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Verfahren zur elektrochemischen Messung von Stickstoffmonoxid und S-Nitrosothiolen in Flüssigkeiten
(2001)
Stickstoffmonoxid (NO) ist in den letzten Jahren als Kreislaufregulator und biologischer Botenstoff in den Mittelpunkt des Interesses gerückt. Inzwischen gilt als sicher, dass NO an vielen Schlüsselstellen, nicht nur in der Kreislaufregulation, aber dort besonders, eine prominente Rolle spielt. Das Endothel als disseminiertes Organ betrachtet ist als Produktionsort des zu Beginn der Forschungen phänomenologisch ,,endothelium derived relaxing factor" genannten NO scheinbar von größerer Bedeutung, als zunächst angenommen. Anstelle einer einfachen Gefäßauskleidung ist das Endothel Regulator vieler wichtiger Prozesse. Diskutierte Wirkungen reichen vom septischen Kreislaufversagen bei überschießender NO-Produktion, bis zur Atherosklerose bei gestörter Endothelfunktion mit verminderter NO-Produktion. Es gibt hier ,,gute" und ,,böse" Wirkungen, so das hier von einer Janusköpfigkeit, also Doppelgesichtigkeit, gesprochen wird. NO wird hier jeweils eine Schlüsselrolle als Botenstoff und Effektor zugewiesen. Bisher gibt es aber keine praktikablen Verfahren, um die effektive NO-Produktion zeitnah und in vivo zu quantifizieren. In der vorliegenden Arbeit ist im Anschluß an vorbestehenden Überlegungen und Verfahren eine Methode entwickelt worden, mit deren Hilfe Rückschlüsse auf die jeweilige Produktion und den Plasmaspiegel von NO gezogen werden können. Stickstoffmonoxid hat eine Halbwertszeit von wenigen Sekunden im Plasma. Ein wichtiges Stoffwechselprodukt aus dem Abbau des freien NO sind S-Nitrosothiole. Freies NO geht eine Verbindung mit Thiolgruppen von Plasmaproteinen ein. Diese gebundene Form von NO ist relativ stabil und gilt als Plasmaspeicher von NO. Es kann aus dieser Verbindung wieder herausgelöst werden und liegt dann wieder als freies NO vor. In der vorliegenden Arbeit werden die Grundlagen geschaffen für ein Verfahren, mit dem der Plasmaspiegel von S-Nitrosothiolen bestimmt, und Rückschlüsse auf die NO Produktion gezogen werden können. Die Methode basiert auf dem Umstand, dass man mittels Metallionen, wie beispielsweise Kupferionen, S-Nitrosothiole zur Dekomposition bringen kann. Das freigesetzte NO wurde dann mittels einer amperometrischen NO-selektiven Sonde gemessen. Die zu erwartenden Konzentrationen sind sehr gering und einer verlässlichen Messung nur bedingt zugänglich, da die Abspaltung von NO aus hochmolekularen S-Nitrosothiolen, wie dem S-Nitrosoalbumim, nur sehr langsam abläuft. Günstiger ist die Zerfallskinetik von niedermolekularen S-Nitrosoverbindungen. Daher wird der Zwischenschritt der Transnitrosylierung, der Übertragung der Nitrosylgruppe von Albumin auf einen niedermolekularen Baustein mit einer Nitrosogruppe, eingeschaltet. Die Konzentrationen des zu messenden NO bleiben aber sehr gering, so dass die Minimierung der Störeinflüsse der Methodik einen großen Teil der Arbeit einnimmt. Es konnte in dieser Arbeit nachgewiesen werden, dass S-Nitrosoalbumin mittels des beschriebenen Verfahrens quantitativ bestimmbar ist. Eine Übertragung des Verfahrens auf Messungen im Blutplasma wird der Gegenstand weiterer Forschungen sein.
