Pathophysiologie

Auslösende Ereignisse können primär über den Intravasalraum oder über den Alveolarraum Zugang zum Lungen-parenchym erhalten. Auslöser eines ARDS auf transbronchialem Wege sind hauptsächlich inhalative Stoffe oder aspirierte Agentien, welche als Effektoren wirken. Bei einer systemischen Auslösung der Entstehung eines ARDS wird die pulmonalvaskuläre Einschwemmung von Produkten aktivierter Kaskadensysteme, aktivierter inflammatorisch-kompetenter Zellen oder auch bakterieller Toxine als wesentlich angesehen. Diese pulmonal-vaskulär eingeschwemmten oder alveolär deponierten Effektoren lösen eine pathogenetische Sequenz im Lungenparenchym selbst aus. Der nun stattfindende Inflammation liegt eine Vielzahl von humoralen Mediatorensystem zugrunde. Unklar ist immer noch, welche Mediatoren oder inflammatorisch-kompetente Zellen im Angesicht der Behandlung des ARDS eine zentrale Bedeutung zukommt. Eine grobe Unterteilung findet in eine exsudative Frühphase und eine - zum Teil schwer abzugrenzende - proliferativ-fibrosierende Spätphase statt.

Ein Kaskadensystem ist unzweifelhaft verbunden mit der Bildung von Sauerstoff-Radikalen: Durch Aktivierung (z.B. durch Tumor-Nekrose-Faktor, Interleukin 1, Interleukin 8 etc.) von PMN (polymorph-kernigen Granulozyten) kommt es zur Bildung von speziellen PMN-Granulozyten und deren Ablagerung in den Endothelien, bzw. deren Einwanderung aus dem intravasalen in den interstitiellen Raum. Diese PMN-Granulo-zyten sezernieren bei Stimulation Proteasen und Prostaglandin-Metaboliten ins Interstitium und setzen Sauerstoff-radikale frei. Bei der Reaktion von mehrfach ungesättigten Fettsäuren mit Sauerstoffradikalen kommt es zur Lipidperoxydation. Als Phospholipide liegen die mehrfach ungesättigten Fettsäuren in hohen Konzentrationen in den Zellmembranen vor. Lipidperoxide stimulieren den Arachidonsäurestoffwechsel. Dies führt zu einem zusätzlichen Anstieg von Prostaglandin-Metaboliten und Leukotrienen, welche Permeabilitätsveränderungen im Bereich der Endothelien verursachen sowie einen erneuten und verstärkten Einstrom von Granulocyten bewirken. Dies wiederum führt zu einer gesteigerten Gefäßpermeabilität mit nachfolgendem Gewebeödem durch Austritt von Plasma in das Interstitium. Dies führt letztlich zum Zelltod. Durch das Gewebeödem werden die Mitochondrien dieser Zellen geschädigt und es kommt zu einer Gewebe-hypoxie. Diese Gewebehypoxie ist der Ausgangspunkt für die Entstehung neuer Sauerstoffradikale. Sauerstoff-radikale bilden im Plasma wiederum Faktoren zur Erzeugung von PMN-Granulozyten.
Durch das Gewebeöde, bzw. die Schädigung der Mitochondrien mit Gewebehypoxie aber auch schon durch die Proteasen und Prostaglandin-Metaboliten kommt es zu einer Veränderung der Surfactant-Komposition. Die in den Alveolarraum eingeströmten Plasmaproteine bewirken einen sekundären Surfactant-Mangel: das endo-gene Surfactant wird inaktiviert und eine Neubildung in den großen Alveolarepithelzellen (Pneumozyten Typ II) unterdrückt.

Insbesondere auch das Dipalmitoylphosphatidylcholin (DPPC), welches eng mit der Lungencompliance korreliert, wird von dieser Funktionseinschränkung betroffen. Der Anteil des DPPC am Surfactant beträgt fast 65 % und infolge seiner hydrophilen und hydrophoben Eigenschaften wird die Oberflächenspannung der Grenzfläche zwischen Luft und Flüssigkeit vermindert.

Auch die durch das ARDS notwendige Beatmung eines Patienten belastet die geschädigte Lunge: Die rhythmische Überblähung mit hohen Atemwegsdrucken führt zu einem vermehrten Umsatz an Surfactant.

Bei gestörter Neubildung kann dieser Umsatz eventuell nicht erreicht werden und es kommt zu einer Abnahme des Surfactant in der Lunge. Die Folge von diesem Verlust ist eine Störung in der Funktion der Oberflächen-spannung und letztlich der Kollaps von Alveolen.

