Die kontinuierliche Blutgasanalyse während des extrakorporalen
Kreislaufs mittels Durchflußmessung
E. Kliemert……………………………………………………………………………………14
Fortbildungsseminar Bayrischzell
P. Böttger…………………………………………………………………………………..20
Mitteilungen des Vorstandes
P. Böttger……………………………………………………………………………………22
In eigener Sache
H. Elbert ……………………………………………………………………………………24
Die Zeitschrift »Kardiotechnik« erscheint vierteljährlich.
Preis des Einzelheftes: 4,- DM plus Porto, für Mitglieder des Verbandes frei.
Die Originalartikel können mit Quellenangabe weiter veröffentlicht werden.
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Referat
Extrakorporale Zirkulation –
Entwicklung und heutiger Stand
V.Sadony
(Fortsetzung)
4.1. An erster Stelle muß hier die Verbesserung der
Qualität der künstlichen Ganzkörperdurchströmung,
nämlich die Verbesserung der Perfusion der termina
len Strombahn mit Ermöglichung einer adäquaten
Sauerstoffversorgung aller Organsysteme genannt
werden. Wie wir sehen werden, sind verschiedene
Faktoren daran beteiligt.
4.1.1. Perfusion mit großen Pumpzeitvolumina. In
der Abb. 12 ist ein Schema der Entwicklung und
Selbstunterhaltung des hypovolämischen Schocks
dargestellt (8). Am Anfang der Reaktionskette steht
ein vermindertes Herzzeitvolumen. Der Organismus
reagiert mit einer sympathiko-adrenergen Reaktion
mit dem Ziel, die Durchströmung vitaler Kreisläufe
(Herz, Gehirn) unter Inkaufnahme einer Minder
durchblutung anderer Regionen (Muskel, Haut,
Splanchnikusgebiet, Niere) aufrechtzuerhalten. Es re
sultiert eine charakteristische Umverteilung des Herz
zeitvolumens. In den betroffenen Versorgungsberei
chen besteht zunächst eine prä- und auch postkapil
läre Vasokonstriktion. In der Spätphase folgt in Zu
sammenhang mit einem Abfall der Katecholamine
und Überwiegen dilatierender, unter dem Einfluß
Volumenverlust
I
Abb. 12 Schema der Entwicklung und Selbstunterhaltung
des Schocks aufgrund positiver Rückkoppelung (Aus Messmer
und Sunder-Plassmann (8)).
lokaler Hypoxie entstandener, Faktoren eine Durch
brechung der präkapillären bei Fortbestehen der post
kapillären Vasokonstriktion — ein Vorgang, der als
schockspezifische Vasomotion bezeichnet wird. Ver
langsamung bzw. komplette Stase des Blutstromes,
Veränderungen der Fließeigenschaften des Blutes mit
Formation massiver Erythrozytenaggregate sowie in
trakapillärer Druckanstieg mit Zunahme des effekti
ven Filtrationsdruckes und Wasserabstrom in das In-
terstitium kennzeichnen die Störungen der Mikro
zirkulation. Darüber hinaus kann es im Rahmen der
gestörten Hämodynamik zu einer lokalen Aktivie
rung des Gerinnungssystems mit Ausbildung von
Mikrothromben in der terminalen Strombahn kom
men.
PERFUSION FLOW RATE, L/M2/min
Abb. 13 Die Beziehung zwischen Pumpzeitvolumen während
totalem kardiopulmonalem Bypass, Sauerstoffverbrauch des
Organismus und Ausmaß einer sich entwickelnden metaboli
schen Azidose (Aus Paneth u. Mitarb. (9)).
