Computertomographische Untersuchungen zur Erfassung der Lungenfunktion bei vitalen Kälbern in der frühen postnatalen Periode
Lade...
Datum
Autor:innen
Betreuer/Gutachter
Weitere Beteiligte
Beteiligte Institutionen
Herausgeber
Zeitschriftentitel
ISSN der Zeitschrift
Bandtitel
Verlag
Lizenz
Zitierlink
Zusammenfassung
Allgemein wird davon ausgegangen, dass bei Neonaten, die von Säugetieren abstammen, die pulmonale Funktion innerhalb der 1. bis spätestens zur 12. Lebensstunde ihr Optimum erreicht hat. Vereinzelt wurde diese Feststellung insbesondere für den bovinen Neonaten auf Grund von sonographischen, röntgenologischen und auch histologischen Untersuchungen in Zweifel gezogen.Ziel dieser Arbeit war es daher, die Entwicklung der Lungenfunktion beim vitalen bovinen Neonaten durch spezielle Messungen mittels Computertomographie, ergänzt durch die Bestimmung des arteriellen Blutgas und Säure Basen - Status sowie partiell auch durch histologische Untersuchungen von Lungengewebsproben, zu überprüfen. Damit sollte der Zweck erreicht werden, den Zeitpunkt für die umfassende pulmonale Funktion bei unter physiologischen Bedingungen geborenen Kälbern innerhalb der 1. und 2. Adaptationsperiode besser definieren zu können.Für die Untersuchungen standen insgesamt 28 Kälber der Rasse HF SB aus verschiedenen landwirtschaftlichen Betrieben zur Verfügung. Dieses Probandenkollektiv wurde in vier Gruppen aufgeteilt:A n = 15 (6 x & #9794;, 9 x & #9792;) Kälber aus komplikationslosen Geburten mit einem APGAR Wert > 7. Voraussetzung für den Verbleib in dieser Gruppe war, dass der einzelne Proband über den Untersuchungszeitraum hinweg gesund blieb und sich körperlich progressiv entwickelte.B n = 3 (2 x & #9794;, 1 x & #9792;) Bovine Neonaten, deren Exitus entweder kurz vor oder während der Geburt eingetreten war. Sie hatten keinen Atemzug getätigt und wiesen somit eine nicht aktiv beatmete Lunge auf. Sie dienten als Kontrollgruppe für die Computertomographie.C n = 4 (2 x & #9794;, 2 x & #9792;) Kälber aus komplikationslosen Geburten mit physiologischer Lungenfunktion. Diese Tiere wiesen angeborene, aber den Atmungstrakt nicht beeinträchtigende Missbildungen auf und mussten deswegen euthanasiert werden. Deren Lungen standen für histologische Untersuchungen zur Verfügung.D n = 6 (4 x & #9794;, 2 x & #9792;) Eine weitere Kontrollgruppe, die aus eutrophen, maturen und vitalen Tieren bestand, um einen eventuell bestehenden Einfluss wiederholter Sedationen, die in Gruppe A präinvestigativ notwendig waren, überprüfen zu können. Zwei der Probanden wurden zur 12. Lebensstunde und die anderen 4 Probanden zur 1. Lebenswoche computertomographisch untersucht. Die Messung der Röntgenstrahlenabsorption im Tracheal- und Thoraxbereich geschah mit einem Computertomographen der Firma Picker (Typ PQ 2000). Die Blutprobenentnahmen für die Analyse des Blutgasstatus wurden aus dem Ramus intermedius medialis der Arteria auricularis caudalis vorgenommen. Für die dann folgende Bestimmung der arteriellen Blutgas und Säure Basen Parameter bei den Kälbern der Gruppe A stand ein Stat Profile pHOx Blutgasanalysator zur Verfügung. Zusätzlich erfolgte neben der fortlaufenden klinischen auch die hämatologische Überwachung der Probanden der Gruppe A. Für die histologischen Untersuchungen von Lungenparenchymproben (Gruppe C) fanden die Hämatoxylin Eosin beziehungsweise die Elastica van Gieson