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medical special 2/2012

SCHWERES LUNGENEMPHYSEM

Die chronisch-obstruktive Lungenerkrankung (COPD) wird von der Weltgesundheitsorga-nisation (WHO) als ein weltweit zunehmendes, bedeutsames Gesundheitsproblem einge-schätzt. Entsprechend kommt den Therapieoptionen des im fortgeschrittenen Stadiumsauftretenden Lungenemphysems eine bedeutende Rolle zu. Mit der innovativen interven-tionell-bronchologischen Lungenvolumen-Reduktionstherapie mit den RePneu® LVR Coils(PneumRx GmbH, München) steht nun eine Option zur Verfügung, die auch bei schwe-rem Emphysem dem schwer Erkrankten eine nachhaltige Symptomreduktion bei gerin-gen Nebenwirkungen und somit noch eine verbesserte Lebensqualität bieten kann.

Das Lungenemphysem ist die Manifestation der COPD im Alveolar-raum („COPD vom Lungenemphysem-Phänotyp“). Histopathologischhandelt es sich um eine irreversible Erweiterung der Gasaus-tauschräume distal der Bronchioli terminales infolge der Destruktionihrer Wand. Als Resultat einer chronisch-entzündlichen Lungener-krankung kommt es dabei zu einem irreversiblen Lungenparenchym-Verlust.

DIE PATHOPHYSIOLOGIE DES LUNGENEMPHYSEMSDer irreversible Lungenparenchym-Verlust führt zur Reduktion der Gas-austauschfläche. Daraus resultiert eine arterielle Hypoxie unter Belas -tung und in fortgeschrittenen Stadien auch in Ruhe. Der Lungenpa-renchym-Verlust hat auch Auswirkungen auf den Atemwegswiderstand.Denn die kleinen Atemwege verfügen nicht über knorplige, skeletta-le Wandanteile, die für die Offenheit des Lumens sorgen. Vorausset-zung für die Offenheit dieser Atemwege ist die elastische Rückstell-kraft der sie umgebenden Alveolarwände; sie werden auch als bron-choparenchymale Brücken bezeichnet. Fehlt durch den Lungenpa-renchym-Verlust diese elastische Rückstellkraft, kommt es in der Ex-spirationsphase zum teilweisen oder vollständigen abrupten Kollapsder kleinen Atemwege (Abb. 1). Die eingeatmete Luft bleibt im Alve -olarraum gefangen und führt zur irreversiblen Lungenüberblähung.Der Anstieg des exspiratorischen Atemwegswiderstands und die da -

raus resultierende irreversible Lungenüberblähung sind beim Lungen -emphysem in keiner Weise durch Pharmakotherapie beeinflussbar.

Führendes klinisches Symptom der Lungenemphysem-Erkrankung istdie Atemnot, die anfangs nur unter Belastung und im fortgeschritte-nen Stadium sogar als Ruhedyspnoe auftritt. Ursächlich ist die Lungen -überblähung, die vom Patienten als „Ersticken an der eingeatmetenLuft“ und „Nicht ausatmen können“ beschrieben wird. Kompensa-torisch setzen die Lungenemphysem-Patienten die „Lippenbremse“ ein,um durch eine pneumatische Schienung kleiner Atemwege, „zwar lang-sam, aber doch noch“ ausatmen zu können. Das massiv erhöhte end -exspiratorische Lungenvolumen führt zu einer Horizontalstellung desZwerchfells. Die physiologische Atempumpenwirkung durch Höher-und Tiefertreten des centrum tendineums ist ausgeschaltet und Ven-tilation ist nur noch durch den Einsatz der Atemhilfsmuskulatur desSchultergürtels möglich. Im Endstadium der Lungenemphysem-Er-krankung kommt es nicht selten zu einer hyperkapnischen (= venti-latorischen) Insuffizienz.

DAS WIRKPRINZIP DER LUNGENVOLUMEN-REDUKTION MITREPNEU LVR COILSMit den RePneu-Spiralen erzeugt man im emphysematös verändertenLungenparenchym regionale Atelektasen. Die Umgebung des atelek-

tatischen Bezirks erhält dadurch wiedermehr elastische Rückstellkraft. Der exspi-ratorische Atemwegswiderstand sinkt unddie Überblähung wird reduziert. Durch dieSummation mehrerer regionaler Atelekta-sen, kommt es im behandelten Lappen zueiner erheblichen Volumenminderung.Dies erlaubt im Nachbarlappen eine stärkereVordehnung und bewirkt dort auch eineRestitution der elastischen Rückstellkraft.

