Medizinisches PVC, besser als sein Ruf?
W. Lemm ………………………………………………………………………………………………………………………………….. 18
Erste klinische Erfahrungen beim Einsatz des
Kapillarmembranoxygenators „Quadrox“
A. Philipp, M. Kaluza, R. Behr, M. Kaiser, D. Birnbaum …………………………………………………………… 25
Journal-Club………………………………………………………………………………………………….. 31
Das Portrait
Medtronic GmbH …………………………………………………………………………………………….. 32
Neues aus der Industrie ………………………………………………………………………………….. 37
Kongreßnotizen ………………………………………………………………………………………………. 38
Mitteilungen der DGfK …………………………………………………………………………………… 40
Kongresse, Veranstaltungen ……………………………………………………………………………..
Heft 2/95
Heft 3/95
Erscheinungstermin
24.
5. 1995
Erscheinungstermin
11. 9.1995
Einsendeschluß für
Einsendeschluß für
• redaktionelle Beiträge
1.
3.1995
• redaktionelle Beiträge
16.
6. 1995
• Anzeigenaufträge
24.
4.1995
• Anzeigenaufträge
1.
8.1995
Die KARDIOTECHNIK wird auf chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt
3
Medizin ist Kunst –
Kunst ist Medizin…
© MAYER GALBRAITH
Lilliput,
der Säuglingsoxygenator
für den
kongenitalen
Grenzbereich
der Herzchirurgie
didcco
Editorial
unsere hochspezialisierte Industriegesell
schaft kommt heute nicht mehr ohne be
rufsbegleitende Fachinformationen aus.
Im Gegenteil – der Bedarf wird immer
größer und das Tempo von technischen
und strukturellen Veränderungen immer
schneller. Mehr als 4.000 Fachzeitschrif
ten, davon über 600 im medizinischen Be
reich, haben regelmäßig ihre Leser.
Und damit nicht genug: Hinzu kommt ver
stärkt Electronic Publishing über Disket
ten, CD-ROMs und Online-Datenbanken.
Trockene Lehrbücher und Nachschlage
werke können sich plötzlich zur unterhalt
samen Lektüre mit schnellem Zugriff ent
wickeln.
Aber bleiben wir zunächst bei unseren ge
wohnten Fachzeitschriften: Diese Publika
tionen werden in der Regel sehr intensiv
gelesen oder gar „durchstudiert“, denn die
Inhalte fördern überwiegend die Aus- und
Weiterbildung im Beruf. Man spricht hier
deshalb von „Muß“-Lesern (im Gegensatz
zu den „Muße“-Lesern von Publikums
zeitschriften), die für die Herausgeber und
die Werbungtreibenden besonders interes
sant sind.
Der Verbreitung von Fachzeitschriften sind
keine Grenzen gesetzt, wie die ständig
wachsende Leserschaft der KARDIO
TECHNIK in Deutschland, Österreich, der
Schweiz und den anderen Nachbarländern
zeigt. Selbst in Island wird sie gelesen!
Damit dies so bleibt, arbeiten Redaktion
und Verlag ständig daran, die KARDIO
TECHNIK attraktiv, informativ und ab
wechslungsreich zu gestalten. Aber der
hohe medizinische bzw. medizintechni
sche Stand der Fachbeiträge erfordert bei
der Redaktion immer wieder großen Auf
wand, die Themen für breite Leserkreise
mit unterschiedlichem Wissensstand auf
zubereiten. Nicht jedem Autor gelingt es
auf Anhieb, sein Spezialthema auch
sprachlich und didaktisch klar zu vermit
teln. Hier ist dann die Redaktion und der
wissenschaftliche Beirat mit Fachkenntnis
und Fingerspitzengefühl gefragt.
Urteilen Sie selbst, ob dies bei der vorlie
genden Ausgabe gelungen ist. Zum
Schwerpunktthema „Biokompatibilität von
Kunststoffprodukten in der Herzchirurgie“
– übrigens auch ein Thema der Jahresta
gung in Duisburg (25.-27. 5. 1995) – finden
Sie hier drei Beiträge:
B. Oedekoven, Aachen, fuhrt mit seinem
Beitrag in die Problematik der Biokompa
tibilität ein. Eine aktuelle Bestandsaufnah
me biokompatibler Oberflächenbeschich
tung in der EKZ unternimmt P. Cahalan,
Maastricht, und W. Lemm, Berlin, stellt
die Frage, ob medizinisches PVC besser
ist als sein Ruf.
