HRCT und Asthma bronchiale: Visualisierung pathophysiologischer Veränderungen des Lungenparenchyms nach inhalativer Provokation

Zusammenfassung

Ziel: Bei Patienten mit leichtem intermittierenden Asthma bronchiale, aber mit Hyperreaktivität auch im freien Intervall, und bei gesunden Probanden sollen mithilfe der hoch auflösenden Computertomographie (HRCT) röntgenmorphologische Veränderungen des Lungenparenchyms vor sowie nach inhalativer Histaminprovokation und darauf folgender Lyse durch Salbutamol charakterisiert und mit Ergebnissen von Lungenfunktionstests (FEV₁, Blutgase) verglichen werden. Methoden: Fünfzehn Asthmatiker mit bronchialer Hyperreaktivität mit FEV₁-Abfall > 20 % und PaO₂-Abfall > 10 mmHg nach Provokation (PC20 %+), zwölf Asthmatiker mit FEV₁-Abfall < 20 % und PaO₂-Abfall > 10 mmHg nach Provokation (PC20 %-) sowie acht Probanden ohne bronchiale Hyperreaktivität wurden mit der spirometrisch kontrollierten HRCT bei hohen Füllungsvolumina vor und nach inhalativer Bronchoprovokation sowie nach Broncholyse untersucht. Es wurden die gesamte und periphere Lungendichte sowie der strukturelle Anteil solider pulmonaler Strukturen bestimmt. ­Ergebnisse: In allen Gruppen fand sich nach Provokation eine signifikante Abnahme (p < 0,0005), nach Broncholyse eine signifikante Zunahme (p < 0,0002) der Lungendichte. Die Änderungen solider Lungenanteile waren nach Provokation und Lyse nicht signifikant unterschiedlich (p > 0,05). Bei den hyperreaktiven Patienten fanden sich signifikante PaO₂-Abnahmen nach Provokation sowie signifikante PaO₂-Steigerungen nach Lyse (p < 0,05). In der Gruppe PC20 %+ wurde nach Provokation ein mittlerer FEV₁-Abfall von 27,8 % beobachtet, in den anderen Gruppen war dieser < 20 %. Es wurden keine signifikanten Korrelationen zwischen radiologischen und funktionellen Lungentestergebnissen asthmatischer Patienten und Probanden beobachtet. Die bei ­gesunden Probanden mit der HRCT dargestellten Parenchymalterationen entzogen sich den verwendeten funktionellen Messungen. Schlussfolgerung: Die HRCT erweist sich im Falle in­halativer Provokation als sensitive Methode zur Visualisierung pathophysiologischer Vorgänge des Lungenparenchyms sowohl bei Asthmatikern als auch bei Lungengesunden, welche nach Histaminprovokation nicht mit Veränderungen der Lungenfunktionstests reagierten.

Abstract

Purpose: To characterize parenchymal lung affections morphologically in patients with asthma and healthy subjects by high ­resolution computed tomography (HRCT) subsequent to histamine-triggered inhalation bronchoprovocation and salbutamol-induced broncholysis, and to compare the results with pulmo­nary function tests. Materials and Methods: Fifteen asthmatics with bronchial hyperreactivity, with a > 20 % decrease in FEV1 and a > 10 mmHg decrease in PaO₂ after bronchoprovocation (PC20 %+), twelve asthmatics with a < 20 % decrease in FEV1 and a > 10 mmHg decrease in PaO₂ after bronchoprovocation (PC20 %-), and eight healthy persons without bronchial hyperreactivity underwent inhalation bronchoprovocation and broncholysis. Spirometer-triggered HRCT at high lung volumes was performed, and total and peripheral lung densities and the amount of solid lung structures, representing predominantly vessels, were measured. Results: After bronchoprovocation, we observed significant decreases in total and peripheral lung densities in all groups (p < 0.0005), and a significant increase in lung densities subsequent to bronchodilation (p < 0.0002). The morphological alterations in solid lung structure were not signif­icantly different after bronchoprovocation or broncholysis (p > 0.05), as compared to the baseline measurements. In hyperreactive patients, PaO₂ significantly decreased after provocation and significantly increased after lysis (p < 0.05). In PC20 %+ asthmatics, a mean reduction of 27.8 % in FEV1 was ­observed, which was < 20 % in the other groups. No significant correlations were observed between radiological data and the ­results of pulmonary function tests. In healthy persons, we demonstrated highly significant parenchymal response to bronchoprovocation and broncholysis, which was not otherwise documented by pulmo­nary function tests. Conclusion: In both PC20 %+ and PC20 %- patients as well as in healthy individuals, HRCT was efficient in the evaluation of pathoanatomical alterations of the lung parenchyma subsequent to inhalation provocation. In healthy individuals, these parenchymal alterations were not documented by pulmonary function tests.

