Veränderungen des pulmonalen Gasaustauschs und der Hämodynamik während Ein-Lungen-Beatmung unter Almitrinbismesylat und Stickstoffmonoxid

Abstract

Die Ein-Lungen-Beatmung nimmt in der Thoraxchirurgie eine stetig wachsende Stellung ein. Dies führte dazu, dass das Interesse an der Lösung des zentralen anästhesiologischen Problems, die drohende Hypoxämie, ebenfalls stieg. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf den Möglichkeiten das transpulmonale Shuntvolumen während der Ein-Lungen-Beatmung zu reduzieren. Nachdem in den 80er Jahren Versuche mittels mechanischer Manipulation, wie zum Beispiel die Verwendung von Tourniquets oder die Einschwem-mung eines Ballonkatheters in die Pulmonalarterie der zu operierenden Seite, unternom-men wurden, gewinnen heute Methoden der pharmakologischen Beeinflussung des transpulmonalen Shuntvolumens an Bedeutung. Grundsätzlich kann dies auf zwei Wegen erreicht werden: Einerseits kann die Oxygenierung durch eine verstärkte Vasokonstriktion der nichtventilierten Seite erreicht werden, andererseits kann eine pulmonale Vasodilata-tion innerhalb der beatmeten Seite deren Ventilations-Perfusions-Verhältnis verbessern. Da eine intravenöse Gabe von Vasodilatatoren unspezifisch die hypoxische Vasokonstrik-tion hemmt, müssten die Vasodilatatoren selektiv in die pulmonale Strombahn der belüfte-ten Seite appliziert werden. Hier bietet sich die inhalative Verabreichung des Vasodilata-tors Stickstoffmonoxid (NO) an. Infolge seiner inhalativen Applikation und der schnellen Inaktivierung durch Hämoglobin beschränkt sich der vasodilatatorische Effekt auf die ven-tilierten und damit oxygenierten Bereiche der Lunge. Ein weiterer möglicher Ansatz zur Beeinflussung des transpulmonalen Shuntvolumens liegt in der intravenösen Gabe von Almitrin. Almitrin agiert selektiv als Vasopressor in der pulmonalen Strombahn und ruft einen agonistischen Effekt auf die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion hervor. Studien an Patienten mit ARDS zeigten einen additiven Effekt bei Kombination aus inhalativer NO-Applikation und intravenöser Almitringabe. Eine ebenfalls additive Wirkung während der Ein-Lungen-Beatmung erscheint daher denkbar. Ziel der Untersuchungen war eine optimale Dosierung einer inhalativen NO-Verabreichung, einer Almitrin-Infusion und einer Kombination beider Substanzen wäh-rend der Ein-Lungen-Beatmung zu ermitteln und die Frage zu beantworten, ob sich die Oxygenierung während der Ein-Lungen-Beatmung unter der Verabreichung von Almitrin und/oder NO verbessern lässt. Hierfür wurden Untersuchungen an 68 Schweinen der Rasse Deutsches Landschwein durchgeführt. Die ersten Untersuchungen dienten der Dokumentation des Spontanverlau-fes unter Ein-Lungen-Beatmung und der Evaluierung der optimalen Konzentrationen von NO und Almitrin. Die narkotisierten und in Rückenlage fixierten Versuchstiere wurden über ein Tracheostoma intubiert. Des weiteren wurde über die linke Arteria carotis com-munis mittels chirurgischer Präparation ein arterieller Zugang etabliert und darüber ein System zur kontinuierlichen Blutgas-Analyse (Paratrend® 7+, Agilent Technologies, Böb-lingen, Deutschland) eingeführt. Über eine Schleuse in der rechten Vena jugularis externa wurde ein Pulmonaliskatheter (5F, Baxter Healthcare Corporation, Irvine USA) implantiert, wobei durch Kontrolle der kontinuierlich aufgezeichneten Druckkurve sichergestellt wur-de, dass sich die Spitze des Katheter gerade hinter der Pulmonalklappe befand. Zuletzt wurde über einen Unterbauchschnitt die Harnblase freipräpariert und ein Ballonkatheter eingeführt. Die erste Messung erfolgte stets unter Zwei-Lungen-Beatmung in Rückenlage. Danach wurden die Versuchstiere in Seitenlage verbracht, die unten liegende Lunge intubiert und eine Thorakotomie durchgeführt. Nach Erreichen eines steady state wurde die zweite Messung vorgenommen, welche die Ausgangslage unter Ein-Lungen-Beatmung dokumen-tierte. Nun wurde, mit Ausnahme bei der Kontrollgruppe zur Bestimmung des Spontanver-laufes unter Ein-Lungen-Beatmung, je nach Versuchsprotokoll mit der Insufflation von NO in Konzentrationen von 4, 8, 16 und 32 ppm bzw. mit der Gabe von Almitrin in Konzent-rationen von 2, 4 oder 16 µg kg-1min-1 begonnen und zu den festgelegten Zeitpunkten Messungen vorgenommen. Die statistische Auswertung der Daten ergab, dass 8 ppm NO und 2 µg kg-1min-1 Almitrin den größten Anstieg des Sauerstoffpartialdruckes und die effek-tivste Reduzierung des intrapulmonalen Shuntvolumens zur Folge hatten, jedoch keinen Einfluss auf Parameter wie Herz-Zeit-Volumen, arterieller und pulmonalarterieller Mittel-druck nahmen. Aus diesem Grund wurde einer Gruppe der Versuchtiere 8 ppm NO kon-tinuierlich über die gesamte Versuchsdauer verabreicht sowie einer weiteren Gruppe eine Kombination von 8 ppm NO und 2 µg kg-1min-1 Almitrin. Diese Untersuchungen führten zu dem Schluss, dass die Kombination von 8ppm NO und 2 µg kg-1min-1 Almitrin gegen-über der alleinigen Gabe von 2 µg kg-1min-1 Almitrin keinen additiven Effekt auf den pul-monalen Gasaustausch bewirkt. Der Anstieg des Sauerstoffpartialdruckes fiel in beiden Gruppen jedoch deutlich ausgeprägter aus als in der Gruppe mit alleiniger Inhalation von 8 ppm NO. Des weiteren reduzierte 2 µg kg-1min-1 Almitrin ebenso wie die Kombination von 8 ppm NO und 2 µg kg-1min-1 Almitrin die Durchblutung von Shunt-Arealen und er-höhte damit die Durchblutung von Arealen