Elektrophysiologie und Anatomie der Herzerregung

Elektrophysiologie und Anatomie der Herzerregung
A. Dietz ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 10
Assistierte Zirkulation mit einem neuen pulsatilen kardialen Assist-System
F. R. Waidenberger, B. Meyns, L. Kim, W. Flameng…………………………………………………………………….. 16
Vignetten aus der Geschichte der Kardiologie
H. Mannebach…………………………………………………………………………………..
Die transmyokardiale Laserrevaskularisation in der Therapie
der diffusen koronaren Herzerkrankung
T. Krabatsch, M. Kopitz…………………………………………………………………………………………………………….. 26
Medizin auf der Datenautobahn – unterwegs im Internet
U. Ringeier, D. Buchwald …………………………………………………………………………………………………………. 29
Neues aus der Industrie ………………………………………………………………………………….. 31
Journal-Club………………………………………………………………………………………………….. 34
Stellenanzeigen……………………………………………………………………………………………….. 34
Das Portrait
Sorin Biomedica ………………………………………………………………………………………………. 36
Das Klinikportrait
Herz- und Kreislaufzentrum Dresden e. V…………………………………………………………… 38
Kongreß notizen ………………………………………………………………………………………………. 42
Bücherjournal ……………………………………………………………………………………………….. 43
Mitteilungen der DGfK ………………………………………………………………………………….. 44
Kongresse, Veranstaltungen …………………………………………………………………………….. 46
Heft 4/95
Heft 1/96
Erscheinungstermin
Einsendeschluß für
1.12.1995
Erscheinungstermin
Einsendeschluß für
26. 2.1996
• redaktionelle Beiträge
22. 9. 1995
• redaktionelle Beiträge
15.12.1995
• Anzeigenaufträge
30. 10. 1995
• Anzeigenaufträge
19. 1. 1996
3
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Editorial
in dieser Ausgabe der KARDIOTECH­
NIK erscheint ein Beitrag über ein neues
Verfahren zur Behandlung der koronaren
Herzkrankheit. Die Laser-Revaskularisati­
on kommt als Alternative in Frage bei Pa­
tienten mit fortgeschrittener koronarer
Herzkrankheit, die nicht oder nicht mehr
vollständig auf herkömmliche Weise kar-
diochirurgisch versorgt werden können.
Die internationalen Erfahrungen mit die­
ser neuen Methode sind noch gering, die
Skepsis gegenüber der neuen Technik
noch weit verbreitet.
Für den Zeitgenossen ist es oft schwer,
eine Prognose über den wahren Wert oder
Unwert einer neuen Therapie abzugeben.
Oft genug führte in der Medizin der neue
Weg von heute in die Sackgasse von mor­
gen. Wie soll man sich angesichts derar­
tiger Neuerungen verhalten: Mit grund­
sätzlichem Optimismus allem Neuen ge­
genüber das jüngste Kind des Fortschritts
begrüßen und darauf hoffen, daß es bald
seinen Kinderschuhen entwachsen und zur
Reife kommen möge? Oder mit ebenso
grundsätzlichem Skeptizismus die Le­
bensfähigkeit des Neugeborenen bezwei­
feln?
In dieser schwierigen Lage hilft oft ein
Blick zurück in die Geschichte der Medi­
zin. Der zeitliche Abstand verschafft uns
auch emotionale Distanz. Parallelen zur
Gegenwart und die tieferliegenden Proble­
me werden mit mehr Abstand deutlicher.
In diesem Heft beginnt der Abdruck einer
Serie von Schnappschüssen aus der Ge­
schichte der Kardiologie und Kardiochir-
urgie. Diese Vignetten bieten ein hoffent­
lich unterhaltsames und zugleich hilfrei­
ches Anschauungsmaterial. Es sind Ge­
schichten über den Streit der neuen mit al­
ten, oft veralteten Ansichten, über den
Einfluß von Zufall und Beharrlichkeit,
über Streit und Mißverständnisse, über
enttäuschte Hoffnungen und unerwartete
Siege.
