Bardt, Tillman: Multimodales zerebrales Monitoring bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma

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Kapitel 5. Diskussion

5.1 Monitoring von Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma

Das Monitoring von Patienten mit einem schwerem Schädel-Hirn-Trauma ist in den vergangenen Jahren einem großen Wandel unterzogen worden. Die zunehmenden Kenntnisse der Pathophysiologie sowie die Entwicklung neuer Technologien zur Überwachung von Patienten mit einem schweren Schädel-Hirn-Trauma haben nahezu gleichzeitig eine enorme Weiterentwicklung erlebt. Die kontinuierliche Überwachung des ICP wurde vor mehr als 30 Jahren eingeführt (Lundberg et al., 1965) und gilt heute als eine Standardmaßnahme, ohne die eine adäquate Behandlung von Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma nicht möglich ist (Miller et al., 1977; Marshall, et al., 1982; Miller, 1987; Unterberg et al., 1993). Die Ableitung des zerebralen Perfusionsdrucks aus intrakraniellem Druck und Blutdruck ist eine wichtige Ergänzung, welche die individuelle Therapiesteuerung verbessert hat (Rosner et al., 1990; Fessler et al., 1993; Rosner et al., 1995). Darüber hinaus wurde durch die Identifikation der zerebralen Ischämie als Hauptursache des zerebralen Sekundärschadens das kontinuierliche Monitoring von weiteren zerebralen Parametern notwendig. Mit der Entwicklung der jugularvenösen Oxymetrie wurde erst vor wenigen Jahren eine Methoden verfügbar, mit der die zerebrale Sauerstoffversorgung bedside überwacht werden kann (Cruz, 1993; Unterberg et al., 1993; Robertson et al., 1995). Diese wurde mittlerweise ergänzt durch die intraparenchymatöse pO2-Messung im Hirngewebe, welche derzeitig klinisch etabliert wird (Kiening et al., 1996; Dings et al., 1997). Die klinische Anwendung der nicht-invasiven Nah-Infrarot Spektroskopie des regionalen zerebralen Sauerstoffgehalts (rSO2) wird ebenfalls derzeit erprobt.

Zusammen mit den auf einer modernen Intensivstation etablierten Monitoringparametern zur Hämodynamik und Beatmung ergibt sich hieraus eine beträchtliche Gesamtzahl von Größen und Meßwerten, so daß deren Interpretation


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häufig schwierig ist. Eine schnelle Entscheidungsfindung bei der Therapie kritisch erkrankter Patienten wird durch die Vielzahl von Überwachungsparametern also häufig behindert. In einer Arbeit von Dasta, et al. über die Informationsverarbeitung auf modernen Intensivstationen wird postuliert, die technologische Entwicklung der letzten Jahre habe das „alte Problem“ des data overload zwar gelöst, dafür aber das „neue Problem“ des processing overload, also der Schwierigkeit der intellektuellen Verarbeitung aller Informationen, geschaffen (Dasta, 1990). In diesem Zusammenhang wurde ein computerunterstütztes Monitoring notwendig, welches den Informationswert der Meßdaten durch eine anschauliche, kompakte Darstellung erhöht. Nicht zuletzt ist die kontinuierliche Datensicherung, welche durch ein computergestütztes Monitoring ermöglicht wird, die Voraussetzung für eine wissenschaftliche Untersuchung pathophysiologischer Veränderungen nach einem schweren Schädel-Hirn-Trauma.

