Untersuchung des Einflusses verschiedener Tidalvolumina auf das ausgeatmete Atemkondensat (EBC) bei mechanisch beatmeten Patienten (TDEBC)

EINFÜHRUNG:

Atemwegsentzündungen spielen bei vielen Atemwegserkrankungen eine Schlüsselrolle. Nicht-invasive Methoden zur Untersuchung dieser Entzündungsprozesse und zur Überwachung von Atemwegserkrankungen sind sehr gefragt. Stimulierendes Interesse besteht in der Atemanalyse, wie z. B. der Analyse des ausgeatmeten Atemkondensats (EBC), einer Technik zur Probenahme der epithelialen Auskleidungsflüssigkeit der Lunge (ELF), als noch einfachere Methode zur Beurteilung von Atemwegsentzündungen (1,2). Der Reiz der EBC liegt in ihrer Fähigkeit, ein breites Spektrum nichtflüchtiger Moleküle aus dem Respirationstrakt nicht-invasiv zu sammeln, in der Tatsache, dass sie häufig innerhalb kurzer Intervalle ohne unerwünschte Ereignisse wiederholt werden kann und dass Sammelvorrichtungen in einem breiten Spektrum von verwendet werden können Einstellungen einschließlich Intensivstationen (3,4,5,6).

Die Analyse von EBC konnte nicht auf die Patientenüberwachung und das Verständnis der Mechanismen von Lungenerkrankungen beschränkt werden. Es könnte auch ein nützliches Instrument für die Überwachung und das Screening gesunder Personen auf mögliche frühe Lungengewebeschäden werden (6,7). Es besteht ein besonderer Bedarf an mehr Daten zu intraindividuellen und täglichen Variationen, die beide für die Entscheidung, ob ein Biomarker als Forschungsinstrument dienen kann oder sogar das Potenzial für die Krankheitsüberwachung in der klinischen Praxis hat, von wesentlicher Bedeutung sind (7) .

Seit einiger Zeit ist bekannt, dass mechanische Beatmung Lungenschäden und Entzündungen hervorrufen kann (8,9,10). Jüngste experimentelle und klinische Daten deuten darauf hin, dass bei gesunden Lungen eine mechanische Beatmung mit einem Tidalvolumen zwischen 7 und 12 ml/kg ohne positiven endexspiratorischen Druck zu einer Schädigung des Endothels, der extrazellulären Matrix und der peripheren Atemwege ohne größere Entzündungsreaktion führen kann, was mit höheren Tidalvolumina weiter verschlechtern (15,34). Mehrere Mechanismen können die durch mechanische Beatmung verursachte Schädigung der Lungenstruktur erklären: regionale Überdehnung, „niedriges Lungenvolumen“ in Verbindung mit dem Schließen der Atemwege und Inaktivierung von Surfactant (15).

Es wurde gezeigt, dass die Beatmung mit hohem Atemzugvolumen zu einer erhöhten Sterblichkeit führt, während die Beatmung mit niedrigem Atemzugvolumen als Lungenschutzstrategie bei ALI, ARDS angesehen wird (11,12,13,35).

Im Gegensatz dazu war in anderen randomisierten Studien (31, 32), die eine heterogene Gruppe größerer thorakaler und abdominaler chirurgischer Eingriffe umfassten, die protektive mechanische Beatmung nicht mit einem Rückgang der intrapulmonalen und systemischen Entzündung verbunden. Darüber hinaus gab es keine Hinweise darauf, dass eine Schutzbeatmung Lungennebenwirkungen oder verringerte systemische Zytokinspiegel bei Herzoperationen verhinderte (33).

Im Einklang mit diesen Beobachtungen und in Anbetracht dessen, dass ein praktischer Parameter einer erhöhten mechanischen Belastung der Lunge noch nachgewiesen werden muss, könnten Studien die Frage behandeln, ob die Analyse von EBC-Biomarkern mit einer beatmungsinduzierten Lungenschädigung durch niedrige oder hohe Atemzugvolumina zusammenhängt.

MATERIALEN UND METHODEN:

Die vorliegende Studie ist eine prospektive, randomisierte, kontrollierte Studie, die auf der Intensivstation des Universitätskrankenhauses von Larissa, Thessalien, durchgeführt wird. Die Genehmigung wurde vom Wissenschaftlichen Rat und der Ethikkommission unseres Krankenhauses erteilt.

Patienten:

Patienten auf der Intensivstation, die aufgrund eines Schlaganfalls, einer Subarachnoidalblutung und/oder einer intrazerebralen Blutung eine mechanische Beatmung benötigen und über ein gesundes Atemsystem verfügen (bewertet anhand von Kriterien wie dem LISS – Murray Lung Injury Severity Score) (14).

Eingriffe:

Die EBC-Sammlung wird bei mechanisch beatmeten Patienten durch den Endotrachealtubus gemäß ATS/ERS Task Force 2005 (7) durchgeführt. Die Patienten müssen hämodynamisch und respiratorisch stabil sein.

