Für die ausführliche Untersuchung der Lungenfunktion wurden folgende Verfahren angewendet: Spirometrie, Ganzkörperplethysmographie, Bestimmung der Stärke des maximalen Inspirationsdruckes und Atemantriebs, Bestimmung der Diffusionsparameter für CO, des Membranfaktors, des kapillaren Blutvolumens und des Alveolarvolumens.

Die Spirometrie und die Ganzkörperplethysmographie wurden am Spirometer und am geschlossenen System eines volumenkonstanten Bodyplethysmographen (Master Lab, Jaeger, Würzburg, Deutschland) entsprechend den Bestimmungen der European Community for Steel and Coal (ECSC) [62] durchgeführt.

Dabei wurden die Parameter Vitalkapazität (VC), forcierte Vitalkapazität (FVC), forciertes exspiratorisches Sekundenvolumen (FEV1), der Quotient FEV1/FVC,totale Lungenkapazität (TLC), Residualvolumen (RV) und der Quotient RV/TLC ermittelt und für die Auswertung verwendet.

Abbildung 2: statische und dynamische Lungenparameter

Das verwendete Gerät wurde täglich, nach Wechsel der CO₂ und Feuchtigkeitsabsorber, auf Luftdruck, Temperatur, relative Feuchte und Höhe über Normalnull eingestellt und unter ATP-Bedingungen (ambient temperatur pressure) entsprechend der Bedienungsanweisung geeicht. Dabei galt als Plausibilitätskriterium ein Variationskoeffizient von ±10 %. Zur Eichung der Kammer des Bodyplethysmographen wurde eine Verschlußdruckeichung, eine Eichung der Halbwertszeit des Kabinendruckes und eine Eichung der Druckwandlerdose zur Messung des Kabinendrucks ausgeführt. Die Gasanalysatoren wurden auf ein Eichgas (9 % Helium, 0,25 % Kohlenmonoxid, synthetische Luft) und auf Umgebungsluft als Bezugsgas geeicht.

Die Messungen erfolgten am ausgeruhten, bequem in aufrechter Position sitzenden Patienten, der bei abgeklemmter Nase mit den Lippen das Mundstück des Pneumotachographen fest umschlossen hält. Die Untersuchungstechnik wurde vor der Untersuchung genau erklärt. Während der Untersuchung wurden die Patienten ständig motiviert.

Da die Untersuchungen stark mitarbeitsabhängig sind, wurden stets drei, bei Nichterreichen des Referenzwertes oder stark schwankenden Ergebnissen auch mehr Versuche durchgeführt. Außerdem sollte die Exspirationszeit beim FEV1-Manöver nicht kürzer als 6 s sein und sich ein exspiratorisches Plateau erkennen lassen [63]. Das jeweils beste Ergebnis wurde für das Protokoll ausgewählt.

Um den Einfluß von sehr großen oder kleinen Körpervolumina oder wechselndem Luftdruck in der Kammer auszugleichen, wurde der Ausgangsdruck in der Kammer (=atmosphärischer Druck) und das Gewicht des Patienten in den Voreinstellungen berücksichtigt [64]. Volumenänderungen durch Veränderungen der Gastemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit der ausgeatmeten Luft wurden durch eine elektronische BTPS (body temperature pressure saturated)- Korrektur kompensiert [41].

Als Normalbereich für VC, TLC, FVC, FEV1 und RV wurden Werte zwischen 80% und 120% der alters- und geschlechtsspezifische Referenzwerte der European Community for Steel and Coal betrachtet [62].

Die Diffusionskapazität für Kohlenmonoxid (CO) und das Alveolarvolumen (V_A) wurden mit Hilfe der Einatemzug- („Single Breath“-) Methode [62] entsprechend den Empfehlungen der European Respiratory Society [65] bestimmt (Master Lab, Jaeger, Würzburg, Deutschland).

