Mikrozirkulatorisches Monitoring mittels Orthogonal Polarisation Spectral Imaging (OPS) während herzchirurgischer Eingriffe unter extrakorporaler Zirkulation

Die moderne Ära der Herzchirurgie begann mit der Einführung der
Herz- Lungen- Maschine in den frühen 50er Jahren. Die grundlegenden
Veränderungen, welche durch die Anwendung der HLM initialisiert
werden, sind Veränderung des pulsatilen Blutflusses, Exposition des
Blutes an unphysiologische Oberflächenstrukturen und Scherkräfte,
sowie Auslösung einer überschiessenden systemischen
inflammatorischen Reaktion. Diese Veränderungen haben nicht nur
makrohämodynamische Auswirkungen, sondern beeinflussen auch die
Mikrozirkulation. Zum Monitoring der Mikrozirkulation wurde von
unserer Arbeitsgruppe OPS imaging, eine neue Technik, welche mit
polarisiertem Licht und Epi- Illumination ohne Einsatz von
Fluoreszenzfarbstoffen arbeitet, eingesetzt. Im Mittelpunkt unseres
Interesses stand die Frage nach Anwendbarkeit und Praktikabilität,
sowie Sicherheit und diagnostischem Potential von OPS imaging. Da
wir insbesondere nach Eingriffen im Kreislaufstillstand
tiefgreifende mikrozirkulatorische Veränderungen erwarteten,
unterteilten wir die Studiengruppe in 27 Patienten mit koronarer
Bypassoperation bzw. Herzklappenersatz ohne Kreislaufstillstand
(Gruppe 1) und in 5 Patienten mit Operationen im
Kreislaufstillstand (Gruppe 2). In tiefer Hypothermie (28- 16∞C)
und im Kreislaufstillstand werden Operationen von Aneurysmen des
Aortenbogens operiert. Es wurden erythrozytäre
Fliessgeschwindigkeit (Vel), venolärer Gefässdurchmesser (Dia) und
Funktionelle Kapillardichte (FCD) zu 4 bzw. 5 verschiedenen
Zeitpunkten bestimmt. Mittels OPS imaging konnten die ersten
Mikrozirkulationsbilder der veränderten Perfusion unter Herz-
Kreislaufstillstand und extrakorporaler Zirkulation erhoben werden.
Wir konnten zeigen, dass die Mikrozirkulation während Eingriffen an
der HLM aufrecht erhalten wird. In Gruppe 1 stieg die Vel lediglich
in der späten Phase der HLM signifikant an. Bei Eingriffen im
Kreislaufstillstand (Gruppe 2) zeigte sich ein signifikanten Abfall
der Vel während der gesamten Messperiode unter extrakorporaler
Zirkulation. Eine dramatische Reduktion der Vel um 74,6 % wurde in
T after CA beobachtet. Da nach Beendigung der HLM Ausgangswerte
erreicht wurden, ist anzunehmen, dass die nutritive Blutversorgung
nach HLM und Kreislaufstillstand wieder hergestellt werden kann. Da
während unkomplizierter HLM lediglich moderate Veränderungen der
Vel, bei Eingriffen im Kreislaufstillstand aber eine signifikante
Verminderung der Vel auftraten, müssen verschiedene Ursachen
diskutiert werden. Eine entscheidende Rolle spielt die tiefe
Hypothermie in Gruppe 2 mit Senkung der Körpertemperatur auf
durchschnittlich 16,5∞C während des Stillstandes. In der Phase der
Wiedererwärmung konnte eine rasche Erholung auf Initialwerte
beobachtet werden. Auch die signifikante Verminderung des mittleren
arteriellen Drucks während der HLM in beiden Gruppen, ausgeprägter
jedoch in Gruppe 2 hat Einflüsse auf die Mikrozirkulation. Der
Druckabfall mit Beginn der extrakorporalen Zirkulation wird durch
eine Verminderung des systemischen Gefässwiderstands, bedingt durch
eine erniedrigte Blutviskosität infolge Hämodilution, Dilution
zirkulierender Katecholamine und temporärer Hypoxämie, verursacht.
Die Hämodilution war in beiden Gruppen ausgeprägt. Die Abnahme der
Hb-Konzentration betrug in Gruppe 1 –33 % und in Gruppe 2 –39 % (in
T2). Es zeigte sich weder in Gruppe 1, noch Gruppe 2 eine
signifikanten Veränderung des postkapillären Venolendurchmessers.
Die FCD, als Indikator für den nutritiven Blutfluss war in Gruppe 1
unverändert. In Gruppe 2 mit Eingriffen im Kreislaufstillstand
konnte ein signifikanter Abfall der FCD innerhalb 10 Minuten nach
Beendigung des Kreislaufstillstandes auf 23 %, verglichen zum
Ausgangswert beobachtet werden. Da die FCD in beiden Gruppen nach
Beendigung der HLM Ausgangswerte zeigte, ist anzunehmen, dass die
nutritive Blutversorgung sowohl nach unkomplizierter HLM, als auch
nach Eingriffen im Kreislaufstillstand wieder hergestellt werden
kann. Wir konnten in Übereinstimmung mit anderen Gruppen zeigen,
dass durch die HLM eine systemische Entzündungsreaktion mit
Leukozytenaktivierung und Expression von Adhäsionsmolekülen
ausgelöst wird. In 8 Patienten der Gruppe 1 wurden die aktivierten
Leukozyten und die Adhäsionsmoleküle CD 18 und CD 62L bestimmt. Die
aktivierten Leukozyten wiesen in der späten Phase der HLM einen 3-
fachen und eine Stunde nach Reperfusion einen 6,6- fachen Anstieg
verglichen zum Ausgangswert auf. Die Adhäsionsmoleküle CD 62L
zeigten keine signifikanten Veränderungen. CD 18 stieg in der
späten Phase der Reperfusion um 31 % an. Auch in Gruppe 2 konnten
wir Hinweise für einen Ischämie- Reperfusionsschaden finden. Wir
konnten ein Laktatanstieg in T3 und T4 und ein Gewebeödem als
indirekter Hinweis auf eine erhöhte Permeabilität der
Endothelbarriere mit „capillary leak“ Syndrom erkennen. Durch die
Veränderung des Blutflusses während HLM und die erhöhte Rigidität
der Erythrozyten beobachteten wir vor allem innerhalb 10 Minuten
nach Reperfusion eine Heterogenität der Perfusion, eine
Verminderung der Vel mit Bildung von Mikroaggregaten und eine
reduzierte FCD. Diese Verminderung der FCD wird auch als
postischämisches „no reflow“ Phänomen bezeichnet. Zusammenfassend
ist festzustellen, dass wir mit OPS imaging
Mikrozirkulationsstörungen, hervorgerufen durch HLM und
Kreislaufstillstand nachweisen konnten. Veränderungen im Sinne
einer systemischen inflammatorischen Reaktion und eines Ischämie-
Reperfusionsschadens konnten mittels OPS imaging visualisiert
werden.