High-Frequency Ventilation in Newborn Lambs After Intra-Uterine Creation of Diaphragmatic Hernia

Abstract

Infants with congenital diaphragmatic hernia (CDH) die, because their lungs are hypoplastic and their pulmonary vascular resistance remains elevated after birth. In human newborns, it is difficult to appreciate the benefit of new therapeutic approaches, because the pathological findings are not uniform, the disease is rare and the clinical criteria for poor prognosis with conventional therapy are uncertain.

To study the benefit of high-frequency ventilation (HFV) the use of Tolazoline in CDH, we created a diaphragmatic defect in sheep fetuses at 0.6 gestation and studied full-term newborns after a caesarian section. A sternotomy was performed to place catheters and flow probes on the aorta and pulmonary artery and to clamp the ductus arteriosus and the left pulmonary artery. Twins were used as control, and the CDH lambs were either ventilated with conventional ventilation (CV) or HFV.

23 ewes were operated upon with a 22 % abortion rate and 31 newborn lambs (10 controls and 21 CDH) were studied. A complete gasometric and hemodynamic study was performed in 23 lambs (7 controls, 8 CDH with CV and 8 CDH with HFV). Clinical and pathological findings of the lambs with CDH were very similar to severe CDH in humans with bilateral lung hypoplasia, severe respiratory distress, high pulmonary vascular resistance and severe hypoxemia. HFV dramatically improved CO₂ elimination, allowed less aggressive ventilation, and was associated with higher flows and lower systemic and pulmonary vascular resistance. However, HFV did not improve oxygenation leaving the newborn with severe hypoxemia associated with massive intrapulmonary foramen ovale shunting from right to left.

Zusammenfassung

Kinder mit angeborenen Zwerchfellhernien sterben, weil ihre Lungen hypoplastisch sind und ihr Lungengefäßwiderstand nach der Geburt erhöht bleibt. Bei menschlichen Neugeborenen ist es schwierig, den Nutzen von neuen therapeutischen Ansätzen zu beurteilen, da die pathologischen Befunde uneinheitlich, die Erkrankung selten ist und klinische Kriterien für eine schlechte Prognose unter konventioneller Therapie unsicher sind.

Um den Nutzen der Hochfrequenzbeatmung und des Tolazolins bei der angeborenen Zwerchfellhernie zu untersuchen, schufen wir bei fötalen Lämmern zu Beginn des zweiten Drittels der Schwangerschaft einen Zwerchfelldefekt und untersuchten dann die am Termin durch Sektion gewonnenen Neugeborenen. Über eine Sternotomie wurden Katheter in die Aorta und die Pulmonalarterie eingelegt und der Ductus arteriosus und die linke Pulmonalarterie unterbunden. Der zweite Zwilling wurde als Kontrolle verwendet und die Lämmer mit Zwerchfellhernien entweder konventionell oder mit Hochfrequenz beatmet.

23 Mutterschafe wurden mit einer Fehlgeburtsrate von 22 % operiert und 31 neugeborene Lämmer (10 Kontrolltiere und 21 Tiere mit Zwerchfellhernien) untersucht. Vollständige gasometrische und hämodynamische Untersuchungen wurden bei 23 Lämmern durchgeführt (7 Kontrollen, 8 Zwerchfellhernien mit konventioneller Beatmung, 8 Zwerchfellhemien mit Hochfrequenzbeatmung). Die klinischen und pathologischen Befunde bei den Lämmern mit Zwerchfellhernie sind denen bei menschlichen Kindern mit schwerer CDS, bei doppelseitiger Lungenhypoplasie, schweren Atemstörungen, hohem Lungengefäßwiderstand und schwerer Hypoxämie sehr ähnlich. Die Hochfrequenzbeatmung verbesserte die CO₂-Elimination auf dramatische Weise, erlaubte eine weniger aggressive Beatmung und ging mit höheren Flußraten und niedrigeren systemischen und pulmonalen Gefäßwiderständen einher. Die Hochfrequenzbeatmung verbesserte jedoch nicht die Oxygenation, so daß Neugeborene mit schwerer Hypoxämie bei großem intrapulmonalen Foramen ovale mit einem Rechts-zu-Links-Shunt schwer hypoxämisch blieben.

Key words

Congenital diaphragmatic hernia - Fetal surgery - High frequency ventilation - Shunts evaluations

Schlüsselwörter

Zwerchfellhernie - Fötalchirurgie - Hochfrequenzbeatmung