Färbung Anwendung. Die Probanden der Gruppe A wurden zur 1., 6. und 12. Lebensstunde sowie am 7.,14. und 21. Lebenstag computertomographisch vermessen. Vor jeder Untersuchung erhielten sie 0,09 mg/ kg Körpergewicht Xylazin 2 %, um sie in ruhiger, aufrechter Sternallage während des Messvorganges zu halten. Die Totgeburten der Gruppe B wurden einmalig untersucht, ebenso die Probanden der Gruppe D.Folgende Resultate waren zu erzielen:1. Gruppe B - Totgeburten -Durch die Röntgenstrahlenabsorptionsmessungen konnte für die Trachea eine Gasfüllung von - 920 (Hounsfield Einheiten) sowie für die Bronchien 664 (rechts) und 751 (links) HE ermittelt werden. Die Lungen lagen allseits den Thoraxwänden an, wobei das nicht belüftete Lungenparenchym eine Röntgendichte knapp unterhalb des Referenzwertes für Wasser aufwies. Dies bedeutet, dass sich unmittelbar p. n. bei den toten Kälbern die Trachea und die Bronchien passiv mit Luft füllten. Die bislang geltende Annahme, dass dafür ein aktiver Eröffnungsdruck notwendig sei, lässt sich für den bovinen Neonaten demnach nicht aufrecht erhalten.2. Gruppe A - Hauptgruppe mit vitalen bovinen Neonaten -2.1 Trachea und StammbronchienÜber den gesamten Untersuchungszeitraum hinweg verfügten die Trachea (1. h p. n. 940 HE ; 3. Lebenswoche - 959 HE) und die Bronchien ( 1. h p. n. : re. 671 / li. 756 HE; 3. Lebenswoche: re. 790 / li. - 853 HE) über eine sehr gute Gasfüllung . Zu jedem Messzeitpunkt konnte für sie ein freies Lumen und das Fehlen von pathologischem Inhalt ermittelt werden. Die linken Bronchien wiesen stets eine etwas geringere Röntgenstrahlenabsorption auf als die rechten. Mit dem Erreichen der 1. Lebenswoche war das Optimum der Gasfüllung erreicht. In der Folgezeit waren keine wesentlichen Veränderungen mehr festzustellen. 2.2 Lungenparenchym1. Lebensstunde: Zwischen der 1. Lebensminute - ausgehend von den Messdaten der tot geborenen Kontrolltiere - und der 1. Lebensstunde konnte in allen Lungenabschnitten der Probanden die höchste Minderung der Röntgenstrahlenabsorptionen nachgewiesen werden. Dorsal bestand im Lungenparenchym zu diesem Zeitpunkt eine deutlich höhere Gasfüllung als ventral (p & #8804; 0,0001). Ebenso markant ist dieser Unterschied auch zwischen den cranialen besser luftgefüllten und caudalen Lungensektoren (p & #8804; 0,001). Bezogen auf die optimale Gasaustauschfläche, die ab der 2. Lebenswoche erreicht war, lagen für craniodorsal/ cranioventral Luftfüllungsgrade von 80 % / 54 % und für caudodorsal/ caudoventral von 74 % / 52 % vor. 6. Lebensstunde: Es kam im gesamten Lungenparenchymbereich zu weiteren progressiven Veränderungen innerhalb des Zeitraumes von der 1. zur 6. h p. n.. Die Minderung der Röntgenstrahlenabsorption konnte für alle Sektoren gesichert werden (p & #8804; 0,001). Die schon in der 1. Lebensstunde beobachteten Unterschiede in der Gasfüllung hinsichtlich dorsal zu ventral und cranial zu caudal bestanden bis zur 6. Lebensstunde weiter fort (p & #8804; 0,01). Damit lässt sich postulieren, dass bis zur 6. Lebensstunde noch nicht alle Lungenparenchym- bezirke in den Gasaustauschprozess einbezogen worden sind (dorsal 91 %; ventral 74 %).12. Lebensstunde: Die Veränderungen der Gasfüllung in den Lungensektoren vollzogen sich zwischen der 6. und 12. Lebensstunde deutlich abgeflachter. Dorsocranial nahm die Röntgenstrahlenabsorption geringfügig ab, während für den