Columbia University Irving Medical Center
Die innere Anatomie unserer Lunge ist überraschend variabel, und einige dieser Variationen sind mit einem höheren Risiko für chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) verbunden, eine neue Studie von Forschern des Columbia University Irving Medical Center hat herausgefunden.
Die Variationen treten in großen Atemwegsabzweigungen in den unteren Lungenlappen auf und sind mit Standard-CT-Scans leicht zu erkennen. Scans könnten verwendet werden, um Menschen zu finden, die eher COPD entwickeln, und die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Menschen mit bestimmten Variationen in Zukunft mehr personalisierte Behandlungen benötigen könnten.
Zusätzliche und fehlende Äste
Die Forscher untersuchten die Lungenstruktur, um nach anderen COPD-Risikofaktoren als dem Rauchen zu suchen.COPD ist eine fortschreitende Lungenerkrankung, die Atemwegsentzündungen verursacht, das Atmen erschwert und die vierthäufigste Todesursache in den Vereinigten Staaten und der Welt ist. COPD tritt normalerweise bei Personen mit einer Vorgeschichte des Rauchens auf, häufig nachdem sie mit dem Rauchen aufgehört haben, wird jedoch zunehmend bei Personen erkannt, die noch nie geraucht haben.“Die Atemwege der Lunge funktionieren zum Teil, um schädliche Partikel aus der Luft herauszufiltern, und die Struktur der Atemwege beeinflusst, wie diese Partikel in der Lunge abgelagert werden, also dachten wir, dass die Struktur eine Rolle spielen könnte“, sagt R. Graham Barr, MD, DrPH, Chefarzt der Allgemeinmedizin am CUIMC und leitender Autor der Studie.
„Mein Kollege Benjamin Smith bemerkte, dass Variationen in den großen Atemwegen in alten Autopsiestudien berichtet worden waren. Wir wollten sehen, wie häufig sie in der Allgemeinbevölkerung sind und ob sie mit COPD in Verbindung gebracht werden.“In der Studie untersuchten Forscher CT-Scans von mehr als 3.000 Menschen in der multiethnischen Studie zur Atherosklerose (MESA) Lungenstudie und fanden heraus, dass 26 Prozent Atemwege besaßen, die sich in einem Muster verzweigten, das nicht dem Lehrbuchmodell folgte.
„Das Ausmaß der Lungenvariation hoch oben im Atemwegsbaum war für uns eine ziemliche Überraschung“, sagt Dr. Barr. „Diese Veränderungen treten auf einer Verzweigungsebene auf, die Ihren Fingern entspricht – es ist also so, als hätte ein Viertel von uns vier oder sechs Finger anstelle von fünf.“Etwa 16 Prozent der Menschen besitzen einen zusätzlichen Atemwegsast in der Lunge, etwa 6 Prozent fehlt ein Ast und weitere 4 Prozent haben eine Kombination von Varianten oder anderen Mustern.Menschen mit einem zusätzlichen Atemwegszweig hatten 40 Prozent häufiger COPD als Menschen mit Standardanatomie. Und Menschen, denen ein bestimmter Atemwegszweig fehlte, hatten fast doppelt so häufig COPD, aber nur, wenn sie rauchten. Die Ergebnisse wurden in einer zweiten Studie mit fast 3.000 Patienten mit und ohne COPD repliziert.
Paradigma der COPD ändert sich
Etwa 10 Prozent der Amerikaner über 45 Jahre haben COPD, die heute die vierthäufigste Todesursache des Landes ist, hinter Herzkrankheiten, Krebs und Unfällen.
