Stoffwechsel- und physiologische Veränderungen während kleinerer orthopädischer Eingriffe bei ansonsten gesunden Patienten

Sauerstoffzugabe während der Vollnarkose Während der Vollnarkose ist die Verwendung von zusätzlichem Sauerstoff zur Vermeidung einer lebensbedrohlichen Hypoxämie seit vielen Jahren gängige Praxis. Dies führt zu überdurchschnittlichen Sauerstoffwerten in der Lunge (Hyperoxie) und bei den meisten Patienten kommt es auch zu überdurchschnittlichen Werten des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (PaO2) im Blut (Hyperoxämie). Die gleiche Iatrogen-Hyperoxie kommt auch häufig bei beatmeten Patienten auf der Intensivstation vor. Es scheint vergessen zu werden, dass zusätzlicher Sauerstoff ein Medikament ist und wie alle Medikamente nicht im Übermaß verabreicht werden sollte.

Während der Vollnarkose wird häufig ein fester Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs im Bereich von 0,3 bis 1,0 verwendet. Die Patienten werden durch kontinuierliche Messung der peripheren Sauerstoffsättigung überwacht. Wenn diese niedrig ist oder ein arterielles Gas einen niedrigen PaO2-Wert aufweist, wird FiO2 weiter erhöht. Eine Senkung über den voreingestellten FiO2 hinaus erfolgt jedoch selten, selbst wenn die Sauerstoffsättigung 100 % beträgt oder das arterielle Gas einen hohen PaO2 aufweist.

Immer mehr Beweise stellen die Sicherheit dieser großzügigen Verwendung von Hyperoxie als sauerstoffreiche Ergänzung in Frage, und die Bildung von ROS kann zu Zellfunktionsstörungen und damit zu postoperativen Lungenfunktionsstörungen führen.

Nachteilige Auswirkungen von Sauerstoff-FiO2, der den atmosphärischen Gehalt von 0,21 übersteigt, können direkte toxische Auswirkungen auf das Lungengewebe haben, insbesondere bei FiO2 über 0,60. Studien aus den 1970er Jahren zeigten, dass bei der Atmung von FiO2 1,0 über mehr als vier Stunden leichte Symptome wie Tracheobronchitis und Rippenfellentzündung auftraten. Hierbei handelt es sich um eine leichte Reizung hinter dem Brustbein, in den Atemwegen oder in der Lunge. Dieses Unbehagen wird durch tiefes Einatmen verstärkt und kann Husten verursachen. Sie zeigten auch einen hohen FiO2-Wert von 0,95-1,0 Bei mehrtägiger Gabe kommt es zu einem Lungenödem und schließlich zu einer Lungenfibrose. Ein hoher FiO2-Gehalt induziert auch einen Kollaps von Lungenbereichen, was aufgrund der Reabsorptionsatelektase zu einem Lungenshunt führt, und induziert eine pulmonale Vasodilatation, führt ansonsten aber zu einer Vasokonstriktion in allen anderen Gefäßbetten (außer in der Gebärmutter) und verringert dadurch das Herzzeitvolumen und die Durchblutung der Endorgane.

Der genaue Mechanismus der direkten Zellschädigung und Vasokonstriktion ist unbekannt, es wird jedoch angenommen, dass er auf eine erhöhte Produktion von ROS5 zurückzuführen ist.

Im klinischen Umfeld kritisch erkrankter Patienten wurden Hyperoxie und Hyperoxämie mit einer erhöhten Mortalität in Verbindung gebracht, insbesondere bei Untergruppen von Patienten mit Schlaganfall, Schädel-Hirn-Trauma und Patienten, die nach einem Herzstillstand wiederbelebt wurden, und es wurde auch gezeigt, dass die Infarktgröße und die Mortalität nach Hirn- und Myokardinfarkten zunahmen . Eine perioperative Behandlung mit hohem FiO2 wurde auch mit einer erhöhten Mortalität und schweren Atemwegskomplikationen in Verbindung gebracht.

Metabonomics In letzter Zeit wurde der Bildung von ROS unter hyperoxischen Bedingungen große Aufmerksamkeit geschenkt. Neben der Induktion von oxidativem Stress beeinflusst ROS auch eine Reihe von Signaltransduktionswegen, die zu zellulären Veränderungen führen. Mithilfe der Metabonomics können diese Veränderungen erkannt werden.

Metabonomics ist die Analyse aller in einer bestimmten Probe vorhandenen kleinen Moleküle oder Metaboliten mittels Kernspinresonanz (NMR) oder Massenspektrometrie (MS). Metabonomics liefert eine „Momentaufnahme“ aller Metaboliten in einer bestimmten Probe und bietet daher ein großes Potenzial, durch die Analyse der kontinuierlichen Veränderungen im Stoffwechselprofil als Reaktion auf eine bestimmte Exposition mehrere neue Biomarker zu finden.

Oszillometrie-Anästhesie und hoher FiO2 führen zum Kollaps der kleinen Atemwege. Ein neues Atemwegsoszillometriesystem (TremoFlo C-100) ermöglicht eine einfache und nicht-invasive Messung von Veränderungen in den kleinen Atemwegen. Das System misst Widerstand und Reaktanz nicht-invasiv während der normalen Atmung.

Die Studie Wir werden ansonsten gesunde ambulante Patienten untersuchen, die sich während einer Vollnarkose einer kleineren orthopädischen Operation unterziehen, um metabolische und physiologische Veränderungen aufzuklären, die durch eine Beatmung mit FiO2 0,50 für 45 Minuten nach Standardeinstellungen verursacht werden. Ausgeatmetes Atemkondensat (EBC) und arterielles Blut werden vor der Operation gesammelt und während der Operation nach 45 Minuten mechanischer Beatmung mit einem FiO2 von 0,50 wiederholt. Die beiden EBCs und zwei Blutproben werden nach Einschluss aller Patienten zur Analyse bei -80 °C gelagert. Die Stoffwechselveränderungen werden mit NMR-Technik und multivariater statistischer Analyse gemessen, wobei die Ausgangswerte mit Werten verglichen werden, die nach 45 Minuten Sauerstoffexposition erhalten wurden. Alle Proben werden nach den NMR-Analysen vernichtet. Der durch Anästhesie und FiO2 verursachte Kollaps der kleinen Atemwege wird durch Messung des Widerstands und der Reaktanz nach der Operation im Vergleich zu einer Basismessung vor der Operation bewertet.