Bei der Single Breath Methode atmet der Patient ein Gasgemisch mit definiertem He- und CO- Gehalt (He_{9%, CO 0,25%, Rest: synthetische Luft) ein und unterbricht dann für 10 s die Atmung. In dieser Zeit verteilt sich eingeatmete Gasgemisch gleichmäßig in der Lunge und das CO- Gas diffundiert über die Kapillarmembran ins Blut. Bei der nun folgenden langsamen und gleichmäßigen Exspiration wird nach Verwerfung des Totraumvolumens das Alveolargas gesammelt und die He- und CO- Konzentration bestimmt.}

Die Diffusionskapazität TLCO der Lunge ist die CO- Gasmenge, welche pro Zeiteinheit und Partialdruckdifferenz zwischen Alveolarluft und pulmonalem Kapillarblut durch die alveolo-kapillare Membran übertritt. Der Massenfluß ist abhängig von der Löslichkeit und dem Molekulargewicht des Gases (Diffusionskoeffizient D), der Austauschfläche (A), der Dicke (x) und der Struktur der alveolokapillaren Membran sowie dem Druckgradienten zwischen Alveolarluft und Blut (P_A-c). Die Gleichung für den Massenfluß lautet [39,66]:

(mmol/min).

= diffusive Leitfähigkeit

β= Kapillaritätskoeffizient

Da die Komponenten Austauschfläche A, sowie Membrandicke und Beschaffenheit unbekannt und nicht bestimmbar sind, benutzt man den Begriff Diffusionskapazität oder Transferfaktor (TLCO) zur Charakterisierung der Diffusionseigenschaften der Lunge:

so folgt: (mmolxmin^-1xPa^-1)

Um die CO- Abnahme während der Atemunterbrechung zu bestimmen, muß aus der Verdünnung der Konzentration von Helium, welches ein inertes Gas ist und nicht durch die Membran diffundiert, der Verdünnungsfaktor berechnet und daraus die initiale alveolare Konzentration von CO nach Inhalation des Testgases hergeleitet werden [40,65,67,68]:

F_A,CO= alveolare CO Konzentration
F_I,CO= inspiratorische CO Konzentration
F_A,He= alveolare He Konzentration
F_I,He= inspiratorische He Konzentration

Um aus der Konzentrationsänderung des CO die Anzahl der Moleküle zu berechnen, die pro Zeiteinheit die Membran durchwandern, ist die Kenntnis des Alveolarvolumens V_A, dem Volumen, das effektiv am Gasaustausch teilnimmt, notwendig. Es bildet zusammen mit dem Totraum V_D das Lungenvolumen V_L= V_A+V_D. Aus der Heliumkonzentration der alveolaren Ausatemluft (nach Verwerfen des Totraumvolumens), der inspiratorischen Heliumkonzentration und der Vitalkapazität läßt sich das Alveolarvolumen berechnen[64]:

F_EHe= exspiratorische Heliumkonzentration
F_IHe= inspiratorische Heliumkonzentration.

Aus den so ermittelten CO- Konzentrationen, der V_A, und der Verschlußzeit kann man nun die Diffusionskapazität (TLCO) berechnen [41,65,67]:

(mmolxmin^-1xkPa^-1)

V_{A = Alveolarvolumen
t= tatsächliche Verschlußzeit (Atemunterbrechung) in sek [68]
k= Konstante, die Luftdruck je nach Einheit berücksichtigt
FA,CO0 = CO Konzentration in der Ausatemluft zu Beginn der Atemunterbrechung
FA,COt = CO Konzentration in der Ausatemluft bei Ende der Atemunterbrechung}

Da die Diffusionskapazität TLCO mit der Größe der Lunge ansteigt und daher von Körpergröße, Alter und Geschlecht des Probanden abhängt, und sich ebenso Erkrankungen, die mit erniedrigtem Lungenvolumen einhergehen (z.B. Pneumonektomien, pneumomuskuläre Erkrankungen), auf die Diffusionskapazität auswirken, kann man die Diffusionskapazität auf das Alveolarvolumen V_A beziehen und erhält den Diffusionskoeffizienten KCO (Krogh-Faktor, „spezifische Diffusionskapazität“), der den CO-Transport pro Einheit Lungenvolumen ausdrückt und daher vom Gesamtvolumen der Lunge unabhängig ist:

(mmolxmin^-1xkPa^-1xL^-1) [66]

Der Patient sollte 12h vor der Messung weder geraucht noch reinen Sauerstoff geatmet haben, da sowohl O₂ als auch CO um die Hämoglobin- Bindung konkurrieren und eine hohe Konzentration an carboxyliertem Hämoglobin oder Abweichungen des Sauerstoffpartialdrucks Veränderungen der TLCO hervorrufen. [65,67,69]. Die Messungen wurden nach vorheriger Einweisung am ausgeruhten, aufrecht sitzenden Patienten durchgeführt, der bei verschossener Nase das Mundstück mit den Lippen dicht umschließt.

