Biokompatibilitätsstudie von Oxygenatoren mit hochempfindlichen,
hämostasiologischen Parametern.
Vergleich: JOSTRA HCA 500 – SHILEY S 070-S
W. Heller
Summary
If one considers the course of the individual blood samples after 120 minutes in a short-circuited heart and lung machine, it can
be seen that there are no marked differences between the two oxygenators with regard to their influence on the haemostasiologi-
cal parameters examined.
The cellular function shows a tendency to differ. But this can be explained by the fact that in comparison to the SHILEY oxyge
nator the JOSTRA oxygenator has only recently been sterilised.
Ethylene oxide could have an influence on these parameters due to the release of monomers. However, in no case could statisti
cally significant values be detected.
In other words, both devices are equivalent in terms of material and workmanship.
If there were qualitative differences these would be expressed in highly sensitive parameters.
Material und Methode
12 JOSTRA Oxygenatoren HCA 500 und 12 SHILEY
Oxygenatoren S 070—S wurden je 120 min. in einem
kurzgeschlossenen Kreislauf getestet.
Das arterielle Reservoir des Oxygenators wurde mit 500
ml frischem Konservenblut gefüllt.
Die Blutkonserven wurden gewogen und eine entspre
chend dosierte Menge Heparin wurde zugegeben. An
schließend wurde das nun heparinisierte Blut durch Zu
gabe von 40 ml Calcium-Drobena 10% der Firma Drobe-
na Arzneimittel AG, Berlin, recalcifiziert, um die Gerin
nungsfähigkeit des Blutes wieder herzustellen. Eine Am
pulle (10 ml) enthält dabei an wirksamen Bestandteilen:
940 mg Calciumgluconat 1. H2O
50 mg Calcium-D-
4. H2O in aqua ad
Sacharat
iniectable
1 ml entspricht 0,23 mmol Calcium-Ionen (Ca2+)
Weiterhin wurden 10 ml Natriumhydrogencarbonat
8,4% der Firma Braun Melsungen AG, Melsungen,
BRD, zugegeben, das als schwach basischer Puffer die
bei der Gerinnungsbestimmung durch Natriumcitrat frei
werdende Säure neutralisiert.
1000 ml Infusionslösung enthalten an NaHCOj ca.
84,0 g; dies sind an Elektrolyten:
Na+ lOOOmmol/1
HCO3+ 1000 mmol/1
Heute wird bei einer Herzoperation das Blut mit einer
wäßrigen Elektrolyt-Lösung verdünnt (Hämodilution),
wodurch Serumelektrolyte im verdünnten Patientblut
konstant gehalten werden. Durch diese Hämodilution
erreicht man u. a. auch eine geringe Viskosität und Hä
molyse.
Die zur Hämodilution verwendeten 180 ml Ringer-Lac-
tat-Lösung der Firma Fresenius, Borkenberg, BRD, ent
hält in 1000 ml:
8,60 g Natriumchlorid
0,30 g Kaliumchlorid
0,33 g Calciumchlorid 2. H2O
Dies entspricht an Elektrolyten:
Na+ 142,10 mmol/1
Ca2+ 2,25 mmol/1
K+ 4,00 mmol/1
CL~ 155,60 mmol/1
Aus dem System wurden Blutproben nach folgendem
System entnommen:
1) Aus der Frischblutkonserve (ACD-stabilisiert)
2) Aus dem Priming-Volumen
3) Nach Cl — Inhibitorzusatz
4) 15 Minuten nach Rezirkulation
5) 30 Minuten nach Rezirkulation
6) 60 Minuten nach Rezirkulation
7) 90 Minuten nach Rezirkulation
8) 120 Minuten nach Rezirkulation
Versuchsaufbau
Verwendet wurde eine Rollenpumpe der Firma Sarns
Inc., USA. Die Oxygenatoren sind gleichzeitig mit einem
Wärmetauscher versehen, wodurch das zirkulierende
Füllungsvolumen auf eine Temperatur von 28° C er
wärmt werden kann.
