Kriterien der Blutkonzentration mittels Hemofilter
E. R. Wolter, A. Bumiller, H. Knobl…………………………………………………. 14
Zwei moderne Hohlfasermembranoxygenatoren
P.A.M. Everts, T.M. van den Berg ……………………………………………….. 28
Absolventen der Akademie für Kardiotechnik:
Bericht nach einem Jahr
A. Winkel, R. Lode, B. Lindgren, M. Rothe……………………………………. 34
Drei Jahrzehnte Herzschrittmachertherapie
M. Zegelmann, J. Kreuzer, R. Wagner, F. Beyersdorf, R. Rahn …. 37
Pressemitteilungen………………………………………………………………………. 44
4
Referat
Aus der Klinik u. Poliklinik für Herzchirurgie (Direktor: Prof. Dr. E. R. de Vivie) der Universität Köln
Eine miniaturisierte Herz-Lungen-Maschine
I. Krüger*, F. Ghussen
Summary
A simple, reliable and efficient miniaturized extracorporeal circulation system for perfusion of small organs has been described.
The system consists of a newly devised bubble-oxygenator, heat exchanger, commercially available roller pump, and silicone
tubes. The minimal priming volume was 4.7 ml, the flow rates ranged between 1 and 20 ml/min.
Es wird eine miniaturisierte Herz-Lungen-Maschine zur
extrakorporalen Perfusion kleiner Organe bei Flußraten
von 1 bis 20 ml/min vorgestellt. Bei der Entwicklung die
ses Aggregates war die Frage zu klären, ob es bei der
kleinen Bauweise gelingt, eine zuverlässige und zufrie
denstellende Funktion der einzelnen Bauteile zu errei
chen. Diese sollte vor allem anhand der Oxygenierungs-
leistung des Oxygenators, der Wärmeübergangskoeffi
zienten des Wärmetauschers und der Hämolyseraten des
Gesamtaggregates in-vitro objektiviert werden.
Material und Methodik
Die Herz-Lungen-Maschine bestand aus einem miniatu
risierten Bubble-Oxygenator, einem flexiblen Wärmetau
scher und einer kleinen Rollerpumpe.
Der Oxygenator
Der Oxygenator wurde nach dem Prinzip des Gasdisper-
sions-Bubble-Oxygenator konzipiert und aus Plexiglas
gefertigt. Der Aufbau des Oxygenators wird in Abbil
dung 1 dargestellt.
Die Basis der Konstruktion bildete ein Hohlzylinder mit
abgeschrägter Bodenfläche, auf den ein Kopfteil mit in
nen abgerundetem Deckel aufgesteckt wurde. In das Lu
men des Kopfteils, ebenfalls ein Hohlzylinder, war ein
kleiner Becher eingebaut, der von den Blut- und Gaszu
leitungsröhrchen getragen wurde. In diesen Becher war
eine Glasfritte (Porengröße G2) unterhalb des Blut- und
oberhalb des Gaszuleitungsröhrchens eingebracht, die
von einer eingedrehten Halterung fixiert wurde. Am un
teren Ende ging aus dem Kopfteil ein Rohr mit am Ende
aufgeklebten Rippen hervor, in dem sich der Vorent
schäumer (Polyäthylenschaum mit 3—6 Poren/cm)1 be
fand. Außen wurde das Rohr über den Rippen mit einem
Entschäumersystem aus einem Polypropylennetz (Mono
filamentdicke 0,17—0,22 mm)2, einem Polyurethan
schaum (7—10 Poren/cm)3 und einem abdeckenden Ny
longewebe umgeben.
Durch das Gaszuleitungsröhrchen unterhalb der Glas
fritte strömte das angefeuchtete Oxygenierungsgas mit
einem Durchfluß von 10:1 im Verhältnis zum Blutfluß
ein. Das Blut floß oberhalb der Glasfritte ein und wurde
so zu Blasen mit einem Durchmesser von ca. 2 mm auf
geschäumt. Nach einer Schaumphase von ca. 90 Sekun-
Blut
Schnitt A-A
Abbildung 1: Schematische Darstellung des Oxygenators
a Glasfritte
b Vorentschäumer
c Hauptentschäumer
d Reservoir
Gas
2 cm
den passierte das Blut den Vorentschäumer und danach
das Hauptentschäumersystem. Das oxygenierte und ent
schäumte Blut wurde im Reservoir gesammelt, während
das Gas den Oxygenator durch eine Öffnung in der
Wand des Basiszylinders verließ.
Der Oxygenator konnte mit einem minimalen Füllvolu
men von 2,5 ml Blut betrieben werden.
Der Wärmetauscher
Der Wärmetauscher wurde aus Silikonschläuchen und
Verbindungsteilen aus Messing nach dem Gegenstrom
prinzip konstruiert. Sein Aufbau geht aus der Abbildung
2 hervor.
‘Fa. Bentley Laboratories, Inc., Santa Ana, USA
2Fa. Bentley Laboratories Inc., Santa Ana, USA
3Fa. Bentley Laboratories Inc., Santa Ana, USA
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
Referat
5
Heizwasser
Abbildung 2: Schematische
Darstellung des Wärmetau
schers
Der blutführende Silikonschlauch mit einem Innen
durchmesser von 2 mm und einer inneren Oberfläche
von 15,1 cm2 bei einem Volumen von 0,75 cm3 wies keine
Metallteile auf, da die Durchtrittsstellen durch das Mes
sing mit Silikondichtmasse abgedichtet waren. Die Heiz
wasser führenden Schläuche waren aus Silikonschläu
chen mit 8 bzw. 15 mm Innendurchmesser und entspre
chend großen Messingrohren als Verbindungsteilen auf
gebaut.
Die Pumpe
Es fand eine Masterflex Rollerpumpe (Modell 7566,
Pumpenkopf Nr. 7013, Schlauch Nr. 6408/41)4 Verwen
dung. Die Drehzahl der mit drei Rollen ausgestatteten
Pumpenköpfe ließ sich stufenlos regulieren, der erzielte
Blutfluß konnte an einer Skala direkt in ml/min abgele
sen werden. Das Füllvolumen der Pumpe sowie sämtli
cher Verbindungsschläuche sowie der Perfusionskatheter
betrug 1,45 ml.
