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Hintergrund: Durch den Einsatz der Hochfrequenzoszillationsbeatmung (HFOV) kann das applizierte Tidalvolumen minimiert und dadurch das Risiko für alveolären Scherstress reduziert werden, allerdings resultieren höhere Oszillationsfrequenzen in einer insuffizienten CO2-Elimination mit Entstehung einer Hyperkapnie und respiratorischen Azidose. In dieser experimentellen Studie wurde die Auswirkung verschiedener Oszillationsfrequenzen bei der HFOV auf die CO2-Elimination mit und ohne die Hinzunahme einer arteriovenösen extrakorporalen Lungenassistenz (avECLA) im Großtier-ARDS-Modell untersucht. Unsere Hypothese: die Verwendung hoher Oszillationsfrequenzen und damit die Minimierung des Tidalvolumens erfordert die Kombination einer HFOV mit einer avECLA, um Normokapnie zu erhalten oder wiederherzustellen.
Methodik: Hierzu wurden acht gesunde Pietrain-Schweine (56,5 ± 4,4 kg) narkotisiert und intubiert und anschließend mittels pulmonaler Lavage ein schweres iatrogenes ARDS herbeigeführt. Nach einstündiger Stabilisierungsphase (PaO2 durchgehend < 80 mmHg) erfolgte ein Recruitment-Manöver und die Einstellung des mittleren Atemwegsdrucks auf 3 cmH2O über dem zuvor bestimmten unteren Inflektionspunkt. Anschließend wurden die Tiere der HFOV zugeführt, randomisiert und mit entweder auf- oder absteigenden Oszillationsfrequenzen jeweils 30 Minuten mit und ohne Hinzunahme der avECLA beatmet.
Ergebnisse: Ab Oszillationsfrequenzen von 9 Hz entwickelten die Versuchstiere ohne die Hinzunahme einer avECLA zügig eine Hyperkapnie, welcher nur durch die Hinzunahme der avECLA entgegengewirkt werden konnte. Durch das Recruitment-Manöver und die Einstellung des mittleren Atemwegsdrucks auf 3 cmH2O über dem unteren Inflektionspunkt konnte die Oxygenierung dauerhaft signifikant verbessert werden (p<0.05). Die Ergebnisse der beiden Gruppen (auf- vs. absteigende Oszillationsfrequenzen) unterschieden sich dabei nicht voneinander.
Zusammenfassung: Bei der Hochfrequenzoszillationsbeatmung (HFOV) konnte Normokapnie bei Oszillationsfrequenzen von 9 – 15 Hz nur durch die Kombination mit einer arteriovenösen extrakorporalen Lungenassistenz (avECLA) aufrecht erhalten werden. Zusätzlich konnte nach dem Recruitment-Manöver und der Einstellung des mittleren Atemwegsdrucks auf 3 cmH2O über dem unteren Inflektionspunkt auch noch bei sehr hohen Oszillationsfrequenzen eine dauerhafte, signifikante Verbesserung der Oxygenierung verzeichnet werden. Somit demaskiert die avECLA das lungenprotektive Potential der HFOV: die Minimierung der applizierten Tidalvolumina begrenzt nicht nur eine alveoläre Überblähung und damit Volutraumata, die Applikation höherer mittlerer Atemwegsdrücke ermöglicht darüber hinaus ein pulmonales Recruitment und schützt die Lunge damit vor Atelekttraumata.
