Zugl.: Habil'schrift med. Bern, 1969. / S. 149-160.

Thesis (doctoral)--Giessen, 1982.

Postoperative pulmonale Komplikationen (PPK) gehören zu den häufigsten Ursachen, die zu einem verlängerten Krankenhausaufenthalt, steigenden Kosten und einer erhöhten Morbidität und Mortalität führen. Die pulmonale elektrische Impedanztomographie (EIT) ermöglicht die bettseitige Visualisierung der regionalen Lungenventilation in Echtzeit in der transversalen Elektrodenebene. Insbesondere dorsale Atelektasen oder Pleuraergüsse können eine Verschiebung der Ventilation nach ventral bewirken. Als Hypothese wurde angenommen, dass postoperativ bei spontanatmenden Patienten nach einem peripheren Eingriff eine Umverteilung der Ventilation nach ventral auftritt und dadurch die Vitalkapazität der Lunge abnimmt. In die prospektive Beobachtungstudie wurden 27 Patienten eingeschlossen, die sich einem elektiven peripheren Eingriff in Allgemeinnarkose (mit oder ohne Regionalanästhesie) unterzogen und ein erhöhtes Risiko für PPK‘s aufwiesen. Die Lungenfunktion der Patienten wurde präoperativ sowie am ersten und dritten postoperativen Tag mittels EIT in Spontanatmung und einem forcierten Atemmanöver erfasst. Dabei wurde das Center of Ventilation (COVy) berechnet. Periphere Eingriffe in Allgemeinnarkose führten nicht zu einer signifikanten ventralen Verschiebung der regionalen pulmonalen Ventilation in Spontanatmung gemäß pulmonalem EIT am ersten und dritten postoperativen Tag. Die FVC%Soll war lediglich am ersten postoperativen Tag vermindert. Bei zwei Patienten traten postoperative pulmonale Komplikationen auf. Insgesamt zeigte die Kohorte nur geringe Veränderungen der Vitalkapazität, was einen Einfluss der Eingriffslokalisation auf die Umverteilung der pulmonalen Ventilation nahelegt. / Postoperative pulmonary complications (PPCs) increase morbidity and mortality of surgical patients, duration of hospital stay and costs. Pulmonary electrical impedance tomography (EIT) enables the bedside visualization of regional ventilation in real-time within a transversal section of the lung. Dorsal atelectasis or effusions might cause a ventral redistribution of ventilation. We hypothesized the existence of ventral redistribution in spontaneously breathing patients during their recovery from peripheral surgery and that vital capacity is reduced if regional ventilation shifts to ventral lung regions. This prospective observational study included 69 adult patients undergoing elective peripheral surgery with an expected intermediate or high risk for PPCs. Patients received general anesthesia with and without additional regional anesthesia. On the preoperative, the first and the third postoperative day, EIT was performed at rest and during spirometry (forced breathing). The center of ventilation in dorso-ventral direction (COVy) was calculated. A significant redistribution of pulmonary ventilation was not observed after peripheral surgery on the first and third postoperative day. FVC%predicted was only decreased on the first postoperative day. In two patients occurred pulmonary complications after peripheral surgery. The cohort showed only minor changes in vital capacity, suggesting a role of the location of surgery for postoperative redistribution of pulmonary ventilation.

Freiburg, Univ., Diss., 1999.

