Der Einfluss niedriger Atemhubvolumina in einem Mausmodell der systemischen Inflammation

Abstract

Hintergrund und Ziel der Arbeit: Lungenentzündung, erhöhte Gefäßpermeabilität und Lungenödem treten als Reaktion auf primäre Lungeninfektionen wie Lungenentzündung, aber auch bei Endotoxämie oder Sepsis auf. Mechanische Beatmung verstärkt bereits bestehende Lungenverletzungen und -entzündungen, die durch die Exposition gegenüber mikrobiellen Stoffen entstehen. Ziel dieser Arbeit war es, die Hypothese zu prüfen, dass die Beatmung mit niedrigem Volumen das vorbestehende Lungenschadens- und Entzündungsgeschehen in geringerem Maße verstärkt als die Beatmung mit hohem Volumen. <br /> Materialien und Methoden: Um den Einfluss einer Beatmungsstrategie mit niedrigem Beatmungsvolumen auf die Lungenentzündung bei Sepsis zu untersuchen, wurden 10-12 Wochen alte männliche C57BL/6N-Mäuse vorbehandelt mit einer intraperitonealen (i.p.) Injektion von LPS, CpG-ODN (1668-Thioat), einem nicht-CG-haltigen ODN (1612-Thioat) oder PBS. 60 Minuten nach der Vorbehandlung wurden die Mäuse entweder mit niedrigem Tidalvolumen (7±1 ml/kg; Low-Volume-Gruppe) oder hohem Tidalvolumen (25±1 ml/kg; High-Volume-Gruppe) für 90 Minuten beatmet. Hämodynamische und Beatmungsparameter wurden aufgezeichnet und Entzündungsmarker aus der bronchioalveolären Lavage, die am Ende des Experiments gewonnen wurden, analysiert. <br /> Ergebnisse und Diskussion: Die Beatmungsdrücke waren in der HV-Gruppe nach 45 und 90 Minuten signifikant erhöht, unabhängig von der LPS- oder CpG-ODN-Injektion. Der arterielle Blutdruck sank während der mechanischen Beatmung in allen Gruppen ohne Auswirkung auf die Entzündung. Blutgasanalysen zeigten keine pH-Unterschiede. Allerdings war der pO₂ nach 45 Minuten Beatmung mit niedrigem Tidalvolumen bei LPS-injizierten Mäusen im Vergleich zur hochvolumigen Gruppe in höherem Maße gesenkt. Darüber hinaus war der CO₂-Wert nach 45 Minuten Beatmung mit niedrigem Tidalvolumen bei den mit LPS oder 1612-Thioat vorbehandelten Tieren und nach 90 Minuten bei den mit 1668-Thioat vorinjizierten Tieren signifikant höher als bei der Gruppe mit hohem Volumen. Die BAL-Proteinkonzentrationen waren bei Mäusen 90 Minuten nach der Vorbehandlung mit 1668-Thioat und 1612-Thioat in der Gruppe mit hohem Beatmungsvolumen im Vergleich zu Mäusen, die mit niedrigem Tidalvolumen beatmet wurden, erhöht. Die BAL-TNF-Proteinkonzentrationen waren sowohl bei LPS- als auch bei 1668-Thioat-injizierten Tieren erhöht, und die IL-1-Proteinkonzentrationen stiegen bei LPS-injizierten Mäusen, die mit hohem Volumen beatmet wurden, im Vergleich zu Mäusen, die mit niedrigem Tidalvolumen beatmet wurden, nach ähnlicher Vorbehandlung. <br /> Schlussfolgerung: Zusammenfassend war die Beatmung mit niedrigem Volumen ausreichend, um die Mäuse mit Sauerstoff zu versorgen. Entzündungsmediatoren waren bei den mit LPS oder CpG-ODN vorbehandelten Mäusen nach 90-minütiger Beatmung mit hohem Volumen signifikant erhöht im Vergleich zu Mäusen, die mit niedrigem Tidalvolumen beatmet wurden.

<strong>Low volume ventilation prevents ventilation induced inflammation in a mice model of sepsis </strong> <br /> Background and Goal of the study: Pulmonary inflammation, increased vascular permeability and pulmonary edema, occur in response to primary pulmonary infections like pneumonia but are also evident in endotoxemia or sepsis. Mechanical ventilation augments pre-existing lung injury and inflammation resulting from exposure to microbial products. The objective of this study was to test the hypothesis that low-volume ventilation exacerbates preexisting lung injury and inflammation to a lower extent than high-volume ventilation. <br /> Materials and Methods: To evaluate the impact of a low volume ventilation strategy on pulmonary inflammation in sepsis, 10-12-week-old male C57BL/6N-mice were received pre-treatment with an intraperitoneal (i.p.) injection of LPS, CpG-ODN (1668-thioate), a non-CG containing ODN (1612-thioate) or PBS. 60 minutes after pre-treatment mice were either ventilated with low tidal volume (7±1 ml/kg; low-volume group) or high tidal volume (25±1 ml/kg; high-volume group) for 90 minutes. Hemodynamic and ventilatory parameters were recorded and inflammatory markers were analyzed form BAL that was generated at the end of the experiment. <br /> Results and Discussion: PIP was significantly increased in the high-volume group at 45 and 90 minutes independent of LPS or CpG-ODN injection. Arterial blood pressure declined during mechanical ventilation in all groups with no effect on inflammation. Blood gas analyses showed no pH differences. However, pO₂ was decreased to a higher degree after 45 minutes of low tidal volume ventilation in LPS-injected mice compared to the high-volume group. Furthermore, CO₂was significantly higher after 45 minutes of low-volume ventilation in animals pre-treated with LPS or 1612-thioate and after 90 minutes in 1668-thioate pre-injected animals compared to the high-volume group. BAL protein concentrations were increased in mice 90 minutes after pre-treatment with 1668-thioate and 1612-thioate in the high-volume ventilation group compared to mice that were ventilated with low tidal volume. BAL TNF-&#945; protein concentrations were increased in both LPS- and 1668-thioate-injected animals and IL-1&#946; protein concentrations increased in LPS-injected mice that were ventilated with high volume compared to the low-volume ventilation group after similar pre-treatment. <br /> Conclusion: In summary, low-volume ventilation was sufficient to oxygenate mice. Inflammatory mediators were significantly increased in mice pre-treated with LPS or CpG-ODN after 90 minutes of high-volume ventilation compared to mice ventilated with low tidal volumes.