Banyak bayi prematur memerlukan ventilasi mekanis untuk bernapas. Namun, ventilasi yang berkepanjangan dapat menyebabkan masalah seperti penyakit pernapasan atau cedera akibat ventilasi.
Jonas Naumann dan Mareike Zink mempelajari fisika tekanan mekanis dari ventilasi di Universitas Leipzig, di Leipzig, Jerman dan menemukan beberapa mekanisme yang menjelaskan mengapa paru-paru prematur sangat sensitif terhadap stres. Naumann akan mempresentasikan penelitiannya pada Pertemuan Tahunan Masyarakat Biofisika ke-68 yang diadakan pada 10 – 14 Februari 2024 di Philadelphia, Pennsylvania.
Saat Anda bernapas dengan normal, diafragma dan otot di antara tulang rusuk menciptakan tekanan negatif di dalam paru-paru. “Tetapi ketika Anda menjalani ventilasi mekanis, Anda menciptakan tekanan hidrostatis yang berlebihan. Dan gaya yang bekerja selama ventilasi mekanis sama sekali berbeda dibandingkan saat bernapas normal. Dan ini mungkin menyebabkan semacam kerusakan pada sel,” jelas Zink.
Dengan menggunakan jaringan paru-paru dari janin dan tikus dewasa, para peneliti bersama dengan kolaborator dari Divisi Neonatologi, Klinik Universitas Leipzig, menggunakan berbagai tingkat ketegangan dengan fase istirahat di antaranya, serupa dengan tindakan yang terjadi di dalam paru-paru selama ventilasi mekanis. Bahkan dengan sedikit tekanan, jaringan paru-paru tikus prematur menunjukkan karakteristik elastis dan kental. Ini berarti jaringan paru-paru berubah bentuk dan merespons stres dengan cara yang tidak normal. Selain itu, mereka menemukan bahwa “paru-paru janin jauh lebih kaku dibandingkan paru-paru orang dewasa yang mengalami deformasi,” kata Naumann.
Untuk menentukan apakah perubahan terkait ketegangan pada jaringan menyebabkan perubahan transportasi natrium, yang penting untuk menghilangkan air dari paru-paru saat lahir, tim menggunakan elektrofisiologi untuk mengukur pergerakan ion melintasi lapisan paru-paru prematur. sel. Mereka menemukan bahwa perubahan tekanan mempengaruhi aktivitas dua saluran yang terlibat dalam transpor natrium—saluran natrium epitel dan pompa ion natrium-kalium di sel alveoli paru-paru. Gangguan pada fungsi normal alat pengangkut ini dapat menjelaskan mengapa ventilasi mekanis mempunyai efek negatif pada paru-paru bayi.
“Ini mungkin menjadi alasan mengapa cairan paru-paru tidak dapat terserap dengan baik ke dalam sirkulasi setelah kelahiran prematur,” jelas Naumann. Dia berharap akan ada lebih banyak penelitian tentang pengaturan ventilator yang dapat memberikan hasil terbaik bagi bayi prematur. Naumann menunjukkan bahwa “gradien tekanan yang kecil dapat berdampak besar pada mekanisme paru-paru.”
Tahap selanjutnya dari penelitian mereka akan mengeksplorasi bagaimana matriks ekstraseluler jaringan paru-paru, perancah dan lem yang menyatukan sel-sel, berperan dalam ventilasi mekanis. Dengan lebih memahami bagaimana paru-paru prematur merespons tekanan, mereka berharap penelitian di masa depan dapat meningkatkan terapi untuk bayi yang lahir prematur.