文摘
气道表面液体hyperabsorption和粘液囊性纤维化肺病的积累是关键元素,可以评估在活的有机体内运用功能成像方法。在这项研究中,我们评估的实验影响因素测量黏膜纤毛的清除(MCC)和小分子吸收(ABS)和患者吸收和粘液间隙异常的相关因素。
我们的成像技术利用两个由吸入放射性药物的调查。测量重复性评估在10个成人囊性纤维化。实验因素评估在29个成人和儿科囊性纤维化(51扫描)。患者因素评估与最优群气溶胶沉积(37扫描;24科目)。儿科学科(n = 9)进行初始和2年随访的扫描。从之前报道的一项研究包括对照组比较。
高中央气溶胶沉降影响ABS的测量,在较小程度上,MCC。沮丧的囊性纤维化只是MCC在主题与先前被察觉铜绿假单胞菌感染。囊性纤维化对象没有铜绿假单胞菌有类似的MCC对照组。囊性纤维化受试者的ABS率较高。
我们认为主要影响MCC / ABS实验因素的测量是中央沉积百分比。沮丧的囊性纤维化与MCC铜绿假单胞菌感染。ABS是囊性纤维化持续增加。
文摘
沮丧的囊性纤维化粘液间隙只可检测对象铜绿假单胞菌感染http://ow.ly/YggZy
介绍
囊性纤维化是由突变引起的囊性纤维化跨膜电导调节(雌性生殖道)基因,编码一个上皮离子通道(1]。囊性纤维化气道,缺失或功能失调的雌性生殖道限制氯和碳酸氢盐分泌入呼吸道表面液体(ASL)。Hyperabsorption钠离子通过上皮钠通道也发生,创建有利于美国手语和粘液渗透梯度脱水(2- - - - - -4]。脱水粘液的积累被认为是导致慢性感染模式,炎症、支气管扩张和过早的呼吸衰竭。测量黏膜纤毛的清除(MCC)使用核成像技术用于囊性纤维化疗法发展(5- - - - - -9]。我们中心开发了这项技术的一种变体,包括平行测量小分子吸收(ABS) (10- - - - - -13]。在体外研究了ABS和美国手语吸收率之间的比例关系11]。ABS增加肺囊性纤维化,以及食盐水的吸入被证明能降低ABS(美国手语吸收)和增加MCC(粘液清除)(12]。在这项研究中,我们评估的实验影响因素测量MCC和ABS和患者与异常相关的因素吸收和粘液间隙在成人和儿科学科与囊性纤维化。
材料和方法
实验影响因素的测量MCC / ABS
我们评估测量重复性在一群10成人囊性纤维化受试者执行两个MCC / ABS成像测量由25 - 35天。我们确定气溶胶的影响使用联合分析组沉积模式包括51扫描来自29个囊性纤维化。这包括测量:1)重复性集团(包括测量使用);2)儿科的九个受试者进行了两个MCC / ABS扫描隔开一段22日至26日个月;和3)治疗组14成人囊性纤维化受试者执行两个MCC / ABS研究天由5-24天(只使用基线测量)。第一次测量的儿科研究之前已经报道过了,连同结果治疗组(12]。在所有研究成像过程都是相同的。匹兹堡大学的批准被授予机构审查委员会。
病人与MCC / ABS异常相关的因素
我们评估了MCC / ABS和病人之间的相关性因素结合分析组和一个子集的这组沉积在肺区中部≤50%,最佳的沉积,其中包括37个扫描从24个囊性纤维化。此外,比较了与健康对照组(n = 9)从先前的研究。患者因素包括在1 s (FEV用力呼气量1)、用力肺活量(FVC)、用力呼气流量FVC (FEF的25 - 75%25 - 75%),立即进行评估之前每个成像研究。儿科队列,FEV的斜坡1,FEF25 - 75%和FVC %预测也由线性回归计算使用可用的研究和临床肺功能测试记录在此期间从2年前第一次成像通过第二个成像访问参观。山坡上表示为一个百分比的变化每年预测值。痰和深口咽的文化成果,获得常规囊性纤维化纵向保健,对所有受试者进行调查。我们也评估受试者是否曾证明殖民铜绿假单胞菌。被认为是铜绿假单胞菌艾滋病患者如果他们有一个积极的文化在二年内在每个成像研究。
