Das "flow-metrische System", eine nicht-invasive Lungenfunktionsmessmethode beim Pferd

Abstract

In dieser Arbeit wird eine neue nicht-invasive Methode zur Lungenfunktionsprüfung beim Pferd vorgestellt. Diese Methode beruht auf dem Prinzip der Doppelkammer- Plethysmographie. In der Humanmedizin und in der Forschung mit kleinen Labortieren findet die Doppelkammer-Plethysmographie eine breite Anwendung in der Diagnostik von Atemwegserkrankungen. Dabei werden die Volumenänderungen an der Atemwegsöffnung mit den zeitgleich gemessenen Volumenänderungen innerhalb des Atmungsapparates verglichen. Man bezeichnet die erhaltenen Signale als thorakalen und nasalen Flow. Die hier vorgestellte Technologie basiert auf dem dynamischen Vergleich dieser zwei Flowsignale. Die Methode wird als flow-metrisches System bezeichnet. Die Amplituden- und Phasenunterschiede zwischen den beiden Flowsignalen sind die Folge intrathorakaler Gaskompression sekundär zu einer Atemwegsobstruktion (Dorsch et al. 1981). In einer früheren Publikation wurde das flow-metrische System als eine Plethysmographiemethode vorgestellt, bei der die Körperkammer durch zwei elastische Bänder die den Körper umschließen und die Atmungskammer durch eine Atemmaske ersetzt wird (Hoffman et al. 2001). Diese Methode ermöglicht eine einfach durchführbare, nicht-invasive Lungenfunktionsprüfung beim Pferd. Gaskompression, gleichbedeutend mit Atemwegsobstruktion (Dorsch et al. 1981), wird hierbei erfasst, als der maximale Amplitudenunterschied (SFEmax) zwischen thorakalem (VSUM) Flow gemessen mit Respiratorischer Induktiver Plethysmographie (RIP) und pneumotachographisch gemessenem nasalem Flow (VPN). Zur Untersuchung der Reproduzierbarkeit der flow-metrisch gemessenen Lungenfunktionsparameter wurden 21 Pferde der Universität von New Hampshire drei Histamin Broncho-Provokationen im Abstand von 3 Wochen und einem Jahr (Tag A, B, C) ausgesetzt. Im Anschluss an die erste Messung wurde eine Endoskopie der Atemwege durchgeführt. Als Indizes der Atemwegsreagibilität diente die Histamin Konzentration, die einen Anstieg des initialen SFEmax Wertes um 35 % (PKSFEmax35S) bzw. 50 % (PKSFEmax35S) bewirkte. Als eine weitere Bemessungsgrundlage für die Erstellung der Indizes diente der arithmetische Mittelwert der Ruhemessungen und der Initialmessung (PKSFEmax35BS, PKSFEmax35BS). Die Reproduzierbarkeit der Indizes der Atemwegsreagibilität war sowohl innerhalb eines Monats als auch nach einem Jahr hoch signifikant. Für PKSFEmax35S innerhalb eines Monats (A-B) ergab sich z.B.: r =0.826; p < 0.000, über ein Jahr (A-C); r = 0.870; p < 0.000, (B-C); r = 0.906; p < 0.000). Das Vorhandensein einer pharyngealen lymphoiden Hyperplasie korrelierte invers mit PKSFEmax35BS (r = -0.693, p < 0.001). Das flow-metrische System erwies sich in der durchgeführten Feldstudie als eine zuverlässige und gut reproduzierbare Methode zur Lungenfunktionsdiagnostik beim Pferd. In Kombination mit einem Broncho-Provokationstest bedeutet der Einsatz des flow-metrischen Systems einen enormen Fortschritt gegenüber den herkömmlichen im Feld angewandten diagnostischen Methoden. Besonders im Bereich der Frühdiagnostik erlaubt diese Methode die Identifizierung von Atemwegserkrankungen, die sonst unerkannt geblieben wären. Weiterhin erlaubt die hohe Reproduzierbarkeit der erhaltenen Daten dem praktischen Tierarzt durch wiederholte Messungen der Lungenfunktion den Erfolg einer durchgeführten Therapie zu überprüfen. Als ein großer Vorteil des flow-metrischen Systems gegenüber herkömmlichen Lungenfunktionsprüfungen erwies sich die Nichtinvasivität der Methode. In this study Double chamber plethysmography is used to compare thoracic and nasal flow signals. Magnitude and phase difference reflect intra thoracic gas compression secondary to airway obstruction (Dorsch et al. 1981). We previously described a method of measuring gas compression using boxless plethysmography in horses (Hoffman et al, 2001). Gas compression thus airway obstruction was estimated as the peak difference (SFEmax) and area difference (SFEint) between thoracic flow (VSUM) measured with respiratory inductance plethysmography (RIP) and nasal flow measured with pneumotachography VPN. This flow-based technology, referred to as flow-metric system, allows a completely noninvasive measurement of lung function in horses during tidal breathing. Horses (n=21) at the University of New Hampshire equine center underwent three bronchoprovocation test using increasing doses of aerosolized histamine solution 3 weeks and one year apart (Day A, B, and C). Immediately after the first lungfunction measurement, endoscopy of the airways was performed. Although the area difference (SFEint) seemed to be a more sensitive variable for measuring bronchoconstriction, the starting value around zero (mean= 0.20 at baseline and 0.09 post-saline) and high CV (0.04 0.07) complicated the interpretation of this variable. Thus favoring the peak difference (SFEmax) as an index to measure airway resistance. Indices of airway reactivity included the dose of histamine that increased post-saline SFEmax by 35, and 50% (PKSFEmax35S, PKSFEmax50S) in addition we used the average of post-saline and baseline SFEmax as starting value (PKSFEmax35BS, PKSFEmax50BS). Repeatability of SFEmax and these indices of airway reactivity were examined using correlation coefficients. For the short-term repeatability PKSFEmax35S showed a highly significant correlation between day A and day B (r = 0.826; p < 0.000 ). For the on day A positive for hyper-reactive tested horses (PKSFEmax35S < 2mg histamine/ml), PKSFEmax35BS proved to be the most repeatable (r = 0.998; r < 0.000). The long-term repeatability (day C versus day B and A) in all horses was best illustrated with the PKSFEmax35S (A-C: r = 0.870; p < 0.000 / B-C: r = 0.906; p < 0.000), whereas the correlation within the hyper-reactive group was only significant between day B and day C (r = 0.917; p = 0.01). Endoscopic scores for pharyngeal lymphoid hyperplasia correlated inversely with PKSFEmax 35S. The flow-metric system demonstrated a sufficient repeatability for clinical application in the field, and therefore should facilitate diagnosis of inflammatory airway disease, and permit studies of airway reactivity and risk factors for airway hyper-reactivity and inflammatory airway disease.