Anwendung der Impuls-Oszilloresistometrie (IOS) zur Bestimmung der respiratorischen Impedanz beim Pferd Carmen Claudia Klein# und Hans-Jürgen Smith## #

Präsentation zum Thema: "Anwendung der Impuls-Oszilloresistometrie (IOS) zur Bestimmung der respiratorischen Impedanz beim Pferd Carmen Claudia Klein# und Hans-Jürgen Smith## #"—  Präsentation transkript:

1 Anwendung der Impuls-Oszilloresistometrie (IOS) zur Bestimmung der respiratorischen Impedanz beim Pferd Carmen Claudia Klein# und Hans-Jürgen Smith## # Forschungszentrum für Medizintechnik und Biotechnologie (fzmb) e.V., Großtierklinik, Geranienweg 7, D Bad Langensalza, Tel.: , Fax: , ##Research in Respiratory Diagnostics, Bahrendorfer Str. 3, D Berlin, Tel.: , Die Impuls-Oszilloresistometrie (IOS) ist ein Verfahren der forcierten Oszillationstechnik (FOT), bei dem nach Aufprägen eines Testsignals auf die Spontanatmung des Individuums (Abb.1) dessen respiratorisches System eine Signalantwort produziert, aus der die respiratorische Impedanz berechnet wird. Diese wird als Resistance (R) und Reactance (X) in Abhängigkeit von der Frequenz des Testsignals dargestellt. Die Resistance widerspiegelt Reibungswiderstände, während die Reactance das Ergebnis des Wechselspiels elastischer und mit der Trägheit verknüpfter Widerstandskomponenten ist. Bereits im vergangenen Jahrzehnt wurde das IOS durch eine eigene gerätetechnische Entwicklung (Erich Jaeger GmbH, Höchberg) an das Pferd adaptiert und damit die nichtinvasive Messung der respiratorischen Impedanz bei dieser Tierart ermöglicht1-4. In den letzten Jahren wurde unter Nutzung spezieller Algorithmen, programmiert mit dem Software-Paket FAMOS ® (imc Messsysteme GmbH, Berlin), intensiv an der Verbesserung der Anwendung des IOS für das Pferd gearbeitet. Abweichend von dem Standard bei den Spezies Mensch, Kalb5, 6, 7 und Schwein8,9 ist beim Pferd der Frequenzbereich unterhalb 10 Hz für die Diagnostik interessant (siehe auch 10,11). Für die Erfassung funktioneller Besonderheiten auf Teile des Atmungsapparates erwies sich die nach den Atmungsphasen Inspiration und Exspiration getrennte Analyse der Daten als erforderlich. Gegenwärtig wird an der Optimierung der Signalerfassung bei den Frequenzen unter 3 Hz sowie der Berücksichtigung von Impedanz-Volumen-Beziehungen gearbeitet. Pneumo-tachograph Lautsprecher Y-Adapter Falten-schlauch Druck-Strömungs-Sensor Abschluss-widerstand Abb. 1: Prinzip der Durchführung von IOS-Messungen beim Pferd Studie 1 – Der Bronchospasmolysetest12 Bei RAO-Pferden in einer akuten Krise soll in einem Bronchospasmolysetest die Beeinflussbarkeit des Bronchialsystems durch bronchodilatatorisch wirkende Medikamente geprüft werden. Material und Methode Die IOS-Messungen wurden an neun nicht sedierten RAO-Pferden (Alter: ,5 Jahre, Körpermasse: 552, ,4 kg) 1. vor, Minuten nach der Applikation von Clenbuterol (0,8 µg/kg KM, i.v., Boehringer Ingelheim), und 3. unmittelbar nach der intravenösen Gabe von Butylscopolamin (0,2 mg/kg KM, Boehringer Ingelheim) durchgeführt. Die zu den verschiedenen Zeitpunkten durchgeführten Messungen wurden mittels Friedman-Test auf signifikante Unterschiede geprüft. Ergebnisse Die Resistance wurde im gesamten Frequenzbereich durch die Gabe von Clenbuterol und in noch stärkerem Maße durch die darauf folgende Applikation von Butylscopolamin verringert (Abb. 2). Die Reactance zwischen 3 und 10 Hz wurde signifikant nach der Applikation dieser Substanzen verbessert, wobei der Effekt für Butylscopolamin wiederum am stärksten ausgeprägt war (Abb. 2). * * ** ** *** * * * * * *** *** Abb. 2: Resistance (links) und Reactance (rechts) von 9 RAO-Pferden (Alter: ,5 Jahre, Körpermasse: 552, ,4 kg) vor jeglicher Medikation, nach Clenbuterol und nach Butylscopolamin - Mediane, *, **und *** signifikante Unterschiede, (p < 0,05, p < 0,01 und p < 0,001 Friedman-Test) Schlußfolgerung: Das IOS ist für die Objektivierung bronchospasmolytischer Effekte geeignet. Die Resistance- und die Reactance-Parameter verbesserten sich nach der Gabe des ß2-Sympathomimetikum und in noch stärkerem Maße nach der anschließenden Gabe eines Anticholinergikums. Studie 2 – Wirkung von Xylazin auf die oberen Atemwege13 Der Einfluss der Sedation mit Xylazin auf die IOS-Parameter soll untersucht werden, z.B. um inhalative bronchiale Provokationstests an sedierten Pferden vornehmen zu können. Methode An elf klinisch gesunden Pferden (Alter: 1 Jahr, Körpermasse: kg) wurden jeweils vor und sechs Minuten nach der Sedation mit Xylazin (0,6 mg/kg Körpermasse, i.v., CP-Pharma, Burgdorf) IOS-Messungen vorgenommen. Die Gegenüberstellung der vor und nach der Sedation über die gesamte Messung gewonnenen Daten erbrachte keinen signifikanten Einfluss der Sedation auf die IOS-Parameter. Daher wurden die Messergebnisse getrennt für die Atmungsphasen Inspiration und Exspiration ausgewertet und die vor und nach der Sedation gemessenen Daten einander im Wilcoxon-Test für Paardifferenzen gegenübergestellt. Ergebnisse Die Sedation führte zu einer signifikanten Erhöhung der inspiratorischen Resistance zwischen 0,3 und 7 Hz und bewirkte eine signifikante Verringerung der inspiratorischen Reactance zwischen 0,3 und 5 Hz sowie bei 10 Hz (Abb. 3). Die inspiratorische Coherence (Daten nicht dargestellt) und alle exspiratrischen Parameter wurden durch die Sedation nicht beeinflusst. ** ** ** ** * * ** ** ** * ** ** * * * ** ** Abb. 3: Einfluss der Sedation mit Xylazin auf die inspiratorische (links) und exspiratorische (rechts) Resistance (rot) und Reactance (blau), vor und nach der Sedation, - Mediane, * und ** signifikante Unterschiede (p < 0,05 bzw. p < 0,01, Wicoxon-Test für gepaarte Stichproben) Schlussfolgerung: Die Sedation hat einen signifikanten Einfluss wichtige inspiratorische Parameter, was auf die Muskel relaxierenden Effekte des Medikaments in den oberen Atemwegen zurückzuführen ist. Daher ist die nach Atmungsphasen getrennte Bestimmung der IOS-Parameter bei der Anwendung an sedierten Tieren, z.B. als Referenzsystem im inhalativen bronchialen Provokationstest, sehr zu empfehlen, um störende Effekte durch die Sedation herauszufiltern. Studie 3 – Der Gurt um den Brustkorb Die Zugkraft, mit der ein Sattelgurt festgezogen wird, beeinflusst die Leistungsfähigkeit eines Rennpferdes14. Es wird geprüft, ob der Einfluss eines bei verschiedenen Reitpferden um den Brustkorb festgezogenen Deckengurts mittels IOS nachweisbar ist. Material und Methode Die Gegenüberstellung der vor und nach Anlegen des Gurtes über die gesamte IOS-Messung gewonnenen Daten von neun klinisch lungengesunden Pferden (Alter: 8,6 + 6,4 Jahre, Körpermasse: ,9 kg) erbrachte keinen signifikanten Einfluss dieser Maßnahme auf die IOS-Parameter (Daten nicht dargestellt). Deshalb wurden die Messergebnisse getrennt für die Atmungsphasen Inspiration und Exspiration ausgewertet und die vor und nach Anlegen des Gurtes gewonnenen Daten im t-Test für gepaarte Stichproben miteinander verglichen. Ergebnisse Während der Inspiration stieg die Resistance infolge des angelegten Gurtes im gesamten Frequenzbereich signifikant an (Abb. 4). Die inspiratorische Reactance wurde durch das Anlegen des Gurtes im Frequenzbereich unterhalb 2 Hz tendenziell verringert (Abb. 4). Dagegen wurden die exspiratorische Resistance und Reactance nur unwesentlich durch den um den Brustkorb festgezogenen Gurt beeinflusst (Daten nicht dargestellt). * * * * * * * * * Abb. 4: Einfluss des Gurtes auf die inspiratorische Resistance (rot, links) und Reactance (blau, rechts), vor