放射性药物雾化吸入和成像协议
如前所述执行评价ABS和MCC (12]。时,液体气溶胶含有放射性标记粒子探测器(锝99 m硫胶体(Tc-SC), 296兆贝可)和一个可吸收放射性标记的小分子(铟111二乙三胺五醋酸(In-DTPA), 55兆贝可)被吸入受试者使用一个固定的呼吸模式实现主要航空公司沉积(9]。(更多细节包含在网上补充材料)。Tc-SC只是通过MCC, In-DTPA清除MCC和吸收。减去总二乙三胺五醋酸的MCC清除率清除率的吸收组件提供了一个估计的二乙三胺五醋酸间隙(ABS) (10,12,13]。在上皮细胞培养的研究展示了ABS和美国手语吸收之间的关系成比例。然而,二乙三胺五醋酸的运输是由paracellular液体流经上皮(11),和其他因素例如紧密连接渗透率的变化或上皮损伤也可能影响ABS。在基线测量技术,受试者吸入等渗盐水从t = 10分钟到t = 20分钟,其次是60分钟的卧式成像。
统计分析
占据12.1(美国StataCorp、大学城、TX)被用来执行所有分析。非参数测试被用于组比较。对于匹配配对数据,Wilcoxon配对符号秩检验(在占据SIGNRANK)。无与伦比的数据,Mann-Whitney测试使用(RANKSUM)。组内相关(ICC)被用来比较措施可重复性研究的一部分。使用单向随机模型。线性回归是用来比较可能相关的连续变量(回归)。
结果
实验影响因素的测量MCC / ABS
特征的10个成人囊性纤维化受试者执行重复性的研究总结表1。受试者25-30-day窗口内进行两项研究,除了一个主题的研究由44天因病。肺功能指标测试天(FEV之间是相似的1% pred p = 0.30;FVC % pred p = 0.26;和FEF25 - 75%% pred p = 0.20;使用Wilcoxon测试),尽管三个科目有改变FEV > 5%1% pred。没有统计指标的差异之间的沉积模式研究天:中部沉积百分比(p = 0.24)和中心/边缘沉积率(p = 0.33)。
均值±sd腹肌包括所有20·80分钟测量为23.7±11.0%−1和MCC 32.7±15.8%·80分钟−1。ABS和MCC值比较图1。Bland-Altman情节S1和S2在线补充数据所示。均值±sdintrasubject区别ABS测量(每天2−1)为5.4±8.4%·80分钟−10.63 (ICC)。不包括三个科目的数据> 5% FEV的变化1测试之间天降低了平均差3.4±5.2%·80分钟−1和ICC增加到0.85。意味着MCC intrasubject差别测量是−1.5±12.0%·80分钟−10.75 (ICC)。不包括来自受试者FEV > 5%的数据1改变访问改变了平均差到−4.2±7.7%·80分钟−1和ICC增加到0.90。
我们分析了联合数据集包括数据从三个不同的研究,其中29个囊性纤维化患者(9儿科和20个成年人)进行一至三个测量每个(共有51测量)。所示图2中央,有一个积极的线性相关性肺沉积和MCC -中央之间的线性相关性肺沉积和ABS。非常高的中央沉积倾向于快速MCC和防止ABS的精确测量,由于小分子探针通过MCC才能被吸收。中央沉积ABS的混杂效应变得不那么重要,如果14测量与沉积中心> 50%是删除(线性回归假定值增加到0.10)。MCC的混杂效应成为统计无关紧要,如果研究中心沉积> 55%被测量(4)。我们生成一个最佳沉积数据集通过应用一个保守的中央沉积阈值50% 51成像测量。这个数据集包括37个测量从24个主题。没有健康对照组证明中央沉积> 50%。
病人与MCC / ABS异常相关的因素
