Bronchial Microdialysis

Abstract

This thesis describes the stepwise development of a new method for monitoring the dynamic composition of the epithelial lining fluid in bronchi in large animals and humans. The starting point was the belief that existing methods had significant limitations. Existing methods were invasive and their use created lung injury or failed to measure substances of interest. The idea was to find a method for continuous measurement that did not harm patients. The method was to be evaluated monitoring lung involvement in organ crosstalk after experimental intestinal ischemia-reperfusion injury and during aortic surgery.

The first paper evaluated microdialysis in the bronchi and blood in an experimental setting with controlled blood-concentration of one small substance (lactate) and one larger substance (fluorescein-isothiocyanate-dextran 4000Da). We concluded that bronchial microdialysis could measure concentration of substances within the bronchial epithelial lining fluid. The use of the concentration gradient of an endogenous correction factor (urea) improved the accuracy. In the second paper we used bronchial microdialysis to describe the inflammatory response in the bronchi in a pig model of intestinal ischemia-reperfusion injury. We found an increase in the bronchial concentration of inflammatory mediators within the first 60 minutes of intestinal reperfusion after intestinal ischemia. The third paper was a study of the inflammatory response in patients undergoing aortic surgery. A broad spectrum of inflammatory markers was measured in bronchi and blood during and immediately after surgery. Inflammatory mediators increased within the first 60 minutes of reperfusion of the lower body when the aortic graft was in place. The concentrations of seventeen out of eighteen inflammatory mediators, as measured by bronchial microdialysis, were significantly different in patients suffering organ failure directly after surgery.

The thesis concluded by answering the thesis questions and claims that bronchial microdialysis is feasible in pigs and humans, can be done with no registered complications and is able to measure the dynamics of inflammatory mediators in the bronchi. However the method needs further evaluation of methods to ease secure placement of the probe, measure the absolute concentration of substances in the bronchial epithelial lining fluid. The delay in analysis of cytokines needs to be significantly reduced to take advantage of the results in support for expedited clinical judgement.

Bronkial mikrodialyse

I denne avhandlingen beskrives utviklingen av en ny metode for kontinuerlig overvåkning av sammensetningen av væskefilmen som kler luftveiene i de minste bronkiene i store dyr og mennesker (bronkial mikrodialyse). Utgangspunktet var ideen om at eksisterende metoder hadde vesentlige begrensninger. Ideen var å finne en metode for kontinuerlig måling som ikke skadet pasienter. Metoden skulle evalueres under overvåking av lungepåvirkning etter eksperimentell avklemming-gjenoppretting av tarm sirkulasjonen og under aortakirurgi.

Det første arbeidet evaluerte mikrodialyse i bronkiene og blod i et eksperimentelt oppsett med kontrollert blod-konsentrasjonen av et lite molekyl og et større molekyl. Vi konkluderte med at bronkial microdialyse kunne måle konsentrasjonen av molekyler i væskefilmen som kler luftveiene i de minste bronkiene. Bruken av en endogen korreksjonsfaktor (urea) forbedret nøyaktigheten. I det andre arbeidet ble bronkial mikrodialyse brukt for å beskrive den inflammatoriske responsen i bronkiene i en grise-modell med avklemming-gjenoppretting av tarm sirkulasjonen. Vi fant en økning i den bronkiale konsentrasjonen av inflammatoriske molekyler i løpet av de første 60 minuttene av perioden med gjenopprettet tarm sirkulasjon. Det tredje arbeidet var en studie av inflammatorisk respons hos pasienter som gjennomgikk planlagt kirurgi for utposning på hovedpulsåren. Et bredt spektrum av inflammatoriske molekyler ble målt i bronkiene og i blod under og umiddelbart etter operasjonen. Inflammatoriske molekyler økte i løpet av de første 60 minutter av gjenopprettet sirkulasjon etter at pulsåre-graftet var på plass.

Avhandlingen konkluderer med å svare på forskningsspørsmålene: Bronkial microdialyse er gjennomførbart hos gris og mennesker og er i stand til å måle dynamikken i inflammatoriske molekyler i bronkiene uten registrerte skader. Men metoden trenger videre evaluering og utvikling for å støtte riktige klinisk beslutninger på et tidligere tidspunkt enn det som er mulig med de metoder som er tilgjengelige i klinikken i dag.