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12.09.2011 | Pneumologen-Kongress 2011 in Wien - Am Horizont: Diagnosen aus der Atemluft

Erste Ansätze für die Nutzung der Ergebnisse aus Atemgasanalysen gibt es bereits. Doch vorerst wird man Lungenkrebs noch nicht „riechen“ können. Das wäre ein riesiger Fortschritt: Die Diagnose von Krankheiten – zum Beispiel Lungenerkrankungen – über die für den Patienten nicht belastende Untersuchung der ausgeatmeten „Luft“ – besser: seines Atemgases.

„Die Atemgasanalytik ist ein interessantes junges Forschungsgebiet, das sich in den letzten Jahren aufgrund neuer Verfahren entwickelt hat. Medizinisch interessant ist dabei vor allem, dass die Atemgasabnahme nicht-invasiv ist. Atemgas kann sogar kontinuierlich abgenommen und in Echtzeit analysiert werden“, erklärte im Rahmen des Jahreskongress der Österreichischen Gesellschaft für Pneumologie (ÖGP/8. bis 10. September) Univ.-Prof. Dr. Anton Amann vom Institut für Atemgasanalytik der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (Dornbirn) und der Medizinischen Universität Innsbruck.

Was einfach klingen mag, ist aber ein hoch komplexes Forschungsgebiet, das eben erst dabei ist, in die Nähe der Anwendung in der Medizin zu kommen. Immerhin muss man wissen, was man wie und wann nachweisen sollte – und welche gesicherten Rückschlüsse man aus den Resultaten ziehen kann.

Flüchtige Stoffe im Atemgas
Dabei begeben sich die Wissenschafter nach dem altgriechischen Sprichwort „panta rhei“ („Alles fließt“) buchstäblich auf die Spur von Stoffen, die nur in geringsten (oft schwankenden) Konzentrationen im Atemgas vorhanden sind und auch noch binnen kürzester Zeit wieder verschwinden.
Prof. Amann: „Ein typisches Beispiel eines flüchtigen Stoffes im Atemgas ist Isopren, ein Kohlenwasserstoff der als Nebenprodukt der Cholesterin-Biosynthese gebildet wird. Eine andere sehr interessante flüchtige Substanz ist Stickoxid (NO), das in praktisch allen Organen des menschlichen Körpers eine sehr wichtige Rolle spielt.“
Erst vor rund zwei Jahrzehnten erkannte man, dass NO, um das man sich zuvor kaum gekümmert hatte, eine enorm wichtige Rolle im Organismus spielt. So zum Beispiel trägt das Molekül entscheidend zur Gefäßerweiterung und Blutdrucksenkung bei, was zum Beispiel den ehemals nicht verstandenen Effekt von Nitraten („Nitroglycerin-Spray/Nitrate zur oralen Einnahme) bei der koronaren Herzkrankheit erklärte.

Asthma-Kontrolle
Mittlerweile ermöglicht beispielsweise die Messung des NO im Atemgas von Asthma-Patienten eine Therapiekontrolle. Der Experte: „Mehr NO in den Luftwegen bedeutet mehr Entzündung der Bronchien.“ Gerade beim Asthma kommt es ja darauf an, mit einer entsprechenden medikamentösen Behandlung die dabei auftretende chronische Entzündung in den Atemwegen ausreichend zu dämpfen, um akute Probleme und Langzeitschäden zu verhindern.
Verschiedene und zum Teil erst in den vergangenen Jahren verfügbar gewordene Verfahren (z.B. Protonen-Transfer-Reaktions Massen-, Selected Ion Flow Tube-Massenspektrometrie, Gaschromatographie mit massenspektrometrischer Detektion, Ionenmobilitätsspektrometrie, Infrarot-und Laserspektrometrie sowie Sensoren und Sensor-Batterien erlauben eine immer vielfältigere Analyse des Atemgases. Außerdem kann in der Atemluft auch die Metabolisierung von dem Untersuchten vorher verabreichten Substanzen gemessen werden.

Wirkt das Medikament?
Hier zeichnet sich bereits eine wichtige Anwendung in der Onkologie ab. Es geht dabei um die Verhinderung von potenziell lebensgefährlichen Therapiekomplikationen nach der Einnahme des seit Jahrzehnten in der medikamentösen Behandlung von Krebs verwendeten 5-Fluorouracil (5-FU).
Prof. Amann: „Manche Patienten verstoffwechseln 5-FU schlecht. Sie vertragen es somit nicht. Lebensbedrohliche Zwischenfälle oder gar Todesfälle können die Folge sein. Hier ist man mit einem Atemgas-Test derzeit schon sehr nahe an der klinischen Anwendung.“

Der Clou: Vor der Gabe des Chemotherapeutikums erhält der Patient als völlig ungefährliche Testsubstanz ein halbes Gramm von mit einem Kohlenstoff-Isotop markiertes Uracil (13C-Uracil). Steigt im Atemgas danach die Konzentration an Kohlendioxid mit dem Kohlenstoff-Isotop nicht an, liegt offenbar eine zu geringe Fähigkeit der getesteten Person vor, Uracil zu metabolisieren. Das spräche gegen eine Verwendung von 5-FU. Der Grund dafür ist ein genetisch bedingter Mangel an dem dafür notwendigen Enzym Dihydropyrimidin-Dehydrogenase (DPD).

Krebs „erriechen“? – Ein schwieriges Unterfangen
Ohne Zweifel stellt die Frühdiagnostik von Lungenkarzinomen seit langem eines der größten Probleme der Medizin dar. Die Frage ist, ob man eine solche Krankheit – wenn auch mit High-Tech-Verfahren – „erriechen“ könnte.
Amann: „Ein besonders interessanter Bereich der Atemgasanalytik betrifft die Untersuchung von Lungenkarzinompatienten hinsichtlich ihres im Atemgas auftretenden Profils von flüchtigen organischen Substanzen. Potenzielle in ihrer Konzentration in Lungenkarzinompatienten erhöhte Substanzen sind etwa 2-Butanon, 2,3-Butandion oder 3-Hydroxy-2-Butanon. Isopren, andererseits, zeigt im Ausatemgas von Lungenkarzinompatienten eine niedrigere Konzentration als in gesunden Probanden.“ Auch andere Kohlenwasserstoffe könnten Markersubstanzen sein.
Freilich, hier stehen die Wissenschafter noch am Anfang. Der Innsbrucker Experte: „Es handelt sich um Ergebnisse aus Pilotversuchen. Lungenkrebs ist auch nicht eine Krankheit, wahrscheinlich handelt es sich um viele verschiedene Erkrankungen.“ Deshalb dürfte es nie „den einen“ Marker für solche Karzinome geben. Realistischer wäre eine Kombination verschiedenster Parameter – quasi als ein ganzes Spektrum von Daten, welche als typisches Muster auf ein Karzinom hinweisen könnten.
Amann: „Außerdem muss man berücksichtigen, dass sich die Messergebnisse aus der Atemgasanalyse wahrscheinlich auch von Stadium zu Stadium einer Lungenkarzinomerkrankung verändern.“ Hier warte noch viel Arbeit.  (Schluss)


Rückfragen:

Prof. Doz. (ETH) Dr. Anton Amann,  Institut für Atemgasanalytik (Dornbirn), T und F +43 664 80515 60000,
eMail: anton.amann@oeaw.ac.at, office-aa@oeaw.ac.at

Monika Bannert, Tel.: 0664 21 00 618, eMail: m.bannert@pr-expert.at