ZIELSETZUNG: In heutiger Zeit beobachtet man in allen Bereichen der Chirurgie den Trend zu weniger traumatischen Operationen im Sinne einer minimalinvasiven Chirurgie. In der Herzchirurgie ist eines dieser Verfahren die OPCAB-Methode, eine Bypassoperation ohne Einsatz der Herz-Lungen-Maschine (off pump coronary artery grafting). Um eventuelle Vorteile dieser Methode auf die Kontraktilität des Herzmuskels zu untersuchen, wurde sie mit einer Bypassoperation unter Verwendung der extrakorporalen Zirkulation verglichen. Dazu wurde ein Leitfähigkeitskatheter verwendet, welcher die linksventrikuläre Funktion mit Hilfe von Druck-Volumen-Beziehungen vor und nach der Operation erfassen kann. METHODEN: 34 Yorkshire Duroc Schweine wurden sternotomiert und anschließend der jeweiligen OP-Methode zugeführt. Der Leitfähigkeitskatheter wurde in den linken Ventrikel eingeführt. Die Kontraktilitätsparameter wurden prä- und postoperativ gemessen. Eine Gruppe (n=11) wurde für eine Stunde einer normothermen extrakorporalen Zirkulation ausgesetzt. Eine zweite Gruppe (n=8) wurde nach der OPCAB-Methode operiert. Die dritte Gruppe (n=15) diente als Kontrollgruppe ohne Operation und extrakorporale Zirkulation. ERGEBNISSE: In der EKZ-Gruppe zeigt sich postoperativ bei allen bestimmten Kontraktilitätsparametern (ESPVR [p=0,01], dP/dt max [p<0,0001] & EF [p<0,0002]) ein signifikanter Kontraktilitätsverlust des Herzmuskels. Hinzu kommt ein signifikanter Abfall des Herzindex [p=0,0004]. In der OPCAB-Gruppe ist kein signifikanter Unterschied bezüglich der ESPVR [p=0,06] sowie der EF [p<0,65] nachzuweisen. Ebenso kommt es nicht zu einem Abfall des Herzindex [p=0,34]. Nicht ganz eindeutig stellt sich in unseren Versuchen das Ergebnis von dP/dt max [p=0,02] dar. Es zeigt einen signifikanten Unterschied, obwohl dieser von der ESPVR sowie der EF nicht wiedergegeben wird. Im intraoperativen Vergleich zeichnet sich insgesamt ein signifikanter Abfall der Herzmuskelkontraktilität während des Anlegens der Anastomose ab. In der Kontrollgruppe ist bei keinem der bestimmten Parameter im prä- und postoperativen Vergleich eine Änderung nachzuweisen (ESPVR [p=0,94], dP/dt max [p=0,75], EF [p=0,65], CI [p=0,78]). SCHLUSSFOLGERUNG: Der Einsatz der extrakorporalen Zirkulation führt zu einer signifikanten postoperativen Einschränkung der linksventrikulären Funktion. Die OPCAB-Methode führt in der sensiblen Phase des Anlegens der Gefäßanastomose ebenfalls zu einer Einschränkung der Herzmuskelkontraktilität, dennoch sind die Auswirkungen im Vergleich zur extrakorporalen Zirkulation deutlich reduziert. Im prä- /postoperativen Vergleich lässt sich kein Kontraktilitätsverlust nachweisen. Es kommt nicht zu einem Abfall der Herzleistung. Diese Studie zeigt somit einen eindeutigen Vorteil der OPCAB-Methode hinsichtlich Kontraktilität und liefert damit ein zusätzliches Argument zur weiteren Verbesserung dieser OP-Methode.
Seit Einführung der Operationen mit HLM vor etwa 50 Jahren haben zahlreiche Veränderungen von Komponenten zu Fortschritten bezüglich einer verbesserten Biokompatibilität der EKZ geführt (Daniel S 1996; Gu Y 1993). Die EKZ ist nach wie vor eine Voraussetzung für die Mehrzahl der Herzoperationen und ist mit einer systemischen inflammatorischen Reaktion verbunden (SIRS), welche für eine postoperative Organdysfunktion verantwortlich sein kann. Herz-, Lungen- und Nierenfunktion als auch Gerinnungssystem sind in verschiedenem Ausmaß