在图3,测量的ABS和MCC从我们结合测量(51)和最佳沉积(37测量)囊性纤维化组数据比较对照组(12]。我们先前的研究,其中包括这些对照组和当前的囊性纤维化的部分主题,得出的结论是,ABS在囊性纤维化明显增加,MCC利率相似在囊性纤维化和对照组(12]。目前的结果印证了ABS在囊性纤维化增加,和增加意义优化组沉积时考虑。MCC囊肿性纤维化和noncystic纤维化之间的差异与优化方法的意义只有在囊性纤维化组沉积(p = 0.09)。均值±sdFEV1在最优的证词pred集团是82±17%与77±19%的pred综合数据集。
基于先前的研究气道细菌殖民化与MCC(受损14),我们被囊性纤维化科目根据他们是否有铜绿假单胞菌艾滋病患者(PA+2年)痰或喉咙文化前成像研究。37个研究从24的最佳沉积组,25个来自16 PA+科目。表2比较铜绿假单胞菌负(PA−)和PA+科目。图4比较了MCC在宾夕法尼亚州+和爸爸−组和健康对照组。巴勒斯坦权力机构+囊性纤维化受试者MCC率显著低于健康对照组(p = 0.04),特别是那些PA+在他们最后的文化(p = 0.03)。巴勒斯坦权力机构−囊性纤维化受试者MCC利率类似于健康对照组(p = 0.62)。对比PA+和爸爸−囊性纤维化科目没有证明显著差异,但倾向于降低MCC,尤其是最近铜绿假单胞菌感染。ABS测量同一组所示图5。ABS是增加囊性纤维化组与健康对照组相比并没有发生显著的变化铜绿假单胞菌殖民。
表3考虑其他ABS和MCC和处方变量之间的相关性,临床条件和成像测量手术措施。如前所述,中央MCC和ABS的沉积会影响测量结果。最优组沉积的使用,不包括中央水平高的沉积,减少这种影响,但是也不能完全否定它的ABS (p = 0.10)。
10儿科囊性纤维化患者执行两个测量ABS和MCC相隔两年。数据提出了主题表4和5。一个主题是排除在分析基于贫困吸入技术(未列出)。另一话题没有存款足够肺剂量放射性药物在第二项研究访问和数据的访问被排除在外(7)主题。一个主题(主题3)能够执行ABS / MCC测试,但无法执行可重复的肺功能测试。一个主题(课题4)> 50%中央肺沉积第二天,和第二天被排除在分析。MCC / ABS数据因此可以从所有九个科目在访问1和七个科目在访问2。
所示图6,没有统计第一天和第二天的值之间的差异MCC (p = 0.87)或ABS (p = 0.24)。中央肺沉积之间类似的访问量百分比(p = 0.33)。平均而言,FEV1% pred这组下降了0.9±14%,而FEF25 - 75%% pred下降了1.5±27%之间访问学习。
确定MCC或ABS测量与随后的临床过程,有关协会进行了评估。第一天MCC测量没有预测2 -或4 FEV的斜坡1、FVC、FEF25 - 75%,他们也没有预测口服或静脉注射抗生素的数量在2年期间之间的互访。第一天ABS测量没有预测FEV的2年的斜坡1、FVC、FEF25 - 75%或者抗生素治疗。他们预测FEV 4斜坡1和FEF25 - 75%(p = 0.02, p = 0.04,分别通过线性回归)。课题研究第一天的年龄呈正相关,ABS (p = 0.05),但第二天学习。年龄并没有与MCC,中部沉积百分比或中心/边缘沉积率研究。性与MCC的差异或ABS无关。
与先前的平均MCC在儿科的研究主题铜绿假单胞菌殖民·80分钟18.4±10.6%−1(n = 8测量从五个主题)与26.4±14.6%·80分钟−1从没传染给学科(n = 8测量从四个科目;由Mann-Whitney p = 0.34)。平均ABS值在这些组相似(p = 0.87)。FEV1和FEF25 - 75%96±17% pred和85±32% pred PA吗+主题与89±11% pred和80±35% pred PA−主题(p = 0.34, p = 0.56 FEV1和FEF25 - 75%分别)。儿科主题数据都包含在结果中所示图4和5。