5.2 Methodik

5.2.1 Multimodales zerebrales Monitoring

Die ersten Berichte über das Konzept eines multimodalen zerebralen Monitoring gehen auf Chan und Mitarbeiter zurück, welche die simultane Aufzeichnung der Parameter MAP, ICP, CPP, ETCO2, SaO2, rCBF und eines biparietalen EEG bei komatösen Patienten mit erhöhtem ICP beschrieben haben (Chan et al., 1993). Die erste technisch orientierte Darstellung eines multimodalen Monitoringsystems speziell für die Anwendung in der Neurochirurgie wurde 1991 von Piper et al. publiziert (Piper et al., 1991). Hierbei handelte es sich um ein für heutige Verhältnisse einfaches und wenig flexibles Computersystem zur Datenregistrierung, welches nicht oder nur mit einem erheblichen Aufwand an veränderte Anforderungen angepaßt werden konnte. Dennoch stellt dieses System


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eine wichtige Grundlage der Entwicklung des in der hier vorliegenden Arbeit beschriebenen Monitoringsystem dar. Das MCM-System war zum Zeitpunkt seiner Einführung das erste Datenerfassungssystem für die neurochirurgische Intensivstation, welches bis zu 32 Parameter simultan erfaßt, graphisch anzeigt, digital registriert und zudem on-line Analysen der Meßwerte ermöglicht. Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung war die Gewährleistung einer schnellen und unkomplizierten Modifikation des Systems für variable Anwendungen.

Diese Ziele wurden erreicht (Bardt et al., 1998). Durch die modulare Struktur des verwendeten Programmiersystems konnten die einmal entwickelten Programmcodes wiederverwendet werden, was häufige Modifikationen des Datenerfassungssystems einfach möglich machte. Die Entwicklung des MCM war daher ein stetiger Prozeß, der die Erfahrung der klinischen Anwendung in die Software einfließen ließ. Dieser Entwicklungsprozeß hält auch heute noch an. Derjenige Programmteil beispielsweise, welcher die Datenerfassung für spezielle Untersuchungen im Forschungsmodus steuert, wird auch heute noch wiederholt überarbeitet und für neue Fragestellungen modifiziert. Auch die graphische Darstellung der Meßdaten wurde wiederholt verändert.

Im Trend der zunehmenden Vernetzung und Digitalisierung der Informationsverarbeitung auf der Intensivstation können zukünftige, digitale Konzepte des MCM die analoge Signalerfassung ablösen. Die bestehende Technologie des MCM kann dabei weiterhin verwendet werden. Diese Flexibilität des MCM-Systems hinsichtlich sich verändernder Anforderungen im Bereich von Hardware und Software gleichermaßen war zum Zeitpunkt seiner klinischen Einführung nach unserem Kenntnisstand einzigartig in der Neurochirurgie. Im Zuge der sich exponentiell entwickelnden Computertechnologie wird das hier


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vorgestellte MCM-System von Maas und Piper mittlerweile als Grundlage für weitere Entwicklungen im Bereich des Monitorings von Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma angesehen (Maas, 1998; Piper, 1998).

Die technische Sicherheit wurde bei dem hier beschriebenen System durch die Einhaltung geltender Richtlinien zur Anwendung von medizintechnischen Geräten an Patienten gewährleistet (Committee on Technology, 1994). Die Sicherheit wurde durch häufige Kontrollen überprüft. Sicherheitsmängel oder eine Gefährdung eines Patienten sind nicht aufgetreten. Die Zuverlässigkeit der Software konnte in den bislang etwa 7500 Stunden des Monitoring-Betriebs gezeigt werden. Dies ist vorwiegend auf die Qualität der Programmiersoftware LabVIEW und die sorgfältige Entwicklung der Monitoring-Software zurückzuführen. LabVIEW verfügt, wie alle kommerziellen Compiler, über Routinen zur Fehlersuche. Diese Funktionen kontrolliert die teilweise komplexen Programmbereiche auf redundante Objekte oder widersprüchliche Operationen. Ohne Elimination der von der Programmierumgebung gefundenen Fehler ist eine Compilierung des Programms nicht möglich. Dieses wurde in der Probephase vor der Aufstellung des Systems mehrere Wochen lang off-line getestet und dabei verschiedenen realitätsnahen Situationen, auch der Fehlbedienung, ausgesetzt. Die Datenerfassung wurde, einmal initiiert, auch bei konkurrierenden Eingabegeräten, bei gleichzeitig mehrfachem Betrieb des Programms sowie vielfältigen anderen potentiell kritischen Situationen nicht beeinträchtigt.

