In vitro Vergleich unterschiedlicher Applikationsverfahren von Stickstoffmonoxid in das Beatmungssystem

Abstract

Die Inhalation von Stickstoffmonoxid (NO) während maschineller Beatmung ist ein etabliertes Verfahren zur Behandlung eines erhöhten pulmonalarteriellen Druckes und zur Verbesserung der Oxygenierung bei kritisch kranken Patienten. Aktuell wird NO entweder während der Inspiration oder während des gesamten Atemzyklus in den Inspirationsschenkel nahe dem Ventilatorausgang appliziert. Tierexperimentelle Arbeiten konnten zeigen, dass auch eine bolusförmige Gabe von NO während der frühen Inspiration effektiv und sicher ist. In dieser Studie wurde die Machbarkeit, Effektivität und Sicherheit einer bolusförmigen NO-Gabe während der frühen Inspiration in vitro unter Verwendung eines klinisch gebräuchlichen INO-Applikationssystems untersucht. Ein künstliches Lungenmodell, welches NO-Konzentrationsmessungen mit einem schnell reagierenden Chemolumineszenzanalysator erlaubt, wurde konstruiert. Durch automatisches Spülen des Totraums mit Raumluft nach jeder Inspiration wurden Messungen von Atemzug zu Atemzug möglich. NO wurde in den Inspirationsschenkel 20 cm nach dem Ventilatorausgang appliziert unter Verwendung von bolusförmiger Gabe während des ersten Drittels der Inspiration, Gabe während der gesamten Inspiration oder während des gesamten Atemzyklus. Zusätzlich wurde NO in den Inspirationsschenkel nahe dem Y-Stück unter Verwendung der bolusförmigen Gabe appliziert, um beide Applikationsorte vergleichen zu können. NO Zielkonzentrationen von 5, 10, 20 und 40 ppm wurden untersucht während druck- und volumenkontrollierter Beatmung, verschiedener Atemzeitverhältnisse und Tidalvolumina von 230, 450 und 750ml. Die erhobenen Daten zeigen, dass bei Anwendung der bolusförmigen NO-Gabe nahe dem Ventilatorausgang NO- Konzentrationen in der künstlichen Lunge erreicht werden, die prinzipiell vergleichbar mit jenen sind, die unter Verwendung der anderen beiden Applikationsmuster erzielt werden. Unter Verwendung von niedrigen bis mittleren Tidalvolumina und NO-Zielkonzentrationen bis 10 ppm konnten mit bolusförmiger NO Applikation signifikant höhere NO-Konzentrationen als mit den anderen Applikationsarten erzielt werden. Während keines Experiments wurden toxische NO- oder NO2-Konzentrationen festgestellt. Durch bolusförmige NO- Applikation in den Inspirationsschenkel nahe dem Y-Stück konnten bei gleichen Zielkonzentrationen signifikant höhere NO-Konzentrationen in der künstlichen Lunge erzielt werden verglichen mit Y-stück ferner NO-Gabe. Zusammenfassend zeigen die gewonnen Daten, dass die bolusförmige NO-Gabe während der frühen Inspiration in vitro zuverlässig funktioniert. Des weiteren zeigt sich, dass die bolusförmige NO-Gabe fern des Endotrachealtubus, obwohl weniger effektiv als die Gabe nahe dem Y-Stück, in Situationen, in denen niedrigere Tidalvolumina und NO-Ziel- konzentrationen bis 10 ppm verwendet werden, von Vorteil gegenüber den herkömmlichen Applikationsverfahren sein könnte.

Inhalation of nitric oxide (NO) during mechanical ventilation is a well- established treatment for reducing pulmonary artery pressure and improving oxygenation in critically ill patients. Currently, NO is delivered during the entire inspiration or the entire respiratory cycle into the inspiratory limb close to the ventilator. Delivery of NO at the early inspiration during mechanical ventilation has been previously shown to be effective and safe in animal studies. In this study the feasibility, efficacy and safety of pulsed NO delivery during early inspiration was investigated in vitro using a commercially available NO delivery system. An artificial lung model was established to allow measurements of NO concentrations using a fast responding chemiluminescence NO analyser. Automatic flushing of the dead space with ambient air after each inspiration facilitated breath-by-breath analyses. NO was administered into the inspiratory limb 20 cm downstream from the ventilator using either pulsed delivery during the first third of the inspiration, delivery during the entire inspiration or during the entire respiratory cycle. Additionally, NO was administered into the inspiratory limb close to the y-piece using pulsed delivery to allow comparisons between the two sites of delivery. NO target concentrations of 5, 10, 20 and 40 ppm were investigated using pressure and volume controlled ventilation, different inspiration-to-expiration ratios, and tidal volumes of 230, 450 and 750 ml. The data show that pulsed NO delivery during the early inspiration is working reliably in vitro. When applied close to the ventilator, pulsed delivery achieves NO concentrations in the artificial lung comparable to those achieved using the other two modes of NO delivery. When applying low to medium tidal volumes and NO target concentrations up to 10 ppm pulsed delivery yields significantly higher NO concentrations compared to the other delivery modes. In the artificial lung, no toxic NO or NO2 concentrations were recorded during any experiment. By pulsed NO delivery close to the y-piece significantly higher NO concentrations can be achieved in the artificial lung compared to pulsed NO delivery close to the ventilator using equal NO target concentrations. In summary, the data presented in this investigation show that 1) pulsed delivery of NO during the first third of the inspiration is feasible and that 2) pulsed delivery of NO distant from the endotracheal tube, while less effective than pulsed delivery close to the y-piece, may still be advantageous in settings where lower tidal volumes and NO concentrations up to 10 ppm are used.