Das akute Lungenversagen (engl.: Acute Respiratory Distress Syndrome, ARDS) ist nach der „Berlin Definition“ definiert als das Vorliegen bilateraler Infiltrate der Lunge ohne Herzversagen oder Hypervolämie, wenn bei gleichzeitiger Applikation eines positiv endexspiratorischen Atemwegsdruck (PEEP) von über 5 cmH2O der Horovitz-Quotient < 300 mmHG liegt (2). In der ARDS-Therapie ist die Inhalation von Stickstoffmonoxid (NO), welches den pulmonalen Blutfluss durch Vasodilatation beeinflusst (3) und sich so positiv auf die Oxygenierung auswirkt, eine etablierte Therapiemaßnahme. Nitrit (NO2-) hat durch die Reduktion zu NO zytoprotektive Eigenschaften (4; 5; 6) und reduziert den pulmonal-arteriellen Druck (7; 8). Daher leiteten sich für die vorliegende Arbeit die Hypothesen ab, dass durch NO2--Inhalation bei Surfactant-depletierten Schweinen eine erhöhte NO-Konzentration exspiratorisch messbar ist und inhaliertes NO2- die Oxygenierung während eines experimentell induzierten Lungenschadens verbessert. Um die NO2--Reduktase-unabhängige Reduktion von NO2- zu NO in vitro zu prüfen, wurde Natriumnitrit (NaNO2) über 20 min inhalativ in eine Testlunge appliziert (1,5 mg/min, 7,5 mg/min, 75 mg/min). Bei allen Konzentrationen kam es zu einer signifikanten Produktion von NO, sodass eine spontane Reduktion von NO2- zu NO ohne enzymatische Reaktion nachgewiesen werden konnte. In vivo wurde die Bildung von NO bei NO2--Inhalation an weiblichen Hausschweinen untersucht. Bei allen Versuchstieren (N = 14) wurde eine Lavage der Lunge durchgeführt (9), um ein eine schwere Lungenschädigung zu etablieren. Die Kontrollgruppe (n = 7) wurde danach 5 h beobachtet. Bei der Interventionsgruppe (n = 7) erfolgten eine 20-minütige Inhalation (30 mg/min NaNO2) nach Etablierung des Lungenschadens und eine 4 h 40-minütige Beobachtung. Bei allen Versuchstieren wurden exspiratorische NO-Produktion, hämodynamische und Blutgasparameter gemessen sowie nach Versuchsende Proben der rechten Lunge entnommen. In der Interventionsgruppe stieg das exhalierte NO in vivo während der Inhalation höher als in vitro. Dies zeigt, dass es in vivo zu einer Reduktion von NO2- zu NO während eines induzierten Lungenschadens kam. Die Oxygenierung wurde durch die Inhalation von NO2- nicht verbessert. Met-Hämoglobin stieg signifikant an, blieb jedoch unter dem toxischen Grenzwert (10). Lokale Effekte von NO2- auf den mittleren pulmonalarteriellen Druck in der Interventionsgruppe waren nicht nachweisbar. Der pulmonalvaskuläre Widerstand und die Ödembildung wurden ebenfalls nicht beeinflusst. Systemisch wurde kein Effekt von inhaliertem NO2- auf den mittleren arteriellen Druck, zentralvenösen Druck oder das Herzzeitvolumen gemessen. Die vorliegende Studie zeigt, dass die Applikation von NO2- in Form einer 20-minütigen Inhalation von 30 mg/min NaNO2 die pulmonale und systemische Hämodynamik bei Surfactant-depletierten Hausschweinen nicht beeinflusst und die Oxygenierung unverändert bleibt.
The acute respiratory distress syndrome (ARDS) is defined by the Berlin ARDS Definition. The characteristics of ARDS are an onset within one week, bilateral opacities of the lung, respiratory failure without cardiac fluid overload or failure, and a ratio between the partial pressure of oxygen (PaO2) and the fraction of inspired oxygen (FiO2) below 300 mmHg (2). Nitric oxide (NO) is an established therapeutic option for ARDS therapy as NO influences the pulmonary blood flow via vasodilatation (3) and thus has positive effects on blood oxygenation. Of note, the reduction of nitrite (NO2-) to NO has cytoprotective characteristics (4; 5; 6) and also reduces elevated pulmonary arterial pressures (7; 8). The hypotheses of this study are that expiratory concentrations of NO will be detected during inhalation of NO2- and that inhaled NO2- increases blood oxygenation in surfactant-depleted pigs with severe acute lung injury. To test whether the reduction of NO2- to NO is independent of NO2- reductases, sodium nitrite (NaNO2) was aerosolized and injected into an anorganic test lung system over 20 min (1,5 mg/min, 7,5 mg/min, 75 mg/min). A significant production of NO was measured with all concentrations, thus demonstrating a spontaneous non-enzymatic reduction of NO2- to NO in an anorganic environment. In vivo production of NO during NO2- inhalation was tested in surfactant depleted female pigs after lung lavage (N = 14) (9). The intervention group (n = 7) received 20 min of 30 mg/min NaNO2 inhalation after lung lavage. Observing control and intervention groups included measurement of expiratory NO production, hemodynamic and blood gas parameters. After euthanasia, tissue samples of the right lung were taken. In the intervention group, exhaled NO was clearly higher than in in vitro tests. These results support that reduction of NO2- to NO occurs during nitrite inhalation in pigs with severe acute lung injury after surfactant-depletion. Oxygenation did not change during NO2- inhalation. The met-hemoglobin level increased significantly, but remained below toxic thresholds (10). There was no local effect on mean pulmonary arterial pressure during the inhalation of NO2-. The pulmonary vascular resistance and lung edema formation were not changed. Global effects of inhaled NO2- on mean arterial pressure, central venous pressure, and cardiac output could not be found. In summary, NO2- given as inhalation of 30 mg/min NaNO2 over 20 min increased NO production in surfactant depleted pigs without effects on blood oxygenation or systemic and pulmonal hemodynamics.