In-vitro-T estung
Für die folgenden Untersuchungen wurde das Aggregat
zwischen den Perfusionskathetern kurzgeschlossen (sie
he Abbildung 3). Zur Blutzufuhr oder Abnahme fanden
Plexiglas-T-Röhrchen Verwendung.
Alle Messungen wurden 5mal durchgeführt (n = 5).
Oxygenierungsleistung
Zur Ermittlung der Oxygenierungsleistung wurde venö
ses Blut mit einem Hb von 14,9 g/dl, einem pH von
7,314, einem pO2 von 5,32 kPa und einer Sauerstoffsätti
gung von 69% bei 23°C Bluttemperatur mit der Pumpe
bei Flußraten von 1, 5, 10 und 20 ml/min in den Oxyge
nator gegeben. Als Oxygenierungsgas wurde ein Ge
misch aus 99,15% O2 und 0,85% CO2 bei einem Gas-/
4Cole Parmer Instruments co., Chicago, USA
Abbildung 3: Schema des
Versuchsaufbaues
OXYG. Oxygenator
A Cal. Wärmetauscher
a. c.
arterieller Perfu
sionskatheter
v. c.
venöser Perfusions
katheter
Tg
Temperaturdesein
strömenden Blutes
Ta
Temperatur des
ausströmenden Blu
tes
Px Druckmeßstellen
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
6
Referat
Blutfluß-Verhältnis von 10:1 verwendet. Nach einmali
ger Passage des Oxygenators wurden Blutproben zur
pO2- und SOj-Bestimmung entnommen.
Die Sauerstoffaufnahme wurde nach dem 2. Fick’schen
Gesetz berechnet, wobei der physikalisch gelöste Anteil
unberücksichtigt gelassen wurde.
VO2 = SAO2 – SVO2
100
O2 Kap.
100
Q
VO2 Sauerstoffaufnahme in ml/min
SAO2 arterielle Sauerstoffsättigung
SVO2 venöse Sauerstoffsättigung
O2Kap. Sauerstoffkapazität, errechnet sich aus Hüfner-
Zahl und Hb des Blutes
Q Blutdurchströmung in ml/min
Wärmeübergangskoeffizient
Die Temperaturmessungen erfolgten mittels Eilab AK-85
Sonden, die in das Lumen des blutführenden Schlauches
eingebracht waren, über das Eilab Universalthermometer
TE-3S6.
Abbildung 4: Abhängigkeit des Sauerstoffpartialdruckes vom
Blutfluß in dem beschriebenen Oxygenator
Der Wirkungsgrad des Wärmetauschers wurde als Funk
tion des Wärmeübergangskoeffizienten vom Stromvolu
men für Flußraten zwischen 1 und 20 ml/min nach Gal-
letti und Brecher (4) errechnet:
C Wärmeübergangskoeffizient
Te Temperatur des einströmenden Blutes
Ta Temperatur des ausströmenden Blutes
Th Temperatur des Heizwassers
Druckamplituden
Der Pumpendruckverlauf wurde hinter der arteriellen
Pumpe (Meßstelle Po in Abb. 3) und hinter dem Perfu
sionskatheter (Meßstelle P2) bei Flußraten von 1, 2, 3
und 4 ml/min gegen einen Druck von 50, 60, 70 und 80
mmHg bestimmt, der durch Kompression des abführen
den Schlauches eingestellt wurde. Der Druck an den ver
schiedenen Meßstellen wurde über einen Druckmeß
wandler (P 23 ID)7 und eine Meßbrücke (Heilige Reco-
med)8 bestimmt. Der Druckverlauf wurde über einen
Schreiber aufgezeichnet, so daß die Druckamplituden
ausgemessen werden konnten.
Hämolyse
Die Bluttraumatisierung wurde durch Bestimmung des
freigesetzten Plasmahämoglobins nach 30 bzw. 60 Minu
ten Zirkulationszeit bei einer Flußrate von 2 ml/min und
einer Bluttemperatur von 37° C überprüft.
Ergebnisse
Oxygenierungsleistung
Unter den definierten Bedingungen zeigte der erzielte
Sauerstoffpartialdruck bei den verschiedenen Flußraten
den in Abbildung 4 dargestellten Verlauf.
Die Sauerstoffsättigung lag dabei jeweils bei 99,9% bzw.
99,5% bei einer Flußrate von 20 ml/min. Daraus errech
nete sich eine konstante Sauerstoffaufnahme von 0,061
ml O2/ml Blut/min.
Wärmeübergangskoeffizient
Bei der Bestimmung der Wärmeübergangskoeffizienten
als Funktion des Blutflusses wurde der in Abbildung 5
gezeigte Verlauf ermittelt. Dabei ergab sich bei einem
Blutfluß von 10 ml/min, entsprechend dem 14fachen des
Füllvolumens, ein Wärmeübergangskoeffizient von über
0,5.
Abbildung 5: Abhängigkeit der Wärmeübergangskoeffizienten
vom Blutfluß in dem beschriebenen Wärmetauscher
sFa. Elektrolaboratories Eilab A/S, Kopenhagen, Dänemark
6Fa. Elektrolaboratories Ellab A/S, Kopenhagen, Dänemark
7Fa. Heilige, Freiburg i. Breisgau
8Fa. Heilige, Freiburg i. Breisgau
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
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Druckamplituden
Es konnte keine Abhängigkeit der Druckamplituden vom
Gegendruck ermittelt werden. Bei den verschiedenen
Flußraten ergab sich an den definierten Meßpunkten der
in Abbildung 6 dargestellte Verlauf der Druckamplituden.
Hämolyse
Die Bestimmung des freigesetzten Hämoglobins ergab
nach 30 Minuten Zirkulationszeit einen Anstieg gegen
über dem hämolysefreien Ausgangswert auf 26,5 ± 5 mg/
dl und nach 60 Minuten Zirkulationszeit auf 47,5 ± 5 mg/
dl.
