Bewertung der Mikrozirkulationsveränderung sowohl mit sublingualer Mikrozirkulation als auch mit Nahinfrarotspektroskopie bei ARDS

Die Mikrozirkulation besteht aus einem verzweigten Netzwerk kleiner Blutgefäße (<100 μm Durchmesser), das die Arteriolen, Kapillaren und Venolen umfasst und eine entscheidende Rolle bei der Sauerstoffversorgung der Gewebezellen spielt. Mikrozirkulationsveränderungen werden häufig bei kritisch kranken Patienten und insbesondere bei Patienten mit schwerer Sepsis beobachtet. Diese Veränderungen sind durch eine Abnahme der Kapillardichte gekennzeichnet, die zu einer Vergrößerung der Diffusionsstrecke von Sauerstoff zum Gewebe und einer Zunahme der Heterogenität der Perfusion führt. Zu diesen Störungen der Mikrozirkulation gehört das Vorhandensein von unter- oder nicht durchbluteten Kapillaren in unmittelbarer Nähe zu gut durchbluteten Kapillaren. Daher können diese funktionell gefährdeten Mikrozirkulationsbereiche hypoxisch werden, was zu einem Defizit bei der Sauerstoffextraktion führt. Dieses Phänomen wird als „Mikrozirkulations-Shunting“ bezeichnet und spielt eine wichtige Rolle in der Pathophysiologie von Sepsis und Multiorganversagen.

Die anhaltende und unvollständige Umkehrung der mikrozirkulatorischen und regionalen Hypoxie gilt als ein wesentlicher Faktor, der zur Entwicklung und Aufrechterhaltung eines Multiorganversagens beiträgt. Leider bleiben Veränderungen der mikrovaskulären Perfusion nach der Korrektur systemischer hämodynamischer Anomalien häufig bestehen und ihr Schweregrad ist mit einem schlechten Ergebnis verbunden. Ein solcher Verlust der hämodynamischen Kohärenz zwischen Makro- und Mikrozirkulation wurde in mehreren klinischen und experimentellen Studien beschrieben und erwies sich als unabhängiger Prädiktor für unerwünschte Folgen und Organdysfunktionen. Es wird vermutet, dass die Mikrozirkulation der Motor der Sepsis ist.

Konzeptionell können aktuelle Techniken, die eine Überwachung der Mikrozirkulation ermöglichen, in zwei Hauptgruppen eingeteilt werden: (1) Methoden, die eine Bewertung der lokalen Gewebesauerstoffversorgung als Ersatz für den mikrozirkulatorischen Blutfluss ermöglichen. (2) Methoden, die eine direkte Visualisierung des mikrovaskulären Netzwerks und des mikrozirkulatorischen Blutflusses ermöglichen.

Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) wurde als Instrument zur Überwachung der Gewebesauerstoffsättigung (StO2) bei akut erkrankten Patienten eingesetzt und wurde als Instrument zur Quantifizierung mikrovaskulärer Dysfunktion bei Patienten mit Sepsis vorgeschlagen. Gemäß dem Beerschen Gesetz ist das NIRS-Signal auf Gefäße mit einem Durchmesser von weniger als 1 mm (Arteriolen, Kapillaren und Venolen) beschränkt. Da jedoch 75 % des Blutes in einem Skelettmuskel venös ist, stellen NIRS-StO2-Messungen meist lokale Werte dar venöse Hämoglobin-O2-Sättigung. NIRS wurde bei verschiedenen klinischen Erkrankungen wie schwerem Trauma, hämorrhagischem Schock, septischem Schock und kardiogenem Schock oder schwerem Herzversagen eingesetzt. Der Nutzen und die Anwendung von NIRS in der Intensivpflege umfassten hauptsächlich drei Haupt-NIRS-Messungen: (1) kontinuierliche Messung der Gewebesauerstoffsättigung (StO2); 2) Steigung der StO2-Desoxygenierung (DecStO2-Steigung) als Reaktion auf den Gefäßverschlusstest (VOT-Test); und 3) Steigung der StO2-Erholung (RincStO2-Steigung) als Reaktion auf VOT.