Ertrinkungsunfälle sind nicht nur in den USA und Australien, sondern auch in Deutschland ein häufiges Unfallgeschehen, vor allem im Kleinkindesalter. Im Alter von ein bis fünf Jahren stellt der Ertrinkungsunfall in Deutschland sogar die häufigste nichtnatürliche Todesursache dar. Durch die Verbesserung der intensivmedizinischen Maßnahmen, insbesondere der Beatmungstechnik sind die Überlebenschancen gestiegen, leider aber auf Kosten der Morbidität mit neurologisch geschädigten Patienten und im schlimmsten Fall dem apallischen Syndrom. Ziel dieser Studie war, mit epidemiologisch aussagekräftigen Zahlen Ursachen und Folgen von Ertrinkungsunfällen zu untersuchen, um Präventionsstrategien zu erarbeiten. Dazu wurden in einem 2 – Jahreszeitraum Daten von 734 Ertrinkungsunfällen in Deutschland mittels Fragebögen gesammelt und erstmalig ein derart hohes Patientengut mit Hilfe statistischer Tests ausgewertet. 40,2% der Kinder waren zum Zeitpunkt des Ertrinkungsunfalls zwischen ein und drei Jahre alt. Abgesehen von den Warmwasserunfällen in Badewanne und Planschbecken erlitten Knaben weitaus häufiger einen Ertrinkungsunfall. Beinahe – Ertrinkungsunfälle traten in jeder Jahreszeit auf, allerdings mit einem deutlichen Gipfel in den Sommermonaten. Bevorzugt ereigneten sie sich an einem Wochenend- oder Feiertag und in über 50% in den Nachmittagsstunden, abgesehen von den Ertrinkungsunfällen im Säuglingsalter, die in 60% abends ab 18 Uhr geschahen. Als risikoreichstes Gebiet mußten öffentliche Bäder sowie der häusliche Bereich gesehen werden, wobei hier der private Gartenteich mit 22,4% an oberster Stelle rangierte, in denen vorwiegend Kleinkinder mit 48,5% vor allem in den Frühjahrsmonaten ertranken. Ertrinkungsunfälle fanden in jeder denkbaren Wasserstelle statt, selbst bei einer Wassertiefe von minimal 3 cm. Salzwasserunfälle spielten mit 1% eine untergeordnete Rolle. Häufigste Ursache eines Ertrinkungsunfalls war in 56,2% mangelnde Aufsicht. Krampfanfälle waren in nur 1,2% für einen Ertrinkungsunfall verantwortlich, führten aber häufig zu schwerer Beeinträchtigung (100% ateminsuffiziente und 2/3 kreislaufinstabile Kinder) und betrafen mehr Mädchen als Jungen. In 69,3% wurden die Erstmaßnahmen am Unfallort von Laien ausgeführt, in nur 4,7% von Ärzten, die allerdings in 85,6% den Transport zur Klinik leiteten. Eine kardiopulmonale Reanimation mußte in 31,5% aller Ertrinkungsunfälle am Unfallort durchgeführt werden, wobei in 47,8% Kleinkinder betroffen waren. In 13,2% war eine weitere kardiopulmonale Reanimation in der Klinik notwendig. 29,5% der Kinder wurden am Unfallort intubiert und gelangten beatmet in die Klinik. Unabhängig von der Wassertemperatur führten Ertrinkungsunfälle zu Unterkühlung, wobei 75,9% der Kinder mit schwerster Hypothermie unter 28 °C Kleinkinder waren. In 2,7% trat im weiteren stationären Verlauf eine derartige Verschlechterung der pulmonalen Situation auf, dass eine Beatmung notwendig wurde, wobei der Hälfte der Fälle ein ARDS zugrunde lag. Insgesamt entstand ein ARDS in 11,3% und führte in 36,8% zum Tod, konnte andererseits aber auch in 31,5% gesund überlebt werden. Ein Hirnödem entwickelte sich in 16,9%, wovon 48,7% der Verläufe letal waren und 17,1% der Fälle zu einer völligen Genesung führten. Insgesamt führte ein Ertrinkungsunfall in 11,5% zum Tod, in 4% zum apallischen Syndrom und in 5,5% zu neurologischen Defiziten. 79,1% der Kinder überlebten den Beinahe – Ertrinkungsunfall gesund. Erschreckend ist die hohe Mortalität im Kleinkindesalter von 13,3%. Prognostisch günstige Faktoren waren stabile Kreislaufparameter und erhaltene Atmung am Unfallort ( > 98% gesund Kinder) sowie Normothermie bis leichte Hypothermie bis minimal 33 °C (88,9% gesunde Kinder). Insgesamt sollten Maßnahmen zur Vermeidung von Ertrinkungsunfällen in Deutschland verstärkt werden, in dem die Sorgeberechtigten hinsichtlich Gefahrenstellen, vor allem im häuslichen Bereich sowie der Notwendigkeit der ständigen Beaufsichtigung kleiner Kinder aufgeklärt und in Erste – Hilfe – Maßnahmen eingewiesen werden.
