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4. April 2016

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Lungenversagen – Wiener Forscher/innen untersuchen Schädigungsmechanismus

Künstliche Beatmung kann Lungenschädigungen fördern, indem sie schnelle Sauerstoffschwankungen auslöst. An der Medizinischen Universität Wien wird nun erstmals deren Bedeutung als zusätzlicher Faktor des Lungenversagens untersucht.

Viele schwer erkrankte Patientinnen und Patienten erleiden auf der Intensivstation ein akutes Lungenversagen. Es kommt zu schwerer Atemnot, der Sauerstoffanteil im Blut nimmt stark ab und der Kohlendioxidanteil steigt. Um diesen gestörten Gasaustausch zu stabilisieren, setzt die Medizin eine mechanische Beatmung ein. „Doch dabei kann es zu so etwas wie einem Teufelskreis kommen“, erklärt Klaus Ulrich Klein von der Medizinischen Universität Wien. Denn die künstliche Beatmung könne den Lungenschaden verschlimmern, so der Anästhesist. Und dies kann schwerwiegende Folgen haben wie beispielsweise verlängerte Intensivaufenthalte, kognitive Funktionsstörungen oder weitere Organschädigungen.

Bedeutung von Schwankungen unklar

Die mechanische Belastung der Lunge führt unter anderem zu schnellen Sauerstoffschwankungen (PO2-Änderungen) in der Lunge. – Das ist schon lange bekannt, wird jedoch erst seit kurzem auch klinisch erforscht. Unklar ist jedoch nach wie vor, welche Bedeutung diese Schwankungen für die Lungenschädigung haben. „Wir gehen davon aus, dass schnelle Sauerstoffänderungen zur Bildung von freien Sauerstoffradikalen sowie lokalen Entzündungsreaktionen in der Lunge führen und somit eine eigenständige Ursache der Lungenschädigung während der mechanischen Beatmung darstellen“, sagt Klein. Ein Forscherteam um den Mediziner will nun in einem Grundlagenprojekt des Wissenschaftsfonds FWF, die zugrunde liegenden Mechanismen und Signalwege untersuchen, die durch schnelle Sauerstoffänderungen in der Lunge hervorgerufen werden. Generell würden freie Sauerstoffradikale eine wichtige Rolle in der Entstehung pulmonaler, kardiovaskulärer, neurodegenerativer und auch altersassoziierter Erkrankungen spielen, erklärt Klein die Bedeutung seiner Forschungsarbeit. Gegenwärtig werden insbesondere Strategien zur individuellen Optimierung der Beatmungseinstellung erforscht, mit dem Ziel, den Lungenschaden zu minimieren.

Experimente mit Zellen und Substanzen

Um die Effekte der Sauerstoffschwankungen auf Lungenzellen zu analysieren, hat die Arbeitsgruppe an der Meduni Wien zunächst ein neues Zellkultur-System (Bioreaktor) entwickelt, das die Auswirkungen von konstanten und schnell schwankenden PO2-Konzentrationen auf die Lungenfunktion vergleicht. In weiteren Kontrollexperimenten werden zudem die Bedeutung verschiedener Zelltypen bei einer durch Sauerstoffschwankungen geschädigten Lunge sowie der Effekt klassischer Substanzen untersucht. „Wir setzen Substanzen ein, die die Bildung von freien Sauerstoffradikalen beziehungsweise die Ausschüttung von Entzündungsmediatoren verringern“, erklärt Teamleiter Klein. In einem nächsten Schritt wollen die Forscherinnen und Forscher dann diese in-vitro (im Reagenzglas) gewonnenen Erkenntnisse in einem ex-vivo Ansatz überprüfen. Dazu werden Schweinelungen isoliert und im Labor unterschiedlichen PO2-Konzentrationen ausgesetzt.

Stiftung fördert Grundlagenforschung

Das medizinische Forschungsprojekt „Schnelle PO2-Änderungen als Ursache des Lungenversagens“ (2016-2018) wird durch den vom Wissenschaftsfonds FWF vergebenen „Gottfried und Vera Weiss-Preis“ finanziert. Seit 2015 schreibt der FWF im Auftrag der Weiss-Wissenschaftsstiftung die Einreichung von Projekten auf dem Gebiet der Anästhesie und Meteorologie aus. Mit dem Preis soll der wissenschaftliche Nachwuchs aus beiden Fachgebieten gefördert werden.

Zur Person

Klaus Ulrich Klein arbeitet als Oberarzt an der Universitätsklinik für Anästhesie, Allgemeine Intensivmedizin und Schmerztherapie der Medizinischen Universität Wien. Sein Forschungsschwerpunkt ist die Untersuchung von Mechanismen zur Organprotektion, insbesondere von Lunge, Herz und Gehirn, im Rahmen von Operationen und auf der Intensivstation. Im März 2016 wurde Klein durch den FWF mit dem Weiss-Preis auf dem Gebiet der Anästhesie ausgezeichnet.

Aktuelle Publikationen zum Thema:

Klein KU, Johannes A, Brückner M, Thomas R, Matthews S, Frauenknecht K, Leukel

P, Mazur J, Poplawski A, Muellenbach R, Sommer CJ, Thal SC, Engelhard K: Systemic PaO2 Oscillations Cause Mild Brain Injury in a Pig Model. Crit Care Med. 2015 Oct 22. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 26496445.

Formenti F, Chen R, McPeak H, Murison PJ, Matejovic M, Hahn CE, Farmery AD: Intra-breath arterial oxygen oscillations detected by a fast oxygen sensor in an animal model of acute respiratory distress syndrome. Br J Anaesth. 2015 Apr; 114(4):683-8. doi: 10.1093/bja/aeu407. Epub 2015 Jan 28. PubMed PMID: 25631471; PubMed Central PMCID: PMC4364062.

Boehme S, Bentley AH, Hartmann EK, Chang S, Erdoes G, Prinzing A, Hagmann M, Baumgardner JE, Ullrich R, Markstaller K, David M: Influence of inspiration to expiration ratio on cyclic recruitment and derecruitment of atelectasis in a saline lavage model of acute respiratory distress syndrome. Crit Care Med. 2015

Mar; 43(3):e65-74. doi: 10.1097/CCM.0000000000000788. PubMed PMID: 25513783.

 

Bild und Text ab Montag, 4. April 2016, ab 10.00 Uhr MESZ verfügbar unter:

http://scilog.fwf.ac.at

 

Wissenschaftlicher Kontakt:
Assoc. Prof. PD Dr. Klaus Ulrich Klein
Univ.-Klinik für Anästhesie, Allgemeine Intensivmedizin und Schmerztherapie
Medizinische Universität Wien
Währinger Gürtel 18-20, 1090 Wien
T +43 / 1/ 40400-41020
E <ahref=“mailto:ulrich.klein@meduniwien.ac.at“>ulrich.klein@meduniwien.ac.at
W http://www.meduniwien.ac.at

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