Operationen unter Einsatz des Membran-Oxygenators:
Ergebnisse und Vergleich mit dem Bubble-Oxygenator
A. Tanzeem, P. Goretzki, B. Hasper……………………………………………………………..26
Die intraoperative Registrierung der Blutströmung mit
dem elektromagnetischen Verfahren
Th. Pasch…………………………………………………………………………………………………………30
Fortbildung — Operative Behandlung der koronaren
Herzerkrankung
R.W, Hacker…………………………………………………………………………………………………….37
Mitteilungen…………………………………………………………………………………………………….42
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Referat
Aus der Chirurgischen Klinik und Poliklinik der Westfalischen Wilhelms-Universität Münster
(Direktor: Prof. Dr. H. Dittrich, Lehrstuhl für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie)
Zur Pathophysiologie während Herzoperationen
mit der Herz-Lungen-Maschine*
H. Dittrich
Das Thema, welches Sie von mir als Vortrag wünschten,
ist so groß, daß ich mich im Rahmen einer Fortbil
dungsveranstaltung in erster Linie nur auf gesicherte und
für die Praxis wichtige Befunde der Pathophysiologie der
extrakorporalen Zirkulation beziehen kann. Ein wenig
sollen, dabei eigene Untersuchungsergebnisse mit einge
flochten werden.
Sucht man nach einer globalen Definition der
pathophysiologischen Veränderungen, die die extrakor
porale Zirkulation hinterläßt, dann muß man sich auch
heute noch etwas modifiziert der Formulierung von
Lillehei aus dem Jahre 1964 (14) anschließen, daß die
Zeitdauer der Operation mit der Herz-Lungen-
Maschine einem Zustand eines klinisch kontrollierten
Schocks in seiner ersten Phase entspricht.
Bevor ich auf diese Einzelheiten näher eingehe, möchte
ich Ihnen anhand eines Schemas erläutern, wie wir ohne
Berücksichtigung der allgemeinen Technik heute die
Herz-Lungen-Maschine „fahren“: Bei Erwachsenen und
Kindern bis zu 14 kg Körpergewicht füllen wir die Herz-
Lungen-Maschine ohne Fremdblut. Das Füllvolumen
errechnen wir uns aus einer 30 %igen Hämodilution des
Patientenblutes nach der Formel in der Abbildung rechts
Dieses priming-Volumen entspricht etwa 30 ml Flüssig
keit pro kg Körpergewicht. Zur Füllung benutzen wir 5
%ige Glucose mit einer Einheit Heparin pro ml Füllung.
Der Patient erhält 300 E Heparin pro kg KG am Beginn
der Kanülierung intravenös. Während der extrakorpo
ralen Zirkulation substituieren wir, wie Sie es in der
mittleren Spalte dieser Abbildung sehen, Kaliumchlorid
und Natriumbicarbonat in den angegebenen Dosierun
gen. Wir werden darauf noch kurz eingehen. Zur
Neutralisierung des Heparins verwenden wir Protamin
chlorid in der Equivalenzdosis 1,3 : 1 + 10 %. Prednisolon
geben wir als sog. Schockfolgenprotektion und zur
Mobilisierung der abgespeicherten Thrombocyten.
Genügend Calcium müssen wir als Transmittersubstanz
verabreichen zur kardialen elektromechanischen Ein
koppelung und zur Membranstabilisierung; denn wir
führen nahezu alle Operationen in hypothermer,
pharmakologischer Kardioplegie durch und waschen das
Calcium durch Koronarperfusion aus dem Herzmuskel
aus, so daß es rund 20 s nach Koronarperfusion zu einer
elektromechanischen Blockierung und somit zu einer
Konservierung der energiereichen Phosphate bzw. zu
einem verlangsamten Abbau im Herzmuskel kommt.