Postoperative pulmonale Komplikationen (PPC) stellen den Hauptgrund für erhöhte Morbidität und Mortalität sowie eine längere stationäre Liegedauer nach chirurgischen Eingriffen dar. Die Elektrische Impedanztomographie (EIT) ermöglicht als strahlungsfreie Methode die bettseitige Visualisierung der regionalen pulmonalen Ventilation in einem thorakalen Querschnittsbereich über den zeitlichen Verlauf. Die Hauptfragestellung dieser Studie war die perioperativen Veränderungen der regionalen pulmonalen Ventilation bei spontanatmenden Patienten nach abdominalchirurgischen Eingriffen in Allgemeinnarkose bis in die späte postoperative Phase zu untersuchen. Zusätzlich untersuchten wir die Lungenfunktion mittels Spirometrie. Wir nahmen eine Verschiebung der pulmonalen Ventilation in dorso-ventraler Richtung an, sowie eine postoperativ reduzierte Vitalkapazität, z.B. durch Atelektasen oder Pleuraergüsse. In die prospektive Observationsstudie wurden 36 erwachsene Patienten eingeschlossen, die sich einem elektiven abdominalchirurgischen Eingriff unter Allgemeinanästhesie unterzogen und ein mittleres Risiko gemäß ARISCAT Score für die Entwicklung von PPC aufwiesen. Präoperativ, sowie am 1. und 3. postoperativen Tag erfolgte die Untersuchung der pulmonalen Ventilation mittels EIT in Spontanatmung, Errechnung des Center of Ventilation (COV), sowie eine Lungenfunktionsprüfung mittels Spirometrie. Nach abdominalchirurgischen Operationen kam es zu einer statistisch signifikanten und bis zum 3. postoperativen Tag anhaltenden Verschiebung der pulmonalen Ventilation nach ventral (COVy präop. 16,5; 1. Tag postop. 17,8; 3. Tag postop. 17,4). Zudem zeigte sich eine anhaltend reduzierte Forcierten Vitalkapazität in % vom Sollwert (FVC%Soll): präop. 93%; 1. Tag postop. 58%; 3. Tag postop. 64%. Am 3. postoperativen Tag bestand unter forcierter Atmung eine negative Assoziation zwischen der Änderung des COVy und der Änderung der FVC%Soll. PPC traten bei 10 Patienten in Form von respiratorischer Insuffizienz, Atelektase und Pleuraerguss auf. Bei diesen Patienten zeigte die EIT keine komplikationsspezifischen Bilder. Abdominalchirurgische Operationen hatten hat einen relevanten Einfluss auf die postoperative regionale Lungenventilation und somit auf die Entstehung von PPC. Die EIT hilft die Entstehung von PPC besser zu verstehen und Strategien zur Vermeidung solcher im klinischen Alltag zu implementieren. / Postoperative pulmonary complications (PPC) are the main reason for increased morbidity, mortality and length of stay in hospital after surgical interventions. Electrical impedance tomography (EIT) is a radiation-free method that can visualize regional pulmonary ventilation within a transversal section of the lung in real-time. Main goal of this study was the examination of perioperative change in regional pulmonary ventilation until the late postoperative period in spontaneously breathing patients after abdominal surgery receiving general anesthesia. In addition we examined pulmonary function using spirometry. We hypothesized a shift of pulmonary ventilation in dorso-ventral direction and a postoperatively decreased vital capacity e.g. as a result of atelectasis or pleural effusion. In this prospective observational study 36 adult patients that underwent elective abdominal surgery under general anesthesia were included. According to ARISCAT score they showed an intermediate risk for the development of PPC. Preoperative, at the 1st and 3rd postoperative day there was the examination of pulmonary ventilation using EIT, calculation of the center of ventilation (COV) and examination of pulmonary function using spirometry. After abdominal surgery there was a significant shift of pulmonary ventilation in ventral direction. This continued until the 3rd postoperative day (COVy preop. 16.5, 1st postop. day 17.8, 3rd postop. day 17.4). In addition forced vital capacity in %predicted (FVC%predicted) was decreased: preop. 93%, 1st postop. day 58%, 3rd postop. day 64%). On the 3rd postoperative day changes in COVy were negatively associated with changes in FVC%predicted during forced breathing. 10 patients developed PPC (respiratory insufficience, atelectasis, pleural effusion). These patients did not show any characteristic image in EIT-imaging. Abdominal surgery had a relevant influence on postoperative regional pulmonary ventilation and as a result of that on the development of PPC. EIT helps to understand the development of PPC in a better way and to implement strategies for avoiding PPC in everyday clinical work.