Ebenfalls in diesem Heft startet mit einer
Darstellung der elektrophysiologischen
Grundlagen eine Serie zur Weiterbildung
in der Elektrokardiographie. Auch diese
heute im klinischen Alltag unverzichtbare
Methode war in ihren Anfängen keines­
wegs unumstritten. Der Pionier der Elek­
trokardiographie, Wilhelm Einthoven,
mußte fast ein Vierteljahrhundert auf sei­
nen Nobelpreis warten; ganz im Gegen­
satz zu C. W. Röntgen, der schon sechs
Jahre nach der Entdeckung der nach ihm
benannten Strahlen mit dem Nobelpreis
geehrt wurde. 1925, also ein Jahr nach der
Verleihung des Nobelpreises an Eintho­
ven, galt die Elektrokardiographie immer
noch als exotisches Verfahren: „Wir, die
wir andere Felder bearbeiteten, sahen sie
als eine theoretische Methode an, etwas
von der Medizin Entferntes, als eine Mix­
tur von Präzision und Phantasie“, erinner­
te sich ein führender Kardiologe Jahrzehn­
te später.
Ich wünsche Ihnen viel Freude bei der
Lektüre.
Dr. Hermann Mannebach
KARDIOTECHNIK 3/95
5

D. Sindhu1, S. Meyer2,
G. Lauterbach2, G. Hilgenhöner2,
B. Roth3, H. J. Weber1
‚3 Fachhochschule Aachen Abteilung
Jülich, Kardiotechnik
(Leiter: Prof. Dr. H. J. Weber)
23 Klinik und Poliklinik für Herzchirurgie,
Universität zu Köln
(Direktor: Prof. Dr. E. R. de Vivie)
33 Klinik und Poliklinik für Kinderheilkunde,
Universität zu Köln
(Direktor: Prof. Dr. Michalk)
Vergleichende In-vitro-Studie
zwischen Rollen- und Zentrifu­
galpumpe unter Bedingungen
der Säuglings-ECMO
Zusammenfassung
Um eine Aussage über den Grad der durch
die mechanische Beanspruchung durch
Blutpumpen verursachten Erythrozyten­
schädigung zu machen, haben wir zwei
verschiedene Pumpentypen untersucht. In
einem In-vitro-Versuch von 24 Stunden
haben wir die Rollenpumpe der Firma
Stöckert mit der Zentrifugalpumpe (mit
dem Pumpenkopf BP-50) der Firma Med­
tronic Bio-Medicus verglichen. Als Maß
der Schädigung galt die Hämolyse des
Blutes, die sich aus dem freien Hämoglo­
bin im Plasma (fHb) ergab. Es hat sich ge­
zeigt, daß die Zentrifugalpumpe bei einem
Fluß von 600 ml/min das Blut weniger
schädigt als die Rollenpumpe.
Schlüsselwörter
Extrakorporale Membran-Oxygenierung,
Blutpumpen, Blutzellschädigung, Hämo­
lyse.
Summary
ECMO (Extra Corporeal Membran Oxy­
genation) is a device which is regularly
used with children and infants which have
respiratory problems. ECMO comprises a
pump and an oxygenator in series connec­
tion and supports the heart and lung circuit
as a bypass. In some cases, it may need to
be used over a period of days. This leads to
an increase in blood damage which is par­
ticularly problematic for infants. There­
fore, any opportunity to decrease this blood
damage should be taken. One source of da­
mage is the blood pump. The following in­
vestigation compares two different pumps
with respect to the degree of blood da­
mage. An in-vitro experiment over 24 hours
was performed in order to compare a rol­
ler pump by the company Stöckert with a
centrifugal pump with the BP-50 pump
head by the company Medtronic Bio-Me-
dicus. The pumps were tested with two dif­
ferent flow rates, 300 and 600 ml/min. The
indicator for blood damage was hemoly­
sis, which was determined by the rate of
plasma free hemoglobin (fHb). A result of
the experiment was that the centrifugal
pump is less damaging to the blood at a
flow rate of 600 ml/min than the roller
pump.
Key Words
Extra corporeal membrane oxygenation,
blood pump, blood damage, hemolysis.