* Nach einem Vortrag Fortbildungsveranstaltung der Klinik für
Anästhesiologie und operative Intensivmedizin der Westf. Wilhelms-
Universität Münster am 19.3.1977 in Münster
Operationen mit der Herz – Lungen maschine ohne Fremdblut
vorder EKZ
während der EKZ
| Heparirü~|
300if /kg KG.i.v.
~ 3mg/kg KG
|kci]l.5 miol kg I G.
per infusionem
Oxygenator – Maschinen-
Füllung:
307» ige Haemodilution
Füllvolumen: x-Blutvolumen
Y Blutvolumen ■ 10
7
Kardiotechnik 3. Jahrgang / Heft 3 / Dezember 1977
n20min.Peff.zeit
0,5 mvol/kg KG. KCl
|NaHCO3| 3 mvol/ kg K G.
per infusionem
Füllung: 57.Glucose
♦ 1 iE Hepar in/mi Füllung
♦ V I V
lOxygenator
nach der EKZ
| Protaminlöquiv. Dosis zu
Heparin = 1,3:1 *107. (in mg J
Prednisolon: 100 mg i.v.
Calcium: in 3-4 Portionen
je 10 ml
dosierte Reinfusion
des Restblutes aus dem
Oxygenator
Bei bekannten Faktorenmongel
schlechter Leberfunktion
o. Rethorakotomie
zusätzlich:
500 E Prothrombinkonzentrot,
250 ml Cohn’sche Fraktion
Abb. 1 Anwendung der Herz-Lungen-Maschine bei extrakorporaler
Zirkulation bei Herz-Operationen. Vorbereitung zur Herz-Lungen-
Maschinen-Füllung, Zugaben während der extrakorporalen Zirku
lation und parenterale Gaben nach der extrakorporalen Zirku
lation.
1. Die Änderung der Hämodynamik durch die
extrakorporale Zirkulation
Heute werden in der Regel nur noch Rollerpumpen für
den Antrieb — die Herz-Lungen-Maschine — verwen
det. Die Druckmessungen am Ausgang der Herz-
Lungen-Maschine zeigen einen kleinen pseudopulsatilen
Anteil, der sich im Vergleich zum normalen pulsatilen
Druckablauf in der Aorta wie um 180° gedreht verhält.
Diese Erscheinung entsteht durch die ruckartige Freigabe
der Rollerokklusion am Schlauchaustritt aus dem
Pumpenkopf. Die Konfiguration der geschriebenen
Kurve entspricht auch nicht einem einfachen sinus
förmigen Verlauf. Mit Hilfe der Fourier-Analyse gelang
es, dieses Verhalten weiter aufzuklären. Nach Fourier
können die nichtsinusförmigen Pulsationen von Druck
(und Strömung) als eine Summe von Sinusschwingungen
aufgefaßt werden, deren Frequenzen in einer harmoni
schen Reihe wie 1 : 2 : 3 : 4 usw. angeordnet sind. Die
Grundfrequenz ist dabei der reziproke Wert der
Pulszyklusdauer. Nach Baust (3) kommt man ent
sprechend der Fourier-Analyse durch Konstruktion der
Pulsform, wie sie die Herz-Lungen-Maschine produziert,
sehr nahe, wenn man zum Unterschied zur zusammen
gesetzten Radialis-Pulskurve aus Grundschwingung und
Oberschwingung die letztere um —90° verschiebt und
daraus die Interferenz aus der Grundschwingung und der
phasenverschobenen Oberschwingung bildet. Diese Er
kenntnis ist von außerordentlicher Bedeutung; denn
wenn die Blutdruckfühler, die Barorezeptoren, eine
3
Referat
Abb. 2 Pseudopulsatile Druckkurve einer Herz-Lungen-Maschinen-
Rollerpumpe während der extrakorporalen Zirkulation und normale
Druckkurve in der Arteria radialis nach einer Herz-Lungen-
Maschinen-Operation.
