Aus der Klinik für Neonatologie Campus Charité Mitte
der Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin

DISSERTATION

Die Beeinflussung der cerebralen Oxygenierung bei Partieller Flüssigkeitsbeatmung gesunder Ferkel

Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät der Charité – Universitätsmedizin Berlin

von


Wolfram Burkhardt

aus Berlin

Dekan: Prof. Dr. med. Martin Paul

Gutachter:
1. Prof. Dr. med. R. Wauer
2. Priv.-Doz. Dr. med. U. Merz
3. Prof. Dr. med. B. Urlesberger

Datum der Promotion: 12. September 2005

Anmerkung

Der Inhalt der vorliegenden Arbeit ist die ausführliche Darstellung der Ergebnisse zur Beeinflussung der cerebralen Oxygenierung bei Partieller Flüssigkeitsbeatmung gesunder Ferkel, die in 2 Artikeln veröffentlicht wurden:

Burkhardt.W., Proquitté H., Krause S., Wauer R.R., Rüdiger M.
Cerebral oxygenation is affected by filling mode and perfluorchemical volume in partial liquid ventilation of healthy piglets.
Biol Neonate. 2002; 82(4): 250-6

Burkhardt W., Proquitté H., Krause S., Wauer R.R., Rüdiger M.
Changes in FiO2 affect PaO2 with minor alterations in cerebrale concentration of oxygenated hemoglobin during liquid ventilation in healthy piglets.
Intensive Care Med. 2004 Feb, 30(2): 315-20

