Lungenfunktionsvariabilität bei Kindern und Jugendlichen (LUV)

Hintergrund

Asthma ist die häufigste chronische Erkrankung des Kindes- und Jugendalters und weltweit eine wichtige Morbiditätsursache. Die Krankheit ist gekennzeichnet durch Episoden reversibler Atemwegsobstruktion (Exazerbationen), verbunden mit spezifischen Symptomen (pfeifende Atmung, Dyspnoe, Husten, Engegefühl in der Brust) und einer Abnahme des Spitzenexspirationsflusses (PEF) und des forcierten Exspirationsvolumens bei 1 Sekunde (FEV1). Diese spirometrischen Veränderungen treten jedoch parallel zu einer klinischen Verschlechterung auf und bieten daher nur eine begrenzte Möglichkeit, die Exazerbation der Krankheit vorherzusagen.

Sowohl PEF als auch FEV1 weisen eine signifikante tägliche Variabilität auf, d. h. zirkadiane und/oder tägliche Schwankungen der gemessenen Werte. Bei gesunden Personen bleibt das Muster dieser Schwankungen über lange Zeiträume (Wochen, Monate) konstant, im Gegensatz zu Asthmapatienten, bei denen die PEF- und FEV1-Variabilität erhöht ist, insbesondere vor Exazerbationen, wenn die Kontrolle über die Krankheit verloren geht. Daher wurde die Analyse der PEF- und FEV1-Variabilität in der Forschung verwendet, um die Wirksamkeit der Behandlung zu bewerten, Hochrisikopatienten zu erkennen und Asthma-Exazerbationen vorherzusagen.

In der klinischen Praxis erfordert die Beurteilung der PEF- und FEV1-Variabilität jedoch mindestens tägliche Messungen mit speziellen Geräten, Aufzeichnungen in Tagebüchern und periodische Auswertung der Daten durch die behandelnden Ärzte. Das Verfahren kann sich sowohl als kompliziert als auch als zeitaufwändig erweisen, wodurch die Adhärenz der Patienten insbesondere bei asthmatischen Kindern und Jugendlichen verringert wird. Darüber hinaus kann die regelmäßige Überprüfung der Messungen die Vorhersage einer Exazerbation erschweren, da der Zeitpunkt der Bewertung möglicherweise nicht mit Änderungen in der Variabilität der Lungenfunktion zusammenfällt, die den Verlust der Asthmakontrolle charakterisieren.

In den letzten Jahren haben technologische Fortschritte auf dem Gebiet der Biosensoren und Mikroprozessoren die Entwicklung zuverlässiger, kostengünstiger, tragbarer Spirometer ermöglicht, die in der Lage sind, sich mit modernsten Mobiltelefonen (Smartphones) zu verbinden und Lungenfunktionsparameter in Echtzeit zu überwachen ein Abstand. Der Einsatz solcher Geräte kann langfristig die meisten der oben genannten Barrieren bei der Nachverfolgung von Lungenfunktionsparametern überwinden.

Derzeit gibt es nur wenige Daten zur PEF- und FEV1-Variabilität bei Kindern und Jugendlichen mit Asthma. Solche Daten würden unser Verständnis der Krankheit verbessern und die Entwicklung integrierter Instrumente zur Beurteilung des Grades der Asthmakontrolle und des Risikos zukünftiger Exazerbationen ermöglichen

Ziele

Die Ziele der Studie sind:

1. Bewertung der PEF- und FEV1-Variabilität bei gesunden Kindern und Jugendlichen: Definition des normalen Bereichs der täglichen PEF- und FEV1-Fluktuation und der Parameter, die sie beeinflussen können

2. Bewertung der PEF- und FEV1-Variabilität bei Kindern und Jugendlichen mit Asthma: Unterschiede zu gesunden Probanden und Definition spezifischer Veränderungen vor Exazerbation

   Methoden

   A. Studienpopulation

   Die Studie umfasst zwei Kohorten:

   1. Gesunde Kinder und Jugendliche im Alter von 6 bis 18 Jahren (N=100) zur Beurteilung der normalen PEF- und FEV1-Variabilität (Ziel #1).
   2. Kinder und Jugendliche im Alter von 6 bis 18 Jahren mit diagnostiziertem Asthma [2] (N=100) zur Beurteilung der PEF- und FEV1-Variabilität bei Asthmatikern (Ziel #2).