Dieser Wert entspricht der Temperatur im klinischen
Einsatz, die dadurch erreicht wird, daß während der ex
trakorporalen Zirkulation der Patient mittels des Wär-
Kardiotechnik 11. Jahrgang/Heft 3/1988
Referat
137
J.1-ANTI TRYPSIN
Abbildung 1
PMN-ELASTASE
Abbildung 5
FIBRINOGEN
ANTITROMBIN III
Abbildung 6
Abbildung 2
FI BR 1NO-PEPTID A
Abbildung 3
X2-MACR0GL0BULIN
Abbildung 7
PLATELET FACTOR 4
Abbildung 4
PREKALLIKREIN
Abbildung 8
Kardiotechnik 11. Jahrgang/Heft 3/1988
138
Referat
KALLIKREIN-L1KE-ACT1VITY
Abbildung 9
J3-FAKTOR XII • – INHIBITION
Abbildung 12
KALLIKREININHIBITION
Abbildung 10
FAKTOR XII
Abbildung 13
Cl-INHIBITOR
7° ————————————————————————-
PROBENENTNAHMEN
Abbildung 11
HEPARIN COFAKTOR II
Abbildung 14
metauschers abgekühlt wird. Dabei wird eine Tempera
tur von ca. 28° C rectal angestrebt.
Alle zu testenden Oxygenatoren wurden mit einem CO2/
O2-Gemisch ventiliert, um normale arterielle Blutgaswer
te zu erhalten. Weiter wurde der Wärmetauscher mit ei
nem externen Wasserkühl-Kreislauf angeschlossen.
Die Gas- und Blutflußraten waren in jedem Test 2 1/min.
Ein arterieller Gegendruck von 60 mmHg wurde mit ei
ner Klemme zwischen Blutpumpe und Oxygenator simu
liert. Die Ergebnisse wurden nachher für die Blutverdün
nung korrigiert (siehe Skizze Versuchsaufbau).
Klemme
Pumpe
Kardiotechnik 11. Jahrgang/Heft 3/1988
Jostra
stellt vor:
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Die Herz-Lungen Maschine für
Neonatal ECMC
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Telex: 767 358 jostr d
140
Referat
Untersuchte Parameter
Fibrinolytische Parameter:
al — Antitrypsin
Fibrinogen
Fibrino-Peptid A
Zelluläre Funktionen:
Platelet Factor 4
PMN — Elastase
Inhibitorisches System:
Antithrombin III
Akute Phase:
a2 — Macroglobulin
Kallikrein/Kinin System:
(Kontaktphase)
Präkallikrein
Kallikrein-like-activity
Kallikreininhibition
CI — Inhibitor
ß-FXIII a — Inhibition
Faktor XII
Heparin-Cofactor II
Präkallikrein, Kallikrein-like-activity und Kallikrein-In
hibition wurden mit Reagenzien der deutschen Kabi Vi-
trum, München, nach Gallimore und Friberger bestimmt.
Die Aktivitäten und Antithrombin III, Heparin und ß-
Faktor XII a — Inhibition wurden mit dem chromoge-
nen Substrat S-2222 deutschen Kabi Vitrum bzw. Chan
nel Diagnostics Walmer Deal, Kent, England, ermittelt.
Die CI — Esterase-Inhibitor-Spiegel wurden nach einer
Methode der Immuno AG, Heidelberg, bestimmt.
Die Elastase-al-Proteinase-Inhibitor-Komplexe wurden
mit Hilfe eines Enzyms Immunoassay (Eliza) der Firma
Merck AG, Darmstadt, BRD, gemessen.
Ergebnisse / Diskussion
Betrachtet man den Verlauf der einzelnen Blutentnah
men nach 120 Minuten in einer kurzgeschlossenen Herz-
Lungen-Maschine, so zeigt sich, daß zwischen den bei
den Oxygenatoren hinsichtlich ihres Einflusses auf die
untersuchten hämostasiologischen Parameter keine auf
fälligen Unterschiede erkennbar sind.
Eine Tendenz zu einem Unterschied liegt bei der zellulä
ren Funktion vor. Dies kann dadurch erklärt werden,
daß der JOSTRA Oxygenator gegenüber dem SHILEY
Oxygenator erst vor kurzer Zeit sterilisiert worden ist.
Ethylenoxid könnte einen Einfluß auf diese Parameter
haben, bedingt durch Monomerfreisetzung.
Eine statistisch signifikante Nachweisbarkeit liegt jedoch
in allen Fällen nicht vor.
Mit anderen Worten, vom Material und von der Verar
beitung her sind die beiden Geräte gleichwertig.
Wären hier qualitätsmäßige Unterschiede vorhanden, so
würde dies in den so hochempfindlichen Parametern, die
hier vorliegen, zum Ausdruck kommen.