In einem freien Beitrag vermittelt A. Phi
lipp, Regensburg, erste klinische Er
fahrungen beim Einsatz eines neuen Ka-
pillarmembran-Oxygenators.
Weiter möchte ich Sie auf eine neue Ru
brik unserer Zeitschrift aufmerksam ma
chen, die den angebotenen Lesestoff be
reichern soll: Unter der Bezeichnung
„Journal-Club“ finden Sie eine aktuelle
Kurzauswahl der für die Kardiotechnik in
teressanten Beiträge aus ärztlichen Fach
zeitschriften wie zum Beispiel „The Thor
acic and Cardiovascular Surgeon“.
Viel Spaß beim Lesen!
Gunter Morche
ProMeComm-Verlag, Hamburg
KARDIOTECHNIK 1/95
5
^-3
Der stetige Blutfluß versorgt uns mit Nährstoffen
und Sauerstoff, seine Bewegung hält uns am
Leben. Fremdkörper oder Wunden werden sofort
identifiziert, jede Störung beseitigt.
Ein hervorragendes System. Doch bei Herz
operationen kurzzeitig außer Kraft gesetzt. Jetzt
kommt es darauf an, daß die externe Bahn vom
Organismus nicht als Fremdkörper erkannt wird.
Denn die lebensrettende Umleitung darf nicht zur
Gefahrenquelle werden.
ist Leben
RAUMEDIC ECO heißt Sicherheit, Leistungs
fähigkeit und Zuverlässigkeit. Eigene Rezep-
tierungen, jahrzehntelange Produktionserfahrung
und eine ausgefeilte Qualitätssicherung sind die
Basis für die Zuverlässigkeit von REHAU Schlauch
systemen in der extrakorporalen Zirkulation.
Optimale Reinheitsbedingungen gemäß U.S.
Federal Standard, GMP-gerechte Kontrollen,
gewissenhafte Dokumentation über sieben Jahre
und die Verarbeitung hochwertiger Rohstoffe sind
unser Konzept zur Sicherung des Patienten. Vom
Schlauchsystem bis zum komplett konfektionierten
ECC-Set.
REHAU AG+Co
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Rheniumhaus
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to
B. Oedekoven, B. Johnson *
Institut für Physiologie,
Klinikum RWTHAachen
*Jostra Medizintechnik, Hirrlingen
Biokompatibilität –
ein Begriff setzt sich durch
Zusammenfassung
Der Begriff Biokompatibilität wird schon
seit vielen Jahren für die Beschreibung der
Verträglichkeit von Biomaterialien ge
genüber Blut, Gewebe usw. verwendet. Ei
ne verbindliche Definition dieses Begrif
fes gibt es nicht, obwohl allgemein be
kannt ist, was darunter verstanden wird. In
der Vergangenheit wurden technische Ent
wicklungen zum Einsatz in extrakorpora
len Kreislaufsystemen vorwiegend zur
Leistungsoptimierung vorangetrieben. Zu
nehmend werden heute Erkenntnisse auf
den Gebieten der Gerinnungsforschung
und Immunologie durch die Verwendung
moderner Verfahrenstechniken zur Her
stellung von vollständig heparinbeschich
teten extrakorporalen Kreislaufsystemen
umgesetzt.
Schlüsselwörter
Biokompatibilität, Biomaterialien, Hepa
rinbeschichtung, ECC.
Summary
For many years the term biocompatibility
has been used to describe the behavior of
artificial surfaces against blood or tissue.
Until now we still have no obligatory defi
nition for this term although it is common
ly known what it means. In the past devi
ces and components for an extracorporeal
application were mainly developed with a
special regard to their optimal perfor
mance. Today there is an increasing ten
dency to transfer the knowledge on the
fields of blood coagulation and immunolo
gy research e.g. by the use of modern pro
cess engineering in order to produce more
biocompatible materials. A most impor
tant step into that direction is the use of
complete heparin coated extracorporeal
systems.