Einleitung
Die moderne Medizin ermöglicht es uns
heute, Kleinkinder und Säuglinge mit
Lungenfunktionsstörungen unter Einsatz
der ECMO (Extrakorporale Membran-
Oxygenierung) über die erste kritische
Zeit zu bringen. Bei der ECMO wird der
Herz-Lungen-Kreislauf mittels einer
Pumpe und eines zugeschalteten Oxyge­
nators extern unterstützt (Abb. 1). In vie­
len Fällen ist es notwendig, diese externe
Unterstützung über mehrere Tage beizube­
halten. Dies fuhrt zu einer erhöhten me­
chanischen Belastung und damit zu einer
Traumatisierung des Blutes. Besonders
bei Säuglingen kann dies aufgrund des ge­
Abb. 1: Schematischer ECMO-Kreislauf mit Zentrifugalpumpe bei ei­
nem Neugeborenen unter Kanülierung der Halsgefäße.
ringen Blutvolumens zu erheblicher Bela­
stung des Patienten führen. Jede Möglich­
keit, die Schädigung des Blutes und damit
die Belastung des Säuglings zu verrin­
gern, sollte also genutzt werden. Eine
mögliche Traumatisierungsquelle ist die
Blutpumpe. Die vorliegende Arbeit be­
schreibt einen Langzeitversuch, bei dem
zwei verschiedene Pumpentypen in bezug
auf ihren Bluttraumatisierungsgrad vergli­
chen wurden.
Material und Methode
Versuchsbeschreibung
Insgesamt wurden 11 Versuche mit einem
Flow von 300 ml/min und 10 Versuche mit
einem Flow von 600 ml/min durchgeführt.
Die gewählten Flußgeschwindigkeiten
sind klinisch relevante Größen. Als Ver­
suchsmedium wurde Rinderblut von frisch
geschlachteten Rindern verwendet. Jeder
Einzelversuch wurde mit dem Blut eines
Tieres parallel mit Rollen- und Zentrifu­
galpumpe durchgeführt. Als Versuchsbe­
dingungen wurden folgende Parameter
festgelegt und doku­
mentiert:
Flußraten, Tempera­
tur, Hb-Wert, Blut­
zucker, pH-Wert, Sy­
stemdruck, fHb als
Parameter für den
Grad der Traumati­
sierung.
Für jeden Versuch wur­
den zwei identische ge­
schlossene Kreisläufe
aus 1/4″ PVC-Schlauch
vorbereitet. In jeden
der Kreisläufe wurde
ein flexibles Reservoir
integriert. Der Gesamt­
inhalt von Schlauch
plus Reservoir betrug
1000 ml. In einem
Kreislauf wurde die
Zentrifugalpumpe
und im anderen die
Rollenpumpe einge-
6
KARDIOTECHNIK 3/95

Probenentnahme (l/4xl/4″ Connector mit
Rollenpumpe
Zentrifijgalpumpe
BP-50
Abb. 2: Schematischer Versuchsaufbau
fektionsprophylaxe wurden dem Blut
40 mg Gentamicin/Liter zugegeben. Da­
durch konnte ein Bakterienbefall und da­
mit ein erhöhter Sauerstoffverbrauch und
eine Übersäuerung vermieden werden.
Der Blutzucker wurde mit Glukose 20 %
im Normbereich gehalten. Erythrozyten
zeigen eine charakteristische Abhängig­
keit der Deformierbarkeit von der Gluko­
sekonzentration, die sich durch ein Maxi­
mum bei normaler Glukosekonzentration
im Plasma auszeichnet.
Pumpenprinzipien
Zentrifugalpumpe
Die Zentrifugalpumpe der Firma Medtro­
nic Bio-Medicus BP-50 (Abb. 3) besteht
aus zwei ineinander geschachtelten Ke-
Abb. 4: Mittelwert und Standardabweichung
für Rollenpumpe [R(t)J, Zentrifugalpumpe
[Z(t)J und Nullprobe [P(t)J bei einem Flow von
300 ml/min.
baut. Das Pumpenschlauchsegment für die
Rollenpumpe war aus Silicon gearbeitet,
und die Pumpenrollen waren vollokklusiv
bei 300 mmHg eingestellt. Um auf der Zu­
flußseite der Pumpe einen positiven Druck
zu erreichen, wurden die Reservoire 70
cm über Pumpenniveau gelagert. Am
Pumpenausgang wurde ein konstanter po­
sitiver Druck mittels einer handelsübli­
chen Aortenkanüle erzeugt. Für eine Fluß­
geschwindigkeit von 300 ml/min wurde
eine Kanüle mit 2,0 mm und für 600
ml/min eine Kanüle mit 2,6 mm Durch­
messer gewählt. Der Druck konnte so kon­
stant bei 120 mmHg gehalten werden. Ge­
messen wurde der Differenzdruck. Alle
Versuche wurden in Normothermie durch­
geführt. Zu diesem Zwecke waren die Re­
servoire in einem Wasserbad mit 37 °C ge­
lagert (Abb. 2).
