Aneszteziológiai beavatkozások hatásai a légzőrendszer mechanikai állapotára = Effects of anaesthesiological procedures on respiratory mechanics

A lezárt kutatási tervben ezért kimutattuk a - klinikai gyakorlatban alkalmazott altatógázok közelítően hasonló potenciálját a bronchokonstrikció visszafordításában. - az antikolinerg szerek metakolinnal, az antihisztaminok endogén vagy exogén hisztaminnal, míg a szteroidok az antigén/antitest reakciókkal szembeni hatékonyságát a légzésfunkció romlásában. - mivacurium és a succinylcholin endogén konstriktor mediátorokat felszabadító potenciáljára, mely a légzésfunkció jelentős romlását eredményezhetik légúti hiperreaktivitás kórképében. - fiziológiás pulmonális kapilláris hemodinamika fontos, stabilizáló szerepére a fiziológiás tüdőmechanika fenntartásában. - módszertani fejlesztések fontosságát a légúti és szöveti paraméterek mérésének nem-invazív továbbfejlesztésére, valamint a funkcionális tüdőtérfogat mérésének és a légúti kinyílások által generált ún. crackle hangok analízisének jelentőségét. - kombinált endothelin-1 receptor antagonizmus jótékony hatását a hyperoxia káros hatásaival szemben a tüdőben. - pulmonális keringést helyreállító műtét hatékonyságát a légzésfunkció javításában elárasztott tüdejű gyermekekben. Kutatási eredményeink a légúti és a szöveti változások egzakt mérésével hozzájárulhatnak az aneszteziológiai gyakorlatban előforduló konstrikciós állapotok alaposabb megértéséhez. A háttérmechanizmusok feltárása hozzájárulhat a pulmonális kóros folyamatok célzott kezeléséhez. | The results of this completed research project revealed - the potential of common volatile agents to reverse bronchospasm with no difference among them. - that anticholinergics prevent methacholine-induced constriction, antihistamines are effective against endogen histamine liberation, while steroids protect the adverse effects of antigen/antibody reactions in the lungs. - the potential of mivacurium and succinylcholine in the endogenous release of constrictor agonists leading to enhanced deterioration of lung function. - the role of the filled pulmonary capillaries in the maintenance of the normal lung mechanics via stabilizing the alveolar architecture. - the importance of non-invasive lung mechanical measurements, the combination of forced oscillation technique with measurements of lung volume and crackle sounds generated by airway reopenings. - the beneficial role of a dual endothelin-1 antagonist to prevent the adverse changes in the lungs following oxygen toxicity. - that surgical repair of congenital heart diseases leads to an improvement in airway function only in children with congested lungs. These findings contributed to the understanding of the mechanisms involved during induced lung constriction or altered pulmonary haemodynamics encountered during anaesthetic management. Understanding the mechanical changes in the airways and the parenchyma separately allows a better oriented prevention and treatment of lung constriction

Mesenteriális ischaemia-reperfúzió pulmonális távolhatását befolyásoló mechanizmusok vizsgálata = Studies on mechanisms in the pulmonary remote effect of mesenteric ischaemia-reperfusion

Programunk fő célja a mesenteriális ischemia-reperfúzió pulmonális távolhatásában szerepet játszó pathomechanizmusokat jellemezni a tüdő (légút és parenchyma) mechanikai tulajdonságainak, valamint gyulladásos markereknek a vizsgálatával. Eredményeink a tüdőben, különösen a parenchymában lejátszódó mechanikai folyamatok jelentőségét hangsúlyozzák, különböző, a splanchnikus terület ischemiájával járó kórképek (mesenteriális ischemia-reperfúzió, endotoxémia, hemorrhagiás shock) állatkísérletes modelljeiben, és újabb adatokat szolgáltatnak a légzésfiziológia számára e folyamatok megértéséhez. | Our main purpose was to characterize the pathomechanisms involved in the remote pulmonary effect of mesenteric ischemia-reperfusion with studying mechanical processes (airway and parenchyma), as well as inflammatory markers in the lung. The results emphasize the importance of mechanical changes in the lung, mainly in parenchyma in animal models of different disorders with splanchnic ischemia (mesenteric ischemia-reperfusion, endotoxemia, hemorrhagic shock) and provide new data for understanding of the processes in the respiratory physiology

A pulmonális hemodinamika és a légzésmechanika összefüggéseinek vizsgálata = Interactions between the pulmonary vascular and broncho-alveolar networks