Auf diesem Hintergrund lassen sich die schwerwie
genden, nicht selten deletären Folgen einer Perfusion
mit einem unzureichenden Maschinenzeitvolumen un
schwer nachzeichnen. Tatsächlich muß ein Teil der in
der Anfangsphase der Chirurgie am offenen Herzen
beobachteten klinischen Zustandsbilder und beschrie
benen histopathologischen Schädigungsmuster nach
extrakorporaler Zirkulation auf die Durchführung der
Perfusion mit unzureichenden Flußraten bezogen wer
den. 1957 machten Paneth u. Mitarb. (9) anhand
2. Jahrgang / Heft 3 / Dezember 1976
5
Referat
klinischer und experimenteller Daten auf die Bezie
hung zwischen Perfusionsrate und Sauerstoffver
brauch des Organismus einerseits und dem Ausmaß
einer sich entwickelnden metabolischen Azidose an
dererseits aufmerksam (Abb. 13). Die Erklärung die
ser Zusammenhänge ist einfach: Bei niedrigen
Pumpraten kommt es ähnlich wie im Schock mit ver
mindertem Herzzeitvolumen zu einer charakteristi
schen Umverteilung der Durchblutung, weite Versor
gungsgebiete werden von ihrer nutritiven Durchblu
tung ausgeschlossen — der Gesamtsauerstoffverbrauch
des Organismus ist klein, die Anhäufung saurer
Stoffwechselprodukte groß. Mit Steigerung der Per
fusionsrate über 2 Liter/m2 Körperoberfläche/Min er
reicht der Sauerstoffverbrauch nach kontinuierlichem
Anstieg ein Plateau — das Sauerstoffangebot an die
Gewebe ist nunmehr angemessen, erkennbar an der
metabolischen Azidose in einer Größenordnung, wie
sie während Anästhesie und Operation ohne Anwen
dung der Herz-Lungen-Maschine auch beobachtet
wird. Aufgrund dieser und ähnlicher Untersuchun
gen wurde die Notwendigkeit einer Perfusion mit
großem Pumpzeitvolumina, d. h. die Durchführung
einer sog. „high flow perfusion“, erkannt. Nach dem
heutigen Verständnis der Pathophysiologie des
Schocks war diese Entscheidung ein ganz wesentlicher
Beitrag zur Verwirklichung des Konzeptes einer
idealen Perfusion.
4.1.2. Verdünnungsperfusion. Ein weiterer entschei
dender Fortschritt auf diesem Wege war die Einfüh
rung der sog. Verdünnungsperfusion oder Hämodi-
lution. Hierbei wird das extrakorporale Kreislauf
system mit einer Blutersatzlösung, z. B. 5 %ige Dex
trose mit verschiedenen Zusätzen, gefüllt; auf Blut
als Füllflüssigkeit wird soweit wie möglich verzichtet.
Während Einleitung der Perfusion kommt es zu einer
Durchmischung von Patientenblut und Füllvolumen.
Da mit der Verdünnung die Sauerstoff-Transport-
Kapazität des Blutes abnimmt, sind dem Ausmaß der
Hämodilution jedoch Grenzen gesetzt. Dieses Ver
fahren bewirkt durch Minderung der Blutviskosität
und damit Verbesserung der Fließeigenschaften des
Blutes eine effektivere Perfusion der terminalen
Strombahn. Störungen der Mikrozirkulation wird
dadurch entgegengewirkt. Gleichzeitig wird durch die
Hämodilution das mechanische Bluttrauma durch die
extrakorporale Maschineneinheit gemindert. Die mit
dieser Perfusionstechnik verbundene Flüssigkeitsbe
lastung des Organismus mit Wasser- und Elektrolyt
verschiebungen zwischen den verschiedenen Flüssig
keitsräumen muß bei der postoperativen Behandlung
berücksichtigt werden.
4.1.3. Verbesserung der Pumpoxygenatoren. Schließ
lich kommt der ständigen Verbesserung der Pump
oxygenatoren mit dem Ziel einer Minderung der
Bluttraumatisierung eine große Bedeutung zu. Führt
doch die Zerstörung von Blutzellen und die Denatu
rierung von Bluteiweißkörpern durch Freisetzung ge
rinnungsaktiver Phospholipide, Bildung von Zell
aggregaten und makromolekularen Aggregaten etc.
zu Beeinträchtigungen der Mikrozirkulation.
