Messverfahren

Elektrolytmangel während EKZ: korrigieren, retuschieren oder ignorieren?

Legt man die klassischen Kriterien zugrunde, kann die extrakorporale Zirkulation (EKZ) gut und gern als Schockzustand gelten. Entscheidend für das Outcome ist, wie dieser Schock kontrolliert wird. Elektrolyte spielen dabei eine wichtige Rolle. Optimiertes Priming allein ist in den seltensten Fällen ausreichend. Meist muss während der Perfusion nachgesteuert werden. Für Kalium, Kalzium und Natrium orientiert man sich gern an einer Blutgasanalyse (BGA). Dieser Beitrag will klären, warum das häufig nur Serumkosmetik ist statt Therapie. Der Text beschreibt die vier wichtigsten Kationen, ihr Zusammenspiel und ihre wirksame Substitution.


Schutzrechte im Überblick: Patent, Muster, Marke

Kardiotechniker sind ideenreiche Leute. Doch Ideen kann man nicht schützen lassen. Einmal ausgesprochen, darf jeder auch nur zufällige Mithörer sie nach Belieben verwerten. Wer dies nicht will, muss seine Idee so weit realisieren, dass sie schutzwürdig wird – und dann auch zum Schutz anmelden. Dieser Beitrag erklärt die verschiedenen Rechte, wie man sie erwirbt und was das kostet. PATENT Das Patent schützt Erfindungen, die absolut neu, gewerblich nutzbar und wirtschaftlich verwertbar sind. Dazu zählen zum Beispiel Geräte und deren Teile, Kunststoffe, Arzneimittel, auch Arbeits-, Anwendungsoder Herstellungsverfahren, nicht aber Software, medizinische Behandlungsverfahren oder Zuchtverfahren. Die Voraussetzung „absolut neu“ bedingt zwingend, dass absolutes Schweigen wahren muss, wer seine Erfindung patentieren möchte. Berichtet man auf einer Tagung darüber, zeigt man das Objekt auf einem Dia oder Poster, gibt es kein Patent mehr darauf!.


Prinzipien der ACT-Messung

Ebenso alt wie die ersten Anwendungen von Heparin sind auch die Versuche, dessen Wirkung in vitro zu bestimmen: 1936 beschrieb Wilander ein in der Gruppe um Jorpes entwickeltes „Gerät zur Bestimmung der Gerinnungszeit des Blutes“, ehe dann Margolis in Oxford 1957 Glaspartikel als Aktivator der Blutgerinnung nutzte und 1958 die Kaolin-Gerinnungszeit als „schnelle Ein-Schritt-Methode zur Bestimmung von Gerinnungsdefekten“ vorstellte: Zwei Röhrchen aus Glas von 2½ Zoll Länge und 3/8 Zoll Durchmesser werden befüllt mit 0,05 ml Kochsalzlösung, 0,1 ml Blutplasma und 0,05 ml Kaolin-Lösung, hergestellt aus 200 mg Kaolin in 5 ml Kochsalzlösung. „Die Röhrchen werden unter gelegentlichem Schütteln für 2 Minuten auf 37 °C inkubiert, das Gemisch anschließend mit 0,1 ml CaCl2-Thrombozyten-Reagenz rekalzifiziert. Die Proben werden in Intervallen geschüttelt und auf Gerinnung inspiziert. Der Endpunkt ist scharf und wird durch das Ausflocken von Kaolin 2–5 Sekunden vor der Bildung eines festen Gerinnsels angekündigt …“ Es bedurfte weiterer Anstrengungen, die Methode wirklich schnell zu machen. (Abb.: Die Hepcon-Cartridge von Hemotec, Englewood, CO. Quelle: US-Patent No. 4.599.219).


Funktionsprinzip des kontinuierlichen In-Line-Monitorings

Präzise, kontinuierliche Informationen über wichtige Blutparameter sind notwendig für ein optimiertes Patientenmanagement während der extrakorporalen Zirkulation bei herzchirurgischen Eingriffen. Komplikationen wie Hirnschädigungen infolge von Hypoperfusion oder Hypooxygenierung stellen Probleme dar, denen vorgebeugt und die verhindert werden müssen. Um wichtige Blutparameter während des kardiopulmonalen Bypasses zu überwachen, wurden konventionelle Blutgasanalysatoren und kontinuierliche In-Line-Blutparameter- Monitoring-Systeme (CIBPMS) entwickelt.
CIBPMS nutzen verschiedene Messtechnologien (optisch-fluoreszierend, elektrochemisch, optisch-reflektierend, optischlumineszierend) mit zugehörigen Vor- und Nachteilen hinsichtlich Genauigkeit, Präzision und Stabilität . In Studien wurde insbesondere die Sensorverlässlichkeit der optischen Technologie untersucht (Abb.: Schematische Darstellung des internen Kühlkreislaufs).


