Der Einfluß unterschiedlicher proximaler Kanülierung des
TDMAC-Heparin-Shunts auf Druck- und Flußparameter
A. Mumme, W. Maatz, A. Haverich, G. Walterbusch …………………….. 9
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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8
Referat
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