Carmen Klein: Sonographie der Lunge und Analyse der Atmungsmechanik mittels Impuls-Oszilloresistometrie beim lungengesunden und pneumoniekranken Ferkel und Läuferschwein Institut für Bakteriologie und Mykologie der Veterinärmedizinischen Fakultät der Universität Leipzig Bundesinstitut für gesundheitlichen Verbraucherschutz und Veterinärmedizin (BgVV), Fachbereich 4 in Jena eingereicht im Mai 1999, verteidigt am 16. November 1999 (157 Seiten, 52 Abbildungen, 34 Tabellen, 285 Literaturstellen; Anhang mit: 62 Seiten, 15 Abbildungen und 50 Tabellen) Mit der Sonographie der Lunge und der Impuls-Oszilloresistometrie (IOS - engl.: Impulse Oscilloresistometry System) wurden erstmals zwei nichtinvasive diagnostische Verfahren auf ihre Anwendbarkeit und Aussagefähigkeit bei lungengesunden und pneumoniekranken Absatzferkeln und Läuferschweinen bis zu einer Körpermasse von ca. 50 kg geprüft. Die sonographische Untersuchung der Lunge wurde an insgesamt 45 lungengesunden bzw. pneumoniekranken Schweinen durchgeführt. Dazu wurden die Tiere mit 2,0 mg/kg KM Diazepam sediert. Eine Studie an sechs klinisch gesunden Schweinen gab Aufschluß über die Ausdehnung des bei dieser Tierart sonographisch erreichbaren Lungenfeldes. Die bei Pneumonien häufig betroffenen kranioventral gelegenen Lungenabschnitte waren sonographisch gut zu erreichen. Die bei der sonographischen Untersuchung der Lunge des Schweines nachgewiesenen Befunde zeigten eine gute Übereinstimmung mit den in der Literatur an anderen Spezies beschriebenen Resultaten. Beim Schwein wurden folgende Befundbilder abgegrenzt: ? keine Veränderungen : sonographisch o.b.B. ? geringgradige Veränderungen: Kometenschweifartefakte in geringer Ausprägung ? mittelgradige Veränderungen: Kometenschweifartefakte und Konsolidierungen oder echogenes Grundmuster mit Kometenschweifartefakten ? hochgradige Veränderungen: echogenes Grundmuster oder echogenes Grundmuster mit Abszeß oder Nekrose Die Befunde der sonographischen Untersuchung der Lunge wurden bei 34 Schweinen den entsprechenden pathologisch-anatomischen Befunden zugeordnet. Pathologisch-anatomisch unverändertes Gewebe stellte sich mit einer Wahrscheinlichkeit (Sensitivität) von 95,65 % ohne bzw. mit nur geringradigen sonographischen Veränderungen dar. Bei pathologisch-anatomisch verändertem Gewebe wurden mit einer Wahrscheinlichkeit von 74,62 % (Sensitivität) mittel- und hochgradig veränderte sonographische Befundbilder festgestellt. In die histologische Untersuchung wurden insgesamt 49 Gewebeproben einbezogen. Rückschlüsse vom sonographischen Befund auf die Art der histologisch diagnostizierten Pneumonie waren beim Schwein nicht möglich. Es wurde jedoch eine statistisch gesicherte Beziehung zwischen dem Ausprägungsgrad der histologischen Veränderung und den sonographischen Befunden festgestellt. Der Ausprägungsgrad der histologischen Veränderung stand u.a. in direkter Beziehung zum Luftgehalt im Lungengewebe. Die Impuls-Oszilloresistometrie ist ein Verfahren zur Analyse der Atmungsmechanik und wurde am Schwein ebenfalls unter Sedation mit Diazepam (1,5 bis 2,0 mg/kg KM) oder aber nach entsprechendem Training der Tiere ohne jede medikamentelle Ruhigstellung vorgenommen. Die Schweine wurden in einer Hängematte streßarm fixiert und das Meßsystem über eine starre, luftdicht am Kopf abschließende Atemmaske an das Tier adaptiert. Insgesamt 26 Schweine wurden in die Studien zur Untersuchung verschiedener Einflüsse auf das Verhalten der IOS-Parameter einbezogen. Folgende Parameter wurden berücksichtigt: Atmungsfrequenz (Af), Atemzugvolumen (Vt), die Spektralparameter Resistance (R), Reactance (X) und Kohärenz (K) jeweils bei 5, 10, 15 und 20 Hz (R5, ...R20, X5, ...X20, K5, ...K20) sowie die Modellparameter zentrale (Rz) und periphere (Rp) Resistance, Lungencompliance (Cl) und zentrale Inertance (Lz). In einer Variabilitätsanalyse an fünf nicht sedierten, klinisch gesunden Schweinen wurde die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse bei drei unmittelbar innerhalb weniger Minuten aufeinander folgend sowie bei an drei Tagen nacheinander zur selben Tageszeit durchgeführten IOS-Messungen überprüft. Innerhalb des kurzen Zeitraumes von wenigen Minuten wurde die Variabilität der Meßergebnisse