Ausmaß allgemeiner und speziell pulmonaler Biokompatibilitätsreaktionen auf Azidämie und Azidämie/Hypoxämie im Schweinemodell unter Hämofiltrations- basierter Korrektur der Säure-Basen-Störung

Abstract

Einführung: Das Akute Lungenversagen/Atemnotsyndrom ist eine der häufigsten Komplikationen in der Intensivmedizin. Mittels der low tidal volume ventilation wurde die Beatmung verbessert und in Folge die hohe Mortalität leicht gesenkt. Aus dieser lungenprotektiven Beatmungsstrategie ergibt sich häufig eine therapeutisch tolerierte Azidose (permissive Hyperkapnie), für die in vitro und in Kleintiermodellen anti-inflammatorische Effekte gezeigt wurden. Die permissive Hyperkapnie liegt oft im Kontext mit multiplen pro- und anti-inflammatorischen Einflussfaktoren vor, wie beispielsweise der metabolischen Azidose, Hypoxie, maschineller Beatmung oder Nierenersatzverfahren. Ziel der Arbeit war es, herauszufinden, ob der anti- inflammatorische Effekt der Hyperkapnie im komplexen pro-inflammatorischen Setting (Beatmung, kontinuierlich veno-venöse Hämofiltration (CVVH), metabolische Azidämie, Hypoxämie) einen dominanten Einfluss hat und den Lungenschaden minimiert. Auch die hämodynamische Reaktion des Organismus auf das extrakorporale Verfahren unter Azidämie sollte untersucht werden. Zudem wurde die Kombination des Puffers THAM mit der Hämofiltration als Therapiemöglichkeit der gemischten Azidämie getestet. Methodik: Dazu wurden 6 Schweine je Gruppe analgosediert, beatmet und je nach Gruppe an eine CVVH angeschlossen. Ein Teil der Tiere behielt unter Normoventilation physiologische pH Werte, in anderen Gruppen wurde eine gemischte Azidämie alleine bzw. eine gemischte Azidämie sowie eine Hypoxämie induziert. Nach 3h Hämofiltration wurde die Therapiephase begonnen, die Hypoxämie aufgehoben sowie mittels THAM die Azidämie korrigiert. Ergebnisse: Basierend auf der low tidal volume ventilation führte die gemischte Azidämie zu einer verminderten pulmonalen Leukozyteninfiltration, die jedoch durch die Hypoxämie wieder aufgehoben wurde. Zudem bedingte die Azidämie vermehrt alveoläre Erythrozyten und einen verstärkten Blutstau. Hämodynamisch reagierten die Tiere mit einem erhöhten pulmonalarteriellen Druck (MPAP) und einem verminderten systemvaskulären Widerstand (SVR) auf die gemischte Azidämie. Die Hämofiltration mit prädilutorischer THAM-Gabe war in der Lage innerhalb von 1 h die Azidämie trotz Aufrechterhalt der low tidal volume ventilation zu korrigieren und die erhöhten paCO2 Werte in den Bereich der Ausgangswerte zu senken. Diskussion: In Kombination mit maschineller Beatmung und Hämofiltration konnte in unserem Großtiermodell der anti-inflammatorische Effekt der hyperkapnischen Azidämie mit zusätzlich metabolischer Komponente in Bezug auf die Lunge bestätigt werden. Diese war jedoch nicht mit einem geminderten Lungenschaden assoziiert, sondern führte zu einer verschlechterten Mikrozirkulation in der Lunge sowie zu Epithelschäden. Die hämodynamische Reaktion auf die gemischte Azidämie ist mit erhöhtem MPAP und erniedrigtem SVR als ungünstig zu werten. Mittels THAM konnte die Azidämie in den Tieren, die an die Hämofiltration angeschlossen waren, ohne akute, klinisch relevante Nebenwirkungen korrigiert werden.

Introduction: Acute Lung Injury/Acute respiratory distress syndrome is one of the most common complications in the intensive care medicine. Low tidal volume ventilation reduced adverse side effects of the mechanical ventilation and led to a decrease of the high mortality. A clinically accepted respiratory acidosis is often resulting from this lung protective ventilation strategy. For this permissive hypercapnia anti-inflammatory effects are described in vitro and in rodents. Frequently there are other pro- and anti-inflammatory influences associated with the respiratory acidosis like metabolic acidosis, hypoxia, and biotrauma due to mechanical ventilation or renal replacement therapies. The aim of this work was to figure out, if anti-inflammatory effects of hypercapnia persist in a complex pro-inflammatory setting (with mechanical ventilation, continuous veno-venous hemofiltration (CVVH), metabolic acidemia and hypoxemia) and if lung injury is reduced. The hemodynamic reaction of the organism on an extracorporeal circuit under acidemia was examined as well. Furthermore the combination of the buffer substance THAM with the hemofiltration as a therapeutic option was investigated. Methods: 6 pigs per group were analgosedated, mechanically ventilated and depending on group connected to CVVH. Some animals were kept with physiologic pH values and normoxemia, in other groups a mixed acidemia alone ore a mixed acidemia combined with hypoxemia was induced. After 3h of hemofiltration the treatment was initiated, that means hypoxemia was finished and acidemia was corrected by THAM. Results: Compared to the influence of normoventilation and CVVH mixed acidemia could reduce pulmonary leukocyte infiltration. This was abrogated in cases of additional hypoxemia. Furthermore mixed acidemia caused higher amounts of alveolar erythrocytes and enhanced congestion. Concerning hemodynamics animals reacted to acidemia with an elevated mean pulmonary arterial pressure (MPAP) and a decreased systemic vascular resistance (SVR). Hemofiltration with predilutional application of THAM was able to correct acidemia and to reduce paCO2 to baseline values within 1h. Discussion: Concerning the lung we could confirm the anti- inflammatory effect of the hypercapnic acidemia when combined with mechanical ventilation, CVVH and metabolic acidemia. However, this was not associated with a reduced lung injury. To the contrary acidemia led to a deteriorated pulmonary microcirculation and epithelial damage instead. The hemodynamic response to the acidemia (rise in MPAP and fall in SVR) can be considered as unfavourable. Application of THAM enabled the correction of pH in animals connected to CVVH without any acute, clinically relevant side effects.