Belastungsinduzierte Bronchokonstriktion bei Schulkindern

Methoden:

Patienten und Studiendesign Es handelt sich um eine zweistufige Studie, die unter Schuljugendlichen durchgeführt wird. Im ersten Schritt werden die Schulkinder während des Sportunterrichts auf EIB untersucht. Bei allen Kindern wird vor und nach dem Sportunterricht eine Spirometrie durchgeführt. Kinder mit vermindertem FEV1 (>=10 % vom Ausgangswert) und/oder Kinder mit EIB-Vorgeschichte innerhalb der letzten 12 Monate (Symptome: Atemnot, Husten, pfeifende Atemgeräusche, Brustschmerzen während/nach dem Training) werden zur künftigen Beurteilung in die Klinik eingeladen und qualifiziert zum nächsten Schritt der Studie.

Im zweiten Schritt werden Kinder mit Verdacht auf EIB und ihre Eltern in die Klinik eingeladen. Drei Besuche sind geplant. Die Behandlung mit langwirksamen Beta-Agonisten wird 24 Stunden vor jedem Besuch abgebrochen; Die Behandlung mit Antihistaminika wird 21 Tage vor dem ersten Besuch abgebrochen.

Erster Besuch

Bei allen Kindern werden eine standardisierte Übungs-Trade-Mil-Challenge zusammen mit einem Reversibilitätstest und Haut-Prick-Tests durchgeführt. Basierend auf diesen Ergebnissen werden die Kinder in die folgenden Gruppen eingeteilt:

• Kinder mit EIB und Asthma (EIB+A+)
• Kinder mit EIB ohne Asthma (EIB+A-)
• Kinder ohne EIB und Asthma (EIB-A+)
• Kinder ohne EIB ohne Asthma (EIB-A-) Zweiter Besuch Zwanzig Kinder werden nach dem Zufallsprinzip aus jeder Gruppe ausgewählt. Bei allen Kindern wird erneut gemeinsam eine standardisierte Übungs-Trade-Mil-Challenge durchgeführt. Vor und nach der Belastung wird eine Blutprobe zusammen mit einer Probe des ausgeatmeten Atemkondenses entnommen, um Entzündungsmarker zu erkennen. Auch vor und nach der körperlichen Belastung wird das ausgeatmete Stickoxid gemessen.

Beim dritten Besuch wird bei jedem Kind eine bronchiale Provokationsprovokation mit Metacholin durchgeführt.