(1) Background: Data on coronavirus 2 infection during pregnancy vary. We aimed to describe maternal characteristics and clinical presentation of SARS-CoV-2 positive women requiring intensive care treatment for COVID-19 during pregnancy and postpartum period based on data of a comprehensive German surveillance system in obstetric patients. (2) Methods: Data from COVID-19 Related Obstetric and Neonatal Outcome Study (CRONOS), a prospective multicenter registry for SARS-CoV-2 positive pregnant women, was analyzed with respect to ICU treatment. All women requiring intensive care treatment for COVID-19 were included and compared regarding maternal characteristics, course of disease, as well as maternal and neonatal outcomes. (3) Results: Of 2650 cases in CRONOS, 101 women (4%) had a documented ICU stay. Median maternal age was 33 (IQR, 30–36) years. COVID-19 was diagnosed at a median gestational age of 33 (IQR, 28–35) weeks. As the most invasive form of COVID-19 treatment interventions, patients received either continuous monitoring of vital signs without further treatment requirement (n = 6), insufflation of oxygen (n = 30), non-invasive ventilation (n = 22), invasive ventilation (n = 28), or escalation to extracorporeal membrane oxygenation (n = 15). No significant clinical differences were identified between patients receiving different forms of ventilatory support for COVID-19. Prevalence of preterm delivery was significantly higher in women receiving invasive respiratory treatments. Four women died of COVID-19 and six fetuses were stillborn. (4) Conclusions: Our cohort shows that progression of COVID-19 is rare in pregnant and postpartum women treated in the ICU. Preterm birth rate is high and COVID-19 requiring respiratory support increases the risk of poor maternal and neonatal outcome.
Die Hochfrequenzoszillation (HFOV; Frequenz 12-15 Hz) reduziert in Kombination mit einer ECLA die beatmungsinduzierte Lungenschädigung und das Lungenbiotrauma im Vergleich zur konventionellen lungenprotektiven Beatmung (PCV) mit niedrigen Tidalvolumina (6 ml/kg KG) Die HFOV hat in Kombination mit ECLA keine negativen Auswirkungen auf den Gasaustausch und die Hämodynamik
Rund 300 Millionen Alveolen sorgen in der menschlichen Lunge für den Gasaustausch. Eine essentielle Rolle spielen dabei die Alveolarepithelzellen, die die erste Barriere der Luft gegenüber dem Blut bilden. Man unterteilt diese in die kubisch förmigen Typ-II-Epithelzellen, die den wichtigen stabilisierenden Surfactant bilden und in die flacheren Typ-I-Zellen, die aufgrund von engen Zell-Zell Kontakten miteinander eine funktionelle Barriere zwischen Luft und Blut (Blut-Luft-Schranke) ermöglichen. In der Pathophysiologie von verschiedenen Lungenerkrankungen, wie z.B. dem ARDS, spielt die Störung dieser Barriere eine essentielle Rolle.
Ziel der vorliegenden Promotionsarbeit war es, ein in vitro-Modell dieser Barriere, basierend auf der humanen Epithellzelllinie NCI H441, zu etablieren. Die Epithelzellen wurden hierzu erfolgreich auf Transwelleinsätzen gezüchtet.
Um die Barriereeigenschaften zu überprüfen, wurden mit TER Messungen und Fluoreszenzpermeabilitätsmessungen zwei verschiedene Verfahren eingesetzt.
