COPD besser verstehen: Risiken, Bildgebung und Prävention

Patienten mit einer chronisch-obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) sind besonders anfällig für Infektionen der Lunge, die zu einer Verschlechterung der Symptome führen können. In diesem Artikel, der auf INFO PNEUMOLOGIE & ALLERGOLOGIE basiert, erfahren Sie, warum die richtige Bildgebung und Prävention bei COPD so wichtig sind, wie akute Verschlechterungen erkannt werden und welche modernen Methoden zur Diagnostik und Behandlung zur Verfügung stehen.

Warum sind COPD-Patienten besonders gefährdet?

Die chronisch-obstruktive Lungenerkrankung (COPD) ist eine fortschreitende Erkrankung der Atemwege, bei der es zu einer dauerhaften Verengung der Bronchien kommt. Dies führt zu Symptomen wie chronischem Husten, Auswurf und vor allem zur Dyspnoe (Atemnot). Besonders problematisch ist, dass Patienten mit COPD ein erhöhtes Risiko für pulmonale Infektionen (Infektionen der Lunge und der Atemwege) haben. Solche Infektionen können eine sogenannte infektexazerbierte COPD (AECOPD) auslösen, also eine akute Verschlechterung der Erkrankung durch Infekte. Epidemiologische Daten, also Zahlen zur Häufigkeit und Verteilung dieser Infektionen bei COPD, sind jedoch nur begrenzt verfügbar.

Die Prävalenz (Häufigkeit) der COPD (GOLD II–IV, das sind mittelschwere bis schwere Stadien) liegt bei Menschen über 40 Jahren bei etwa 5,9%. Betroffene erleben im Durchschnitt zwischen 0,6 und 2,7 akute Exazerbationen (plötzliche Verschlechterungen der Symptome) pro Jahr. Eine solche akute Verschlechterung der Atmung stellt ein erhebliches Risiko dar: Etwa 10% der Patienten, die wegen einer AECOPD ins Krankenhaus aufgenommen werden, versterben daran. In etwa 60% der Fälle werden diese akuten Verschlechterungen durch Infektionen ausgelöst, wobei es sich etwa zur Hälfte um virale (durch Viren verursachte) und zur Hälfte um bakterielle Infektionen handelt. In rund 30% der Fälle lässt sich kein eindeutiger Auslöser finden. Auch inhalative Noxen (schädliche Stoffe, die eingeatmet werden, wie Nikotin oder Stickoxide) können eine Exazerbation auslösen.

Eine akute Verschlechterung der Atmung kann aber auch durch andere Erkrankungen ausgelöst werden. Zu den wichtigsten Differenzialdiagnosen (Erkrankungen mit ähnlichen Symptomen) zählen die akute Pneumonie (Lungenentzündung), Herzinsuffizienz (Herzschwäche), Pneumothorax (Luftansammlung im Brustkorb außerhalb der Lunge), Pleuraerguss (Flüssigkeitsansammlung im Brustraum), Lungenembolie (Verschluss einer Lungenarterie durch ein Blutgerinnsel) oder neu aufgetretene Herzrhythmusstörungen (Arrhythmien). In einer großen Studie mit 1016 Patienten waren die häufigsten Gründe für eine stationäre Aufnahme bei Verdacht auf eine AECOPD: Atemwegsinfektionen (48%), Herzinsuffizienz (26%), Bronchialkarzinom (3%), Lungenembolie (1%) und Pneumothorax (1%).

Die Behandlungsmöglichkeiten während einer AECOPD sind derzeit nicht einheitlich standardisiert und oft nur begrenzt wirksam. Daher ist die Prävention, also das Verhindern von Exazerbationen, von großer Bedeutung. Patienten mit wiederholten Exazerbationen haben eine deutlich reduzierte Lebensqualität und eine verkürzte Lebenserwartung. Etwa 10% der hospitalisierten Patienten mit AECOPD versterben. Die Prävention kann zum Beispiel durch den Einsatz von oralen Mykolytika (schleimlösende Medikamente) und Bronchodilatatoren (Medikamente, die die Bronchien erweitern) erfolgen. Interessanterweise kann damit zwar die Schwere einer Exazerbation reduziert werden, nicht jedoch die Sterblichkeit.

