In der vorliegenden Arbeit wird beschrieben, wie intrapulmonal stufenweise per Instillation gegebenes, hochgereinigtes Perfluorocarbon (FC 3280) die Hämodynamik, die Lungenfunktion und die Überlebenszeit bei ARDS im Tierexperiment beeinflusst. An zwölf anästhesierten wurde eine prospektive, randomisierte und kontrollierte Studie durchgeführt. Bei den Tieren wurde durch wiederholte Lavagen mit warmem Kochsalz ein Surfactantmangel erzeugt. Anschließend wurden sechs Tiere mit partieller Flüssigkeitsbeatmung (PLV) durch zweimalige Applikation von 7,5 ml/kgKG FC 3280 behandelt (Behandlungsgruppe). In der Kontrollgruppe erhielten 6 Tiere keine weitere Therapie. Die Hämodynamik und der Gasaustausch wurden alle 30 Minuten nach Gabe des PFC kontrolliert. In der Behandlungsgruppe lag der PaO2 nach 7,5 ml/kgKG PFC bei 67 +- 33 mmHg und nach insgesamt 15 ml/kgKG bei 106 +- 74 mmHg. Drei der Tiere sprachen dabei gut auf die Therapie an. Bei ihnen konnten beachtliche Verbesserungen in der Sauerstoffversorgung gezeigt werden. So verbesserte sich der PaO2 von 62 mmHg auf 450 mmHg bei einem der Tiere, welches gut auf PLV ansprach. In der Kontrollgruppe blieb der Gasaustausch jedoch unverändert. Die hämodynamischen Parameter verhielten sich während der ersten 6 Stunden stabil in der Behandlungsgruppe während sich bei den Kontrolltieren die Verhältnisse zunehmend verschlechterten. In der Behandlungsgruppe lag das Mittel der Überlebenszeit bei 8,2 +- 4,5 Std. und bei 1,8 +- 1,4 Std. in der Kontrollgruppe (p < 0,05). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die partielle Flüssigkeitsbeatmung mit Perfluorocarbon nicht bei allen Tieren im experimentellem Lungenversagen durch Lavage die arteriellen Oxygenierung bessert. Jedoch auch die Tiere die keinen Anstieg des PaO2 zeigten, lebten länger als die Kontrolltiere. Somit zeigt die verbesserte Überlebenszeit durch PLV einen positiven Effekt in der Behandlung des akuten Lungenversagens. / This thesis discusses the effects of intrapulmonal application of a highly purified perfluorocarbon (FC3280) concerning haemodynamics, gas exchange and survival rates in an experimental animal model of ARDS. A randomised, controlled and prospective study was performed on twelve anesthetised pigs. Repetitive saline lunglavage resulted in surfactant depletion. Subsequently six pigs received partial liquid ventilation with two aliquots of 7,5 ml/kg FC3280 (treatment group), whereas 6 pigs received no further treatment (control group). Haemodynamic values and gas exchange were recorded in a 30 minutes interval. Within the treatment group the PaO2 after 7, 5 ml/kg PFC was 67 +- 33 mmHg and after 15 ml/kg 106 +- 74 mmHg. Three animals responded well to the treatment. The responding animals showed improvements of arterial oxygen contents. One pig showed a increase in PaO2 from 62 mmHg to 450 mmHg. Within the control group gas exchange remained unchanged. Haemodynaimc values in the treatment group remained stable over six hours but deteriorated in the control group. Survival rates were 8,2 +- 4,5 hours in the treatment group and 1,8 +- 1,4 hours in the control group. In conclusion our study showed that partial liquid ventilation improved oxygenation not in all animals treated with perfluorocarbons. While these animals showed no improved in oxygenation they survived longer than the controls. The significant improvement in survival time shows a positive effect in the treatment of ARDS.