Übersicht
In den letzten Jahren ist der Begriff Bio
kompatibilität immer häufiger als ein Maß
zur Beurteilung der Güte von Biomateria
lien herangezogen worden, obwohl er nur
sehr unscharf das Verhalten künstlicher
Umgebungsverhältnisse gegenüber natür
lichen Bestandteilen des Organismus be
schreibt. So wird die Verträglichkeit eines
implantierten Zahnes gegenüber dem Kie
ferknochen und dem umliegenden Gewe
be ebenso als mehr oder weniger biokom
patibel beschrieben wie die einer Kontakt
linse für Augen, eines künstlichen Hüftge
lenkes, eines künstlichen Blutgefäßes, ei
ner künstlichen Herzklappe oder ganzer
extrakorporaler Blutkreislaufsysteme. Ei
ne Differenzierung des Oberbegriffes Bio
kompatibilität erfolgt nur noch bestenfalls
hinsichtlich des direkten Umgebungsmi
lieus dieser künstlichen Organe oder deren
Teilkomponenten, indem deren Verträg
lichkeit in die Begriffe Gewebekompatibi
lität oder Blutkompatibilität gefaßt wird.
Extrakorporale Blutkreisläufe werden
heute als moderne Therapiemöglichkeiten
ganz selbstverständlich in der Kardiochir-
urgie mit Herz-Lungen-Maschinen und
mit Dialysatoren zur chronisch wiederhol
ten Blutwäsche betrieben. Diese Applika
tionen setzen aus verfahrenstechnischen
Gründen die Verwendung gleich mehrerer
der unten aufgeführten Materialien vor
aus. ECC-Systeme können die verschie
densten Sorten von Kunststoffen wie
PVC, Polyurethan, Polykarbonat, Polypro
pylen, Polyethylen, Polyester, Teflon sowie
Silikone, Naturkautschuk, Latex usw.,
aber auch Metalle, Keramik und andere
Stoffe in Form diverser Bauelemente bein
halten. Diese unterschiedlichen Stoffe
werden also aufgrund ihrer speziellen phy
sikalischen und verfahrenstechnischen
Vorteile für bestimmte Komponenten der
ECC-Systeme verwendet, da sie je nach
den an sie gestellten Anforderungen z. B.
besonders bruchfest oder flexibel, rauh
oder glatt, wärmeleitend oder isolierend,
gaspermeabel usw. beschaffen sein sollen.
Bereits aus dem Spektrum der oben ge
nannten Applikationen für künstliche Ma
terialien als Prothesen, intrakorporale und
extrakorporale Komponenten sowie der
großen Anzahl der unterschiedlichen Ma
terialien geht hervor, daß eine objektive
Bewertung der Verträglichkeit sehr schwer
sein und immer nur im Zusammenhang
mit den jeweiligen Betriebssituationen ge
sehen werden muß.
Aus technischer Sicht war es auch früher
schon kein unlösbares Problem, z. B. lei
stungsfähige künstliche Lungen oder Nie
ren zu konstruieren. Die besonderen und
immer präziser formulierten medizini
schen Anforderungen und die vor allem
wegen des komplex aufgebauten und reak
tionsfähigen Blutes mit seinen besonderen
physikalischen und biochemischen Eigen
arten erschwerten Umgebungsbedingun
gen für diese Kunstorgane machten es aber
notwendig, aus den ursprünglichen, im
Prinzip einfachen Geräten zum Stofftrans
port medizintechnische „High-Tech“-Pro-
dukte zu entwickeln.
Technische Entwicklung
und Biomaterialien
Bei allen zum Einsatz in der modernen
„High-Tech“-Medizin zu entwickelnden
Geräten steht zwangsläufig zunächst die
verfahrenstechnische Machbarkeit im Vor
dergrund. Als ein Beispiel sollen hier die
Entwicklungen auf dem kardiopulmona
len Gebiet dienen: Eine große Herausfor
derung ist hier die Konstruktion hocheffi
zienter Oxygenatoren, die in der Lage
sind, möglichst schnell und präzise einen
Gastransfer zu gewährleisten.
