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Titelaufnahme

Titel
Atemgasanalyse zur in vivo Ermittlung von Erregern bei Intensivpatienten in Zusammenhang mit ventilations-assoziierten Pneumonien mittels GC-MS / eingereicht von Simon Lanthaler
VerfasserLanthaler, Simon
Begutachter / BegutachterinMargesin, Rosa
Betreuer / BetreuerinMargesin, Rosa ; Filipiak, Wojciech
Umfang61 Blätter : Illustrationen, Diagramme
HochschulschriftUniversität Innsbruck, Univ., Masterarbeit, 2015
Anmerkung
Zusammenfassung in deutscher und englischer Sprache
Datum der AbgabeAugust 2015
SpracheDeutsch
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (DE)Atemgasanalyse / Intensivpatienten / Erreger / VAP / Pneumonie / ventilationsassoziiert / GC-MS
Schlagwörter (EN)Breath / analysis / in vivo / pathogen / ventilator-associated / pneumonia / ICU / GC-MS
Schlagwörter (GND)Intensivstation / Lungenentzündung / Atemgasanalyse
URNurn:nbn:at:at-ubi:1-2845 Persistent Identifier (URN)
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Atemgasanalyse zur in vivo Ermittlung von Erregern bei Intensivpatienten in Zusammenhang mit ventilations-assoziierten Pneumonien mittels GC-MS [2.22 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In dieser Arbeit wurde versucht in vitro Ergebnisse, beinhaltend Profile von mikrobiologisch erzeugten volatilen organischen Komponenten (VOCs), in die praktische Umgebung einer Intensivstation bei mechanisch beatmeten Patienten mit beatmungsassoziierten Pneumonien (VAP) zu übertragen.

Als Probanden dienten dabei mechanisch beatmete neuromorbide Patienten der neurologischen Intensivstation der Medizinischen Universität Innsbruck. Die Diagnose der VAP erfolgte nach angepassten Standards des Centers for Disease Control and Prevention (CDC). Gemessen wurde jeweils die eingeatmete (2 x 400 ml) und ausgeatmete Atemluft (2 x 400 ml). Die Messung der ausgeatmeten Atemluft erfolgte unter Kontrolle des CO2 Spiegels um nur Luft bronchoalveolären Ursprungs zu erhalten. Die Proben wurden auf 45 C erwärmt und deren Inhalt auf Adsorptionsröhrchen übertragen. Die Analyse der Proben erfolgte mittels GC-MS. Die Auswertung erfolgte mittels der Software „Agilent Chemstation, GC-MS data analysis“ (Agilent, Waldbronn, Deutschland).

Es wurde bei 13 von 14 Patienten eine VAP diagnostiziert. Die häufigsten mikrobiologisch nachgewiesenen Erreger waren Staphylococcus aureus, Candida spp. und Escherichia coli, die bei jeweils 5 Patienten auftraten. Im Vergleich zu den vorangegangenen in vitro Studien, konnten von 32 VOCs, die bei S. aureus nachgewiesen wurden, 13 VOCs in der Atemluft von Patienten, die mit diesem Erreger infiziert waren, abermals nachgewiesen werden. Im Fall von Candida spp. wurden 11 von 38 in in vitro Studien nachgewiesenen VOCs erneut in den in vivo Proben entsprechender Patienten gefunden. Die Atemproben von Patienten mit zweifachen Infektionen von S. aureus und C. albicans enthielten in hohen Konzentrationen VOCs, die auch in in vitro Studien nachgewiesen wurden. Dort waren Acetaldehyd (1417 ppb und 4308 ppb), 2-Methylpropanal (2044 ppb und 2791 ppb) und Essigsäureethylester (5,6 ppb und 645,5 ppb) in hohen Mengen zu detektieren. Als vielversprechendster VOC, zum Nachweis einer VAP unabhängig vom Erreger, zeigte sich Dimethylsulfid (DMS), das auch bei in vitro Studien auffällig wurde. Allerdings war DMS nicht unter den von S. aureus freigesetzten VOCs zu finden, einem der häufigsten Erreger bei VAP Infektionen.