Anschrift des Verfassers:
Prof. Dr. W. Heller
Chirurgische Universitätsklinik
Abteilung für Herz-, Thorax- und
Gefäßchirurgie
Calwer Straße 7
7400 Tübingen
Klinikum der Justus-Liebig-Universität
Gießen
In der Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie am Zentrum für Chirurgie ist ab sofort
die Stelle einer/eines
Kardiotechnikerin / Kardiotechnikers
zu besetzen.
Der Aufgabenbereich umfaßt neben der Wartung und Bedienung der Herz-Lungen-Maschine sämt
liche Tätigkeiten hinsichtlich Monitoring, Durchführung elektrophysiologischer Meßtechniken und
Vorbereitung sowie Lagerung von Patienten bei herzchirurgischen Eingriffen. Technische Vor
kenntnisse sind ebenso erwünscht wie Erfahrungen in intensivmedizinischer Krankenüber
wachung.
Vergütung erfolgt nach BAT.
Schwerbehinderte werden bei gleicher persönlicher und fachlicher Eignung bevorzugt.
Bewerbungen werden erbeten an:
Professor Dr. F. W. Hehrlein
Leiter der Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie
Klinikstraße 29, 6300 Gießen
Kardiotechnik 11. Jahrgang/Heft 3/1988
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142
Fortbildung
Aus der Abteilung für Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin, Justus-Liebig-Universität Gießen
(Leiter: Prof. Dr. G. Hempelmann)
Die transkranielle Doppler-Sonographie:
Einsatzmöglichkeiten in der Herzchirurgie
A. Thiel
Neurologische und neuropsychiatrische Komplikationen
bei Patienten nach extrakorporaler Zirkulation (EKZ)
lassen sich trotz verbesserter chirurgischer und anästhe-
siologischer Techniken nicht sicher verhindern. Fokale
Ausfälle werden in etwa 2 bis 5% der Fälle beobachtet,
weitaus häufiger werden diffuse reversible Enzephalopa
thien im Sinne eines hirnorganischen Psychosyndroms
(„Durchgangssyndrom“) registriert (3). Als Ursache die
ser Veränderungen kommen Störungen der zerebralen
Hämodynamik in Betracht, die z. B. aufgrund zerebraler
Mikroembolisationen, Stenosen der hirnversorgenden
Arterien sowie kardialer Arrhythmien entstehen können.
Eine Überwachung der Hirnfunktion vor, während und
nach EKZ läßt sich mit elektrophysiologischen Metho
den (EEG), evozierte Potentiale) durchführen. Aufgrund
der unterschiedlichen Schwellenwerte des zerebralen
Blutflusses (CBF) lassen sich hiermit funktionelle (rever
sible) Veränderungen erkennen, noch bevor es zu (irre
versiblen) strukturellen Läsionen kommt.
Zur Beurteilung der zerebralen Hämodynamik kann der
CBF mittels unterschiedlicher invasiver Techniken (N2O,
133-Xenon) punktuell gemessen werden. Die hiermit er
zielten Ergebnisse sind jedoch widersprüchlich. So wur
den signifikante Zunahmen (5) als auch Abnahmen (4)
des CBF unter EKZ beschrieben.
V-MCA.
(cm/s)
Abbildung /.-Transkranielle Dopplersignale einer wachen, ge
sunden Versuchsperson. Der Blutfluß ist auf die Ultraschallson
de zu gerichtet (= >). Meßtiefe (Depth) 50 mm transtemporal.
Die Blutflußgeschwindigkeit in der A. cerebri media (V-MCA)
beträgt hier im Mittel 76 cm/s bei systolischen Spitzengeschwin
digkeiten von 116 cm/s. Das Verhältnis systolischer zu diastoli
scher Flußgeschwindigkeit (S/D) wird automatisch angezeigt.
Die reflektierten Ultraschallfrequenzen werden einer „Fast Fou
rier Transformation“ unterzogen und können so „on-line“ dar
gestellt werden.
Die von AASLID (1) eingeführte transkranielle Doppler-
Sonographie (TCD) erlaubt die Bestimmung der Blut
flußgeschwindigkeit in basisnahen Hirngefäßen und
stellt ein neues, noninvasives und kontinuierlich durch
führbares Verfahren zur Beurteilung der zerebralen Hä
modynamik dar.
Mit Hilfe eines gepulsten 2-MHz-Dopplersystems (Fa.
