Hyperoxämie bei kritischer Methämoglobinämie : Einfluss auf Sauerstofftransport, Gewebeoxygenierung und Mortalität. Eine tierexperimentelle Studie beim narkotisierten Hausschwein.

  • Ziel der vorliegenden tierexperimentellen Studie am narkotisierten Hausschwein war die Untersuchung der Effekte von hyperoxischer Beatmung (Beatmung mit reinem Sauerstoff; FiO2 1,0; HV) auf die Überlebenszeit bei schwerer Methämoglobinämie. Hiermit sollten die Effekte der hyperoxischen Beatmung bei einer Einschränkung des Sauerstoffangebots ohne gleichzeitige Reduktion des Hämatokrit-Wertes, und damit der Blutviskosität untersucht werden. Zielparameter waren die Überlebenszeit und die Überlebensrate während eines 6-stündigen Beobachtungszeitraums, sowie Parameter der Makrohämodynamik, des O2-Transportes und der globalen und lokalen Gewebeoxygenierung. Bei 14 gesunden Hausschweinen in Allgemeinanästhesie wurde während Beatmung mit Raumluft eine Methämoglobinämie (60% des Gesamt-Hb) induziert und aufrechterhalten. Anschließend wurden die Tiere in zwei Studiengruppen randomisiert: 7 Tiere wurden weiterhin mit Raumluft (FiO2 0,21) beatmet, 7 Tiere hyperoxisch, d.h. mit reinem O2 (FiO2 1,0). In der Folge wurden die Tiere für maximal 6 Stunden ohne weitere Intervention beobachtet. Die 60% Methämoglobinämie führte bei allen Tieren zu einer deutlichen Verschlechterung von O2-Transportes, zu manifester Gewebehypoxie und – bei Fortführung der Beatmung mit Raumluft (FiO2 0.21) – zum Tod der Tiere innerhalb kurzer Zeit (max. 2h 40 min). Durch Beatmung mit reinem Sauerstoff gelang es zwar die Überlebenszeit gegenüber den mit Raumluft beatmeten Tieren signifikant um bis zu 2 h zu verlängern. Allerdings blieb die 6 hÜberlebensrate unbeeinflusst: Keines der 14 Tiere überlebte den 6 h- Beobachtungszeitraum. Die Effekte der hyperoxischen Beatmung (FiO2 1.0) während Methämoglobinämie (d.h. Hypoxämie bei normalem Hämatokrit) waren somit deutlich geringer ausgeprägt als die in früheren Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe beschriebenen Effekte währen normovolämischer Anämie (d.h. Hypoxämie bei verringertem Hämatokrit). Während der physikalisch gelöste O2 bei anämischer Hypoxie zu einer biologisch exzellent verfügbaren O2- Ressource avanciert, die Gewebeoxygenierung nachweislich verbessert, und somit Überlebenszeit als auch –rate signifikant erhöht, ist dieser Effekt während hypoxischer Hypoxie nicht zu beobachten. Diese Abhängigkeit der gewünschten positiven Effekte einer Hyperoxie vom jeweils vorherrschenden Hämatokrit ist erklärbar durch die hyperoxische Vasokonstriktion, welche während Methämoglobinämie zu einer zusätzlichen Verschlechterung der Mikrozirkulation, und einer weiteren Reduktion von regionalem O2- Angebot und Gewebeoxygenierung führt. Die Beatmung mit reinem O2 führt zu einer generalisierten arteriolären Vasokonstriktion, die durch Arachidonsäuremetabolite und eine reduzierte endotheliale NO-Freisetzung bedingt ist. Diese arterioläre Vasokonstriktion führt unter physiologischen Hb- Konzentrationen zu einem Abfall des HZV, zu einer Abnahme des koronaren Blutflusses und einer Einschränkung der funktionellen Kapillardichte. Auf diese Weise wird das Gewebe-Sauerstoffangebot durch hyperoxische Beatmung in bestimmten Situationen durch eine weitere Einschränkung der nutritiven Organversorgung sogar verschlechtert. Hingegen wird während normovolämischer Hämodilution die hyperoxische Vasokonstriktion durch die dilutionsbedingte Vasodilatation antagonisiert und die Gewebeoxygenierung verbessert. Aus den präsentierten Daten kann geschlossen werden, dass die Beatmung mit reinem O2 bei hypoxischer Hypoxämie (d.h. bei normalen Hkt-Werten) aufgrund der zusätzlichen Kompromittierung der Mikrozirkulation infolge hyperoxischer Vasokonstriktion nicht zwangsläufig zu der intendierten Verbesserung von Gewebeoxygenierung und Organfunktion führt. Die klinische Relevanz dieser Ergebnisse muss in künftigen Studien noch weiter geklärt werden.
