Hintergrund: Der Tubuswiderstand und der apparative Totraum sind wesentliche Kenngrößen eines Endotrachealtubus (ETT), die sich invers zueinander verhalten und bei der Beatmung Frühgeborener zu einer Beeinträchtigung des Gasaustausches führen können. Die Forschungsgruppe um Kolobow entwickelte 2003 einen ultrathin-wall, two-stage, twin endotracheal tube (UTTS-T-ETT). Der vergrößerte Innendurchmesser und das integrierte Y-Stück, das den in- und exspiratorischen Schenkel trennt, bewirken eine Reduktion des Tubuswiderstandes und des Totraumes. Allerdings ist damit die heute übliche In-line-Flowmessung nicht mehr möglich. Das Ziel dieser Dissertation bestand darin, im Rahmen einer In-vitro- und einer In-vivo-Studie die Überlegenheit des UTTS-T-ETT im Vergleich zu Standard-ETT mit angeschlossenem Flowsensor hinsichtlich Tubuswiderstand und Totraum zu untersuchen. Methoden: Die Untersuchung der Tubuswiderstände des UTTS-T-ETT und von Standard-ETT (Portex, Vygon und Mallinckrodt) erfolgte unter Beatmung an einem Lungenmodell (50 ml- Faltenbalg; Compliance von 0,6 ml/kPa) bei einem Respiratorflow von 6 l/min und 8 l/min. Die Tuben wiesen inklusive ETT-Konnektor eine standardisierte Länge von 12,6 cm auf. Die Untersuchung des Einflusses der Totraumreduktion des UTTS-T-ETT im Vergleich zu einem konventionellen Beatmungssystem auf den Gasaustausch erfolgte im Rahmen einer Crossover-Studie an 14 tracheotomierten surfactant-depletierten Ferkeln (Lebensalter <12 h; Körpergewicht 705 g bis 1200 g). Die Tiere wurden abwechselnd 15 min mit einem Standardbeatmungssystem oder dem UTTS-T-ETT beatmet. Der Innendurchmesser des ETT betrug für beide Systeme 3,6 mm. Der Totraum des Standardbeatmungssystemes (3,0 ml) war im Vergleich zum Totraum des UTTS-T-ETT (1,34 ml) mehr als doppelt so groß. Ergebnisse: Der UTTS-T-ETT wies mit 98,25±0,43 cmH2O/l/s und 102,63±0,86 cmH2O/l/s bei einem Respiratorflow von 6 l/min bzw. 8 l/min den niedrigsten Tubuswiderstand auf. Entgegen bisherigen Publikationen konnte gezeigt werden, dass die Tubuswiderstände der Standard-ETT kaum höher im Vergleich zu denen des UTTS-T-ETT waren mit Abweichungen <7 % bei 6 l/min und <6 % bei 8 l/min. Die In-vivo-Untersuchungen zum Gasaustausch am Tiermodell zeigten eine statistisch signifikante Verbesserung bei Einsatz des UTTS-T-ETT nur bei den kleineren Tieren (Körpergewicht <900 g). Der paCO2 konnte um 11 % (p<0,01) gesenkt werden, wobei der paCO2-Abfall eine positive Korrelation zum paCO2-Ausgangswert (p<0,05) aufwies. Der paO2 stieg um 8,7 % (p<0,05) und die SaO2 um 2,2 % (p<0,05) an. Schlussfolgerung: Die durchgeführten Untersuchungen zeigten eine Reduktion des Tubuswiderstandes und des apparativen Totraumes beim Einsatz des UTTS-T-ETT im Vergleich zu Standard-ETT mit angeschlossenem Flowsensor. Bei dem verwendeten Tiermodell war der Einfluss auf den Gasaustausch jedoch gering, so dass ein mit Einsatz des UTTS-T-ETT derzeit einhergehender Verzicht auf das Volumenmonitoring nicht gerechtfertigt erscheint.
Background: Tube resistance and apparatus dead space are essential parameters of an endotracheal tube (ETT). They are inversely correlated and may result in impaired gas exchange in the ventilation of premature infants. In 2003, Kolobow and his research team developed an ultrathin-wall, two-stage, twin endotracheal tube (UTTS-T-ETT). This tube’s increased internal diameter and integrated Y piece separating the inspiratory and expiratory limb of the ventilator circuit reduce both tube resistance and dead space. However, by inserting the Y piece use of a conventional in-line flow sensor for volume monitoring is no longer possible. The aim of this doctoral thesis was - based on an in-vitro and an in-vivo study - to investigate the superiority of the UTTS-T-ETT compared with standard ETT with connected flow sensor in terms of tube resistance and dead space. Methods: Tube resistances of the UTTS-T-ETT and of the standard ETT (Portex, Vygon and Mallinckrodt) were investigated by ventilating a lung model (50 ml bellows; compliance 0.6 ml/kPa) at a respirator flow of 6 l/min and 8 l/min. The tubes including ETT connector had a standardized length of 12.6 cm. The impact of the UTTS-T-ETT’s dead space reduction on gas exchange, compared with a conventional ventilation system, was analyzed in a crossover trial in 14 tracheotomized surfactant depleted piglets (aged <12 hours; body weight 705 g to 1200 g). The animals were ventilated alternately for 15 minutes by either a standard ventilation system or the UTTS-T-ETT. In both systems the internal diameter of the ETT was 3.6 mm. Compared with the dead space of the UTTS-T-ETT (1.34 ml), the dead space of the standard ventilation system (3.0 ml) was more than twice the size. Results: Within the in-vitro study the UTTS-T-ETT showed the lowest tube resistance at 98.25±0.43 cmH2O/l/s and 102.63±0.86 cmH2O/l/s at a respirator flow of 6 l/min and 8 l/min, respectively. Contrary to previous publications the tube resistances of the standard ETT were hardly higher than those of the UTTS-T-ETT. The deviations were <7% at 6 l/min and <6% at 8 l/min. Within the in-vivo study a statistically significant improvement in gas exchange was only evident in the smaller animals (body weight <900 g) when using the UTTS-T-ETT. In this weight group paCO2 was decreased by 11% (p<0.01) whereas the decline in paCO2 showed a positive correlation with the paCO2 baseline (p<0.05). Furthermore, paO2 increased by 8.7% (p<0.05) and SaO2 by 2.2% (p<0.05). Conclusion: The investigations showed that compared with the standard ETT with connected flow sensor the UTTS-T-ETT allows reducing both tube resistance and apparatus dead space. However, in the animal model studied the impact on gas exchange was low and therefore the current concomitant loss of volume monitoring seems not to be justified.