Für die Bewahrung der Konfluenz wurden die Zellen mit Dexamethason – einem potenten Glukokortikoid – behandelt. Dexamethason wurde idealerweise bei jedem Medienwechsel ab Tag 5 apikal hinzugefügt und zeigte einen barrierefördernden Effekt. Die optimale hinzugefügte Dexamethason–konzentration erwies sich als 100 nM. Hierunter bildete die Zellschicht – sowohl mittels TER-Messung als auch mittels Fluoreszenzpermeabilitätsmessung überprüft – eine starke Barriere aus, die am Tag 14-15 nach Zellaussaat ihr Maximum erreichte.
Auf mRNA Ebene konnten zu diesem Zeitpunkt unter 100 nM Dexamethason jeweils relevante Mengen zellspezifischer Proteine von Alveolarepithelzellen Typ-I und II nachgewiesen werden. Mittels Immunfluoreszenzmikroskopie konnte zusätzlich visualisiert werden, dass die zwei Zelltypen koexistieren.
Mittels Immunfluoreszenzmikroskopie zeigte sich weiterhin ein ausgeprägtes Netz an Occludensjunktionsproteinen (Claudin -1,-3,-4, Occludin, ZO-1). In weiteren Versuchen wurde der Einfluß von Endothelzellfaktoren auf das epitheliale Lungenkulturmodell untersucht. Es zeigte sich ein stark ausgeprägter gewebsspezifischer Effekt: Die Faktoren der Lungenendothelzellen stärkten die Barriere des Modells, hingegen die Hirnendothelzellfaktoren sie stark schwächten. Dieser Effekt zeigte sich sowohl durch die gemessenen TER-Werte als auch durch die gemessenen Fluoreszeinpermeabelitätswerte.
Erste Belastungsversuche des Modell durch Hypoxie und reaktive Sauerstoffspezies zeigten eine gewisse Widerstandsfähigkeit der Barriere gegenüber Noxen.
Das vorliegende Zellkulturmodell des Lungenalveolarepithels, basierend auf der NCI H441 Zelllinie, kann folglich genutzt werden, um die Regulation der Barriere genauer zu erforschen und mögliche neue Therapiestrategien zu entwickeln.
Die Bauchlagerung von intubierten ARDS-Patient/innen mit einer schlechten Oxygenierung wird laut Leitlinie seit mehreren Jahren als supportive Therapiemaßnahme empfohlen. Im Rahmen der COVID-19 Pandemie wurde nun erstmalig die Bauchlagerung auch bei hypoxämischen, nicht-intubierten Patient/innen untersucht. Diese Fragestellung wurde in der vorliegenden Arbeit mittels einer systematischen Übersichtsarbeit betrachtet. Aufgrund der aktuellen Pandemiesituation wurden neben ARDS-Patient/innen im Allgemeinen insbesondere COVID-19 Patient/innen mit einem akuten Lungenversagen als Subgruppe untersucht.
Am 21.11.2020 wurde eine systematische Suche nach Studien in den Datenbanken MEDLINE, Cochrane COVID-19 Study Register und Living Overview of the Evidence platform durchgeführt. Die Ergebnisse wurden, wo möglich, in Form einer Meta-Analyse zusammengefasst, in Tabellen darstellt oder deskriptiv beschrieben. Das Risiko für Bias wurde jeweils für die eingeschlossenen kontrollierten Studien mittels ROBINS-I beurteilt. Die Vertrauenswürdigkeit der Evidenz der gesamten Arbeit wurde mit Hilfe des GRADE-Ansatzes untersucht.
