Warum Beatmungsgeräte die Lunge von Frühgeborenen belasten können

Viele Frühgeborene benötigen zum Atmen eine künstliche Beatmung. Eine längere Beatmung kann jedoch zu Problemen wie Atemwegserkrankungen oder beatmungsbedingten Verletzungen führen.

Jonas Naumann und Mareike Zink erforschen die Physik der mechanischen Beatmungsbelastung an der Universität Leipzig und haben einige der Mechanismen entdeckt, die erklären, warum vorzeitige Lungen besonders empfindlich auf Stress reagieren. Naumann präsentiert die Forschung auf der 68. Jahrestagung der Biophysical Society, die vom 10. bis 14. Februar 2024 in Philadelphia, Pennsylvania, stattfindet.

Wenn Sie normal atmen, erzeugen Ihr Zwerchfell und die Muskeln zwischen den Rippen einen Unterdruck in der Lunge. „Aber bei der maschinellen Beatmung entsteht ein hydrostatischer Überdruck. Und die Kräfte, die bei der maschinellen Beatmung wirken, sind völlig andere als bei normaler Atmung. Und das führt wahrscheinlich zu einer Schädigung der Zellen“, erklärt Zink.

Anhand von Lungengewebe fötaler und erwachsener Ratten verwendeten die Forscher zusammen mit Mitarbeitern der Abteilung für Neonatologie des Universitätsklinikums Leipzig unterschiedliche Spannungen mit dazwischen liegenden Ruhephasen, ähnlich den Vorgängen in der Lunge bei maschineller Beatmung.

Selbst bei leichtem Druck zeigte das vorzeitige Rattenlungengewebe die Eigenschaften, sowohl elastisch als auch viskos zu sein. Das bedeutet, dass das Lungengewebe seine Form veränderte und auf Stress in einer Weise reagierte, die nicht normal war. Darüber hinaus stellten sie fest, dass „die fetale Lunge bei Verformung viel steifer ist als die erwachsene Lunge“, sagte Naumann.

Um festzustellen, ob diese spannungsbedingten Veränderungen im Gewebe zu Veränderungen im Natriumtransport führten, der für die Entfernung des bei der Geburt vorhandenen Wassers aus der Lunge wichtig ist, nutzte das Team Elektrophysiologie, um die Bewegung von Ionen durch eine Schicht der Frühgeborenenlunge zu messen Zellen.

Sie fanden heraus, dass Druckänderungen die Aktivität von zwei Kanälen beeinflussten, die am Natriumtransport beteiligt sind – dem epithelialen Natriumkanal und der Natrium-Kalium-Ionenpumpe in den Zellen der Lungenalveolen. Diese Störung der normalen Funktion dieser Transporter könnte erklären, warum mechanische Beatmung negative Auswirkungen auf die Lunge des Säuglings hat.

„Dies könnte der Grund dafür sein, dass Lungenflüssigkeit nach den Frühgeburten nicht mehr so ​​gut in den Kreislauf aufgenommen werden kann“, erklärt Naumann. Er hofft, dass weitere Untersuchungen darüber durchgeführt werden, welche Beatmungseinstellungen zu den besten Ergebnissen für Frühgeborene führen könnten. Naumann weist darauf hin, dass „kleine Druckgradienten einen so großen Einfluss auf die Lungenmechanik haben können“.

In der nächsten Phase ihrer Forschung wird untersucht, welche Rolle die extrazelluläre Matrix des Lungengewebes, das Gerüst und der Kleber, der die Zellen zusammenhält, bei der mechanischen Beatmung spielt. Durch ein besseres Verständnis, wie die Frühgeborenenlunge auf Druck reagiert, hoffen sie, dass zukünftige Studien die Therapien für frühgeborene Babys verbessern.