Proportional- mal Differentialempfindlichkeit aufwei
sen, dann wird durch die Fourier-Analyse bestätigt, was
Keidel (9) schon vermutete, daß bei der retrograden
Perfusion der fehlende und bei der orthograden Per
fusion der kaum vorhandene Differential-Anteil die
normovolämische Hypotonie durch ein fehlendes Regel
verhalten erzeugt. Trotz ausreichendem Fördervolumen
sehen wir eine zunehmende Verkleinerung der Blut
druckamplitude, eine Erhöhung des diastolischen
Druckes, eine Verminderung des Mitteldruckes, eine
Erhöhung der aortalen Pulswellengeschwindigkeit und
als weiteres Zeichen des gestörten Regelkreises eine
Erhöhung des peripheren Widerstandes und anderer
seits eine Sequestration bis zu 80 % des Blutvolumens mit
dort nachfolgender Hypostase, sludge- und Aggrega-
tionsvorgängen, deren unausbleibliche Folgen wiederum
Hypoxie und Azidose darstellen.
Konstruktion von Druckkurven durch Fourier-Analyse
a)A. radialis
b)HLM-Ausgang
Bei b) Phasenverschiebung d. Oberschwingung -90u
(modifiz nach Baust)
Abb. 3 Konstruktion von Herz-Lungen-Maschinen-Druckkurven
durch Interferenz von Sinusschwingungen und zusätzlicher Phasen
verschiebung der Oberschwingung zur Grundschwingung um -90°
(modifiziert nach Baust).
E K Z
Änderungen der Hämodynamik
1. Verkleinerung der Blutdruckamplitude
2. Erhöhung des diastolischen Druckes
3. Verminderung des Mitteldruckes
4. Erhöhung des peripheren Widerstandes
5.
Erhöhung der aortalen Pulswellengeschwindigk.
6. „Sequestration“ bis 80% des Blutvolumens,
dort: Hypostase, Sludge, Aggregation, Hypoxie,
Azidose
Prädilektionsorgane: Leber, Milz, Niere,
Lunge, (Gehirn).
Abb. 4 Änderungen der Hämodynamik durch extrakorporale
Zirkulation.
Diese Feststellungen erlauben mit Lillehei, Baust u.a. die
Behauptung, daß die extrakorporale Zirkulation einem
spezifischen, kontrollierten, normovolämischen Schock
zustand im Stadium der Zentralisation entspricht.
Nahezu alle folgenden pathophysiologischen Verände
rungen im Organismus können unschwer aus diesem
hämodynamischen Zustandsbild abgeleitet werden. Hin
zu kommt die Unvollkommenheit der künstlichen
Oxygenation des Blutes.
2. Auswirkungen der künstlichen Oxygenation
Heute werden in erster Linie für die EKZ die sog. bubble-
Oxygenatoren und in geringer Zahl Membranoxygena-
toren verwendet. Letztere sollen hier bei unserer
Darstellung unberücksichtigt bleiben. Die wesentlichen
pathophysiologischen Unterschiede zur natürlichen
Oxygenation in unserer Lunge bestehen in einer
kleineren Gasaustauschfläche von etwa einem Zehntel
der natürlichen Lunge und eines zwanzig- bis sechzig
fach dickeren Blutfilmes. Es gibt noch eine ganze Reihe
anderer Unterschiede, die nicht so gravierend ins
Gewicht fallen. Diese erheblichen Nachteile werden
kompensiert durch eine dreißig- bis hundertfach
verlängerte Kontaktzeit, eine Verlängerung kapillarer
Spalten um das Fünfhundert- bis Zweitausendfünfhun
dertfache im Oxygenator und einer Erhöhung des pO2
durch Einströmen reinen Sauerstoffes um das Sieben
fache. Diese Kompromisse werden allerdings durch das
schädigende Verhalten des direkten Kontaktierens des
Sauerstoffes mit Blut erkauft. Wegen der nicht konstant
zu haltenden Sauerstoffgas- u