dorsocaudalen Sektor sogar eine leichte Zunahme zu registrieren war. Das dorsoventrale Gefälle der Gasfüllung blieb auch in diesem Untersuchungsab-schnitt weiter bestehen, trotz einer signifikante Zunahme der Luftfüllung im ventralen Lungenparenchym (p & #8804; 0,03). Auch nach Erreichen der 12. h p. n. war festzustellen, dass noch nicht alle Lungenareale voll beatmet waren. Dies betraf den dorsocaudalen, vor allem aber die cranialen und caudalen ventralen Lungensegmente.1. Lebenswoche: Dorsal ergaben sich zwischenzeitlich (12. zur 168. Lebensstunde) keine deutlichen Veränderungen in der Gasfüllung. Ventral nahm dagegen die Röntgenstrahlenabsorption zwar etwas mehr ab, brachte aber keine signifikanten Zunahmen hinsichtlich der Luftfüllung im Lungenparenchym. Bisher festgestellte Unterschiede zwischen cranial und caudal beziehungsweise dorsal und ventral bestanden weiterhin (p & #8804; 0,001). Bis zum Ende der 1. Lebenswoche (168. Lebensstunde) waren demnach dorsal erst 93 % und ventral 85 % der Lungenalveolarfläche am Gasaustausch beteiligt.2. Lebenswoche: Die Gasfüllung des Lungengewebes nahm erneut progressiv zu, was sichtbar wurde an einer ausgeprägten Minderung der Absorptionen der Röntgenstrahlen in beiden Lungenhälften (p & #8804; 0,002 und p & #8804; 0,0001). Insgesamt ergab sich in diesem Untersuchungsabschnitt offenbar eine nochmalige Intensivierung in der Erweiterung der Gasaustauschfläche.3. Lebenswoche: Zwischen der 2. und 3. Lebenswoche kam es zu keiner weiteren signifikanten Veränderung in der weiteren Luftfüllung.Nach den vorliegenden computertomographischen Lungenmessungen ist davon auszugehen, dass der Prozess der vollständigen Funktionsaufnahme der vorhandenen, fetal präformierten Alveolarfläche erst zum Ende der 2. Lebenswoche seinen vorläufigen Abschluss erreicht und sich dabei kaskadenähnlich aufgebaut hat. Die in den Untersuchungen festgestellten Unterschiede in der Belüftung der dorsocranialen zu den ventrocranialen, aber auch für die dorsocaudalen zu den ventrocaudalen Parenchymsegmenten bestanden auch in der 3. Lebenswoche fort (p & #8804; 0,001).Im Vergleich der rechten zur linken Lungenhälfte gab es schon seit der Erstuntersuchung deutliche Unterschiede (p & #8804; 0,001) in der Gasfüllung des Gewebes. Dorsocranial links bestand immer die beste Luftfüllung (p & #8804; 0,001), während ventral nicht immer ein seitenabhängiger Unterschied gesichert werden konnte. 3. Vergleichsgruppe (Gruppe D)In dieser Gruppe wurden Tiere, analog zu denen der Gruppe A, zur 12. Lebensstunde und am 1. Lebenstag einmalig computertomographisch untersucht. Es wurden jeweils die gleichen HE Messwerte vorgefunden wie bei den Tieren der Gruppe A. Die notwendigen wiederholten Sedationen der Probanden der Gruppe A mittels Xylacin 2 % hatte demnach keinen negativen Einfluß auf die Entwicklung der Gasaustauschfläche in Abhängigkeit zur Untersuchungszeit.4. Blutgas - und Säure Basen - AnalysenVersuchsbedingt konnten die vital geborenen bovinen Neonaten erstmals eine Stunde post natum computertomographisch kontrolliert werden. Ihre Blutgaswerte (pO2 7,1 kPa; pCO2 7,50 kPa; SO2 84,3 %; pH 7,28) lagen im Normbereich für die 1. Lebensstunde. Der Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut nahm zwischen dem ersten und zweiten Meßintervall leicht zu (von 7,1 ± 1,6 auf 7,5 ± 4,3 kPa). Dementsprechend lag der Grad der Sauerstoffstättigung