Die historische Betrachtung der Oxygena-
torentwicklung zeigt dabei, daß anfäng
lich wirklich fast ausschließlich die tech
nische Realisierung eines Gasaustau
schers für Blut im Vordergrund stand, die
bestenfalls dadurch erschwert wurde, daß
das Blut die Neigung hat, außerhalb des
Körpers zu gerinnen.
Die Entdeckung des Heparins als wirksa
mes Antikoagulans ermöglichte daher erst
die klinische Realisierung von extrakorpo
ralen Organunterstützungen, die im Falle
der Oxygenatoren in ihren ersten Versio
nen wirklich nur Gas austauschen konnten
und bei denen ihre anderen Auswirkungen
auf das Blut noch keine Beachtung fan
den. Dies ist sicherlich nicht verwunder
lich, da zu dieser Zeit mit den damals be
kannten Materialien und Herstellungs
techniken nur eben solche Apparate gefer
tigt werden konnten.
Mit der routinemäßigen Verwendung von
extrakorporalen Blutirreisläufen mit Oxy
genatoren traten neben praktischen Aspek
ten wie Handhabung und Betriebssi
cherheit auch ihre negativen Auswirkun
gen auf das Blut immer häufiger in den
Vordergrund. Die Folge waren zunächst
Bestrebungen, in mehr oder weniger klei
nen Schritten Optimierungen vorzuneh-
KARD1OTECHNIK 1/95
7
men, die dann immer sehr schnell auch
klinisch umgesetzt wurden. In dieser Pha
se lag immer noch das hauptsächliche
Bemühen darin, Leistungsoptimierung zu
betreiben, um z. B. den Gasaustausch ef
fektiver zu gestalten und die Patientensi
cherheit zu erhöhen, indem die Embolie
gefahr durch verbesserte Blutentschäu
mungstechniken reduziert wurde.
Biokompatibilität im heutigen Sinne war
noch Illusion. Die Einsicht, daß Blut als
ein flüssiges Organ zu betrachten ist, war
allerdings auch noch nicht sehr weit ver
breitet. Die Beeinträchtigung des Blutes
während der extrakorporalen Perfusion
war erheblich, und der Parameter Hämoly
se galt als das Maß für Blutfreundlichkeit
von Pumpen und Oxygenatoren. Im Laufe
der Zeit erlaubten moderne Kunststoffent
wicklungen und Produktionstechniken die
Herstellung von Membranoxygenatoren
mit einem Leistungs- und Sicherheitsni
veau, das in den Anfängen des Oxygena-
torbaus sicher nicht als realisierbar erach
tet worden wäre.
Erst jetzt wurde die Forderung nach einer
Verbesserung der Biokompatibilität auch
von Seiten der praktizierenden Kliniker zu
einem Ansporn für die Industrie, sich die
ser Herausforderung mit großen Anstren
gungen zu stellen.
Biokompatibilität, speziell im
Zusammenhang mit extra
korporalen Blutkreisläufen
Wie allgemein bekannt und eingangs
schon erwähnt, reagiert Blut bei Kontakt
mit Fremdoberflächen. Die Reaktion, die
durch den Ablauf der Blutgerinnung of
fensichtlich wird, ist aber nur eine unter
vielen, z. T. sehr komplizierten und ver
deckt ablaufenden Reaktionsfolgen, die
neben dem plasmatischen Gerinnungssy
stem auch Blutzellen und das Immunsy
stem beeinflussen.
Mechanische Bluttraumatisierung
Eine frühe und sehr wichtige Erkenntnis
war, daß eine mechanische Bluttraumati
sierung, die sich in ihrer krassesten Form
als Hämolyse zeigte, durch die Blutströ
mung im extrakorporalen Schlauchsystem
verursacht werden kann, z. B. durch Blut
pumpen, an den Konnektoren, in den Re
servoiren, Wärmetauschern und Oxygena
toren, und vielfältige negative Auswirkun
gen auf körpereigene Regel- und Schutz
systeme hat.