讨论
美国手语脱水是一个关键缺陷的囊性纤维化肺病与雌性生殖道功能障碍直接相关。脱水手语被认为导致缺陷MCC,雌性生殖道功能障碍与机会性细菌感染常与囊性纤维化肺病。我们研究的关键发现是,MCC存在缺陷只有在囊性纤维化与之前的历史主题铜绿假单胞菌感染。Noncolonised主题展示了MCC利率与健康对照组相似。此外,囊性纤维化受试者发现ABS一直增加,这可能是与美国手语脱水。我们的研究也表明潜在的干扰对MCC和ABS高中央肺气溶胶测量沉积。
我们的第一个目标是确定ABS和MCC测量的可重复性。使用值的标准差intrasubject测量差异科目类似肺功能在两个测试天(ABSσ= 5.2和MCCσ= 7.7)我们可以考虑。作为比较,吸入7%食盐水造成了9.8%的80分钟−1ABS的降低和18.8%·80分钟−1MCC的增加与等渗盐水的吸入12]。使用参数统计估计为交叉研究力量,一群大小11·80分钟需要展示一个5%−1ABS通过配对t检验的变化,假设σ= 5.2,Δ= 5,α= 0.05,β= 0.2。大小的七国集团和21需要演示10%·80分钟−1和5%·80分钟−1MCC的变化,分别假设σ= 7.7,Δ= 10,α= 0.05,β= 0.215]。这些群体大小是很有吸引力的和可行的概念验证研究ASL-modulating药物。
气溶胶沉积模式已被证明影响MCC的测量(9),和最新的技术使用控制呼吸,促进之间的一致性研究和提供气溶胶主要大型航空公司(8]。然而,阻塞性肺疾病可能会导致非常高的中央肺气溶胶沉积在一些科目(16]。过度沉积在高度纤毛近端航空将导致很高的MCC测量精确测量ABS的不可能随着In-DTPA探针通过MCC过快吸收清除。这里,为了确定特定的病人和疾病影响因素基线MCC / ABS,我们利用一个分析组中部沉积率< 50%。这并不是一个一般的限制适用于其他研究。特别是,交叉的研究只涉及MCC测量,在沉积研究天之间的良好匹配,甚至可能使治疗效果的评价中心沉积高百分比。
我们生成基线数据集相结合的MCC / ABS测量包括测量从最近的几次和先前的研究12]。之前报道的趋势被证实在这个更大的集团。具体来说,基线ABS在囊性纤维化主题显著增加与健康对照组和基线MCC不是在囊性纤维化明显降低。分析仅限于科目时最佳沉积(中部沉积< 50%,37 51测量),MCC囊性纤维化和对照组之间的差异找到意义和ABS的意义差异增加。
的影响铜绿假单胞菌殖民在MCC以前认为L奥布河et al。(14]。在这个研究中,世纪挑战集团与包括咳嗽间隙在儿童抑郁铜绿假单胞菌那些没有殖民相比。争议存在是否囊性纤维化主题展示在60 - 90分钟的测量基线赤字MCC,一些研究表明没有差异与健康对照组(6,12)和其他展示清晰的赤字(17,18]。这些差异可能是相关的铜绿假单胞菌地位,因为后者只研究了PA+科目。(这也是其他几个研究利用MCC评估治疗(7,19]。)这些研究识别两个PA之一−主题间隙正常,但不包括他们在最后的分析中18]。一些研究指出一个MCC的缺陷在囊性纤维化的使用技术,用来评估肺外围MCC,如24小时测量(6]。缩短测量时间,包括那些使用,由大型气道间隙。我们的研究结果表明PA−囊性纤维化科目MCC利率非常类似于健康对照组,而PA+囊性纤维化科目有MCC率显著降低与控制。MCC巴勒斯坦权力机构之间的区别+和爸爸−囊性纤维化组没有统计学意义,但趋势表明可能MCC抑郁和最近的之间的联系铜绿假单胞菌感染。