Bildgebung bei COPD: Röntgen und Computertomografie

Die Bildgebung spielt eine zentrale Rolle bei der Diagnose und Überwachung von COPD und deren akuten Verschlechterungen. Da viele COPD-Patienten Schwierigkeiten haben, die Luft lange anzuhalten oder flach auf dem Rücken zu liegen, müssen die Untersuchungen möglichst schnell durchgeführt werden. Zwei Methoden sind hier besonders wichtig: das Röntgen und die Computertomografie (CT). Im Rahmen der PROVIDI-Studie wurden die Möglichkeiten der CT zur Vorhersage von AECOPD intensiv untersucht.

Für die erste radiologische Untersuchung bei Verdacht auf eine AECOPD wird in der Regel ein Röntgenbild des Thorax (Brustkorb) angefertigt, möglichst im Stehen und in zwei Ebenen. Damit können andere Erkrankungen wie Pneumonie, Pneumothorax, Pleuraerguss oder Herzinsuffizienz ausgeschlossen werden. Bei etwa 20% der Patienten, bei denen zunächst eine AECOPD vermutet wurde, ändert sich die Diagnose nach dem Röntgenbild – meist, weil eine Pneumonie entdeckt wird. Dies hat direkte Auswirkungen auf die weitere Therapie.

Im Röntgenbild zeigen sich bei COPD-Patienten typische Veränderungen: Die Lunge ist oft überbläht, das Zwerchfell steht tief, der Retrosternalraum (Raum hinter dem Brustbein) ist vergrößert und die Abstände zwischen den Rippen sind erweitert. Die Herzsilhouette erscheint meist schmal, und die Zeichnung der Lungengefäße ist vermindert. Bei einer infektexazerbierten COPD sieht man oft eine Verdickung der Bronchialwände, was zu einer deutlich reduzierten Belüftung der peripheren (außen liegenden) Lungenabschnitte führt. Bei etwa 20% der Patienten werden im Röntgenbild relevante Befunde wie Pneumonien sichtbar. Bei einer typischen bakteriellen Infektion erkennt man eine flächige Verdichtung eines Lungenabschnitts, eines Lappens oder sogar der gesamten Lunge.

Eine aktuelle Studie an nicht-hospitalisierten AECOPD-Patienten zeigte, dass in 20% der Fälle ein Infiltrat (eine Verdichtung im Lungengewebe, meist durch Entzündung) nachweisbar war. Verschiedene Erreger wie Haemophilus und Streptococcus wurden identifiziert. Interessanterweise gab es in der pulmonalen Besiedlung (also den in der Lunge vorhandenen Bakterien) keine Unterschiede zwischen Patienten mit Exazerbation und solchen ohne. Zudem traten Pneumonien häufiger in den Wintermonaten auf. Daraus wurde geschlossen, dass Exazerbationen und Pneumonien bei COPD-Patienten gemeinsame infektiöse Auslöser haben und eher ein Kontinuum als zwei getrennte Krankheitsbilder darstellen.

Computertomografie (CT): Detaillierte Einblicke in die Lunge

Die Computertomografie (CT) des Thorax ermöglicht eine sehr genaue Darstellung des Lungenparenchyms (des funktionellen Lungengewebes). Sie kann meist ohne intravenöse Kontrastmittelgabe durchgeführt werden. Eine Aufnahme in Atemstillstand ist zwar wünschenswert, aber für viele Patienten mit AECOPD schwer durchführbar. Auch das flache Liegen auf dem Untersuchungstisch und das Anhalten der Luft für mehrere Sekunden stellt eine große Herausforderung dar. Wenn jedoch der Verdacht auf eine Lungenarterienembolie (Verschluss einer Lungenarterie durch ein Blutgerinnsel) besteht, ist die Gabe von Kontrastmittel unverzichtbar. Für beide Fragestellungen haben sich CT-Schichten mit einer Dicke von 1 mm bewährt.