Diskussion
Der Oxygenator wurde nach dem Gasdispersions-Bub
ble-Prinzip konstruiert, weil es eine einfache Bauweise
und Handhabung sowie ein außerordentlich hohes Oxy-
genierungsvermögen bei niedrigem Füllvolumen gewähr
leistet (1). Um eine gute Sauerstoffaufnahme des Oxyge
nators zu erreichen, wurde mit einer langen Dispersions
zeit (1. Fick’sches Gesetz) und dem hohen Gas-/Blut-
flußverhältnis von 10:1 gearbeitet. Die niedrige Arbeits
temperatur des Oxygenators begünstigte ebenfalls die
Oxygenierung des Blutes, die als exothermer Vorgang
nach der Gibbs-Helmholtz’schen Gleichung bei niedri
gen Temperaturen leichter abläuft. Die mit dem vorge
stellten Oxygenator erreichte Sauerstoffaufnahme lag
deutlich höher als die des Temptrol-Oxygenators, einem
Vertreter moderner Bubble-Oxygenatoren (3). Sie ent
sprach dabei den bei Borst (1) angegebenen Werten der
für die Klinik geeigneten Filmoxygenatoren. Der erzielte
Sauerstoffpartialdruck fiel zwar mit steigenden Durch
flußraten ab, erreichte aber bei einem Blutfluß von 20
ml/min, entsprechend dem 8fachen des minimalen Füll
volumens, noch einen Wert von 31,86 kPa. Damit war
die arteriovenöse pO2-Differenz mit 26,66 kPa noch sehr
hoch und zur Oxygenierung des Blutes voll ausreichend.
Der flexible Wärmetauscher wurde aus Silikonschläu
chen gefertigt. Dieses Material zeichnet sich durch eine
gute Blutverträglichkeit aus (6), ist aber ein schlechter
Wärmeleiter. Durch die relativ große innere Oberfläche
des blutführenden Schlauches im Verhältnis zum Füllvo
lumen wurde trotzdem ein guter Wirkungsgrad erreicht.
Fluß [ml-min-1]
o hinter der Pumpe
• hinter dem Katheter
Abbildung 6; Verlauf der Druckamplituden bei verschiedenen
Flußraten an den beschriebenen Meßstellen
Bei der Zusammenstellung der Herz-Lungen-Maschine
fand eine handelsübliche Rollerpumpe Verwendung. Das
nach dem Prinzip der De Bakey Rollerpumpe aufgebaute
Modell zeichnet sich durch gute Steuerbarkeit und einfa
che Reinigung des blutführenden Silikonschlauches aus.
Obwohl mit diesem Pumpentyp ein pulsatiler Fluß er
zeugt wird, konnten wegen des nachgeschalteten Wär
metauschers und der Perfusionskatheter keine großen
Druckamplituden erreicht werden. Dieser unphysiologi
sche Druckverlauf führte im Tierexperiment zu einem
Vasospasmus, dem durch die Gabe von Papaverin begeg
net werden mußte (5).
Ein wichtiger Gesichtspunkt zur Beurteilung einer Herz-
Lungen-Maschine ist die bei der extrakorporalen Perfu
sion ausgelöste Bluttraumatisierung. Bei der kleinen Bau
weise des vorgestellten Aggregates kommt es zu einer re
lativen Erhöhung der inneren Oberfläche gegenüber dem
Füllvolumen, die sich durch den vermehrten Blutkontakt
mit Fremdoberflächen ungünstig auf die Bluttraumatisie
rung auswirken mußte. Die zur Erzielung einer hohen
Sauerstoffaufnahme notwendige lange Dispersionszeit
im Oxygenator führte zu einer erhöhten Hämolyse, die
proportional zur Dispersionszeit ansteigt (2). Auch die
Trennung des Wärmetauschers vom Oxygenator hatte
durch die resultierende niedrige Arbeitstemperatur eine
höhere Hämolyse als bei Erwärmung des Blutes auf Kör
pertemperatur zur Folge (2). Dennoch konnte eine zu
friedenstellend niedrige Bluttraumatisierung, gemessen
als Freisetzung von Plasmahämoglobin, erzielt werden.
Bei einem minimalen Füllvolumen von 4,7 ml und einer
maximalen Flußrate von ca. 20 ml/min der gesamten
Herz-Lungen-Maschine konnte eine zuverlässige und zu
friedenstellende Funktion der einzelnen Bauteile nachge
wiesen werden, die in den überprüften Parametern mit den
in der Klinik eingesetzten Aggregaten vergleichbar sind.
Mit diesem Aggregat konnten tierexperimentelle Unter
suchungen zur Extremitätenperfusion der Ratte erfolg
reich durchgeführt werden (5). Darüber hinaus sind kli
nische oder experimentelle Anwendungen zur extrakor
poralen Perfusion kleiner Organe denkbar.
Literatur
1. Borst, H. G.: Die künstlichen Oxygenatoren. Thoraxchirurgie 6: 312
(1959)
2. Bücheri, E. S.: In-vitro-Untersuchungen zur Frage der Blutveränderun
gen bei Verwendung einer künstlichen Lunge nach dem Gasdispersions
prinzip. Thoraxchirurgie 5: 63 (1957)
