Microbioom en vluchtige organische stoffen bij patiënten met CDH (CDHVOCS)

Doel: Het doel van dit onderzoek is kinderen die zijn ingeschreven op basis van een hernia, het longmicrobioom en de vluchtige organische stoffen (VOC's) in de uitgeademde lucht te evalueren en te vergelijken met een controlegroep die geen chronische of acute longziekte. Verder kan de longfunctie door spirometrie, plethysmografie van het hele lichaam en "multiple breath wash-out" procedures nauwkeurig worden vastgelegd en een sportmedisch onderzoek, inclusief ergospirometrie. Daarnaast wordt de eventuele invloed van probiotica op het longmicrobioom bij kinderen met hernia diafragmatica onderzocht.

Onderzoeksopzet: Dit is een prospectieve studie bij kinderen die in de vroege kinderjaren chirurgisch werden behandeld voor congenitale hernia diafragmatica. Na een eerste bepaling van het microbioom en de samenstelling van vluchtige organische stoffen in ademlucht en ontlasting en een longfunctiemeting alsook sportmedisch onderzoek, krijgt de onderzoeksgroep een probioticum (Omnibiotica 6, verkregen van het Allergosan Instituut, voedingssupplementen) voor 3 maanden. Het microbioom en de VOC's worden achteraf geobserveerd. De proefpersonen zijn ingedeeld naar leeftijd, geslacht, verzorging met of zonder pleister. Daarnaast wordt er een vergelijking gemaakt met een controlegroep die geen chronische of acute longziekte vertoont op basis van leeftijd en geslacht van de testgroep. Bovendien moet in samenwerking met de afdeling Pediatrische longziekten en allergologie van de afdeling kindergeneeskunde en jeugdgeneeskunde van de medische universiteit van Graz de longfunctie van voormalige patiënten met hernia diafragmatica (vóór toediening van probiotica) en een controlegroep worden gemeten . In samenwerking met het Medisch Centrum voor Sportgeneeskunde voert de onderzoeker tevens een sportmedisch onderzoek uit inclusief ergospirometrie. De duur van het onderzoek is vastgesteld op 12 maanden.

Deelnemers aan de studie: Studiegroep: Kinderen tussen 6 en 16 jaar oud, die tussen 2000 en 2010 zijn ingeschreven op de afdeling kinder- en jeugdchirurgie van de Medische Universiteit van Graz vanwege een aangeboren hernia diafragmatica, hebben een operatieve sluiting gekregen met of zonder lapje. Controlegroep: Kinderen tussen 6-16 jaar die geen longziekte hebben. Gerekruteerd uit de polikliniek van de afdeling kinder- en jeugdchirurgie van de medische universiteit van Graz. Het doel is door middel van een informatiebrief contact te leggen met bovengenoemde patiënten en hun ouders en bereidheid tot deelname aan dit onderzoek te bewerkstelligen. De controlegroep moet afkomstig zijn uit het gebied van de polikliniek van de afdeling Kinder- en Jeugdchirurgie, Medische Universiteit van Graz, na passende informatie en mogelijke toestemming.

Microbioomanalyse vóór behandeling met een probioticum: Verzameling van monstermateriaal - in dit geval sputum - uit de diepe luchtwegen door geïnduceerd sputum na inademing van hypersaline zoutoplossing met resulterende provocatie van hoest. Het monster wordt vervolgens diepgevroren. De Microbiome-meting wordt uitgevoerd als een vergelijkend 16S rDNA-gebaseerd profiel via chip-gebaseerde next-generation sequencing zoals reeds gepubliceerd, geanalyseerd met behulp van SnowMAN, Qiime en MOTHUR, evenals de eigen "R"-gebaseerde software. Een sequentiediepte van 5.000-10.000 metingen per sample.

VOS-analyse vóór behandeling met een probioticum: I) Monstername van uitgeademde gassen: Van elke proefpersoon wordt één monster genomen van de inspiratie en twee van de expiratie (n = 3). Gebruik voor het bemonsteren van de onderzoeker een automatisch bemonsteringssysteem dat rechtstreeks is aangesloten op een capnometer. Dit systeem bevat een zogenaamde naald-val micro-extractie (NTME) als micro-extractietechniek en voldoet aan de eisen van een optimale bemonstering op het momenteel technisch hoogste niveau. De op deze manier verkregen uitgeademde gasmonsters worden vervolgens voor analyse naar onze samenwerkingspartner, naar het Instituut voor ademgasanalyse van de universiteit van Rostock gestuurd. II) Analyse van uitgeademde gasmonsters: Daar worden de uitgeademde gasmonsters thermisch overgebracht in de inerte draaggasstroom (He) in een injector van een chromatograaf. De stoffen worden ingedeeld op basis van hun verblijftijd in het chromatogram en hun massaspectrum. Onbekende verbindingen in het uitgeademde gas worden geïdentificeerd door vergelijking met een referentiedatabase op basis van het massaspectrum. Vitale en laboratoriumgegevens, evenals microbiologische informatie, worden ontleend aan de bevindingen van de patiënten. III) Identificatie van biomarkers van uitgeademde gasmonsters: Uit de resultaten van de patiëntmetingen worden die stoffen en stofconcentraties bepaald die specifiek zijn voor studiegroep 1 en groep 2, d.w.z. verbindingen die niet of alleen in significante mate in de vergelijkingsgroep aanwezig zijn. lagere of hogere concentraties. De geselecteerde vluchtige markers, evenals eventuele vluchtige verontreinigingen die mogelijk in de omgeving zijn gedetecteerd, worden opgeslagen in een analytische referentiedatabase en, na eliminatie van de verontreiniging, gebundeld in mogelijk ziektespecifieke markerprofielen. IV) Analyse van fecale monsters: De fecale monsters worden ook voor analyse naar het Instituut voor ademgasanalyse van de universiteit van Rostock gestuurd en daar na geschikte voorconcentratie door middel van vaste-fase-micro-extractie (SPME) geanalyseerd. V) Identificatie van biomarkers van fecale monsters: Dit gebeurt naar analogie van de uitgeademde gasmonsters.

