Optoakustische Charakterisierung des postprandialen intestinalen Blutflusses (NEPOMUC)

Der Magen-Darm-Trakt erfüllt im Wesentlichen zwei Hauptfunktionen: Verdauung und Aufnahme von Nahrung sowie physikalische und immunologische Barriere gegen Umwelteinflüsse. Diese Grundfunktionen sind sowohl auf makrovaskulärer als auch auf mikrovaskulärer Ebene entscheidend vom Splanchnikus-Blutfluss abhängig. Insbesondere Fortschritte in der Gefäßbiologie haben eine zentrale und komplizierte Rolle der Blutzirkulation bei entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) offenbart.

Bisher wurden Veränderungen der Durchblutung als Surrogatmarker für eine veränderte Entzündungsaktivität im Darm verwendet, z. B. durch dopplersonographischen Nachweis. Der multispektrale optoakustische Tomograph (MSOT) ermöglicht eine nicht-invasive, quantitative Bildgebung der molekularen Zusammensetzung von Zielgeweben. Bei der MSOT wird, ähnlich wie bei der konventionellen Sonographie, ein Schallkopf auf der Haut platziert, aber Energie wird dem Gewebe durch Laserlicht im nahen Infrarotspektrum anstelle von Ultraschallwellen zugeführt. Dies führt zu einem ständigen Wechsel von minimalen Dehnungen und Kontraktionen (thermoelastische Dehnung) einzelner Gewebebestandteile oder Moleküle. Die resultierenden Ultraschallwellen können anschließend von derselben Untersuchungseinheit detektiert werden. Frühere Studien haben gezeigt, dass die quantitative Bestimmung von Hämoglobin Informationen über die Durchblutung und Entzündungsaktivität im Darm von erwachsenen Patienten mit Morbus Crohn liefern kann. Insbesondere die Unterscheidung der Aktivitätsgrade der Erkrankung (Remission/gering/mittel/hoch) ist vielversprechend, um zukünftig invasive Maßnahmen bei der Beurteilung des Krankheitsverlaufs einzusparen.

Neben entzündlichen Prozessen verursacht die Nahrungsaufnahme auch Schwankungen der regionalen Durchblutung im Magen-Darm-Trakt. Dies manifestiert sich als postprandiale Hyperämie, die sequentiell in den verschiedenen Abschnitten des Gastrointestinaltrakts von oral bis aboral auftritt.

Der zeitliche Verlauf der postprandialen Hyperämie in den verschiedenen Abschnitten des Magen-Darm-Traktes wurde in vielen Studien wissenschaftlich untersucht. Während eine Zunahme des Blutflusses im Magen und Zwölffingerdarm nach 30-60 Minuten festgestellt werden kann, dauert es viel länger, bis eine postprandiale Hyperämie in den Bereichen festgestellt wird, die zur Messung der Entzündungsaktivität mit MSOT bei CED verwendet werden, wie dem terminalen Ileum und dem Sigma . Eine Durchblutungssteigerung im Ileum ist frühestens nach 120 Minuten messbar, die Ankunft von Speisebrei im Dickdarm und die damit einhergehende lokale Durchblutungssteigerung erfolgt nach ca. 240-300 Minuten.

Es ist unklar, ob diese postprandiale Hyperämie zu einer Veränderung und potentiellen Erhöhung des optoakustischen Hämoglobinsignals der Darmwand führen kann, was zu falsch hohen MSOT-Signalen bei der Bestimmung der Entzündungsaktivität führt. Diese Studie untersucht Einflüsse einer standardisierten Ernährung auf das MSOT-Signal der Darmwand in einem Längsschnittdesign. Optoakustische Signale werden zwischen Probanden in nüchternen und postprandialen Zuständen verglichen. Da die postprandiale Zunahme der intestinalen Durchblutung überwiegend auf das lokale Vorhandensein von Speisebrei im Darm zurückzuführen ist, wäre eine gleichzeitige Bestimmung der Darmpassage von Speisebrei während der MSOT-Messung hilfreich, um zu validieren, ob postprandiale Veränderungen der MSOT-Signale auf eine Hyperämie im Darm zurückzuführen sind entsprechenden Darmabschnitt. Neben der Bildgebung von Hämoglobin ermöglicht MSOT den Nachweis exogener Chromophore (d. h. Farbstoffe). In dieser Studie wird die orale Verabreichung des nicht resorbierbaren Farbstoffs Indocyaningrün (ICG) zur nichtinvasiven Identifizierung des Speisebreis verwendet. Die Kombination von exogenen und endogenen Chromophoren ermöglicht somit eine genaue Co-Lokalisierung und Registrierung von Darmwand-Blutflussmustern und Speisebreitransit. Diese Informationen ermöglichen eine genaue anatomische Kartierung von Störeinflüssen auf die Bestimmung von Hämoglobin mittels MSOT.