3. Clark, R. E., Mills, M. .-The infant temptrol oxygenator. J. Cardiovasc.
Surg. 60: 54 (1970)
4. Galletti, P. M., Brecher, G.A.: Heart lung bypass. Grüne & Stratton,
New York (1962)
5. Krüger, I., Ghussen, E, Nagel, K., Isselhard, VF.: Ein neues Modell zur
regionalen Extremitätenperfusion der Ratte — Stoffwechsel und Hämo
dynamik. Z. exp. Chir. Transplant, künstl. Organe 20: 257 (1987)
6. Lymann, D. J.,Muir, W. M., Lee, I. /..The effect of chemical structure and
surface properties of polymers on the coagulation of blood. I. Surface free
energy effects. Trans. Amer. Soc. Artif. Intern. Organs 11: 301 (1965)
7. Peirce, E. C.: Extracorporeal circulation for open heart surgery. Tho
mas, Springfield (1969)
Anschrift des Verfassers:
Dr. Ingo Krüger
Klinik u. Poliklinik für Herzchirurgie
Joseph-Stelzmann-Str. 9
5000 Köln 41
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
Referat
9
Aus der Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover und der Abteilung für
Gefäßchirurgie des St.-Johannes-Hospitals Dortmund
Der Einfluß unterschiedlicher proximaler Kanülierung des TDMAC-
Heparin-Shunts auf Druck- und Flußparameter
A. Mumme, W. Maatz, A. Haverich und G. Walterbusch
Einleitung
Gefäßrekonstruktionen im Bereich der Aorta descendens
sind infolge der Kreislaufunterbrechung mit dem Risiko
ischämischer Organschäden behaftet. Besonders ge
fürchtet sind die Rückenmarksläsionen mit nachfolgen
der Querschnittslähmung. Um solche Komplikationen
zu vermeiden, wurden eine Reihe pumpengesteuerter
Verfahren zur Aufrechterhaltung der Perfusion in der
unteren Körperhälfte angegeben (1, 2, 3). Deren wesent
licher Nachteil wird in der Notwendigkeit der systemi
schen Antikoagulation und der damit verbundenen er
höhten Blutungsgefahr gesehen. Alternativ hierzu kann
der von Grode und Gott (4) konzipierte TDMAC-Hepa-
rin-Shunt eingesetzt werden, der mit einer antithrombo-
genen Innenfläche (Tridodecyl-Methylammoniumchlo-
rid in Verbindung mit Heparin-Natrium) beschichtet ist
und den Verzicht sowohl auf eine systemische Antikoa
gulation als auch auf eine Pumpenunterstützung ermög
licht.
Im klinischen Einsatz richtet sich die Wahl der proxima
len Shuntkanülierung nach der Ausdehnung des erkrank
ten Gefäßabschnittes und den anatomischen Gegeben
heiten im Operationssitus. Im allgemeinen wird die linke
A. subclavia als Kanülierungsstelle bevorzugt. Dieses Ge
fäß kann in endständiger und — mit Hilfe einer kurzen
Gefäßprothese — in seitenständiger Position des Shunts
angeschlossen werden. Im Falle einer Unzulänglichkeit
der linken A. subclavia ist alternativ die Kanülierung des
linken Ventrikels via Herzspitze möglich. Letzterer Ka-
nülierungsort erscheint wegen seines einfachen Zugangs
besonders attraktiv. Inwieweit dadurch allerdings die hä-
modynamische Effektivität des Shunts beeinflußt wird,
sollte in einer experimentellen Studie geklärt werden.
Methodik
Die Untersuchung wurde an sieben erwachsenen Misch
lingshunden mit einem durchschnittlichen Körperge
wicht von 23 kg (20—28 kg) durchgeführt. Oberhalb der
Aortenokklusion wurden der Blutdruck in der A. carotis
externa (pl) und der Fluß im Tr. pulmonalis (Ql) be
stimmt. Zusätzlich wurde, unter der besonderen Frage
der Flußrichtung, jenseits des Shuntanschlusses der Fluß
in der linken A. subclavia (Q3) gemessen. Weiterhin wur
den in der unteren Körperhälfte der Druck in der A. fe
moralis (pl) und der Fluß in der A. descendens direkt
unterhalb der Shunteinmündung (Q2) ermittelt.
Abbildung 1: Der TDMAC-Heparin-Shunt
Aus den mittels mechano-elektrischem Druckwandler ge
wonnenen Ergebnissen der Druckmessung wurden die
Mitteldruckwerte errechnet. Zur Flußmessung dienten
elektromagnetische Flußaufnehmer (Flowmeter Heilige
Servomed). Es konnten drei unterschiedliche Blutströ
mungen simultan bestimmt werden. Die ermittelten Fluß
werte (ml/min) wurden auf das Körpergewicht der Ver
suchstiere bezogen und als ml/kg/min ausgedrückt.
Die Fluß- und Druckwerte wurden nach 3, 6, 9, 12 und
15 Minuten aus den fortlaufend registrierten Kurven
ausgemessen. Da innerhalb der einzelnen Gruppen bei
keiner Kanülierungstechnik signifikante Veränderungen
der Flußraten oder des Druckes auftraten, wurden die
fünf Einzelwerte in jeder Meßserie zu einem Durch
schnittswert zusammengefaßt.
Bei der ersten Versuchsanordnung wurde ein 7-mm-
TDMAC-Heparin-Shunt in eine end/seit auf die linke A.
subclavia anastomosierte 6-mm-Dacron-Doppelvelour-
Prothese inseriert. Distal wurde der Shunt in Höhe des
5. ICR in die Aorta descendens eingebracht. Nach einer
Kontrollmessung zur Bestimmung der hämodynami-
schen Ausgangslage wurde die erste Kreislaufumleitung,
mit seitenständiger Kanülierung der linken A. subclavia,
durchgeführt. Hierzu wurde die Aorta direkt unterhalb
des Abganges der Arterie okkludiert.
Nach nochmaliger Kontrollmessung folgte die zweite
Kreislaufumleitung, die mit endständiger Kanülierung
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
10
Referat
Pi
Q3
Qi
q2
Abbildung 2/Versuchsanordnung zur Kontrollmessung
Abbildung 4: Kreislaufumleitung bei endständiger Kanülierung
der linken A. subclavia
Abbildung 3: Kreislaufumleitung bei seitenständiger Kanülie-
rung der linken A. subclavia
Abbildung 5: Kreislaufumleitung bei Kanülierung des linken
Ventrikels
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
Referat
11
der linken A. subclavia durchgeführt wurde. Die A. sub
clavia wurde hierzu jenseits der Einmündung des Shunts
mit einer Klemme unterbrochen.
Wieder folgte eine Kontrollmessung. Anschließend wur
de das proximale Shuntende via Herzspitze in den linken
Ventrikel eingebracht. Nun wurde die dritte Kreislauf
umleitung durchgeführt.