Die phänotypischen Veränderungen (also die sichtbaren Merkmale) einer COPD lassen sich in einen Emphysem-Phänotyp (Überblähung und Zerstörung der Lungenbläschen) und einen Atemwegsphänotyp (Veränderungen der Bronchien) einteilen. Von einer bronchialen Dilatation spricht man, wenn das Lumen (der innere Durchmesser) des Bronchus 110–150% des Lumens der begleitenden Pulmonalarterie beträgt. Liegt das Verhältnis über 150%, spricht man von einer Ektasie (starke Erweiterung). Bei Bronchiektasen (krankhafte Erweiterungen der Bronchien) findet sich zudem keine Verjüngung der Bronchien zur Peripherie hin. Bronchiektasen können verschiedene Formen annehmen: zylindrisch, varikös (unregelmäßig erweitert) oder zystisch (mit Blasenbildung).

Die Dicke der Bronchialwand wird im Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser beurteilt. Ein Verhältnis von 0,5–0,8 spricht für eine milde Wandverdickung, unter 0,5 für eine schwere Wandverdickung. Besonders bei COPD-Patienten mit einer Raucheranamnese (Vorgeschichte des Rauchens) sind Bronchien häufig durch Mukus (Schleim) verlegt. Patienten mit einem Atemwegstyp sind besonders anfällig für eine AECOPD. In CT-Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass eine bronchiale Wandverdickung bei einer AECOPD signifikant häufiger auftritt als im stabilen Zustand. Allerdings ist die Übereinstimmung zwischen verschiedenen Untersuchern bei der Beurteilung der Bronchialwandverdickung nicht immer gut.

Die Identifikation von Patienten mit erhöhter Anfälligkeit für Exazerbationen ist ein wichtiges Ziel. In der COPD-Gene-Studie wurden 833 Patienten mit 0–1 Exazerbationen und 169 Patienten mit mehr als 2 Exazerbationen pro Jahr untersucht. Es zeigte sich, dass mit jedem Millimeter Zunahme der bronchialen Wanddicke die jährliche Exazerbationsrate um den Faktor 1,84 anstieg. Patienten mit mehr als 35% Lungenemphysem (Überblähung der Lunge) hatten pro 5% Zunahme des Emphysems eine um das 1,18-Fache erhöhte Exazerbationsrate. Diese Daten sprechen für eine routinemäßige Phänotypisierung (Bestimmung des individuellen Krankheitsbildes) mittels CT bei COPD-Patienten.

Auch die bronchiale Dilatation ist ein wichtiger Risikofaktor für Exazerbationen. Bronchiektasen erhöhten das Risiko für eine Exazerbation signifikant (Odds Ratio 4,99) und waren unter verschiedenen Parametern der stärkste Prädiktor. Der Nachweis von Bronchiektasen ist auch therapeutisch relevant, da beispielsweise bei Nachweis von Bronchiektasen eine intravenöse Antibiotikatherapie gegen Pseudomonas aeruginosa (ein bestimmtes Bakterium) angezeigt sein kann. In solchen Bronchiektasen finden sich bei Exazerbationen häufig atypische Erreger, insbesondere Mykobakterien (eine Bakteriengruppe, zu der auch der Tuberkulose-Erreger gehört). Interessanterweise wurden Mykobakterien bei Patienten mit seltenen Exazerbationen häufiger nachgewiesen als bei Patienten mit häufigen Exazerbationen.

Zentrale und periphere Atemwege: Bedeutung für die Exazerbation

Neben den peripheren (außen liegenden) Atemwegen spielen auch die zentralen Atemwege, also Trachea (Luftröhre) und Hauptbronchien, eine wichtige Rolle bei der sogenannten Atemstromlimitation (Einschränkung des Luftstroms). Patienten mit COPD erzeugen beim Einatmen einen erheblichen Unterdruck in Trachea und Hauptbronchien. Zwei Faktoren können einzeln oder gemeinsam zu einem exspiratorischen zentralen Atemwegskollaps (ECAC: expiratory central airway collapse) führen. Im Verlauf der Erkrankung kann es zu einer Aufweichung der Knorpelspangen (stützende Strukturen der Atemwege) kommen, was als Malazie bezeichnet wird. Eine Tracheobronchomalazie (Aufweichung von Trachea und Bronchien) tritt bei 5–10% der COPD-Patienten auf. Zusätzlich kann es zu einer vermehrten Einwölbung der Pars membranacea (weicher Teil der Luftröhre) kommen. Wenn diese zu einer Lumenreduktion (Verengung des Atemwegslumens) um mehr als 50% führt, spricht man von einem exzessiven dynamischen Atemwegskollaps (EDAC: excessive dynamic airway collapse).