Abhängig vom verwendeten Gerät und dem Ort der Messung wurde die Sauerstoffsättigung des Gewebes (StO2) als Marker für die Gewebeperfusion vorgeschlagen. Eine systemische Überprüfung und Mea-Analyse hatte gezeigt, dass Patienten mit schwerer Sepsis oder septischem Schock niedrigere StO2-Werte und eine geringere RincStO2-Steigung aufweisen. Darüber hinaus weisen Überlebende einer schweren Sepsis oder eines septischen Schocks im Vergleich zu Nichtüberlebenden höhere StO2- und RincStO2-Werte auf. Der VOT ist ein provokativer Test, bei dem StO2 an einer distalen Stelle (z. B. dem Daumenballen oder dem Unterarm) gemessen wird, während ein vorübergehender schneller Gefäßverschluss mit einem Blutdruckmessgerät für einen definierten Zeitraum (z. B. 3 Minuten) durchgeführt wird. oder bis der StO2 auf einen definierten Mindestschwellenwert absinkt. Das ischämische Gewebe induziert dann eine Vasodilatation der umgebenden Arteriolen, Metaarteriolen und präkapillären Schließmuskeln, um den lokalen Gefäßwiderstand zu verringern und den Blutfluss wiederherzustellen. Sobald dieser Schwellenwert erreicht ist, wird das Tourniquet gelöst und die Durchblutung wiederhergestellt. Es kommt zu einer reaktiven hyperämischen Reaktion, die die Fähigkeit des Gewebes darstellt, den Blutfluss und die Sauerstoffversorgung automatisch zu regulieren. Aus dieser Technik ergeben sich mehrere Parameter, darunter: 1. die Desoxygenierungsrate (RdecStO2), die vermutlich die lokale Stoffwechselrate widerspiegelt, 2. die Reoxygenierungsrate (RincStO2), die vermutlich die Zeit widerspiegelt, die zum Auswaschen von stagnierendem Blut erforderlich ist Man geht davon aus, dass die lokale Herz-Kreislauf-Reserve und der Mikrozirkulationsfluss sowie die postobstruktive hyperämische Reaktion davon abhängen.

Für die Rate des StO2-Anstiegs (RincStO2), die als StO2-Erholungssteigung bezeichnet wird, wird angenommen, dass die Fähigkeit zur Rekrutierung von Mikrogefäßen als Reaktion auf einen hypoxischen Reiz geringer ist, wenn die StO2-Erholungssteigung verringert wird. Viele Veröffentlichungen haben gezeigt, dass der RincStO2 bei septischen Patienten verringert ist. Es wurde gezeigt, dass die Steigung der StO2-Erholung bei septischen Patienten geringer ist und dass das Vorhandensein dieser Veränderung in den ersten 24 Stunden der Sepsis und ihr Fortbestehen mit einem schlechteren Ergebnis verbunden sind. Bei den septischen Patienten war der RincStO2 bei Überlebenden höher als bei Nicht-Überlebenden und war am stärksten mit Organfunktionsstörungen und Mortalität verbunden.