Die Folgen eines Surfactant-Verlustes kann am besten verdeutlicht werden, wenn die physiologischen Eigen-schaften der vier wichtigsten Surfactantproteine (SP) aufgezeigt werden, wobei heute noch viele neue Eigen-schaften der SP in der Forschung entdeckt werden:

Die physiologischen Sicherheitsfunktionen, um den Alveolarraum trocken zu halten, sind zum Teil auf struktu-reller, zum Teil auf physiologischer Ebene wirksam.
Die wichtigsten Strukturen sind:

1. die äußerst geringe Permeabilität des Alveolarepithels,
2. das Flüssigkeitsdrainagesystem der interstitiellen Räume
3. die peribronchovaskulären Räume von lockerem Bindegewebe, die vorübergehend ein beachtliches Volumen von Überschußflüssigkeit speichern können.

Physiologische Sicherheitskomponenten sind:

1. die geringen hämodynamischen Drucke, bzw. der kleine Gefäßwiderstand im kleinen Kreislauf
2. der hohe kolloid-osmotische Druck im Plasma
3. die Verringerung der perimikrovaskulären kolloidosmotischen Druckes bei erhöhter kapillärer Filtration
4. der interstitielle Druckgradient zwischen Lungenperipherie und den hilären Anteilen der Lunge
5. die geringe mechanische Beanspruchung des feinen Lungenparenchyms dank der oberflächenspannungsvermindernden Wirkung des Surfactant.

Durch die erhöhte Gefäßpermeabilität, dem Gewebeödem und den intrazellulären Veränderungen bis zum Zelltod im ARDS sind diese Sicherheitsfunktionen praktisch alle außer Funktion. Das ins Interstitium eindringende Plasma wie auch die Mediatoren sorgt für eine verminderte Wirksamkeit des Surfactant bis hin zum Abbau des Surfactant. Dadurch ist die mechanische Belastung während einer künstlichen Beatmung enorm gesteigert. Dies führt bei einer zu starken Belastung (zu hoher Beatmungsdruck) des Lungenparenchyms zur Zerstörung weiterer Zellstruk-turen und führt zu einer endo- und epithelialen Permeabilitätserhöhung, welche die proteinreiche Ödembildung verstärken und das Vollbild des ARDS auslösen kann.

Zusätzlich kommt es bei beatmeten Patienten zu einer vermehrten mikrobiellen Belastung der Lunge, für die im wesentlichen eine retrograde Keimbesiedelung aus dem Gastrointestinaltrakt mit Mikroaspiration verantwortlich ist. Hieraus ergibt sich in Abhängigkeit der Dauer des ARDS eine zunehmende Inzidenz nosokomialer Pneumonien, welche bei mehr als 10tägiger Beatmung mehr als 70 % aller Patienten betreffen kann.
Auch erfordert die Gasaustauschstörung häufig eine Beatmung mit hohen Sauerstoffpartialdrücken um die arterielle Oxygenierung zu gewährleisten. Eine alveoläre Hyperoxie mit FIO₂ - Werten > 0,5 kann jedoch ihrerseits wiederum inflammatorische Prozesse im Lungenparenchym induzieren, welche selbst das Vollbild eines ARDS annehmen können.

Die Veränderungen der Organphysiologie können beim ARDS unterschiedliche Formen aufweisen, z.B.:

1. die Frühphase mit prädominanter interstitieller und alveolärer Ödembildung - die sogenannte "white lung" - und nur mäßiger Gasaustauschstörung mit mäßig erhöhtem FIO2 ist relativ bekannt;
2. es gibt auch die schwerwiegenden Gasaustauschstörungen der Lunge mit erhöhtem Rechts-Links-Shunt und Ventilations-Perfusions-Mißverteilungen, welche radiologisch nur eine geringgradige Ödembildung zeigen.

Auslösende Grundkrankheiten:

Primärerkrankungen der Lunge wie Pneumonie oder Inhalationstrauma können ebenso auslösender Faktor für die Entstehung eines ARDS sein wie es auch systemische Erkrankungen, z. B. Sepsis und Polytrauma.
Die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung eines ARDS hängt von den auslösenden Faktoren ab: bei Vorliegen einer Sepsis oder SIRS besteht eine 25 bis 42 %ige Wahrscheinlichkeit der Entstehung eines ARDS, bei einer Aspiration mit daraus resultierender Pneumonie nur 30 % und auf eine Lungenkontusion folgt nur mit einer 17 %igen Wahrscheinlichkeit ein ARDS.
Kommen mehrere Grunderkrankungen zusammen, erhöht sich die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung erheblich.
Eine Auswahl von Grunderkrankungen, welche ein ARDS auslösen können, ist hier wiedergegeben, ohne Anspruch auf Vollzähligkeit:

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