Morbidität und Mortalität der Lebererkrankung im Rahmen der Cystischen Fiborse (Cystic fibrosis liver disease, CFLD) sind vornehmlich von Ausmaß und Progredienz der Leberfibrose abhängig. Aufgrund der fehlenden Genauigkeit der bisherigen diagnostischen Verfahren werden viele der an CF erkrankten Menschen erst in fortgeschrittenen Stadien diagnostiziert. Schwere Komplikationen einer Leberzirrhose treten häufig bereits im Kindesalter auf. Die Quantitative Sonoelastographie, hier die Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI)-Elastographie, ist ein vielversprechendes, nicht-invasives und strahlenfreies Verfahren zur Messung der Gewebesteifigkeit. Anhand dieser retrospektiven, monozentrischen Studie soll die ARFI-Elastographie im Hinblick auf den klinischen Einsatz bei der CFLD-Diagnostik untersucht werden. Es wurde eruiert, ob sich mittels ARFI-Elastographie Rückschlüsse auf eine CFLD und deren Schweregrade ziehen lassen. Hierfür wurden die ARFI-Messungen verschiedener Lebersegmente von 62 an CF erkrankten und 19 lebergesunden Kindern und Jugendlichen verglichen. Zudem erfolgte die Korrelation der Ergebnisse mit zwei etablierten klinischen Leberfibrose-Scores (APRI, Williams-Score). Im Patientenkollektiv konnten tendenziell erhöhte Scherwellengeschwindigkeiten, entsprechend einer fibrotischen Aktivität, gemessen werden. Die transkostale Messposition in Segment VII/VIII (TC VII/VIII) erwies sich als zuverlässigste Position zur Differenzierung zwischen einer CF-Hepatopathie und einem gesunden Leberparenchym. Hingegen war das Errechnen von Cut-off Werten zur Graduierung von Fibrosestadien nicht möglich. Auch war keine Korrelation zu Leberfiborsescores feststellbar. Insgesamt zeigt sich, dass die Diagnosestellung einer CFLD aktuell nur in Kombination mit bisherigen Messmethoden wie der klinischen Untersuchung, der Laboranalytik und der Sonographie möglich ist. Die Interpretation der ARFI-cut-off Werte bleibt aufgrund mangelnder Sensitivität und Spezifität und vor dem Hintergrund der CF-typischen heterogenen Leberpathologie erschwert. Die ARFI-Elastographie kann als zusätzlicher Baustein in der Diagnostik der CFLD, bei unklaren Befundkonstellationen oder zum Therapie-Monitoring herangezogen werden. Um einen klaren klinischen Einsatz in der Routinediagnostik zu definieren bedarf es weiterer großer, multizentrischer und prospektiver Studien. / The liver-associated morbidity and mortality of the patients with cystic fibrosis (CF) depends on the progression of liver fibrosis. The lack of sensitive diagnostics in the early stages of fibrosis is a key reason for delayed diagnosis, often when complications from liver cirrhosis have already developed in childhood. Quantitative ultrasound (US) imaging, such as Acoustic Radiation Force Imaging (ARFI)-Elastography, is a modern and non-invasive technique for the measurement of tissue stiffness. ARFI-Elastography could improve the detection of Liver Disease (LD) in CF over today‘s routine diagnostics. The aim of this single centre, retrospective study was to analyse the diagnostic performance and the clinical use of the ARFI-method with regard to the early detection of parenchymal changes in Cystic Fibrosis Liver Disease (CFLD). ARFI-data of 62 patients with CF were compared to 19 healthy controls. Results have been related to common and previously established scores (APRI, Williams-Score) for fibrosis in CF. ARFI measurements were higher in the patient group. In particular, the transcostal imaging of segments VII/VIII (TC CII/VIII) of the right liver lobe showed a statistically significant difference between patients with CF and healthy controls. However, because of the wide range of the measurements it was not possible to establish cutoff-values to differentiate stages of liver stiffness and there was no correlation to clinical scores of fibrosis. Due to the lack of sensitivity and specificity of the ARFI cutoff-value and the knowledge of the heterogeneous pathology of cirrhosis in CF, interpretation of ARFI measurements remains challenging. On the basis of our findings, we conclude that ARFI may have a useful role in combination with routine assessments including physical examination, screening laboratory values and US-imaging, to detect, diagnose and monitor CFLD. Larger prospective validation studies are required to establish how ARFI can best be incorporated into routine clinical practice.