Kälteerzeugung moderner Hypothermiegeräte

Die Erzeugung von kaltem Wasser und die präzise und schnelle Steuerung seiner Temperatur ist eine Grundvoraussetzung für die adäquate Kühlung von Patienten in extrakorporalen Kreisläufen. Moderne Hypothermiegeräte leisten dies über den Anschluss von Wärmetauschern – meist integriert in Oxygenatoren – und von speziellen Matten. Die heutigen „State-of-the-Art“-Wärmetauscher zeichnen sich durch eine sehr effiziente Wärme- bzw. Kälteübertragung zwischen zirkulierendem Wasser und Patientenblut aus. Die Wärmetauschereffizienz wird in der Regel durch einen Performance-Faktor von 0 bis 1 beschrieben. Grundsätzlich gelten Werte über0,5 als effizient
Die Absenkung der Körperkerntemperatur, aber auch die selektive Kühlung eines Organs reduziert die Stoffwechsel aktivität und erhöht die Ischämietoleranz von Zellen und Gewebe. Durch Reduktion der Körpertemperatur um 10 °C sinkt die Stoffwechselrate bzw. der Sauerstoffverbrauch des menschlichen Organismus um die Hälfte (sog. Q10-Effekt). Darüber hinaus ermöglicht die Hypothermie eine Senkung der Blutflussrate und verringert somit Traumatisierungen und den Rückstrom von Blut über Bronchial- und nonkoronare Kollateralgefäße. Somit stellt die induzierte Hypothermie eine sehr effektive und bewährte Form der Organprotektion dar, besonders in Situationen potenzieller Minderversorgung oder unmittelbar nach einer Unterversorgung wie dem asystolen Kreislaufstillstand. Die Generierung von kaltem Wasser (Abb.: Schematische Darstellung des internen Kühlkreislaufs).


Telemetriesysteme für elektrisch aktive Implantate

Das Wort Telemetrie stammt aus dem Griechischen und bedeutet übersetzt „in der Ferne messen“ und bezeichnet die Übertragung von Daten zwischen zwei räumlich getrennten Orten. Für den Bereich des Cardiac Rhythm Management bedeutet dies die Kommunikation zwischen dem Implantat (z.B. einem Schrittmacher) und dem Programmiergerät außerhalb des Körpers. Jeder Schrittmacher besitzt einen internen Speicher, in dem die aktive Programmierung der Funktionen abgespeichert ist. Neuere Implantate speichern zusätzlich diagnostische Daten wie z.B. Zähler oder Histogramme. Ziel der telemetrischen Abfrage ist der Zugriff auf die gespeicherten Daten und die Veränderung der Programmierung, um die Therapie an den Patienten anzupassen. Als Transmitter für die Datenübertragung werden modulierte elektromagnetische Wellen benutzt. Bei der digitalen Daten übertragung besteht dabei die Möglichkeit, die Bits über eine Änderung der Amplitude (ASK – Amplitude Shift Keying) oder der Frequenz (FSK – Frequency Shift Keying) zu kodieren. Die allgemeinen Standards werden dabei in den USA von der Federal Communications Commission (FCC) und in Europa vom European Telecommunications Standards Institute (ETSI) festgelegt. Findet die Datenübertragung nur vom Programmiergerät zum Implantat statt, also in einer Richtung, spricht man von einer unidirektionalen Telemetrie. Sie erlaubt die Programmierung des Implantats, jedoch können keine intrakardialen Elektrogramme (IEGM), Messwerte, Histogramme etc. vom Schrittmacher ausgelesen werden. Eine Überprüfung der Programmierung kann nur über ein externes EKG erfolgen. (Abb.: RF-Antenne eines Zweikammer-ICDs (Gold), halbbogenförmig untergebracht im Header des ICDs).


Funktionsprinzip elektronischer Gasblender

Der elektronische Gasblender ermöglicht die präzise Einstellung, Überwachung und Anzeige der zur extrakorporalen Zirkulation benötigten Gasflüsse. Der Gasfluss wird über eine thermische Massendurchflussmessung erfasst. Im Gegensatz zu volumetrischen Messsystemen wird die spezifische Wärmeleitfähigkeit der Gase zur Ermittlung des Durchflusses genutzt. Ein Laminarflusselement im Hauptkanal erzeugt einen geringen Druckabfall. Über eine mit Sensorelementen bestückte Bypass-Leitung strömt ein kleiner Teil des Gases mit konstantem Verhältnis zum Eingangsfluss. In der Mitte der Leitung befindet sich eine Heizwicklung. Vor und hinter der Wärmequelle sind Temperatursensoren angebracht, die die Temperaturdifferenz erfassen.Die Temperatursensoren messen annähernd gleiche Werte, falls kein Gasfluss im Bypass-Element registriert wird. Sobald ein Gas fließt, entsteht eine Temperaturdifferenz, die direkt proportional zur Masse des durchfließenden Gases ist.