betroffen (Kirklin JK (1983); Westaby S 1987). Dieser Ganzkörperschaden ist ein multifaktorieller Prozess, der hauptsächlich durch den Kontakt von Blut mit fremden Oberflächen verursacht wird und sowohl zu einer Aktivierung der Leukozyten als auch der Komplementkaskade führt (Gourlay T 2001; Levy JH 2003). In Zeiten der minimal-invasiven Herzchirurgie besteht nun nicht nur die Absicht, das chirurgische Trauma zu reduzieren, sondern auch die pathologischen Auswirkungen der EKZ zu minimieren. Deshalb führten neuartige Konzepte und Strategien zur Entwicklung minimierter extrakorporaler Zirkulationssysteme, die vor allem durch reduzierte Fremdoberflächen und geringeres Primingvolumen charakterisiert sind (von Segesser LK 2003). Das CorX™ System folgt diesem Konzept und besteht aus einem geschlossenen System mit sehr geringere Oberfläche, einer integrierten Pumpe mit Oxygenator und einem Luftelimierungssystem. Außerdem wird weder ein Kardiotomie-Reservoir noch eine perikardiale Saugung verwendet, um den zusätzlichen Blutluftkontakt zu vermeiden. Das Ziel dieser Untersuchung war, dass CorX™ System in einer prospektiv randomisierten Studie mit einer konventionellen HLM in Bezug auf perioperative klinische und biochemische Parameter bei koronararteriellen Bypassoperationen in einem Niederigrisiko Patientenkollektiv zu vergleichen. 200 Patienten wurden entweder der CorX™ System-Gruppe (n = 100, Gruppe A) oder der Standard-HLM-Gruppe (n = 100, Gruppe B) zugeteilt. Neben der Auswertung von perioperativen Daten und routinemäßigen Blutproben waren vor allem die Lungenfunktion und der Myokardschaden Gegenstand dieser Untersuchung. Die PMNElastase und TCC dienten dazu, die inflammatorische Reaktion zu beurteilen. Demographische und operative Patientendaten unterschieden sich zwischen beiden Gruppen nicht, sie waren daher vergleichbar. Die postoperative Lungenfunktion zeigte postoperativ keinen signifikanten Unterschied in beiden Gruppen. Zwar war der Oxygenierungsindex in der ersten postoperativen Messung in der CorX-Gruppe signifikant niedriger, dies hatte aber keine Auswirkungen auf die Ergebnisse der Lungenfunktionstests am 5. postoperativen Tag. In der CorX™-Gruppe beobachteten wir verminderte CK-MB Werte postoperativ, was auf einen signifikant niedrigeren Herzmuskelzelluntergang hinweist. Auch dieses Ergebnis hatte aber keine klinische Relevanz. Eine Stunde nach HLM waren sowohl PMN-Elastase als auch TCC signifikant niedriger in Gruppe A im Vergleich zu Gruppe B (PMNE:76±44ng/ml vs 438±230ng/ml, p<0,0001; TCC: 16±8IU/ml vs 29±19IU/ml, p<0,0001). Dies zeigt eine deutlich verminderte inflammatorische Reaktion in der CorX-Gruppe auf, welche sich aber klinisch in diesem Niedrigrisikopatientengut nicht ausgewirkt hat. Die klinischen Ergebnisse hinsichtlich Morbidität und Mortalität, Intensiv- und Krankenhausaufenthalt waren nicht signifikant unterschiedlich im Gruppenvergleich. Das CorX™ System ist sicher und erfordert nur eine kurze Trainingsperiode für das chirurgische Team. Es wurde von den Kardiotechnikern gut angenommen und sogar gegenüber der konventionellen HLM favorisiert. Die inflammatorische Reaktion nach EKZ war signifikant reduziert, jedoch gab es bei Niedrigrisikopatienten keinen messbaren Unterschied bei Betrachtung der klinischen Ergebnisse. Die Reduktion der inflammatorischen Reaktion durch den Einsatz einer minimierten HLM könnte bei Hochrisikopatienten aber von großer Bedeutung sein.
