Zentrifugalpumpen im Vergleich: hydraulische Leistung und Blutschädigung
N. Mendler, F. Podechtl, A. Bernhard, G. Feil
Kinderherzchirurgie: Hypoplastisches Linksherzsyndrom (HLHS)
R. J. Tschaut, L. Galletti, S. Latz
Mathematische Modellierung der Hämodynamik während extrakorporaler Zirkulation
R. Bauernschmitt, S. Schulz, L. Hoffmann, A. Schwarzhaupt, U. Kiencke, C. F. Vahl, S. Hag!
HLM-Simulation: Ein Programm zur Simulation einer extrakorporalen Zirkulation
N. Borcherding, T. Glunk, G. Haimerl, E. Jäger, J. Kopp, W. Jost, M. Rothe, F. Schön
ISSN 0941-2670
STATE-OF-THE-ART OXYGENATION
Der Fortschritt
Bei Membran
OXYGENATOREN
Kann ein Oxygenator intuitiv
wirken?
Die Antwort ist Avant.
Der Avant erklärt sich auf den
ersten Blick von selbst.
Jede Rundung, jeder Anschluß,
jedes einzigartige Merkmal
befindet sich genau dort, wo
Sie es erwarten.
D903 Avant: Entwickelt in der
Weitsicht seiner Bestimmung –
einzig zur Perfusion.
We Take Research To heart
KARDIOTECHNIK
German Journal of Perfusion
Offizielles Organ der Deutschen Gesellschaft für Kardiotechnik e.V.
The Official Publication Organ of the German Society for Cardiovascular Engineering
Heft 2/1998
7. Jahrgang
Herausgeber / Editor
Deutsche Gesellschaft für Kardiotechnik e.V. / German Society of Cardiovascular Engineering, G. Lauterbach, Köln
Mitherausgeber und Redaktion / Co-Editors and Editorial Staff
M. Foltan, Regensburg; S. Meyer, Köln (Ltd. Redakteur); H. Platzer, München; D. Sindhu, Köln; U. Wolfhard, Essen
Wissenschaftlicher Beirat
M. Beyer, Nürnberg; F. Beyersdorf, Freiburg; D. E. Birnbaum, Regensburg; N. Doetsch, Nürnberg;
M. Günnicker, Essen; H. Keller, Frankfurt; K. Klak, Bochum; R. Körfer, Bad Oeynhausen; A. Laczkovics, Bochum;
H. Reul, Aachen; D. Olthoff, Leipzig; H. Sebold, Tübingen
Die Zeitschrift KARDIOTECHNIK veröffentlicht im „Peer-review“-Verfahren Originalartikel, klinische und experimentelle Arbeiten, Fallberichte, Übersichtsreferate,
Leserbriefe und Buchbesprechungen aus dem Bereich Perfusion, Monitoring, Organprotektion, Medizinische Informatik und Elektrostimulation.
The German Journal of Perfusion KARDIOTECHNIK is a peer-reviewed journal. It publishes original articles, clinical and experimental papers, case reports, review
articles, letters to the editors and book reviews in the field of perfusion, monitoring, organ protection, computer science in medicine and electric stimulation.
Titelbild
Jostra Medizintechnik AG
„Die Quadratur des Filters“: Der
QUART verspricht dem Anwender
durch sein neues Konstruktions
prinzip einfaches Handling, dem
Patienten maximale Sicherheit.
Heft 3/98
Erscheinungstermin
7.9.1998
Einsendeschluß für
• redakt. Beiträge
22. 6. 1998
• Anzeigenaufträge
7.8. 1998
Inhalt
Seite
Editorial…………………………………………………………………………………………… 30
Zentrifugalpumpen im Vergleich: hydraulische Leistung und Blutschädigung
N. Mendler, F. Podechtl,A. Bernhard, G. Feil……………………………………………………………………………………………………………… 31
Kinderherzchirurgie: Hypoplastisches Linksherzsyndrom (HLHS)
R. J. Tschaut, L. Galletti, S. Latz………………………………………………………………………………………………………………………………….. 37
Mathematische Modellierung der Hämodynamik während extrakorporaler Zirkulation
R. Bauernschmitt, S. Schulz, L. Hoffmann, A. Schwarzhaupt, U. Kiencke, C. F Vahl, S. Hagl ………………. 39
Journal-Club…………………………………………………………………………………………………………………………… 43
Neues aus der Industrie ………………………………………………………………………………………………………… 44
HLM-Simulation: Ein Programm zur Simulation einer extrakorporalen Zirkulation
N. Borcherding, T. Glunk, G. Haimerl, E. Jäger, J. Kopp, W Jost, M. Rothe, F. Schön …………………………………………………. 45
Berufsbild Kardiotechnik………………………………………………………………………………………………………. 48
Kongreßnotizen ……………………………………………………………………………………………………………………… 51
Aktuell
Fünf Jahre Perfusionsservice – Innovation oder Risiko?………………………………………………………… 52
Das Portrait
Berlin Heart ………………………………………………………………………………………………………………………..