Insgesamt wurden 30 Studien eingeschlossen, davon 4 kontrollierte Studien, keine RCTs. In 3 der kontrollierten Studien wurde die Bauchlagerung bei COVID-19 Patient/innen untersucht, in einer bei Patient/innen mit einem anderweitig verursachten ARDS. Es ist unklar, ob die Bauchlagerung die Intubationsrate (RR = 0,92; 95% KI: 0,59 - 1,44; I² = 65%; sehr niedrige Vertrauenswürdigkeit der Evidenz), die Mortalität (RR = 0,55; 95% KI: 0,23 - 1,30; I² = 60%; sehr niedrige Vertrauenswürdigkeit der Evidenz) und die Wahrscheinlichkeit für eine Aufnahme auf die Intensivstation (RR = 0,94; 95% KI: 0,54 - 1,63; I2 = 71%; sehr niedrige Vertrauenswürdigkeit der Evidenz) verringern kann. Auch für die anderen betrachteten Endpunkte konnte kein signifikanter Effekt der Bauchlagerung nachgewiesen werden Im Vergleich der Subgruppen „Nicht-COVID-19“ (8 Studien) und „COVID-19“ (22 Studien) konnten in Bezug auf alle betrachteten Endpunkte keine relevanten Unterschiede festgestellt werden.
Insgesamt ist die Evidenz nicht ausreichend, um Vor- und Nachteile der Bauchlagerung für nicht-intubierte ARDS Patient/innen gegenüber der üblichen Rückenlagerung aufzuzeigen und diese für die Praxis zu empfehlen.
Background
Intensive Care Resources are heavily utilized during the COVID-19 pandemic. However, risk stratification and prediction of SARS-CoV-2 patient clinical outcomes upon ICU admission remain inadequate. This study aimed to develop a machine learning model, based on retrospective & prospective clinical data, to stratify patient risk and predict ICU survival and outcomes.
Methods
A Germany-wide electronic registry was established to pseudonymously collect admission, therapeutic and discharge information of SARS-CoV-2 ICU patients retrospectively and prospectively. Machine learning approaches were evaluated for the accuracy and interpretability of predictions. The Explainable Boosting Machine approach was selected as the most suitable method. Individual, non-linear shape functions for predictive parameters and parameter interactions are reported.
Results
1039 patients were included in the Explainable Boosting Machine model, 596 patients retrospectively collected, and 443 patients prospectively collected. The model for prediction of general ICU outcome was shown to be more reliable to predict “survival”. Age, inflammatory and thrombotic activity, and severity of ARDS at ICU admission were shown to be predictive of ICU survival. Patients’ age, pulmonary dysfunction and transfer from an external institution were predictors for ECMO therapy. The interaction of patient age with D-dimer levels on admission and creatinine levels with SOFA score without GCS were predictors for renal replacement therapy.
Conclusions
Using Explainable Boosting Machine analysis, we confirmed and weighed previously reported and identified novel predictors for outcome in critically ill COVID-19 patients. Using this strategy, predictive modeling of COVID-19 ICU patient outcomes can be performed overcoming the limitations of linear regression models.
Trial registration “ClinicalTrials” (clinicaltrials.gov) under NCT04455451.
Hintergrund: Wir untersuchten den Einfluß einer arteriovenösen extrakorporalen Lungenassistenz auf den Gasstausch und die Hämodynamik im Lavage-induzierten Tiermodell des akuten Lungenversagens(ARDS). Methodik: Hierzu wurden 15 gesunde Pietrain-Schweine narkotisiert und mittels Lavage der Lunge ein schweres ARDS induziert. Im Anschluß erfolgte bei 14 Tieren die Randomisierung in 2 Gruppen: eine Gruppe wurde mit druckkontrollierter Beatmung und steigenden positiv-endexspiratorischen Drücken (PEEP)behandelt, die zweite Gruppe erhielt zudem eine arteriovenöse Lungenassistenz. Ein Tier wurde lediglich mit der Ausgangsbeatmung therapiert. Ergebnisse: Mit steigendem PEEP kam es in beiden Gruppen zur Abnahme des mittleren arteriellen Druckes (MAP) sowie des Herzzeitvolumens (HZV). av-ECLA hatte keinen signifikanten Einfluss auf den MAP. Der pulmonale Rechts-Links-Shunt nahm jedoch in dieser Gruppe signifikant zu. Waehrend die Kohlendioxidelimination mittels av-ECLA hocheffektiv war, war der Beitrag zur Gesamtoxygenierung gering. Zusammenfassung: Nur die Kombination aus lungen-protektiver Beatmung und av-ECLA führte zu Normokapnie in diesem ARDS-Modell. Es wurde keine signifikante Blutdruckänderung durch av-ECLA hervorgerufen.
