Einfluss der inspiratorischen Sauerstofffraktion auf die Abatmung von Lipidperoxidationsprodukten und systemische Inflammationsmarker

Abstract

Die Aldehyde Pentanal und Hexanal sind potentielle Biomarker, die in der Ausatemluft auf pulmonale Pathologien wie Lungenkarzinome und beatmungsinduzierte Lungenschädigungen hinweisen können. Beide sind Produkte der Lipidperoxidation – dementsprechend könnte ihre Konzentration durch eine hohe inspiratorische Sauerstofffraktion beeinflusst werden. Dieser Einfluss wurde bisher nicht untersucht, ist aber entscheidend, um die nachgewiesenen Konzentrationen dieser potentiellen Biomarker interpretieren zu können. Darüber hinaus könnten hohe inspiratorische Sauerstofffraktionen eine systemische Inflammation induzieren. Die bisherige Datenlage zeichnet diesbezüglich kein einheitliches Bild. Wir führten bei 30 Sprague Dawley Ratten eine Allgemeinanästhesie durch und beatmeten diese mechanisch über zwölf Stunden – jeweils zehn Tiere wurden mit einer inspiratorischen Sauerstofffraktion von 30%, 60% oder 93% beatmet. Wir analysierten die Ausatemluft mittels Ionenmobilitätsspektrometrie und bestimmten die Konzentrationen von Pentanal und Hexanal. Darüber hinaus maßen wir die Interleukinkonzentrationen im Serum nach einer und zwölf Stunden mechanischer Beatmung. Die Abatmung von Pentanal unterschied sich nicht zwischen den drei Gruppen. Über die Untersuchungsperiode stieg es aber um 0,4 (95%KI: 0,3; 0,5) ppb pro Stunde an. Die Konzentration verdoppelte sich nahezu im Zeitraum von zwölf Stunden. Die Konzentration von Hexanal in der Ausatemluft war in der Gruppe mit einer inspiratorischen Sauerstofffraktion von 93% leicht höher als bei 30%. Der Unterschied lag bei 0,09 (95%KI: 0,002; 0,172) ppb. Die Serumkonzentration von Interleukin 6 und Interleukin 10 stieg in allen Gruppen über den Untersuchungszeitraum an. Bei Interleukin 6 konnte kein Unterschied zwischen den verschiedenen inspiratorischen Sauerstofffraktionen nachgewiesen werden. Interleukin 10 hatte bei 60% und 93% Sauerstoff eine höhere Konzentration als bei 30%. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass eine mechanische Beatmung mit hohen inspiratorischen Sauerstofffraktionen eine Lipidperoxidation in der Lunge und eine systemische Inflammation induzieren. Die Abatmung von Pentanal und Hexanal unterscheidet sich in dem Sinne, dass Pentanal durch mechanische Beatmung erhöht wird, die Konzentration von Hexanal aber auch durch hohe Sauerstoffkonzentrationen steigt. Pentanal als potentieller Biomarker kann somit unabhängig von der inspiratorischen Sauerstofffraktion interpretiert werden.

1.2 Summary The aldehydes pentanal and hexanal are potential biomarkers of pulmonary pathologies such as lung cancer and ventilator-induced lung injury that can be detected in exhaled air. Both are products of lipid peroxidation – accordingly, their concentration could be influenced by a high inspiratory oxygen fraction. This influence has not yet been investigated, but is crucial for interpreting the detected concentrations of these potential biomarkers. In addition, high inspiratory oxygen fractions could induce systemic inflammation. The data available to date is not consistent in this regard. We performed general anesthesia in 30 Sprague Dawley rats and mechanically ventilated them for twelve hours – ten animals each with an inspiratory oxygen fraction of 30%, 60% or 93%. We analyzed the exhaled air by ion mobility spectrometry and determined the concentrations of pentanal and hexanal. In addition, we measured the interleukin concentrations in serum after one and twelve hours of mechanical ventilation. The exhalation of pentanal did not differ between the three groups. However, it increased by 0.4 (95%CI: 0.3; 0.5) ppb per hour over the study period. The concentration almost doubled over the twelve-hour period. The concentration of hexanal in exhaled air was slightly higher in the group with an inspiratory oxygen fraction of 93% than at 30%. The difference was 0.09 (95%CI: 0.002; 0.172) ppb. The serum concentration of interleukin 6 and interleukin 10 increased in all groups over the study period. For interleukin 6, no difference could be detected between the different inspiratory oxygen fractions. Interleukin 10 had a higher concentration at 60% and 93% oxygen than at 30%. The results indicate that mechanical ventilation with high inspiratory oxygen fractions induce pulmonary lipid peroxidation and systemic inflammation. The exhalation of pentanal and hexanal differs in the sense that pentanal is increased by mechanical ventilation, but the concentration of hexanal also increases by high oxygen concentrations. Pentanal as a potential biomarker can therefore be interpreted independently of the inspiratory oxygen fraction.