Inhaltsverzeichnis

• I. Einleitung
  • I.1. Flüssigkeitsbeatmung und Perfluorcarbon
    • I.1.1. Historischer Hintergrund
    • I.1.2. Entwicklung der Flüssigkeitsbeatmung
    • I.1.3. Physikochemische Eigenschaften der Perfluorcarbone (PFC)
      • I.1.3.1. Spreitung, Oberflächenspannung und Dichte der PFC
      • I.1.3.2. Gaslöslichkeit
    • I.1.4. PFC-Dosierung und Beatmungsmuster
    • I.1.5. Klinischer Einsatz der Flüssigkeitsbeatmung
    • I.1.6. Potentielle Anwendungen der Perfluorcarbone an ungeschädigten Lungen
    • I.1.7. Zusammenfassung: Offene Probleme zum Einsatz der PFC für die PLV
  • I.2. Cerebrale Problematik in der Neonatologie
    • I.2.1. Inzidienz und Morbidität
    • I.2.2. Neuropathologie
    • I.2.3. Cerebraler Blutfluß
    • I.2.4. Zusammenfassung: Cerebrale Schäden und Einsatz der Perfluorcarbone
  • I.3. Near-Infrared Spectroscopy (NIRS) als nichtinvasive Methode zur Bestimmung von Veränderungen der cerebralen Hb–Konzentration
    • I.3.1. Grundlagen der NIRS
    • I.3.2. Meßparameter der NIRS
    • I.3.3. Validität der Methodik
    • I.3.4. Klinischer Einsatz bei Früh– und Neugeborenen
    • I.3.5. Zusammenfassung
  • I.4. Fragestellung und Studiendesign
    • I.4.1. Hypothesen
    • I.4.2. Tiermodell des neugeborenen Ferkels
    • I.4.3. Studiendesign
• II. Material und Methoden
  • II.1. Allgemeine Vorbereitung und Darstellung der Messzeitpunkte
    • II.1.1. Versuchstiere
    • II.1.2. Prämedikation
    • II.1.3. Präparation
    • II.1.4. Allgemeine Beschreibung der Meßzeitpunkte
  • II.2. Beschreibung der speziellen Meßmethodik – Near-infrared Spectroscopy
    • II.2.1. Grundlagen
    • II.2.2. Lambert-Beer-Gesetz
    • II.2.3. Konfiguration des NIRO 300
  • II.3. Allgemeine Durchführung der konventionellen Druckbeatmung
  • II.4. Allgemeine Durchführung der PLV
    • II.4.1. Berechnung des Zielgewichtes
    • II.4.2. Steuerung der PFC-Einfüllung
  • II.5. Spezielles Experimentprotokoll
    • II.5.1. Beeinflussung der cerebralen Hämodynamik durch Einfüllgeschwindigkeit und PFC-Volumen
    • II.5.2. Einfluß der Änderung der FiO₂ unter PLV auf die systemische und cerebrale Oxygenierung
    • II.5.3. Versuchsende
  • II.6. Statistische Auswertung
• III. Ergebnisse
  • III.1. Anzahl und Verteilung, Gruppenvergleich der Ausgangswerte
  • III.2. Vergleich der schnellen vs. langsamen Applikation von 30 ml/kg PFC
    • III.2.1. Cerebrale Konzentration an totalem und oxygeniertem Hb: Vergleich schnelle vs. langsame Applikation von 30 ml/kg PFC
      • III.2.1.1. Änderung der Konzentration des cerebralen totalen Hb
      • III.2.1.2. Änderung der cerebralen Konzentration an oxygeniertem Hb
    • III.2.2. Verläufe der Blutgaswerte: Vergleich schnelle vs. langsame Applikation von 30 ml/kg PFC
      • III.2.2.1. Änderungen des PaCO₂
      • III.2.2.2. Änderungen des PaO₂ und Verlauf der SaO₂
      • III.2.2.3. Änderungen des arteriellen pH
    • III.2.3. Hämodynamische und ventilatorische Parameter: Vergleich schnelle vs. langsame Applikation von 30 ml/kg PFC
      • III.2.3.1. Änderungen des arteriellen Mitteldruckes (MAD)
      • III.2.3.2. Initialer Verlauf der Herzfrequenz
      • III.2.3.3. Änderungen des Tidalvolumens (Vt)
  • III.3. Vergleich der langsamen Applikation von 10 vs. 30 ml PFC/kg
    • III.3.1. Cerebrale Konzentration an totalem Hb und oxygeniertem Hb: Vergleich der langsamen Applikation von 10 vs. 30 ml PFC/kg
      • III.3.1.1. Änderungen der Konzentration des cerebralen totalen Hb
      • III.3.1.2. Änderungen der Konzentration des cerebralen oxygenierten Hb
    • III.3.2. Verlauf der Blutgaswerte: Vergleich langsame Applikation von 10 vs. 30 ml PFC/kg
      • III.3.2.1. Änderungen des PaCO₂
      • III.3.2.2. Änderungen des PaO₂ und Verlauf der SaO₂
      • III.3.2.3. Änderungen des arteriellen pH
    • III.3.3. Hämodynamische und ventilatorische Parameter: Vergleich langsame pplikation von 10 vs. 30 ml PFC/kg
      • III.3.3.1. Änderungen des arteriellen Mitteldruckes (MAD)
      • III.3.3.2. Verlauf der Herzfrequenz
      • III.3.3.3. Initiale Änderungen des Tidalvolumens (Vt)
  • III.4. Einfluß der Änderung der FiO₂ unter PLV auf die systemische und cerebrale Oxygenierung
    • III.4.1. Der PaO₂ bei verschiedener FiO₂ unter CMV und PLV
    • III.4.2. Die cerebrale Konzentration an totalem und oxygeniertem Hb bei verschiedener FiO₂ unter CMV und PLV
      • III.4.2.1. Die cerebrale Konzentration an totalem Hb bei verschiedener FiO₂ unter CMV und PLV
      • III.4.2.2. Die cerebrale Konzentration an oxygeniertem Hb bei verschiedener FiO₂ unter CMV und PLV
    • III.4.3. Hämodynamische und ventilatorische Parameter bei verschiedener FiO₂ unter CMV und PLV
• IV. Diskussion
  • IV.1. Beeinflussung der cerebralen Hämodynamik und Oxygenierung – Vergleich der schnellen vs. langsamen Applikation von 30 ml/kg PFC
    • IV.1.1. Änderungen der cerebralen Konzentration an oxygeniertem Hb
    • IV.1.2. Änderungen der cerebralen Konzentration des totalen Hb
    • IV.1.3. Änderungen des PaCO₂ und des Tidalvolumens bei PFC-Einfüllung
    • IV.1.4. Beeinflussung der systemischen Hämodynamik durch PFC
  • IV.2.  Beeinflussung der cerebralen Hämodynamik und Oxygenierung - Vergleich der langsamen Applikation von 10 vs. 30 ml/kg PFC
    • IV.2.1. Änderungen der cerebralen Hb-Konzentration an oxygeniertem und totalem Hb
  • IV.3.  Gegenüberstellung der Daten zu klinischen Studien
  • IV.4. Die Beeinflussung des systemischen PaO₂ und der cerebralen Oxygenierung
  • IV.5.  Klinische Relevanz
    • IV.5.1. Studiendesign und Tiermodell
    • IV.5.2. Near-infrared Spectroscopy unter PLV
    • IV.5.3. Klinische Anwendungen der PLV bei Neugeborenen ohne respiratorische Insuffizienz
      • IV.5.3.1. PFC-assoziierte Medikamentenapplikation – „Drug Carrier“
      • IV.5.3.2. Antiinflammation
      • IV.5.3.3. Vernebelung
      • IV.5.3.4. PFC-assoziierte Hypothermie - Neuroprotektion durch „Braincooling“
  • IV.6. Zusammenfassung
    • IV.6.1. PFC-Volumen und Einfüllzeit
    • IV.6.2. FiO₂ unter PLV an gesunden Lungen
• Abkürzungsverzeichnis
• Anhang
• Literaturverzeichnis
• Eidesstattliche Erklärung
• Danksagung
• Eigene Publikationen

