Partielle Etablierung eines Blood Air Barrier Model zur Bestimmung der Diffusion anästhesiologisch relevanter Tracersubstanzen

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	7 April 2025
Referee:	PD Dr. Martin Kees
Date of exam:	20 March 2025
Institutions:	Medicine > Lehrstuhl für Anästhesiologie
Keywords:	Anästhesie, Lunge, Blood Air Barrier Model, Diffusion
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 610 Medical sciences Medicine
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	76515

Abstract (German)

Grenzschichten spielen im Körper an diversen Orten eine herausragende Rolle. Besonders auch die Blut-Gas-Grenzschicht in der Lunge beeinflusst maßgeblich die Diffusion von überlebenswichtigen Molekülen wie O2 und CO2. Dies wird besonders bei pathophysiologischen Prozessen wie einem ARDS deutlich. Methoden zur experimentellen Untersuchung der Gasdiffusion an diesen Grenzschichten fehlen bisher. ...

Abstract (German)

Grenzschichten spielen im Körper an diversen Orten eine herausragende Rolle.
Besonders auch die Blut-Gas-Grenzschicht in der Lunge beeinflusst maßgeblich die Diffusion von überlebenswichtigen Molekülen wie O2 und CO2. Dies wird besonders bei pathophysiologischen Prozessen wie einem ARDS deutlich. Methoden zur experimentellen Untersuchung der Gasdiffusion an diesen Grenzschichten fehlen bisher. Das Ziel dieser Arbeit war eine Teiletablierung eines Blood Air Barrier Model und die Identifikation erster geeigneter Tracersubstanzen. Im Rahmen einer Methodenentwicklung wurde basierend auf einem Membranslide, Endothelzellen und einem Pumpensystem ein experimentelles Modell für den endothelseitigen Anteil der pulmonalen Diffusionsstrecke entwickelt. Mittels Gaschromatographie wurden Zeit-Werte-Paare für die Diffusion der Substanzen Ether und Sevofluran erhoben. Die Komplexität aus einer Zellkultur unter Perfusion in Kombination mit einem Membranslide stellte sich dabei als sehr herausfordernd dar. Über einen Zeitraum von 40 Minuten wurde die Tracerdiffusion durch einen Monolayer
aus Endothelzellen gemessen. Dabei war ein An- und Abfluten entsprechend einem 2-Kompartimente-Modell zu beobachten. Mit den erhobenen Daten konnte kein statistisch signifikanter Einfluss der Endothelzellschicht auf die Diffusion der Substanzen nachgewiesen werden. Es ist erstmals gelungen diese komplexe Methode zu etablieren. Zur weiteren Vervollständigung des Modells bedarf es einer zweiten Zellschicht. Es besteht Grund zur Annahme, dass mit weiterer Standardisierung der Methode auch eine erhöhte Sensitivität für Änderungen der Diffusion durch die Endothelzellschicht erreicht werden kann.

Translation of the abstract (English)

Boundary layers play a prominent role in various places in the body. In particular, the blood-gas interface in the lungs has a significant influence on the diffusion of vital molecules such as O2 and CO2. This is particularly evident in pathophysiological processes such as ARDS. Methods for the experimental investigation of gas diffusion at these boundary layers are still lacking. The aim of this ...

Translation of the abstract (English)

Boundary layers play a prominent role in various places in the body. In particular, the blood-gas interface in the lungs has a significant influence on the diffusion of vital molecules such as O2 and CO2. This is particularly evident in pathophysiological processes such as ARDS. Methods for the experimental investigation of gas diffusion at these boundary layers are still lacking. The aim of this work was to partially establish a blood air barrier model and to identify the first suitable tracer substances. As part of a method development, an experimental model for the endothelial part of the pulmonary diffusion pathway was developed based on a membrane slide, endothelial cells and a pump system. Time-value pairs for the diffusion of the substances ether and sevoflurane were determined using gas chromatography. The complexity from a cell culture under perfusion in combination with a membrane slide proved to be very challenging. Tracer diffusion through a monolayer of endothelial cells was measured over a period of 40 minutes. A flooding in and out according to a 2-compartment model was observed. With the data collected, no statistically significant influence of the endothelial cell layer on the diffusion of the substances could be demonstrated. This complex method has been successfully established for the first time. A second cell layer is required to further complete the model. There is reason to believe that with further standardization of the method, an increased sensitivity for changes in diffusion through the endothelial cell layer can be achieved.

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