Untersuchung hirnvolumetrischer Veränderungen nach schwerem ARDS mit und ohne ECMO-Therapie mittels voxel-basierter Morphometrie

Examination of volumetric changes in the brain after severe ARDS with and without ECMO-therapy using voxel-based morphometry

by Miriam Felicitas Winterwerber
Doctoral thesis
Date of Examination:2025-09-25
Date of issue:2025-09-16
Advisor:Prof. Dr. Onnen Mörer
Referee:Prof. Dr. Onnen Mörer
Referee:PD Dr. Peter Dechent
Persistent Address: http://dx.doi.org/10.53846/goediss-11504

 

 

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Abstract

English

Survivors of acute respiratory distress syndrome (ARDS) often suffer from long-term cognitive impairment. These have also been described in other diseases associated with chronic hypoxia (chronic obstructive pulmonary disease, obstructive sleep-apnea syndrome) and have been correlated to reductions in gray matter (GM). We hypothesized that patients treated with ECMO show more reductions than patients treated conservatively due to the severity of their hypoxemia. We followed 18 survivors of ARDS, 7 conservatively treated (nonECMO), and 11 patients treated with ECMO. We performed magnetic resonance imaging (MRI), analyzed them using voxel-based morphometry (VBM) and compared the results between these two groups and a healthy control group. MRI analysis of global parameters revealed a reduction in GM volume in nonECMO patients compared to healthy controls (p=0.023). The wholebrain and ROI analysis showed reductions of GM volume for nonECMO patients compared to healthy controls and ECMO patients. Volume reductions in gray matter were localized in the frontal lobe, temporal lobe, and limbic system. Severe ARDS leads to structural changes in gray matter volume that may be preventable by the use of ECMO, which in turn advocates the (early) use of ECMO in severe ARDS.
Keywords: acute respiratory distress syndrome + extracorporeal membrane oxygenation + voxel-based morphometry

German

Überlebende nach schwerem Lungenversagen (acute respiratory distress syndrome; ARDS) leiden oft an kognitiven Einschränkungen. Diese wurden ebenfalls bei anderen, mit chronischer Hypoxie assoziierten Krankheitsbildern wie der COPD und dem OSAS beschrieben und mit Reduktionen der grauen Substanz in Verbindung gebracht. Wir nehmen an, dass Patienten nach einer ECMO-Therapie im Gegensatz zu konservativ behandelten ARDS-Patienten aufgrund der Schwere der Erkrankung mehr Reduktionen der grauen Substanz aufweisen. Wir führten eine retrospektive Pilotstudie bei 18 ARDS-Überlebenden, unterteilt in 7 konservativ behandelte (nonECMO) Patienten und 11 ECMO-Patienten, durch. Die MRTs wurden mithilfe der voxel-basieren Morphometrie (VBM) ausgewertet und sowohl mit einer gesunden Kontrollgruppe als auch in einer Subgruppenanalyse verglichen. Die Auswertung der globalen Parameter ergab eine Reduktion der grauen Substanz bei den nonECMO-Patienten im Vergleich zur Kontrolle (p=0,023), was sich auch in der Ganzhirnanalyse und der ROI-Analyse bestätigte. Die Volumenreduktionen der grauen Substanz waren im Frontallappen, Temporallappen und im Limbischen System lokalisiert. Das schwere ARDS führt zu strukturellen Veränderungen der grauen Substanz, die durch die ECMO möglicherweise vermeidbar sind. Diese Ergebnisse sprechen für den (frühzeitigen) Einsatz der ECMO-Therapie bei schwerem ARDS.
 
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