Alle Patienten werden sediert und volumenkontrolliert beatmet. Die Atemfrequenz wird an das eingestellte Tidalvolumen angepasst, um die pH-Werte innerhalb normaler Grenzen (7,35–7,45) zu halten. SaO2 wird gleich oder höher als 95 % gehalten.

EBC wird durch Einführen eines speziellen Conduit (FILT, lung and Thorax Diagnostics Ltd. Berlin Deutschland) für das Atemkondensat-Sammelgerät (Ecoscreen, Jaeger, Deutschland) in den Exspirationsschenkel des Beatmungsschlauches. Die Sammelzeit für EBC beträgt 30 Minuten. Während der Entnahme wird keine Befeuchtung verwendet.

Der Säuregrad (pH) von EBC vor und nach der Entlüftung mit einem Inertgas Argon, 350 ml/Minute für 10 Minuten, (Gasstandardisierung) (17) wird einfach mit einem pH-Meter Jenway Modell 3510 gemessen.

Alle Proben werden für nachfolgende Mediatormessungen bei –80°C gelagert. Variablen der Beatmung (Frequenz, PEEP, FIO2, Vt), Lungenmechanik, arterieller Druck, Herzfrequenz, arterielle Blutsättigung, ICP- und Gasblutprobenuntersuchung werden vor und während der EBC-Entnahme registriert. Während des Beobachtungszeitraums werden auch Indizes der Lungenschädigung (PiO2/FiO2, LISS) und Indizes der systemischen Entzündung (Temperatur, Leukozyten- und Neutrophilenzahlen in Blutproben) registriert. Krankheitsschwere-Indizes (SOFA, SAPS, APACHE II) werden während der Erstbewertung registriert.

EBC-Analyse:

Das gesammelte EBC wird auf pH, 8-Isoprostan, H2O2, Nitrite/Nitrate und Zytokine analysiert. Die Messung von Biomarkern wird, wie zuvor beschrieben, unter Verwendung standardisierter Verfahren durchgeführt.

pH-Messungen: Der pH-Wert wird wie zuvor beschrieben gemessen (16,17). H2O2-Messungen: Die H2O2-Konzentration wird durch einen enzymatischen Assay unter Verwendung von Meerrettichperoxidase (Sigma Chemicals, St. Louis, MO) bestimmt, wie zuvor beschrieben (17,18,19,20).

8-Isoprostan-Messungen: 8-Isoprostan wird durch ein kompetitives Enzymimmunoassay-Kit (Cayman Chemical, Ann Arbor, MI) bestimmt, wie zuvor beschrieben (17, 18, 21, 29). Die Nachweisgrenze des Assays beträgt 4 pg/ml.

Messungen von Stickoxiden, Nitrit/Nitrat (NO2/NO3) und verwandten Produkten: werden wie zuvor beschrieben durchgeführt (17,22). Kurz gesagt, wird unter Verwendung von spektrophotometrischen Assays (Griess-Reaktion) bestimmt (23, 24, 25, 26, 27, 28).

Zytokinmessung: wird durch EIA/ELISA-Kits wie zuvor beschrieben quantifiziert (24,25,29,30).

Protokolldetails:

Die Patienten werden nach der Erstbewertung randomisiert und erhalten eine mechanische Beatmung mit 6 oder 12 ml/kg idealem Körpergewicht, berechnet nach der folgenden Gleichung:

Für Männer [(Höhe (cm)-154) x 0,9] +50 und für Frauen [(Höhe (cm)-154) x 0,9] +45,5. Der Beobachtungszeitraum beträgt mindestens 10 Tage (wenn möglich) und die EBC-Sammlung wird innerhalb der ersten 24 Stunden nach der Aufnahme (Tag 0) und an den Tagen 1, 2, 4, 6, 8, 10 durchgeführt.

Die EBC-Sammlung am Tag 0 wird unter beiden Beatmungsmodalitäten durchgeführt, um die Menge und Zusammensetzung der gesammelten EBC von demselben Patienten zu untersuchen, der mit unterschiedlichen Tidalvolumina beatmet wurde. Für die nächsten Messungen wird die EBC-Sammlung für jede Gruppe unter den voreingestellten Beatmungsbedingungen durchgeführt.

Komplikationen wie VAP, ARDS oder Sepsis während des Beobachtungszeitraums werden erfasst.

Statistische Analyse:

Die Analyse wird mit SPSS für Windows v. 16.0 durchgeführt. Die Normalverteilung wird mit dem Kolmogorov-Smirnov-Test überprüft. Normalverteilte Daten werden als Mittelwert ± Standardabweichung (SD) dargestellt, während schiefe Daten als Median (Interquartilbereich) dargestellt werden. Vergleiche zwischen zwei Gruppen werden mit ungepaarten t-Tests für normalverteilte und Mann-Whitney-Tests für schiefe Daten ausgewertet. Vergleiche zwischen mehr als zwei Gruppen werden mit Varianzanalyse (ANOVA) mit geeigneten Post-hoc-Tests durchgeführt