A lezárult pályázatban a légzésmechanikai jellemzők részletes, a légúti és a tüdőszöveti paraméterekben mért változások feltárásával vizsgáltuk a - krónikus hipoxia hatására kialakult érrendszeri remodeling befolyását a légúti reaktivitásra, - keringési eredetű légúti hiperreaktivitás kialakulásáért felelős mechanizmusokat, - tracheában pozitív és a tüdő körül negatív nyomással létrehozott tüdőinfláció közti különbségeket a keringés-légzés kölcsönhatásra, - fiziológiás pulmonális kapilláris nyomás szerepét a perifériás elzáródások kivédésében és megszüntetésében, - tüdő posztoperatív iszkémia-reperfúziós károsodását kardiopulmonális bypasst követően szívműtött betegekben. Méréseinket a kitűzött céloknak megfelelően altatott, mesterségesen lélegeztetett patkányokon, izolált perfundált patkánytüdőkön, és szívműtött betegeken végeztük. A légúti és szöveti mechanikai paramétereket az alacsonyfrekvenciás kényszerített oszcilláció módszerével meghatározott alacsonyfrekvenciás mechanikai impedancia modellalapú értékelésével választottuk szét. Kutatási eredményeink, melyeket 11 teljes terjedelmű angol nyelvű közleményben publikáltunk (összesített impakt faktor 28,935), a keringési és a légzőrendszer komplex együttműködésének mélyrehatóbb megértésével a klinikai gyakorlatban gyakran előforduló keringési eredetű pulmonális konstrikció okainak feltárásához, és a kardiopulmonális betegségek patofiziológiás hátterének tisztázásához járultak hozzá. | We estimated in the present project the changes in the airway and tissue mechanics separately to characterize the - effects of pulmonary vascular remodeling following prolonged hypoxia on the lung mechanics and on the bronchial reactivity to external stimuli, - mechanisms responsible for the bronchial hyperreactivity encountered in vascular diseases, - differences in the cardiopulmonary interactions when the lung is inflated with positive intratracheal or negative pressure around the pleura, - role of physiological pulmonary capillary pressure in preventing and reversing atelectasis development, - postoperative ischemia-reperfusion injury in patients undergoing cardiopulmonary bypass. In accordance with our aims, the measurements were performed on rats in vivo, on isolated perfused rat lungs, and in patients with cardiac surgery. The airway and tissue mechanics were separated by model-based analyses of the low-frequency forced oscillatory pulmonary input impedance spectra. The detailed description of the airway and lung parenchymal consequences of cardiopulmonary interactions contributed to a better understanding of pathophysiological mechanism responsible for the lung constriction with circulatory origin. The proposed advances, published in 11 peer reviewed papers (sum impact factor of 28.935), contributed to a more efficient prevention of dysfunction or to the re-establishment of the optimum equilibrium between the heart and the lungs

A tüdő újranyílási folyamatai: a struktúra, mechanika és akusztika összefüggései = Recruitment of pulmonary airways: structural, mechanical and acoustic correlates

A kutatás célja a pulmonális légutak záródási és újranyílási eseményeinek tanulmányozása, és az ezt kísérő hangjelenségek (crackle) és a tüdő mechanikai változásai közötti kapcsolat vizsgálata volt. Izolált kutya-, nyúl-, patkány- és egértüdők reinflációja közben mért crackle aktivitás analízisével feltártuk a légutak kinyílásának lavinaszerű dinamikáját és a tüdő nyomás-térfogat görbéjének kialakulásában játszott szerepét, valamint az akusztikai adatokból származtatott hörgőméretek és a hagyományos morfometria közötti egyezést. A crackle intenzitás eloszlásainak tanulmányozása a nagyobb kollapszushajlamú hörgőgenerációk identifikálásában is segítenek. In vivo kísérletekben a kilégzésvégi nyomás és a bronchokonstriktor dózis hatását a reinflációs hangesemények érzékenyebben mutatták ki, mint a légutak és a tüdőszövet mechanikai tulajdonságainak változásai. | The research was aimed at the dynamics of the closure and reopening of pulmonary airways, and the relationships between the accompanying acoustic events (crackles) and the changes in the mechanical properties of the lungs. Analysis of crackles recorded in isolated dog, rabbit, rat and mouse lungs revealed the avalanche dynamics of the airway reopening and its contribution to the development of the pulmonary pressure-volume characteristics. The dimensions of the bifurcating airways, as inferred from the distributions of the crackle intensity, agreed well with the conventional morphometric data; additionally, these distributions may help identify the bronchial generations most vulnerable to airway collapse. Results from in vivo experiments demonstrated that the changes in crackle intensity with decreasing end-expiratory pressure and increasing bronchoconstrictor dose were a more sensitive indicator of airway closure than the alterations in the global mechanical properties of the airways and lung tissues