Die Dauer des multimodalen Monitoring war bei den Patienten interindividuell sehr unterschiedlich. Der Anteil des MCM an der Gesamtdauer des Aufenthalts auf der Intensivstation hat im Durchschnitt etwa 30% betragen. Es ist unumstritten, daß die Patienten besonders in der Frühphase nach dem Trauma durch sekundäre


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zerebrale Schäden besonders gefährdet sind (Chesnut et al., 1993). Daher ist ein umfangreiches zerebrales Monitoring in diesem Zeitraum von großer Bedeutung. Da das MCM erst beendet wurde, wenn die Patienten keine intrakranielle Druckerhöhung mehr hatten und hämodynamisch stabil waren, kann die Dauer des MCM als Indikator für die Dauer der kritischen Phase nach dem Trauma interpretiert werden. Die Dauer dieser kritischen Phase von 5 Tagen im Mittel bis zu 9 Tagen bei einzelnen Patienten ist mit den Zahlen anderer Untersucher gut vergleichbar (Marmarou et al., 1991; Unterberg, Kiening et al., 1993).

Eine Untersuchung von Goins et al. (Goins, 1991) bei 258 Patienten, die nach Unfällen mit einem Abdominaltrauma auf einer Intensivstation behandelt wurden, ergab bei nur 3% der Patienten eine Behandlungsdauer von mehr als 30 Tagen. Bei unseren Patienten hatten immerhin 20% eine Aufenthaltsdauer von 30 oder mehr Tagen auf der Intensivstation. Dies ist die fast siebenfache Anzahl von „Langliegern“ im Vergleich zu dem Kollektiv von Goins. Diese Zahlen belegen auch anhand der Verweildauer der Patienten auf der Intensivstation, daß es sich bei dem schweren Schädel-Hirn-Trauma um ein besonders schweres Krankheitsbild handelt.

5.2.2 Überwachung der zerebralen Oxygenierung - Methodenvergleich

5.2.2.1 Sauerstoffsättigung in der V.jugularis interna (SjvO2)

Die Messung der SjvO2 ist eine etablierte Methode zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Oxygenierung (Cruz, 1993; Cruz ,1993; Robertson, 1993; Unterberg et al., 1993; Robertson et al., 1995; Schneider et al., 1995; Unterberg et al., 1995). In der hier vorliegenden Arbeit wurde die SjvO2 als Referenz zur Untersuchung der neueren Verfahren verwendet.

Die in den für die Vergleichsmessungen ausgewählten Episoden erhobene „time of good data quality“ von annähernd 80% liegt weit über den Erfahrungen beim


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kontinuierlichen Monitoring und den in der Literatur genannten Größen (Sheinberg et al., 1990; Dearden et al., 1993; Kiening et al., 1996). Nach eigenen Erfahrungen ist die SjvO2 in etwa 50% der Monitoringzeit durch Artefakte gestört und damit nur bedingt zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Oxygenierung geeignet.

Wenn die SjvO2 unter 50% absinkt, so muß dieser Wert durch eine Kalibration des Meßsystems validiert werden. Dieser Vorgang ist zeitaufwendig und die Dauer einer einzelnen zerebralen hypoxischen Episode kann, wie die gleichzeitige Messung des PtiO2 belegt, kürzer sein als der Ausschluß eines Artefaktes in der SjvO2 in Anspruch nimmt. Schließlich ist die SjvO2 ein globaler Parameter, mit dem lokale oder regionale Störungen der zerebralen Sauerstoffversorgung nicht erfaßt werden können, sondern nur globale Veränderungen der zerebralen Sauerstoffextraktion gemessen werden.