Bis vor einigen Jahren suchten relativ wenige Forscher nach COPD-Risikofaktoren, da die meisten glaubten, dass sie fast immer durch Rauchen verursacht wird.“Zigarettenrauchen ist sehr wichtig, und die Vermeidung und Beendigung des Rauchens ist von größter Bedeutung, um das Risiko nicht nur für COPD, sondern auch für Herzerkrankungen, Lungenkrebs, Schlaganfall und viele andere Krankheiten zu verringern“, sagt Dr. Barr. „Aber es ist nicht die ganze Geschichte für COPD-Risiko.“ Nicht alle Raucher bekommen COPD, und bis zu 25 Prozent der Menschen mit COPD haben noch nie geraucht. „Darüber hinaus nimmt die COPD angesichts des Rückgangs des Rauchens in den letzten Jahrzehnten nicht so schnell ab wie erwartet.“Neuere Studien zu COPD zeigen, dass vielleicht die Hälfte der Menschen mit COPD früh im Leben mit einer niedrigen Lungenfunktion beginnen kann und der Zustand langsamer fortschreitet als der klassische COPD-Patient, der geraucht hat, sagt Dr. Smith, Assistenzprofessor für klinische Medizin. „Diese Menschen haben möglicherweise eine andere Prognose und benötigen eine andere Behandlung, und die von uns gefundenen Verzweigungsmuster können dazu dienen, diese Menschen zu identifizieren und das Risiko und die Behandlung in Zukunft zu personalisieren.“
Atemwegsvarianten sind Marker für tiefere anatomische Veränderungen
Dr. Barr und Smith glauben, dass alternative zentrale Verzweigungsmuster mit COPD verbunden sind, weil sie weisen auf tiefere anatomische Veränderungen in der Lunge hin.Fortgeschrittene MRT-Bildgebung, die in der Studie veröffentlicht wurde, zeigte, dass Personen mit einem zusätzlichen Atemwegsast auch eine größere Anzahl kleinerer Äste tiefer in der Lunge hatten. Da Rauch- und Verschmutzungspartikel an Verzweigungspunkten eingefangen werden, können diese Lungen anfällig für COPD sein, da sie mehr Partikel sammeln.In Lungen mit einem fehlenden Atemwegsast kann COPD durch engere Atemwege entstehen, die tiefer in diesen Lungen auftreten. Schmale Atemwege weisen darauf hin, dass es schwieriger ist, Luft durch diese Lungen zu bewegen, was zu mehr Entzündungen und Verletzungen in der Lunge führen kann.Genetische Basis für AtemwegsvariantenObwohl die Forscher bestätigen müssen, dass die von ihnen gemeldeten Verzweigungsvariationen lebenslang stabil sind, „denken wir, dass Sie mit diesen Variationen geboren werden“, sagt Dr. Barr. Als Dr. Barr und Smith die CT-Scans einiger Teilnehmer von 10 Jahren zuvor betrachteten, waren die identischen Verzweigungsmuster offensichtlich.Die Forscher sahen auch, dass die ungewöhnlichen Verzweigungsmuster in Familien verlaufen und wahrscheinlich genetisch bedingt sind. Sie fanden heraus, dass eine Variante mit einem Gen assoziiert ist, von dem bekannt ist, dass es die Lungenverzweigung in utero reguliert und auch die Entzündung in reiferen Lungen erhöht.
Studien zur Beantwortung dieser Fragen sind im Gange.
Über die Studie
Die Studie mit dem Titel „Human Airway Branch Variation and Chronic Obstructive Pulmonary Disease“ wurde im Januar veröffentlicht. 16 vor dem Druck in Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Weitere Autoren: Hussein Traboulsi (McGill Univ.), John H.M. Austin (Columbia), Ani Manichaikul (Univ. von Virginia), Eric A. Hoffman (Univ. von Iowa), Eugene R. Bleecker (Univ. von Arizona), Wellington V. Cardoso (Columbia), Christopher Cooper (UCLA), David J. Couper (UNC-Chapel Hill), Stephen M. Dashnaw (Columbia), Jia Guo (Columbia), MeiLan K. Han (Univ. von Michigan), Nadia N. Hansel (Johns Hopkins), Emlyn W. Hughes (Columbia), David R. Jacobs Jr. (Univ. von Minnesota), Richard E. Kanner (Univ. von Utah), Joel D. Kaufman (Univ. von Washington), Eric Kleerup (UCLA), Ching-Long Lin (Univ. von Iowa), Kiang Liu (Northwestern), Christian M. Lo Cascio (Columbia), Fernando J. Martinez (Cornell Univ.), Jennifer N. Nguyen (Univ. von Virginia), Martin R. Prince (Cornell Univ.), Stephen Rennard (Univ. von Nebraska), Stephen S. Rich (Univ. von Virginia), Leora Simon (McGill Univ.), Yanping Sun (Columbia), Karol E. Watson (UCLA), Prescott G. Woodruff (UCSF) und Carolyn J. Baglole (McGill Univ.).
Finanzielle Unterstützung wurde von den National Institutes of Health (R01HL130506, R01HL077612, R01HL093081, R01HL112986, RC1HL100543, RD831697, N01HC95159, N01HC95160, N01HC95169, N01HC95162, N01HC95164, U01HL114494, N01HC95159-HC95169), McGill University Health Center Research Institute und der Fonds de la recherche en santé Québec (Quebec Health Research Fund).
Ein Co-Autor (EAH) ist Mitbegründer und Anteilseigner von Vida Diagnostics, mit dem einige, aber nicht die wichtigsten Lungenmaßnahmen in der Studie bewertet wurden.