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Titel:Untersuchungen am Trachealaspirat beatmeter Früh- und Reifgeborener zur Infektionsdiagnostik und Prädiktion der Bronchopulmonalen Dysplasie - eine Pilotstudie
Autor:Herrmann, Nina
Weitere Beteiligte: Maier, Rolf Felix (Prof.)
Erscheinungsjahr:2019
URI:http://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2019/0141
DOI: https://doi.org/10.17192/z2019.0141
URN: urn:nbn:de:hebis:04-z2019-01410
DDC: Medizin, Gesundheit
Titel(trans.):Analysis of tracheal aspirate for detection of bloodstream infections and prediction of bronchopulmonary dysplasia in ventilated preterm and term neonates

Dokument

Schlagwörter:
enose, VOC, Beatumung, ventilation, intubation, bronchopulmonary dysplasia, Brochopulmonale Dysplasie, VOC, Intubation, Elektronische Nase, Enose, Smellprint, smellprint, preterm, tracheal aspirate, systemische Infektionen, bloodstream infection, Frühgeborene, Trachealaspirat, cytokine

Zusammenfassung:
Eine Frühgeburt birgt aufgrund der Unreife der Organsysteme des Neugeborenen erhöhte Krankheitsrisiken. Dazu zählen unter anderem Infektionserkrankungen und die Bronchopulmonale Dysplasie (BPD). Early- oder Late-Onset Infektionen durch diverse Erreger sind bei Frühgeborenen eine der Hauptursachen für die Mortalität in der Neonatalperiode. Bei der BPD führen inflammatorische Prozesse in der unreifen Lunge zu einer chronischen Lungenschädigung mit persistierendem Sauerstoffbedarf im Verlauf. Hierfür fehlen valide Frühvorhersagemodelle. Auch was Infektionserkrankungen betrifft, ergeben sich bei Früh- und Neugeborenen wegen der unspezifischen Symptomatik diagnostische Schwierigkeiten. Im Hinblick auf die Prädiktion der BPD und die Diagnostik von systemischen Infektionen erfolgten in der vorliegenden Arbeit Untersuchungen am Trachealaspirat von 33 intubierten Früh- und Reifgeborenen. Das Trachealaspirat wurde beim routinemäßigen Absaugen der Patienten gewonnen. Die Konzentrationen der Zytokine IL-6 und IFN-γ im Trachealaspirat wurden mittels Immunassay bestimmt. Zudem wurden die Trachealaspiratproben mit zwei verschiedenen mikrobiologischen Untersuchungsverfahren auf das Vorhandensein von Bakterien untersucht: Der konventionelle Untersuchungsansatz umfasste Färbung und Mikroskopie sowie kulturelle Anzucht, der molekulare Ansatz bestand aus einer PCR der im Trachealaspirat vorhandenen 16S-rDNA sowie chromatographischer Auftrennung und Sequenzierung der Amplifikate. Des Weiteren kam eine Elektronische Nase zum Einsatz, ein tragbares Gerät, das volatile organische Substanzen (VOCs) detektiert. So wurde ein Smellprint, also ein Profil der emittierten Substanzen, für jede Trachealaspiratprobe – ähnlich einem individuellen Fingerabdruck – erstellt. Die Untersuchung zeigte keine signifikanten Unterschiede der Konzentrationen der Zytokine IL-6 und IFN-γ im Trachealaspirat von Frühgeborenen mit einem Gestationsalter < 32 SSW, die später eine BPD entwickelten und denen, die keine BPD entwickelten. Die Zytokinkonzentrationen im Trachealsekret korrelierten ebenfalls nicht mit dem Vorliegen einer systemischen Infektion oder dem Bakteriennachweis im Trachealaspirat. Der Vergleich des konventionellen und genomischen Erregernachweises im Trachealaspirat zeigte eine erhebliche Diskrepanz. Bei Patienten, die später eine BPD entwickelten, zeigten sich signifikant häufiger Bakterien im Trachealaspirat. Die erstmalig bei Neugeborenen durchgeführte Analyse der durch die Elektronische Nase erstellten Smellprints erbrachte erfolgversprechende Ergebnisse: Die Smellprints der Trachealaspirate von Frühgeborenen, die später eine BPD entwickelten und Frühgeborenen, die keine BPD entwickelten, unterschieden sich in der Diskriminanzanalyse signifikant. Ebenso unterschieden sich die Smellprints von Patienten mit einer laborchemisch bestätigten Infektion signifikant von Patienten ohne Infektionsparameter, unabhängig davon, ob Letztere einen positiven Keimnachweis im Trachealaspirat hatten oder nicht. Der Einsatz der Elektronischen Nase in der Neugeborenenmedizin ist also vielversprechend hinsichtlich der Prädiktion der BPD sowie der Diagnostik von systemischen Infektionen. Es sind jedoch weitere Studien zur Validierung dieser Methode notwendig.

Summary:
Diseases of prematurity such as neonatal infections and bronchopulmonary dysplasia (BPD) are frequent in preterm neonates, resulting from incomplete organ development. Early and late onset neonatal infections are a primary reason for mortality in preterms during the neonatal period. BPD is caused by an inflammatory process that prevents further development of the premature lung, resulting in a chronic pulmonary disease with prolonged need for supplementary oxygen. Early prediction markers for BPD are still lacking. Likewise, valid diagnosis of invasive infection in preterm and term neonates is difficult due to unspecific clinical symptoms. In this project BPD and neonatal infections were investigated by analysing tracheal aspirates of 33 preterm and term neonates, which were collected during routine suctioning of the intubated patients. IL-6 and IFN-γ cytokine concentrations in the tracheal aspirates were measured by immunoassay. Conventional microbiological analysis consisting of gram staining, microscopy and bacterial culture was performed, as well as molecular analysis, which included PCR of 16S-rDNA and separation of the PCR- products by chromatography. Additionally, an electronic nose, a device that senses volatile organic compounds (VOCs) through 32 biopolymer sensors, was utilized. Smellprints were generated according to the detected VOCs. Preterms born before completion of 32 weeks that developed BPD later on did not show higher levels of IL-6 and IFN-γ in their tracheal aspirates when compared to preterms that did not develop BPD. Tracheal aspirate cytokines were also not elevated in patients with signs of systemic infection or detection of bacteria in the tracheal aspirate. Comparison of the different microbiological detection methods showed a high rate of mismatches. In patients that developed BPD, germs were detected significantly more often in the tracheal aspirate when compared to patients that did not develope BPD. The smellprint linear discriminant analysis showed promising results: smellprints from tracheal aspirates of patients with and without subsequent development of BPD differed significantly. Furthermore, smellprints from tracheal aspirates of neonates with laboratory-confirmed bloodstream infection differed significantly from those without infection, regardless of a positive or negative microbiological test result. The application of an electronic nose may prove useful in the prediction of BPD development and diagnosis of neonatal infections. Larger numbers of samples will be needed for further validation of the respective smellprint patterns.


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