Methoden

• Anamnese und körperliche Untersuchung
• Lungenfunktionstests Lungenfunktionstests Lungenfunktionstests werden mit einem Master Screen-Gerät (Erich Jaeger GmbH-Hochberg, Deutschland) durchgeführt. Die vorhergesagten Werte für alle Lungenfunktionsvariablen basieren auf einer früheren Studie an gesunden Kontrollpersonen, die vom Hersteller des Lungenfunktionstestgeräts bereitgestellt wurde. Fluss-Volumen-Kurven werden gemäß den Standards der American Thoracic Society erstellt. Von 3 erfolgreichen Messungen wird die höchste durchgeführt und ausgewertet. Die Ergebnisse werden als Prozentsatz eines vorhergesagten Werts ausgedrückt. Alle Probanden können Spirometrie durchführen.
• Messungen des ausgeatmeten Stickoxids Die NO-Messungen werden gemäß den Empfehlungen der European Respiratory Society/American Thoracic Society (ERS/ATS) mit einem Chemilumineszenzanalysator (Stickoxidanalysator Modell 280i; Sievers, Boulder, CO, USA) durchgeführt und in Teilen pro Milliarde dekaniert . Der Analysator ermöglicht eine kontinuierliche Online-Messung von NO in einer einzelnen Ausatmung mit einem Erfassungsbereich von 0,1 bis 500 ppb. Umwelt-NO wird vor und nach jedem Test gemessen und darf 5 ppb nicht überschreiten. Alle Probanden werden im Sitzen untersucht, ohne eine Nasenklammer zu tragen. Die Probanden atmen mit einer konstanten Flussrate (50 ml/s) von der gesamten Lungenkapazität bis zum Restvolumen aus, ohne den Atem anzuhalten. Sie halten einen konstanten Munddruck (17 cm H2O) aufrecht, indem sie eine visuelle Anzeige überwachen, um eine Kontamination durch nasales NO zu verhindern. Totraum und nasales NO (welches durch den NO-Konzentrationspeak während der Ausatmung widergespiegelt wird) sowie NO aus den unteren Atemwegen (bestimmt durch den Plateauwert nach dem Peak) werden mithilfe der Software des Herstellers automatisch erfasst. Es werden drei fraktionierte Messungen des ausgeatmeten Stickoxids (FeNO) der Plateauphase mit einer Abweichung von weniger als 10 % erhalten. Für die statistische Auswertung wird der Mittelwert aus 3 aufeinanderfolgenden, reproduzierbaren Aufzeichnungen festgehalten.
• Standardisierte Übungs-Laufband-Herausforderung. Die belastungsinduzierte Bronchokonstriktion wird anhand eines motorbetriebenen Laufbands (Kettler, Ense-Parsit, Deutschland) gemäß den ATS/ERS-Richtlinien getestet. Die Kinder werden angewiesen, 8 Minuten lang mit einer submaximalen Trainingsbelastung zu laufen. Der Belastungstest besteht aus einem 2-minütigen Aufwärmen und 6 Minuten Dauerlauf auf einem Laufband, das eine Herzfrequenz von mindestens 95 % des für das Alter vorhergesagten Maximums (berechnet als 220 – Alter [Jahre]) erzeugen soll. . Die Neigung des Laufbandes beträgt 5,5 % (3°). Bei Bedarf werden geringfügige Anpassungen der Arbeitsbelastung (Laufbandgeschwindigkeit) vorgenommen, um die angestrebten Herzfrequenzen zu erreichen. Während des Tests werden Nasenklemmen verwendet und die Herzfrequenz wird kontinuierlich überwacht (elektronischer Herzfrequenzscanner; Kettler). Der submaximale Lauf auf dem Laufband wird bei beiden Testanlässen (bei Randomisierung und nach 4 Wochen Behandlung) für jedes Kind mit der gleichen Geschwindigkeit (Trainingsbelastung) durchgeführt. Die Umgebungstemperatur im klimatisierten Labor wird stabil bei 22 °C gehalten und die Luftfeuchtigkeit liegt an jedem Tag der Studie stabil zwischen 40 % und 50 %. Unterschiede von 1 °C in der Temperatur und 5 mg H2 OxL-1 Luftfeuchtigkeit an den Testtagen bei jedem Patienten werden akzeptiert. 14 FEV1 wird vor dem Laufen, unmittelbar danach sowie 3, 6, 10, 15, 20 und 30 Minuten nach dem Laufen gemessen. Der maximale prozentuale Abfall des FEV1 nach dem Belastungstest wird mithilfe der folgenden Formel berechnet: [(FEV1 vor dem Training – niedrigster FEV1 nach dem Training) /FEV1 vor dem Training] x 100. Die FEV1-Werte werden für jede Behandlung gegen die Zeit aufgetragen. Die Fläche unter der Kurve (AUC) für die FEV1-Werte aus dem Training über den Zeitraum von 30 Minuten wird mithilfe einer Trapezregel berechnet. EIB wird als eine ≥ 15 %ige Abnahme des FEV1 gegenüber dem Ausgangswert innerhalb der ersten 5 Minuten nach dem Training definiert.
• EBC-Proben des ausgeatmeten Atemkondensats werden mit dem EcoScreen-II-Gerät (Viasys Healthcare GmbH, Berlin, Deutschland) gesammelt. Proben des ausgeatmeten Atemkondensats (EBC) werden von Kindern während der Ruheatmung mit einer Nasenklammer entnommen, wie zuvor beschrieben [6]. Die Zweiwege-Rückatmungsventile und die Schläuche zum Kondensator dienen als Speichelfalle. Nach der Sammlung (während 10 Minuten) wird EBC in kleinen Plastikröhrchen bei -80 °C mit Trockeneis schnell eingefroren und bis zur Analyse bei -80 °C gelagert.

Das Material wird das ausgeatmete Atemkondensat von Kindern sein, bei denen Asthma diagnostiziert wurde. Die Analyse wird unter Verwendung des Quantibody Human Inflammation Array 3 (RayBiotech, Norcross, GA, USA) gemäß den Anweisungen des Herstellers durchgeführt. Dieses Multiplex-ELISA-Array-Kit ermöglicht die quantitative Messung von 40 menschlichen Zytokinen. Jeder Standard-Glasobjektträger besteht aus 16 Vertiefungen mit jeweils einem identischen Zytokin-Antikörper-Array. Alle Antikörper und Positivkontrollen werden in jeder Vertiefung vierfach gedruckt.

Im ersten Schritt wird der Fängerantikörper an die Glasoberfläche des Objektträgers gebunden. Anschließend werden 100 µl jeder Patientenprobe und die arayspezifischen Zytokinstandards bekannter Konzentration in jede Vertiefung gegeben. Nach 2-stündiger Inkubation bei Raumtemperatur wird das Array fünfmal mit 150 µl Waschpuffer I und zweimal mit 150 µl Waschpuffer II gewaschen, jeweils 5 Minuten lang. Anschließend wird das Array 2 Stunden lang mit 1,4 ml des Biotin-konjugierten Antikörpers bei Raumtemperatur inkubiert. Dann wird das Waschprotokoll wiederholt, bevor 1 Stunde lang 80 µl Cy3-äquivalentes farbstoffkonjugiertes Streptavidin in jede Vertiefung gegeben werden. Nach dem Waschen des Arrays wird das Fluoreszenzsignal mit dem Axon GenePix 4000B-Scanner und der GenePix Pro 6.0-Software (Molecular Devices) erfasst und quantifiziert. Die Ergebnisse werden mit der Q-Analyzer-Software (RayBiotech, Norcross, GA, USA) analysiert.

