capsid protein in transgenic tobacco and potato and its oral immunogenicity in mice Production of hepatitis B surface antigen in transgenic plants for oral immunization Genetic transformation of banana and plantain (Musca spp.) via particle bombardment Oral immunization of mice with transgenic tomato fruit expressing respiratory syncytial virus-F protein induces a systemic immune response Development of biopharmaceuticals in plant expression systems: cloning, expression and immunological reactivity of human cytomegalovirus glycoprotein B (UL55) in seeds of transgenic tobacco Immunogenicity in humans of a recombinant bacterial antigen delivered in transgenic potato Human immune responses to a novel norwalk virus vaccine delivered in transgenic potatoes Immunogenicity of transgenic plant-derived hepatitis B surface antigen Accelerated development of vaccines Immunogenicity of porcine transmissible gastroenteritis virus spike protein expressed in plants Transient expression of a tumor-specific single-chain fragment and a chimeric antibody in tobacco leaves Induction of a protective antibody response to foot and mouth disease virus in mice following oral or parenteral immunization with alfalfa transgenic plants expressing the viral structural protein VP1 A humanized monoclonal antibody produced in transgenic plants for immunoprotection of the vagina against genitalherpes ISBN 3-540-67320-2) , brosch., DM 149,-Die vorliegende zweite Auflage zeigt sich in einer gut überarbeiteten und aktualisierten Form.Das Buch ist übersichtlich gegliedert in physiologische und pathophysiologische Grundlagen, Methodik der unterschiedlichen Belastungsformen, Bewertung der Basisparameter einer Ergometrie und zusätzlicher Größen wie Nukleotiddiagnostik und Rechtsherzkatheter.Auch geschlechtsspezifische, metabolische Veränderungen und deren Bedeutung für die Beurteilung des Trainingszustandes in der Rehabilitation und Sportmedizin werden ausführlich von Experten auf dem Gebiet diskutiert.Darüber hinaus werden in weiteren Kapiteln spezielle Fragestellungen und Differentialindikationen der Ergometrie in medizinischen, aber auch gutachterlichen Fragestellungen der Arbeits-und Sozialmedizin gegenüber gestellt.Eine Besonderheit dieses Buches ist die ausführliche und sorgfältige Literaturübersicht und Besprechung.Indikationen, Bewertung und Gegenüberstellung ergometrischer Ergebnisse stellen sich somit aus Publikationen und der Erfahrung der Autoren in einem für die klinische Praxis nützlichen Licht dar.In Zeiten knapper Ressourcen des Gesundheitswesens ist die im Buch enthaltene Kosten-/Nutzenanalyse nicht invasiver und invasiver Diagnoseverfahren wertvoll.Dabei fehlt die Besprechung auch der Kosten-/Effektivitäts-und Kosten-/Nutzwert-Analyse nicht, die erst eine Beurteilung gewonnener Lebensjahre bei optimaler Lebensqualität möglich machen.Trotz der vorwiegend aus dem angelsächsischen Raum kommenden Daten fehlt eine Wertung der einbezogenen Publikationen hinsichtlich "scientific evidence"ebensowenig wie eine Extrapolierung auf die Gegebenheiten im deutschsprachigen Raum. Hervorzuheben ist auch das wichtige Kapitel über Qualitätsmanagement in der Ergometrie mit Angaben zu Optimierung und Erhaltung der Struktur-, Prozess-und Ergebnisqualität.Wann soll ich eine Ergometrie durchführen? Wann sind nicht-invasive Verfahren zielführend und wann brauche ich invasive Verfahren? Wie kann ich aus den gewonnen Daten eine differentialdiagnostische Beurteilung der kardialen Leistungsreserve, koronaren Perfusion, der Lungenfunktion und der metabolischen Kapazität errei-chen? Auf diese Fragen gibt das Buch umfassende Antwort.Kritisch wird die unzulängliche Durchführung einer Ergometrie zum Beispiel bei submaximaler Belastung und damit die Gefahr der Fehlinterpretation beleuchtet.Leistung ist immer auch durch subjektive Beeinflussung, mangelnde Motivation und individuelles Belastungsempfinden beeinflusst.Deutlich wird gemacht, dass zur richtigen Beurteilung neben der elektrokardiografischen Stromkurve und der einer Missinterpretation offenen Nachschwankungsveränderung auch Herzfrequenz-und Blutdruckverhalten, aber ebenso Sauerstoffverbrauch und Laktatproduktion zählen.Die Spiroergometrie wird damit bei den nicht-invasiven Verfahren zur anamnestisch begründeten kardialen, koronaren und pulmonalen Funktionsdiagnostik vor die "einfache"Ergometrie gereiht.Die unterschiedlichen Verfahren am Fahrrad, dem Laufband und als sportartspezifische Belastung werden praxisgerecht beschrieben.Die für orthopädische und angiologisch/gefäßchirurgische Patienten gleichermaßen wichtige Armkurbel-Ergospirometrie in der kardiopulmonalen Diagnostik wird nur erwähnt, aber leider nicht näher beschrieben.Zu kurz kommen Aspekte der präoperativen Funktionsdiagnostik bei Risikopatienten und umfangreichen, den Patienten kardiopulmonal belastenden Operationen.Im Lichte zunehmender Alterschirurgie ist es Aufgabe der prä-anaesthesiologischen Evaluierung durch den Anaesthesisten, bei entsprechender Indikation gemeinsam mit konsultierten Fachkollegen auch die in diesem Buch beschriebene Palette nicht-invasiver und invasiver Untersuchungsmethoden zur Beurteilung und für eine risiko-minimierte perioperative Planung richtig zu nutzen.Das vorliegende Buch ist gleichermaßen niedergelassenen und klinisch tätigen Ärzten zu empfehlen.Dabei sind besonders Fachärzte und Assistenzärzte der Inneren Medizin und der Anaesthesiologie, sowie alle in der Sportmedizin, Trainingssteuerung und kardiopulmonalen Rehabilitation tätigen Ärzte, Pflegekräfte und technische Assistenten die Zielgruppe.Ihnen bietet das Buch wertvolle Hilfe in der täglichen Praxis, im Verständnis kardiopulmonaler und metabolischer Zusammenhänge und bei der Entwicklung wissenschaftlicher Fragestellungen.W.Lingnau (Innsbruck/Österreich)