Entwicklung eines neuen Gefäßdetektionsalgorithmus unter Verwendung der konfokale Laserendoskopie zur Erfassung der mukosalen Mikrozirkulation: eine Pilotstudie an Patienten mit akuter Pfortaderthrombose, schwerer Sepsis und gesunden Kontrollen

Hintergrund: Mikrozirkulatorische Veränderungen der Mukosa spielen eine zentrale Rolle in der Pathophysiologie verschiedener intestinaler wie auch extraintestinaler Erkrankungen. Die konfokale Laserendomikroskopie (CLE) ermöglicht die Visualisierung von vaskulären Strukturen der Mukosa. Im Gegensatz zur konventionellen Histologie können pathophysiologische mukosale Vorgänge in vivo beobachtet werden. Eine valide Quantifizierung der mukosalen Mikrozirkulation war bisher jedoch nicht möglich.

Methodik: Unter Verwendung der Sonden-basierten konfokalen Laserendomikroskopie entwickelten wir einen mathematischen Algorithmus zur automatisierten Quantifizierung der mukosalen Mikrostrombahn. Der neue, einfach anwendbare Gefäßdetektionsalgorithmus ermöglicht die Bewertung der kumulativen Gefäßlänge, des mittleren Gefäßdurchmessers (MGD) und der funktionellen Kapillardichte (FCD), der Anzahl von Verzweigungspunkten (AVP), die fraktale Dimension und „Lacunarity“ als Parameter der Komplexität vaskulärer Strukturen.

Ergebnisse: Im Rahmen einer Pilotstudie wurde bei 10 Patienten mit schwerer Sepsis, 12 Patienten mit akuter Pfortaderthrombose (PAT) und 10 gesunden Kontrollen die mukosale Perfusion im Duodenum untersucht. Im intraindividuellen Vergleich ergaben sich bei wiederholten Messungen in benachbarten Arealen keine signifikanten Unterschiede. Es zeigten sich jedoch Unterschiede hinsichtlich des MGD und der FCD zwischen den Patientengruppen (gesunde Kontrollen, Sepsis, PAT): FCD: 19,9% vs. 17,9% vs. 24,8% (je p < 0,05); MGD: 8,7 µm vs. 8,1 µm vs. 9,4 µm (je p < 0,01). Erwartungsgemäß waren die AVP, die fraktale Dimension und die „Lacunarity“ nicht signifikant verschieden.

Diskussion: Die auf der in-vivo-Bildgebung mittels CLE basierende neue Software ermöglicht eine detaillierte, objektive Quantifizierung vaskulärer Strukturen in vivo. Wir konnten signifikante Unterschiede hinsichtlich des MGD und der FCD bei Patienten mit schwerer Sepsis und akuter Pfortaderthrombose detektieren. Somit ist es erstmals möglich, den Einfluss verschiedener Erkrankungen auf die mukosale Perfusion quantitativ zu erfassen und im Langzeitverlauf zu verfolgen. Zudem kann der Algorithmus auf zahlreiche weitere vaskuläre Strukturen (Gallen-, Pancreasgang, Tumorgefäße, Koronarien u.ä) angewendet werden.