• Metacholin-Bronchial-Provokations-Herausforderung Der Metacholin-Bronchial-Test der Provokation wird unter Verwendung des Dosimeter-Technik-Aerosol-Provokationssystems (APS) Pro (Erich Jaeger GmbH-Hochberg, Deutschland) mit kontrollierter Gezeitenatmung durchgeführt. Nach der Pulverisierung des physiologischen Verdünnungsmittels wird Methacholin in vier kumulativen Dosen verabreicht: 0,015 mg, 0,045 mg, 0,18 mg, 0,72 mg. Der Metacholin-basierte Provokationstest (MBPT) wird mit 2-Minuten-Intervallen zwischen den Inhalationen fortgesetzt, bis ein Abfall des forcierten Exspirationsvolumens in 1 Sekunde (FEV1) von ≥20 % erreicht wird. Die provokative Dosis (PD20) wird durch lineare Interpolation auf einer logarithmischen Dosis-Wirkungs-Kurve berechnet (13).
• in der Blutprobe (5 ml Probe): Tryptase-, Lipoxin-A4-Serumspiegel
• Auch in der vorliegenden Studie wird eine Blutprobe vor und nach der Belastung zusammen mit einer ausgeatmeten Atemkondensatprobe entnommen, um Entzündungsmarker (wie Interleukin (IL)-1a, IL-2, IL-5, IL-6, IL) zu erkennen -8, IL-9, IL-12p70, IL-13, IL-17, IL-22, Monozyten-Chemoattraktionsprotein eins (MCP1), Toll-like-Rezeptor 2 (TLR2), Makrophagen-Entzündungsprotein eins alfa (MIP1a), Blutplättchen abgeleiteter Wachstumsfaktor (PDGFBB), Gewebeinhibitor der Metalloproteinase zwei (TIMP2), Tumornekrosefaktor Alpha (TNFalpha), C-reaktives Protein (CRP), transformierender Wachstumsfaktor Beta eins (TGF-b1), Thymus-Stroma-Lymphopoietin (TSLP) – ELISA und Cysteinylleukotriene, Leukotrien B4 (LTB4), Prostaglandin E2 – Hochdruckflüssigkeitschromatographie ((PGE2-HPLC))/Massenspektrometrie).

Bedeutung:

Praktische Bewertung/Die Ergebnisse der vorgeschlagenen Studie werden es uns ermöglichen, die Prävalenz zu beurteilen und den entzündlichen Hintergrund der durch körperliche Betätigung verursachten Bronchokonstriktion (EIB) bei Schulkindern zu definieren. Schulabwesenheit, Morbidität und Komorbidität, die sich auf die körperliche Aktivität auswirken, werden überprüft und nicht diagnostizierte Patienten werden behandelt. Die Bedeutung von Umweltfaktoren (Tabakrauchen, Art der körperlichen Betätigung, Temperatur und Luftfeuchtigkeit im Trainingsraum) und individuellen Faktoren (Alter, Geschlecht, Atopie, Fettleibigkeit, wiederkehrende Atemwegsinfektionen, Vorliegen chronischer Krankheiten) wird überprüft.

Neue Erkenntnisse/Hauptergebnisse der Studie werden es ermöglichen, primäre Präventionsmethoden von EIB ohne Bewegungsvermeidung und neue Empfehlungen für die EIB-Behandlung bei Kindern zu definieren:

1. EIB-Screening in realer Umgebung (während des Übungsunterrichts in der Schule), verifiziert durch standardisierten Belastungstest in der Klinik
2. Definition der individuellen und umweltbedingten Risikofaktoren von EIB bei Schulkindern
3. Kinetik von Entzündungsmarkern (im ausgeatmeten Atemkondensat und Serum) während des Belastungstests
4. Komplexe Bewertung des klinischen und entzündlichen Profils von Patienten mit EIB mit/ohne Asthma.

Erkenntnisse auf diesem Gebiet/Zur Definition von Entzündungsmarkern bei EIB und möglichen Unterschieden zwischen asthmatischen und nichtasthmatischen Kindern mit/ohne EIB.

Auswirkungen/Ziel des Projekts ist es, die Prävalenz und den entzündlichen Hintergrund der belastungsinduzierten Bronchokonstriktion (EIB) bei Schulkindern zu definieren und individuelle und umweltbedingte Risikofaktoren für EIB zu bestimmen. Die erzielten Ergebnisse werden objektive Messungen zu biologischen Prozessen liefern, die zu einer Bronchokonstriktion während körperlicher Betätigung führen, wie sie im Schulalltag auf natürliche Weise auftreten können. Die Ergebnisse könnten bei der Behandlung von EIB-Patienten mit oder ohne Asthma angewendet werden. Die Ergebnisse der geplanten Forschung werden in Fachzeitschriften mit nationaler und internationaler Wirkung veröffentlicht und auf Symposien und Konferenzen präsentiert.