der meisten IOS-Parameter überwiegend durch inter-individuelle Einflüsse verursacht, während bei der über mehrere Tage reichenden Betrachtungsweise der intra-individuell bedingte Anteil der Variabilität zunahm. Die Entwicklung von Alter und Körpermasse konnten im Rahmen der an elf klinisch gesunden, sedierten Schweinen über einen Zeitraum von 62 Tagen vorgenommenen IOS-Messungen nur teilweise die mit dem Wachstum einhergehenden Veränderungen der IOS-Parameter erklären. Der an acht klinisch gesunden, sedierten Schweinen festgestellte Einfluß der Tageszeit auf die IOS-Parameter war nur gering, stimmte aber von der Tendenz her mit den in der Literatur beschriebenen Angaben überein. An 16 klinisch gesunden Schweinen wurde der Einfluß der Sedation mit Diazepam auf die IOS-Parameter überprüft. Dieses Medikament führte zu einer signifikanten Verringerung von Af und Vt und zu einer Verbesserung der Qualität der IOS-Messungen (K5, K10, K20). An sieben klinisch gesunden, nicht sedierten Schweinen wurden durch Inhalation von Aerosolen mit bestimmten pharmakologisch wirksamen Substanzen (Carbachol, Fenoterolhydrobromid) definierte Zustände am respiratorischen System wie Bronchospasmus und Bronchodilatation ausgelöst und mittels IOS-Messungen nachgewiesen. Die während der bronchospastischen Reaktion vorgefundenen Veränderungen der IOS-Parameter, insbesondere der starke Anstieg der Resistance im unteren Frequenzbereich (R5), das deutliche Absinken der Reactance, insbesondere bei 5 Hz, und die beträchtliche Erhöhung des Modellparameters Rp sind für diesen Zustand des Bronchialsystems charakteristisch. Neun klinisch gesunde, sedierte Schweine wurden zunächst bei physiologischer und anschließend bei stark distal abgebeugter Kopfhaltung untersucht. Durch die starke Flexion im Kopf-Hals-Bereich wurde eine extrathorakal gelegene Obstruktion erzeugt. Hierbei waren die spektrale Resistance (R5 bis R20) und der Modellparameter Rz bei abgebeugter Kopfhaltung signifikant erhöht. Am Beispiel einer experimentell ausgelösten Infektion mit Actinobacillus pleuropneumoniae wurde der Verlauf einer respiratorischen Erkrankung an sieben sedierten Schweinen unter regelmäßiger Durchführung von IOS-Messungen, über einen Zeitraum von 23 Tagen verteilt, beobachtet. Die Resultate der IOS-Messungen 3 Tage p.i. (Resistance im gesamten Frequenzbereich erhöht, starker Anstieg von Rz und Lz ) wiederspiegelten vor allem eine Beteiligung der extrathorakal und zentral gelegenen Bereiche des Respirationstraktes. Durch die zumindest tendenziell vorhandenen Veränderungen bestimmter IOS-Parameter (Verstärkung der negativen Frequenzabhängigkeit, Erhöhung von Rp, Abnahme von Cl) wurde zusätzlich eine Beteiligung der peripheren Bereiche in der Lunge angezeigt. Für einen definierten Zeitraum wurden die IOS-Meßergebnisse den Befunden der sonographischen Untersuchung der Lunge gegenübergestellt. Dabei wurden hohe Korrelationen zwischen auf periphere Veränderungen verweisenden IOS-Parametern und sonographisch ermittelten Veränderungen an der Lunge nachgewiesen. Abschließend ist festzustellen: 1.) Beide getesteten diagnostischen Verfahren sind beim Schwein anwendbar und liefern eine wertvolle Ergänzung der konventionellen Diagnostik am Respirationstrakt dieser Tierart. 2.) Nach sonographischer Untersuchung der Lunge sind mit hoher Wahrscheinlichkeit Aussagen über das Vorhandensein pathologisch-anatomisch sichtbarer pneumonischer Verän-derungen und deren Ausdehnung im sonographisch erreichbaren Lungenfeld möglich. 3.) Die Impuls-Oszilloresistometrie liefert in einem Parameter-Komplex Informationen über den funktionellen Zustand des gesamten respiratorischen Systems. Dieser ist von zahlreichen physiologisch wirkenden Faktoren (u.a. Kopfhaltung, Wachstum, Tageszeit), applizierten pharma-kologisch wirksamen Substanzen (z.B. Diazepam, Carbachol, Fenoterolhydrobromid) und dem Vorhandensein einer Erkrankung des respiratorischen Systems (z.B. Actinobacillus pleuropneumoniae) abhängig. 4.) Da beide Verfahren verschiedene Sachverhalte, den morphologischen (Sonographie) bzw. den funktionellen Zustand (Impuls-Oszilloresistometrie) des respiratorischen Systems widerspiegeln, liefern sie einander ergänzende Aussagen. 