Diese Arbeit bestätigte mit ihren Ergebnissen, dass es möglich ist, spezifische volatile Stoffwechselprodukte bestimmter Erreger auch in der Atemluft von VAP Patienten nachzuweisen. Unter Berücksichtigung klinischer Parameter, wie der Leukozytenzahl (WBC) und des C-reaktiven Proteins (CRP), sowie radiologischer und mikrobiologischer Nachweise, ist es gelungen, auf gänzlich nicht-invasive Weise die Anwesenheit von bestimmten Erregern in der Lunge getesteter Patienten nachzuweisen. Die Konzentration bestimmter VOC Marker korrelierte nicht nur mit den erfolgten mikrobiologischen Nachweisen, sondern auch mit der zeitlichen Entwicklung der beatmungsassoziierten Pneumonien über eine bestimmte Zeitperiode. Um den Vorteil eines, im Vergleich zu einem mikrobiologischen Nachweis, schnellen und nicht invasiven Nachweises einer VAP nutzen zu können, werden allerdings noch weitere Studien mit verbesserten Probenahme- und Analysemethoden, sowie im besonderen Studien mit einer erheblich erweiterten Probandenzahl benötigt.

Zusammenfassung (Englisch)

In this paper the attempt was made to transfer in vitro results, containing profiles of microbiologically produced volatile organic compounds (VOCs), into the environment of an intensive care unit using mechanically ventilated patients with ventilator associated pneumonia (VAP).

The test persons studied were mechanically ventilated neuro-morbid patients of the neurological intensive care unit of the Medical University of Innsbruck. The diagnosis of the VAP was made according to adapted standards of the Center for Disease Control and Prevention (CDC). Each patients inspired (2 x 400 ml) und exhaled air (2 x 400 ml) was measured. Measurements of the exhaled air were done under control of the CO2 level in order to only obtain air of bronchoalveolar origin. The samples were heated up to the temperature of 45 C and transferred to adsorption tubes. For the analysis of the samples GC-MS was used. The evaluation was conducted using the software “Agilent Chemstation, GC-MS data analysis“ (Agilent, Waldbronn, Deutschland).

13 out of 14 test persons were diagnosed with VAP. The most frequently detected microbiological pathogens were Staphylococcus aureus, Candida spp. and Escherichia coli, which were found in five patients. 13 out of the 32 VOCs, which could already be found with S. aureus in previous studies, could also be discovered in the end-tidal air of the infected patients in this study.

In terms of Candida spp., 11 out of the 38 VOCs detected in in vitro studies could also be found in the in vivo samples of the respective patients in this study. The breath samples of the patients infected with both S. aureus und C. albicans contained high concentrations of VOCs which were also found in in vivo studies. The samples showed acetaldehyde (1417 ppb and 4308 ppb), 2-methylpropanal (2044 ppb and 2791 ppb) as well as ethyl acetate (5,6 ppb and 645,5 ppb) in high quantities. Dimethylsulfide (DMS), which was also prominent in former in vitro studies, turned out to be the most promising VOC to detect a VAP independently of the pathogen. However, DMS could not be found among the VOCs released by S. aureus, although this bacterium is one of the most common pathogens for identification of VAP infections.

The results of this study demonstrate that it is possible to verify volatile microbial metabolic products of specific pathogens in the end-tidal air of VAP patients. The analysis of clinical parameters, such as white blood cell count (WBC), C-reactive protein (CRP) as well as radiological and microbiological evidence, made it possible to prove the existence of certain pathogens in the lungs of the test persons using a completely non-invasive method. The concentration of certain VOC marker correlated not only with the microbiological evidence, but also with the time-related development of ventilator-associated pneumonia over a specific time period. In order to make use of the advantages of the fast and non-invasive detection of VAP, further studies with improved sampling and analysis methods as well as a larger group of patients are needed.