Kurzfassung

Im Jahr 2006 wurde eine umfangreiche Großtierstudie bezüglich Pathomechanismen des beatmungsassoziierten Lungenschadens (ventilator associated lung injury, VALI) durchgeführt. An insgesamt 60 Schweinen wurde das Auftreten von atemzyklischem Alveolarkollaps und -rekrutierung mit unterschiedlichen Techniken detektiert und quantifiziert.
Ein VALI kann aus verschiedenen iatrogenen Verletzungsmechanismen der Lunge resultieren (Barotrauma, Volutrauma, Atelektrauma und Biotrauma). In dieser Studie...Im Jahr 2006 wurde eine umfangreiche Großtierstudie bezüglich Pathomechanismen des beatmungsassoziierten Lungenschadens (ventilator associated lung injury, VALI) durchgeführt. An insgesamt 60 Schweinen wurde das Auftreten von atemzyklischem Alveolarkollaps und -rekrutierung mit unterschiedlichen Techniken detektiert und quantifiziert.
Ein VALI kann aus verschiedenen iatrogenen Verletzungsmechanismen der Lunge resultieren (Barotrauma, Volutrauma, Atelektrauma und Biotrauma). In dieser Studie wurden unterschiedliche Lungenschädigungsmodelle (Lavage-, Ölsäure- und Ischäme-Reperfusionsmodell) untersucht, um zwei verschieden Theorien zum Pathomechanismus des VALI, die derzeit kontrovers diskutiert werden, zu untersuchen:
Bei einer vorgeschädigten Lunge findet während kontrollierter Beatmung ein zyklischer Alveolarkollaps und anschließende Alveolarrekrutierung statt. Vertreter dieser Theorie beziehen sich vornehmlich auf tierexperimentelle Studien, die anhand eines Lavagemodells der Lunge (Surfactantdepletion, primärer Lungenschaden) durchgeführt wurden.
Dem steht die Theorie intrapulmonaler Flüssigkeitsverschiebungen als primärer Schädigungsmechanismus während kontrollierter Beatmung gegenüber. Vertreter dieser Theorie benutzen tierexperimentell meistens das Ölsäuremodell (Simulation eines sekundären Lungenschadens, zum Beispiel in Folge einer Sepsis).

Wir haben diese beiden Tiermodelle zur Anwendung gebracht und darüberhinaus ein Ischämie-Reperfusionsmodell etabliert, das die klinische Situation eines hämorrhagischen Schocks mit anschließender Transfusion (wie zum Beispiel bei einem Polytraumapatienten) simuliert. Diese Situation führt häufig zu einer sekundären Inflammationsreaktion der Lunge. Schließlich wurden kontrolltiere (Messungen an Tieren ohne Lungenschaden) untersucht.
Erfasst wurden jeweils im Zeitverlauf die allgemeine Hämodynamik, Spirometrie und Blutgasanalysen. Darüber hinaus wurden die atemzyklischen globalen und regionalen Veränderungen der Lunge mit folgenden Verfahren untersucht und quantifiziert:
Mittels eines optischen Fluoreszenz-Quenching Verfahrens wurden atemsynchrone paO2-Schwankungen (Oszillationen) über eine spezielle Sonde (Foxyprobe, Ocean Optics, Florida) in der Aorta mit hoher Zeitauflösung (80 ms) aufgezeichnet.
Diese Oszillationen wurden auch durch zyklische Veränderungen der peripheren Sauerstoffsättigung detektiert. Hierzu kam in Kooperation mit der Firma MASIMO ein entsprechend schnell messendes Pulsoxymetriegerät zum Einsatz.
Mit Hilfe der funktionellen Elektrischen Impedanztomographie (f-EIT), wurden Schnittbilder erstellt, welche die regionale Belüftung der Lunge mit einer Frequenz von 13 Bildern pro Sekunde wiedergeben. Verschiedene „Region-of-Interest“ - Analysen ermöglichen es, Rückschlüsse auf regionale Tidalvolumina, FRC-Verteilung und regionale Zeitkonstanten zu ziehen.
Die Multiple Inertgas Eliminationstechnik (MIGET) in Form einer MMIMS-MIGET Messapparatur ist eine Kombination aus Massenspektrometer (MS) der Quadrupolbauart mit einem Micropore Membrane Inlet (MMI) Probenaufnahmesystem. Mit der MIGET lassen sich Shuntfraktion und die Ventilations-Perfusions-Verteilungen (sogenannte V/Q-Plots) bestimmen. Diese Messungen wurden global als auch Atemzyklus-getriggert erhoben.



Die Tiere wurden im Anschluss an die Versuche bezüglich pathologischen Veränderungen hin eingehend untersucht. Folgende Parameter wurden diesbezüglich erfasst:

Morphologische Beschreibung der Markoskopie unter Anwendung eines eigens entwickelten Scores,
Photographie der Lunge, Bestimmung der „Dry to wet – ratio“, Bestimmung des Proteingehalts in der Bronchialflüssigkeit, Histopathologie (HE-Färbung) der Lunge, Messung von MPO (Quantifizierung der Leukozytenaggretation in der Lunge), Messung von Inflammationsmarkern im Lungengewebe (IL-6, IL-8, TNF α, MCP-1 (macrophage chemotactic protein) und ET-1 (endothelin))



In Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. J.D. West in Denver wurde die pulmonale Induktion des „bone morphogenic protein“ (BMP)-Pfades als frühem genetischen Marker der pulmonalen Inflammationsreaktion untersucht. Bisherige Erkenntnisse zu diesem Marker beschränken sich auf Nagetiere, so dass dies die erste Untersuchung an einem höheren Säugetier darstellt.



Dieses Projekt wird im Rahmen einer interdisziplinären Kooperation mit dem Institut für Neurochirurgische Pathophysiologie (Prof. Dr. O. Kempski), dem Institut für Pathologie (Prof. Dr. J. Kirkpatrick) und der Klinik und Poliklinik für Radiologie (Prof. Dr. C. Düber) durchgeführt.


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