Ergebnisse
Unter Kanülierung 1 stieg der Mitteldruck in der A. ca
rotis von 95.9± 10.96 mmHg auf HO.3± 13.21 mmHg
(p<0.025). Kanülierung 2 wies einen Druckanstieg von
100.0 ±10.07 mmHg auf 114.7 ±12.12 mmHg auf
(p<0.05). Kanülierung 3 führte zu einem Anstieg des
Mitteldruckes von 94.9±8.89 mmHg auf 126.2±14.69
mmHg (p< 0.005) und zeigte dabei die geringste Druck
entlastung. Somit wurde durch den 7-mm-Shunt bei kei
nem der Tiere eine vollständige Druckentlastung ober
halb der Aortenklemme erreicht. Dementsprechend wa
ren die Druckwerte in der unteren Körperhälfte während
der Kreislaufumleitung deutlich herabgesetzt. Unter Ka
nülierung 1 fiel der Mitteldruck von 94.7 ± 14.26 mmHg
auf 62.2± 15.48 mmHg (p<0.0025). Kanülierung 2 wies
einen Druckabfall von 101.1 ±11.23 mmHg auf
60.9±4.13 mmHg auf (p<0.0005). Kanülierung 3 zeigte
mit einer Einschränkung des Druckes von 94.6 ± 11.62
mmHg auf 42.2 ±2.72 mmHg (p< 0.0025) die niedrig
sten distal gemessenen Druckwerte. Diese waren signifi
kant niedriger als unter Kanülierung 1 (p<0.01) und un
ter Kanülierung 2 (p< 0.005).
Unter Kanülierung 1 fiel der Fluß im Tr. pulmonalis von
118.7±14.45 ml/kg/min auf 98.9± 10.53 ml/kg/min
(p< 0.005). Kanülierung 2 verursachte eine Minderung
des Flusses von 107.5 ±13.31 ml/kg/min auf
106.8 ±25.36 ml/kg/min (n. s.). Die ausgeprägteste
Flußminderung wurde unter Kanülierung 3 ermittelt.
Dabei verminderte sich der Pulmonalisfluß von
118.2±29.30 ml/kg/min auf 85.7±21.21 ml/kg/min.
Dieser war signifikant niedriger als unter Kanülierung 1
(p<0.05) und unter Kanülierung 2 (p<0.01).
Der Fluß in der Aorta descendens fiel unter der Kanülie
rung 1 von 81.1 ±10.71 ml/kg/min auf 44.3±6.01 ml/
kg/min (p<0.0005). Kanülierung 2 zeigte eine Flußmin
derung von 72.5±7.96 ml/kg/min auf 51.8 ±5.70 ml/
kg/min (p<0.0005). Unter Kanülierung 3 war die Min
derung des Descendens-Flusses von 79.0 ± 19.57 ml/kg/
min auf 26.9 ±5.95 ml/kg/min am stärksten ausgeprägt
(p<0.0005). Hier bestand ein statistisch signifikanter
Unterschied gegenüber Kanülierung 1 (p< 0.0025) und
gegenüber Kanülierung 2 (p<0.0005).
In der linken A. subclavia kam es zu einer Zunahme der
Durchblutung. Unter Kanülierung 1 stieg der Fluß von
12.0±2.25 ml/kg/min auf 15.9±2.78 ml/kg/min
(p<0.0025). Kanülierung 3 zeigte einen Anstieg von
11.6±3.92 ml/kg/min auf 21.1 ±5.14 ml/kg/min
(p < 0.0005) und wies damit signifikant (p< 0.0125) hö
here Werte auf als Kanülierung 1.
Die Ermittlung der Flußrichtung in der A. subclavia jen
seits des seitständigen Shuntanschlusses ergab in allen
Fällen eine orthograde Durchströmung des Gefäßes.
Diskussion
Bei Operationen an der Aorta descendens ist offensicht
lich durch die Anwendung des TDMAC-Heparin-Shunts
die Senkung der Inzidenz von Rückenmarksläsionen
möglich (5). Die proximale Kanülierung des Shunts kann
dabei in verschiedenen Gefäßabschnitten oberhalb der
Aortenabklemmung erfolgen. Aufgrund der relativ guten
Zugänglichkeit der linken A. subclavia gilt dieses Gefäß
als bevorzugter Kanülierungsort für den Shunt. Hier ste
hen zwei unterschiedliche Techniken zum Shuntan
schluß zur Verfügung. Bei der endständigen Kanülierung
wird der Shunt mittels Tourniquets in die Arterie einge
bunden. Die seitenständige Kanülierung erfolgt dagegen
in eine zuvor mit dem Gefäß end/seit anastomosierte
Gefäßprothese und erlaubt damit die Aufrechterhaltung
des nach peripher gerichteten Blutstromes. Alternativ zur
Subclavia-Kanülierung kann der Shunt nach Eröffnung
des Perikards via Herzspitze im linken Ventrikel plaziert
werden. Eine weitere Kanülierungsmöglichkeit besteht in
der Aorta ascendens. Allerdings ist dieses Gefäß ver
gleichsweise schlecht zu erreichen, so daß im Falle einer
Blutung im Bereich der Kanülierungsstelle die Blutstil
lung sehr schwierig sein kann. Im klinischen Einsatz des
Shunts kam diese Kanülierungslokalisation daher im ei
genen Krankengut wegen technischer Schwierigkeiten
nur selten zur Anwendung.
Die Benutzung des Shunts bei Eingriffen an der Ao. des
cendens soll einerseits eine Dekompression oberhalb, an
dererseits eine ausreichende Perfusion unterhalb der Ab
klemmung bewirken. Als Maß für die Dekompression
diente die Ermittlung des Flusses im Truncus pulmonalis
und des Blutdruckes in der A. carotis. Eine unzureichen
de Entlastung ist demnach durch die Abnahme des Blut
flusses bei erhöhten Druckwerten gekennzeichnet (6, 7).
Darüber hinaus wurde der Fluß in der linken A. subcla
via mit der speziellen Frage der Flußrichtung bestimmt,
da bei der seitenständigen Kanülierung dieses Gefäßes
unter Umständen mit dem Auftreten eines „Steal-Phäno-
mens“ aus der Peripherie mit Flußumkehr in der A. ver-
tebralis gerechnet werden mußte. Der unterhalb der di
stalen Shunt-Insertion ermittelte Fluß in der Ao. descen
dens diente zur Erfassung der Shunt-Durchströmung.