Sevoflurane and desflurane protect cholinergic-induced bronchoconstriction of hyperreactive airways in rabbits

Purpose: The potential of desflurane to alter respiratory mechanics in the presence of bronchial hyperresponsiveness (BHR) is still a subject of debate. Accordingly, we evaluated the bronchoprotective potential of desflurane compared with sevoflurane following cholinergic lung constriction in rabbits with normal and hyperreactive airways. Methods: The input impedance of the respiratory system (Zrs) was measured during midazolam-based anesthesia before and during intravenous infusions of increasing doses of methacholine (MCh). The rabbits in the control group (Group C) were then randomized to receive either sevoflurane 1 MAC followed by desflurane 1 MAC or vice versa, whereas ovalbumin-sensitized rabbits received sevoflurane followed by desflurane (Group S-SD) or vice versa (Group S-DS). Baseline Zrs measurements and the MCh provocations were repeated under the maintenance of each volatile agent. Airway resistance (Raw), tissue damping (G), and elastance data were obtained from Zrs by model fitting. Results: Similar bronchoprotective effects of sevoflurane and desflurane against MCh-induced bronchoconstriction were observed independently of the severity of the bronchospasm and the presence of BHR. With sevoflurane, the decreases in Raw ranged from 22 (8.8)% to 44 (12)%, and with desflurane, they ranged from 22 (8.7)% to 50 (12)%. The increases in G reflecting the enhanced ventilation heterogeneities in the lung periphery were not affected by the volatile agents. Conclusions: If the contractile stimulus is cholinergic in origin, sevoflurane and desflurane exert similar bronchoprotective potentials to act against lung constriction independent of the presence of BHR. These volatile anesthetics otherwise lack a potential to improve the enhanced ventilation heterogeneities that develop particularly in the presence of BH

Effects of respiratory mechanics on the capnogram phases: importance of dynamic compliance of the respiratory system

INTRODUCTION: The slope of phase III of the capnogram (S(III)) relates to progressive emptying of the alveoli, a ventilation/perfusion mismatch, and ventilation inhomogeneity. S(III )depends not only on the airway geometry, but also on the dynamic respiratory compliance (Crs); this latter effect has not been evaluated. Accordingly, we established the value of S(III )for monitoring airway resistance during mechanical ventilation. METHODS: Sidestream capnography was performed during mechanical ventilation in patients undergoing elective cardiac surgery (n = 144). The airway resistance (Raw), total respiratory resistance and Crs displayed by the ventilator, the partial pressure of arterial oxygen (PaO(2)) and S(III )were measured in time domain (S(T-III)) and in a smaller cohort (n = 68) by volumetry (S(V-III)) with and without normalization to the average CO(2 )phase III concentration. Measurements were performed at positive end-expiratory pressure (PEEP) levels of 3, 6 and 9 cmH(2)O in patients with healthy lungs (Group HL), and in patients with respiratory symptoms involving low (Group LC), medium (Group MC) or high Crs (Group HC). RESULTS: S(T-III )and S(V-III )exhibited similar PEEP dependencies and distribution between the protocol groups formed on the basis of Crs. A wide interindividual scatter was observed in the overall Raw-S(T-III )relationship, which was primarily affected by Crs. Decreases in Raw with increasing PEEP were reflected in sharp falls in S(III )in Group HC, and in moderate decreases in S(III )in Group MC, whereas S(T-III )was insensitive to changes in airway caliber in Groups LC and HL. CONCLUSIONS: S(III )assessed in the time domain and by volumetry provide meaningful information about alterations in airway caliber, but only within an individual patient. Although S(T-III )may be of value for bedside monitoring of the airway properties, its sensitivity depends on Crs. Thus, assessment of the capnogram shape should always be coupled with Crs when the airway resistance or oxygenation are evaluated

Az emfizéma strukturális és funkcionális összefüggései kísérletes modellekben = Structural and functional correlates of experimental emphysema

