Kurzfassung

Die zurzeit empfohlenen Einstellungen der HFOV basieren im Wesentlichen auf empirischen Erkenntnissen. Welchen Einfluss die Strömungsvorgänge in den Atemwegen auf die Induktion des beatmungsassoziierten Lungenschadens (VALI) sowie den Gasaustausch haben, ist unbekannt. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Optimierung der HFOV durch systematische Untersuchung der HFOV-Beatmungsparameter im Hinblick auf die lokalen Strömungsverhältnisse, die Effektivität des Gasaustauschs und die...Die zurzeit empfohlenen Einstellungen der HFOV basieren im Wesentlichen auf empirischen Erkenntnissen. Welchen Einfluss die Strömungsvorgänge in den Atemwegen auf die Induktion des beatmungsassoziierten Lungenschadens (VALI) sowie den Gasaustausch haben, ist unbekannt. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist die Optimierung der HFOV durch systematische Untersuchung der HFOV-Beatmungsparameter im Hinblick auf die lokalen Strömungsverhältnisse, die Effektivität des Gasaustauschs und die Induktion eines VALI. Dieses komplexe Ziel soll durch eine Kombination aus numerischen Simulationen und in vivo-Experimenten (kontrastgasgestützte MRT (kMRT) im Tierversuch) stufenweise verwirklicht werden. Zur optimalen Abbildung realer Verhältnisse erfolgt die Modellentwicklung auf der Basis experimenteller Ergebnisse, d.h. die strömungsmechanischen Simulationen des instationären, dreidimensionalen Transports der Atemgase im Tracheobronchialbaum stützen sich auf kMRT-Messdaten der Strömungsgeschwindigkeiten in- vivo. Die Überprüfung des beatmungsassoziierten Lungenschadens wird über die Quantifizierung pulmonaler Inflammationsmediatoren sowie der alveolaren Dehnung (kMRT) überprüft. Die Effizienz der HFOV-Einstellungen in Bezug auf den Gasaustausch wird über kMRT-Messung der alveolären Ventilation untersucht. Regionale intrapulmonare Druckmesswerte bilden zusammen mit den Strömungsgeschwindigkeitswerten die Schnittstelle zwischen Simulation und Experiment. Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Optimierung des Beatmungsverfahrens HFOV in einem interdisziplinären Ansatz aus Strömungsmechanik, Medizinischer Physik / Radiologie und Anästhesiologie. Methodisch bedeutet dies zum einen die stufenweise Entwicklung eines Simulationsmodells, das die Strömungsverhältnisse der Atemgase unter HFOV im Tracheobronchialbaum des ARDS-Schweines realitätsnah abbildet und eine qualifizierte Vorauswahl der Geräteeinstellungen der HFOV erlaubt. Hierzu werden empirische Messdaten an einem Phantom des Tracheobronchialbaumes und in vivo in ARDS-Schweinelungen generiert. Beide Stränge liefern im Wechselspiel in überschaubarer Zeit die Grundlage für die Optimierung der HFOV. Dass hier MRT-Methoden zum Einsatz kommen, macht das Projekt besonders attraktiv, da die MRT die Kontrastgase direkt auf dem Weg durch den Tracheobronchialbaum abbilden kann und so wertvolle lokale Informationen über Gasströmungen und/oder Ventilation liefert. In Kooperation mit der Fa. Viasys und der medizinischen Physik der Klinik und Poliklinik für Radiologie wurde in einem ersten Schritt eine MRI kompatible HFOV Einheit erstellt, die eine Messung von Ventilations- und Strömungsvorgängen mittels kontrastgebender Bildgebung (MRT der Lunge mit hochpolarisierten Edelgasen) ermöglicht. In einem zweiten Schritt wurden sowohl messtechnische Verfahren optimiert um die Bildgebung mittels kMRT während HFOV zu ermöglichen. Erste Modelle und tierexperimentelle Untersuchungen wurden erfolgreich durchgeführt.
Das Projekt ist integriert in den DFG-Forschungsschwerpunkt „Protective Artifical Respiration“


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