Klinikportrait
Herzzentrum Frankfurt………………………………………………………………………………………………………..
Mitteilungen der DGfK…………………………………………………………………………………………………………..
Stellenanzeigen……………………………………………………………………………………………………………………….
Kongreßtermine……………………………………………………………………………………………………………………… 63
Impressum……………………………………………………………………………………… 63
Heft 4/98
Erscheinungstermin
4.12.1998
Einsendeschluß für
• redakt. Beiträge
1. 9. 1998
• Anzeigenaufträge
6. 11. 1998
KARDIOTECHNIK 2/98
29
Editorial
in einer Zeit, die nach einem schlanken, ef
fizient arbeitenden Staat sucht, in einer
Zeit, in der dieser Staat verzweifelt nach
Rezepten sucht, die Gesundheitskosten zu
senken, in einer solchen Sturm-und-Drang-
Zeit der Kostenminimierung kommt es zu
einer seltsam widersprüchlichen Konstella
tion. Danach bietet zum Beispiel die Herz
zentrum Frankfurt AG den Krankenkassen
seit 1991 an, individuelle Verträge mit dem
Haus auszuhandeln. Die Kassen jedoch
zieren sich, auf solche konstruktiven Ange
bote einzugehen. Andererseits war und ist
jetzt allerorten in der Presse zu lesen, daß
die Krankenkassen, allen voran die AOK,
mehr Befugnisse wünschen im Aushandeln
von Pflegesatzvereinbarungen. Ja, was
denn nun?
Ein wenig auf die eigene Schulter klopfen
muß an dieser Stelle erlaubt sein. So ver
steht sich das Herzzentrum als Vorreiter in
Sachen optimale Patientenversorgung, bei
Kosten deutlich unter dem Bundespflege
satz. Seit ihrem Bestehen beweist unsere
Klinik Jahr für Jahr, daß es möglich ist, oh
ne Subventionen für Investitionen und Be
trieb mindestens gleichwertige Leistungen
günstiger anzubieten als die staatlich geför
derte Konkurrenz. Wir meinen, dies ist ein
längst überfälliges und nachahmenswertes
Modell, das die marode Gesundheitspolitik
problemlos kopieren könnte.
Doch allen öffentlich verlautbarten Ambi
tionen zum Trotz ist Konkurrenz offenbar
ein Gedanke, der in Industrie und Unter
nehmen löblich, im sozialen Gesundheits
wesen jedoch verwerflich bleibt. Harald
Keller, Abteilungsleiter Kardiotechnik, be
schreibt in seinem Klinikportrait des Herz
zentrums Frankfurt diese Mißstände eben
falls. Unser Ansatz ist es, keine Blockaden
zu errichten. Vielmehr wollen wir uns mit
anderen Formen der „Betriebsfuhrung“
auseinandersetzen. Nach dem Motto: Mal
sehen, wie’s die andern machen. Es kann
nicht sein, daß ein Status quo um seiner
selbst willen erhalten bleibt. Und allmäh
lich macht sich Unmut breit über fraglos
hingenommene Strukturen. Es sei langsam
unerträglich, so Prof. Heyo Eckel (Präsi
dent der Ärztekammer Niedersachsen),
wenn sich Kassenfunktionäre vom
Schreibtisch aus anmaßten, das Leistungs
geschehen in der Medizin zu bewerten.
Ein Ergebnis des kontinuierlichen Opti
mierungsprozesses im HZF ist, daß wir ei
nen kooperativen Führungsstil praktizie
ren. Er bemißt sich an den Ansprüchen von
Total Quality Management. Denn: „Wert
voll in einem Unternehmen sind die Men
schen, die dafür arbeiten, und der Geist, in
dem sie es tun.“ Diese Sentenz von Hein
rich Nordhoff, dem ehemaligen Vorstands
vorsitzenden des Volkswagenwerks, trifft
den Kern dessen, was wir im Herzzentrum
verfolgen. Slogans wie „Das sympathische
Krankenhaus“ oder „Ihr Wohl liegt uns am
Herzen“ sollen die Kräfte unserer Mitar
beiter bündeln und der gemeinsamen Ziel
setzung zuführen: dem Wohl des Patienten
und der stetigen Optimierung unseres Auf
gabenspektrums .
Konkurrenz belebt das Geschäft. Und für
den herzkranken Menschen ist allein ent
scheidend, wer ihn am schnellsten, am be
sten und am nachhaltigsten behandelt. Im
übrigen wagen wir die Prognose: Wenn im
Gesundheits-„Darwinismus“ erst einmal
sämtliche Reformen gescheitert sind, wird
man mit privaten Institutionen wie der uns-
rigen auf Tuchfühlung gehen. Denn lang
fristig werden sich die Besten durchsetzen
– zum Wohle der Patienten wie der Kran
kenkassen.