Zusammenfassung der Habilitationsschrift von Dr. rer. nat. Julia Hentschel mit dem Titel: „Die Bedeutung der oberen Atemwege bei zystischer Fibrose – Pathomechanismen, Monitoring und Therapie“, Universität Leipzig Lange Jahre standen rezidivierende Infekte der Lunge und Gedeihstörung durch Maldigestion als lebensbegrenzende Symptome eines Patienten mit Mukoviszidose (Cystische Fibrose/CF) im Vordergrund. Das Hauptaugenmerk in der Diagnostik und Therapie von CF-Patienten lag daher zumeist auf den unteren Atemwegen bzw. dem Verdauungstrakt. Verbesserte Therapiemöglichkeiten und eine erhebliche Steigerung der Lebenserwartung brachten andere Symptome in den klinischen und wissenschaftlichen Fokus. Seit 2005 untersuchen wir systematisch die Rolle der oberen Atemwege bei Patienten mit CF, indem wir bei jeder Routinevorstellung Material der oberen Atemwege nicht-invasiv gewinnen, analysieren und asservieren. Wir konnten Methoden etablieren, um nasale Lavagen mit wenig Aufwand auch für große Studien einfach und schnell zu gewinnen und zu asservieren. Wir konnten zeigen, dass sich diese nasalen Lavagen eignen, um eine Besiedlung mit Pathogenen zu erfassen und die resultierende inflammatorische Wirtsantwort zu untersuchen. Wir konnten erstmals beweisen, dass die oberen Atemwege ein Keimreservoir darstellen und von dort aus Keime die Lunge (wieder) besiedeln können. Dies fand Eingang in aktuelle Leitlinien zur Mukoviszidosebetreuung und Lungentransplantation und hat Einfluss auf den Erfolg dieses ohnehin schon stark risikobehafteten Eingriffs. CF ist eine Erkrankung, bei der häufig eine überschießende Entzündungsreaktion beobachtet wird. Unsere Studien legten dabei den Schluss nahe, dass in den oberen Atemwegen andere Imbalancen eine Rolle spielen als in den unteren Atemwegen und sich daraus auch unterschiedliche therapeutische Ansätze ergeben könnten. Weiterhin konnten wir verdeutlichen, dass sich auch der Einfluss therapeutischer Interventionen in den Inflammationsmediatoren der oberen Atemwege widerspiegelt. Eine wichtige Erkenntnis daraus war, dass v.a. systemische Antibiosen deutlich langsamer und/oder schlechter in den Nasennebenhöhlen und den oberen Atemwegen wirken als auf die unteren und dass hier ein Umdenken in der antibiotischen Therapie der oberen Atemwege erfolgen muss. Unsere Studien beweisen einmal mehr das Kontinuum der Atemwege von der Nasenspitze über die paranasalen Sinus bis in die distalen Alveolen und dass ein gutes Therapiekonzept immer das große Ganze im Blick haben sollte. Schlussendlich stellt die CF hier ein Modellsystem dar. Viele unserer Erkenntnisse können auch Nicht-CF-Patienten mit Erkrankungen der oberen Atemwege zugutekommen.

