Effects of positional changes on alveolar dynamics and respiratory mechanics in rats with and without acute lung injury.
Anaesthesiology
Anatomy and Physiology
Final Report Abstract
Im Rahmen des geförderten DFG Projektes sollte in anspruchsvollen tierexperimentellen Untersuchungen die lageabhängige Veränderung der Lungenmechanik auf mikroskopischer und makroskopischer Ebene untersucht werden. Die Ergebnisse sind noch vorläufig und beispielhaft und müssen durch umfangreiche statistische Analyse entsprechend untermauert und präzisiert werden. Die wesentlichen Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden. Die klinisch relevanten Parameter Compliance und Resistance der globalen Atemmechanikmessung erlauben ohne zusätzliche Informationen keine lageabhängige Beurteilung der Beatmungsqualität. Darüber hinaus lässt sich auch der Grad bzw. die Verteilung des Lungenschadens aus der globalen Atemmechanik nicht differenziert bestimmen. Mithilfe der optischen Kohärenztomografie und der Intravitalmikroskopie lässt sich die Alveolargeometrie bei lungengesunden und lungengeschädigten Versuchstieren lageabhängig erfassen. Es konnte gezeigt werden, dass das verwendete ARDS Modell eindeutig zu einer schwerkraftabhängigen Infiltration proteinreicher Flüssigkeit führt und sich die alveoläre Ventilation ändert. Darüber hinaus weisen die Messdaten darauf hin, dass sich bei Lageänderung des Versuchstieres die Flüssigkeitsverteilung in der Lunge nicht rein Schwerkraftabhängig verändert, sondern maßgeblich durch Atemmanöver (z.B. Rekruitment) beeinflusst werden kann. Momentan gibt es noch keinen Hinweis darauf, dass flüssigkeitsgefüllte Bereiche zu Atelektasen in umliegenden luftgefüllten Bereichen führen, wobei eine weitergehende Untersuchung tieferliegender Lungenareale noch aussteht. Die Entwicklung eines speziellen Bildaufnahmeprotokolls in Kombination mit Bildverarbeitungsalgorithmen macht es möglich Herzschlaginduzierte Bewegungsartefakte des Lungengewebes zu korrigieren und eine echte 3D Volumensegmentierung einzelner Alveolen aus den OCT Daten durchzuführen. Erst nach Abschluss dieser Quantifizierung lassen sich vorhandene lageabhängige Unterschiede erkennen und es kann dann analysiert werden, inwieweit dies mit der globalen Atemmechanik korreliert, bzw. wie die Interpretation der globalen Parameter Resistance und Compliance angepasst werden kann. Darüber hinaus haben sich schon jetzt weiterführende Fragestellungen ergeben, z.B. inwieweit unterschiedliche Beatmungsmanöver in Kombination mit Lagerungstherapie die Ausprägung und den Verlauf von ARDS auf das Lungengewebe beeinflussen kann. Darüber hinaus sollen die gewonnenen Erkenntnisse auch im Großtiermodell validiert, überprüft und erweitert werden, um einen weiteren Beitrag zur intensivmedizinischen Patientenversorgung zu leisten.
Publications
- “Investigating Alveolar Mechanics With Time-Resolved Optical Coherence Tomography (OCT) And Intravital Microscopy (IVM) In Rats”, Am J Respir Crit Care Med 195, A5166
C. Schnabel, E. Koch
- “Experimental methods for flow and aerosol measurements in human airways and their replicas”, European Journal of Pharmaceutical Sciences 113, S. 95 - 131
F. Lizal, J. Jedelksky, K. Morgan, K. Bauer, J. Llop, U. Cossio, S. Kassionos, S. Verbanck, J. Ruiz- Cabello, A. Santos, E. Koch, C. Schnabel
(See online at https://doi.org/10.1016/j.ejps.2017.08.021) - „Development of a compact stand-alone esophageal pressure measurement device“, Current Directions in Biomedical Engineering 4(1), S. 355 – 358; (2018)
A. J. Richter, C. Schnabel, P. Spieth, E. Koch
(See online at https://doi.org/10.1515/cdbme-2018-0085)