Es dürfte deutlich geworden sein: Statt der
eher industriegerechten ISO-Zertifizierung
verfolgen wir Qualitätsmanagement
gemäß den Kriterien von TQM – als eine
für den medizinischen Bereich maßzu
schneidernde und damit weitaus aussage
kräftigere Alternative. Nicht vorweggrei
fen möchte ich an dieser Stelle den Be
trachtungen des European Board (übersetzt
von R. Behr) zum Thema europäische Aus
bildung und Zertifizierung. Speziell zur
Modeerscheinung ISO 9000 kann ich mit
meiner Meinung allerdings nicht hinterm
Berg halten. ISO 9000 mag für die Indu
strie ein gutes, meßbares Gütesiegel sein.
Für Arztpraxen und Kliniken jedoch ist es
gerade so, als müsse der Stempel gewisser
maßen die Klinik heiligen. ISO als klein
ster gemeinsamer Nenner? Das kann des
Pudels Kern nicht sein bei der Suche nach
leistungsorientierter, servicebetonter und
kostenoptimierter Medizin.
Was gibt’s sonst Neues? Die CeBIT ist vor
bei. Doch KARDIOTECHNIK bleibt dran
an den neuesten Computer- und High-
Tech-Entwicklungen. In dieser Ausgabe
präsentieren wir Ihnen gewissermaßen vir
tuelle Medizin. So widmet sich R. Kopp der
HLM-Simulation.
Extrakorporale Zirkulation und die mathe
matische Modellierung der Hämodynamik
während dieser OP-Phase ist das Thema ei
nes Beitrags von Robert Bauernschmitt.
N. Mendler unterzieht verschiedene Zentri
fugalpumpen einem Vergleich in puncto
hydraulischer Leistung und potentieller
Blutschädigung.
Der Fachbeitrag von Rudolf Tschaut
schließlich konzentriert sich auf den Spezi
albereich Kinderherzchirurgie und dort auf
das hypoplastische Linksherzsyndrom
(HLHS).
Und vergessen Sie nicht: Qualität ist das
beste Rezept!
Ursula Siebertz-Ohnesorge,
Herzzentrum Frankfurt AG, Frankfurt
30
KARDIOTECHNIK 2/98
MEDOS Medizintechnik GmbH
Obere Steinfurt 10 • 52222 Stolberg • Tel. 02402/9664-0 • Fax 02402/9664-60
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,
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und die Verarbeitung hochwertiger Rohstoffe sind
unser Konzept zur Sicherung des Patienten. Vom
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RAUMEDIC ist Sicherheit
N. Mendler, EPodechtl, A. Bernhard, G. Feil
Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie,
Deutsches Herzzentrum München
(Direktor: Prof Dr Hans Meisner) Zentrifugalpumpen im
Vergleich:
hydraulische Leistung und
Blutschädigung
Zusammenfassung
Zentrifugale Blutpumpen finden zuneh
mend Verwendung in der extrakorporalen
Zirkulation und zur Kreislaufassistenz. Ge
genwärtig verfügbare Modelle unterschei
den sich konstruktiv besonders in der Ge
staltung des Rotors und damit in der Wand
lung von Antriebsenergie in Druck und
Fluß. Die Auswahl einer Pumpe für jede
Anwendung sollte sich auf numerische Da
ten zu Pumpleistung und Bluttrauma stüt
zen. Ein Teststand für die vergleichende
Untersuchung von Pumpen unter standar
disierten Bedingungen wurde entwickelt,
der den Betrieb von 6 klinisch eingesetzten
Pumpen erlaubt. Drosselkurven und hy
draulische Wirkungsgrade im praktisch re
levanten Bereich von Drücken und Flüssen
wurden aufgezeichnet. Rotoren mit ge
deckten Stromkanälen zeigen die höchste
Effizienz und sind offenen Flügelrädern
überlegen, die ihrerseits Vortexpumpen
hinter sich lassen. Die Generierung von
Druck ist abhängig von der Umfangsge
schwindigkeit und wird modifiziert durch
die Zahl der Schaufeln oder Kanäle des Ro
tors. Vergleichende Untersuchungen des
Bluttraumas an frischem humanen Blut un
ter hämodynamischen Bedingungen der
EKZ bei Kindern und Erwachsenen sowie
Kreislaufassistenz ergaben gleichfalls eine
größere Blutschonung für Kanalrotoren im
Vergleich zu Flügelrädern und Vortexpum
pen. Eine negative logarithmische Bezie
hung zwischen Bluttrauma und hydrauli
scher Effizienz konnte für jede Pumpe eta
bliert werden. Dies läßt vermuten, daß die
Exposition von Blut gegen zahlreiche Zo
nen hoher lokaler Schubspannungen bei
Rotoren mit vielen Flügeln das Bluttrauma
verstärkt, während der mehr gleichmäßige
Eintrag der hohen Verlustleistung bei Vor
texpumpen und deren hohe Umfangsge
schwindigkeiten zu einem ebenfalls erhöh
ten Trauma führten. Die Befunde zeigen, daß
gegenwärtig Pumpen mit gedeckten Kanal
rotoren einen günstigen Kompromiß von
Effizienz und Blutverträglichkeit bieten.