Die mediane Sternotomie ist in der Kardio-Chirurgie der wichtigste Zugang zum Herzen. Postoperative Wundheilungsstörungen in diesem Bereich sind seltene, jedoch gefürchtete Komplikationen, die zu schwerwiegenden Konsequenzen führen können. Die zunächst einfache oberflächliche Wundheilungsstörung kann sich verkomplizieren und über eine Osteomyelitis des Sternums zu einer Mediastinitis mit eventuell letalen Konsequenzen führen. Aktuell geben unterschiedliche Autoren eine Inzidenz von 1 % – 8 % an. Die Mortalität der Sternumosteitis wird dabei zwischen 10 % und 30 % angegeben. Wird der Pathomechanismus der Erkrankung zu einem Algorithmus zusammengefasst, so kann sich über einen descendierenden Verlauf eine oberflächliche Wundheilungsstörung zu einer Sternumosteitis und schließlich zu einer Mediastinitis entwickeln. Natürlich kann sich die Infektion auch ascendierend ausbreiten. Über eine Infektion des Mediastinums oder des Sternums kann sich eine Infektion über die Weichteile bis an die Körperoberfläche ausdehnen. Der typische Patient, der eine Wundheilungsstörung erleidet ist in aller Regel polymorbide. Besonders bei diesem Patientenkollektiv sind eine kurze Behandlungsdauer und eine schnelle, postoperative Rehabilitation für das Ergebnis vorrangig. Ist der gewählte Therapieplan nicht aggressiv genug, so kommt es häufig zu chronischen Erkrankungen mit Fistelungen und einem konsekutiven Fortschreiten der Infektion in Weichteilen und Knochen. Neben medizinischen Gesichtspunkten kommen auch der wirtschaftliche Aspekte zu tragen. Wiederholte Operationen, lange Liegezeiten auf der Intensivstation und wiederholte sowie langwierige Rehabilitationsphasen sind nur wenige Beispiele der kostenintensiven Therapiebestandteile. Aufgrund der schwer beherrschbaren Infektsituation ist eine konsequent aggressive, definitive und zuverlässige Versorgung der infizierten Wunden von höchster Priorität. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich dabei um Wundheilungsstörungen im Bereich der Haut- und Unterhautweichteile, des Sternums oder des Mediastinums handelt. Zur Behandlung der Wundheilungsstörung nach medianer Sternotomie existieren verschiedene Behandlungsansätze und Therapieoptionen. Diese reichen von einfachen Debridements mit Sekundärvernähungen über Spül-Saug-Drainagen mit Antibiotika versetzen Lösungen bis hin zu Sternumteilresektionen, Vakuumverbänden und komplexen Lappenplastiken. ...
ZIELSETZUNG: Die postoperative kardiale Ventrikelfunktion ist stark mit den Auswirkungen der kardialen Ischämie und den Auswirkungen der extrakorporalen Zirkulation (EKZ) assoziiert. Um die alleinigen Auswirkungen der EKZ auf die postoperative linksventrikuläre Herzfunktion zu untersuchen, wurde ein Leitfähigkeitskatheter verwendet mit dem die linksventrikuläre Funktion mit Hilfe der Druck-Volumen Beziehung vor und nach EKZ erfasst werden konnte. METHODEN: 22 drei Wochen alte Schweine wurden sternotomiert und einer normothermen EKZ von 1 h ausgesetzt. Der Leitfähigkeitskatheter wurde in den linken Ventrikel eingeführt. Die endsystolische Druck-Volumen-Beziehung (ESPVR), der linksventrikuläre enddiastolische Druck (LVEDP) und der systemische Gefässwiderstand (SVR) wurden in Ruhephasen vor und 15 Min nach EKZ in Gruppe A (n=11) gemessen. Gruppe B (n=11) diente als Kontrollgruppe ohne EKZ. ERGEBNISSE: Vor der Implementierung der EKZ wurden in beiden Gruppen keine signifikanten Unterschiede efunden. Als Mass für eine eingeschränkte LV Funktion wurde eine signifikant niedrigere Steigung der ESPVR (mmHg/ml) in der EKZ-Gruppe nach Abgang von der HLM im Vergleich zur Kontrollgruppe festgestellt (1,69 ± 0,51 vs. 1,86 ± 0,55; p<0.0081). In der EKZ-Gruppe war der maximale Druckanstiegsgeschwindigkeits- Index dP/dtmax index (mmHg/sec/kg) signifikant erniedrigt (1596,10 ± 339,51 vs. 2045,0 ± 205,57; p<0.03). In Gruppe A war die Steigung der EDPVR (mmHg/ml) signifikant erniedrigt (7,21 ± 2,20 vs. 5,43 ± 1,36; p = 0,0293), während der LVEDP (mmHg) signifikant erhöht war (11,67 ± 2,59 vs. 5,39 ± 0,92; p<0.001). Zudem konnte ein signifikant niedrigerer systemischer Gefässwiderstand- Index(SVR)(dyn.sec.cm-5/kg) in der Kontrollgruppe gemessen werden (1407,30 ± 176,44 vs. 1676,94 ± 312,96; p<0.0001). SCHLUSSFOLGERUNG: Auch ohne ischämischen Arrest führt der Einsatz der EKZ zu einer signifikanten Einschränkung der LV Funktion in der frühen post EKZ Phase. Dies sollte bei der Entscheidungsfindung für die Wahl der Operationsstrategie bedacht werden.