Tabellen

• Tabelle 1: Physikochemische Eigenschaften verschiedener PFC nach Davies et al. (17) und Angaben der Hersteller (in der vorliegenden Studie wurde PF 5080 verwendet).
• Tabelle 2:
• Tabelle 3: Initialdaten der drei Versuchsgruppen vor Beginn der PLV
• Tabelle 4: Verläufe des arteriellen pH – Wertes
• Tabelle 5: Verläufe des arteriellen pH – Wertes
• Tabelle 6a: Herzfrequenz [min^-1] unter CMV und PLV
• Tabelle 6b: Arterieller Mitteldruck [mmHg] unter CMV und PLV
• Tabelle 7: Tidalvolumen [ml/kg], PIP [cm H₂O] und PaCO₂ [mmHg] unter CMV und PLV
• V.1. Tabellen zu neonatologischen NIRS-Studien Tabelle 8: a - d

Bilder

• Abbildung 1: Initiale Änderungen der cerebralen Hb - Konzentration (totales Hb) bei schneller (A) und langsamer (B) Applikation von 30 ml/kg PFC
• Abbildung 2: Änderungen der cerebralen Hb-Konzentration ( Hb total)
• Abbildung 3: Initiale Änderungen der cerebralen Konzentration an oxygeniertem Hb ( HbO2) bei schneller (A) und langsamer (B) Applikation von 30 ml/kg PFC
• Abbildung 4: Änderungen der cerebralen Konzentration an oxygeniertem Hb ( HbO2 )
• Abbildung 5: Verläufe des arteriellen Kohlendioxidpartialdruckes (PaCO2)
• Abbildung 6: Verläufe des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes (PaO2)
• Abbildung 7: Verläufe des mittleren arteriellen Blutdruckes (MAD)
• Abbildung 8: Verläufe des Tidalvolumens (Vt)
• Abbildung 9: Änderungen der cerebralen Hb - Konzentration ( Hb total).
• Abbildung 10: Änderungen der cerebralen Konzentration an oxygeniertem Hb ( HbO2)
• Abbildung 11: Verläufe des arteriellen Kohlendioxidpartialdruckes (PaCO2)
• Abbildung 12: Verläufe des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes (PaO2)
• Abbildung 13: Verläufe des mittleren arteriellen Blutdruckes (MAD)
• Abbildung 14: Verläufe des Tidalvolumens (Vt)
• Abbildung 15: Sauerstoffpartialdruck unter CMV und PLV mit unterschiedlicher FiO2
• Abbildung 16: Konzentrationsänderungen des A) cerebralen totalen Hb ( Hb total) und B) cerebralen oxygenierten Hb ( HbO2) unter CMV und PLV mit unterschiedlicher FiO2