Schlüsselwörter
Zentrifugale Blutpumpen, Pumpleistung,
Wirkungsgrad, Bluttrauma, extrakorporale
Zirkulation.
Summary
Centrifügal blood pumps are gaining ac
ceptance for extracorporeal circulation and
as ventricular assist device. Various models
are currently available which differ in es
sential features of rotor design for pressure
and flow generation. Selection of a proper
model for a given application must be based
on numerical data for hydraulic perfor
mance and blood trauma. A test stand for
comparative evaluation of pumps under
standardized conditions was designed
comprising a universal drive unit to accom
modate 6 current pump heads. Throttle cur
ves and hydraulic efficiencies were esta
blished in the pressure and flow range of
clinical interest. Highest efficiencies were
found for shrouded channel rotors, while
open vane impellers and vortex pumps of
fer inferior hydraulic performance. Pres
sure generation is shown to be dependent
on circumferential speed and modified by
the number of vanes or channels in the ro
tor. Equally, comparative blood trauma stu
dies from simultaneous runs on fresh hu
man donor blood under pressure and flow
conditions for pediatric and adult ECC as
well as circulatory assist revealed superior
blood handling by the channel rotors as
compared to open vane and vortex pump
types. An inverse logarithmic relation bet
ween blood trauma and hydraulic efficien
cy was established for each individual
pump suggesting that cell damage is pro
moted by multiple regions of local high
shear in multi-vane rotors as well as by a
more uniform energy dissipation in vortex
pumps. Shrouded channel impellers cur
rently offer the best compromise in centri
fugal blood pump design, with respect to
hydraulic performance related to blood
trauma.
Key Words
Centrifugal blood pump, hydraulic perfor
mance, efficiency, pressure generation,
blood trauma, extracorporeal circulation.
Einleitung
In der extrakorporalen Zirkulation finden
zentrifugale Blutpumpen zunehmend Ver
wendung als arterielle Pumpe der Herz-
Lungen-Maschine und zur temporären
Kreislaufunterstützung. Eine geringe
Schädigung des Blutes, eine große Sicher
heit gegen Embolisation von Gasblasen
und Partikeln, eine lange Einsatzdauer und
ihre physiologische Pumpcharakteristik
rechtfertigen diese Entwicklung, die vie
lerorts bereits zum Ersatz der konventio
nellen Schlauchpumpen geführt hat. Ge
genwärtig sind mehrere Modelle von Zen
trifugalpumpen verfügbar, die sich in we
sentlichen Konstruktionsmerkmalen unter
scheiden. Diese betreffen besonders die
Strömungsführung im Pumpenrotor sowie
dessen Lagerung und Antrieb durch ma
gnetische Kupplungen unterschiedlicher
Gestaltung. Hieraus ergeben sich Konse
quenzen für den praktischen Einsatz (z. B.
Dauerfestigkeit, Wärmeentwicklung) eben
so wie für die biologische Verträglichkeit
(z. B. Bluttrauma, Thrombogenität).
Die Auswahl einer geeigneten Zentrifugal
pumpe für einzelne Einsatzgebiete wird er
leichtert, wenn durch Messung der hydrau
lischen Pumpcharakteristik und des dabei
zu erwartenden Bluttraumas numerische
Daten vorliegen, die unter standardisierten
Bedingungen erhoben wurden. Auch eine
objektive Einordnung neuer Modelle in das
Spektrum etablierter Produkte, die das Ziel
dieser Studie war, kann anhand einer sol
chen Datenbasis leichter erfolgen.
Material und Methodik
Die Untersuchungen wurden durchgeführt
an handelsüblichen, für den klinischen Ein
satz qualifizierten Zentrifügalpumpen un
terschiedlicher Konstruktionsmerkmale,
die vom Hersteller bezogen und ohne Mo-
KARDIOTECHNIK 2/98
31
Tab. 1: Physikalische Merkmale von Zentrifugalpumpen unterschiedlicher Konstruktion
offene Flügelräder
gedeckte Kanäle
Vortex-Rotoren
Sarns
St. Jude
Jostra
Terumo
BP80
BP50
Prime (ml)
52
67
32
44
87
51
Oberfläche (cm2)
215
281
190
4