Durch den Ersatz sowohl der Atmung als auch der Kreislaufpufferung konnte eine neuartige künstliche Lunge entscheidende Zeit nach der Lungenentfernung gewinnen, irreversible Schäden aufdecken und eine Transplantation ermöglichen, wenn keine anderen Optionen mehr übrig waren.

Ein aktueller Fallbericht, veröffentlicht in Med bewertet die Wirksamkeit eines neuartigen extrakorporalen totalen künstlichen Lungensystems (TAL), um eine bilaterale Pneumonektomie bei einem Patienten mit schwerem akutem Atemnotsyndrom (ARDS) zu ermöglichen.

Herausforderungen bei der Behandlung von ARDS-Patienten mit Atemwegsinfektionen

Die Sterblichkeitsrate von über 80 % der ARDS-Patienten nach der Entwicklung arzneimittelresistenter Infektionen und eines septischen Schocks unterstreicht die Schwere dieser Erkrankung. Eine Lungentransplantation wird in diesen Fällen selten versucht, da sich eine anhaltende Infektion auf die transplantierte Lunge ausbreiten könnte, insbesondere wenn Patienten immunsuppressive Medikamente erhalten.

Eine große Herausforderung bei ARDS besteht darin festzustellen, ob eine Lungenschädigung reversibel ist. Standarddiagnostische Hilfsmittel wie Bildgebung, physiologische Tests und Gewebebiopsien können oft nicht feststellen, ob Lungenschäden heilen können oder dauerhaft und irreversibel sind.

Obwohl mechanische Beatmung und extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) den Sauerstoffgehalt verbessern und Lungentraumata reduzieren können, können diese Behandlungen den durch Sepsis verursachten Kreislaufkollaps und die hämodynamische Instabilität nicht stabilisieren. Dieser instabile kardiovaskuläre Zustand ist das Hauptproblem, das eine Transplantation bei Patienten mit infiziertem ARDS verhindert.

Durch die Entfernung beider Lungenflügel könnte bei bestimmten Patienten die Infektionsquelle vor der Transplantation beseitigt werden. Einige medizinische Teams haben modifizierte ECMO-Systeme verwendet, um die Atmung und die Herzfunktion nach dieser Art von Operation aufrechtzuerhalten. Erste Ergebnisse deuten darauf hin, dass einige Patienten bis zur Transplantation am Leben bleiben können.

Durch die Entfernung beider Lungenflügel werden jedoch auch die Blutgefäße entfernt, die normalerweise als Puffer für den Blutfluss aus der rechten Herzseite dienen. Eine kontinuierliche Durchblutung der linken Herzseite ist für die Aufrechterhaltung einer ordnungsgemäßen Herzfunktion und die Vorbeugung von Blutgerinnseln unerlässlich.

Entwicklung eines künstlichen Lungensystems

Es wurde ein extrakorporales totales künstliches Lungensystem (TAL) entwickelt, das nach bilateraler Pneumonektomie Gasaustausch- und hämodynamische Pufferfunktionen übernimmt. Dieses System umfasst einen adaptiven Shunt, der auf die Blutflussdynamik reagiert, und zwei linke atriale Rückführungswege, um die physiologische Durchblutung und Herzstabilität bei stark septischen Patienten aufrechtzuerhalten.

Nach der Lungenexplantation wurden Gewebeproben einer umfassenden Einzelzell- und räumlichen molekularen Profilierung unterzogen, um endgültige Beweise für eine terminale Lungenschädigung zu liefern und molekulare Wege zu charakterisieren, die den fibrotischen Umbau vorantreiben. Eine vergleichende Analyse mit vorhandenen Datensätzen zu Lungenverletzungen ermöglichte die Charakterisierung der molekularen Pfade, die an der fibrotischen Umgestaltung und der fehlgeschlagenen Gewebereparatur beteiligt sind.

Diese Analysen wurden durchgeführt, um Biomarker zu identifizieren, die irreversible Verletzungen von behebbaren Schäden unterscheiden, um möglicherweise eine frühere Überweisung zur Transplantation zu ermöglichen – ein entscheidender Gesichtspunkt, da eine verzögerte Beurteilung mit einer erhöhten Mortalität korreliert.

Beurteilung der Wirksamkeit des TAL-Systems

Ein 33-jähriger Mann mit Influenza-B-assoziiertem ARDS entwickelte über sechs Wochen eine schnell fortschreitende nekrotisierende Pneumonie durch Carbapenem-resistenten Pseudomonas aeruginosa und bilaterale Empyeme. Trotz maximaler antimikrobieller Therapie, Quellenkontrolle und venoarterieller ECMO-Unterstützung erlitt der Patient aufgrund eines refraktären septischen Schocks wiederkehrende Herzstillstandsepisoden, was eine bilaterale Pneumonektomie mit umfangreichem Pleura-Debridement als rettende Quellenkontrolltherapie erforderlich machte, um die Infektionsquelle zu beseitigen und eine mögliche Transplantation zu ermöglichen.