Key words

HRCT - bronchial asthma - lung density - pulmonary function test - bronchial hyperresponsiveness

Literatur

• 1 Burney P GJ. Asthma mortality in England and Wales: evidence for a further increase, 1974 - 1984.  Lancet. 1986;  2 323-326
• 2 Fleming D M, Crombie D L. Prevalence of asthma and hay fever in England and Wales.  Br Med J. 1987;  294 279-283
• 3 Barnes P J. A new approach to the treatment of asthma.  N Engl J Med. 1990;  321 1517-1523
• 4 Bleecker E R. Airways reactivity and asthma: significance and treatment.  J Allergy Clin Immunol. 1985;  75 21-24
• 5 McFadden E R, Gilbert I A. Asthma.  N Engl J Med. 1992;  325 1928-1937
• 6 Crapo R, Morris A, Gardener R. Reference spiromatic values using techniques and equipment that meets ats recommendations.  Am Rev Respir Dis. 1981;  123 859-864
• 7 Hoffarth H P, Zimmermann I, Ulmer W T. Das bronchokonstriktorische Reaktionsmuster des oberen Teils des Atemtrakts und des peripheren Bronchialsystems.  Respiration. 1984;  45 207-218
• 8 Hoffarth H P, Reiher W, Ulmer W T. Gasaustauschstörung bei unspezifischer inhalativer Provokation.  Atemw-Lungenkrkh. 1987;  13 294-297
• 9 Marek W, Hoffarth H P, Potthast J. et al . Unspezifische inhalative Provokation am Schaf als ein Asthmamodell-Korrelat respiratorischer und kardiovaskulärer Wirkungen.  Pneumologie. 1994;  48 433-442
• 10 Herold C J, Brown R H, Wetzel R C. et al . Funktionelle HRCT der Lunge. Experimentelle Untersuchungen pulmonaler Gefäß- und Atemwegsreaktionen.  Radiologe. 1993;  33 124-131
• 11 Brown R H, Zerhouni E. New techniques and developments in physiologic imaging of airways.  Radiologic Clinics of North America. 1998;  36 211-230
• 12 Lynch D A, Newell J D, Tschomper B A. et al . Uncomplicated asthma in adults: comparison of CT appearance of the lungs in asthmatic and healthy subjects.  Radiology. 1993;  188 829-833
• 13 Paganin F, Seneterre E, Chanez P. et al . Computed tomography of the lungs in asthma: influence of disease severity and etiology.  Am J Respir Crit Care Med. 1996;  153 110-114
• 14 Okazawa M, Muller N, McNamara A. et al . Human airway narrowing measured high resolution computed tomography.  Am J Respir Crit Care Med. 1996;  154 1557-1562
• 15 Paganin F, Vignola A M, Seneterre E. et al . Heterogeneity of airways obstruction in asthmatic patients using high resolution computed tomog­raphy.  Chest. 1995;  107 145S-146S
• 16 Beinert T, Kohz P, Seemann M. et al . Spirometrically controlled high resolution computed tomography - quantitative assessment of density distribution in patients with diffuse fibrosing alveolitis.  Eur J Med Res. 1996;  1 269-272
• 17 Kauczor H U, Hast J, Heussel C P. et al . CT attenuation of paired HRCT scans obtained at full inspiratory/expiratory position: comparison with pulmonary function tests.  Eur Radiol. 2002;  12 2757-2763
• 18 Sterk P J, Fabbri L M, Quanjer P H. et al . Airway Responsiveness: Stand­ardized challenge testing with pharmacological, physical and sensitizing stimuli in adults.  Official statement of the European Respiratory Society. 1993;  6 (suppl. 16) 53-83
• 19 Herold C J, Brown R H, Mitzner W. et al . Assessment of pulmonary airway reactivity with high-resolution CT.  Radiology. 1991;  181 369-374
• 20 Brown R H, Herold C J, Hirschman C A. et al . In vivo measurements of airway reactivity using high-resolution computed tomography.  Am Rev Respir Dis. 1991;  144 208-212
• 21 Kalender W, Fichte H, Bautz W. et al . Semiautomatic evaluation procedures for quantitative CT of the lung.  Journal of computer tomography. 1991;  15 248-255
• 22 Kalender W, Reinmueller R, Seissler W. et al . Measurement of pulmonary parenchymal attenuation: use of spirometric gating with quantitative CT?.  Radiology. 1990;  175 181-183
• 23 Altman D G. Practical statistics for medical research. London; Chapman Hall 1991
• 24 Ulmer W T, Nolte D, Lecheler J. et al .Inhalative Provokationstests. Die Lungenfunktion Stuttgart; Thieme-Verlag 2001: 112-118
• 25 Marek W, Hoffath H P, Ulmer W T. Grundlagen obstruktiver Atemwegserkrankungen.  Pneumologie. 1991;  45 376-383
• 26 Poulter L W, Burke C M. Bronchial hyperreactivity in the presence and absence of imflammation (a clue to asthma pathogenesis). Kummer F Asthma Wien; Springer-Verlag 1995: 19-31
• 27 Beigelman-Aubry C, Capderou A, Grenier P A. et al . Mild intermittent asthma: CT assessment of bronchial cross-sectional area and lung attenuation at controlled lung volume.  Radiology. 2002;  223 181-187
• 28 Senéterre E, Paganin F, Bruel J M. et al . Measurement of the internal size of bronchi using high resolution computed tomography (HRCT).  Eur Respir J. 1994;  7 596-600
• 29 Swensen S J, Aughenbaugh G L, Douglas W W. et al . High-resolution CT of the lung: findings in various pulmonary diseases.  Am J Roentgenol. 1992;  158 971-997
• 30 Beinert T, Behr J, Mehnert F. et al . Spirometrically controlled quantitative CT for assessing diffuse parenchymal lung disease.  Journal of Computer Assisted Tomography. 1995;  19 924-931

1 Persönliche Kommunikation mit K. S.