Da TLCO stark von der Bindung des CO an das Hämoglobin abhängt, wurde bei Hämoglobin- Werten unter 11(w) bzw. 13(m) eine Hämoglobin- Korrektur des TLCO nach einem standardisierten Algorithmus [70-72] durchgeführt.

Die Werte der Diffusionsmessung wurden mit alters- und geschlechtsspezifischen Referenzwerten (ECSC [62]) verglichen. Werte außerhalb des Bereiches zwischen 80% und 120% wurden als pathologisch bezeichnet. Werte zwischen 60 und 79% der Referenzwerte wurden als milde Diffusionsstörung, Werte unter 60% der Referenzwerte wurden als mäßige und unter 40% als schwere Diffusionsstörungen eingestuft [4].

Die Lungendiffusionskapazität (Transferfaktor TLCO) läßt sich in drei Teilleitfähigkeiten aufgliedern: den Membranfaktor Dm, den Blutfaktor Qc und den Kreislauffaktor.

Der Membranfaktor Dm beschreibt den Einfluß des Gases und der Membran auf den Gastransport. Er unterliegt den Einflüssen von alveolokapillarem Gasdruckgradienten, der Löslichkeit und dem Molekulargewicht des Gases sowie der Dicke, Oberfläche und Struktur der alveolokapillaren Membran.

Der Blutfaktor beschreibt die Bindung zwischen Gas und Hämoglobin. Die Aufnahme von CO in den Erythrozyten ist von der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit zwischen CO und Hämoglobin (Reaktionsrate θ (mmol/minxkPaxml)), vom kapillaren Blutvolumen Qc (ml) und dem venös-kapillaren Gasdruckgradienten abhängig.

Der Kreislauffaktor beschreibt den durch den Blutfluß bedingten Abtransport des Gases in gelöster Form. Er wird bedingt durch den Kapazitätskoeffizienten β, der Perfusion der Alveolarkapillaren und dem arterio-venösen Gasdruckgradienten.

Der reziproke Wert der Diffusionskapazität entspricht dem gesamten pulmonalen Diffusionswiderstand. Die reziproken Werte der Teilleitfähigkeiten können daher als in Reihe geschaltete Widerstände aufgefasst werden. Den Zusammenhang zwischen den drei Teilleitfähigkeiten und der Diffusionskapazität beschreibt die Formel:

Dabei ist der gesamte pulmonale Transferwiderstand,

der Membranwiderstand und

der Perfusionswiderstand. [66]

Da CO aufgrund seiner hohen Affinität zu Hämoglobin im Blut zu fast 100% gebunden vorkommt und nur wenig in gelöster Form transportiert wird, kann der Kreislauffaktor vernachlässigt werden. Damit hängt der CO- Transferfaktor TLCO im wesentlichen vom Membranfaktor und vom kapillaren Blutvolumen ab:

Um die Größen für das kapillare Blutvolumen (Qc) und die Diffusionskapazität der alveolaren kapillaren Membran (Dm) zu bestimmen, wurde am oben beschriebenen Gerät nach Aufsättigung des Blutes mit Sauerstoff eine Single- Breath- Messung mit einem Gasgemisch aus 92 % O₂, 7,7 % He und 0,3 % CO durchgeführt.

Es galten die gleichen Patientenbedingungen wie bei der Bestimmung der Diffusionskapazität. Während der Untersuchung mußte der Patient ununterbrochen am Mundstück bleiben.

Die Berechnung des Membranfaktors und des Kapillarvolumens erfolgte anhand der exspiratorisch gemessenen Gaskonzentrationen in 2 Stufen: Berechnung der Werte nach Roughton und Forster [73], anschließend Berücksichtigung des alveolokapillaren Diffusionsgradienten nach Cotes [65].

Die Messungen wurden entsprechend den Empfehlungen der European Respiratory Society durchgeführt [65].

Für die Auswertung des kapillaren Blutvolumens und des Membranfaktors wurden als untere Grenze des Normalbereiches 50ml (Qc) und 20 mmol/min/kPa (Dm) festgelegt [74].