DIE BEHANDLUNG MIT REPNEULVR COILSBei den RePneu LVR Coils handelt es sichum 100 bis 150 Millimeter lange Niti-noldrähte mit einer Spiral-Gedächtnisform

(Abb. 2). Sie werden bronchoskopisch unter Durchleuchtungskontrolleund in gestreckter Form über einen Katheter in den am stärksten em-

Neue interventionellebronchologische TherapieLUNGENVOLUMENREDUKTION MIT REPNEU LVR COILS (LVRC)

MARTIN HETZEL

PD Dr. med. Martin Het-zel, Chefarzt der Klinikfür Pneumologie, Beat-mungsmedizin und All-gemeine Innere Medi-zin, Krankenhaus vomRoten Kreuz, Stuttgart

Abb. 1: Aufgrund von Lungenparenchym-Verlust fehlt beim Lungenemphy-sem die elastische Rückstellkraft und es kommt es in der Exspirationspha-se zum teilweisen oder vollständigen Kollaps der Bronchiolen.

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Neue interventionelle bronchologische Therapie

physematös veränderten Ziellappen eingebracht. Dort nehmen sienach der Freisetzung aus dem Katheter die Spiralform mit Atelekta-sewirkung an. Die optimale Dosis pro Lappen liegt bei zehn RePneuLVR Coils (Abb. 3). Es wird je ein Lappen einer Lunge behandelt. DieVersorgung der zweiten Seite kann im Abstand von sechs bis zwölfWochen erfolgen. Die Behandlung wird in der Regel in Vollnarkosedurchgeführt und dauert etwa 30 Minuten. RePneu LVR Coils kön-nen (zumindest bis zu zwei Wochen nach der Implantation) pro-blemlos wieder entfernt werden. Komplikationen und Nebenwir-kungen sind relativ selten: Zu einem Pneumothorax kommt es in < 5 %und zu einer passageren COPD-Exazerbation in 10–15 % aller Fälle.

AUSWAHLKRITERIEN FÜR DIE LVRCLungenemphysem-Patienten kommen dann für eine LVRC in Betracht,wenn das lungenfunktionsanalytisch bestimmte Residualvolumen> 200 % vom Soll beträgt und die CT-Untersuchung der Lunge genü-gend Restparenchym als Voraussetzung für die (mechanische) Wirkungder RePneu LVR Coils zeigt. Die LVRC kann im Ober- und im Unter-lappen zur Anwendung kommen. Sie ist sowohl bei heterogenem alsauch beim homogenen Lungenemphysem möglich. Harte Ausschluss -kriterien sind ein groß-bullöses Lungenemphysem, eine schwere pul-monale Ruhehypertonie und eine periinterventionell unverzichtbareAntikoagulationsbehandlung.

ERGEBNISSE DER LVRCDie LVRC führt bei über 80 % der Behandelten infolge der nachhalti-gen Symptomreduktion bei geringen Nebenwirkungen und seltenenKomplikationen zu einer hohen Patientenzufriedenheit (Hetzel M etal., Pneumologie Suppl 2012).

Die in Studien mit der LVRC erreichten funktionellen Ergebnisse sindin Tabelle 1 ausgeführt.

Die funktionellen Ergebnisse haben sich bei stringenter Patientense-lektion (RV > 200 % vom Soll) bei über 70 eigenen Behandlungen inder klinischen Routine voll bestätigen lassen.

VORTEILE DER LVRCIm Unterschied zum älteren Ventilimplantationsverfahren für die LVRbei Emphysempatienten ist die LVRC auch bei kollateraler Ventilati-on wirksam. Denn sie erfordert nicht die Ausschaltung eines ganzenLappens durch Atelektase, sondern verbessert die Funktion des be-handelten Lappens.

Im Unterschied zu anderen neuen LVR-Methoden (Polymerschaum,Wasserdampf) hat die LVRC Sofortwirkung und es bedarf für die Wirk-samkeit keiner Entzündungsreaktion im behandelten Lungenareal.

RESÜMEEDie interventionell-bronchologische Lungen-volumen-Reduktionsbehandlung mit RePneuLVR Coils ist eine neue, sehr effektive, neben-wirkungsarme Therapieoption bei Patientenmit schwerem Lungenemphysem.

Autor:Priv.-Doz. Dr. med. Martin Hetzel, Chefarzt der Klinik fürPneumologie, Beatmungsmedizin und Allgemeine InnereMedizin, Krankenhaus vom Roten Kreuz Bad CannstattGmbH, Badstr. 35–37, 70372 Stuttgart.