Als Maß der Organperfusion unterhalb der Abklemmung
wurde der Blutdruck in der A. femoralis bestimmt. Nach
bisher vorliegenden Untersuchungen sollte der Druck
zur Prävention ischämischer Rückenmarksschäden nicht
unter 60 mmHg im Mittel abfallen (8).
Unter den Bedingungen einer Kreislaufumleitung über
den Shunt war bei allen verglichenen Kanülierungslokali-
sationen eine unvollständige proximale Dekompression
bei gleichzeitiger distaler Hypotension zu verzeichnen.
Die beiden von der linken A. subclavia ausgehenden Ka-
nülierungstechniken führten dabei zu weniger ausge
prägten hämodynamischen Veränderungen als die vom
linken Ventrikel ausgehende Kreislaufumleitung. Aller
dings wurden auch hier in Einzelfällen Blutdruckwerte
von weniger als 60 mmHg in der A. femoralis beobach
tet.
Beim seitenständigen Anschluß des Shunts bleibt der
Kollateralfluß zum Rückenmark über die A. mammaria
erhalten. Dieser kann, nach experimentellen Untersu
chungen (9, 10), zur Aufrechterhaltung der Rücken-
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
12
Referat
Abbildung 6.’Proximal (pl) und distal (p2) gemessener arteriel
ler Mitteldruck.
Kanülierung 1: A. subclavia, seitständig
Kanülierung 2: A. subclavia, endständig
Kanülierung 3: Linker Ventrikel
Abbildung 8: Fluß in der Aorta descendens (pro kg Körperge
wicht)
p < 0.05
p < 0,01
p < 0.025
p < 0.005
Abbildung 7: Fluß im Truncus pulmonalis (pro kg Körperge
wicht)
marksperfusion entscheidend sein. Dies gilt insbesondere
dann, wenn für die Versorgung der A. spinalis anterior
essentielle Intercostalgefäße vom ausgeklemmten Aor
tenareal abgehen.
Der Vorteil einer nach peripher hin offenen Strombahn
der A. subclavia geht dabei nicht zu Lasten der Effektivi
tät des Shuntverfahrens, nachdem gezeigt werden konn
te, daß gegenüber der endständigen Kanülierung des Ge
fäßes keine wesentliche Einschränkung der Shunt-
Durchströmung besteht.
CM
<0
Die vom linken Ventrikel ausgehende Kreislaufumlei
tung führt zu einer vergleichsweise viel schlechteren
Shunt-Durchströmung mit entsprechend unzureichender
proximaler Dekompression und ausgeprägter distaler
Hypotension. Unter dieser Versuchsanordnung wurde
ein deutlich höherer proximaler Mitteldruck und ein we
sentlich niedrigerer Fluß im Tr. pulmonalis ermittelt als
bei den anderen Kanülierungstechniken. Bei einem Fluß
in der Ao. descendens von nur 27 ml/kg/min resultierte
in der unteren Körperhälfte ein arterieller Druck von 42
mmHg. Der zur Vermeidung von Rückenmarksläsionen
für notwendig erachtete Druck von 60 mmHg wurde bei
keinem der Tiere erreicht. Somit ist die von einzelnen
Autoren empfohlene Herzspitzenkanülierung für die kli
nische Anwendung nicht zu empfehlen. Am günstigsten
erscheint die seitenständige Kanülierung der A. subclavia
über eine kurze Gefäßprothese, die technisch leicht zu
handhaben ist und darüber hinaus durch Aufrechterhal
tung der orthograden Mammaria-Perfusion zur Protek
tion des Rückenmarks beiträgt.
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
Referat
13
Literatur
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2. De Bakey, M. E., Me Collum, C. H, Graham, J. M.: Surgical treatment
of aneurysms of the descending thoracic aorta. Long term results in 500
patients. J. Cardiovasc. Surg. 19: 571, 1978
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with resection of extensive thoracic aneurysm. Arch. Surg. Ill: 1186,
1976
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Gott shunt. Ann. Thorac. Surg. 46: 147—154, 1988
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partial bypass in the maintenance of spinal cord blood flow during opera
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The arteria radicularis magna anterior as a decisive factor influencing spi
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10. Brewer, L. A., Fosburg, R. G., Mulder, G. A., Verska, J. /./Spinal cord
complications following surgery for coarctation of the aorta. A study of
66 cases. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 64: 368, 1972
Anschrift des Verfassers:
Dr. med. A. Mumme
St. Johannes Hospital
Johannesstraße 9-11
4600 Dortmund 1
Cardio Cartoon
<____
Kardiotechnik
Fachzeitschrift für medizinische
und technische Berufe
Kardiotechnische Zeitschriften KT Verlag GmbH, 5000 Köln 51, Goltsteinstraße 49
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
14
Referat
Aus der Industrie
Kriterien der Blutkonzentration mittels Hemofilter
Grundsätzliche Erwägungen
E. R. Wolter, A. Bumiller, H. Knobl
Summary
Although hemodilution is an important factor in modern cardiopulmonary by pass, it sometimes goes to excess for example when
large amounts of topical cooling fluids are sucked into the extra corporeal curcuit of the heart lung machine.
When excess fluid cannot be eliminated by diuresis, ultrafiltration is an alternative.
Due to high performance in a modern hemofilter, it is not necessary to increase transmembrane pressure by means of the negative
pressure on the ultrafiltrate side of the membrane.
The bloodflow and the resistance in the hemofilter circuit is sufficient to remove m ore than one third of the bloodflow through
the hemofilter as ultrafiltrate.
(Blood flows of up to WO ml/min can be obtained)
A hemofilter can also be used post-operatively to concentrate the residual blood volume in the oxygenator and extra corporeal
circuit (blood concentration).
Blood concentration with a hemofilter is not associated with any clinically significant changes in the electrolyte composition.
Blood concentration is a convenient way to control hemodilution.
Obwohl die Hämodilution des Blutes während EKZ eine
wichtige Rolle spielt, passiert es, daß überschüssige Flüs
sigkeit (z. B. Kardioplegie, etc.) in den Kreislauf der
HLM gerät.