Die bronchopulmonale Dysplasie (BPD) ist immer noch die häufigste schwere Komplikation von Frühgeburtlichkeit. Fortschritte in der Therapie, speziell die Einführung von Surfactant in den 1990er Jahren zur Behandlung eines Atemnotsyndroms (RDS), das einen der Hauptrisikofaktoren für die Entstehung einer BPD darstellt, haben Veränderungen der BPD mit sich gebracht. Diese „neue“ BPD unterscheidet sich vor allem hinsichtlich Pathophysiologie und Therapie enorm von der BPD der „Vor-Surfactant-Ära“. Die Datenlage zu langfristigen Einschränkungen der Lungenfunktion und Belastbarkeit von ehemaligen Frühgeborenen, die an der „neuen“ Form der BPD erkrankt sind, ist noch spärlich und uneinheitlich. Ziel dieser Studie war, die Bedeutung der „neuen“ BPD für die langfristige pulmonale Morbidität und die körperliche Leistungsfähigkeit von ehemaligen Extrem-Frühgeborenen zu beleuchten. Mögliche Konsequenzen für die Kinder mit „neuer“ BPD könnten frühe Interventionsmaßnahmen (Trainingsprogramme, medikamentöse Kontrolle einer subklinischen Inflammation) zur Verbesserung der pulmonalen Funktion und der körperlichen Aktivität und Belastbarkeit sein. Der Einschluss der eNO-Messung sollte gleichzeitig der Bewertung dieser nicht-invasiven Untersuchungsmethode zur Einschätzung der pulmonalen Morbidität von ehemaligen Frühgeborenen dienen. Es nahmen insgesamt 40 Kinder zwischen sieben und zwölf Jahren an dieser Studie teil, die in drei Gruppen – Frühgeborene mit BPD, Frühgeborene ohne BPD und Reifgeborene – aufgeteilt wurden. Die Probanden absolvierten Lungen-funktionsuntersuchungen, eine eNO-Messung, kardiale Untersuchungen, einen Belastungstest auf einem Spiroergometer sowie eine Aktivitätsmessung mittels Akzelerometrie. Anschließend wurden die Ergebnisse der Untersuchungen ausgewertet und unter den drei Gruppen verglichen. Frühgeborene mit neuer BPD zeigten auch im Schulalter bleibende Defizite. Diese betrafen neben der psychomotorischen Entwicklung vor allem die pulmonale Funktion, die Aktivität und die Leistungsfähigkeit dieser Kinder. Bei der Lungenfunktionsuntersuchung konnte festgestellt werden, dass frühgeborene Kinder im Schulalter unter anhaltender Atemwegsobstruktion sowie Kinder mit BPD zusätzlich unter einem gestörten Gastransfer leiden. In der Spiroergometrie ergab sich zudem eine für das Geschlecht und die Körpergröße korrigierte verminderte Sauerstoffaufnahme (VO2max) bei maximaler Belastung für Kinder mit BPD. Mit Hilfe einer Regressionsanalyse konnte die gestörte Diffusionskapazität als entscheidendes Kriterium für die Leistungseinschränkung der Kinder mit BPD identifiziert werden. Die Vermutung liegt nahe, dass all diese Einschränkungen auf die in frühester Kindheit entstandenen histologischen Veränderungen im Rahmen der „neuen“ BPD zurückgehen. Außerdem stellte sich heraus, dass frühgeborene Kinder, unabhängig ob mit oder ohne BPD, eine geringere Aktivität aufwiesen. Ob diese funktionalen Einschränkungen auch noch im Heranwachsenden- und Erwachsenenalter bestehen, muss durch weitere Studien bewiesen werden. Die eNO-Messung erbrachte in diesem Zusammenhang keine konsistenten Ergebnisse. Zusammenfassend konnte unsere Studie Anhaltspunkte für langfristige funktionale Konsequenzen der „neuen“ BPD für Lungenfunktion und körperliche Belastbarkeit im Schulalter abbilden. Die verminderte Sauerstoffaufnahme (VO2max) bei maximaler Belastung bei Kindern mit BPD spiegelt die Beeinträchtigung der alveolokapillären Einheit wider. / Question: To assess the relevance of bronchopulmonary dysplasia (BPD) for peak exercise oxygen consumption (VO2peak) of school-aged children and to identify mechanisms explaining the effect of BPD on VO2peak. Material and methods: Fourty children aged 7.9 to 12.9 years participated. Ten were born prematurely and had BPD (PREM+BPD), 15 born prematurely without BPD (PREM) and 15 born at term (CON). They wore an accelerometer to assess physical activity, and performed lung function tests and a peak exercise test. A regression model based on allometric scaling served to identify factors that explained inter-group difference in VO2peak. Results: ln(VO2peak) adjusted for ln(height) and gender was significantly lower in PREM+BPD than in the two other groups. PREM+BPD and PREM spent less time in moderate and vigorous activity than CON. Lung function of PREM+BPD was significantly impaired compared to CON and, to a lesser extent, to PREM. However, only an impaired diffusing capacity for carbon monoxide in PREM+BPD could fully explain the difference in ln(VO2peak). Conclusion: At school age, VO2peak is significantly reduced in BPD, probably reflecting an impairment of the alveolar-capillary unit. Our findings underline the functional relevance of early histological changes in BPD for peak exercise capacity at school age.

