Bestimmung der hyperkapnischen Atemantwort bei Patienten mit COPD

Zusammenfassung

Die vorliegende Studie zeigt eine verringerte hyperkapnische Chemosensitivität (HCVR) bei COPD-Patienten. Bislang gibt es keine veröffentlichten Studien, die die HCVR im Bezug auf die COPD-GOLD-Stadien näher untersucht haben.

Die Messung der Atemantwort und des Atemantriebes auf Veränderungen der Blutgase stellen eine methodische Option dar, die Funktionsfähigkeit des „Regelkreises Atmung“ zu überprüfen. Zur automatischen und standardisierten Messung und Bewertung von hyperkapnischer Chemosensitivität und Atemantrieb wurde das Marburger-Atemantwort-Messungs-System (MATAM) entwickelt. Bei der Bestimmung der hyperkapnischen Atemantwort wird untersucht, ob eine CO₂‐Exposition zu einem adäquaten Anstieg von Atemfrequenz und Atemzugvolumen führt. Die Registrierungen werden in einem geschlossenen System, welches die selektive Veränderung jeweils nur einer Atemgas-Komponente ermöglicht, durchgeführt. Die Darstellung und Berechnung der hyperkapnischen Atemantwort erfolgt, indem das Atemminutenvolumen (AMV) zu Beginn der Reaktion gegen den endexspiratorischen CO₂ (ETCO₂) aufgetragen wird. Nachfolgend wird eine lineare Regressionsgerade berechnet, welche als Maß für die HCVR definiert ist.

Insgesamt wurden 28 Patienten (18 männliche; 10 weibliche) mit COPD-GOLD-Stadien 0–IV untersucht. Das Alter der Patienten lag im Mittel bei 57 ± 14 (Standardabweichung) und der BMI-Wert bei 32 ± 9 kg/m². Es konnte gezeigt werden, dass die HCVR-Messung mittels MATAM bei COPD-Patienten problemlos einsetzbar ist. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass die hyperkapnische Atemantwort mit zunehmendem COPD-Schweregrad signifikant abnimmt. Es wird vermutet, dass die permanente Verstellung der Blutparameter (pH- und pCO₂-Sättigung) zu einer Reduktion der Chemosensitivität führt. Es müssen nun weitere Studien mit diesem Verfahren erfolgen, um einerseits Normwerte zu ermitteln und andererseits das Verfahren auch für andere Patientengruppen zu validieren.

Abstract

Previous studies showed a reduced hypercapnic ventilatory response (HCVR) in patients with COPD. However, the association between HCVR and COPD GOLD stages is unknown.

The measurement of the HCVR is a methodological option to test the function of the breathing feedback cycle. The aim of this feasibility study was to present a new automatic and standardized device (MATAM) to measure and interpret the HCVR. This device determines if exposure to CO₂ leads to an adequate increase in breathing frequency and tidal volume. Recordings are performed in a closed system that allows selective changes of each gas component. The minute ventilation (AMV) under hypercapnic stimulation is plotted against the end-tidal CO₂ (ETCO₂). The HCVR is defined as the linear regression line.

28 patients (18 male; 10 female) with COPD GOLD stages 0 to IV were studied. The patients had a mean age of 57 ± 14 (standard deviation) years and a mean BMI of 32 ± 9 kg/m². We could show that the HCVR measurement in patients with COPD using MATAM was feasible. Patients with more severe COPD stages had a significantly more reduced HCVR. This could be an indication of reduced chemosensitivity due to a worsening of blood values (pH and pCO₂) which affect the central chemoreceptors in the long term. Further studies will be needed to validate the MATAM device for healthy individuals and other patient groups, and for the investigation of standard values.

• Literatur

• 1 Guyenet PG, Stornetta RL, Bayliss DA. Central respiratory chemoreception. J Comp Neurol 2010; 518: 3883-3906
• 2 Fenn WO, Craig AB. Effect of CO2 on respiration using a new method of administering CO2. J Appl Physiol 1963; 18: 1023-1024
• 3 McConnell AK, Semple ES. Ventilatory sensitivity to carbon dioxide: the influence of exercise and athleticism. Med Sci Sports Exerc 1996; 28: 685-691
• 4 Warley A, Clarke M, Phillips T et al. Ventilatory response to an inhaled constant CO2 load and added dead space in healthy men, awake and asleep. Respir Physiol 1989; 75: 183-191
• 5 Read DJ. A clinical method for assessing the ventilatory response to carbon dioxide. Australas Ann Med 1967; 16: 20-32
• 6 Elliott MW, Mulvey DA, Moxham J et al. Domiciliary nocturnal nasal intermittent positive pressure ventilation in COPD: mechanisms underlying changes in arterial blood gas tensions. Eur Respir J 1991; 4: 1044-1052
• 7 Nickol AH, Hart N, Hopkinson NS et al. Mechanisms of improvement of respiratory failure in patients with restrictive thoracic disease treated with non-invasive ventilation. Thorax 2005; 60: 754-760
• 8 Nickol AH, Hart N, Hopkinson NS et al. Mechanisms of improvement of respiratory failure in patients with COPD treated with NIV. Int J Chron Obstruct Pulmon Dis 2008; 3: 453-462
• 9 Browne HAK, Adams L, Simonds AK et al. Ageing does not influence the sleep-related decrease in the hypercapnic ventilatory response. Eur Respir J 2003; 21: 523-529
• 10 Filley GF, Swanson GD, Kindig NB. Chemical breathing controls: slow, intermediate and fast. Clin Chest Med 1980; 1: 13-32
• 11 Nickol AH, Dunroy H, Polkey MI et al. A quick and easy method of measuring the hypercapnic ventilatory response in patients with COPD. Respir Med 2009; 103: 258-267