4.2. Als zweiter Punkt sind die Bemühungen um
eine Verbesserung der Methoden zur Myokardpro
tektion zu besprechen — ein Problem, das noch viele
Fragen offen läßt. Hierbei gilt es zu bedenken, daß
nach Beendigung des kardio-pulmonalen Bypass das
Herz seine Funktion als zentraler Kreislaufmotor
möglichst schnell und vollwertig wieder übernehmen
muß. Ist es nicht in der Lage, ein angemessenes Herz
zeitvolumen zu fördern, so kommt es, wie bespro
chen, zur Entwicklung und Selbstunterhaltung eines
nicht selten zum Tode führenden Schockzustandes:
ein postoperatives Krankheitsbild, das früher häufi
ger beobachtet und als sog. „low cardiac output syn
drome“ bezeichnet wurde. Nicht nur die Vermeidung
irreversibler Myokardschädigungen sondern die mög
lichst geringgradige reversible Beeinträchtigung des
Myokardstoffwechsels während der Ausschaltung des
Herzens aus dem Körperkreislauf ist daher Voraus
setzung für einen günstigen Ausgang.
Methoden zur Myokardprotektion während EKZ
A.
Selektive Koronarperfusion :
a) in Normothermie
b) in Hypothermie
B.
Induzierter Herzstillstand:
1) durch Anoxie (reine Ischämie)
a) in Normothermie
b) in Hypothermie
?) durch Hypothermie
3) pharmakologisch induziert (durch Eingriffe in den Elektrolytstoffwechsel)
a) Lokalanaesthetika (z. B. Procain)
b) Elektrolyte
z. B. Kaliumsti llsiand
z. B. Kalziumstillstand
z. B. Magnesiumstillstand
z. B. Natriumentzugstillstand
4) durch elektrisch induziertes Kammerflimmern
Abb. 14 Zusammenstellung der Methoden zur Myokardpro
tektion während extrakorporaler Zirkulation.
Die Vielzahl der angegebenen und klinisch erprob
ten, z. T. wieder verworfenen Methoden zur Myo
kardprotektion (Abb. 14) zeugt von den mannig
faltigen Bemühungen um eine befriedigende Lösung
dieses Problems. Bei Eingriffen an der Aortenklappe
mit Eröffnung der Aortenwurzel und Unterbrechung
der Koronardurchblutung hat sich die selektive Koro
narperfusion in mäßiger Hypothermie zur Protektion
des Myokardstoffwechsels bewährt. Die Mehrzahl
der herzchirurgischen Eingriffe erfordert aber die Ein
leitung eines Herzstillstandes mit Unterbrechung der
Koronardurchblutung zur Erhaltung eines bewe
gungslosen und blutfreien Operationsfeldes. Das
heute noch am häufigsten geübte Verfahren ist der
6
2. Jahrgang / Heft 3 / Dezember 1976
Referat
sog. ischämische, besser anoxische Herzstillstand in
Hypothermie. Hierzu wird zunächst eine kurzfristige
Abkühlung des Patientenblutes mit Hilfe des Wär
meaustauschers in der extrakorporalen Maschinen
einheit durchgeführt. Dieses Blut durchströmt auch
die Koronararterien und bedingt eine Kühlung des
Myokards zur Senkung des Energiebedarfes des
Herzens. Nach anschließender Abklemmung der
Aorta knapp oberhalb der Koronararterienabgänge
wird der Patient wieder aufgewärmt. Im nunmehr
vollständigen Sauerstoffmangel reicht die anaerobe
Energiebereitstellung durch die Glykolyse zu keinem
Zeitpunkt aus, den Energiebedarf des Myokards zu
decken; es kommt zu einem fortschreitenden Energie
defizit. Nachteil dieser Methode ist die relativ kurze
Toleranzzeit — das ist die Zeitspanne der Anoxie, die
vom Myokard ohne irreversible Schädigungen ver
tragen wird —, über deren Dauer die Diskussion je
doch noch nicht beendet ist. Da mit zunehmender
Myokardabkühlung der Energiebedarf des Herzens
weiter reduziert werden kann, wurde von Shumway
u. Mitarb. (11) zur Verlängerung der anoxischen
Toleranzzeit des Herzens bereits 1959 die Methode
der lokalen tiefen Hypothermie entwickelt. Hierbei
wird das Myokard durch kontinuierliche Spülung der
Herzoberfläche, ggf. auch der Herzhöhlen, mit einer
auf 4° C temperierten Ringer-Lösung gekühlt. Dieses
Verfahren zur Myokardprotektion hat insbesondere
in den USA weite Verbreitung gefunden. Eine neue
re, erfolgversprechende Methode ist die Induzierung
eines Herzstillstandes mittels der von Kirsch angege
benen Lösung Procain-Magnesium-L-Aspartat. Hier
bei kommt es nach querer Aortenabklemmung und
sofort anschließender Injektion der Lösung in die
Aortenwurzel über eine Membranstabilisierung der
Myokardzellen zu einem Herzstillstand. Dieser phar
makologisch induzierte Herzstillstand scheint längere
Eingriffe am stillstehenden Herzen zu erlauben. Nach
Beendigung der intrakardialen Korrektur und Auf
hebung der Aortenabklemmung wird die Lösung
durch die wieder in Gang gesetzte Koronardurchblu
tung ausgespült, die Herzaktion kommt zumeist so
fort spontan wieder in Gang. Andere Verfahren zur
Kardioplegie wie der Kalium- oder Acetylcholinstill
stand wurde wegen histologisch faßbarer Myokard
schäden dagegen wieder verlassen. Ähnliches gilt für
die Methode der Induzierung von Kammerflimmern
durch elektrische Impulse bei erhaltener Koronar
durchblutung, nachdem irreversible Schäden der In
nenschicht des linken Ventrikels insbesondere bei
Vorliegen einer Herzhypertrophie nachgewiesen wer
den konnten.