und nach Anlegen des Gurtes, - Mittelwerte, * signifikante Unterschiede (p < 0,05 t-Test für gepaarte Stichproben) Schlussfolgerung: Der Gurt um den Brustkorb des Pferdes hat einen signifikanten Einfluss auf die Resistance während der Inspiration. Weitere Untersuchungen zu diesem Thema sind geplant. Referenzen 1 Van Erck, E., Votion, D., M., Kirschvink, N., Art, T., Lekeux, P. (2003): Use of the impulse oscillometry system for testing pulmonary function during methacholine bronchoprovocation in horses. American J. of Veterinary Research, 64, 1414 – 1420 2Van Erck, E., Votion, D., Art, T., Lekeux, P. (2004a): Measurement of respiratory function by impulse oscillometry in horses. Equine Veterinary Journal, 36, 21 – 28 3Van Erck, E., Votion, D., Kirschvink, N., Genicot, B., Lindsey, J., Art, T., Lekeux, P. (2004b): Influence of breathing pattern and lung inflation on impulse oscillometry measurements in horses. Veterinary Journal, 168, 259 – 269 4 Van Erck, E, Votion, D., Art, T., Lekeux, P. (2006): Qualitative and quantitative evaluation of equine respiratory mechanics by impulse oscillometry. Equine Veterinary Journal, 38, 52 – 58 5Reinhold, P., MacLeod, D. Lekeux, P. (1996): Comparative evaluation of impulse oscillometry and a monofrequency forced oscillation technique in clinically healthy calves undergoing bronchochallenges. Research in Vet. Science, 61, 206 – 213 6Reinhold, P., Smith, H.-J., Close, R., Genicot, B., Lekeux, P. (1998): Validation of impulse oscillometry in friesian and blue belgian calves with respect to changes in extrathoracic upper airway resistance. Research in Vet. Science, 65, 7Reinhold, P., Smith, H.-J., Langenberg, A., Lekeux, P. (1998): Measurement of respiratory impedance in healthy calves using the impulse oscillation technique - Physiological and methodological aspects. Veterinary Journal, 155, 27 – 38 8Klein, C., Reinhold, P. (2001): Analysis of respiratory mechanics by impulse oscillometry in non-sedated and diazepam-sedated swine. Research in Veterinary Science, 70, 9Klein, C., Reinhold, P., Smith, H.-J. (2003): Respiratory mechanics in conscious swine: effects of face mask, head position and bronchoconstriction evaluated by impulse oscillometry. Research in Veterinary Science, 75, 10Young, S. S.; Tesarowski, D. (1994): Respiratory mechanics of horses measured by conventional and forced oscillation techniques. Journal of Applied Physiology, 76, 2467 – 2472 11Young, S. S., Tesarowski, D., Viel, L. (1997): Frequency dependence of forced oscillatory respiratory mechanics in horses with heaves. Journal of Applied Physiology, 82, 983 – 987 12Klein, C., Smith, H.-J. (2005): Detection of bronchospasmolytic effects of clenbuterol and butylscopolamine in RAO horses by means of impulse oscillometry system (IOS). European Respiratory Journal 49S, 122s 13Klein, C., Smith, H.-J., Reinhold, P. (2006): The use of Impulse Oscillometry for separate analysis of inspiratory and expiratory impedance parameters in horses: Effects of sedation with xylazine, Research in Veterinary Science, 80, 201 – 208 149Bowers, J. R., Slocombe, R. F. (1999): Influence of girth strap tensions on athletic performance of racehorses. Equine Veterinary Journal, Suppl. 30, Danksagung: Die Autoren danken den Herren M. Gillner, S. Bergmann (fzmb e.V.) und N. Mieskes (VIASYS Healthcare GmbH, Höchberg) für die technische Unterstützung. Ein herzliches Dankeschön an Frau PD Dr. Dr. P. Reinhold für die interessanten Anregungen und Gespräche zum Thema IOS. Nicht zuletzt ein großes Dankeschön an das BMWA, dass diese Arbeit über Gewiplan (Reg.Nr. 519/98) bzw. die Fraunhofer Services GmbH (Reg.-Nr. 175/01) förderte. DVG-Tagung der Fachgruppe “Pferdekrankheiten“ am 10. und 11. Februar 2006 in Hannover