CT-Densitometrie zur Analyse der statischen Druckvolumenkurve der Lunge bei experimentell induziertem Lungenschaden[1]

Zusammenfassung

Ziel: Diese Studie untersucht bei Registrierung von in- und exspiratorischen Druckvolumenkurven der Lunge simultan quantitative Änderungen definierter Lungenkompartimente mittels Computertomographie (CT) an einem handelsüblichen CT-Scanner in einer subcarinalen Einzelschicht. Material und Methoden: An 10 Schweinen erfolgte nach repetitiver Lungenlavage randomisiert die Registrierung von statischen in- und exspiratorischen Druckvolumenkurven (0 bis 1000 ml, 100-ml-Schritte). Zeitgleich wurden CT-Aufnahmen der Lunge in einer Einzelschicht (3 cm unter der Carina) aufgenommen (Schichtdicke 1 mm, zeitliches Inkrement 2 s). Jedes Einzelbild wurde segmentiert und eine Dichteplanimetrie durchgeführt. Die Dichtebereiche der Lunge wurden in Kompartimente eingeteilt: überbläht (-1024 bis -910 HU), normal belüftet (-910 bis -600 HU), gering belüftet (-600 bis -300 HU), nicht belüftet (-300 bis 200 HU). Die prozentuale Fläche in Relation zur totalen Lungenfläche wurde mit dem Volumen und dem Atemwegsdruck (Atmosphärendruck, unterer Inflektionspunkt [LIP], LIP × 0,5, LIP × 1,5 und maximaler Atemwegsdruck) der registrierten Druckvolumenkurven verglichen. Ergebnisse: Zwischen der in- und exspiratorischen Druckvolumenkurve fanden sich keine Unterschiede in den Lungenkompartimenten. Die Abnahme von nicht belüfteter und die Zunahme normal belüfteter Lungenfläche erfolgten konstant, bei Zunahme des Atemwegsdrucks und des Volumens während der inspiratorischen und umgekehrt bei der exspiratorischen Druckvolumenkurve. Schlussfolgerung: Die Darstellung der Lungenkompartimente in einer Einzelschicht-CT-Untersuchung mit einem handelsüblichen CT-Scanner während Registrierung statischer Druckvolumenkurven ermöglicht die Beurteilung der Rekrutierung und Derekrutierung von Atelektasen. Die Rekrutierung und Derekrutierung erfolgen kontinuierlich und sind kein plötzlich einsetzender Vorgang.

Abstract

Purpose: To study quantitative changes of lung density distributions when recording in- and expiratory static pressure-volume curves by single slice computed tomography (CT). Materials und Methods: Static in- and expiratory pressure volume curves (0 to 1000 ml, increments of 100 ml) were obtained in random order in 10 pigs after induction of lung damage by saline lavage. Simultaneously, CT acquisitions (slice thickness 1 mm, temporal increment 2 s) were performed in a single slice (3 cm below the carina). In each CT image lung segmentation and planimetry of defined density ranges were achieved. The lung density ranges were defined as: hyperinflated (-1024 to <!?Bitte Leerz. löschen?>-910 HU), normal aerated (-910 to -600 HU), poorly aerated <!?Bitte Leerz. löschen?>(-600 to -300 HU), and non aerated (-300 to 200 HU) lung. Fractional areas of defined density ranges in percentage of total lung area were compared to recorded volume increments and airway pressures (atmospheric pressure, lower inflection point (LIP), LIP*0.5, LIP*1.5, peak airway pressure) of in- and expiratory pressure-volume curves. Results: Quantitative analysis of defined density ranges showed no differences between in- and expiratory pressure-volume curves. The amount of poorly aerated lung decreased and normal aerated lung increased constantly when airway pressure and volume were increased during inspiratory pressure-volume curves and vice versa during expiratory pressure-volume loops. Conclusion: Recruitment and derecruitment of lung atelectasis during registration of static in- and expiratory pressure-volume loops occurred constantly, but not in a stepwise manner. CT was shown to be an appropriate method to analyse these recruitment process.

