Regional Ventilation and Perfusion During Flow-Controlled Ventilation in Experimental Lung Injury: Assessment from Dual-Energy Computed Tomography
In einem experimentellen Schweinemodell der akuten Lungenschädigung zeigte die Dual-Energy-Computertomographie, dass eine flussgesteuerte Beatmung, unabhängig davon, ob sie auf das Atemminutenvolumen oder die Kapnografie eingestellt war, ein regionales Ventilations-Perfusions-Matching aufrechterhält, das mit der volumengesteuerten Beatmung mit einem Inspirations-Exspirations-Verhältnis von 1:1 vergleichbar ist.
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Wenn die Lungen verletzt sind, wie etwa bei einer schweren Pneumonie oder einem Trauma, können die winzigen Lungenbläschen, die normalerweise mit Sauerstoff gefüllt sind, kollabieren oder sich mit Flüssigkeit füllen. Um einen Patienten am Leben zu erhalten, nutzen Ärzte Maschinen, um Luft in die Lungen zu drücken, aber das Finden des richtigen Gleichgewichts ist ein heikter Akt. Drückt man zu stark, kann die Maschine das empfindliche Gewebe schädigen; drückt man zu wenig, bekommt der Patient nicht genug Sauerstoff. Seit Jahrzehnten ist der Standardansatz, Luft in einem rhythmischen Zyklus aus Füllen und Entleeren zuzuführen, ganz ähnlich wie bei einem Blasebalg. Eine neuere Methode namens flow-gesteuerte Ventilation ist jedoch entstanden, die verspricht, sanfter zu sein. Anstatt die Luft schnell herausströmen zu lassen, kontrolliert diese Technik die Geschwindigkeit sowohl des Einatmens als auch des Ausatmens, wodurch der Fluss stetig und gleichmäßig bleibt. Die Hoffnung ist, dass dieser stetige Rhythmus das Lungengewebe besser schützen könnte als die Standardmethode. Aber es gibt einen Haken: Da dieser stetige Fluss die Lungen etwas länger etwas voller hält, erhöht er den Druck innerhalb des Brustkorbs. Im Körper kann hoher Druck manchmal die Blutgefäße zusammendrücken, was es erschwert, dass das Blut die Lunge erreicht, um den Sauerstoff aufzunehmen. Die große Frage für Wissenschaftler war, ob dieser sanfte Atemstil tatsächlich helfen würde, die Lungen besser arbeiten zu lassen, oder ob der erhöhte Druck einfach den Blutfluss blockieren würde, was die Vorteile zunichtemachen würde.
Um dies zu beantworten, richteten eine Gruppe von Forschern in Schweden ein Experiment mit Schweinen auf, deren Lungen der menschlichen Lunge sehr ähnlich sind. Zuerst induzierten sie eine moderate Lungenschädigung bei den Tieren, um die Art der Schädigung nachzuahmen, wie sie bei kritisch kranken Patienten auftritt. Dann betäubten sie die Tiere und platzierten sie in einem speziellen Raum, der mit einem hochmodernen Scanner ausgestattet war. Dieser Scanner, eine Dual-Energy-Computertomographie-Maschine, ist leistungsstark genug, um nicht nur die Form der Lungen zu sehen, sondern auch zwischen der Luft in ihnen und dem durch sie fließenden Blut zu unterscheiden. Die Forscher wollten eine Momentaufnahme davon machen, wie viel Luft und wie viel Blut gleichzeitig in verschiedenen Teilen der Lunge vorhanden waren. Sie verglichen die Standard-Beatmungsmaschine, die auf einen bestimmten Rhythmus eingestellt war, bei dem die Zeit des Einatmens der Zeit des Ausatmens entspricht, mit der neuen flow-gesteuerten Methode. Sie testeten die neue Methode auf zwei Arten: einmal, indem sie die Gesamtmenge der pro Minute bewegten Luft anpassten, und ein weiteres Mal, indem sie den Kohlendioxidwert im Blut anpaszten, um sicherzustellen, dass die Tiere auf eine Weise atmeten, die sich physiologisch ähnlich zur Standardmethode anfühlte.
Die Ergebnisse waren überraschend eindeutig. Die Forscher fanden heraus, dass die flow-gesteuerte Methode tatsächlich während der Exhalationsphase etwas mehr Luft in den Lungen hielt, was genau das ist, was die Technik beabsichtigt. Als sie jedoch den Blutfluss betrachteten, fanden sie keine Hinweise darauf, dass der höhere Druck durch diese Methode die Gefäße zusammengedrückt oder die Menge des Blutes, das die Lungen erreicht, reduziert hatte. Tatsächlich blieb das Verhältnis von Luft zu Blut in den Lungen fast identisch, unabhängig davon, ob die Tiere mit der Standardmaschine oder der neuen flow-gesteuerten Methode atmeten. Die Menge an Luft, die für den Sauerstoffaustausch zur Verfügung steht, und die Menge an Blut, die diesen transportieren kann, waren in beiden Szenarien gleichermaßen abgestimmt. Die Studie zeigte, dass zumindest in diesem spezifischen Modell der Lungenschädigung die neue Methode das empfindliche Zusammenspiel von Luft und Blut nicht störte.
Dies bedeutet nicht, dass die neue Methode nutzlos ist, aber es klärt, was sie nicht tut. Die Forscher hatten befürchtet, dass der stetige Druck den Blutfluss schädigen könnte, aber ihre Daten widerlegten dies. Die Studie legt nahe, dass die flow-gesteuerte Methode sicher für die Blutzirkulation in den Lungen ist, selbst wenn der Druck etwas höher ist. Sie zeigte jedoch keinen klaren Vorteil gegenüber der Standardmethode im Hinblick auf die Verbesserung des Sauerstoffgehalts oder die Reinigung des Blutes von Kohlendioxid in diesem speziellen Experiment. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die neue Technik zwar verändert, wie die Luft sich bewegt, aber nicht grundlegend beeinflusst, wie Luft und Blut innerhalb des Lungengewebes aufeinandertreffen. Für Ärzte und Wissenschaftler ist dies ein beruhigendes Puzzleteil: Es bestätigt, dass dieser sanftere Atemstil nicht auf Kosten des Blutflusses geht, selbst wenn er in diesem speziellen Setting nicht unmittelbar das Problem löst, mehr Sauerstoff in das Blut zu bekommen. Die Arbeit liefert ein klares, detailliertes Bild dessen, was im Inneren der Lunge passiert, wenn diese unterschiedlichen Atemstile angewendet werden, und zeigt, dass der komplexe Tanz von Luft und Blut beständig bleibt, ungeachtet dessen, welche Maschine die Arbeit verrichtet.
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