Goldsmith et al. zeigten in ihren Arbeiten
exemplarisch den Einfluß – vor allem auf
die sehr empfindlichen Thrombozyten –
von ungünstigen Strömungsverhältnissen
durch sich plötzlich erweiternde oder ver
engende Querschnitte, wie sie in ECC-Sy-
stemen an Schlauchübergängen, Konnek
toren oder innerhalb der Oxygenatoren
und Wärmetauscher vorzufinden sind. Un
ter physiologischen Bedingungen haben
Blutzellen nie einen direkten Kontakt zum
Gefaßendothel, da sie stets von einer Plas
maschicht umgeben sind. Werden diese
physiologischen Fließbedingungen ge
stört, kann es zu mechanischen Belastun
gen der korpuskulären Blutbestandteile
kommen, die dann ihre Inhaltsstoffe frei
setzen können. Diese hochreaktiven
Zellbestandteile interagieren u. a mit plas
matischen Verbindungen mit der Auslö
sung von z. B. Gerinnungsvorgängen als
Folge. Zusätzlich führt die mechanische
Reizung der Thrombozyten zur Steige
rung der Adhäsivität und Aggregationsbe-
reitschaft, wodurch eine Thrombenbil
dung begünstigt wird. Diese Thromben
werden in der extrakorporalen Zirkulation
bestenfalls in Blutfiltern zurückgehalten
oder sie gelangen unbemerkt in den Pati
enten. Ungünstige Strömungsbedingun
gen findet man in jedem extrakorporalen
Kreislaufsystem, wobei zunehmend die
daraus resultierenden Probleme für das
Blut – wie hohe Schubspannungen oder
Rezirkulationszonen – von einigen Her
stellern berücksichtigt wurden, was zu ei
ner drastischen Reduzierung der mecha
nisch induzierten Bluttraumatisierung z.
B. in Oxygenatoren führte.
Dennoch ist die Art der Blutführung in
nerhalb von Oxygenatoren, Wärmetau
schern, Reservoiren usw. stets eine Kom
promißlösung, da sie nicht für das gesam
te Perfusionsspektrum (z. B. für Blut
flußraten von 1 – 7 1/min) gleichermaßen
optimiert sein kann. Das Angebot ver
schiedener Baugrößen für unterschiedli
ches Patientengut ermöglicht aber heute
weitestgehend bezüglich der Blutströ
mung ausreichend gute Verhältnisse, die
sowohl den technischen Anforderungen an
die Gastransportleistung als auch der strö
mungsmechanischen Belastbarkeit des
Blutes genügen.
Weitere Ursachen für die Blut
schädigung in ECC-Systemen
Fluiddynamische Verbesserungen der
ECC-Systeme zur Vermeidung gestörter
laminarer Strömungen oder Turbulenzen
im Blut sind in modernen ECC-Systemen
erreicht worden. Dennoch gibt es andere,
wichtige Faktoren, die auch die Blutver
träglichkeit negativ beeinflussen.
Wie oben bereits erwähnt, stehen verfah
renstechnischen Anforderungen häufig
materialtechnische Hindernisse im Wege,
d. h. nicht jede beispielsweise gaspermea
ble Membran läßt sich ohne weiteres in die
optimale Form bringen oder sie genügt nur
unzureichend den Sicherheitsansprüchen.
Der Verzicht auf toxisch wirkende Mate
rialien für ECC-Komponenten ist ein wei
terer Schritt hin zu mehr Biokompatibi
lität. Ein Beispiel hierfür ist die Verwen
dung von weniger Weichmacherchemie
für PVC-Schläuche. Wegen des besonders
hohen Extraktionsvermögens des Blutes
müssen heute Biomaterialien bezüglich
der Toxizität möglicherweise herauslösba
rer Hilfsmittel untersucht werden. Aber
auch Untersuchungen über die Auswir
kungen der angewandten Sterilisationsme
thode auf die Kunststoffe, und damit auf
die Blutverträglichkeit, sind Vorausset
zung für die Zulassung zur Verwendung in
extrakorporalen Systemen.
Ebenso gelten aber auch noch weitere Ein
schränkungen bezüglich der Biomaterial
wahl wegen der unterschiedlichsten Inter
aktionen von Blut und Fremdoberfläche.
Diese Interaktionen zwischen z. B. Kunst
stoffen, Metall oder anderen Werkstoffen
und dem Blut spielen sich auf molekularer
Ebene ab.
Hierbei kann es