Literatur 1. Hetzel M et al. Patientenzufriedenheit nach LVRC-Behandlung von Patienten mit schwe-

rem Lungenemphysem. Pneumologie Suppl. 20122. Slebos DJ et al. Lung volume reduction coil treatment of severe heterogeneous emphy-

sema. A pilot study., [Publication Page: A5165], [Poster Board # 914] , Congress of theATS, 2010

3. Deslee G et al. Feasibility of the bronchoscopic lung volume reduction coil treatment insevere emphysema, Presentation at 1st European Congress for Bronchology and Inter-ventional Pulmonology. ECBIP 2011, March, 12 2011

Abb. 2: RePneu® Lung Volume Reduction Coil (LVRC): Nitinolimplantat miteiner Spiral-Gedächtnisform in 100–150 mm Länge, das über 2,8-mm-Ka-theter in flexibler Bronchoskopietechnik implantiert werden kann.

Bilder: PneumRx

Bild: Dr. DJ Slebos

Abb. 3: Röntgenthorax mit implantierten RePneu® LVR Coils.

Tab. 1: Funktionsanalytisch zeigt die LVRC in Studien folgende Ergebnisse(Slebos 2010)

FEV1 RV 6 Minuten- SymptomatikForced Expiratory Residualvolumen Gehtest (Fragebogen SGRQ*)Volume in 1 sec-

Änderung zumAusgangswert + 17,5 % -11 % +28 % -16 Punkte6 Monate nachLVRC

Responderrate 73 % 82 %

Ergebnisse der Pilot Phase II Studie – Daten der Firma PneumRx* St. George's Respiratory Questionnaire: Fragebogen zur Patienteneinschätzung des Behandlungserfolgs

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SERVERE EMPHYSEMA

Chronic Obstructive Pulmonary Disease (COPD) has been identified by the World HealthOrganization (WHO) as an increasingly critical global health issue. Consequently, thera-peutic options to treat advanced emphysema have an important role. With innovativebronchoscopic Lung Volume Reduction using RePneu® Coils (PneumRx GmbH, Munich),patients with advanced emphysema now have have access to a treatment, which willreduce their symptoms with minimal side effects and will, as a consequence, offer alasting improvement to their quality of life.

Emphysema is a manifestation of COPD in the alveolar space (“COPDphenotype: emphysema“). Histopathologically, it is the irreversibleenlargement of the airspaces distal to the terminal bronchioles as a re-sult of the destruction of their walls. A chronic inflammatory lung di-sease leads to an irreversible loss of lung parenchyma.

THE PATHOPHYSIOLOGY OF EMPHYSEMAThe irreversible loss of lung parenchyma leads to a reduction in thesize of the gas-exchange surface area. This results in arterial hypoxiaon exertion and, in advanced stages of the disease, also at rest. Theloss of lung parenchyma also affects airway resistance as the small air-ways do not have the cartilaginous, skeletal sections of wall that keepthe lumen open. A prerequisite for open airways is the elasticity of thealveolar walls surrounding these airways; these are also known asbroncho-parenchymal bridges. If this elasticity is absent as a result ofthe loss of lung parenchyma, it leads to the partial or complete abruptcollapse of the small airways during exhalation (Fig. 1, Fig. 2). Theair that is inhaled remains trapped in the alveolar space, causing irre-versible pulmonary hyperinflation. With emphysema, pharmaco-therapy has no effect whatsoever on the increase in expiratory airwayresistance and the resulting irreversible pulmonary hyperinflation.

The main clinical symptom of emphysema is shortness of breath (dys -pnea), which, in the early stages of the disease occurs only on exertionbut in more advanced stages presents at rest. This is caused by pul-monary hyperinflation, which is described by the patients as “beingsuffocated by the inhaled air“ and “not being able to exhale“. Patientswith emphysema compensate by using the “pursed lip breathing“technique, in order to be able to exhale “slowly but steadily” by meansof a pneumatic splinting of small airways. The hugely increased end-expiratory lung volume leads to a horizontal positioning of the dia-phragm. The physiological respiratory pump effect by the raising andlowering of the central tendon of the diaphragm is deactivated andventilation is only possible by using the auxiliary respiratory musclesin the shoulder girdle. Hypercapnic (respiratory) failure often occursin the final stages of emphysema.

MECHANISM OF ACTION OF LUNG VOLUME REDUCTION WITHREPNEU LVR COILSThe RePneu® coils are used to generate regional atelectasis in themost diseased region of the lung. This restores some elasticity to theregion around the treated area. The expiratory airway resistancedecreases and hyperinflation is reduced. Through the cumulative effect

of atelectasis in several regions, the resultis a significant reduction in volume of thetreated lobe. This allows for greater re-ten-sioning in the neighboring lobe and helpsto restore elasticity there too.

