Schnelle PO2-Änderungen als Ursache des Lungenversagens

Viele kritisch erkrankte Patientinnen und Patienten auf der Intensivstation leiden an einem akutem Lungenversagen und benötigen eine mechanische Beatmung zur Untersützung der gestörten Lungenfunktion. Allerdings ist die mechanische Beatmung per se schädigend und kann zur weiteren Lungenschädigung führen. Dieses beatmungsassoziierte Lungenversagen ist für die Intensivtherapie hochrelevant und von Bedeutung für langfristige Konsequenzen wie verlängerter Intensivaufenthalt, reduzierte Lebensqualität, kognitive Funktionsstörungen und Arbeitsunfähigkeit. Weltweit wird dieses Thema untersucht, um zugrunde liegende Schädigungsmechanismen sowie neue Strategieansätze zur Vermeidung von Lungen- und zusätzlichen Organschäden durch mechanische Beatmung zu identifizieren. Ein wichtiger Mechanismus der Lungenschädigung durch mechanische Beatmung ist das zyklische Eröffnen und Verschliessen der erkrankten Lunge. Kürzlich konnte gezeigt werden, dass dieses Phänomen neben der mechanischen Belastung auch schnelle PO2-Änderungen in der Lunge hervorruft, deren Bedeutung bisher nicht bekannt ist. Wir stellen die Hypothese, dass schnelle PO2- Änderungen ein eigenständiger Mechanismus der Lungenschädigung sind. Dieser Projektantrag untersucht erstmalig die zugrunde liegenden Pathomechanismen und Signalwege, welche durch schnelle PO2-Änderungen in der Lunge hervorgerufen werden. Zunächst wird in einem neu entwickelten Zellkultur-System der Effekt konstanter und schnell schwankender PO2-Konzentrationen auf Lungenzellen von Mäusen untersucht, um wichtige zelluläre Signaltransduktionswege zu analysieren. Zudem soll die Bedeutung verschiedener Zelltypen der Lunge bei der PO2-vermittelten Schädigung sowie der Effekt klassischer anti-oxidativer und anti- inflammatorischer Agentien untersucht werden. Nachfolgend werden die in-vitro gewonnenen Erkenntnisse in einem ex-vivo Ansatz überprüft. Hierzu sollen isolierte Schweinelungen in einem Perfusionsmodell den identen konstanten und schwankenden PO2-Konzentrationen ausgesetzt werden. Dieses Modell basiert auf einer kombinierten Hochfrequenz-Oszillations-Beatmung und einer extrakorporalen Membranoxygenierung zur präzisen Adjustierung des Ziel-PO2. Schnelle PO2- Änderungen können entweder durch Modifikation der Beatmung oder der Durchblutung jedoch ohne mechanische Belastung der Lunge vorgenommen werden. Dieses innovative Projekt wird an der Universitätsklinik für Anästhesie, Allgemeine Intensivmedizin undSchmerztherapie der MedizinischenUniversität Wien durchgeführt. Aufgrund des wissenschaftlichen Schwerpunktes maschinelle Beatmung der Lunge/ARDS eignet sich diese Institution besonders zur Untersuchung schneller PO2-Änderungen als zusätzliche Ursache des Lungenversagens.

Die Sterblichkeitsrate von Patienten mit schwerem Lungenversagen liegt immer noch bei 30-40%. Die meisten Patienten sterben nicht aufgrund der initialen Lungenschädigung, sondern aufgrund eines sekundären Multiorganversagens. Deshalb werden gegenwärtig neue Ursachen als mögliche Schädigungsmechanismen diskutiert. Beispielsweise führt das repetitive schnelle Eröffnen und Verschließen geschädigter Lungenbereiche zu Sauerstoffschwankungen in der Lunge, in der Blutzirkulation und in entfernten Organen. Im vorliegenden Projekt stellen wir die Frage, ob schnelle Sauerstoffschwankungen einen neuen Schädigungsmechanismus im Rahmen des Lungenversagens darstellen. Unsere Ergebnisse belegen, dass schnelle Sauerstoffschwankungen zu biochemischen Reaktionen führen, welche sich von konstanten Sauerstoffbedingungen unterscheiden und einen eigenständigen Schädigungsmechanismus für Lungenversagen repräsentieren.