Das akute Lungenversagen des Erwachsenen (Acute Respiratory Distress Syndrome - ARDS) bleibt trotz lungenprotektiver Beatmung und dem Einsatz moderner Therapieverfahren ein schwerwiegendes Krankheitsbild mit nicht selten letalem Ausgang. Ziel der hier durchgeführten experimentellen Studien war es, sowohl den Einfluss verschieden hoher Niveaus des positiven end-exspiratorischen Drucks (PEEP) als auch die Auswirkungen einer unterschiedlichen Volumentherapie hinsichtlich Oxygenierung und histopathologischem Lungenschaden zu untersuchen. Hierzu wurde an 24 weiblichen narkotisierten und druckkontrolliert beatmeten Pietrain-Schweinen ein Lungenversagen mittels repetitiver bronchoalveolärer Lavage mit Kochsalzlösung induziert. Je acht Tiere wurden randomisiert und einer von drei Versuchsgruppen zugeteilt. In der ARDSNet(V+)-Gruppe wurde gemäß dem ARDS-Netzwerk mit einem festen Kombinationsschema aus PEEP und inspiratorischer Sauerstofffraktion (FiO2) beatmet und eine liberale Volumentherapie angewandt. In den Gruppen mit Open-Lung-Konzept (OLC) OLC(V+)- und OLC(V-) wurde eine Beatmung mit einem PEEP von 3 cm H2O über dem unteren Umschlagspunkt der Druck-Volumen-Kurve sowie Rekrutierungsmanövern von 50 cm H2O über 30 Sekunden durchgeführt. Die beiden OLC-Gruppen unterschieden sich im Hinblick auf die Volumensubstitution: restriktive Volumentherapie in OLC(V-) und liberale Volumentherapie in OLC(V+). Der Versuchszeitraum nach Randomisierung betrug 6,5 Stunden. Es wurden Gasaustausch- und Hämodynamikparameter zu fünf verschiedenen Messzeitpunkten ausgewertet. Des Weiteren wurden nach dem Versuchsende die Lungen histologisch untersucht. Bei der Untersuchung der Effekte der Beatmungsstrategien zeigte sich beim Vergleich der Gruppen mit großzügiger Volumensubstitution in der Gruppe mit höherem PEEP (OLC(V+)) eine bessere Oxygenierung (PaO2/FiO2 416+/-80 mmHg), verglichen mit der Beatmung gemäß ARDS-Netzwerk (ARDSNet(V+): PaO2/FiO2 189+/-55 mmHg). Ein statistisch signifikanter Unterschied im histopathologischen Lungenschaden zwischen beiden Gruppen konnte nicht gefunden werden (Gesamtscore OLC(V+) 1,6+/ [1,2-1,9] vs. ARDSNet(V+) 1,9 [1,4-2,0]). Bei der Untersuchung der Effekte der Volumentherapie konnte beim Vergleich der Gruppen mit Beatmung nach Open-Lung-Konzept in der Gruppe mit einem restriktiven Volumenmanagement (OLC(V-)) ein signifikant reduzierter histopathologischer Lungenschaden (Gesamtscore 0,9 [0,8-1,4]), jedoch keine weitere Verbesserung der Oxygenierung (PaO2/FiO2 400+/-55 mmHg) gegenüber der Gruppe mit liberalem Volumenmanagement (OLC(V+)) festgestellt werden. Zusammenfassend konnten wir mit unserer Studie zeigen, dass im experimentellen ARDS eine restriktive Volumentherapie den Lungenschaden reduzieren kann. Das Volumen-management scheint im experimentellen Lungenversagen somit einen größeren Einfluss auf den Lungenschaden zu haben als die Höhe des PEEP.