Kardiopulmonaler Bypass vermindert den bronchialarteriellen Blutfluss

Zusammenfassung

Hintergrund Während des kardiopulmonalen Bypass (CPB) ist die Lunge vollständig vom Pulmonalkreislauf getrennt und wird ausschließlich über die Bronchialarterien versorgt. Wir haben die Hypothen aufgestellt, dass 1.) der bronchialarterielle Blutfluss während des CPB nicht ausreicht, um eine Ischämie der Lunge zu verhindern und dass 2.) durch eine kontrollierte Perfusion der Lunge der ischämische Lungenschaden verringert werden kann. Methoden Vierunddreißig Ferkel (5,0±0,5kg) wurden für 90min und 120min an den CPB angeschlossen und anschließend für 60min reperfundiert. Der bronchialarterielle Blutfluss wurde vor, während und nach dem CPB mittels fluoreszierender Mikrospheren quantifiziert. Bei 19 Tieren wurde die Lunge während des Bypass kontrolliert perfundiert (kontinuierlich u. intermittierend). Im Anschluss an das Tierexperiment wurde das Konzept der Lungenperfusion in eine klinische Studie übertragen und an 35 lungengesunden Patienten überprüft. Ergebnisse Mit Beginn des CPB war der bronchialarterielle Blutfluss auf 13% des Ausgangswertes abgefallen (von 42,1±10,4ml/min auf 5,6±1,0ml/min; p<0,05). Diese Flussverminderung zeigte sich noch nach 120min CPB und war nach 60min Reperfusion fast vollständig reversibel. Mit der Verringerung des Bronchialflusses ging ein 3facher Anstieg des Laktatgehaltes im Lungengewebe einher. Die histologischen Untersuchungen zeigten eine Verdopplung der Alveolarseptendicke nach Reperfusion. In der bronchioalveolären Lavageflüssigkeit waren Albumin, Laktatdehydrogenase, Elastase und Granulozyten signifikant erhöht, während die Anzahl der Makrophagen signifikant vermindert war. Mit kontrollierter Perfusion der Lunge war der Bronchialfluss während des CPB ebenfalls signifikant verringert (5,4±1,6ml/min; p<0,05 vs. vor CPB). Der Laktatgehalt im Lungengewebe lag nach Lungenperfusion zwischen dem Ausgangswert und dem Wert nach CPB ohne Lungenperfusion. Sowohl die Dickenzunahme der Alveolarsepten als auch die Veränderungen in der Lavageflüssigkeit waren nach Perfusion (intermittierend u. kontinuierlich) der Lunge signifikant verringert. Die Oxygenierungskapazität der Lunge war nach Perfusion deutlich verbessert gegenüber der ohne Lungenperfusion. In der klinischen Studie konnte die Durchführbarkeit der Lungenperfusion demonstriert werden wobei keine Verbesserung bzgl. der gemessenen Parameter (extravaskuläres Lungenwasser, Blutgase, Interleukin-6, Myeloperoxidase und Elastase) gezeigt werden konnte. Schlussfolgerungen Wir schlussfolgern, dass 1.) während des CPB eine Ischämie der Lunge vorliegt, 2.) die kontrollierte Lungenperfusion am CPB die ischämiebedingte Schädigung der Lunge verringern kann und 3.) die dramatische Reduktion des bronchialarteriellen Blutflusses am CPB möglicherweise allein für die Entstehung einer Ischämie der Lunge verantwortlich ist.

Summary

Background During total cardiopulmonary bypass (CPB), blood flow to the lungs is limited to flow through the bronchial arteries. We tested the hypothesis that bronchial blood flow during CPB is insufficient to prevent ischemia of the lung and that perfusion of the pulmonary arteries with oxygenated blood during CPB reduces lung injury. Methods Thirty-four piglets (5.0±0.5kg) were subjected to 90 min and 120 min of normothermic, total CPB, followed by 60 min of post-bypass perfusion. We quantitated bronchial arterial blood flow before, during and after CPB. Nineteen piglets received pulmonary perfusion (continuous or intermittent) with oxygenated blood during CPB. Following the experimental studies the concept of controlled pulmonary perfusion was applied to 35 patients undergoing coronary bypass surgery. Results With the beginning of CPB, bronchial arterial blood flow decreased to 13% of baseline (42.1±10.4 to 5.6±1.0ml/min), remained decreased until the end of CPB and returned to starting levels 60 min after CPB. The decrease in bronchial blood flow was associated with a 3-fold increase in tissue lactate content. At the end of reperfusion there was a 2-fold increase in alveolar septal thickness and a significant accumulation of albumin, lactate dehydrogenase, neutrophils and elastase in the BALF compared to the controlls. Controlled pulmonary perfusion significantly ameliorated all the observed changes. Clinical application of controlled perfusion was feasible without complications while there was no improvement in postoperative pulmonary function with controlled pulmonary perfusion. None of the patients enrolled experienced pulmonary complications postoperatively. Conclusions CPB causes a reduction in bronchial arterial blood flow, which is associated with injury of the lung. Controlled pulmonary perfusion reduces injury to the lung during CPB.