Die Kindgerechte Durchführung der transepithelialen Potenzialdifferenzmessung

Abstract

Hintergrund: Die Messung der transepithelialen Potenzialdifferenz (PD) hat einen hohen Stellenwert in der CF-Diagnostik und -Forschung, wird aber bisher nur an einigen wenigen CF-Zentren in Deutschland durchgeführt. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, dieses elektrophysiologische Messverfahren durch Modifikationen der Methodik anderen Arbeitsgruppen leichter zugänglich zu machen und die Altersgrenze zu senken: Es sollte geprüft werden, ob das international als Asthma-Medikament zugelassene Beta-2-Mimetikum Salbutamol anstelle des üblicherweise verwendeten Isoproterenol, das für die in-vivo-Anwendung am Menschen nicht zugelassen ist, ohne Wirkungseinbuße bezüglich der Stimulation von CFTR*-abhängigen Chloridkanälen eingesetzt werden kann. Ferner stellte sich die Frage, ob die Aktivierung alternativer Chlorionenkanäle im Rahmen der Diagnostik entbehrlich ist. Schließlich war die Frage, ob verlässliche PD-Bestimmungen nicht nur an der nasalen Mucosa, sondern auch in der Ampulla recti möglich sind, zumal sowohl im respiratorischen als auch im Rektum-Epithel CFTR in der apikalen Membran nachweisbar ist. Methodik: Zur Prüfung des Chloridkanal-stimulierenden Effekts von Salbutamol wurde in randomisierter Reihenfolge bei 25 Probanden ohne CF und bei 13 CF-Patienten im Alter von 14 bis 36 Jahren die Repolarisation der PD nach vorheriger Superfusion mit Amilorid und chlorfreier Lösung durch Superfusion mit Isoproterenol und Salbutamol gemessen. Zur Klärung der Frage, ob die Stimulation alternativer Chlorionenkanäle im Rahmen der Diagnostik entbehrlich ist, wurde bei 23 gesunden Probanden und 19 CF-Patienten im Alter von 8 bis 53 Jahren die PD-Messung (nach Amilorid und Salbutamol) mit oder ohne vorherige Applikation chloridfreier Lösung durchgeführt. An 56 gesunden Probanden und 12 CF-Patienten im Alter von 1 Monat bis 62 Jahren wurden mit Hilfe eines Otoskops für Pferde mit sonst gleichartigem Vorgehen die PD-Messung an der rektalen Schleimhaut durchgeführt, nachdem die Probanden zuvor mittels eines Miniklistiers oder eines Klysmas abgeführt worden waren; Säuglinge und Kleinkinder wurden bei Bedarf mit Esketamin / mit Chloralhydrat mild sediert. Ergebnisse: Der prozentuale Wiederanstieg der PD nach Applikation von Isoproterenol bzw. Salbutamol wies keine signifikanten Unterschiede auf. Die Repolarisation der Potenzialdifferenz nach Gabe beider Beta-2-Mimetika korrelierte signifikant (r= 0,86, p<0,01). Bei Verzicht auf chloridfreie Lösung, und somit fehlender Aktivierung der calciumabhängigen alternativen Chloridkanäle, zeigte sich eine Repolarisation der PD nach Superfusion eines Beta-2-Mimetikums in der gleichen Größenordnung unabhängig von der vorherigen Gabe einer chloridfreien Lösung. Der prozentuale Wiederanstieg der PD mit Superfusion chloridfreier Lösung korrelierte eng mit demjenigen ohne vorherige Aktivierung der alternativen Chloridkanäle (r = 0,87; p < 0,001). Mit beiden Methoden war eine eindeutige Trennung zwischen einer Chlorionentransportstörung bei CF und einer regelrechten Funktion der CFTR*-abhängigen Chloridkanäle bei gesunden Probanden zu beobachten.Bei der rektalen PD-Messung zeigten sowohl die Basalwerte als auch die Potenzialdifferenzwerte nach Gabe von Amilorid keine wesentlichen Unterschiede im Vergleich zu den Werten der nasalen PD-Messung. Die Differenzierung zwischen einer regelrechten Chloridsekretion bei Gesunden und einer defekten Chloridsekretion bei CF-Patienten war bei rektaler und nasaler PD-Messung gleichwertig. Der mediane Wiederanstieg der PD betrug bei den Gesunden nach Verabreichung von Salbutamol rektal 90,5 %, nasal 100,0 %, bei CF-Patienten rektal 0,0 %, nasal -4,2 %. Fazit: Der Nachweis, dass Salbutamol dem Isoproterenol hinsichtlich der Aktivierung der CFTR*-abhängigen Chloridkanäle ebenbürtig ist, führt zu einer wesentlichen organisatorischen Erleichterung bei der Durchführung der PD-Messung.Eine weitere Vereinfachung der PD-Messung ist durch den Verzicht auf gesonderte Testung mit chloridfreier Lösung möglich. Es stellte sich heraus, dass durch diese Modifikation die diagnostische Aussagekraft der Potenzialdifferenzmessung nicht reduziert wird. In der Routine-Diagnostik bedeutet dies eine Zeitersparnis von 6-7 Minuten. Dadurch wird die Anwendung der Superfusionsmethode bei jüngeren Kindern (ab einem Alter von 5-6 Jahren) erleichtert. Eine weitere Senkung der Altersgrenze wurde durch die Einführung der rektalen PD-Messung erreicht. Diese ist als besonderer Fortschritt anzusehen, da sich damit auch im Säuglingsalter die CF-Diagnostik optimieren lässt.