Normotherme Hämoperfusion isolierter Schweineherzen: Charakterisierung eines neuen Modells mit Berücksichtigung des intramyokardialen Sauerstoffpartialdruckes bei regulärer Perfusion und Okklusion eines Koronararterienastes
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Berlin
Mensch & Buch Verl.
2001
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| adam_text | Titel: Normotherme Hämoperfusion isolierter Schweineherzen
Autor: Ast, Inga
Jahr: 2001
INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG.........................................................................................................1
2 PROBLEMSTELLUNG..........................................................................................3
3 LITERATURÜBERSICHT.....................................................................................4
3.1 Anatomie des Herzens....................................................................................4
3.1.1 Allgemeine Anatomie des Herzens.................................................................4
3.1.2 Koronarkreislauf.............................................................................................5
3.1.2.1 Koronarer Versorgungstyp...................................................................6
3.1.2.2 Besonderheiten der herzeigenen Blutgefässe.....................................7
3.2 Grundlagen der Elektrophysiologie des Herzens............................................8
3.2.1 Elektromechanische Kopplung.....................................................................10
3.3 Stoffwechselphysiologie des Herzens...........................................................11
3.3.1 Determinanten des Sauerstoffverbrauches im Herzmuskel..........................13
3.4 Sauerstoffmessung im Gewebe....................................................................14
3.4.1 Bedeutung des Sauerstoffs..........................................................................14
3.4.2 Messung des Sauerstoffpartialdruckes im Herzmuskel.................................15
3.4.2.1 Polarografische und galvanische Reduktion von Sauerstoff an Me-
talloberflächen...................................................................................15
3.4.2.2 Messung von Sauerstoff durch seinen Einfluss auf die Relaxations-
zeit von angeregten Molekülen..........................................................16
3.4.2.3 In-situ Spektrophotometrie von intrinsischen Redoxsystemen...........17
3.5 Isoliert perfundierte Herzen...........................................................................19
3.5.1 Geschichtlicher Überblick.............................................................................19
3.6 Kardioplegie..................................................................................................22
3.6.1 Kardioplegie-Methoden................................................................................22
3.6.1.1 Koronarperfusion...............................................................................23
3.6.1.2 Ischämischer Herzstillstand...............................................................23
3.6.1.2.1 Reine Ischämie..................................................................23
3.6.1.2.2 Hypothermer Herzstillstand...............................................24
3.6.1.2.3 Induzierter Herzstillstand...................................................24
3.6.2 Kardioplegie mit Zusatz von 2,3-Butanedione-Monoxime (BDM)..................25
3.6.2.1 Ursprung des BDM als Cholinesterase-Inhibitor................................25
3.6.2.2 Struktur, Wirkmechanismen und Einsatzmöglichkeiten von BDM......25
3.7 Ischämie und Reperfusion............................................................................26
3.7.1 Veränderungen im Zuge einer Ischämie.......................................................27
3.7.2 Zelluläre Mechanismen der „Reperfusion Injury ..........................................28
3.7.3 Vermeidung von Reperfusionsschäden........................................................30
INHALTSVERZEICHNIS
4 MATERIAL UND METHODEN............................................................................31
4.1 Material.........................................................................................................31
4.1.1 Aufbau für die Perfusion isolierter Schweineherzen......................................31
4.1.1.1 Blutkreislauf.......................................................................................32
4.1.1.2Dialysatkreislauf................................................................................33
4.1.1.3Wärmekreislauf.................................................................................33
4.1.1.4Regel- und Messtechnik, Datenaufzeichnung....................................33
4.1.2 Verwendete Lösungen..................................................................................33
4.1.2.1 Dialysat ..........................................................................................34
4.1.2.2Kardioplegielösung............................................................................34
4.1.2.3Natriumcitratlösung............................................................................35
4.1.3 Blutgasanalyse und Oximetrie......................................................................36
4.1.4 Sauerstoffmessung im Gewebe....................................................................36
4.1.5 Defibrillator und Herzschrittmacher...............................................................38
4.2 Methode........................................................................................................39
4.2.1 Organ- und Blutgewinnung auf dem Schlachthof..........................................39
4.2.1.1 Normaler Schlachtablauf...................................................................39
4.2.1.1.1 Modifizierter Schlachtablauf zur Gewinnung ungebrühter
Schweineherzen................................................................39
4.2.1.2 Auswahl der Tiere für die Organgewinnung.......................................40
4.2.1.3Blutgewinnung...................................................................................40
4.2.1.4 Herzgewinnung.................................................................................41
4.2.1.5Beurteilung der Herzqualität..............................................................42
