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Clinical application of transcranial Doppler for detection of cerebral emboli during cardiac surgery
(2010)
Objective: Neurologic injury is one of the most damaging complications for cardiac surgery. How to decrease neurologic impairment by improving perioperative monitoring remains a challenge for both cardiac surgeons and anesthetists. For this reason, transcranial doppler (TCD) has been widely used in cerebral monitoring during cardiac surgery. In this study, two experiments of clinical application of TCD for detection of cerebral emboli during cardiac surgery were to be done. One was “Solid and gaseous cerebral emboli during valvular surgery are significantly reduced with axillary artery cannulation”. The other was “Do intraoperative cerebral embolic signals differ between valvular surgery (VS) and CABG”. Methods: In experiment one, 20 valve and combined procedures with aortic cannulation (AoC group) were compared to 18 procedures with axillary cannulation (AxC group) in a prospective non-randomized study. In experiment two, 18 VS patients and 18 CABG patients were matched by extracorporeal circulation (ECC) time retrospectively. Intraoperative monitoring of both middle cerebral arteries was performed with TCD discriminating between solid and gaseous embolic signals (ES). Results: In experiment one, the AxC group had less solid ES than the AoC group (38±22 vs 55±25, P<0.05), but no significant difference was found in gaseous (501±271 vs 538±333, P>0.05) and total (539 ± 279 vs 593 ± 350, P>0.05) ES. The AxC group had less solid ES during arterial cannulation (2.1±1.5 vs 6.6±3.6, P<0.05) and during aortic cross-clamp time (4.4 ±3.1 vs 10.2 ± 5.1, P<0.05) than the AoC group. During ECC, gaseous ES was not significantly different between groups (398±210 vs 448±291, P>0.05). However, AxC showed less gaseous ES (85±68 vs 187±148, P<0.05) and less gaseous ES per minute (1.8±1.5 vs 4.5±3.2, P<0.05) during weaning off extracorporeal circulation than the AoC group. No significant difference in gaseous ES (313±163 vs 261±189, P>0.05) and gaseous ES per minute (3.1±2.2 vs 2.8±2.2, P>0.05) was found between groups from bypass start to aortic declamping. No neurologic complications occurred. In experiment two, no significant difference was found in solid (38±20 vs 40±26, P>0.05) or gaseous (457±263 vs 412±157, P>0.05) ES between the VS and CABG group during the whole recording time. During ECC, solid ES (20±10 vs 24±19, P>0.05) and gaseous ES (368±230 vs 317±157, P>0.05) were comparable between groups. Specifically, during weaning off ECC, the VS group had more gaseous ES/min (5.6±3.6 vs 3.1±1.2, P<0.05) than the CABG group. But this difference in gaseous ES/min was not significant during the period from bypass start to aortic declamping (2.5±1.8 vs 3.0±1.8, P>0.05). Conclusion: Cerebral embolization does occur during cardiac surgery. Through these two experiments, we demonstrated the feasibility and importance of clinical application of transcranial doppler for detection of cerebral emboli during cardiac surgery. Due to the diversity in clinical application of TCD, it is impossible to compare the number of ES between different research centers. More unified standards should be drawn in order to make wider clinical application possible. Up till now, no robust evidence shows the correlation between intraoperative ES and postoperative neurological impairment. The research on intraoperative ES and postoperative neurological impairment should rely on a complete concept.
In der vorliegenden prospektiven randomisierten Studie mit 80 Patienten zur aortokoronaren Venenbypass-Operation hatten wir das Ziel, die traumatischen Effekte durch das partielle Ausklemmen als auch durch den Aortenkonnektor und die dadurch entstehenden partikulären Embolien zu identifizieren. Des Weiteren sollten diese partikulären Embolien von solchen nach dem Öffnen der Aortenklemme unterschieden werden.
Es ist dabei wichtig festzuhalten, dass der erste Filter, welcher das Trauma an der Aorta beim Fertigen der proximalen Anastomose repräsentiert, bei schlagendem Herzen eingesetzt wurde. Der zweite Filter wurde während der extrakorporalen Zirkulation mit HLM eingebracht und nach dem Öffnen der totalen Querklemmung der Aorta entfernt.
Wir konnten die Fertigung der proximalen Anastomose als eine wichtige Quelle für ein solches embolisches Geschehen und die damit verbundenen neurologischen Komplikationen identifizieren.
Dabei spielt die Art der Fertigung der proximalen Anastomose keine Rolle. Wir konnten somit zeigen, dass es keinen Unterschied hinsichtlich der Entstehung partikulärer Embolien zwischen einer konventionellen proximalen Anastomose oder einer mit Hilfe des Symmetry Aorten- Konnektor- Systems gefertigten Anastomose gibt.
Die Anzahl der geborgenen Partikel ist unabhängig von der gewählten Fertigungsart nicht signifikant verschieden. Ebenso konnten wir hinsichtlich der Oberflächengröße der im ersten Filter geborgenen Partikel keinen Unterschied zwischen der automatisierten und konventionellen Fertigung erkennen.
Es konnte somit gezeigt werden, dass eine proximale Anastomose unabhängig von der Fertigungsart ein nicht zu unterschätzendes Risiko für partikuläre Embolien darstellt und somit eine Ursache für neurologische Komplikationen im Rahmen einer Bypassoperation sein kann.
Wir konnten weiterhin zeigen, dass die Anzahl der geborgenen Partikel nach dem Öffnen der Querklemme der Aorta signifikant geringer ist im Vergleich zu der Anzahl der geborgenen Partikel nach dem Fertigen der proximalen Anastomose. Hierbei ist es völlig unerheblich, ob diese Anastomose konventionell oder mit dem Konnektor gefertigt wird.
Wir konnten somit die Behauptung widerlegen, dass die Manipulation an der Aorta durch das Querklemmen im totalen Bypass der entscheidende Faktor für die partikulären Embolien und die konsekutiven neurologischen Komplikationen ist. Mit der Auswertung der Filter konnten wir zeigen, dass durch das Klemmen der Aorta weniger partikuläre Embolien verursacht werden als durch das Fertigen einer proximalen Anastomose am schlagenden Herzen.
In der vorliegenden Untersuchung konnten wir nicht zeigen, dass durch die Verwendung eines mechanischen Konnektors die traumatischen Auswirkungen auf die Aortenwand sowie die entstehenden partikulären Embolien durch das fehlende partielle Ausklemmen der Aortenwand verringert werden kann. Wir konnten zeigen, dass es keinen Unterschied macht, einen mechanischen Konnektor zu verwenden oder aber die proximale Anastomose konventionell mit partieller Ausklemmung der Aortenwand zu fertigen. Neben der Untersuchung der Filter bezüglich der Qualität sowie Quantität der geborgenen Partikel ließen sich in den neurokognitiven Testreihen keine Unterschiede zwischen den zwei Gruppen zeigen. Wir konnten keinen klinischen Vorteil bezüglich des neurokognitiven Outcomes in einer der beiden Gruppen erkennen.
Abschließend kann man sagen, dass es hinsichtlich der Entstehung von partikulären Embolien sowie deren konsekutiven neurologischen Komplikationen keinen Unterschied gibt zwischen der Verwendung des Symmetry™ Aortic Konnektors oder einer konventionell gefertigten Anastomose.