Longfunctiemeting vóór behandeling met een probioticum: meting van de longfunctie met behulp van spirometrie en lichaamsplethysmografie (Fa Jäger-spirometer en lichaamsplethysmograaf) en stikstofuitspoelingsproces (N2-multiple breath wash-out, System Exhalyzer D en Spiroware 3.1, Eco Medics AG, Duernten, Zwitserland). Spirometrie en lichaamsplethysmografie worden uitgevoerd volgens de gepubliceerde ERS/ATS-normen. De "multiple breath wash-out" methode wordt uitgevoerd onder rustademhaling en detecteert de ventilatie(in)homogeniteit ter hoogte van de functionele restcapaciteit (=FRC = dat longvolume dat nog in de longen zit na een rustige spontane uitademing wordt achtergelaten) . Het systeem bestaat uit een flowmeter, een snel analyserend gasmeetsysteem, een gasadministratiesysteem en de bijbehorende computeranalysesoftware. Als "vreemd gas" zal het 78% van het gas in lucht bevattende stikstof (N2) gebruiken. Een flow-volumemeting wordt uitgevoerd via een ultrasone flowmeter die direct in de inadem- en expiratieflow van de testpersoon/patiënt wordt uitgevoerd en via een laser-O2-sensor met behulp van de zijstroommeetmethode en een infrarood-CO2-sensor in de hoofdstroommeetprocedure (= direct in de ademstroom van de patiënt) de betreffende gasconcentratie. Het N2-aandeel wordt dan indirect gemeten via de O2- en CO2-concentratie (N2 = 1 - O2 - CO2). Tijdens rustige spontane ademhaling krijgt de patiënt op een snorkelmondstuk via een bacteriefilter door de flowmeter 100% zuurstof en "wast" zo N2 uit ("N2-multiple breath wash-out"). Daarbij wordt de flow-volumecurve van de spontane ademhaling "online" op het scherm weergegeven en wordt de meting bij het bereiken van een 1/40 (= 2,5%) van de initiële stikstofconcentratie voltooid. Wacht daarna tot het onderwerp veilig is in de lengte van tweemaal de duur van de meting rond de zuurstof van uitademen. Daarna volgt de volgende meting. In totaal 3 metingen waarvan de gemiddelde waarde als resultaat dient. De zogenaamde "longklaringsindex", die het aantal functionele restcapaciteit longvolumes aangeeft, die kan worden gebruikt om de initiële stikstofconcentratie te verlagen tot 1/40 nadat oxygenatie nodig was. (LCI = quotiënt tussen uitgeademd volume en FRC). Het drukt uit hoe lang het duurt voor het ingeademde gas (in ons geval de fysiologisch voorkomende stikstof in de lucht) door inademing van 100% zuurstof. Bij gezonde personen is deze waarde gemiddeld 7 en bij longpatiënten beduidend hoger. Verdere meetparameters, die een uitspraak doen over de perifere luchtwegen proximaal van de terminale bronchiolen enerzijds en via de meer distale azine-luchtwegen anderzijds worden berekend.

Sportmedisch onderzoek: Om contra-indicaties voor ergometrie uit te sluiten, wordt aan het begin van het onderzoek een 12-kanaals rust-ECG en een rustbloeddrukmeting (CombynTM Function & Spaces ECG, Academic Technologies) uitgevoerd. Nadat de antropometrische gegevens (lengte, gewicht, BMI) zijn verzameld, worden de spiermassa en vetmassa bepaald door multi-frequentie impedantiemeting in zes lichaamssegmenten (CombynTM Function & Spaces ECG, Academic Technologies). De longfunctie wordt gemeten door middel van kleine spirometrie in rust en na inspanning (Spirometer Oxycon Pro, Reiner). Om de cardiopulmonale prestaties te bepalen, wordt ergospirometrie uitgevoerd op een fiets (Excalibur Sport-ergometer, Lode-bedrijf; Oxycon Pro-spiro-ergometrie-eenheid, Reiner-bedrijf) met een geleidelijke toename van stress tot subjectieve uitputting. De evaluatie van deze gegevens maakt het mogelijk conclusies te trekken over het prestatiebeperkende systeem (cardiovasculair systeem, longen, musculatuur) naast de bepaling van de aerobe prestatie.

Microbioom/VOC-analyse na behandeling met een probioticum: Na monsterneming voor microbioom- en VOS-analyse en het uitvoeren van longfunctiemetingen en sportmedisch onderzoek, nemen de deelnemers aan de onderzoeksgroep een probioticum (Omnibiotic 6, gekocht bij het Allergosan Instituut, voedingssupplement ) voor een periode van 3 maanden. Meteen daarna en nog een maand later worden metingen gedaan van het longmicrobioom en de VOS in de adem.