Das auch gegenwärtig noch mit einer hohen Letalität behaftete Krankheitsbild des akuten Lungenversagens (ARDS) wird heutzutage mit einer Vielzahl von einzelnen oder kombinierten Therapieansätzen wie drucklimitierter Beatmung mit PEEP, permissiver Hyperkapnie, ECMO oder NO-Inhalation behandelt. Die partielle Flüssigkeitsbeatmung (PLV) mit PFC, ein tierexperimenteller und vereinzelt am Patienten erprobter Therapieansatz, wurde in dieser Studie in Kombination mit additiver NO-Inhalation zur Behandlung des ARDS evaluiert. Bei 12 Schweinen wurde mittels saliner Lungenlavagen ein akutes Lungenversagen (ALI) induziert und eine PLV mit 30 ml PFC/kgKG initiiert. Im Anschluß wurden - jeweils zwischen zwei Kontrollphasen - 1 und 10 ppm NO dem Inspirationsgas zugemischt. Bezüglich der Effekte auf das Gesamtkollektiv kam es unter PLV zu einem signifikanten Anstieg des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes, des pulmonalarteriellen und des arteriellen Mitteldruckes, des arteriellen Sauerstoffgehaltes, des arteriellen Kohlendioxidgehaltes und der arteriellen Sauerstoffsättigung des Hämoglobins. Signifikant gesenkt wurden die venöse Beimischung und das Herzzeitvolumen. Die additive NO-Therapie bewirkte bezogen auf das Gesamtkollektiv lediglich zwei signifikante Veränderungen; so wurde die venöse Beimischung unter 10 ppm NO signifikant gesenkt und der inspiratorische Spitzendruck stieg bei den letzten drei Meßzeitpunkten signifikant an. Alle übrigen untersuchten Parameter änderten sich innerhalb des Gesamtkollektives nicht signifikant. Bei Betrachtung der einzelnen Tiere fiel auf, daß 7 Tiere mit einer deutlichen Verbesserung des Gasaustausches unter PLV reagierten (Responder) und 5 Tiere diese Optimierung nicht zeigten (Nonresponder). So stiegen bei den Tieren der Responder-Gruppe der arterielle Sauerstoffpartialdruck, Sauerstoffgehalt und die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins sowie der pulmonalarterielle Mitteldruck signifikant an; die venöse Beimischung fiel signifikant ab. Bei den Nonrespondern stieg der pulmonalarterielle Mitteldruck signifikant und deutlich stärker als bei den Respondern an, der Gasaustausch blieb unverändert schlecht. Bei den Tieren der Responder-Gruppe führten die NO-Gaben zu einer weiteren, abermals signifikanten Steigerung des arteriellen Sauerstoffpartialdruckes sowie zu einer signifikanten Senkung des pulmonalarteriellen Mitteldruckes unter 10 ppm NO. In der Nonresponder-Gruppe kam es unter den NO-Inhalationen zu keinen Veränderungen, die signifikant waren. Alle weiteren Parameter zeigten in den beiden Untergruppen keine signifikanten Veränderungen. Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß die partielle Flüssigkeitsbeatmung nicht bei allen Tieren mit lavageinduziertem Lungenversagen die arterielle Oxygenierung bessert. Eine additive NO-Inhalation verbessert jedoch bei den Tieren, die unter PLV einen Anstieg des PaO2 zeigen, den Gasaustausch und reduziert die pulmonale Hypertension. Somit ermöglicht die Kombination zweier experimenteller Therapieansätze - partielle Flüssigkeitsbeatmung und additive NO-Inhalation - ein neues, vielversprechendes therapeutisches Konzept. Allerdings erscheinen weitere Untersuchungen notwendig, um mehr über Wechselwirkungen mit anderen Organsystemen, chemische Reaktionen der beiden Substanzen sowie über Kurz- und Langzeitnebenwirkungen dieses kombinierten Therapieansatzes herauszufinden. / Background: Partial liquid ventilation (PLV) can improve PaO2 and pulmonary arterial pressure (PAP) in acute lung injury (ALI). To determine whether NO can further augment this effect we combined PLV and NO in a saline lung lavage model of ALI. Methods: ALI was induced in twelve pigs (25±5kg BW). After instillation of FC 3280®, 1 and 10 ppm NO were administered for 20 minutes each (on-phase), interrupted by 20 minutes without NO inhalation (off-phase). Changes due to NO were calculated as the difference between the on-phase values and the mean of the off-phase values. Results: Following PLV PaO2 increased from 52.1±16.9 mmHg to 134.7±107.8 mmHg (P£ 0.05). Subsequent inhalation of NO led to a significant improvement in PaO2 only in 7 animals who had responded to PLV with an increase in PaO2 ³ 25 mmHg (responder - 1 ppm NO: 181.4±110.5 mmHg vs. 217.5±123.8 mmHg, P£ 0.05; 10 ppm NO: 160.4±115.4 mmHg vs. 209.5±110.9 mmHg, P£ 0.05). Mean PAP increased from 24.8±5.1 mmHg to 32.0±7.4 mmHg (P£ 0.05) following initiation of PLV and decreased during inhalation of both NO doses (1 ppm NO: 32.4±6.8 mmHg vs.30.6±6.0; 10 ppm NO: 34.3±6.8 mmHg vs. 30.0±6.8 mmHg) with a significant improvement only after inhalation of 10 ppm NO when analyzing the responder group separately. Conclusions: PLV may not always improve PaO2 in ALI. Additional inhalation of NO can decrease PAP and further increase oxygenation in animals which demonstrated an improvement in PaO2 with PLV alone.

