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Latzin

Fakultäten » Medizinische Fakultät » Kinderspital Zürich: Medizinische Klinik » Pneumologie » PD Dr. Alexander Möller » Latzin

Completed research project

Title / Titel Implementation of nitrogen multiple breath washout into clinical routine in a multicenter setting
PDF Abstract (PDF, 14 KB)
Summary / Zusammenfassung Hintergrund der Studie:
Viele Lungenerkrankungen haben ihren Ursprung bereits im Säuglingsalter und in der frühen Kindheit (1-3). Dabei ist der Befall der kleinen Atemwege eine sehr wichtige und frühe Komponente wie zum Beispiel bei Cystischer Fibrose (CF) (4;5), Asthma (6) oder Bronchopulmonaler Dysplasie (7). Diese typischen pädiatrischen Erkrankungen betreffen die Patienten ein Leben lang und sind mit einer beträchtlichen Morbidität verbunden.
Bei einem Befall der kleinen Atemwege ist der Gastransport in und aus der Lungenperipherie gestört, man spricht von einer sogenannten Ventilationsinhomogenität (VI). Eine geeignete Methode diese VI und damit die Funktion der kleinen Atemwege zu messen, ist die Washout-Messung, bei der ein Test-Gas in die Lunge ein- und ausgewaschen wird. Dabei wird die Effizienz gemessen, mit welcher das Gas wieder aus der Lunge ausgewaschen wird. Die Washout-Messung kann über einen einzelnen (single-breath washout, SBW) oder über mehrere Atemzüge (multiple-breath washout, MBW) durchgeführt werden. Die Washout Messungen sind für Kinder gut geeignet, zum einen weil sie in Ruheatmung einfach durchführbar sind und zum anderen weil die Ergebnisse über verschiedene Altersgruppen vergleichbar sind (8;9).
Trotz dieser Vorteile wurde der Washout lange Zeit nicht routinemässig in der Klinik eingesetzt. Dies war durch eine sehr aufwendige und teure Messinstallation bedingt, dem Fehlen einer einheitlichen Auswertungssoftware und eines standardisierten Messprotokolls, sowie der langen Messdauer für den MBW. Unserer Arbeitsgruppe am Standort Bern hat wesentlich zur Entwicklung und Validierung eines nun kommerziell erhältlichen Messgeräts beigetragen (Exhalyer D; Eco Medics, Dürnten, Schweiz). Dabei kann sowohl ein MBW mit 100% Sauerstoff durchgeführt werden und der Auswasch des Stickstoffs (N2) aus der Lunge gemessen wird, als auch ein SBW mittels eines Gasgemischs (double tracer gas, DTG) aus Helium und Schwefelhexafluorid. Die zwei Gase werden aufgrund ihres Gewichts unterschiedlich in die Lungenperipherie transportiert. Diese Entmischung können wir in der Ausatemkurve analysieren und so die Funktion der kleinen Atemwege beurteilen. Beide Tests wurden validiert (10;11) und ihre Anwendung bei Kindern mit CF geprüft (12;13). Wir konnten zeigen, dass mit dem DTG-SBW ein Therapieeffekt nach Physiotherapie bei Kindern mit milder CF (14) und nach Bronchodilatation bei Kindern mit mildem Asthma (15) nachgewiesen werden kann. Desweiteren konnten wir zeigen, dass der für die klinische Routine lange N2MBW verlässlich um 1/3 gekürzt werden kann, wenn der Washout bis 1/20 statt 1/40 der Startkonzentration durchgeführt wird (16).
Die technische Entwicklung sowie kürzlich publizierte internationale Guidelines zur Messung (17) und ein international erarbeitetes SOP ermöglichen nun eine standardisierte Anwendung der Washout Messungen.
Hypothesen:
(A) Die Washout Messungen sind multizentrisch verlässlich durchführbar mit validen und reproduzierbaren Resultaten bei Patienten mit CF. Der Test kann auch im multizentrischen Setting verlässlich gekürzt werden mit einer akzeptablen Reproduzierbarkeit im Kurzzeit- wie auch im Langzeitverlauf.