Setzt man den Membranwiderstand in Relation zum

gesamten pulmonalen Diffusionswiderstand so läßt sich sein prozentualer Anteil am Gesamtwiderstand bestimmen: .

Der verbleibende Anteil am gesamten pulmonalen Diffusionswiderstand ist durch den Perfusionswiderstand bedingt.

Bei der Erörterung der inspiratorischen Drücke wird die Nomenklatur entsprechend Laier-Groeneveld [75] verwendet. Zur Beurteilung des maximalen Inspirationsdruckes wurde der Munddruck, der ausgehend vom maximalen exspiratorischen Niveau bei größtmöglicher willkürlicher Inspiration erreicht werden konnte, bestimmt. Dazu wurde das Spirometer nach bereits beschriebenen Eichungen verwandt (Master Lab, Jaeger, Würzburg, Deutschland). Bei abgeklemmter Nase versucht der ausgeruhte, sitzende Patient durch kräftigen Sog ein Magnetventil im Mundstück zu öffnen. Dabei mißt man den maximalen Inspirationsdruck (PImax) und den maximalen Mundverschlußdruck 0,1 Sekunden nach Beginn der Inspiration (P0.1max). Sie repräsentieren die maximale Kapazität der Atempumpe [76]. Aus mindestens 5 Werten wurde der beste Wert verwendet.

Zur Bestimmung des Atemantriebs wurde beim ruhig und gleichmäßig atmenden Patienten 5 mal in einer Minute in statistisch unregelmäßiger Folge ein Verschluß gesetzt. Während des darauf folgenden Einatemversuches wurde nach 100ms der Mundverschlußdruck (P0.1) gemessen. Der Verschluß dauert nur einen Bruchteil einer Sekunde und behindert den Patienten bei seiner Atmung nicht. Der Mittelwert dieser Druckmessungen wurde für das Protokoll verwendet wird [77].

Abbildung 3: schematische Darstellung des Mundverschlußdruckes in Ruheatmung P0.1, des maximalen Mundverschlußdruckes P0.1max und maximalen Inspirationsdruckes PImax bei forcierter Inspiration

Der Atemantrieb P0.1 ist ein gutes Maß für den Kraftaufwand während eines Atemzuges, da zum einen in der Nähe der FRC - also zu Beginn der Inspiration- die elastischen Kräfte des respiratorischen Systems gleich 0 sind, zum anderen der gemessene Druck praktisch unabhängig von Resistance und Compliance ist, weil während des Verschlusses kein Gasfluß und nahezu keine Volumenänderung stattfindet [76-78]. Der hier gemessene Druck repräsentiert den Aktivierungsgrad des Atemzentrums [76].

Bei Störungen der Kraftübertragung führt die Bestimmung von P0.1 zu einer Unterschätzung des Atemantriebes. Davon sind PImax und P0.1max jedoch gleichermaßen betroffen. Das Verhältnis zwischen dem aktuellen Inspirationsdruck (entspricht dem Aktivierungsgrad des Atemmuskels) und dem maximal möglichen Inspirationsdruck (entspricht der Kapazität des Atemmuskels) wird gemessen als P0.1/P0.1max bzw. P0.1/PImax und stellt einen Index für die Atemmuskelbelastung dar. Der Atemantrieb wird so an den individuellen Gegebenheiten gemessen [77].

Als geschlechtsspezifische Referenzwerte wurden die von der Herstellerfirma E.Jaeger nach Criée [76] erstellten Werte hinzugezogen. Als pathologisch wurde ein PImax unter 60% des Referenzwertes, ein P0.1/P0.1max von über 5% und ein P0.1/PImax von über 3% betrachtet [79,80].

Die Lungenstruktur wurde mit Hilfe einer HR-Computertomographie (HRCT, Tomoscan AV, Philipps Medicinsystems, Eindhoven, Holland) untersucht.

Die HRCT-Technik hat sich insbesondere bei der Darstellung von Verdickungen der alveolaren Wand oder einer inkompletten Füllung der Alveolarräume in Form von milchglasartigen Veränderungen (ground-glass opacities) dem konventionellen CT überlegen gezeigt [86]. Bei parenchymatösen Lungenerkrankungen zeigen sich sehr gute Korrelationen zwischen Veränderungen in der HRCT und histologischen Befunden [87]. Auch zur Diagnostik eines Emphysems ist die HRCT geeignet [88].