   B. Lungenfunktionsmessungen

   a. Gerät: PEF- und FEV1-Messungen werden mit einem von der FDA zugelassenen tragbaren Spirometer (Spirobank Smart, MIR, Rom, Italien) mit einer bidirektionalen digitalen Einwegturbine (Durchflussbereich ±16 l/s, Volumengenauigkeit ±3 % oder 50 ml, Durchflussgenauigkeit: ±5 % oder 200 ml/s, dynamischer Widerstand <0,5 cm H2O/l/s), kann mit einer speziellen Freeware-Anwendung (iSpirometry, MIR, Rom, Italien) über Bluetooth® mit einem Smartphone verbunden werden. Jeder Teilnehmer erhält sein persönliches Spirometer. Detaillierte Informationen zur Verwendung und Wartung des Geräts werden bereitgestellt (Broschüre und Online-Ressourcen).

   b. Messungen: Die korrekte Technik für PEF- und FEV1-Messungen (ERS/ATS-Standards) wird von einem der Prüfärzte bei der Einschreibung demonstriert. Detaillierte Informationen zur Technik (Broschüre und Online-Ressourcen) werden ebenfalls bereitgestellt. Die Messungen werden zweimal täglich zwischen 07:00-09:00 und 19:00-21:00 Uhr über einen Zeitraum von 3 Monaten durchgeführt.

   c. Die durchgeführten Messungen (verschlüsseltes pdf-Format) werden von den Teilnehmern oder ihren Eltern per E-Mail an eine zentrale Datenbank gesendet.

   d. Überwachung: Die Teilnahme der Teilnehmer wird kontinuierlich überwacht. Die Ermittler benachrichtigen die Teilnehmer im Falle von Messverlusten oder unangemessener Technik.

   C. Variabilitätsanalyse

   PEF- und FEV1-Variabilität werden bewertet durch:

   a. Der Variationskoeffizient b. Detrended Fluctuation Analysis (DFA), eine Methode, die für die Untersuchung der intrinsischen Korrelation innerhalb von Zeitreihen weit verbreitet ist.14 Zunächst wird die Quadratwurzel der Zeitreihe [F(n)] für Segmente unterschiedlicher (Zeit-)Länge n berechnet. Ein linearer Zusammenhang im logarithmischen Graphen F (n) - log (n) zeigt die Existenz einer fraktalen Architektur in der Skalierung der spezifischen Daten an, während die Steigung a der Linie das Muster der langfristigen Schwankungen beschreibt.14 Eine Veränderung der Tagesvariabilität von PEF oder FEV1 führt gleichzeitig zu einer Abweichung vom vorgegebenen a-Wert.6 Diese Abweichung kann leicht erkannt und quantifiziert werden. Es hat sich gezeigt, dass das Ausmaß einer Abweichung die Wahrscheinlichkeit einer Asthma-Exazerbation innerhalb des nächsten Monats widerspiegelt.6 c. Die Variabilitätsanalyse wird in einer MatLab-Umgebung (MathWorks, Inc., Natick, MA, USA) durchgeführt.

   D. Zusätzliche Daten Die Merkmale der Patienten (Alter, Geschlecht, Ausgangslungenfunktion, Allergie, Komorbiditäten, Medikation usw.) werden ebenfalls erfasst. Diese Parameter werden in Regressionsmodelle aufgenommen, um ihre Wirkung auf das Muster der PEF- und FEV1-Variabilität zu untersuchen.

   E. Statistik Alle Analysen werden mit der IBM SPSS-Software Version 25.0 (IBM Corp., Armonk, NY) durchgeführt.

   F. Zeitrahmen Die voraussichtliche Dauer der Studie beträgt 24 Monate. • Teil I: Bewertung der PEF- und FEV1-Variabilität bei gesunden Kindern und Jugendlichen Dauer: 9 Monate (Januar - September 2020).

   PEF- und FEV1-Messungen von 100 Teilnehmern (jeweils 3 Monate)

   • Teil II: Bewertung der PEF- und FEV1-Variabilität bei asthmatischen Kindern und Jugendlichen Dauer: 15 Monate (Oktober 2020 - Dezember 2021). PEF- und FEV1-Messungen von 100 Teilnehmern (jeweils 3 Monate)

   G. Ethik Die Studie wird den Regeln und Standards guter medizinischer Praxis entsprechen. Die Teilnehmer erhalten eine eindeutige Studiennummer und es werden keine personenbezogenen Daten aufgezeichnet. Die Messungen werden per E-Mail im verschlüsselten PDF-Format versandt. Vor der Anmeldung wird die schriftliche Einverständniserklärung der Eltern eingeholt. Kinder ab 12 Jahren müssen ebenfalls eine schriftliche Einwilligung erteilen. Die Studie wurde von der Ethikkommission des Universitätskrankenhauses von Patras, Griechenland, genehmigt (Entscheidung Nr. 329/02-04-2019).