Static pressure-volume curve - lower inflection point - recruitment - derecruitment - ARDS

Literatur

• 1 Ventilation with lower tidal volumes as compared with traditional tidal volumes for acute lung injury and the acute respiratory distress syndrome. The Acute Respiratory Distress Syndrome Network.  N Engl J Med. 2000;  342 1301-1308
• 2 Dreyfuss D, Saumon G. Ventilator-induced lung injury: Lessons from experimental studies.  Am J Resp Crit Care Med. 1998;  157 294-323
• 3 Marini J, Gattinoni L. Ventilatory management of acute respiratory distress syndrome: A consensus of two.  Crit Care Med. 2004;  32 250-255
• 4 Falke K J, Pontoppidan H, Kumar A. et al . Ventilation with positive end-expiratory pressure in acute lung disease.  J Clin Invest. 1972;  51 2315-2323
• 5 Takeuchi M, Goddon S, Dohlnikoff M. et al . Set positive end-expiratory pressure during protective ventilation affects lung injury.  Anesthesiology. 2002;  97 682-692
• 6 Gattinoni L, Pesenti A, Avalli L. et al . Pressure-volume curve of total respiratory system in acute respiratory failure. Computed tomographic scan study.  Am Rev Respir Dis. 1987;  136 730-736
• 7 Venegas J G, Harris R S, Simon B A. A comprehensive equation for the pulmonary pressure-volume curve.  J Appl Physiol. 1998;  84 389-395
• 8 Markstaller K, Arnold M, Doebrich M. et al . Software zur automatischen Quantifizierung von Belüftungszuständen bei akutem Lungenversagen in dynamischen CT Aufnahmen der Lunge.  Fortschr Röntgenstr. 2001;  173 830-835
• 9 Markstaller K, Kauczor H U, Eberle B. et al . Multirotations CT während kontinuierlicher Beatmung: Vergleich unterschiedlicher Dichtebereiche bei gesunden Lungen und im Lavage-ARDS Modell.  Fortschr Röntgenstr. 1999;  170 575-580
• 10 Gattinoni L, Mascheroni D, Basilico E. et al . Volume/pressure curves of total respiratory system in paralysed patients: artefacts and correction factors.  Intensive Care Med. 1987;  13 19-25
• 11 Richard J C, Maggiore S M, Mercat A. Clinical review: Bedside assessment of alveolar recruitment.  Crit Care. 2004;  8 163-169
• 12 Maggiore S M, Richard J C, Brochard L. What has been learnt from P/V curves in patients with acute lung injury/acute respiratory distress syndrome.  Eur Respir J Suppl. 2003;  42 22-26
• 13 Kallet R H. Pressure-volume curves in the management of acute respiratory distress syndrome.  Respir Care Clin N Am. 2003;  9 321-341
• 14 Matamis D, Lemaire F, Harf A. et al . Total respiratory pressure-volume curves in the adult respiratory distress syndrome.  Chest. 1984;  86 58-66
• 15 Rimensberger P C, Cox P N, Frndova H. et al . The open lung during small tidal volume ventilation: concepts of recruitment and “optimal” positive end-expiratory pressure.  Crit Care Med. 1999;  27 1946-1952
• 16 Markstaller K, Eberle B, Kauczor H U. et al . Temporal dynamics of lung aeration determined by dynamic CT imaging in a porcine model of ARDS.  British J Anaesthesiol. 2001;  87 459-768
• 17 Neumann P, Berglund J E, Mondejar E F. et al . Effect of different pressure levels on the dynamics of lung collapse and recruitment in oleic-acidinduced lung injury.  Am J Respir Crit Care Med. 1998;  158 1636-1643
• 18 Crotti S, Mascheroni D, Caironi P. et al . Recruitment and derecruitment during acute respiratory failure: a clinical study.  Am J Respir Crit Care Med. 2001;  164 131-140
• 19 Maggiore S M, Jonson B, Richard J C. et al . Alveolar derecruitment at decremental positive end-expiratory pressure levels in acute lung injury: comparison with the lower inflection point, oxygenation, and compliance.  Am J Respir Crit Care Med. 2001;  164 795-801
• 20 Pelosi P, Goldner M, McKibben A. et al . Recruitment and derecruitment during acute respiratory failure.  Am J Respir Crit Care Med. 2001;  164 122-130
• 21 Bletz C, Markstaller K, Karmrodt J. et al . Quantifizierung von Atelektasen bei kontrollierter Beatmung: Spiral CT versus dynamische Einzelschicht-CT.  Fortschr Röntgenstr. 2004;  176 409-416

1 Diese Studie wurde gefördert durch: DFG FOR 474/1 // Ma 239813-1.