Variable Zelldehnung und maschinelle Beatmung: Eine Untersuchung zu den Mechanismen und Langzeiteffekten einer neuen Beatmungsstrategie

• Antragsteller: Professor Dr. Marcelo Gama de Abreu
• Fachliche Zuordnung: Anästhesiologie
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 234005084

Im Vergleich zu konventioneller Beatmung ist die variable Beatmung in der Lage, im experimentell induzierten Lungenversagen die Lungenfunktion zu verbessern und die Lungenschädigung zu minimieren. Diese Effekte können teilweise durch eine Umverteilung von Belüftung und Perfusion in schwerkraftabhängige Lungenareale, welche mit einer Verbesserung des Ventilations- Perfusionsverhältnis einhergehen, erklärt werden. Neben Mechanismen auf makroskopischer Ebene könnten durch variable Dehnung veränderte zelluläre Reaktionen im Rahmen der Mechanotransduktion in Alveolarepithelzellen für die lungenprotektiven Effekte während variabler Beatmung verantwortlich sein. Ziel des beantragten Projektes ist es, Mechanismen der Lungenprotektion durch variable Langzeitbeatmung in der Mikro- und Makrostruktur der Lunge (Studie A und Studie B) zu untersuchen. In Studie A sollen L2 Alveolarepithelzellen sowie primäre Typ I und II Alveolarepithelzellen der Ratte zyklischer variabler und nichtvariabler Dehnung ausgesetzt werden. Dabei sollen inflammatorische Antwort, Aktivierung von Transkriptionsfaktoren sowie Regulation von Ionenkanälen in der Zellmembran untersucht werden. In Studie B sollen Schweine nach Induktion eines akuten Lungenversagens gemäß einem Double Hit Modell über 24h mittels variabler und nichtvariabler volumenkontrollierter Beatmung therapiert werden. Währenddessen soll die regionale Verteilung des Uptake von intravenös applizierter 18F-Fluorodesoxyglukose (18F-FDG) in der Lunge unter Nutzung der Positronenemissionstomographie und eines Multikompartmentmodells für die 18F-FDG Kinetik analysiert werden. In Studie A sollen folgende Hypothesen untersucht werden: Variable Dehnung ist im Vergleich zu nichtvariabler Dehnung in der Lage 1) die Genexpression des mechanosensitiven Zellmembranproteins Amphiregulin, 2) die Aktivierung und Freisetzung inflammatorischer Zytokine und 3) die Aktivierung von Transkriptionsfaktoren sowie deren Translokation in den Zellkern zu reduzieren. 4) Variable führt im Vergleich zu nichtvariabler Dehnung zu einer Downregulation von Ionenkanälen in der Zellmembran. In Studie B sollen folgende Hypothesen untersucht werden: Variable Beatmung führt im Vergleich zu nichtvariabler Beatmung a) zu einer Reduktion sowie Umverteilung der Infiltration mit neutrophilen Granulozyten in der Lunge, b) zu einer Reduktion des diffus alveolären Schadens, c) zu einer Verbesserung des Gasaustauschs und d) zu einer homogeneren Verteilung von Belüftung, Ventilation und Perfusion in der Lunge. Die Ergebnisse dieses Projekts können helfen, mikro- und makrostrukturelle Mechanismen der Lungenprotektion zu verstehen sowie Langzeiteffekte variabler maschineller Beatmung zu charakterisieren. Aus den gewonnenen Erkenntnissen sollen wichtige Schlussfolgerungen für die Planung und Durchführung klinischer Studien zu dieser Beatmungsform gezogen werden, welche dann zu Veränderungen der Beatmungstherapie von Patienten mit akutem Lungenversagen führen können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Italien, USA
• Beteiligte Institution: Massachusetts General Hospital; Department of Anesthesia, Critical Care and Pain Medicine; Università degli Studi di Genova; Dipartimento di Scienze Chirurgiche e Diagnostiche Integrate; Technische Universität Dresden ; Medizinische Fakultät Carl-Gustav-Carus ; Institut für Anatomie; Universitätsklinikum Aachen, AöR; Institut für Pharmakologie und Toxikologie; Universitätsklinikum Carl Gustav Carus; an der Technischen Universität Dresden; Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin
• Beteiligte Personen: Professor Dr. Michael Kasper; Professor Dr. Jörg Kotzerke; Professor Dr. Paolo Pelosi; Professor Dr. Stefan Uhlig; Professor Dr. Marcos Francisco Vidal Melo