StO2 ist jedoch kein direktes Maß für den mikrovaskulären Blutfluss, sondern ein Index der Sauerstoffversorgung des Gewebes, der vom Gleichgewicht zwischen O2-Lieferung (DO2) und Sauerstoffverbrauch (VO2) abhängt. Jede Änderung des StO2 kann eine Änderung des Flusses in die gleiche Richtung und/oder eine Änderung des Stoffwechsels in die entgegengesetzte Richtung widerspiegeln. Noch wichtiger ist, dass proportionale Veränderungen im Fluss und Stoffwechsel mit einer unveränderten StO2 verbunden sein können. Der Vasoreaktivitätstest bewertet die mikrovaskuläre Reserve stärker als die tatsächliche mikrovaskuläre Perfusion. Obwohl der StO2-Wert bei septischen Patienten im Vergleich zu gesunden Freiwilligen geringfügig niedriger ist, gibt es tatsächlich große Überschneidungen zwischen den Gruppen. Es wurde kein signifikanter Unterschied in der StO2 zwischen verletzten Patienten und gesunden Freiwilligen bei septischem Schock, nach der Operation und bei gesunden Probanden festgestellt; zwischen septischem Schock und normalen Freiwilligen; und zwischen Traumapatienten und gesunden Probanden, oder sogar eine höhere Sauerstoffspannung im Gewebe bei Patienten mit Sepsis wurde berichtet.

Infolgedessen wurde ein Gefäßverschlusstest (VOT) in Kombination mit einer StO2-Messung vorgeschlagen, um die Unterscheidungskraft zu verbessern und die Mikrooxygenierung des Gewebes bei septischem Schock besser zu bewerten. Es hat sich gezeigt, dass der Einsatz von VOT die Vorhersagefähigkeit von StO2 auf Szenarien wie Trauma, schwere Sepsis und septischen Schock verbessert und erweitert.

Mikrovideoskopische Techniken gelten als Goldstandard für die Untersuchung der Mikrozirkulation, da sie die direkte Visualisierung der mikrovaskulären Perfusion und die Charakterisierung ihrer Veränderungen ermöglichen. Kürzlich wurde ein leichtes handgehaltenes Vitalmikroskop (CytoCam) der dritten Generation auf Basis der einfallenden Dunkelfeld-Bildgebung entwickelt. Die direkte Visualisierung der sublingualen Mikrozirkulation ermöglicht die quantitative Bestimmung der Kapillardichte, der Mikrogefäßmorphologie und der Dynamik des mikrozirkulatorischen Blutflusses.

Flussvariablen, einschließlich Mikrovaskulärer Flussindex (MFI) und Anteil perfundierter Gefäße (PPV), sowie Kapillardichte, einschließlich Gesamtgefäßdichte (TVD) und perfundierter Gefäßdichte (PVD), und Flussverteilungs-Heterogenitätsindex (HI), wurden entsprechend berechnet nach internationalen Kriterien. Die bei einer Sepsis beobachteten Veränderungen sind häufig durch eine sehr heterogene Perfusion gekennzeichnet, wobei Kapillaren mit gestopptem Fluss neben Gefäßen mit fließenden Zellen liegen.

Mikrovaskuläre Veränderungen, die durch eine verringerte funktionelle Kapillardichte, eine erhöhte Perfusionsheterogenität und einen erhöhten Anteil verstopfter und intermittierend perfundierter Kapillaren gekennzeichnet sind, tragen zu dem bei Sepsis beobachteten Defekt der Sauerstoffextraktion bei und können an der Entwicklung eines Organversagens beteiligt sein. Mikrozirkulationsveränderungen sind bei Nichtüberlebenden schwerwiegender als bei Überlebenden. Die Überlebensrate nahm mit zunehmendem Schweregrad der Veränderung der Mikrozirkulation zunehmend ab. Darüber hinaus waren Veränderungen der mikrovaskulären Perfusion einer der stärksten Prädiktoren für das Ergebnis und blieben in der multivariaten Analyse unabhängig mit dem Ergebnis verbunden. Auch der zeitliche Verlauf mikrovaskulärer Veränderungen unterscheidet sich zwischen Überlebenden und Nicht-Überlebenden. Bei den Überlebenden besserten sich die mikrovaskulären Veränderungen mit der Zeit als Reaktion auf die Therapie, bei den Nicht-Überlebenden jedoch nicht. Umgekehrt korrelierte das Fortbestehen dieser Mikrozirkulationsveränderungen nach den ersten 24 Stunden stark und unabhängig mit der Mortalität infolge von Kreislaufversagen in der Frühphase und Multiorganversagen in der Spätphase. Für den Flussparameter wurden im Jahr 2009 in einer internationalen multizentrischen Beobachtungsprävalenzstudie bei Intensivpatienten auf 36 Intensivstationen weltweit, an der 501 Patienten teilnahmen, Mikrozirkulationsveränderungen MFI < 2,6 in Kombination mit Tachykardie (Herzfrequenz > 90) als unabhängiger Risikofaktor für eine erhöhte Krankenhausmortalität identifiziert.