EME, Überlingen) können unterschiedliche intrakra
nielle Gefäßabschnitte untersucht werden. Durch Ver
änderung des Zeitintervalls zwischen Senden und
Empfangen des Ultraschallsignals wird die Einstellung
unterschiedlicher Meßtiefen bestimmt. Zur Erfassung
der A. cerebri media wird die Ultraschall-Sonde zwi
schen dem äußeren Gehörgang und dem lateralen Or-
bitarand knapp oberhalb des Jochbeins plaziert und
leicht nach ventral und kranial geneigt. In einer Tiefe
von 45 bis 55 mm transtemporal lassen sich die Dopp
ler-Signale der proximalen A. cerebri media ableiten
(Abb. 1). Die korrekte Position der Ultraschall-Sonde
läßt sich durch kurze Kompression der ipsilateralen A.
carotis communis verifizieren. Das Hauptproblem der
Methode besteht im Aufsuchen eines geeigneten „Kno
chenfensters“. In einigen Fällen (insbesondere bei älte
ren weiblichen Patienten) ist es aufgrund einer zu
kompakten Temporalschuppe nicht möglich, transkra
nielle Dopplersignale abzuleiten.
Bei genau axialer Beschallung der A. cerebri media (Inso-
nationswinkel 0°) wird die Blutflußgeschwindigkeit kor
rekt gemessen. Abweichende Beschallungswinkel haben
zur Folge, daß die reale Flußgeschwindigkeit zu niedrig
gemessen wird. In der Praxis ist bezüglich der A. cerebri
media von Insonationswinkeln zwischen 0° und 30° aus
zugehen, so daß der methodische Fehler in einer Grö
ßenordnung von maximal 15% anzusiedeln ist. Weitere
Details zur Methodik finden sich bei AASLID (2) und
WIDDER (13).
24 Patienten ohne vorbestehende cerebrovaskuläre Er
krankung wurden von uns während aortocoronarer By
paßoperationen unter einer Midazolam-Fentanyl-An-
ästhesie untersucht. Die extrakorporale Zirkulation er
folgte bei mäßiger Hypothermie (34° C nasopharyngeal)
unter Verwendung von Bubble-Oxygenatoren (BIO 10,
Fa. Bentley) nonpulsatil mit einem Fluß von 2,4 1/min/
m2 Körperoberfläche. Die mittlere Blutflußgeschwindig
keit in der A. cerebri media wurde mittels TCD mit einer
Energie von 100 mW/cm2 in einer Tiefe von 50-55 mm
transtemporal bestimmt, nachdem das Gefäß durch kur
ze Kompressison der ipsilateralen A. carotis comm. iden
tifiziert worden war. Neben den TCD-Parametern wur-
Kardiotechnik 11. Jahrgang/Heft 3/1988
Fortbildung
143
Blutflussgeschwiodigkeit (cm/s)
Abbildung 2: Transkranielle Dopplersignale der A. cerebri me
dia vor und während EKZ. Mit Beginn der EKZ (oben) kommt
es zu einer starken Beschleunigung der Flußgeschwindigkeit,
nach Fibrillation des Herzens (Mitte) wird ein gleichförmiger,
nonpulsatiler Fluß registriert, dessen Geschwindigkeit nach Ab
klemmen der Aorta kontinuierlich zunimmt (unten).
Abbildung 3: Im weiteren Verlauf der EKZ (oben und Mitte)
nimmt die zerebrale Blutflußgeschwindigkeit bei vergleichbaren
Perfusionsdrucken weiter zu. Nach EKZ (unten) werden höhere
Fließgeschwindigkeiten registriert als vor EKZ. Weitere Einzel
heiten im Text.
den der mittlere arterielle Blutdruck (MABD), paCO2,
Hämatokrit und nasopharyngeale Temperatur zu defi
nierten Zeitpunkten vor, während und nach EKZ erfaßt.
Im Verlauf der EKZ war ein kontinuierlicher Anstieg der
mittleren Blutflußgeschwindigkeit in der A. cerebri me
dia bei vergleichbarem paCO2 und Hämatokrit zu ver
zeichnen (Abb. 2, Abb. 3). Die Blutflußgeschwindigkeit
war nach EKZ signifikant höher als vor EKZ. Dabei kor
relierte der Anstieg der Blutflußgeschwindigkeit nicht
mit der Dauer der Aortenabklemmung oder der Perfu
sionszeit (12). Mit Ausnahme der initialen Bypaßphase
konnten lineare Beziehungen zwischen Blutflußge
schwindigkeit und MABD nicht nachgewiesen werden,
so daß eine Beeinträchtigung der zerebralen Autoregula
tion zumindest in der frühen EKZ-Phase nicht auszu
schließen ist.