Az emfizéma elasztázkezeléses állatmodelljeiben tanulmányoztuk a tüdőstruktúra, tüdővolumenek és a légzésfunkció változásait, a követéses vizsgálatokra helyezve a súlyt. Több protokoll kipróbálása után a jobbnak talált patkánymodellben a rövidtávú (3 napos) és a hosszútávú (105 napos) strukturális és funkcionális változásokra koncentráltunk. Az egész tüdő beágyazásával és teljes metszeti képek elemzésével jutottunk átfogó strukturális információkhoz; az alveoláris morfometria mellett a hörgőátmérők és –falvastagságok, az alveoláris attachmentek sűrűsége és a hörgőfal kollagén- és elasztinsűrűségének és homogenitása is a vizsgálat tárgyai voltak. A tüdőfelszíni alveolusok megjelenítésére alkalmazott ortogonális polarizációs spektrális képalkotásnál áttértünk az ex vivo vizsgálatokra, mely lehetővé tette az alveoláris szeptumok gépi felismerését. A strukturális elváltozások (az alveolusok méretének növekedése, az attachmentek ritkulása) a tüdőtérfogatok növekedésével és az elasztikus ellenállás csökkenésével jártak együtt, míg a légutak áramlási ellenállása nem változott; a reinflációs crackle hangok in vivo elemzése viszont a légúti funkció korai érintettségét jelezte. Ígéretes új kísérleti koncepcióként jelent meg az elasztázkezelés és a gyakori mély belégzések alkalmazása, mely a tüdőszöveti destrukció kémiai és mechanikai folyamatainak szinergizmusa révén tekinthető a COPD akut exacerbációja első állatkísérletes modelljének. | Pulmonary structure, lung volumes and lung function were investigated in elastase-treated mice and rats, concluding in follow-up studies on the short-term (3-day) and long-term (105-day) emphysematous changes. Whole-lung embedding and whole-section analysis was employed to obtain comprehensive data on alveolar morphometry, bronchial cross-section, wall thickness, septal attachment density, as well as wall collagen and elastin contents and homogeneity. Subpleural alveolar structure was studied ex vivo by orthogonal polarisation spectral imaging and picture processing. The structural changes (increased alveolar size and decreased septal attachment density) were associated with elevated lung volumes and impaired pulmonary elasticity, whilst the airway resistance did not change; however, in vivo reinflation crackle recordings indicated the early signs of the impact of elastolysis on airway function. Additionally, as an animal model of the acute exacerbation of COPD, a novel experimental setting combining elastase treatment with frequent deep inspirations was designed to model the chemical and mechanical processes synergetically involved in the destruction of parenchymal tissues

Cardiorespiratory Alterations Following Acute Normovolemic Hemodilution in a Pediatric and an Adult Porcine Model: A Prospective Interventional Study

BACKGROUND: Acute normovolemic hemodilution (ANH) is considered as a blood-sparing intervention during the perioperative management. We aimed at comparing the cardiopulmonary consequences of ANH between adult pigs and weaned piglets to establish the effects of lowering hematocrit in these age groups, and thereby testing the hypothesis that difference in the age-related physiological behavior will be reflected in the cardiorespiratory changes following ANH. METHODS: ANH was achieved in anesthetized, mechanically ventilated adult minipigs and 5-week-old weaned piglets by stepwise blood withdrawal (10 mL/kg) with crystalloids replacement. Cardiorespiratory assessments consisted of measuring airway resistance, respiratory tissue elastance, effective lung volume, extravascular lung water, mean arterial pressure, pulmonary blood flow, and cardiac output. Respiratory and hemodynamic measurements were made at control conditions and following each ANH condition obtained with 5 to 7 steps. RESULTS: ANH induced immediate and progressive increases in airway resistance and tissue elastance in both groups, with more pronounced worsening in adults despite the similar decreases in hematocrit. The increases in extravascular lung water were significantly greater in the adult population with the differences in mean (DM) of 25.1% (95% confidence interval [CI], 5.3%-44.9%). Progressive ANH led to significant decreases in the DM of pulmonary blood flow (45.3%; 95% CI, 19.8%-70.8%) and mean arterial pressure (36.3%; 95% CI, 18.7%-53.9%) only in adults, whereas cardiac output increased significantly only in the piglets (DM, 51.6; 95% CI, 14.2%-89.0%). CONCLUSIONS: While ANH led to mild detrimental cardiorespiratory changes in weaned piglets, gradual developments of bronchoconstriction, lung tissue extravasation and stiffening, and deteriorations in systemic and pulmonary hemodynamics were observed in adults. ANH may exert age-dependent cardiorespiratory effect