Aortale Partikelfiltration zur Reduktion von neurologischen Komplikationen in der Koronarchirurgie
(2006)
Eine verminderte Neuropathogenität nach kardialen Eingriffen, die durch technischen Fortschritt erreicht werden könnte, wird durch das alternde Patientenkollektiv mit steigender Inzidenz für Arteriosklerose und erhöhtem Risiko zerebraler Komplikationen ausgeglichen. Zerebrale Dysfunktionen bleiben die häufigste Ursache für postoperative Morbidität und Mortalität. Als wichtigste Quelle partikulärer Embolien gilt die aortale Verkalkung. Der Zusammenhang zwischen partikulären Embolien und konsekutiver zerebraler Dysfunktion ist bekannt. Kritischer Zeitpunkt für die Embolisation der Gewebspartikel in das Gehirn ist die Öffnung der Aortenklemme. Es konnte gezeigt werden, dass die Platzierung eines intraaortalen Filters kurz vor Öffnung der Aortenklemme, die Inzidenz der neurologischen und neuropsychologischen Komplikationen in einer Hochrisiko-Patientengruppe reduzierte. Die vorliegende prospektiv randomisierte Studie untersuchte 50 Patienten mit niedrigem Risikoprofil, die sich im Zeitraum August 1999 bis Februar 2001 einer aortokoronaren Bypassoperation mit kardiopulmonalem Bypass, unterzogen. Bei 25 Patienten wurde der intraaortale Filter (Embol-X Inc, Mountain View, CA) eingesetzt. Zur Beurteilung der Effizienz der intraaortalen Filtration wurden neuropsychologische Untersuchungen (Mosaik-Test, Benton-Test, Zahlenverbindungs-Test, Zahlennachsprech-Test, d2-Test, Beck-Depressions-Inventar) erhoben und als laborchemisches Korrelat das S-100B-Protein und die NSE bestimmt. Die neuropsychologischen Untersuchungen wurden präoperativ, 5 Tage und 2 Monate postoperativ durchgeführt. Die Laborparameter wurden zu fünf Abnahmezeitpunkten bestimmt (vor Narkoseeinleitung, nach Beginn der extrakorporalen Zirkulation, 10 Minuten nach Öffnen der Aortenklemme, eine Stunde und 24 Stunden postoperativ) bestimmt. Die Patientengruppen zeigten hinsichtlich der demografischen und intraoperativen Daten keine statistisch signifikanten Unterschiede.Neurologische Komplikationen fanden sich in keiner der Gruppen. Die Ergebnisse der neuropsychologischen Untersuchungen zeigten im Gruppenvergleich für keinen Zeitpunkt einen signifikanten Gruppenunterschied. Die Mittelwerte des S-100B-Protein-Konzentration der Gruppe mit Filter waren zu allen Abnahmezeitpunkten niedriger als in der Gruppe ohne Filter, das Signifikanzniveau von 5% wurde nur zum Abnahmezeitpunkt nach Beginn der EKZ erreicht; es handelte sich hierbei also nicht um einen methoden-, sondern wahrscheinlich patientenbedingten Unterschied. Die Mittelwerte der NSE-Konzentration unterschieden sich im Gruppenvergleich nicht. Die Tatsache, dass sich weder aus den neuropsychologischen Untersuchungen, noch der NSE-Konzentration pathologische Werte ergaben, sehen wir im niedrigen Risikoprofil des Patientenkollektivs begründet. Bei sonst homogener Risikofaktorverteilung wurden bei 7 von 50 Patienten palpatorisch aortale Plaques oder Verkalkungen nachgewiesen (14%). Die Daten der zwei Patienten aus der Gruppe ohne Filter und der 5 Patienten aus der Gruppe mit Filter wurden gesondert ausgewertet. Trotz des erhöhten Risikos zeigte sich bezüglich der postoperativen Ergebnisse kein Unterschied. Ob dieser Risikoausgleich der intraaortalen Filtration zuzuschreiben ist, bleibt zum jetzigen Zeitpunkt eine Annahme. Zusammenfassend konnten wir in dieser Patientengruppe mit niedrigem Risikoprofil bezüglich der neurologischen und neuropsychologischen Ergebnisse keinen Behandlungsvorteil der intraaortalen Filtration feststellen. Weitere Untersuchungen von Patientengruppen mit aortaler Verkalkung oder Plaquebildung werden notwendig sein, um den Nutzen der aortalen Filtration beurteilen zu können.