Identifikation von Lungentumoren aus der Atemluft von Patienten durch Einsatz von Spürhunden – Untersuchungen zur Spezifität in Abgrenzung zur COPD

Abstract

Die Prognose eines Patienten mit Lungenkarzinom ist abhängig vom Tumorstadium. Daher ist die frühe Diagnose wichtig für eine erfolgreiche Therapie. Die Analyse von Ausatemluft als nicht invasive Methode wäre eine geeignetes Verfahren für die Früherkennung, sollte sie sich als aussagekräftig erweisen. Einzelfallberichte weisen darauf hin, dass Spürhunde dies möglicherweise leisten können. In der vorliegenden Studie wurden mit Hilfe eines professionellen Hundetrainers vier Hunde konditioniert, Atemproben von Patienten mit Lungenkarzinom von denen gesunder Studienteilnehmer zu unterscheiden. In drei verblindeten Tests mussten die Hunde nicht nur Atemproben von Gesunden (Test I, n=50), sondern auch Atemproben von Patienten mit COPD (Test II, n=50) sowie Atemproben von einem Mischkollektiv aus Patienten mit COPD und Gesunden (Test III, n=25) von Atemproben von Patienten mit Lungenkrebs unterscheiden. Für die Studie wurden insgesamt 220 Probanden gewonnen, davon 110 gesunde Studienteilnehmer, 60 Patienten mit histologisch gesichertem Lungenkrebs und 50 Patienten mit COPD. Für das Training der Hunde wurden 35 Proben von Patienten mit Lungenkrebs und 60 Proben von gesunden Probanden verwendet. Die Hunde mussten jeweils eine Probe eines Patienten mit Lungenkrebs unter vier Proben von gesunden Probanden erkennen. Mit zehn Durchgängen für jeden Hund in Test 1 zeigten die Tiere mit einer Sensitivität von 50% und einer Spezifität von 88% an. Test II bestand ebenfalls aus 10 Durchgängen für jeden Hund. Hier wurden erstmals Proben von Patienten mit COPD anstatt der Atemproben von gesunden Probanden verwendet. Dabei zeigten die Hunde den Lungenkrebs mit einer Sensitivität von 80% und einer Spezifität von 95% an. In weiteren fünf Durchgängen wurden in Test III jeweils eine Positivprobe gegen zwei Proben von Patienten mit COPD und zwei Proben von gesunden Probanden aufgestellt. Hier ergab sich eine Sensitivität von 95% und eine Spezifität von 95%. Fasst man alle drei Tests zusammen und wertet nur die Proben als positiv aus, bei denen drei und mehr Hunde angezeigt haben, so ergibt sich eine „Gemeinschaftsanzeige“ mit einer Sensitivität von 72% und eine Spezifität von 90%. Bei den für die Tests verwendeten Atemproben von Patienten mit Lungenkrebs stammten 36% von Patienten mit kurativ behandelbaren Tumorstadien (I-IIIA). Aufgrund der niedrigen Fallzahl in den einzelnen Tumorstadien kann die statistische Auswertung eine Korrelation zwischen Tumorstadium und Anzeigeverhalten der Hunde nicht ausschließen. Es zeigt sich jedoch keine erhöhte Fehlerrate der Spürhunde bei den niedrigen Tumorstadien. Ein Einfluss möglicher methodischer Störfaktoren in der Gruppenzusammensetzung wie Probenalter und Patientenalter wurde statistisch ausgeschlossen. Auch mögliche systematische Störfaktoren wie Medikamenteneinnahme und Begleiterkrankungen der Studienteilnehmer wurden erfasst und ausgeschlossen. Lediglich die Einnahme von Metoprolol und Tiotropiumbromid stellen in der multivariaten Analyse einen möglichen Studien-Bias dar. Ob Spürhunde Lungenkrebs in der Atemluft von Patienten von anderen Krebsarten unterscheiden können und ob sie sich eignen, als Screeningmethode eingesetzt zu werden, bleibt offen. Sie können jedoch sicherlich zur weiteren Forschung um möglicherweise eine lungenkrebsspezifische volatile organische Verbindung aus der Atemluft zu identifizieren, auch in Zukunft einen Beitrag leisten.

The prognosis of a patient with lung cancer is dependent on the stage of the tumor. Early diagnosis is therefore important for successful treatment. The analysis of breath as a non-invasive procedure would be a suitable method of early detection, if proven as significant. Single case reports suggest that sniffer dogs are able to act in this capacity. In this study four dogs were conditioned with the help of a professional dog trainer to discriminate, breath samples of patients with lung cancer from breath samples of healthy study participants. In three blind tests the dogs had to not only discriminate breath samples of healthy study participants (Test I, n=50) from breath samples of patients with lung cancer, but they also had to discriminate breath samples of patients with COPD (Test II, n=50) and breath samples of a collective of patients with COPD and healthy participants (Test III, n=25) from breath samples of patients with lung cancer. Collectively 220 study participants were included in the study of which 110 were healthy study participants, 60 patients had histologically confirmed lung cancer and 50 patients had COPD. For the purpose of training the dogs 35 samples of patients with lung cancer and 60 samples of healthy study participants were employed. The dogs were required to identify one sample of a patient with lung cancer from among four samples of healthy participants in each case. With ten runs for each dog in Test I the animals indicated with a sensitivity of 50% and a specificity of 88%. Test II also consisted of 10 runs for each dog. Here for the first time samples of patients with COPD replaced samples of healthy participants. The dogs indicated lung cancer with a sensitivity of 80% and a specificity of 95%. In a further five runs in Test III one sample of a patient with lung cancer was positioned between two samples of patients with COPD and two samples of healthy participants. In this test the indication resulted in a sensitivity of 95% and a specificity of 95%. Summarizing all three tests by counting only those samples as positive which were indicated by three and more dogs the three tests result in a “community indication” with a sensitivity of 72% and a specificity of 90%. For the purpose of the samples of patients with lung cancer 36% of the samples were derived from patients with curative treatable tumor stages (I-IIIA). Because of the low case number in each tumor stage statistical analysis cannot exclude a correlation between tumor stage and indication of the dogs. A higher error rate could however not be shown in low tumor stages. The influence of possible methodical confounding factors in the composition of the groups like the age of the samples or the patients’ age was statistically excluded. Possible systematic confounding factors like intake of drugs and concomitant diseases of the study participants was documented and excluded. Only the intake of Metoprolol and Tiotropiumbromid present a possible bias in the multivariate analysis of the study. Whether sniffer dogs can distinguish lung cancer from other kinds of cancer in the breath of patients and whether they are suitable to be used as a screening method, remains an open question. They can certainly however further contribute in future to research for possibly identifying a lung cancer specific volatile organic compound in the breath.