Einfluss des Nikotinkonsums und einer Langzeitsauerstofftherapie auf die neurovaskuläre Kopplung : eine simultane transkranielle Doppler- und Elektroenzephalogrammstudie an Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung

Abstract

Aufgrund der steigenden Prävalenz Nikotin-assoziierter Erkrankungen wie der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) und damit verbundenen Komplikationen sowie Einschränkungen bezüglich der Lebensqualität und -erwartung, wurde in der vorliegenden Arbeit der Einfluss fortgesetzten Nikotinkonsums sowie einer Langzeitsauerstoffbehandlung auf die neurovaskuläre Kopplung (NVC) bei COPD-Patienten untersucht. Ziel war es zum einen, ein sensitives Untersuchungsverfahren zu etablieren und damit Möglichkeiten einer Primärprävention, insbesondere zerebrovaskulärer Komplikationen, durch die frühzeitige Detektion einer endothelialen Dysfunktion als Indikator einer manifesten Atherosklerose zu entwickeln. Zum anderen sollte anhand des Patientenkollektivs zwischen dem Einfluss systemischer Inflammationsvorgänge im Rahmen der COPD und den Auswirkungen des Nikotinkonsums auf die NVC differenziert werden. Darüber hinaus sollte der Einsatz der Langzeitsauerstofftherapie (LOT) speziell in Hinblick auf eine Verbesserung der neurofunktionellen Performance analysiert werden. Untersucht wurden hierzu COPD-Patienten aus der Allgemein-pneumologischen Ambulanz des Universitätsklinikums Gießen und Marburg am Standort Gießen. Innerhalb eines Zeitraums von 13 Monaten konnten so insgesamt 88 Patienten in die Studie eingeschlossen werden, welche zu Analysezwecken schließlich anhand ihres Rauchverhaltens einerseits und andererseits nach dem Vorliegen einer LOT beziehungsweise der formalen Indikation dazu in Gruppen eingeteilt wurden. Zur Beurteilung der NVC verwendeten wir eine kombinierte Technik aus transkranieller Dopplersonographie und Elektroenzephalographie (EEG), mit Hilfe derer einfach und nicht-invasiv eine simultane Aufzeichnung der zerebralen Blutflussgeschwindigkeit (CBFV) sowie der neuronalen Aktivität möglich ist. Durch visuelle Stimulation mittels einer Muster-Umkehrsequenz konnten so evozierte Potentiale über dem primären visuellen Kortex sowie evozierte Flussantworten des P2-Segments der A. cerebri posterior generiert werden. Zur Auswertung gelangten schließlich die einzelnen Frequenzspektren des Ruhe-EEG zur Beurteilung der allgemeinen Hirnaktivität, die N75-P100-Amplitude der visuell evozierten Potentiale (VEP) sowie die Änderung der CBFV, die im Rahmen eines mathematischen Modells zweiter Ordnung mit Hilfe der vier Parameter Dämpfung, Eigenfrequenz, Verstärkung und Vorhaltezeit beschrieben werden kann. Mittels dieser Untersuchungsmethoden konnte anhand des vorliegenden Patientenkollektivs kein Unterschied zwischen aktiven und ehemaligen Rauchern bezüglich neurovaskulärer Kopplungsvorgänge nachgewiesen werden. Darüber hinaus gab es keine eindeutigen Hinweise für eine Verbesserung der NVC oder der neuronalen Aktivität im Rahmen einer LOT. Das erhöhte kardiovaskuläre Risiko im Rahmen der COPD kann anhand unserer Ergebnisse weder durch den Nikotinkonsum oder die Erkrankung selbst hinreichend erklärt werden und es bedarf weiterführender Untersuchungen, insbesondere im Hinblick auf die langfristigen Auswirkungen akuter Exazerbationen. Der fehlende Einfluss einer LOT auf die NVC kann die positiven Auswirkungen der Sauerstoffapplikation auf die kognitive Funktion durch eine Verbesserung neurovaskulärer oder neurofunktioneller Abläufe nicht objektivieren.

Due to the increasing prevalence of nicotine-associated diseases such as chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and related complications such as impairment in life quality and expectancy, we investigated the influence of continued nicotine consumption as well as long term oxygen therapy (LOT) on the neurovascular coupling (NVC) in patients suffering from COPD. Our target was to establish a sensitive technique to detect early endothelial dysfunction as an indicator for atherosclerosis for developing a way of primary prevention particularly of cerebrovascular complications. Furthermore investigating a certain group of patients we aim to distinguish the influence of systemic inflammatory processes within patients suffering from COPD from implications of smoking on NVC. Finally we evaluated the application of LOT particularly with regard to an improvement of neurofunctional performance. For this reason COPD-Patients admitted to the internal medicine department for diagnostic workup and severity classification of COPD disease from the university hospital Gießen and Marburg were examined. Within 13 months 88 patients were enrolled and distributed into groups on the basis of their smoking habitation, the presence of a LOT and its formal indication respectively. To assess the NVC we used a technique combining transcranial dopplersonography and electroencephalography (EEG). With this easy and noninvasive method it is possible to simultaneously record cerebral blood flow velocity (CBFV) and neuronal activity. By visual stimulation with a modified checker-board test we generated evoked potentials of the primary visual cortex as well as evoked flow responses of the a. cerebri posteriors P2-segment. We analyzed the percentage distribution of the typical EEG-bands to evaluate the general cerebral activity, the N75-P100-amplitude of the visual evoked potentials as well as the changes in CBFV, which can be described as a mathematical second time delayed system including the parameters attenuation, natural frequency, gain and rate time. Using these methods there was no significant difference in NVC of active and former smokers. In addition there was no explicit evidence for improvement in NVC or neuronal activity under LOT. Based on our results the increased cardiovascular risk in patients with COPD can be explained neither by nicotine consumption nor by the disease itself and further assessments are needed especially with regard of long-term effects of acute exacerbations. With the lack of influence of LOT on NVC there is no objectification of the positive effect of LOT on cognitive function by improvement of neurovascular or neurofunctional processes.