mit normalem Ventilations-Perfusions-Verhältnis. Keine der drei medikamentösen Regime führte jedoch zu einer Veränderung in der Hämodynamik im Vergleich zu der unbeeinflussten Anpassung an die Ein-Lungen-Beatmung. One-lung ventilation is becoming ever more important in thoracic surgery. In turn, this has meant that interest similarly intensified regarding the solution to the central anesthetic challenge, the threat of hypoxemia. There is a special focus in this respect on the possibili-ties of reducing the pulmonary shunt during one-lung ventilation. Following tests carried out during the 1980s using mechanical manipulation such as the use of tourniquets, for example, or the introduction of a balloon catheter into the pulmonary artery of the side to be operated, today methods of influencing the pulmonary shunt through pharmacological means are gaining in importance. Fundamentally, this can be achieved in two ways: firstly, oxygenation can be achieved through increased vasoconstriction of the non-ventilated side, or secondly pulmonary vasodilatation within the ventilated side can im-prove its ventilation-perfusion ratio. Since intravenous administering of vasodilators re-stricts hypoxic vasoconstriction in a non-specific manner, the vasodilators would have to be applied selectively into the pulmonary vascular system of the ventilated side. For this purpose there is the possibility of administering the vasodilitator nitric oxide (NO) through inhalation. As a consequence of its administration through inhalation and the fast inactiva-tion by hemoglobin, the vasodilitatory effect is limited to the ventilated and thus oxygen-ated areas of the lung. A further possible approach to influence the pulmonary shunt lies in the intravenous administration of almitrine. Almitrine acts selectively as a vasoconstric-tor in the pulmonary vascular system and elicits an agonistic effect on the hypoxic pulmo-nary vasoconstriction. Studies on patients with ARDS (acute respiratory distress syndrome) showed an additive effect where inhaled NO was used in combination with intravenous almitrine. A similarly additive effect therefore appears conceivable during one-lung venti-lation. The aim of the investigations was to determine the optimal dosage of inhaled NO, almitrine infusion and a combination of both substances during one-lung ventilation and to answer the question of whether oxygenation and the supply of oxygen during one-lung ventilation can be improved through the administering of almitrine and/or NO. To that end, tests were carried out on 68 pigs of the Deutsches Landschwein breed. The first tests were used to record the normal resting pattern under one-lung ventilation and to evaluate the optimal concentrations of NO and almitrine. The anesthesized test animals, which were held in a supine position, were intubated with endotracheal tubes. Addition-ally, access to the arterial system was established via the left arteria carotis communis us-ing a preparatory surgical procedure, and via this a system was introduced for continuous blood gas analysis (Paratrend /+, Agilent Technologies, Böblingen, Germany). Via a gate in the right vena jugularis interna, a pulmonary catheter (5F, Baxter Healthcare Corpora-tion, Irvine USA) was introduced, and by checking on the continuously recorded pressure curve it was ensured that the tip of the catheter was located immediately behind the pul-monary valve. Lastly, the bladder was accessed and a balloon catheter inserted via an in-cision in the lower stomach. The first measurement was made in all instances with two-lung ventilation in a supine po-sition. After this, the test animals were placed in a lateral position, one-lung intubated and a thoracotomy was performed. Once a steady state was achieved, the second measure-ment was carried out, recording the starting position under one-lung ventilation. Now, with the exception of the control group to determine the spontaneous pattern under one-lung ventilation, and depending on the test specifications, application of NO in concentra-tions of 4, 8, 16 and 32 ppm or dosage of almitrine in concentrations of 2, 4 or 16 µg/kg/min was commenced, and measurements were taken at the specified intervals. Sta-tistical evaluation of the data showed that 8 ppm NO and 2 µg/kg/min almitrine resulted in the greatest increase in oxygen tension and the most effective reduction in intrapul-monary shunt, but had no influence on parameters such as cardiac output or arterial and pulmonary arterial pressure. For this reason, a group of test animals were dosed at 8 ppm NO continuously over the entire period of the test, and a further group was given a com-bination of 8 ppm NO and 2 µg/kg/min almitrine. These tests led to the conclusion that the combination of 8 ppm NO and 2 µg/kg/min almitrine had no additive effect on pul-monary gas exchange compared to administering 2 µg/kg/min almitrine alone. However, in both groups the increase in oxygen tension was more marked than in the group with inhalation of 8 ppm NO alone. Furthermore, both 2 µg/kg/min almitrine and the combina-tion of 8 ppm NO and 2 µg/kg/min almitrine reduced the blood flow of shunt areas and thus increased the blood flow of areas with normal ventilation-perfusion ratios. However, none of the three medical regimes resulted in a change of the hemodynamics in compari-son with uninfluenced adaptation to one-lung ventilation.