世纪挑战集团可能会抑郁的铜绿假单胞菌通过多种机制。接触后纤毛拍频可以减少铜绿假单胞菌(20.,21),可能由毒力因素,如绿脓菌素(22和鼠李糖脂23]。先前的研究已经表明,粘液,成分和流变学可能会受到影响铜绿假单胞菌(24),尤其是绿脓菌素与杯状细胞增生,粘液分泌过多25]。作为健康的航空公司,宿主对病原体雌性生殖道促进美国手语分泌,增加粘液的可移植性。这种机制的失败在囊性纤维化,加剧了infection-driven粘液的分泌量增加,能够击败否则正常利率MCC的肺囊性纤维化。急性损伤的间隙可能超越铜绿假单胞菌。我们可以假定,其他细菌或病毒感染可能压低MCC在囊性纤维化导致容易继发感染,包括铜绿假单胞菌或其它囊性纤维化病的病原体。支持这一点,先前的研究已经初步关联铜绿假单胞菌感染呼吸道合胞体病毒和其他上呼吸道感染(26,27]。然而,之间的因果关系铜绿假单胞菌和抑郁间隙不能清楚地确定从我们的数据。抑郁MCC的直接原因铜绿假单胞菌感染,符合经典的描述肺囊性纤维化病理生理学。损失的宿主防御机制肯定会使主题更容易受到感染。另一个可能性是气道条件,如粘液堵塞和相关的局部缺氧,独立可以使抑郁MCC和主题铜绿假单胞菌感染。
纵向研究的MCC / ABS儿科学科,没有迹象表明ABS或MCC预测临床结果在两年的时间间隔。感染状况和年龄可能困惑我们确定这些关系的能力。的作用铜绿假单胞菌感染已经被描述和趋势在儿科组匹配的大集团在这方面分析。最终小样本大小和使用只有一个后续的测量可能降低我们的能力与这些测量发现任何微妙的影响。
许多当前研究的局限性与固有的可变性aerosol-based技术应用。我们证实了先前描述潜在的混杂基于气溶胶变化沉积模式(9]。此外,我们的技术依赖于二维平面成像的一个固有的复杂的三维器官,包含大、小气道和肺泡。我们的气溶胶交付技术旨在目标沉积主要是大型航空公司,但一些肺泡贡献的结果是可能的。局限性考虑关于我们的基线分析MCC / ABS和疾病状态之间的关系包括使用多个测量一些科目。我们主要分析组包括37测量从24个主题通过几个不同的协议,利用相同的技术。之间的时间间隔测量不同的最低∼30天≥2年。因为每个这些研究与一组独特的变量描述病人情况和ABS / MCC,我们选择利用测量。这项研究还限于只有一小群比较的对照组。
总之,测量MCC和ABS展示了良好的可重复性。主要的实验影响因素测量是中央沉积的程度。不含高中央沉积增加观察趋势的统计显著性。病人的主要因素与抑郁相关MCC铜绿假单胞菌感染。巴勒斯坦权力机构−囊性纤维化受试者MCC利率类似于健康对照组,而PA+囊性纤维化受试者抑郁MCC,显然与近期感染。ABS和MCC预测的临床病程在少数儿科囊性纤维化科目不过2年随访。多个纵向测量可以提供更全面的信息导致最初的进化和疾病因素铜绿假单胞菌殖民。我们假定,美国手语在囊性纤维化气道分泌缺陷导致间隙在基线不沮丧,而是容易抑郁的因素,如感染,进而可能导致继发感染和疾病进展的周期。
脚注
可以从本文的补充材料www.qdcxjkg.com
这项研究是在注册clinicaltrials.gov用标识符数字NCT01486199,NCT01887197,NCT00541190和NCT01223183。
支持声明:这个项目是由美国国立卫生研究院(NIH) (R01 HL108929和e DK072506)和囊性纤维化基金会匹兹堡大学的研究发展项目。完全的责任作者和内容并不一定代表官方观点的国家心脏,肺和血液研究所和美国国立卫生研究院。为这篇文章一直存放在资助信息FundRef。
利益冲突:披露可以找到与本文的在线版本www.qdcxjkg.com
- 收到了2015年11月11日。
- 接受2016年2月3日。
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