Lung volume reduction surgery in patients with emphysema

Summary

Background: Lung Volume Reduction Surgery (LVRS) is a new surgical approach in patients with severe, non-bullous lung emphysema. Although it was first described byBrantigan in 1957,Cooper reintroduced the technique 1995 into surgical practice. Selection of patients for LVRS is based on history, clinical investigation, chest X-ray, lung function testing with blood gas analysis, measurement of ventilatory mechanics and CT-scan. Selection criteria are severe emphysema (FeV1<35 % predicted, RV>250 % predicted, TLC>130 % predicted), dyspnea despite optimized medical therapy, radiological signs of hyperinflation, heterogeneity of disease and impaired ventilatory mechanics. Once a patient is accepted for the procedure he should enter a rehabilitation program to optimize his overall condition and exercise endurance. Selection of patients for LVRS is based on history, clinical investigation, chest X-ray, lung function testing with blood gas analysis, measurement of ventilatory mechanics and CT-scan. Selection criteria are severe emphysema (FeV1<35 % predicted, RV \s>250% predicted, TLC\s>130 % predicted), dyspnea despite optimized medical therapy, radiological signs of hyperinflation, heterogeneity of disease and impaired ventilatory mechanics. Once a patient is accepted for the procedure he should enter a rehabilitation program to optimize his overall condition and exercise endurance.

Methods: Excision of peripheral lung segments is performed with stapling devices. Usually it is achieved to resect about 30 % of lung tissue. With removal of the most diseased parts of the lung, LVRS intends to reduce residual and total lung volume, to bring the diaphragm back to a normal position and to restore transdiaphragmatic pressure generation. Recent studies have demonstrated improvements in pulmonary function. ventilatory mechanics, exercise tolerance and quality of life in selected patients following LVRS. However some questions regarding overall benefit, optimal patient selection, operative techniques and duration of response still remain undefined.

Results: In our own experience, between September 1994 and May 1998 LVRS was performed through median sternotomy (n=15), videoendoscopically (n=49), by thoracotomy (n=18) or combined, videoendoscopically on one side, thoracotomy on the other (n=9) in 91 patients (age 33–80 years; mean 56.4 years). Perioperative mortality was 5.5 % (5 patients). Mean FeV1 significantly increased by 28.6 % from 25.5±1.2 % preoperatively to 32.8±1.9 % after the first 6 months postoperatively (p<0.05). Mean RV was reduced from 320.3±7.9 %, preoperatively to 248.4±7.5 % 6 months post-operatively and mean TLC from 140.2±2.4 % to 126.1±2.11 % (p<0.05). Intrinsic PEEP decreased significantly from 5.1±0.4 cm H₂O preoperatively to 2.3±0.3 cm H₂O postoperatively (p<0.05).

Conclusions: These results suggest LVRS as an excellent therapeutic option for selected patients with severe emphysema and additional signs of severe hyperinflation. LVRS offers the possibility of significant postoperative functional improvement and marked increase in quality of life.

Zusammenfassung

Grundlagen: Die Lungenvolumenreduktion (LVRS) ist ein neues chirurgisches Verfahren bei Patienten mit schwerem, nichtbullösem Lungenemphysem. Obwohl LVRS erstmals 1957 vonBrantigan beschrieben wurde, führteCooper 1995 die Technik wieder in die chirurgische Praxis ein. Die Patientenselektion für LVRS basiert auf Anamnese, klinischer Untersuchung, Thoraxröntgen, Lungenfunktion mit Blutgasanalyse. Vermessung der Atemmechanik und CT-Untersuchung. Die Selektionskriterien sind schweres Emphysem (FeV1<35 % des Sollwertes, RV > 250 % des Sollwertes. TLC > 130 % des Sollwertes), Dyspnoe trotz optimaler medikamentöser Therapie, radiologische Zeichen der Überblähung sowie Heterogenität der Erkrankung und eingeschränkte Atemmechanik. Wird ein Patient für das Verfahren ausgewählt, soll er ein Rehabilitationsprogramm absolvieren, um seinen Allgemeinzustand und seine körperliche Belastbarkeit zu optimieren.

Methodik: Die Resektion von peripheren Lungensegmenten wird mit Klammernahtapparaten durchgeführt. Eine Verringerung von zirka 30 % des Lungengewebes wird angestrebt. Durch die Resektion der am meisten destruierten Areale verringert sich das Residual- und Gesamtlungenvolumen, das Zwerchfell erhält wieder seine funktionell bessere Wölbung, so daß eine Verbesserung des transdiaphragmentalen Druckaufbaues möglich wird. Studien zeigten bei selektionierten Patienten eine Verbesserung der Lungenfunktion, der Atemmechanik, der Leistungsfähigkeit und der Lebensqualität nach LVRS. Jedoch sind noch einige Fragen hinsichtlich der optimalen Patientenselektion, der Operationstechnik und des Langzeiterfolges offen.

Ergebnisse: An unserer Abteilung wurde die LVRS zwischen September 1994 und Mai 1999 über mediane Sternotomie (n=49), über Thorakotomie (n=18) oder kombiniert über Thorakotomie auf einer Seite und Videoendoskopisch auf der anderen Seite (n=9) bei insgesamt 91 Patienten (Alter 33 bis 80 Jahre, mittleres Alter 56,4 Jahre) durchgeführt. Die perioperative Mortalität betrug 5,5 % (5 Patienten). Die mittlere FeV1 erhöhte sich signifikant um 28,6 % von 25,5±1,2 % des Sollwertes präoperativ auf 32,8±1,9 % des Sollwertes innerhalb der ersten 6 Monate postoperativ (p<0,05). Das mittlere RV sank von 320,3 ±7,91 % des Sollwertes präoperativ auf 248,4±7,5 % des Sollwertes 6 Monate postoperativ und die mittlere TLC von 140,2 ± 2,4 % des Sollwertes auf 126,1±2,1 (p<0,05). Der intrinsische PEEP sank signifikant von 5,1±0,4 cm H₂O präoperativ auf 2,3 ±0,3 cm H₂O postoperativ (p < 0,5).

Schlußfolgerungen: Diese Ergebnisse deuten darauf hin, daß LVRS eine ausgezeichnete therapeutische Option bei selektionierten Patienten mit schwerem Emphysem und zusätzlichem Zeichen einer schweren Überblähung ist. LVRS bietet die Möglichkeit einer signifikanten postoperativen funktionellen Verbesserung und einer deutlichen Steigerung der Lebensqualität.