Unter den Mikrozirkulationsvariablen besteht kein klarer Konsens darüber, welcher Mikrozirkulationsperfusionsparameter am wichtigsten ist. Die verminderte Mikrozirkulationsperfusion, gemessen anhand von PPV, PVD und MFI, war mit Mortalität verbunden. Sie berichteten, dass der PPV-Parameter der stärkste Prädiktor für die Mortalität war und dass dieser Zusammenhang in mehreren logistischen Regressionsmodellen sowohl für frühe (< 24 Stunden) als auch für späte (≥ 24 Stunden) Zeitpunkte aufrechterhalten wurde. In einer ähnlichen Studie waren gestörter Fluss und erhöhte Heterogenität des Flusses signifikant gestörte Merkmale der Mikrozirkulation bei Nicht-Überlebenden im Vergleich zu Überlebenden. Darüber hinaus gab es in einer Studie mit 49 Intensivpatienten im septischen Schock keinen Unterschied in den Mikrozirkulationsperfusionsparametern zu Beginn des Schocks, aber Überlebende konnten ihre Mikrozirkulationsperfusion wiederherstellen, was durch signifikante Unterschiede im PPV angezeigt wurde. Allerdings wurden in der ProCESS-Studie die Dichtemaße TVD, PVD und der De-Backer-Score (eine Schätzung der Gesamtdichte) mit der Mortalität zu allen Zeitpunkten in einem einzelnen Modell und zum 72-Stunden-Zeitpunkt in Verbindung gebracht Zeitraum. Welche Mikrozirkulationsparameter den größten pathophysiologischen Einfluss haben, muss daher noch in weiteren Studien untersucht werden.

Das akute Atemnotsyndrom (ARDS) ist die schwerste Form einer akuten Lungenschädigung auf der Intensivstation. Das Kennzeichen der ARDS-Pathogenese ist eine deutlich erhöhte Permeabilität aufgrund von Endothel- und Epithelschäden [58]. Anhaltende und ausgeprägte Gewebehypoxie und Multiorganversagen sind die Haupttodesursache. Die auf ARDS zurückzuführende Mortalität bleibt in den letzten zehn Jahren ohne Erfolg hoch. Kürzlich ergab die Studie „The Large Observational Study to Understand the Global Impact of Severe Acute Respiratory Failure“ (LUNG SAFE), dass bei den 29.144 Patienten, die auf teilnehmenden Intensivstationen aufgenommen wurden, die Krankenhaussterblichkeit 34,9 % bei leichten, 40,3 % bei mittelschweren Atemwegserkrankungen betrug 46,1 % für schweres ARDS.

Aus der oben genannten Diskussion für die beiden Hauptbewertungen NIRS und sublinguale Mikrozirkulation ergeben sich daher folgende Ziele unserer Studie:

1. Vergleich der Vorhersagekraft des NIRS und der sublingualen Mikrozirkulation für die Prognose von ARDS. Lässt sich darüber hinaus die Prognose des ARDS genauer vorhersagen, wenn die Forscher gleichzeitig Mikrozirkulationsveränderungen mit NIRS und sublingualer Mikrozirkulation beurteilen?
2. Um abzugrenzen, welche Parameter der Mikrozirkulationsveränderung, Fluss- oder Dichtevariablen den größten pathophysiologischen Einfluss auf die Prognose von ARDS haben?