Reicht die Diurese des Patienten nicht aus, bietet die Ul
trafiltration mittels eines Hemofilters eine einfache, si
chere Alternative.
Hemofilter kann man postoperativ auch zur Konzentra
tion von Restblut im Oxygenator und Schlauchsystem
verwenden.
Unser Bericht soll einen allgemeinen Aufschluß über
grundsätzliche Erwägungen aus dem großen Bereich der
Ultrafiltrationsmethoden geben.
Die natürlichen Filter des Menschen: die Nieren = Re-
nes (lat) sind zwei bohnenförmige, etwa 120-200 g
schwere Organe im Retroperitonealraum neben der Wir
belsäule.
Jede Niere ist von einer derben fibronösen Nierenkapsel
und einem Fettpolster geschützt. Als lebenswichtiges Or
gan sichert sie die konstante Zusammensetzung der Kör
persäfte, indem sie Endprodukte des Stoffwechsels und
körperfremde Stoffe mit dem Harn ausscheidet.
Bei Versagen der Nieren kommt es zu einer Harnvergif
tung: Urämie.
Die Niere (Abb. 1)
Die Funktionseinheit der Niere ist das Nephron. Es be
finden sich ca. 1 Million dieser Elemente in jeder Niere.
An dieser Stelle werden die Stoffwechselprodukte ausge
schieden, der Salzhaushalt und der Wasserhaushalt regu
liert sowie das Säurebasengleichgewicht aufrechterhal
ten. Ein Teil des Nephrons ist das Glomerulum; hier
Abb. 1
wird Plasmawasser, Primärharn, abfiltriert (ca. 180 1 pro
Tag).
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
Referat
15
Im weiteren Verlauf mündet das Glomerulum in den Tu
bulus, der aus dem Primärharn für den Körper wertvolle
Stoffe und den Großteil des Wassers resorbiert, bis letzt
lich der Endharn (Sekundärharn) entsteht.
Wasserverteilung im Körper (Abb. 2)
Die Stoffwechselendprodukte sind in verschiedenen Kör
perkompartimenten verteilt, und zwar entsprechend der
Wasserverteilung. Nur ein kleiner Teil befindet sich im
Blut, der Großteil der Stoffwechselendprodukte im In
trazellulärraum, d. h. bei der Dialyse und Hämofiltration
ist nicht in erster Linie entscheidend, das Blut zu reini
gen, sondern die Stoffwechselendprodukte zu entfernen,
die sich in und zwischen den Zellen befinden.
Die Nierenersatztherapie beruht auf einigen physikali
schen Transportprinzipien, die wir in den nächsten Ab
bildungen darstellen werden.
Diffusion (Abb. 3)
Das erste für die Hämodialyse sehr wesentliche Prinzip
ist die Diffusion.
Dieses Transportprinzip ist hier modellhaft dargestellt.
Bei der Diffusion handelt es sich um die Bewegung von
Stoffen, und zwar von einem Ort höherer Konzentration
zu einem Ort niederer Konzentration. Treibende Kraft
ist die Brownsche Molekularbewegung.
WASSERVERTEILUNG IM KÖRPER
SÜHEEMEABLE ICTHM TRENNEN DIE
VERSCHIEDENEN FLOSS1GKEITSKOMPARTIMENTE
IM
PLASMAWASSER
EXTRA
ZELLULAR l/4<
(EZF)
3/4
ZWISCHEN DEN
ZELLEN
INTERSTITIUM
INTRA
ZELLULAR 3/4<
(IZF)
IWIN (75 ks)
5 u
8 L
•45 L HjO
34 u
DIFFUSION
DIFFUSION: Bewegung von STOFFEN von einen Ort höherer Konzentration
zu einem Ort niederer Konzentration
Abb. 3
Dialyse (Abb. 4)
Von Dialyse spricht man, wenn Diffusion durch eine
Membran hindurch stattfindet. Voraussetzung ist, daß
die Stoffe oder Teilchen diese Membran passieren kön
nen.
Osmotische Aktivität (Abb. 5)
Die osmotische Aktivität ist ein Transportprinzip, bei
dem die Stoffe die Membran nicht durchdringen kön
nen. Da sich die Natur immer auszugleichen versucht,
d. h. gleiche Konzentrationen angestrebt werden, bewegt
sich Wasser durch die Membran hindurch. Es entsteht
ein osmotischer Druck. Auf der rechten Seite sehen Sie
das Verfahren der Umkehrosmose. Hier wird mittels ei
nes Druckes, der größer ist als der osmotische Druck,
Wasser durch die Membran hindurchgepreßt.
Ultrafiltration (Abb. 6)
Es gibt 3 verschiedene Arten, Flüssigkeit durch eine
Membran zu bewegen. Einmal durch einen positiven
Druck, der das Wasser durch die Membran drückt, oder
durch auf der anderen Seite angebrachten negativen
Saugdruck (z. B. bei maschineller Hämofiltration), oder
mit Hilfe einer osmotisch wirkenden Substanz, die die
Membran nicht durchdringen kann (z. B. Peritoneal
oder Bauchfelldialyse).
DIALYSE
DIALYSE: Bewegung von STOFFEN durch eine Membran von einem Ort höherer
Konzentration zu einem Ort niederer Konzentration
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
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veröffentlicht.
Und jetzt – viel Spaß!
Bentley – Ein Herz für Kinder
18
Referat
J 'S
OSMOTISCHE AKTIVITÄT
OSMOSE
Die Bewegung von Wasser durch eine Membran
von einem Ort höherer Wasserkonzentration
zu einem Ort niederer Wasserkonzentration.
P – OSMOTISCHER DRUCK
UMKEHR-OSMOSE
Die Bewegung von Wasser durch eine Membran
von einem Ort nieoerer Wasserkonzentration
zu einem Ort höherer Wasserkonzentration,
verursacht durch hydrostatischen Druck, der
GRÖSSER IST ALS DER OSMOTISCHE DRUCK.
s
P Iü
:S|
li<L
Abb. 5
POSITIVER DRUCK
Z"
ULTRAFILTRATION
NEGATIVER DRUCK
OSMOTISCHER DRUCK
DURCH NICHT PERMEABLE
SUBSTANZEN
streben. Im oberen Modell befindet sich Wasser beidsei
tig von der Membran im Ungleichgewicht. Der Aus
tausch findet durch Ultrafiltration statt.