Nach der Pneumonektomie wurde die extrakorporale Unterstützung auf die TAL-Konfiguration umgestellt. Die zweilumige Protek-Duo-Kanüle sorgte für eine robuste venöse Drainage von über 4,5 l/min. Darüber hinaus sorgte der flussadaptive Shunt für eine physiologische Autoregulation mit Leitungsflüssen im Bereich von 1,1 bis 6,3 l/min und verhinderte so eine akute rechtsventrikuläre Ausdehnung bei fehlender pulmonaler Gefäßkapazität.

Eine deutliche hämodynamische Verbesserung trat innerhalb von Stunden nach Beginn der TAL auf, wobei die Vasopressoren 12 Stunden nach der Pneumonektomie abgesetzt wurden. Der Serumlaktatspiegel normalisierte sich innerhalb von 24 Stunden von 8,2 mmol/L auf unter 1,0 mmol/L.

Die gemischte venöse und arterielle Sauerstoffsättigung lag über 70 % bzw. 92 %. Die Organfunktionsparameter blieben während der 48-stündigen Unterstützung stabil und es gab keine Anzeichen einer intrakardialen Thrombusbildung, obwohl keine systemische Antikoagulation erfolgte.

Die bilaterale Lungentransplantation wurde 48 Stunden nach Beginn der TAL durchgeführt. Der Patient wurde sieben Tage später extubiert und acht Wochen nach der Transplantation entlassen.

Die primäre Transplantatdysfunktion Grad 1 verschwand am dritten Tag, wobei die Überwachungsbiopsien keine Anzeichen einer Abstoßung ergaben. Nach 24 Monaten zeigte der Patient hervorragende Ergebnisse, einschließlich vorhergesagter Werte von 75 % bzw. 92 % für das forcierte Exspirationsvolumen in einer Sekunde (FEV1) und die Diffusionskapazität sowie eine erhaltene Herzfunktion und vollständige funktionelle Unabhängigkeit.

Eine umfassende molekulare Analyse der explantierten Lunge ergab eine ausgedehnte Nekrose, Fibrose und eine homogene Immuninfiltration in allen sieben untersuchten Regionen, die einem ARDS im Endstadium aufgrund der Coronavirus-Krankheit 2019 (COVID-19) ähnelten. Die Einzelzell-Ribonukleinsäure (RNA)-Sequenzierung identifizierte 43 Zellpopulationen, die die T-Zell-Expansion, die Plasmazell-Differenzierung, die B-Zell-Depletion sowie den Ersatz reifer Alveolarmakrophagen durch profibrotische, von Monozyten abgeleitete Makrophagen widerspiegeln.

Die Epithelanalyse ergab eine fehlgeschlagene Regeneration mit aberranten Basaloidzellen und erschöpften Alveolarzellen vom Typ 2. Die räumliche Transkriptomik zeigte eine vollständige architektonische Zerstörung mit tertiären lymphoiden Strukturen und einer Kollagen-Triple-Helix-Wiederholung, die 1 (CTHRC1)-positive Myofibroblasten enthielt, die die Fibrose vorantreiben. Diese Ergebnisse deuteten auf eine diffuse schwere Erkrankung mit molekularen Anzeichen einer irreversiblen Schädigung im Endstadium und nicht auf ein heilbares ARDS hin.

Schlussfolgerungen

Der aktuelle Fallbericht diskutiert den erfolgreichen Einsatz eines neuartigen totalen künstlichen Lungensystems nach bilateraler Pneumonektomie bei refraktärem septischem ARDS, das eine hämodynamische Stabilisierung und Transplantation nach 48 Stunden Unterstützung ermöglichte.

Eine umfassende molekulare Analyse bestätigte eine tödliche Lungenschädigung in explantierten Lungen, die durch diffuse architektonische Zerstörung, pathologische Immuninfiltration, fehlgeschlagene Epithelregeneration und profibrotischen Umbau gekennzeichnet ist, was mit einer irreversiblen Erkrankung im Endstadium vereinbar ist. 24 Monate nach der Transplantation behielt der Patient eine ausgezeichnete Herz-Lungen-Funktion bei und war völlig unabhängig.

Eine prospektive Validierung dieses künstlichen Lungensystems ist erforderlich, um Patientenauswahlkriterien und den optimalen Zeitpunkt festzulegen sowie molekulare Signaturen zu identifizieren, die irreversibles von heilbarem ARDS zu einem früheren Zeitpunkt im Krankheitsverlauf unterscheiden könnten. Die Integration des TAL-Systems mit fortschrittlichen Infektionskontroll- und immunmodulatorischen Strategien, kombiniert mit verfeinerten Einzelzell- und räumlichen Transkriptom-Ansätzen, kann die Transplantationseignung erweitern und die Entwicklung gezielter Therapeutika erleichtern, um das Fortschreiten einer tödlichen Lungenverletzung zu verhindern.

Quellen:

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