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Title
Analysis of induced sputum inflammatory cell patterns and relation to clinical parameters in children, adolescents and young adults with cystic fibrosis / eingereicht von Anna Vollenwyder
Additional Titles
Analyse von Entzündungszellmustern in induziertem Sputum und deren Zusammenhang mit klinischen Verlaufsparametern bei Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen mit Cystischer Fibrose
AuthorVollenwyder, Anna
Thesis advisorZacharasiewicz, Angela
Published2018
Description106 Blatt : Diagramme
Institutional NoteMedizinische Universität Wien, Diplomarb., 2018
Annotation
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
Date of SubmissionSeptember 2018
LanguageEnglish
Document typeThesis (Diplom)
Keywords (DE)Cystische Fibrose / Atemwegsentzündung / Atemwegsinfektion / Klinische Verlaufsparameter / Induziertes Sputum / Entzündungszellmuster / Mikrobielle Kolonisation / Lungenfunktionsparameter / Pseudomonas aeruginosa
Keywords (EN)Cystic Fibrosis / Airway inflammation / Airway infection / Clinical monitoring / Induced sputum / Inflammatory cell patterns / Microbial colonization / Lung function parameters / Pseudomonas aeruginosa
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Abstract (German)

Hintergrund und Problemstellung: Die Morbidität und Mortalität von CF PatientInnen wird hauptsächlich durch die chronisch-progressive Lungenerkrankung bestimmt. Die neutrophile Entzündungsreaktion und wiederkehrende Infekte tragen zu einem Vorantreiben der Pathophysiologie der CF-Lungenerkrankung bei und führen so zu einer progressiven Abnahme der Lungenfunktion. Um das Entzündungsmuster in induziertem Sputum als zusätzlichen klinischen Verlaufsparameter zu etablieren, muss dieses als Korrelat zum klinischen Status von CF PatientInnen bestätigt werden.

Ziel: Ziel der Studie war es, induziertes Sputum als nichtinvasive Methode zur Charakterisierung von Atemwegsentzündungen und -infektionen von Kindern, Jugendlichen und jungen Erwachsenen mit CF zu validieren. Daher wurde erhoben, ob ein Zusammenhang zwischen klinischem Status (mikrobielle Kolonisation und Lungenfunktion) und Entzündungszellmustern in induziertem Sputum (Anteil neutrophiler Granulozyten an Leukozyten und Gesamtzellzahl) besteht.

Methodik: In einer monozentrischen und prospektiven Querschnittstudie wurden als Erstes Lungenfunktionsparameter und induziertes Sputum von CF PatientInnen gewonnen. Zweitens wurden Entzündungsmuster in induziertem Sputum (Prozentsatz an neutrophilen Granulozyten [%] und Gesamtzellzahl [Anzahl der Zellen pro Gramm induzierten Sputums]) bestimmt und die mikrobielle Kolonisation zum Zeitpunkt der Probennahme erhoben. Um Zusammenhänge zwischen Entzündungsmustern in induziertem Sputum und Lungenfunktionsparametern oder mikrobieller Keimbesiedelung darzustellen, wurden Korrelationskoeffizienten und unabhängige t-Tests oder, bei keiner Normalverteilung der Daten, Mann-Whitney-U-Tests durchgeführt.

Ergebnisse: Es wurde bei 25 PatientInnen Sputum induziert, wobei die Probengewinnung, -verarbeitung und -analyse bei n = 15 CF PatientInnen (n = 5 männlich; im Alter von 8 bis 20 Jahren) erfolgreich war. Die Gesamtzellzahl und der Prozentsatz an neutrophilen Granulozyten korrelierten nicht signifikant mit Lungenfunktionsparametern (FEV1 [rs = -,179, p = ,523; rs = -,232, p = ,405], FVC [rs = -,054, p = ,849; rs = -,182, p = ,516] und MEF25 [rs = -,086, p = ,761; rs = -,032, p = ,909]). Induzierte Sputum Proben mit Kolonisation mit Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), Haemophilus influenzae oder Staphylococcus aureus zeigten keinen signifikanten Unterschied hinsichtlich des Prozentsatzes an neutrophilen Granulozyten und der Gesamtzellzahl (83,67%; 89,57%; 86,91%; 5,71 Zellen/g; 5,68 Zellen/g; 5,69 Zellen/g) im Vergleich zu Proben ohne Kolonisation (88,58%; 85,88%; 89,5%; p = ,69; p = 1,0; p = ,136; 5,76 Zellen/g; 5,81 Zellen/g; 5,91 Zellen/g; p = ,54; p = ,28; p = ,63). Bei einer Infektion mit P. aeruginosa zu irgendeinem Zeitpunkt in der Vergangenheit, einer aktuellen Infektion mit P. aeruginosa zum Zeitpunkt der Durchführung des induzierten Sputums oder einer chronischen Infektion mit P. aeruginosa zeigte sich jedoch ein signifikant niedrigerer Prozentsatz an neutrophilen Granulozyten (83,33%; 81,6%; 77,0%) als bei PatientInnen ohne Infektion (90,44%; 90,6%; 90,25%; p <,05; p <,05; p <,01). Darüber hinaus war die Gesamtzellzahl bei PatientInnen mit einer pulmonalen Exazerbation signifikant höher (5,99 Zellen/g) als bei PatientInnen ohne Exazerbation (5,58 Zellen/g; p <,05). Höhere Serum-IgE-Gesamtkonzentrationen korrelierten signifikant mit einer niedrigeren Lungenfunktion der PatientInnen (FEV1-z-Scores [rs = - ,771; p ,001], FVC-z-Scores [rs = - ,743; p <,01] und MEF25-z-Scores [rs = - ,579; p <,05]).

