Das alveoläre Surfactantsystem, seine pathogenetische Bedeutung für das akute Lungenversagen (ARDS) und therapeutische Perspektiven

Summary

Adult respiratory distress syndrome (ARDS) is characterized by extended inflammatory processes in the lung microvascular, interstitial and alveolar compartments, resulting in vasomotor disturbances, plasma leakage, cell injury and complex gas exchange disturbances. Abnormalities of the alveolar surfactant system have since long been implicated in the pathogenetic sequelae of this life-threatening syndrome. This hypothesis is supported by similarities in pulmonary failure between patients with ARDS and preterm babies with infant respiratory distress syndrome (IRDS), which is known to be triggered primarily by a lack of surfactant material. Mechanisms of surfactant alterations in ARDS include: lack of surface-active compounds, changes in the relative composition of the surfactant constituents, alteration of the extracellular surfactant subtype distribution, inhibition of surfactant function by plasma protein leakage, and damage/inhibition of surfactant compounds by inflammatory mediators.¶   Alterations in alveolar surfactant function may well contribute to a variety of pathophysiological key events encountered in ARDS. These include decrease in compliance, ventilation-perfusion mismatch including shunt-flow due to altered gas flow distribution (atelectasis, partial alveolar collapse, small airway collapse) and lung edema formation. Persistent atelectasis of surfactant-deficient and, in particular, fibrin-loaded alveoli may represent a key event to trigger fibroblast proliferation and fibrosis in late ARDS (collapse induration).¶   Overall, the presently available data on surfactant abnormalities in ARDS lend credit to therapeutic trials with transbronchial surfactant application. Accordingly, acute improvement of gas exchange was encountered in two recently performed pilot studies addressing the safety and efficacy of a transbronchial application of large quantities of exogenous surfactant material. In parallel to a far reaching, but yet not complete restoration of „physiological” surfactant properties in BALF, re-opening of formerly collapsed lung regions with concomitant reduction of intrapulmonary shunt flow was noticed. Although not the primarily goal in these pilot studies, a tendency towards lower mortality in the surfactant treatment groups was noted. At present, a controlled study enrolling higher patient numbers is being performed to probe the impact of a transbronchial surfactant administration on the outcome of ARDS patients.

Zusammenfassung

Das akute Atemnotsyndrom (ARDS) ist durch ausgedehnte inflammatorische Prozesse im mikrovaskulären, interstitiellen und alveolären Kompartiment der Lunge charakterisiert. Dies führt zu vasomotorischen Veränderungen der pulmonalen Strombahn, Extravasation von Plasmaproteinen, Zellschädigung und schweren Gasaustauschstörungen. Ursächlich werden seit langem auch Veränderungen des alveolären Surfactant-Systems in der pathogenetischen Sequenz dieses lebensbedrohlichen Syndroms diskutiert. Diese Hypothese wird nicht zuletzt durch den ähnlichen Verlauf der respiratorischen Insuffizienz beim ARDS und bei Frühgeborenen (Infant Respiratory Distress Syndrome [IRDS]), bei denen ein primärer Surfactant-Mangel zugrunde liegt, unterstützt. Die Surfactant-Veränderungen beim ARDS umfassen: Mangel an oberflächenaktiven Substanzen, Veränderungen in der Surfactant-Komposition, Veränderungen in der relativen Surfactant-Subtypenverteilung, Inhibition der Surfactant-Funktion durch extravadierte Plasmaproteine sowie Inhibition oder Veränderung der Surfactant-Komponenten durch inflammatorische Mediatoren.¶   Diese Veränderungen der alveolären Surfactant-Funktion tragen zu den verschiedenen pathophysiologischen Merkmalen beim ARDS bei. Zentrale Bedeutung nehmen dabei der Verlust der Lungencompliance, Ventilations-Perfusions-Verteilungsstörungen einschließlich intrapulmonalem Shunt-Fluß aufgrund einer gestörten Ventilationsverteilung (Atelektasen, partieller Alveolarkollaps, Kollaps der kleinen Atemwege) und Lungenödembildung ein. Darüber hinaus scheinen persistierende Atelektasen, begünstigt durch Surfactant-Mangel und eine alveoläre Fibrinbeladung, Schlüsselreize für die Fibroblastenproliferation und die Ausbildung der Fibrose in der späten Phase der ARDS (Kollaps-Induration) zu sein.¶   Zusammenfassend scheinen die gegenwärtig verfügbaren Daten zu den Störungen der alveolären Surfactant-Funktion beim ARDS therapeutische Studien zur transbronchialen Surfactant-Applikation zu rechtfertigen. In zwei klinischen Untersuchungen, deren Ziel die Überprüfung der sicheren und effizienten Anwendbarkeit einer hohen Dosis transbronchial applizierten Surfactants bei ARDS Patienten war, konnte eine akute Verbesserung des Gasaustausches nachgewiesen werden. Begleitend zur Oxygenierungsverbesserung kam es zu einer weitgehenden, jedoch nicht vollständigen, Wiederherstellung der „physiologischen” Surfactant-Merkmale in der bronchoalveolären Lavageflüssigkeit (BALF) und zur Wiedereröffnung atelektatischer Lungenbezirke mit konsekutiver Reduktion des intrapulmonalen Shunt-Flusses. Darüber hinaus wurde tendenziell in der Therapiegruppe eine niedrigere Letalität beobachtet. Eine kontrollierte Studie prüft derzeit an einem größeren Patientenkollektiv mit ARDS den Einfluß einer transbronchialen Surfactant-Applikation auf die Mortalität dieses Erkrankungsbildes.