Aktueller Status von Oxygenatorkonstruktionen

Die heute auf dem Markt befindlichen Oxygenatoren sind fast alle mit Hohlfasern ausgestattet. Einige Silikonmembran- und auch Bubbleoxygenatoren sind noch aus der Vorgeschichte der Oxygenatorentwicklung in manchen Gebieten der Welt zu finden. Der gesamte Weltmarkt für Oxygenationshohlfasern wird von den Firmen Membrana bzw. Celgard und Terumo beliefert. Es stehen zwei Typen von Fasern zur Verfügung: die mikroporösen Polypropylen- und die diffusiven Polymethylpenten- Fasern (Abb.: REM-Aufnahmen von OXYPHAN® im Längsbruch (mikroporöse Polypropylen-Faser).


Funktionsweise automatischer Schlauchklemmen am Beispiel des arteriellen Autoclamp-Systems

In den aktuellen Leitlinien der Fachgesellschaften werden Funktionsmerkmale von Perfusionssystemen empfohlen, darunter Luftblasenerkennung, Erkennung eines retrrograden Flusses, Reservoirpegelerkennung und automatisches Abklemmen der arteriellen Linie. Die Herz-Lungen-Maschine Medtronic Performer® CPB wie auch die Medtronic BioConsole® 560 unterstützen alle diese Funktionsmerkmale. Im folgenden Artikel wird unser Sicherheitssystem für das automatische Abklemmen der arteriellen Linie (Abb.: Autoclamp) vorgestellt.


Druckaufnehmer heute

Um physiologische Druckverhältnisse zu überwachen und zu registrieren, verwendet man im medizinischen Bereich Druckmesswandler, so genannte Transducer. Mit diesen können sowohl statische als auch dynamische Druckverläufe dargestellt werden. Um eine Austauschbarkeit dieser Druck-Transducer an verschiedenen Mess- und Anzeigegeräten (z. B. Intensivmonitoren) der verschiedensten Hersteller zu gewährleisten, wurde eine Norm (AAMI) herausgegeben. An diese müssen sich Hersteller von Druckaufnehmern und Monitorhersteller halten. Der wichtigste Parameter hierbei ist die Empfindlichkeit, die mit 50 Mikrovolt je Volt Versorgungsspannung und mmHg (50 µV/Volt/mmHg) festgelegt wurde. Weitere Festlegungen betreffen Mindestanforderungen an das dynamische Verhalten und die elektrische Sicherheit der Transducer (z. B. Isolation zwischen Flüssigkeitsweg und elektrischen Anschlüssen).


Funktionsprinzip eines Luftblasendetektors

Neben den Niveauüberwachungs-, Druck- und Temperatursensoren ist der Luftblasendetektor eines der wichtigsten Überwachungsmodule der Herz-Lungen-Maschine. Luftblasendetektoren von HLM dienen der Erkennung von Luftblasen bestimmter Größen im Schlauchsystem während einer Perfusion. Um die Gefahr einer Luftembolie beim Patienten auszuschließen, sollten Luftblasendetektoren idealerweise zwischen arteriellem Filter und Patient angebracht werden. Ferner ist ein zusätzlicher Luftblasendetektor in der Kardioplegielinie denkbar. In der Regel wird der Luftblasendetektor der arteriellen Pumpe zugeordnet. Die Luftblasendetektoren der Firma Maquet Cardiopulmonary erfassen Luftblasen im Bereich von 300 µm bis 5 mm. Kleine Luftblasen unter 5 mm werden vom System detektiert, lösen aber zunächst keinen Alarm aus (Abb.: Aufbau des Maquet Luftblasendetektors).


Funktionsprinzip der Niveauüberwachung

Die Niveauüberwachung ist üblicherweise der arteriellen Pumpe zugewiesen. Hierbei handelt es sich um einen Sensor zur nichtinvasiven Überwachung von Blutniveau im Reservoir eines extrakorporalen Kreislaufs. Für die Steuerung des Niveaus sind zwei Betriebsarten möglich:

  1. Start-Stopp-Betrieb: Bei Erreichen des Stoppniveaus wird die zugeordnete Pumpe angehalten. Sobald der Pegel wieder über das Stoppnivau steigt, wird die Pumpe automatisch gestartet und geht auf die voreingestellte Drehzahl zurück.
  2. Regelbetrieb: Die Pumpendrehzahl wird so weit reduziert, dass sich ein konstanter Pegel (oberhalb des Stoppniveaus) einstellt (Abb.: Aufbau des Stöckert Niveausensors II).