Ärzte Zeitung, 23.06.2005

Asthma-Anfall im Computermodell simuliert

Größe der schlecht belüfteten Lungenareale nimmt sprunghaft zu / PET-Untersuchung mit Stickstoff

BOSTON (ple). Mit einem Computermodell haben Wissenschaftler in Boston die Vorgänge in der Lunge bei einem Asthma-Anfall simuliert. Damit hoffen sie, auch neue Erkenntnisse für die Therapie bei Asthma zu gewinnen.

Computermodell des Atemwegbaumes.
Ein Asthma-Anfall wird simuliert, rot kennzeichnet dabei einen schlecht belüfteten Bereich.
Foto: Tilo Winkler, Boston, Massachusetts

Die Wissenschaftler um Professor Jose Venegas und Dr. Tilo Winkler vom Massachusetts General Hospital in Boston haben für die Erforschung der Vorgänge in der Lunge bei Asthmatikern zunächst die regionale Verteilung des Blutflusses und der Ventilation bei Patienten gemessen. Dazu haben Sie Patienten mit leichtem bis mäßig ausgeprägtem Asthma das Stickstoff-Isotop 13N in die Armvene injiziert. Bronchokonstriktion wurde durch Inhalation von Methacholin ausgelöst.

Der Stickstoff als Marker wird mit dem Blut in die Lungen transportiert und nach Diffusion in die Atemgase ausgeatmet. Mit Hilfe der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) wurden 3D-Aufnahmen erzeugt, auf denen sich mit Hilfe der Markierung die zeitliche Veränderung der Stickstoffkonzentration erkennen ließ.

Wie die Wissenschaftler berichten, entdeckten sie große Bereiche in der Lunge, die während des provozierten Asthma-Anfalls sehr schlecht durchlüftet wurden (Nature 434, 2005, 777). Allerdings vermuteten die Forscher nach der Auswertung der Bilder, daß die schlechte Belüftung nicht ausschließlich auf der Konstriktion großer Pulmonal-Äste beruht, sondern auch durch Verengung kleinerer Atemwege.

Winkler hat zur Überprüfung dieser Hypothese ein Computermodell des Atemwegbaumes entwickelt. Damit konnte er die komplexen Vorgänge bei der Entstehung schlecht belüfteter Areale während eines Asthma-Anfalls recht gut simulieren. Auch in dieser Simulation entstanden große Bereiche der Lunge, die schlecht belüftet waren.

Nach Angaben von Winkler, der an der TU Dresden promoviert hat, nimmt die Größe der Bereiche mit schlechter Ventilation nicht kontinuierlich, sondern sprunghaft zu. Einfluß darauf habe das Atemzugvolumen. Wenn es sich bei einem Anfall verringere, vergrößere sich der schlecht belüftete Bereich, was das Atemzugvolumen wiederum verringern könne und damit auch das Volumen der ventilierten Lungenabschnitte. Damit würden auch inhalierte Asthma-Medikamente ihr Ziel und so ihre Wirkung verfehlen.

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