Es ist bekannt, dass Patienten mit COPD einen signifikant höheren Atemwegskollaps zeigen als gesunde Personen. Allerdings spielt diese Instabilität der Atemwege bei der Entstehung einer Exazerbation keine entscheidende Rolle, da sich die Atemwegsinstabilität zwischen stabilen und exazerbierten COPD-Patienten nicht unterscheidet. Dennoch besteht ein Zusammenhang zwischen der Schwere des Lungenemphysems und der Häufigkeit von Exazerbationen. In einer Studie mit Patienten aus einer Lungenkarzinom-Screening-Population zeigte sich, dass Patienten mit Emphysem-Phänotyp (starke Überblähung der Lunge) deutlich schwerer erkrankt waren (vorhergesagter FEV1: 61% vs. 90%) als Patienten ohne Emphysem. Daher ist es nicht überraschend, dass in der Gruppe der schwerer erkrankten Patienten häufiger Exazerbationen auftraten.

Ein wichtiger Aspekt ist auch die Ventilation (Belüftung) einzelner Lungenregionen. Mit Hilfe von hyperpolarisiertem Helium in der Magnetresonanztomografie (MRT) kann die regionale Ventilation sichtbar gemacht werden. Bei COPD-Patienten werden regelmäßig Ventilationsdefekte (Bereiche mit schlechter Belüftung) gefunden. Bei Patienten mit milder bis mittelschwerer COPD war das Ausmaß der Ventilationsdefekte mit der Anzahl der Exazerbationen korreliert. Die Ventilationsdefekte wiederum standen im Zusammenhang mit dem Ausmaß der Parenchymdestruktion (Zerstörung des Lungengewebes durch Emphysem) und der Atemwegserkrankung – also einem gemischten COPD-Phänotyp.

Da solche Ventilations-MRT-Untersuchungen nur in wenigen spezialisierten Zentren weltweit durchgeführt werden können und die Beurteilung des Lungenparenchyms und der Atemwege begrenzt ist, wurden alternative Methoden entwickelt. So wurden mittels CT sogenannte Ventilationskarten erstellt, indem Inspirations- und Exspirations-CT-Datensätze aus der COPD-Gene-Kohorte verglichen wurden. Durch eine spezielle Bildverarbeitung (nicht-rigide Registrierung) konnten regionale Deformationskarten erstellt werden. Interessanterweise zeigten Patienten mit vielen Exazerbationen (≥6 pro Jahr) eine homogenere Ventilation als Patienten ohne Exazerbationen.

CT-Datensätze bieten durch ihre hohe räumliche Auflösung auch die Möglichkeit, anatomische Strukturen wie die Atemwege zu segmentieren (digital zu erfassen und darzustellen). Diese segmentierten Daten können dann für Simulationen der Atemströme und der regionalen Widerstände genutzt werden. In einer Studie wurden 42 COPD-Patienten während einer Exazerbation und 6–8 Wochen später mittels CT untersucht. Die Atemwege wurden segmentiert und für die Simulation der Atemwegsströme verwendet. Es zeigte sich, dass während einer Exazerbation der zentrale und periphere Atemwegswiderstand deutlich zunahm. Besonders die Abnahme des peripheren Atemwegswiderstandes war mit der funktionellen Erholung assoziiert. Das bedeutet, dass eine übermäßige Entzündung der peripheren Atemwege ein entscheidender Faktor bei der Entstehung einer Exazerbation ist. Diese Regionen müssen daher gezielt therapeutisch erreicht werden. Da sich die Atemströme während einer Exazerbation stark verändern, sollten Medikamente entweder oral oder als inhalative Substanzen mit besonders kleinem Durchmesser verabreicht werden, um die betroffenen Bereiche zu erreichen.