Die Frage nach adäquaten mikrobiologischen und molekulargenetischen Methoden, um die Kolonisation des Respirationstrakts von Mukoviszidose-Patienten mit Pseudomonas aeruginosa nachzuweisen und zu charakterisieren, wird kontrovers diskutiert. Von 38 klinisch stabilen Patienten mit cystischer Fibrose (CF) wurden sequentiell im Abstand von 18 Monaten Proben aus Rachenabstrich, Sputum und Bronchiallavage (BAL) entnommen und bezüglich Pseudomonas-Nachweis untersucht. Die Pseudomonas-Stämme wurden mittels Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD)-Analyse und Pulsfeld-Gelelektrophorese (PFGE) von DNA-Makrorestriktionsfragmenten typisiert und bezüglich der Frage nach genetisch divergierenden Isolaten innerhalb des selben Individuums sowie nach möglichen longitudinalen genetischen Veränderungen evaluiert. Sensitivität, negative und positive prädiktive Werte und Spezifität, um eine P. aeruginosa-Besiedlung zu erkennen, waren 36%, 74%, 83% und 96% im Falle der Kulturen aus dem Oropharynx von nicht-expektorierenden Patienten und 92%, 94%, 100% und 100% für Sputumkulturen von expektorierenden Probanden. RAPD-Analyse und PFGE waren in der Lage, zwischen unterschiedlichen Pseudomonas-Stämmen zu diskriminieren, wobei nur die DNA-Makrorestriktion zwischen Subtypen unterscheiden konnte. Die Genotypen der Pseudomonas-Isolate aus Rachenabstrich und Sputum divergierten in 55% und 40% zu den Isolaten der BAL. Longitudinale Variationen des Genotyps wurden in 62% der Fälle beobachtet, die Hälfte davon war nur mittels bronchoskopisch gewonnener Proben erkennbar. Zusammengefasst besitzen Sputumproben bezüglich des Pseudomonas-Nachweises dieselbe Wertigkeit wie Kulturen aus der BAL, während Rachenabstriche in einer frühen Krankheitsphase für die Charakterisierung der bakteriellen Flora des unteren Respirationstrakts wenig geeignet sind. Die Methode der DNA-Makrorestriktion kann als zuverlässige Technik für epidemiologische Untersuchungen empfohlen werden. Unterschiedliche Genotypen innerhalb desselben Individuums und longitudinale genetische Alterationen sind häufig, jedoch unter Umständen nur bronchoskopisch nachweisbar. / There is controversy about adequate specimen to detect and characterise colonisation of cystic fibrosis (CF) airways by Pseudomonas aeruginosa. Oropharyngeal, sputum and bronchoalveolar lavage (BAL) samples were evaluated sequentially from 38 stable CF patients for the detection of P. aeruginosa. Pseudomonas strains were typed by random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis and pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) of DNA macrorestriction fragments. The occurrence of genetically different isolates within the same host and longitudinal variations in the genotype during repeated examinations was assessed. Sensitivity, negative and positive predictive values and specificity to detect P. aeruginosa were 36%, 74%, 83% and 96% for oropharyngeal cultures in non-expectorating patients and 92%, 94%, 100% and 100% for sputum cultures from expectorating patients, respectively. RAPD analysis and PFGE were suitable to characterize P. aeruginosa CF isolates, although only DNA macrorestriction was able to distinguish between identical and closely related strains. Genotypes of Pseudomonas isolates recovered from oropharyngeal swabs and sputum differed to the strains recovered by bronchoscopy in 55% and 40%, respectively. In 62% longitudinal variations in the genotype occurred. Half of these alterations were only detectable from bronchoscopically obtained samples. In conclusion, sputum samples have the same value as specimens from BAL to detect P. aeruginosa colonisation, whereas cultures from the oropharynx are not suitable for characterising the bacterial conditions in the CF lungs in an early disease state. DNA macrorestriction is recommended as an excellent tool for epidemiological investigations. Different genotypes within the same host and longitudinal genetic alterations are common and may be detectable in the BAL fluid exclusively.