Jeder Einzelversuch wurde über 24 Stun­
den durchgeführt. Dabei wurden im Ab­
stand von zwei Stunden Proben entnom­
men. Neben den beiden Probenbeuteln für
die Zentrifugal- und die Rollenpumpe war
ein dritter Blutbeutel als Kontrolle im
Wasserbad. Dieser Kontrollbeutel gab
Auskunft über die physiologische Hämo­
lyse des Versuchsblutes. So ergaben sich
3×12 Meßwerte pro Einzelversuch.
Versuchsblut
Um eine mögliche Standardisierung und
daraus folgende Vergleichbarkeit der Ver­
suchsbedingungen zu erreichen, wurde als
Versuchsmedium Vollblut von frisch ge­
schlachteten Rindern verwendet. Rinder­
blut entspricht internationalem Standard
und ist in ausreichenden Mengen vorhan­
den. Zur Gerinnungshemmung wurde He­
parin verwendet. Das Blut wurde mit
50.000 I.E./Liter Heparin versetzt. Als In-
Abb. 3: Blutfluß im Pumpenkopf der Zentrifu­
galpumpe der Firma Medtronic Bio-Medicus.
geln (Vergrößerung der Oberfläche), die
ihre Energie nur über Kohäsionskräfte auf
die Blutflüssigkeit übertragen. Der in die­
sem Versuch verwendete Pumpenkopf BP-
50 hat ein vorgegebenes maximales Minu­
tenvolumen von 1500 ml/min. In der Pum­
pe wird die Energie entweder als potenti­
elle Energie (Druck) oder als kinetische
Energie (Flow) auf das Blut übertragen.
Erhöht sich bei konstanter Drehzahl, z. B.
durch eine Verengung des Schlauchsy­
stems im Pumpenausgang, der Strö­
mungswiderstand, so sinkt das Fördervo­
lumen und der Druck steigt bis auf einen
Maximalwert. Der Druck ist durch die
Kohäsion des Blutes an den Kegelober­
flächen und der inneren Reibung in der
Flüssigkeit bestimmt und entspricht der
maximal übertragbaren Energie bei der
eingestellten Drehzahl. Ebenso kann es,
durch eine Widerstandserhöhung im Pum­
penzufluß, zu einem Unterdrück kommen,
der deutlich unter dem Umgebungsdruck
liegt.
Rollenpumpe
Bei der Rollenpumpe der Firma Stöckert
handelt es sich um einen rotierenden Kopf
mit zwei gegenüberliegend angebrachten
Rollen. In einem eingelegten Schlauch
wird durch Kompression zwischen Rolle
und Pumpenwand eine Flüssigkeitssäule
vor der Rolle hergeschoben. Nach einer
Umdrehung von 180° schiebt die gegen­
überliegende Rolle eine erneute Flüssig­
keitssäule in die gleiche Richtung. Dieses
Prinzip wird auch peristaltisches Prinzip
genannt.
Ergebnis
Um die ermittelten Werte untereinander
vergleichen zu können, wurden die fHb-
Werte mit dem Hb-Wert des jeweiligen
Versuchsblutes ins Verhältnis gesetzt. Dar­
aus ergab sich der Hämolyseindex:
IH’ = fHb/Hb * 10000
Abb. 5: Mittelwert und Standardabweichung
für Rollenpumpe [R(t)J, Zentrifugalpumpe
[Z(t)J und Nullprobe [P(t)] bei einem Flow von
600 ml/min.
KARDIOTECHNIK 3/95
7

110
100
90
80
70
IH‘ 60
50 ■
40
♦
♦
rot = R (t) flow 300
30 I
20
♦
10
0
o
Zeit [t]
Abb. 6: Rollenpumpenvergleich bei einem Flow von 300 und 600 ml/min.