4.2.2 Vorbereitung und Durchführung der Perfusion..............................................42
4.2.2.1 Präparation des Herzens...................................................................42
4.2.2.2Vorbereitung des Perfusionsaufbaus.................................................44
4.2.2.3Anschluss des Herzens an das Perfusionssystem.............................45
4.2.2.4 Massnahmen zum Erreichen einer geregelten Herztätigkeit
(„Reanimation ).................................................................................45
4.2.3 Durchführung des Versuchsprotokolls..........................................................47
4.2.3.1 Anpassungsphase.............................................................................47
4.2.3.1.1 Datenerhebung während der Anpassungsphase...............49
4.2.3.2 Versuchsphase..................................................................................49
4.2.3.2.1 Durchführung der Okklusion..............................................49
4.2.3.2.2 Datenerhebung während der Versuchsphase....................49
4.2.4 Statistik (Methoden der Auswertung)............................................................51
4.3 Verwendete Formeln.....................................................................................51
4.3.1 Organwiderstand..........................................................................................51
4.3.2 Sauerstoffgehalt und -verbrauch...................................................................52
4.3.3 Sauerstoffextraktion......................................................................................53
5 ERGEBNISSE.....................................................................................................54
5.1 Normotherme Hämoperfusion isolierter Schweineherzen.............................54
5.1.1 Stabilität des Systems..................................................................................55
VI
INHALTSVERZEICHNIS
5.1.1.1 Hämodynamik...................................................................................55
5.1.1.2Zellintegrität und Qualität des Organs................................................57
5.1.1.3 Mechanische Herzfunktion................................................................59
5.1.1.4 Ergebnisse der Analyse des Dialysates mittels ABL™505.................62
5.1.2 Sauerstoffversorgung und Stoffwechsel-Kenngrössen.................................63
5.1.2.1 Sauerstoffverfügbarkeit im arteriellen Blut.........................................63
5.1.2.2 Kenngrössen für die Beurteilung der Stoffwechsellage......................66
5.2 Verhältnisse während Okklusion eines Koronararterienastes.......................71
5.2.1 Hämodynamik und mechanische Herzfunktion.............................................71
5.2.1.1 Hämodynamik...................................................................................71
5.2.1.2 Mechanische Herzfunktion................................................................76
5.2.2 Sauerstoffversorgung und Stoffwechsel-Kenngrössen.................................78
6 DISKUSSION......................................................................................................84
6.1 Normotherme Hämoperfusion isolierter Schweineherzen.............................86
6.1.1 Stabilität des Systems..................................................................................87
6.1.1.1 Hämodynamik...................................................................................87
6.1.1.2 Indikatoren der Zellintegrität und der Qualität des Präparates...........88
6.1.1.3Mechanische Herzfunktion................................................................90
6.1.2 Sauerstoffversorgung und Stoffwechsel-Kenngrössen.................................93
6.1.2.1 Sauerstoffverfügbarkeit im arteriellen Blut.........................................93
6.1.2.2 Beurteilung der Stoffwechsellage......................................................94
6.2 Verhältnisse während Okklusion eines Koronararterienastes.......................99
6.2.1 Hämodynam/k und mechanische Herzfunktion.............................................99
6.2.2 Sauerstoffversorgung und Stoffwechsel-Kenngrössen...............................101
6.3 Kritik und Grenzen der Methode.................................................................105
7 ZUSAMMENFASSUNG....................................................................................107
8 SUMMARY........................................................................................................109
9 LITERATUR......................................................................................................111
10 TABELLEN- UND ABBILDUNGSVERZEICHNIS..............................................120
10.1 Tabellenverzeichnis..................................................................................120
10.2 Abbildungsverzeichnis..............................................................................120
11 DANKSAGUNG.................................................................................................122
12 SELBSTSTÄNDIGKEITSERKLÄRUNG............................................................123
13 LEBENSLAUF...................................................................................................124
VII
10 TABELLEN- UND ABBILDUNGSVERZEICHNIS
10 TABELLEN- UNO ABBILDUNGSVERZEICHNIS
10.1 Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Übersicht über die koronaren Versorgungstypen bei Mensch und Tier.................7
Tabelle 2 :Übersicht über unterschiedlichen Methoden zur Sauerstoffmessung im Ge-
webe.............................................................................................................17
Tabelle 3: Historische Entwicklung der Methoden für die isolierte Herzperfusion................20
Tabelle 4: Zusammensetzung der Dialysat- und.................................................................35
Tabelle 5: Zutaten für die Herstellung von 50 ml einer 3.2%igen Natriumcitratlösung.........36
Tabelle 6: Übersicht über die gemessenen und berechneten Parameter der Geräte
ABL™505 und OSM™3................................................................................36
Tabelle 7 : Technische Spezifikationen der L1COX®-REVOXODE......................................38