  • The present study evaluated the effects of hyperoxic ventilation (ventilation with pure oxygen; FiO2 = 1.0) on survival during extreme methemoglobinemia in an animal pig model. We wanted to investigate the effects of hyperoxic ventilation in a situation of restricted oxygen supply, without the concomitant reduction of the hematocrit, and therefore changes of blood viscosity. The primary outcome measures were survival time and survival rate (during a 6-h follow-up period), as well as parameters of macrohemodynamic, O2 -transport and local and global tissue oxygenation. After induction of profound methemoglobinemia (60 % of global Hb), fourteen anesthetized, mechanically ventilated pigs were randomized in 2 study groups: ventilation was either continued with room air (FiO2 = 0.21, n = 7) or was changed over to hyperoxic ventilation (FiO2 = 1.0, n = 7). Subsequently a constant level of methemoglobinemia was maintained, and the animals were observed without further intervention throughout a 6-hr follow-up period. Severe methemoglobinemia significantly corrupted O2 – transport, resulted in manifest tissue hypoxia and - in the room air ventilated pigs- in the death of all animal within a short time period (max. 2h 40min). Ventilation with pure oxygen significantly prolonged survival time compared to normoxic ventilated pigs (up to 2h), however there were no differences in the survival rate: None of the 14 animals survived the 6-h follow up period. The effects of hyperoxic ventilation (FiO2 = 0.21) during severe methemoglobinemia (hypoxemia during normal hct) were markedly diminished, compared to former investigations of our research group observing the effects of hyperoxic ventilation during normovolemic dilutional anemia (hypoxemia during decreased hct). While during anemic hypoxia, physically dissolved plasma oxygen becomes a biologically highly available resource of oxygen, that repeatedly improved tissue oxygenation and by that survival time and –rate, these effects were absent during hypoxic hypoxia. This dependency of the actual hematocrit on the positive effects of hyperoxic ventilation can be explained by hyperoxic arteriolar vasoconstriction, additionally impairing microcirculation and resulting in a reduction of local oxygen supply and tissue oxygenation during methemoglobinemia. Ventilation with pure oxygen results in a generalized arteriolar vasoconstriction, a phenomenon that is caused by metabolites of the arachidonic acid pathway and oxygen dependent reduction of endothelial NO release. During physiological Hb-concentrations, hyperoxic arteriolar vasoconstriction results in a decrease of CI and coronary blood flow and an impairment of functional capillary density. Thus hyperoxic ventilation might impair tissue O2 supply under special conditions by a further reduction of the nutritive blood flow. In contrast during normovolemic hemodilution, hyperoxic arteriolar vasoconstriction is antagonized by dilutional vasodilatation, improving tissue oxygenation. It can be concluded from the data presented, that during hypoxic hypoxemia (i.e. during normal hct) ventilation with pure oxygen does not necessarily improve tissue oxygenation and organ function as intended, mostly due to a further impairment of macrocirculation by hyperoxic arteriolar vasoconstriction. Further studies are needed to elucidate the clinical relevancy of the results observed.

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Metadaten
Author:Patrick Lauscher
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-248114
Referee:Habler Oliver, Anton Moritz
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of first Publication:2011
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2011/06/28
Release Date:2012/06/17
Note:
Diese Dissertation steht außerhalb der Universitätsbibliothek leider (aus urheberrechtlichen Gründen) nicht im Volltext zur Verfügung, die CD-ROM kann (auch über Fernleihe) bei der UB Frankfurt am Main ausgeliehen werden.
HeBIS-PPN:425414337
Institutes:Medizin / Medizin
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
Sammlungen:Universitätspublikationen
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