Daß die Sauerstoffversorgung gerade im traumatisierten Gehirn jedoch regional sehr unterschiedlich ist, zeigen die Untersuchungen von Sarrafzadeh, et al. (Sarrafzadeh et al., 1998) und von Kiening, et al. (Kiening et al., 1996). Bei diesen Untersuchungen, welche auch mit dem multimodalen zerebralen Monitoring durchgeführt wurden, zeigten sich signifikante Unterschiede bei simultaner Messung des PtiO2 in der Nähe von Kontusionen und in bildmorphologisch normalen Arealen der Substantia alba.

5.2.2.2 Hirngewebe-Sauerstoffpartialdruck (PtiO2)

Das Monitoring des PtiO2 kann „bedside“ durchgeführt werden, ist minimal invasiv für den Patienten, liefert kontinuierliche Messungen mit einer hohen Langzeitstabilität sowie reproduzierbaren Ergebnisse. Diese Eigenschaften machen diese Methode in geradezu idealer Weise zum Einsatz bei Patienten mit schwerem


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Schädel-Hirn-Trauma geeignet. Zudem hat diese Methode eine vergleichsweise zufriedenstellende Datenqualität, die mit über 90% „time of good data quality“ allen anderen eingesetzten Verfahren überlegen ist. Aufgrund dieser Ergebnisse hat sich das PtiO2-Monitoring in unserer Klinik gegenwärtig als Standardverfahren zur Überwachung der zerebralen Oxygenierung bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma etabliert.

Komplikationen sind bei unseren Patienten durch die PtiO2-Messung nicht aufgetreten. Dings, et al., fanden bei Ratten Mikroblutungen entlang des Insertionskanals (Dings et al., 1998). Beim Menschen wurden diese Mikroblutungen post mortem noch nicht gezeigt. Der klinische Stellenwert dieser Hämorrhagien bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma ist nicht bekannt. Bei unseren Patienten, bei denen die Sonden relativ spät - im Mittel einen Tag nach dem Trauma - auf der Intensivstation gelegt wurden, kam es zu keinen Komplikationen durch Blutungen. Eventuell vorliegende Gerinnungsstörungen waren bei allen Patienten vor Insertion der PtiO2-Katheter korrigiert worden. Infektionen und Wundheilungsstörungen wurden bei der Anwendung der Titanbolzen zur Insertion und Fixierung der Sonden nicht gesehen.

Ein möglicher Kritikpunkt der Methode ist das geringe Meßareal von weniger als 20 mm2. Es ist nicht hinreichend bekannt, inwiefern die Messung des pO2 an der Grenzfläche des Hirngewebes zur Clark-Elektrode repräsentativ für ein größeres Gewebeareal ist. Vergleichsmessungen des PtiO2 mit der SjvO2 sollten einen Hinweis auf die Relation von lokaler gegenüber globaler Messung der zerebralen Oxygenierung ergeben. Aus den Regressionsanalysen von Kiening, et al., ergibt sich keine signifikante Korrelation beider Parameter im normalen Monitoringverlauf, jedoch eine signifikante Korrelation in Phasen kritisch erniedrigter zerebraler


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Sauerstoffversorgung (Kiening et al., 1996). Diese Daten deuten darauf hin, daß unter kritischen Bedingungen die Messung der regionalen Sauerstoffversorgung im Gehirn von Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma ein mindestens ebenso guter Indikator für eine drohende zerebrale Ischämie ist, wie die Überwachung der globalen zerebralen Oxygenierung. Die Daten belegen, daß ein Abfall der globalen Oxygenierung (SjvO2) immer auch mit einem verringerten PtiO2 verbunden war, daß hypoxische Werte des lokalen PtiO2 jedoch nicht immer durch die SjvO2 reflektiert wurden.

Ergänzende Untersuchungen von Sarrafzadeh, et al., haben die regionalen Unterschiede des pO2 in verschiedenen Hirnarealen verdeutlicht , auf die hier erneut hingewiesen werden soll (Sarrafzadeh et al., 1998). In der zitierten Arbeit wurden Messungen des PtiO2 in Kontusionen, in der Nähe von Kontusionen und in bildmorphologisch nicht geschädigten Arealen verglichen. Hierbei ergaben sich Hinweise darauf, daß der pO2 im Hirngewebe in der Nähe von Kontusionen, also perifokal, bereits kritisch verringert sein kann, wenn in anderen Arealen der Weißen Substanz noch normale Sauerstoffdruckwerte gemessen werden.