4.3. Verkürzung der Perfusionszeiten. Weiterhin
darf nicht vergessen werden, daß zunehmende Erfah
rung und Standardisierung der Operationsmethoden
im Laufe der Jahre zu einer Verkürzung der Opera
tionszeiten geführt haben. Auch diese Tatsache hat
zu einer Einschränkung der Komplikationen nach
extrakorporaler Zirkulation beigetragen. Weiß man
doch, daß sich mit zunehmender Zeitdauer das Per
fusionstrauma potenziert.
4.4. Verbesserung der Patientenüberwachung. We
sentlichen Anteil an der Verminderung von Kompli
kationen nach Anwendung der extrakorporalen Zir
kulation hat schließlich die Verbesserung der intra-
und postoperativen Überwachung des Patienten. Ihr
Ziel ist (1) die optimale Gestaltung der mit den ge
gebenen technischen Möglichkeiten durchgeführten
Perfusion und (2) die frühzeitige Erfassung und Kor
rektur aller Abweichungen unter Berücksichtigung
vorbestehender Schäden und eingeschränkter Regu
lationsspielräume der verschiedenen Organsysteme.
Insbesondere muß bei der postoperativen Überwa
chung herzchirurgischer Patienten beachtet werden,
daß Fehlinterpretationen der Situation sehr rasch zur
Katastrophe führen können. Es mag eine Stunde
dauern, ehe sich ein guter Zustand in einen mäßigen
verwandelt hat. Es kann aber nur Minuten dauern,
bis sich die mäßige Ausgangslage in fataler Weise
verschlechtert. Vor einer Fehlinterpretation schützt
nur die gewissenhafte Analyse der fortlaufend er
faßten und registrierten, den Funktionszustand der
einzelnen Organsysteme charakterisierenden, klini
schen Kriterien und meßtechnischen Daten. Da sich
verschiedene pathophysiologische Abläufe gegensei-
ÜBERWACHUNG OES HERZ-KREISlAUF-SVST EMS
1.
Klinische Kriterien
– Hautfarbe
– kapilläre Durchblutung am
– Füllungszustand der Venen
– peripherer Puls
– Zentra 1er Puls
– Messung des arteriellen Bl
2.
Unerläßliche Parameter
– HF (Sch 1äge/min)
=
– PA.rad. s*st >
diast ) (mmHg)
mi ttel)
– ZVD (cm H20)
3.
Wünschenswerte Parameter
Nagelbett
des Fuß- und Handrückens
utdruckes nach RIVA-ROCCI
Herzfrequenz
blutig gemessener Druck
der A. radial is
zentraler Venendruck
– HZV (1/min)
– PLA (mmHg)
– Pv02 (mmHg)
– svo2 ( X )
Herzzei tvolumen
Druck im linken Vorhof
Sauerstoffverbrauch des Ge-
samtorgani smus
gemischtvenöse Sauerstoff-
s pannung
gemischtvenöse Sauerstoff
sättigung
Abb. 15 Überwachungsprogramm für das Herz-Kreislauf-
System.