Im mittleren Modell schaffen Substanzen, die die Mem
bran durchdringen können, ein Equilibrium durch Diffu
sion. Bei nicht permeablen Substanzen — unten — wird
ein Ausgleich durch Osmose ermöglicht.
Membran (Abb. 9 )
Das wesentliche Element der künstlichen Niere ist die
Membran, mit der das Blut der Patienten gereinigt wird.
Nur die kleineren Teilchen können die Membran durch
dringen. Plasma, Eiweiß, Blutkörperchen, Krankheits
keime werden von der Dialysemembran zurückgehalten.
Membranfiltration (Abb. 10)
Dieses Schema zeigt nun Membranen für unterschiedli
che Filtrationsanwendungen. Es ist möglich, sie mit eng
definierten Porengrößen herzustellen. In der oberen Zei
le sind die Porengrößen derartiger Membranen in um
angegeben, wobei die Porengrößen von links nach rechts
zunehmen.
Weiter unten sind die verschiedenen Anwendungen ge
nannt, und darunter sind die Teilchen aufgeführt, die die
Membran noch passieren können.
ULTRAFILTRATION: Die Bewegung von Flüssigkeit durch eine Membran mit Hilfe eines
Druckgradienten.
G
DIS – EQUILIBRIUM
Abb. 6
WASSER
KONVEKTION
Mitnahme von Stoffen durch Ultrafiltration in der Hämodialyse und
der Hämofiltration
EQUILIBRIUM
PERMEABLE
SUBSTANZEN
Abb. 7
Konvektion (Abb. 7)
Wenn nur Stoffe zusammen mit einem Wasserstrom die
Membran durchtreten, so spricht man von Konvektion.
Konvektion ist das Transportprinzip in der Hämofiltra
tion.
Equilibrium (Abb. 8)
Diese Abbildung veranschaulicht zusammenfassend das
Prinzip der Natur, immer nach einem Gleichgewicht zu
'N
'N
*
Kardiotechnik 12. Jahrgang/Heft 1/1989
*
NICHT PERMEABLE
SUBSTANZEN
Abb. 8
A• 1
•* i
• •
•
♦ •
*
• •
• ••
•
• • •
—
• •
•••
Referat
19
aiut
Blut
Dialysaf
"Poren
qJj} Pb smaeiweif) bzw
weifte Blutkörperchen
0 rote Blutkörperchen
o.— Harnstoff
Kr-eatinn
Harn saure
Calcium
/, Kalium
Chlorid
Natrium
^Magnesium
Abb. 9
krankheitskeirne
MEMBRANFILTRATION
FILTRATIONS
TECHNIK
ögBRAJ!
0.001
0,01
0,1
1
10
GRÖSSE' (pM)
'
‘
'
ANWENDUNG
WASSERAUF
BEREITUNG
HIT RO
HÄMO
DIALYSE
T
'
HÄMO-
STERIL
FILTRATION FILTRATION
PLASMA
PHERESE
c
5Z DER
SALZE
''
KLEINE
MOLEKÜLE
■
MITTEL
MOLE
KÜLE
PROTEINE
. i…..
1 ZELLEN
CUT-OFF
molekular-
100-200
5.000 30-40.000
2-3 Millionen
GEWICHT
* BAKTERIEN, FALLS VORHÄNDE
Abb. 10
So werden z. B. bei der Wasseraufbereitung mit Um
kehrosmose alle Teilchen zurückgehalten, die ein Mole
kulargewicht von mehr als 100 haben, d. h. nur 5% der
Salze können die Membran passieren.
Bei der Hämodialyse können auch kleinere Moleküle
(bis zu einem MG von 5 000) die Membran passieren; die
Porengrößen bewegen sich dabei um 0.001 |im. Bei der
Hämofiltration sind die Poren größer und auch mittel
große Moleküle können durchdringen.
Membran (Abb. 11)
Diese elektronenmikroskopische Aufnahme zeigt nun ei
ne Hämofiltermembran, eine sogenannte asymmetrische
Membran. Unten befindet sich die Innenseite der Hohl
faser, in der das Blut strömt, und die sehr dünne Schicht
(0.1 p.m) bildet die eigentliche Trennmembran, in der
sich die Poren befinden. Die Poren sind aufgrund ihrer
Größe nicht sichtbar. Die fingerartige Struktur hat ledig
lich eine Stützfunktion.
Hämodialyse und Hämofiltration als Behandlungsverfah
ren
Dialysebehandlung (Abb. 12)
Diese Behandlung wird bei chronisch nierenkranken Pa
tienten 3 x pro Woche etwa 4—5 Stunden durchgeführt.
Abb. 11
Das Blut des Patienten und die Dialyseflüssigkeit wird
mit Hilfe der Maschine durch den Dialysator oder die
künstliche Niere gepumpt. Hier werden die Stoffwech
selendprodukte und das angesammelte Wasser ausge
schieden. Die Maschinen enthalten Steuerungs- und
Überwachungsfunktionen, z. B. Druck, Temperatur,
Blutfluß, Blutleckdetektor und Luftfalle.
Schematisch läuft eine Hämodialyse wie folgt ab:
Hämodialyse (Abb. 13)
In diesem Modell rot eingezeichnet ein stark mit Stoff
wechselprodukten verunreinigtes Blut, schwarze Punkte
die Membran und grün die Dialyseflüssigkeit. Es finden
gleichzeitig zwei Prozesse statt: zum einen wird mittels
eines Unterdrucks Flüssigkeit aus dem Blut entfernt:
durch Ultrafiltration, und gleichzeitig werden die Stoff
wechselprodukte durch Diffusion entfernt. Das Ergebnis
ist ein von Stoffwechselendprodukten gereinigtes Blut,
dem auch überschüssige Flüssigkeit entzogen wird; im
Durchschnitt sind das pro Behandlung etwa 4 Liter.
Ein Kapillardi