In experimental acute respiratory distress syndrome (ARDS), random variation of tidal volumes (VT ) during volume controlled ventilation improves gas exchange and respiratory system mechanics (so-called stochastic resonance hypothesis). It is unknown whether those positive effects may be further enhanced by periodic VT fluctuation at distinct frequencies, also known as deterministic frequency resonance.We hypothesized that the positive effects of variable ventilation on lung functionmay be further amplified by periodic VT fluctuation at specific frequencies. In anesthetized and mechanically ventilated pigs, severe ARDS was induced by saline lung lavage and injurious VT (double-hit model). Animals were then randomly assigned to 6 h of protective ventilation with one of four VT patterns: (1) random variation of VT (WN); (2) P04, main VT frequency of 0.13Hz; (3) P10, main VT frequency of 0.05Hz; (4) VCV, conventional non-variable volume controlled ventilation. In groups with variable VT , the coefficient of variation was identical (30%). We assessed lung mechanics and gas exchange, and determined lung histology and inflammation. Compared to VCV, WN, P04, and P10 resulted in lower respiratory system elastance (63 ± 13 cm H2O/L vs. 50 ± 14 cm H2O/L, 48.4 ± 21 cm H2O/L, and 45.1 ± 5.9 cm H2O/L respectively, P < 0.05 all), but only P10 improved PaO2/FIO2 after 6 h of ventilation (318 ± 96 vs. 445 ± 110mm Hg, P < 0.05). Cycle-by-cycle analysis of lung mechanics suggested intertidal recruitment/de-recruitment in P10. Lung histologic damage and inflammation did not differ among groups. In this experimental model of severe ARDS, periodic VT fluctuation at a frequency of 0.05Hz improved oxygenation during variable ventilation, suggesting that deterministic resonance adds further benefit to variable ventilation.

Le syndrome de détresse respiratoire aiguë (SDRA) est une forme de défaillance respiratoire sévère, cause majeure de mortalité (~30-45%) chez les adultes et enfants dans les unités de soins intensifs. En dépit des progrès dans la prise en charge du patient, il n’existe à ce jour aucun traitement curatif pharmacologique efficace. Le SDRA peut se développer à la suite d’une atteinte pulmonaire directe (ex. pneumonie) ou indirecte (ex. septicémie) dont les principales caractéristiques sont des lésions épithéliales alvéolaires et endothéliales vasculaires, le développement d’un oedème pulmonaire et une réponse inflammatoire exacerbée durant la phase aiguë exsudative. La résolution de ces paramètres est critique afin d’éviter l’établissement irréversible de fibrose, entraînant une défaillance respiratoire. Le caractère hétérogène du SDRA et l’implication d’une multitude de mécanismes lésionnels rendent le développement de nouvelles thérapies plus difficile. Nous avons posé l’hypothèse que la restauration de l’intégrité épithéliale, en parallèle de la résolution de l’inflammation et la résorption de l’oedème, est critique pour la résolution de la phase exsudative du SDRA. Nous avons donc postulé que des stratégies combinant des effets bénéfiques sur la clairance liquidienne et proréparatrice constitueraient une voie intéressante pour la restauration de l’intégrité fonctionnelle de l’épithélium alvéolaire. L’objectif général de mon projet de doctorat était donc d’évaluer différentes stratégies, ciblant 1) l’inflammation, 2) le canal sodique ENaC impliqué dans la clairance liquidienne et 3) les canaux potassiques ayant un rôle pro-réparateur, avec des modèles complémentaires in vivo de lésions aiguës induites, mimant des paramètres de SDRA. Nous pensons que cette étude aura apporté de nouvelles connaissances sur la physiopathologie du SDRA et les mécanismes de résolution des paramètres caractéristiques de ce syndrome. Mon projet met particulièrement en lumière que de cibler une seule composante telle que l’inflammation ou la clairance liquidienne n’est pas suffisante et que des composés permettant de restaurer l’intégrité fonctionnelle alvéolaire sont nécessaires. / Acute respiratory distress syndrome (ARDS) is a severe form of respiratory failure, a leading cause of death (~30-45%) among adults and children in intensive care units. Despite advances in the management and care of ARDS patients, there is currently no effective curative pharmacological treatment. The ARDS can develop following a direct (e.g. pneumonia) or indirect (e.g. sepsis) lung injury, the main features of which are alveolar epithelial and endothelial vascular injury, the development of pulmonary edema, and an exacerbated inflammatory response during the exsudative acute phase. The resolution of these parameters is critical to avoid the irreversible establishment of fibrosis leading to respiratory failure. The heterogeneous nature of ARDS and the involvement of various lesional mechanisms complicate the development of new therapeutic strategies. We hypothesized that the epithelial restoration, in parallel with inflammatory resolution and edema resorption, is critical for the resolution of the acute exsudative phase of ARDS. Therefore, we postulated that strategies combining beneficial effects on fluid clearance and pro repair may be an interesting way to restore the functional integrity of the alveolar epithelium. The general objective of my PhD project was to evaluate different strategies targeting 1) the inflammation, 2) the sodium channel ENaC involved in fluid clearance, and 3) potassium channels playing pro repair role, using complementary in vivo models of acute lung injury mimicking ARDS parameters. We believe that these studies have provided new insight on the pathophysiology of ARDS and the mechanisms of resolution of the characteristic parameters of this syndrome. In particular, my project highlights that focusing on a single component such as inflammation or fluid clearance is not sufficient and that compounds will restore functional alveolar integrity are needed.

In der vorliegenden Arbeit wurde anhand der im Rahmen des Vermont-Oxford-Neonatal-Networks erhobenen Daten an der Berliner Klinik für Neonatologie der Charité Campus Mitte und der Abteilung für neonatologische Intensivmedizin der Universitätskinderklinik in Innsbruck ein Benchmarking-Projekt für die Jahre 1997 bis 2001 durchgeführt. Nach der Analyse des Outcomes wurde eine Analyse der externen Evidenz anhand von Literatursuche in PubMed und der Cochrane Datenbank für systematische Reviews durchgeführt. Danach wurde ein Fragebogen entworfen, der gezielt Handlungsstrategien und -richtlinien bezüglich der relevanten Outcome-Parameter erfragt. Für das Benchmarking-Projekt wurden das Atemnotsyndrom, die nekrotisierende Enterokolitis und die bakteriellen Infektionen ausgewählt. Die Analyse der Handlungsstrategien durch den Fragebogen zeigte, dass in den drei Bereichen respiratorische Interventionen, Nahrung und Ernährung sowie im Infektionsmanagement Unterschiede vorlagen. In der Diskussion zeigte sich, dass in vielen Bereichen noch Bedarf nach guter externer Evidenz und weiterer Forschung besteht. / This dissertation presents the results of a 1997 - 2001 benchmark project in co-operation with the "Berliner Klinik für Neonatologie der Charité Campus Mitte" and the "Abteilung für neonatologische Intensivmedizin der Universitätskinderklinik" in Innsbruck. The study is based on the Vermont-Oxford-Neonatal-Network''s data. After analysing the results, further evidence was analysed by way of literary research in PubMed and the Cochrane Database of Systematic Reviews. Afterwards, a questionnaire was created, lining out the clinical guidelines of the relevant outcome parameters. The respiratory distress syndrom, the necrotising enterocolitis and the bacterial infections were selected for the benchmark. The internal guidelines'' analysis showed that there were differences between the two clinics'' results in respiratory interventions, feeding and the management of infections. The discussion made clear that research based on further evidence is necessary in many fields.