Schlussfolgerung: Weitere Untersuchungen in einer diversen CF-Population sind erforderlich, um einen Zusammenhang zwischen derzeit etablierten klinischen Outcome Parametern (beispielsweise Lungenfunktionsparameter und mikrobielle Kolonisation), welche die Schwere der Erkrankung repräsentieren, sowie Entzündungszellmustern in induziertem Sputum nachzuweisen und zu bestätigen.

Abstract (English)

Rationale: Progressive pulmonary disease is primarily responsible for morbidity and mortality in cystic fibrosis (CF). Neutrophil-dominated airway inflammation and infection promote the pathogenesis of CF lung disease, resulting in a progressive decline of lung function. Validation of induced sputum inflammatory cell patterns as correlates of clinical parameters are the first step to apply them as additional clinical monitoring parameters.

Objectives: The aim of the study was to confirm induced sputum as a noninvasive method to characterize airway inflammation and infection of children, adolescents and young adults with CF. Therefore, a database to determine whether there is an association between clinical parameters (microbial colonization and lung function) and induced sputum inflammatory cell patterns (neutrophils as a percentage of leucocytes and total cell count) was constructed.

Methods: In a single center, prospective and cross-sectional study, firstly lung function parameters and induced sputum sampling were attempted in patients with CF. Secondly, inflammatory cell patterns (percent neutrophils [%] and TCC [total number of cells per gram of induced sputum sample]) were determined and microbial colonization was assessed at time of sampling. Statistical analysis was performed to estimate associations between markers and lung function or microbial colonization, including the use of correlation coefficients and independent t-tests, or, if not normally distributed, Mann-Whitney U-tests.

Results: Sputum induction was attempted in 25 patients and was successfully obtained, processed and analyzed in n = 15 CF patients (n = 5 male; aged 8 to 20 years). Induced sputum inflammatory cell patterns, namely percent neutrophils and TCC, did not significantly correlate with lung function parameters, including FEV1 (rs = -.179, p = .523; rs = -.232, p = .405, respectively), FVC (rs = -.054, p = .849; rs = -.182, p = .516, respectively) and MEF25 (rs = -.086, p = .761; rs = -.032, p = .909, respectively). Induced sputum samples colonized with Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), Haemophilus influenzae or Staphylococcus aureus showed no significant difference in sputum inflammatory cell patterns (percent neutrophils: 83.67%, 89.57%, 86.91%; TCC: 5.71 cells/g, 5.68 cells/g, 5.69 cells/g, respectively) compared to samples without a colonization (percent neutrophils: 88.58%, 85.88%, 89.5%, p = .69, p = 1.0, p = .136; TCC: 5.76 cells/g, 5.81 cells/g, 5.91 cells/g, p = .54, p = .28, p = .63, respectively). Patients infected with P. aeruginosa at any time in the past, currently infected with P. aeruginosa at the time of study sampling or chronically infected with P. aeruginosa, however, showed significantly lower percent neutrophils (83.33%, 81.6%, 77.0%, respectively) than patients without an infection (90.44%, 90.6%, 90.25%; p < .05; p < .05; p < .01, respectively). Additionally, total cell counts were significantly higher in patients undergoing pulmonary exacerbation (5.99 cells/g) compared to patients without exacerbation (5.58 cells/g; p < .05). Higher total serum IgE concentrations correlated significantly with a lower lung function of patients, namely FEV1 z-scores (rs = - .771; p .001), FVC z-scores (rs = - .743; p < .01) and MEF25 z-scores (rs = - .579; p < .05).

Conclusion: Further investigations in a diverse CF population are needed to detect and confirm an association between currently accepted clinical outcome measures of disease severity, such as lung function parameters and microbial colonization, and induced sputum inflammatory cell patterns.