Pulmonale Hypertonie bei COPD: Auswirkungen und Diagnostik

Die COPD betrifft nicht nur die kleinen Atemwege und Alveolen (Lungenbläschen), sondern auch die kleinen Pulmonalarterien (Lungenarterien mit einem Durchmesser von weniger als 500 µm). Solche vaskulären Veränderungen (Veränderungen der Blutgefäße) werden auch bei Patienten mit moderater COPD und sogar bei Rauchern mit normaler Lungenfunktion gefunden. Das deutet darauf hin, dass eine Vaskulopathie (Erkrankung der Blutgefäße) bereits in frühen Stadien einer raucherassoziierten Atemwegserkrankung auftritt.

Etwa 4% der COPD-Patienten entwickeln eine pulmonale Hypertonie (PH, erhöhter Blutdruck im Lungenkreislauf). Die PH-COPD ist in der Gruppe 3 der WHO-Klassifikation der pulmonalen Hypertonie gelistet. In einer großen Studie mit über 54.000 Teilnehmern war eine PH-COPD ein signifikanter Risikofaktor für eine stationäre Behandlung und erhöhte Sterblichkeit bei AECOPD. In einer echokardiografischen Studie (Ultraschalluntersuchung des Herzens) konnte gezeigt werden, dass eine Exazerbation die Funktion des rechten Herzens beeinträchtigt: Während der Exazerbation lag der geschätzte pulmonal-arterielle systolische Druck (PASP) bei 40 mmHg, nach der Erholung bei 29 mmHg. Allerdings ist die Echokardiografie bei COPD-Patienten oft schwierig, da die Beurteilung des PASP nicht immer zuverlässig möglich ist. Der Referenzstandard, der invasive Rechtsherzkatheter (eine direkte Messung des Drucks im rechten Herzen), kann nicht bei allen Patienten durchgeführt werden.

Auch hier bietet die CT eine hilfreiche Alternative: Ein Verhältnis des Durchmessers der Pulmonalarterie zur Aorta ascendens (Hauptschlagader) von mehr als 1:1 war deutlich mit dem Auftreten einer AECOPD assoziiert (Odds Ratio 4,78). In der COPD-Gene-Studie hatten Patienten mit einem PA:A-Verhältnis von mehr als 1 in 53% der Fälle eine Exazerbation. Die Durchmesserbestimmung der Pulmonalarterie kann auf axialen CT-Schichten, kurz vor der Bifurkation (Aufzweigung), erfolgen.

Prävention und individuelle Risikoabschätzung bei COPD

Die Vermeidung von Exazerbationen ist ein zentrales Ziel in der Behandlung der COPD. Durch die Identifikation von Risikopatienten können gezielte Maßnahmen ergriffen werden, um akute Verschlechterungen zu verhindern. Die Bildgebung, insbesondere die CT, spielt dabei eine wichtige Rolle, da sie eine individuelle Risikoabschätzung ermöglicht. Patienten mit einem Atemwegs-Phänotyp (Wandverdickung und bronchiale Dilatation) sind besonders anfällig für Exazerbationen. Die regelmäßige Kontrolle und die gezielte Therapie dieser Patienten können dazu beitragen, die Häufigkeit und Schwere von Exazerbationen zu reduzieren.

Die wichtigsten Erkenntnisse für Patienten sind:

• Bei Verdacht auf eine exazerbierte COPD ist die Röntgenuntersuchung des Thorax eine wichtige Methode, um andere Erkrankungen auszuschließen.
• Die Computertomografie ermöglicht eine genaue Charakterisierung der COPD und hilft, das individuelle Risiko für Exazerbationen zu bestimmen.
• Vor allem Patienten mit einem Atemwegs-Phänotyp (Wandverdickung und bronchiale Dilatation) sind besonders gefährdet und sollten engmaschig überwacht werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die moderne Bildgebung und eine individuelle Risikoabschätzung entscheidend sind, um die Prognose von COPD-Patienten zu verbessern. Die Prävention von Exazerbationen steht dabei im Mittelpunkt, da sie die Lebensqualität und Lebenserwartung maßgeblich beeinflusst.

Prof. Dr. med. Sebastian Ley

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