TREATMENT WITH REPNEU LVR COILSRePneu® LVR Coils are 100 to 150 milli-meter-long Nitinol coils with a spiralmemory shape (Fig. 2). They are implan-ted bronchoscopically under fluoroscopicguidance and in a straight configurationusing a catheter into the target lobes mostsevere ly affected by emphysema. Oncethey have been released from the catheterthey reform in their original coil shapewhere they have an atelectatic effect. Theoptimum dose per lobe is ten RePneu® LVR

New interventionalbronchology therapy LUNG VOLUME REDUCTION WITH REPNEU LVR COILS (LVRC)

MARTIN HETZEL

PD Dr. med. MartinHetzel, hospital chiefphysician of the RedCross Medical Center forRespiratory and CriticalCare Medicine Stuttgart.

Fig. 1: Emphysema causes the lung tissues (parenchyma) that holdairways open to lose their elastic recoil; as a result, upon exhalation,airways collapse partially or completely.

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New interventional bronchology therapy

Coils (Fig. 3). One lobe in each lung is treated. The second side canbe treated six to twelve weeks later. The treatment is generally per-formed under a full anesthetic and lasts approximately 30 minutes.RePneu® LVR Coils can be easily removed again (at least up to two weeksafter implantation). Complications and side effects are relatively rare:a pneumothorax occurs in < 5 percent of all cases, while temporaryCOPD exacerbation occurs in 10 to 15 percent of all cases.

SELECTION CRITERIA FOR THE LVRCPatients with emphysema are considered for LVRC, if their residualvolume as measured by whole-body plethysmography measures> 200 percent of what it should be and a CT scan of the lung showssufficient remaining parenchyma as a prerequisite for the (mechani-cal) effect of the RePneu® LVR Coils. The LVRC can be used in the up-per and lower lobe. It is suitable for both heterogeneous and homo-geneous emphysema. Strict exclusion criteria include large bullous em-physema, severe pulmonary hypertension at rest and a peri-interven-tional vital anticoagulation therapy.

LVRC RESULTSHigh patient satisfaction is recorded in 80 percent of patients treatedwith the LVRC due to the sustained reduction in symptoms with mi-nimum side effects and few complications (Hetzel M et al., Pneumo-logie, Suppl., 2012).

The functional results recorded for LVRC in studies are shown intable 1.

The functional results were fully confirmed in stringent patient selection(RV > 200 percent of what it should be) in more than 70 treatmentsin routine clinical practice.

ADVANTAGES OF THE LVRCUnlike older valve therapy for LVR in emphysema patients, the LVRCis also effective in patients with collateral ventilation. This is becauseit does not collaps the entire lobe through atelectasis but instead im-proves the functioning of the treated lobe.

Unlike other new LVR methods (polymer foam, steam), the LVRC hasan immediate effect and it does not provoke an inflammatory res-ponse in the treated lung area.

SUMMARYThe interventional bronchology therapy forlung volume reduction using RePneu® LVRCoils is a very effective therapy option with fewside effects for patients with severe emphyse-ma.

Author:Priv.-Doz. Dr. med. Martin Hetzel, chief physician, RedCross Medical Center for Respiratory and Critical CareMedicine, Krankenhaus vom Roten Kreuz Bad Cann-statt GmbH, Badstr. 35–37, 70372 Stuttgart.

Further reading 1. Hetzel M et al. Patientenzufriedenheit nach LVRC-Behandlung von Patienten mit

schwerem Lungenemphysem. Pneumologie Suppl. 20122. Slebos DJ et al. Lung volume reduction coil treatment of severe heterogeneous

emphysema. A pilot study., [Publication Page: A5165], [Poster Board # 914] , Congressof the ATS, 2010

3. Deslee G et al. Feasibility of the bronchoscopic lung volume reduction coil treatmentin severe emphysema, Presentation at 1st European Congress for Bronchology andInterventional Pulmonology. ECBIP 2011, March, 12 2011

Fig. 2: RePneu® Lung Volume Reduction Coil (LVRC): shape-memorynitinol implants are tiny flexible spirals with lengths of 100–150 mm,and are guided through a 2.8 mm catheter during a minimally-invasivebronchoscopy procedure.

Bilder: PneumRx

Bild: Dr. DJ Slebos

Fig. 3: Following lung volume reduction on both sides using RePneu® LVRCoils (reproduced with the kind permission of Dr. Slebos).

Table 1: LVRC results summery (Further reading, Slebos, 2010)

FEV1 RV 6-Minute SymptomsForced Expiratory Residual Volume Walk Test (SGRQ questionnaire*)Volume in 1 sec-

Change vs.baseline + 17,5 % -11 % +28 % -16 points6 monthsafter LVRC

Response Rate 73 % 82 %

Results of the Pilot Phase II Study – Data Provided by PneumRx* St. George's Respiratory Questionnaire: Questionnaire on patient-assessed clinical outcome