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Die lungenprotektive Beatmung reduziert die Mortalität bei Patienten mit Acute Respiratory Distress Syndrom (ARDS). Um den beatmungsinduzierten Lungenschaden (Ventilator Induced Lung Injury (VILI)) zu minimieren, werden Tidalvolumina limitiert, hohe Plateaudrücke vermieden und ein positiv endexspiratorischer Druck entsprechend der Leitlinien angewandt. Doch der Einfluss spezifischer Beatmungsschemata auf den VILI ist nicht genau definiert.
Die Erhöhung der Inspirationszeit und somit des Verhältnisses zwischen Inspiration und Exspiration kann die Oxygenierung zwar verbessern, erhöht jedoch auch die Zeit der Einwirkung von Stress und Strain auf die Lunge. Die Hypothese dieser Arbeit ist, dass die Erhöhung der Inspirationszeit und damit des Verhältnisses von Inspiration zu Exspiration (I:E) sich besonders im ARDS schädlich auf die Lunge auswirkt und VILI weiter verstärkt.
VILI wurde im murinen Experimentalmodell durch Beatmung mit hohen Tidalvolumina (HVT: 34ml/kg) induziert. Die Beatmung mit niedrigen Tidalvolumina (LVT 9ml/kg) wurde als Kontrolle benutzt. In allen Gruppen erfolgte die Beatmung mit 50 % Sauerstoffkonzentration in der Einatemluft (FiO2) und einem PEEP von 2 cmH2O. HVT- und LVT-Mäuse wurden mit einer I:E-Ratio von 1:2 oder 1:1 für eine Gesamtdauer von 4 Stunden oder bis zum einem alternativen Endpunkt, definiert durch einen Blutdruckabfall unter 40mmHg, beatmet. Eine dynamische Hyperinflammation bedingt durch ein erhöhtes I:E-Verhältnis wurde in einer separaten Gruppe ausgeschlossen. Ausgewertet wurden das Überleben bei Beatmung über 4 Stunden, die Lungencompliance, Oxygenierung, sowie nach Versuchsende die pulmonale Permeabilität, die Konzentrationen gängiger Mediatoren der pulmonalen und der systemischen Inflammation (Leukozytendifferenzierung in Lunge und Blut; Messung von IL-6, IL1-ß, KC, MCP-1 in BAL und Blut) und histopathologische Veränderungen des Lungengewebes.
In den Kontrollgruppen mit protektiver Beatmung (LVT 1:2 und LVT 1:1) wurden keine VILI typischen Veränderungen festgestellt und alle Tiere überlebten die Beatmungsdauer. Die HVT 1:2-Gruppe zeigte im Vergleich eine verringerte Lungen-Compliance, eine vermehrte Expression von entzündungstypischen Zytokinen und Einwanderung von neutrophilen Granulozyten, sowie deutliche histologische Zeichen des Lungenschadens. Auch hier überlebten alle Tiere die Beatmung von 4 Stunden. Die Tiere der HVT 1:1-Gruppe zeigten eine signifikant schlechtere Oxygenierung, Lungen-Compliance und eine vermehrte Expression proinflammatorischer Zytokine, sowie eine erhöhte Anzahl neutrophiler Granulozyten in Blut und Lunge. In der HVT 1:1-Gruppe kam es zu einer signifikant höheren Mortalität aufgrund der mechanischen Beatmung.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Erhöhung der Inspirationszeit und damit das I:E-Verhältnis den mit der maschinellen Beatmung assoziierten Lungenschaden bei Mäusen signifikant verschlimmert. Daraus lässt sich ableiten, dass das Produkt aus Stress/Strain und Inspirationszeit ein entscheidender Faktor in der Pathogenese des VILI im ARDS ist und somit so gering wie möglich gehalten werden sollte. Dementsprechend sollte jeder Anlass bei der Beatmung eines Patienten, die Inspirationszeit zu erhöhen, kritisch hinterfragt werden.