Tabelle 8 : Dosierungsangaben für die Verabreichung von Noradrenalin.............................47
Tabelle 9: Qualitätsparameter und Referenzwerte für das normotherm hämoperfundier-
te, isolierte Schweineherz.............................................................................48
Tabelle 10 : Übersicht zum Ablauf und zur Datenerhebung während der Versuchsphase
mit Okklusion des RIVA................................................................................50
Tabelle 11 : Angaben zur Organgewinnung, Organgewicht und Ischämiezeiten..................54
Tabelle 12: Angaben zur Reanimationsphase....................................................................55
Tabelle 13 : pH-Wert, pO2, pCO2und K*-Gehalt im Dialysat................................................62
Tabelle 14 : DO2, MVO2 und AVDO2 aus dem arteriellen Blut während der
Versuchsphase mit 30 min Okklusion des RIVA...........................................79
10.2 Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1 : Schnitt durch die vier Herzabteilungen.............................................................4
Abbildung 2: Verlauf und Aufzweigung der Koronararterien beim Schwein.............................5
Abbildung 3 : Querschnitt durch die Ventrikel eines Herzens zur Demonstration des beid-
seitig koronaren Versorgungstyps beim Schwein............................................7
Abbildung 4 :Schematische Darstellung des Erregungsleitungssystems am Beispiel des
menschlichen Herzens....................................................................................9
Abbildung 5: Elektromechanische Kopplung und Erschlaffung in Herzmuskelzellen.............10
Abbildung 6 : Mögliche Wege der Energieproduktion im Herzen.........................................12
Abbildung 7: Strukturformel des 2,3-Butanedione-Monoxime (BDM)....................................25
Abbildung 8: Schema der Faktoren, die zu einer lethalen (nekrotischen) „Repeiiusion
Injury der Herzmuskelzellen führen..............................................................29
Abbildung 9: Perfusionsaufbau zur Perfusion isolierter Herzen (Schema)............................31
Abbildung 10: Schematischer Aufbau der PO2-Elektrode zur Messung des
intramyokardialen Sauerstoffpartialdruckes (mPO2)......................................37
Abbildung 11 : CBF,oog während 120 Minuten Perfusion......................................................56
120
10 TABELLEN- UND ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Abbildung 12 : CPP während 120 Minuten Perfusion..........................................................56
Abbildung 13 : arterieller und venöser K*-Gehalt während 120 Minuten Perfusion..............58
Abbildung 14 : Verlauf des Organwiderstandes während 120 Minuten Perfusion................58
Abbildung 15 : Verlauf der Herzfrequenz während 120 Minuten Perfusion..........................59
Abbildung 16 : Einzelverläufe der Druckamplituden im linken Ventrikel über den Perfu-
sionszeitraum von 120 min...........................................................................61
Abbildung 17 : Einzelverläufe der Druckamplituden im rechten Ventrikel über den
Perfusionszeitraum von 120 min...................................................................61
Abbildung 18 : Gesamt-Hämoglobin-Gehalt im Blut während 120 Minuten Perfusion..........64
Abbildung 19 : DO2 während 120 Minuten Perfusion...........................................................64
Abbildung 20 : arterieller und venöser PO2 während 120 Minuten Perfusion.......................65
Abbildung 21 : arterieller und venöser PCO2 während 120 Minuten Perfusion.....................67
Abbildung 22 : arterieller und venöser pH-Wert während 120 Minuten Perfusion.................67
Abbildung 23 : mPO2 im Versorgungsgebiet des RIVA während 120 min Perfusion............68
Abbildung 24 : MVO2 während 120 Minuten Perfusion........................................................69
Abbildung 25 : AVDO2 während 120 Minuten Perfusion......................................................70
Abbildung 26 : CPP während der Versuchsphase mit Okklusion des RIVA.........................72
Abbildung 27 : CBFioo, während der Versuchsphase mit Okklusion des RIVA.....................72
Abbildung 28 : CBF1OOg (%) während der Versuchsphase mit Okklusion des RIVA..............73
Abbildung 29 : Organwiderstand während der Versuchsphase mit Okklusion des RIVA......75
Abbildung 30 : Organwiderstand (%) während der Versuchsphase mit Okklusion des
RIVA.............................................................................................................75
Abbildung 31 : Amplitude im linken Ventrikel während der Versuchsphase mit Okklusion
des RIVA......................................................................................................76
Abbildung 32 : Amplitude im rechten Ventrikel während der Versuchsphase mit
Okklusion des RIVA......................................................................................77
Abbildung 33 : arterieller und venöser PO2 während der Versuchsphase mit Okklusion
des RIVA......................................................................................................78
Abbildung 34 : arterieller und venöser pH-Wert während der Versuchsphase mit
Okklusion des RIVA.. Dargestellt sind Min, Q1, Med, Q3 und Max zum
jeweiligen Messzeitpunkt (n = 6)...................................................................8°
Abbildung 35 : arterieller und venöser pCO2 während der Versuchsphase mit Okklusion
des RIVA......................................................................................................81
Abbildung 36 : mPO2 während der Versuchsphase mit Okklusion des RIVA.......................83
Abbildung 37 : mPO2 (%) während der Versuchsphase mit Okklusion des RIVA.................83
121
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| spellingShingle | Ast, Inga 1971- Normotherme Hämoperfusion isolierter Schweineherzen Charakterisierung eines neuen Modells mit Berücksichtigung des intramyokardialen Sauerstoffpartialdruckes bei regulärer Perfusion und Okklusion eines Koronararterienastes physiology cabt pigs cabt heart cabt animal models cabt haemodynamics cabt experiments cabt animal experiments cabt research cabt perfusion cabt myocardial ischaemia cabt blood vessels cabt coronary vessels cabt ischaemia cabt |
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