Die Prävalenz von Adipositas steigt weltweit. In der vorliegenden Untersuchung wird nachgewiesen, dass bereits in einer Kohorte adipöser asymptomatischer Erwachsene funktionelle pulmonale und kardiale Einschränkungen vorliegen. Diese werden durch den Vergleich mit den Ergebnissen nach Gewichtsabnahme im Rahmen des OPTIFAST 52 Programms offensichtlich. Ein strukturiertes Gewichtsabnahmeprogramm führt zu einer signifikanten Verbesserung der pulmonalen und kardialen Parameter auch bei asymptomatischen adipösen Teilnehmern. Dies unterstreicht, wie wichtig aggressive Gewichtsabnahmeprogramme so früh wie möglich sind, um kardiopulmonale Morbidität zu vermeiden. / The prevalence of obesity is increasing. Obesity can lead to cardiovascular and ventilatory complications as obstructive sleep apnea and obesity hypoventilation syndrome. The exact role of obesity in the pathophysiology of obstructive lung disease and pulmonary hypertension is unclear. Objective: To determine lung function and cardiac function in obese adults and to evaluate the effect of weight loss on lung and cardiac function. Design: In a prospective observational study bodyplethysmography, mouth occlusion pressure and echocardiography was performed in patients undergoing a one year structured weight loss program (OPTIFAST®). Results: After 6 months participation in the weight loss program we found a decrease of body weight, BMI and a significant improvement of lung function Additionally, we noticed a decrease of myocardial mass, left ventricular myocardial performance index, MAPSE and an increase of pulmonary outflow acceleration time reflecting a decrease of lung perfusion resistance. Conclusion: The structured weight loss program OPTIFAST can lead to an significant improvement of ventilatory and myocardial function in obese patients.

Zugl.: Dresden, Techn. Univ., Diss., 2007

Kinder, welche nach 34 (+0) bis 36 (+6) Gestationswochen geboren werden, bezeichnet man als späte Frühgeborene. Genau wie Kinder eines jüngeren Gestationsalters sind diese von einer höheren postnatalen Morbidität und Mortalität betroffen als reif geborene Kinder. Diese Studie betrachtet die pulmonale Funktionsleistung dieser Kinder weit über die Neonatalperiode hinaus. Ehemals späte Frühgeborene wurden im Alter von 6 Jahren untersucht. Eine gleichaltrige Kontrollgruppe, bestehend aus ehemals reifen Neugeborenen, diente dem Vergleich. Vor allem Parameter der Spirometrie sowie Peak-Flow- und Atemwegswiderstandsmessungen ermöglichten dabei die Objektivierung der pulmonalen Funktion. Statistisch signifikante Unterschiede ließen sich in der mittleren FVC (forcierte Vitalkapazität) sowie dem FEV1 (forciertes exspiratorisches Volumen in einer Sekunde) feststellen, wobei Kinder der Indexgruppe jeweils im Mittel nur geringere Werte erreichten als Kinder der Kontrollgruppe. Der mittlere Atemwegswiderstand unterschied sich in Index-und Kontrollgruppe ebenso signifikant, wobei bei ehemals späten Frühgeborenen der Atemwegswiderstand im Mittel höher war als bei ehemals reifen Neugeborenen.