Die bislang vorliegenden Untersuchungen mit der TCD
bei kardiochirurgischen Eingriffen unter EKZ bestätigen
unsere Ergebnisse (7, 8, 11).
Zum Zeitpunkt der Aortenkanülierung, insbesondere
aber nach Offnen der Aortenklemme können in einzel
nen Fällen hochfrequente Doppler-Signale registriert
werden, die allgemein als sonographisches Korrelat von
Mikroembolisationen (Luft oder Partikel) interpretiert
werden (6, 11). Eine Quantifizierung dieser Phänomene
ist mit der TCD derzeit nicht möglich, die hohe Sensiti-
vität der Methode könnte jedoch in Zukunft bei der Be
urteilung der Effektivität arterieller Filtersysteme nütz
lich sein.
Das Perfusionsregime (Flow-Rate, pH, pCO2) trägt
maßgeblich zur Ausprägung unterschiedlicher TCD-
Strömungsprofile bei. Der Einfluß des pCO2 auf die ze
rebrale Hämodynamik ist gut dokumentiert und läßt sich
auch unter EKZ-Bedingungen nachweisen (10). Entspre
chende Veränderungen lassen sich auch mit der TCD do
kumentieren (8, 9).
Unter pulsatiler Perfusion gewinnen die Faktoren Fre
quenz, Grundflow und Impulsdauer zusätzliche Bedeu-
Kardiotechnik 11. Jahrgang/Heft 3/1988
144
Fortbildung
tung. Bei den Oxygenatoren spielen sowohl der Typ
(Bubble-, Membranoxygenator) als auch die Position
(arterieller, venöser Schenkel) eine wesentliche Rolle.
Durch Variation dieser Parameter ist es möglich, annä
hernd „physiologische“ TCD-Pulsationskurven unter
EKZ zu erreichen. Zu hohe „systolische“ Fließgeschwin
digkeiten (Bildung von Turbulenzen) sollten dabei
ebenso wie zu niedrige „diastolische“ Werte vermieden
werden (6).
Im Vergleich zur CBF-Bestimmung mit der 133 Xenon-
Methode bietet die TCD den Vorteil, daß sie noninvasiv
und kontinuierlich Informationen über die zerebrale Hä
modynamik vermittelt. Der Nachteil des Verfahrens be
steht darin, daß es aufgrund der individuell unterschied
lichen Knochendicke der Temporalschuppe nicht bei je
dem Patienten durchführbar ist. Insbesondere bei älteren
Patientinnen wird in einigen Fällen kein TCD-Signal ab
leitbar sein. Zusätzlich soll betont werden, daß mit der
TCD lediglich Informationen über die Blutflußgeschwin
digkeit, nicht jedoch über den tatsächlichen Blutvolu
menfluß zu erhalten sind. Der Stellenwert der TCD im
Bereich der Kardiochirurgie kann derzeit noch nicht be
stimmt werden, dennoch könnte die Methode in Zukunft
eine wertvolle Bereicherung bereits vorhandener zerebra
ler Überwachungsmaßnahmen darstellen.
Literatur
1. Aaslid R, Markivalder TM, Nomes H: Noninvasive transcranial Doppler
ultrasound recording of flow velocities in basal cerebral arteries. J. Neu-
rosurg. 57: 769-774 (1982).
2. Aaslid R, (Hrsg): Transcranial Doppler Sonography. Springer, Wien
New York (1986).
3. Furlan AJ, Breuer AC: Central nervous system complications of open
heart surgery. Stroke 15: 912-915 (1984).
4. Govier AV, Rev es JG, McKay RD, Karp RB, Zorn GL, Morawetz RB,
Smith LR, Adams M, Freeman AM: Factors and their influence on regional
cerebral blood flow during nonpulsatile cardiopulmonary bypass. Ann.
Thorac. Surg. 38: 592-600 (1984).
5. Henriksen L, Hjelms E, Lindeburgh T: Brain hyperperfusion during car
diac operations. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 86: 202-208 (1983).
6. Kaps M, Haase A, Stertmann WA, Mulch J, Kling D: Transkranielles
Doppler-Monitoring während kardiopulmonalem Bypass: Ein Vergleich
pulsatiler und nichtpulsatiler Perfusionsverfahren. In: Widder B (Hrsg)
Transkranielle Doppler-Sonographie bei zerebrovaskulären Er