Abb. 7: Zentrifugalpumpenvergleich bei einem Flow von 300 und 600
ml/min.
Für alle 10 bzw. 11 Einzelversuche wurde
aus den IH’-Werten der Zentrifugalpumpe,
der Rollenpumpe und der Kontrolle der
Mittelwert mit Standardabweichung gebil­
det. Aus diesen errechneten Werten folgte
eine Signifikantsberechnung unter Verwen­
dung der t-Verteilung nach „Student“.
Sowohl die Rollenpumpe als auch die Zen-
trifügalpumpe zeigen bereits nach 2 Stun­
den einen signifikanten Anstieg der Hämo­
lyse im Vergleich zur Kontrolle.
Für die Rollen- und Zentrifugalpumpe be­
stand bei einem Flow von 300 ml/min in
bezug auf deren Erythrozytenschädigung
kein signifikanter Unterschied (Abb. 4).
Beide Kurven zeigten eine stetige Zunah­
me der IH’-Werte innerhalb von 24 Stun­
den im gleichen Bereich. Bei einem Flow
von 600 ml/min zeigte die Rollenpumpe
eine signifikant höhere Schädigung als die
Zentrifugalpumpe (Abb. 5).
Interessant erschien auch der Vergleich
zwischen den beiden Flußgeschwindigkei­
ten. So zeigte die Rollenpumpe eine signifi­
kante Erhöhung in den IH’-Werten zwi­
schen den Flüssen von 300 ml/min und
Flüssen von 600 ml/min (Abb. 6). Die Zen­
trifugalpumpe zeigt hingegen keine Verän­
derung trotz einer Erhöhung des Flusses
von 300 ml/min auf 600 ml/min (Abb. 7).
Diskussion
Ziel unserer Untersuchung war ein Ver­
gleich der Rollenpumpe der Firma
Stöckert mit der Zentrifugalpumpe der
Firma Medtronic Bio-Medicus über eine
Zeitdauer von 24 Stunden. Das freie Hä­
moglobin wurde als Parameter für die
durch die Pumpen verursachte Schädi­
gung der Erythrozyten benutzt.
Diese Studie zeigt bei den Flüssen von 300
und 600 ml/min einen deutlichen Anstieg
des freien Hämoglobins beider Pumpen im
Vergleich zur Kontrolle. Bei einem Flow
von 300 ml/min bestand kein Unterschied
zwischen den beiden Pumpen. Es zeigte
sich jedoch, daß die Zentrifugalpumpe bei
einem Fluß von 600 ml/min das Blut we­
niger schädigt als die Rollenpumpe.
Zur Blutzellschädigung in den Blutpum­
pen kommt es hauptsächlich durch Schub­
spannungen, den massiven Kontakt mit
fremden Oberflächen und durch die Expo­
sitionszeit, in der das Blut den schädigen­
den Faktoren ausgesetzt ist.
Diese Studie wurde unter optimierten Be­
dingungen durchgeführt, d. h. bei konstan­
tem Druck und Blutfluß.
In der klinischen Anwendung sind diese
Bedingungen nicht immer gegeben, da es
zu Widerstandserhöhungen in Form von
anliegenden Kanülen oder abgeknickten
Schläuchen kommen kann, weshalb die
hier ermittelten Ergebnisse von denen in
der Praxis abweichen können.
Bei einer Rollenpumpe kommt es zu
Alarm und Pumpenstop, wenn ein vorher
eingestelltes Druckniveau überschritten
wird, dadurch wird eine unnötig hohe
Blutbelastung vermieden.
Bei der Zentrifugalpumpe hingegen
kommt es bei Erhöhung des Zufluß- und
Abflußwiderstandes zu einem Ansteigen
des Druckes und einem Absinken des
Flusses. Diese Flußänderung führt, bei
Über- oder Unterschreitung der vorher
eingestellten Flußgrenzen, zu einem
Alarm. Die Pumpendrehzahl bleibt jedoch
konstant. Durch die höhere Verweilzeit
wird das Blut länger schädigenden Kräf­
ten innerhalb des Zentrifugalpumpenkopf­
es ausgesetzt, wodurch die R