Bei einer Schichtdicke von 1,5 mm und einem Tischvorschub von 10 mm wurde unter Verwendung eines sharp Rekonstruktionsfilters bei einem Fenstermittelwert von -500 HE und einer Fensterbreite von 1300 HE eine repräsentative Anzahl von Schichten durch die Lungenstruktur aufgenommen [89]

HRCT- Schnitte wurden in Rückenlage bei maximaler Inspiration von kranial nach kaudal beginnend in der Jugulumgrube durchgeführt. Bei Transparenzminderungen in dorsobasal liegenden Lungenregionen wurden die Aufnahmen in Bauchlage wiederholt, um hypoventilatorische oder orthostatische Artefakte von wirklichen Veränderungen der Lungenstruktur abzugrenzen.

Zwei erfahrene Untersucher werteten die Bilder unabhängig voneinander aus. Das Bewertungssystem, ähnlich dem anderer Studien [86], klassifiziert die Veränderungen entsprechend ihrer Lokalisation (apikal, ventrobasal, dorsobasal und subpleural), dem Erscheinungsbild (retikulär, streifig, bandförmig, nodulär, milchglasartig, Honigwabenmuster) und dem Grad ihrer Ausprägung auf einer subjektiven vierstufigen Skala:

• Grad 1: leichte Veränderung

• Grad 2: mäßige Veränderung

• Grad 3: ausgeprägte Veränderung

• Grad 4: sehr starke Veränderung.

Daneben wurde das Auftreten von weiteren Befunden wie Bronchiektasien, Emphysem, Volumenverminderung, Pleuraverdickung und Lymphknotenvergrößerung dokumentiert.

Für die statistische Auswertung wurde zwischen Patienten mit und Patienten ohne interstitiellen pulmonalen Veränderungen unterschieden. Dabei wurden interstitielle pulmonale Veränderungen angenommen, wenn mindestens einer der Befunder Veränderungen ersten Grades erkannt hatte.

Schichtdicke

1,5 mm

Tischvorschub

10 mm

Fenstermittelwert/ Level

-500 HE

Fensterbreite/ Window

1300 HE

Matrix

526x526

Abtastzeit/ Belichtungsdauer

2 Sekunden

Spannung

120 kV

Stromstärke

250 mA

Tabelle 5: Technische Daten HRCT

Zur Textverarbeitung wurde Microsoft^® Word 97, zur Datenverwaltung Microsoft^{® Excel 97 genutzt. Das Programm SPSS für Windows™ Version 9.0 wurde für explorative, deskriptive und statistische Datenanalysen verwendet.}

Korrelationen zwischen Patientenalter, Zeit seit Transplantation und intervallskalierten Parametern der einzelnen Untersuchungen wurden anhand der Korrelationen nach Pearson geprüft.

Einflüsse durch Geschlecht, Rauchgewohnheiten, hCMV-Infektionen oder Rejektionsepisoden wurden für dichotome Daten im Mann-Whitney-Test, für nicht dichotome Daten im Kruskal-Wallis-Test untersucht.

Abweichungen der Patientenwerte von ihren Referenzwerten wurden im Wilcoxon-Rangsummentest bewertet.

Für die Verlaufsbeurteilung der spirometrischen Parameter und der Diffusionsparameter wurde ebenfalls der Wilcoxon-Rangsummentest für verbundene Stichproben verwendet.

Zur Kennzeichnung des vorliegenden Signifikanzniveaus wurde * für p<0,05 und ** für p<0,01 verwendet.

Bei der graphischen Darstellung der Korrelationen ist in den Diagrammen neben den einzelnen Patientenwerten eine Regressionsgrade für den Mittelwert () sowie das 95% Konfidenzinterval für den Mittelwert (------) eingezeichnet.

Der Korrelationskoeffizient r beschreibt die Stärke des Zusammenhangs:

r-Wert (Betrag)

bis

0,2

sehr geringe

Korrelation

bis

0,5

geringe

Korrelation

bis

0,7

mittlere

Korrelation

bis

0,9

starke

Korrelation

über

0,9

sehr starke

Korrelation