(B) Die Anwendung der Washout Messungen in der klinischen Routine haben einen Nutzen für die mittel- und langfristige Betreuung von CF Patienten. Sie können einen Therapieeffekt erfassen, Krankheitsverlauf und Exazerbation vorhersagen und zusammen mit weiteren Patientendaten Gruppen mit ähnlichen Krankheitseigenschaften charakterisieren.
(C) Die Washout Messungen können bei folgenden anderen Patientengruppen frühzeitig eine Gasverteilungsstörung der kleinen Atemwege feststellen (dies wurde zum Teil bereits gezeigt):
- Asthma bronchiale, insbesondere auch bei milden Krankheitsverläufen (15;18)
- Primäre Ziliendyskinesie im Frühstadium bei noch normaler Spirometrie (19)
- Unklare Pneumopathie, wie die non-CF bronchiectasis
- Ehemals Frühgeborene Kinder, selbst bei Kindern mit normaler Spirometrie (20)
- Onkologische und ehemals onkologische Patienten, wie beispielsweise bei Patienten nach Knochenmarkstransplantation zur Erkennung früher Stadien einer Bronchiolitis obliterans (21) oder eines idiopathic pneumonia syndrome (22).
Ziel dieser Studie:
Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist es, die Washout Lungenfunktionsmessungen patientenkonform und valide in die klinische Routine einzuführen, diese in verschiedenen Patientengruppen anzuwenden und den klinischen Nutzen für den Patienten kritisch zu überprüfen.
Primärer Endpunkt:
Gemeinsamer primärer Endpunkt wird der Lung clearance index (LCI) des MBW sein, sowie der Slope III des DTG-SBW. Der LCI entspricht einer Volumenratio und beschreibt, wie viel Mal das Lungenvolumen umgewälzt werden muss, bis das N2 ausgewaschen ist. Der Slope III entspricht der Steigung der dritten Phase des Exspirationssignals des DTG-SBW, welche den Luftaustritt aus dem alveolären Lungenbereich wiederspiegelt.
Sekundäre Endpunkte:
Sekundäre Endpunkte werden spezifische Washout Parameter sein, die bestimmte regionale Ventilationsbereiche wiederspiegeln, wie Scond (konduktive VI) und Sacin (azinäre VI) des MBW und die area under the curve (AUC) des DTG-SBW Expirograms.
Studiendesign: falls Pilotstudie, hier deklarieren.
(A) In einer multizentrischen Studie werden wir die routinemässige Anwendung der Washout Messungen bei CF Patienten hinsichtlich Durchführbarkeit, Erfolgsrate, Vergleichbarkeit und Variabilität untersuchen. Dabei übernimmt das UKBB mit Prof. Dr. Philipp Latzin die Studienleitung. Weitere Studienzentren sind die Kinderuniversitätsspitäler Bern, Zürich und Lausanne mit definierten Ansprechpartnern.
(B) In Form einer longitudinalen Beobachtungsstudie werden wir den Nutzen der Washout Messungen für die CF Patienten erfassen, indem wir die Washout Parameter vor und nach Behandlung bei CF Patienten, als Marker zum Monitoring von Exazerbationen und Krankheitsverlauf und zur Erfassung von verschiedenen Krankheitstypen untersuchen. Dabei werden bei allen CF Patienten routinemässig auch die Standard-Lungenfunktionstests durchgeführt, mit denen die Washout Parameter verglichen werden können.
(C) In Querschnittsstudien werden wir bei anderen Patientengruppen untersuchen, ob die Washout Messungen insbesondere im Vergleich zu klassischen Lungenfunktionstests zur Früherkennung eines Lungenbefalls dienen können. Hierfür werden wir die Patientengruppen jeweils mit einer gesunden Kontrollgruppe vergleichen.
Project leadership and contacts /
Projektleitung und Kontakte
Prof Philipp Latzin (Project Leader) philipp.latzin@ukbb.ch
PD Alexander Moeller alexander.moeller@kispi.uzh.ch
Dr. PhD Florian Singer florian.singer@kispi.uzh.ch
Funding source(s) /
Unterstützt durch
Foundation
 
In collaboration with /
In Zusammenarbeit mit
Latzin, Philipp, Prof. Dr. Med, PhD
Universitäts-Kinderspital beider Basel, Spitalstrasse 33, CH-4056 Basel

Hafen, Gaudenz, Dr. med.
CHUV| Centre hospitalier universitaire vaudois

Casaulta, Carmen
Kinderklinik Inselspital Bern
Duration of Project / Projektdauer Jan 2015 to Dec 2018