Die intratracheale Applikation von Perfluorcarbonen (PFC) in ungeschädigte Lungen, z.B. als Röntgenkontrastmittel und zur PFC-induzierten cerebralen Kühlung, wird derzeit diskutiert. Ob es aufgrund der Dichte und Sauerstofflöslichkeit der PFC zu einer Beeinflussung der cerebralen Oxygenierung und Hämodynamik durch die pulmonale PFC Applikation kommt, ist bisher unbekannt. Änderungen der Konzentration von cerebralem oxygeniertem und totalem Hb koennen mittels Near-infrared Spectroscopy gemessen werden. I.) Effekt durch die PFC-Applikation in gesunde Lungen neugeborener Ferkel: Es wurden zwei verschiedene Applikationsgeschwindigkeiten (30 ml PFC pro kg Körpergewicht als Bolusgabe versus 1,5 ml/min pro kg) und zwei Füllvolumen (30 versus 10 ml/kg) verglichen. Die Bolusgabe bewirkt einen sofortigen Abfall des PaO2 und der cerebralen Oxygenierung, bei langsamer Gabe des gleichen Volumens ist dies weniger ausgeprägt. Mit 10 ml/kg PFC fand sich nahezu keine Beeinflussung der Parameter. II.) Effekte der Änderung der FiO2 in PFC-gefüllten Lungen: Hierfür wurden Änderungen der FiO2 unter konventioneller Druckbeatmung vor PFC-Applikation und unter PFC-Füllung (30 oder 10 ml/kg PFC) verglichen. Beide PFC-Volumen (mit FiO2 1,0) bedingten PaO2-Werte wie unter CMV mit FiO2 von 0,5. Mit 30 ml/kg PFC kam es unter FiO2 von 0,5 zur Abnahme des cerebralen oxygenierten Hb. Zusammenfassend ergibt sich, dass die Applikation von 10 ml PFC/kg bevorzugt werden sollte. Bei kompletter Füllung der Lungen werden durch langsame Applikation cerebrale Nebenwirkungen minimiert. In PFC-gefüllten gesunden Lungen ist zum Erhalt der systemischen und cerebralen Oxygenierung die FiO2 zu erhöhen. / Intratracheal administration of perfluorochemicals (PFC) has been suggested for reasons other than respiratory insufficiency, such as pulmonary imaging and PFC-associated brain cooling. Due to their high density and oxygen solubility, PFC application has been described to affect systemic hemodynamics and oxygenation during liquid ventilation. Whether the PFC application into healthy lungs or changes in inspired oxygen fraction (FiO2) in PFC-filled healthy lungs affects cerebral hemodynamics is not known. Changes in the concentration of cerebral oxygenated and total Hb can be measured by near-infrared spectroscopy (NIRS). I.) Initial effects of PFC application into healthy lungs of newborn piglets: Two different filling modes (rapid versus slow) and two different filling volumes (slow filling of 30 versus 10 ml PFC/kg body weight) were compared. Rapid filling caused an immediate drop of systemic and cerebrale oxygenation, which was less prominent by filling 30 ml/kg PFC slowly. Almost no changes for all parameters were found with 10 ml kg/PFC. II.) Effects of variations in FiO2 in the PFC filled lungs of healthy piglets: Changes in FiO2 during conventional mechanical ventilation (CMV) prior to PFC-application and in the PFC-filled lungs (30 ml/kg or 10 ml/kg PFC) were compared. Both PFC-volumes (at a FiO2 of 1.0) caused PaO2-values that were similar to CMV with FiO2 of 0.5. In the 30 ml/kg PFC group a reduction of cerebral oxygenated Hb was found at FiO2 of 0.5. According to the data application of 10 ml/kg PFC should be preferred. If complete filling of the lung is needed, the slow administration of PFC minimizes cerebral side effects. In PFC- filled healthy lungs an increase in FiO2 is necessary to maintain systemic and cerebral oxygenation.