5.) Beide diagnostischen Verfahren bieten sich beim Schwein vor allen Dingen für den Einsatz zu wissenschaftlichen Zwecken an. Aufgrund ihres nichtinvasiven Charakters ist ein schonender Umgang mit den Probanden möglich. 6.) Die Anwendung der Sonographie der Lunge ist auch in ausgewählten Fällen der tierärztlichen Praxis, z.B. beim Ankauf von Zuchttieren, denkbar. / Carmen Klein: Lung Sonography and Analysis of the Respiratory Mechanics by means of Impulse Oscilloresistometry in Healthy and Pneumonic Piglets and Porkers Institute of Bacteriology and Mycology Faculty of Veterinary Medicine University of Leipzig Germany Federal Institute for Health Protection of Consumers and Veterinary Medicine Jena Branch Germany submitted in May 1999 (157 pages, 52 figures, 34 tables, 285 references, appendix with 62 pages, 15 figures, 50 tables) Two non-invasive diagnostic methods, i.e. lung sonography and impulse oscillometry, were examined for the first time with regard to their applicability and evidence in clinically healthy as well as pneumonic weaned piglets and porkers of up to ca. 50 kg b.w. A total of 45 healthy or pneumonic swine was subjected to lung sonography. For this purpose, the animals were sedated with 2.0 mg/k b.w. diazepam. Six clinically healthy swine were studied to establish the lung area accessible to sonography in this animal species. Sonography was found to cover well the cranioventral sections of the lung often affected by pneumonias. The findings established by lung sonography in the swine showed a good coincidence with results described in literature for other species. The findings in swine revealed the following picture. ? No changes: sonography NAD ? Low-grade changes: little pronounced comet-tail artefacts ? Moderate changes: Comet-tail artefacts and consolidations or echogenic basic pattern including comet-tail artifacts ? High-degree changes: basic echogenic pattern or basic echogenic pattern plus abscess or necrosis Lung sonography findings in 34 swine were assigned to the corresponding pathological-anatomical findings. Tissue considered as unchanged from the pathological-anatomical angle was found to be without or with only minor sonographic changes, with a probability (sensitivity) of 95.65 %. In tissue exhibiting pathological-anatomical changes, sonographic findings showed pictures of moderate and high-degree changes, with a probability (sensitivity) of 74.62 % A total of 49 tissue samples was subjected to histological examination. It was not possible to infer, from the sonographic findings, the type of pneumonia diagnosed histologically in the swine. Nevertheless, a statistically confirmed correlation between the degree of pronouncedness of the histological changes and the sonographic findings was established. The pronouncedness of the histological changes was, like other factors, directly related to the air content of the lung tissue. Impulse oscillometry being a method used to analyze respiratory mechanics was applied to swine either sedated by means of diazepam (1.5 - 2.0 mg/kg b.w.) or non-sedated by medication but trained correspondingly. The animals were fixed in a canvas sling with openings for the limbs, avoiding stress, and the measuring system was adapted to the animal using a rigid face mask hermetically fitting to the animal''s head. A total of 26 animals was included in the studies to examine a variety of factors influencing the IOS parameters. The following parameters were considered: Respiratory rate (Af), tidal volume (Vt), the spectral parameters resistance (R), reactance (X) and coherence (K) at 5, 10, 15 and 20 Hz each (R5, ...R20, X5, ...X20, K5, ...K20) as well as the model parameters, central (Rz) and peripheral (Rp) resistance, lung compliance (Cl) and central inertance (Lz). A variability analysis involving five non-sedated, clinically healthy swine served to examine the reproducibility of the results of three IOS measurements either performed consecutively within a few minutes, or on three consecutive days at the same time of the day. During the brief period of a few minutes, the variability of the results of measurements, for most parameters, was due to inter-individual factors while in the case of an analysis over several