>____________________________________________________________ *CFTR: Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator Background: Measuring the potential-difference (PD) has become more and more important in the diagnostic and the research of CF, but it is only done in few CF centres in Germany. The aim of this research paper is to make this kind of electro-physical measurement more popular and accessible for other research groups.Aim of this study was to test if isoproterenol can be replaced by salbutamol without losing the effect of stimulating the CFTR*-dependent chloride-canals. Isoproterenol is not approved for in-vivo application in human beings.Furthermore, it was of utmost interest whether omitting the chloride-free solution, which stimulates alternative chloride-canals, would reduce the results of PD measurement. Finally, the question had to be answered if rectal measurement of PD would be possible, because CFTR*-canals are found in both the respiratory and rectal epithelium. Methods: To examine the chloride-canal stimulating effect of salbutamol the repolarisation of the PD under superfusion of salbutamol and isoproterenol after the application of amiloride and the chloride-free solution was assessed in 25 non-CF controls and 13 CF patients from the age of 14 to 36 years in random order. To prove that the stimulation of alternative chloride-canals does not play an important role for the CF diagnostic, measurements of PD were started in 23 healthy persons and 19 CF patients from the age of 8 to 53 years ( after amiloride and salbutamol ) with and without the application of chloride-free solution. Rectal measurements of PD were performed using an otoscope for horses in 56 non-CF controls and 12 CF patients ( age 1 month to 62 years ) after being purged with a clysma. Infants and very young children were sedated with chloral hydrate before starting the PD. Results: The increase in percentage of PD after the application of isoproterenol and salbutamol revealed no difference. The repolarisation of the PD after the administration of both beta-adrenergic drugs showed highly significant positive correlation ( r = 0,86, p<0,01 ). Comparison of the PD with and without the application of chloride-free solution showed a similar increase of PD (correlation, r = 0,87, p<0,01 ) allowing to differentiate between a defective and a normal function of the CFTR-dependent chloride-canal with both methods. Findings of rectal basal PD were in principle not different from nasal measurement. The range of PD values in CF patients and non-CF controls did not overlap. Median increase of the PD after superfusion of salbutamol was in healthy persons about 90,5 %, (rectal PD) and 100,0 % (nasal PD), in CF patients 0,0 % and -4,2 %, respectively. Conclusion: These findings suggest that there is no difference between the two beta-adrenergic drugs regarding the stimulation of the CFTR*-dependent chloride-canal, and that salbutamol can be used without impairing the results of the PD measurement. Omitting the chloride-free solution the PD measurement is not influenced. So the time of measurement can be reduced by about 6 to 7 minutes and we are able to use the method of superfusion also with younger patients (at the age of 5 to 6 years). The introduction of rectal PD measurement is the most important advance, because PD measurement now is possible even in infants.Thus the goal of this thesis, to make the PD-measurement more easy and applicable to young children was achieved.__________________________________________________________ *CFTR: Cystic Fibrosis Transmembrane Conductance Regulator