2. Jahrgang / Heft 3 / Dezember 1976
7
Referat
tig beeinflussen, überlagern und potenzieren können,
gilt es, die Primärstörung rechtzeitig zu erkennen und
zielbewußt zu behandeln.
Beispielhaft ist in der Abb. 15 das Überwachungs
programm für das Herz-Kreislauf-System zusam
mengestellt. Neben den klinischen Beurteilungskrite
rien wird zwischen unerläßlichen und wünschenswer
ten, d. h. nur durch größeren meßtechnischen Auf
wand erhältlichen, Parametern unterschieden. Ziel
dieses Programmes ist es, ein den metabolischen Be
dürfnissen des Organismus angepaßtes Herzzeit
volumen bei möglichst geringen ventrikulären Fül
lungsdrucken und mit einem Minimum an pharma
kologischer Intervention unter möglichst geringer
Ausschöpfung der Kontraktilitätsreserve des Herzens
aufrechtzuerhalten bzw. wiederherzustellen. Eine
Übersicht über die verschiedenen Ansatzpunkte zur
Verwirklichung dieses Konzeptes findet sich in der
Abb. 16: Herzfrequenz (Optimalisierung bzw. Regu-
larisierung der Herzschlagfolge), preload (Volumen
zufuhr), afterload (Beeinflussung des peripheren Wi
derstandes) sowie die Myokardkontraktilität selbst
sind die manipulierbaren Größen.
Die sorgfältige Überwachung der Atmung, des Säure-
Basen-Haushaltes, des Wasser- und Elektrolyt-Haus
haltes sowie der Nierenfunktion und ggf. Korrektur
von Dysfunktionen dieser Organsysteme rundet das
Programm ab. Insbesondere muß dabei einer in Zu
sammenhang mit zeitweiligen Mängeln in der Körper
perfusion auftretenden metabolischen Azidose, Flüs
sigkeitsverschiebungen zwischen den verschiedenen
Flüssigkeitsräumen mit der Gefahr einer Wasserüber
ladung des Organismus im Gefolge der heute übli
chen Verdünnungsperfusion sowie den u. a. durch
einen sekundären postoperativen Hyperaldosteronis
mus induzierten erheblichen Kaliumverlusten bei Na
triumretention Rechnung getragen werden.
5. Schlußfolgerung
Ein tieferes Verständnis der Pathophysiologie des
kardiopulmonalen Bypass, technische Weiterentwick
lung der verwandten Systeme, Verbesserung der Me
thoden zur Myokardprotektion, Verkürzung der Ope
rationszeiten sowie eine Verfeinerung der intra- und
postoperativen Patientenüberwachung haben heute
die Letalität allein auf Grund des Einsatzes der extra-
AUSWURFLEISTUNG DES HERZENS
THERAPEUTISCHE ANSATZPUNKTE ZUR VERBESSERUNG
Ökonomisierung der Herzschlagfolge
Ausgleich eines Volumenmangels bzw.
-Digitalis
/vermehrtes Volumenangebot
– Elektrostimulation über
/
Myokarde1ektroden
/
– Blut
– Beseitigung von Rhythmusstörungen V
J
– Haemoderivate (Serum, Serum-
A
Anti arrhythmika
albumin, P1 asmaprotein1ö-
Elektroschock
H2
/ 1
sungen etc.)
/
Ausgleich eines Kalium-Mangels
Senkung des peripheren Gefäßwider-
– Aldactone
s tandes
– K – Mg – Aspartat
– z . B . Hyderg i n
Steigerung der Myokardkontraktilität
– Kalzium
– Alupent, Dopamin, Glukagon
Abb. 16 Therapeutische Ansatzpunkte zur Aufrechterhaltung bzw. Wiederherstellung eines den metabolischen Bedürfnissen
des Organismus angepaßten Herzzeitvolumen (HZV).
8
2. Jahrgang / Heft 3 / Dezember 1976
Referat
korporalen Zirkulation auf unter 1 % gesenkt. Was
als Experiment begann, ist heute sicherer Bestand
einer modernen Chirurgie. Darüber darf jedoch nicht
vergessen werden, daß das Ziel einer idealen Körper
perfusion, wie sie von Galletti und Brecher definiert
wur