zur 6. Lebensstunde bei 85,7 ± 12,1 %. Die Protraktion in der Zunahme der Gasaustauschoberfläche zwischen der 6. und 12. Lebensstunde kam auch in den Blutgaswerten in gewisser Weise zum Ausdruck. Die pO2 Werte hatten sich in dieser Zeit nur geringfügig verändert (7,5 ± 2,6 auf 7,9 ± 2,0 kPa, p > 0,05), jedoch hatte sich der O2 - Sättigungsgrad merklich, aber nicht gesichert, verbessert (von 85,7 ± 12,10 auf 90,0 ± 7,80 %). Zwischen dem 1. und 7. Lebenstag lag ein stabiles Säure Basen Verhältnis vor und es waren keine wesentlichen Veränderungen in den Blutgaswerten festzustellen. Die weiteren Untersuchungen zeigten in Parallelität zu den computertomographischen Resultaten, dass ein boviner Neonat seine maximale Lungenbelüftung zwischen der 1. und 2. Lebenswoche erreicht. Der pO2 - Wert lag in diesem Intervall erstmals über 10 kPa. Die Sauerstoffsättigung des Blutes betrug im Mittel 96 %.5. ThoraxformIm Verlaufe der Untersuchung konnte eine Veränderung im Querschnitt der Thoraxkonfiguration beobachtet werden. Dessen Form entwickelte sich von spitzoval zu rundoval im cranialen Sektor und von rundoval zu kreisförmig im caudalen Sektor bis zum Ende 3. Lebenswoche. Dies weist darauf hin, dass sich die den Luftraum beengende Knochen Weichgewebe Ummantelung im Rahmen der Wachstumsprozesse erweitert hat und so besonders im ventralen Bereich eine bessere Entfaltungsmöglichkeit für die pulmonalen Alveolen bietet.3. Histomorphologie (Gruppe C)In dem zur Verfügung stehenden Probenmaterial konnten die radiologisch gemessenen Werte histomorphologisch weitgehend bestätigt werden. Ausgedehnte nicht belüftete Segmente waren neben belüfteten Lungenparenchymbereichen noch bis zur 1. Lebenswoche nachweisbar. Besonders in den ventralen Lungenabschnitten wurden viele noch nicht am Gasaustausch beteiligte Alveolarbereiche nachgewiesen. Die Progredienz der Luftfüllung innerhalb der Segmente stellte sich durch das Konfluieren von fokalen oder fokal ektatischen Alveolarbereichen dar. Des Weiteren zeigte sich, begrenzt durch Lungensepten, voll belüftetes neben noch nicht belüftetem Lungenparenchym. Ab der 2. Lebenswoche kann der Prozess der Gasfüllung der Alveolen auch histologisch als abgeschlossen bezeichnet werden.Die vorliegende Studie zeigt auf, dass zum Einen kein Eröffnungsdruck für die Gasfüllung der Trachea und der Bronchien notwendig ist. Tot geborene Kälber weisen nahezu identische Hounsfieldeinheiten (HE) in diesen Segmenten des oberen und unteren Luftweges auf, wie vitale eine Stunde alte bovine Neonaten. Zum Anderen konnte festgestellt werden, dass die Entfaltung der Lunge respektive die Gasfüllung der Alveolarfläche die ersten 2 Lebenswochen in Anspruch nimmt und somit erst am Ende der 2. Adaptationsperiode vollzogen ist. Die vorgelegten Daten aus den computertomographischen Vermessungen der differenten Lungenparenchymabschnitte lassen demzufolge den Schluss zu, dass zumindest für den bovinen Neonaten nicht die allgemeine Ansicht gilt, dass bereits um die 12. Lebensstunde die optimale Lungenfunktion erreicht ist. Vielmehr kommt es bis zum Ende der 2. Adaptationsperiode zu einer kaskadenartigen Zunahme der Gasaustauschfläche, was auch in Konkordanz zu den komplementierenden blutgas-analytischen und histomorphologischen Untersuchungen steht.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Erstpublikation in
Giessen : VVB Laufersweiler 2009