Kombinierte Ventilations- und Inhalationsszintigraphie Während konventionelle Lungenfunktionsparameter zur Bestimmung ventilatorisch und atemmechanisch bedingten Verteilungsstörungen nur eine funktionelle Beurteilung erlauben, ermöglichen die Methoden der Ventilations- und Inhalationsszintigraphie eine regional funktionelle Zuordnung. Bei obstruktiven Lungenerkrankungen kann durch den Einsatz von Aerosolen gezielt eine Verteilungsstörung nachgewiesen werden, die um so ausgeprägter ist, je weniger sich im Szintigramm (regional) die Lungenperipherie darstellen läßt. Mit einer gleichzeitig durchgeführten Xenon-133-Ventilation kann differenziert werden, ob es sich um eine obstruktionsbedingte Minderbelüftung handelt ( Ventilations-Inhalations-Mismatch), oder ob die Belüftung bestimmter Lungenareale funktionell ausgefallen ist ( Ventilations-Inhalations-Match). Ziel unserer Untersuchung war es herauszufinden, in welcher Beziehung die regionale Darstellung der Ventilations-Inhalations-Konstellationen zu konventionellen Inhomogenitätsparametern der Lungenfunktion bei Patienten mit COPD steht und inwieweit Informationen über die Lungenfunktion hinaus erlangt werden können. Patienten: Wir untersuchten 32 Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenkrankheit (COPD) im Alter zwischen 17 und 68 Jahren. Die Untersuchung der Patienten wurde in einem möglichst beschwerdefreien Intervall unter klinischer Fragestellung durchgeführt. Methodik: Die Patienten wurden mittels folgender Methoden untersucht:1. Lungenfunktionsdiagnostik: Fluß-Volumen-Kurve, Bodyplethysmographie, FRC-Rebreathing, Diffusionsmessung und Impulsoszillometrie. 2. Szintigraphische Untersuchung: Alle Patienten wurden zur Darstellung der belüfteten Lungenabschnitte einer Xenon-133-Ventilationsszintigraphie und im Anschluß daran einer Technetium-99m-DTPA-Inhalationsszintigraphie unterzogen. Xenon-133 wurde im single-breath Verfahren mit 10 Sekunden Atemanhaltezeit verabreicht. Die Inhalation von Technetium markierten Aerosolpartikeln erfolgte mittels eines Verneblersystems. Die Patienten atmeten das Aerosol 7 Minuten langsam und ruhig ein. Die quantitative Auswertung erfolgte mittels interessierender Regionen (ROI) und eines Scores. Statische Szintigramme wurden nach einem Score in 4 Gruppen entsprechen verschiedener Ventilations-Inhalations-Konstellationstypen ( Mismatch, Match) eingeteilt. Ergebnisse: Bei Patienten mit COPD wurden nuklearmedizinisch 3 Schweregrade von Ventilationsstörungen unterschieden: geringgradiges Ventilations-Inhalations-Mismatch, ausgeprägtes Ventilations-Inhalations-Match, pathologisches Ventilations-Inhalations-Match. Im Vergleich der Schweregradeinteilung der Verteilungsstörungen durch Methoden der konventionellen Lungenfunktionsdiagnostik und der Nuklearmedizin ergibt sich eine hochsignifikante Korrelation. Von den 22 Patienten, die pathologische Lungenfunktionswerte aufwiesen, ergaben sich auch zu 95 % Veränderungen in der Szintigraphie, währenddessen zeigten von den 28 Patienten mit pathologischer nuklearmedizinischer Bewertung nur 75% pathologische Inhomogenitätsparameter. Die Methode der Ventilations- und Inhalationsszintigraphie erwies sich somit als sensitiver. / Combination of ventilation and inhalation scintigraphy While conventional parameters to determine the ventilatory and respiratory-mechanical distribution disturbances allow a functional assessment only, the methods of ventilation and inhalation scintigraphy enable a regional functional categorization. With obstructive pulmonary diseases, a disturbance of distribution can be traced with the help of aerosols, the disturbance of distribution being the more severe the less the regional periphery of the lung can be imaged in the scintigram. A simultaneous xenon-133-ventiation, which is performed in selected cases, allows to differentiate between an obstructive underventilation (ventilation-inhalation mismatch) and the functional failure of ventilation of definite areas of the lung (ventilation-inhalation match). It was the aim of our investigation to find out the relation between the regional demonstration of the different ventilation-inhalation patterns and conventional parameters of inhomogeneity in patients with COPD. Is it possible to get more informations by scitigraphic methods and is there perhaps a parameter in conventional pulmonary function that reflects the degree of the disturbance of nuclear medical measures best? Patients: We examined 32 patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) between 17 and 68 years of age. The patients were examined during a complaint-free period, so it was possible. Methodology: The following methods were applied to examine the patients: 1. Pulmonary function: flow-volume curves, bodyplethysmography, FRC-rebreathing, diffusion measuring and impulse oscillometry. 2. Scintigraphic examination: For imaging the ventilated parts of the lung, all patients underwent a xenon-133-ventilation scintigraphy followed by a technetium-99m-DTPA-inhalation scitigraphy with 10 seconds of breath-holding. The inhalation of technetium-marked particles of aerosol was enabled by mechanical atomising system. The patients inhale the aerosol for 7 minutes slowly and calmly. Quantitative evaluation was based on the regions of interest (ROI) and score. Static scitigrams were devided into 4 groups according to a score and to the different types of ventilation-inhalation patterns (match, mismatch). Results: In patients with COPD three degrees of severity of ventilation disturbances are defined by nuclear medical examinations: low-grade ventilation-inhalation mismatch, moderate ventilation-inhalation mismatch, pathological ventilation-inhalation match. A comparison of the classification of severity of distribution disturbances according to conventional pulmonary function diagnosis and nuclear medicine results in a highly significant correlation. Of the 22 patients with pathological values of pulmonary function, 95% showed pathological changes in the scintigram, whereas in the 28 patients who underwent nuclear medical examinations pathological inhomogeneity parameters were found in only 75%. Hence it follows that the method of ventilation and inhalation scintigraphy is the more sensitive one.