days, the intra-individual share of variability increased. In the context of the IOS measurements performed in eleven clinically healthy, sedated swine over a period of 62 days, development in terms of age and body weight could only partially explain the variations of the IOS parameters taking place with growth. The influence of the time of the day on IOS parameters studied in eight clinically healthy, sedated swine was found to be small; coincidence with data given in literature, however, was seen as a tendency. The influence of diazepam sedation on the IOS parameters was examined in 16 clinically healthy swine. This medication resulted in a significant reduction of Af and Vt and improved quality of IOS measurements (K5, K10, K20). In seven clinically healthy, non-sedated swine, defined respiratory situations, i.e. bronchospasm and bronchodilatation were generated by aerosol inhalation of pharmacologically active substances such as carbachol and fenoterolhydrobromide and demonstrated by IOS measurements. This state of the bronchial system is characterized by the changes in IOS parameters found at the time of the bronchospasmic reaction, in particular the vehement rise of resistance in the lower frequency range (R5), the obvious drop in reactance, especially at 5 Hz and the noteworthy rise in the model parameter, Rp. Nine clinically healthy, sedated swine were examined first with their heads in a physiological and then, in a vertical position of their heads. The severe bending in the head-neck area produced an extrathoracic obstruction. Spectral resistance (R5 - R20) and the model parameter, Rz were significantly higher at a vertical position of the head. An experimental infection of seven sedated swine with Actinobacillus pleuropneumoniae served as a model to study the course of respiratory disease. The animals were subjected to regular IOS measurements over a period of 23 days. The results of IOS measurements performed 3 days p.i. (elevated resistance over the entire frequency range, vehement rise of Rz and Lz) reflected, above all, an involvement of the extrathoracic and central areas of the respiratory tract. As a result, the modifications of defined IOS parameters (intensification of negative frequency dependency, rise in Rp, drop in Cl) which were present at least as a tendency, indicated an additional involvement of the peripheral lung areas. The results of IOS measurements over a defined period were compared with the findings from lung sonography. High correlations between IOS parameters indicating peripheral changes and lung changes detected by sonography were demonstrated. Conclusions 1.) Both diagnostic methods studied may be used in swine and will provide a valuable completion of conventional diagnosis in the respiratory tract of this species. 2.) With a high probability, lung sonography will provide evidence of the presence of visible pathological-anatomical changes in the lung and their extent in the lung area that is accessible to sonography. 3.) Impulse oscillometry provides a complex of parameters that contain information about the functional state of the entire respiratory system. This state is dependent upon numerous physiological factors (among them position of the head, growth, time of the day), pharmacologically active substances administered (e.g. diazepam, carbachol, fenoterolhydrobromide) and the presence of respiratory disease (e.g. caused by Actinobacillus pleuropneumoniae). 4.) Since the two methods reflect different facts, i.e. the morphological (sonography) and the functional (impulse oscillometry) state of the respiratory system, they supply mutually supplementing information. 5.) Both diagnostic methods offer themselves above all for use in scientific research on swine. Owing to their non-invasive character, it is possible to handle test animals in a non-offensive way. 6.) In specific cases, lung sonography may also be used in the veterinary practitioner''s surgery, e.g. for the examination of animals kept for breeding.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:10874 |
| Date | 19 April 2000 |
| Creators | Klein, Carmen |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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