Aus diesen Daten kann geschlossen werden, daß sich durch die Messung des lokalen PtiO2 die Möglichkeit ergibt, spezifisch das besonders gefährdete Hirngewebe, z.B. in der Nähe von Kontusionsblutungen, vor den Folgen einer zerebralen Ischämie zu schützen. Die Voraussetzung hierfür ist die genaue Kenntnis der intrakraniellen Pathologie, um die Sonden entsprechend plazieren zu können. Zu diesem Zweck hat sich in der Regel eine computertomographische Kontrolluntersuchung 12 Stunden nach dem Trauma bewährt, da sich hier das Bild intrazerebraler Kontusionsblutungen meist deutlicher darstellt.


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Zu einem vergleichbaren Ergebnis kommen Kiening, et al., die prospektiv bifrontal den PtiO2 bei Patienten mit einem schweren Schädel-Hirn-Trauma erfaßt haben (Kiening et al., 1996). Auch diese Untersuchung zeigte signifikante Unterschiede des regionalen Hirngewebe-Sauerstoffpartialdrucks in Abhängigkeit von Kontusionsblutungen.

In der Praxis bestehen bei der Insertion der pO2-Katheter vor allem aufgrund funktionell relevanter kortikaler Areale vielfältige Einschränkungen. Daher wurden die in dieser Arbeit präsentierten Sonden lediglich in den Frontallappen und nicht nach präzentral inseriert.

Mögliche Nachteile der invasiven PtiO2-Messung ergeben sich hinsichtlich einer generellen klinischen Anwendung des Verfahrens. Da intrakranielle Blutungen als Komplikation der Sondeninsertion grundsätzlich nicht ausgeschlossen sind, sollte diese Methode nur in einer Klinik angewandt werden, in der gegebenenfalls eine neurochirurgische Intervention gewährleistet ist. Darüber hinaus bestehen Einschränkungen hinsichtlich des Zeitpunkts der ersten verfügbaren PtiO2-Messungen bei den Patienten. Für die intrazerebrale Plazierung der Sonden müssen geeignete Bedingungen hinsichtlich Asepsis und Operationsbesteck herrschen, die nur im Operationssaal oder auf einer speziell ausgestatteten Intensivstation gegeben sind.

Das Monitoring der zerebralen Oxygenierung ist auch mit einer pO2-Sonde in der Initialphase nach dem Trauma, in welcher die Patienten durch Hypotension und globale Hypoxie besonders gefährdet sind eine zerebrale Ischämie zu erleiden, nicht möglich. Die Vermeidung von Hypoxie und Hypotension, den Hauptursachen der


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zerebralen Ischämie in der Frühphase nach dem Trauma (Chesnut, Marshall et al. 1993), muß daher auch ohne zerebrales Monitoring unbedingt angestrebt werden.

5.2.2.3 Nah-Infrarot-Spektroskopie (NIRS)

Die NIRS hat sich als Methode zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Oxygenierung bei den hier untersuchten Patienten nicht bewährt. Die wesentlichen Gründe hierfür waren die häufigen technischen Störungen und Systemausfälle und die hieraus resultierende mangelhafte Datenqualität, sowie die ungenügende Sensitivität des Verfahrens zur Identifikation potentiell bedrohlicher zerebraler Hypoxien.

Die technischen Störungen waren im wesentlichen auf folgende Probleme zurückzuführen:

Aufgrund der Häufigkeit dieser Störungen konnten verwertbare Daten in nur außerordentlich wenigen Episoden aufgezeichnet werden. Die Datenqualität im Routine-Monitoring war betrug unter 5%. Bei entsprechendem Aufwand konnten bei einzelnen Patienten Daten generiert werden, anhand derer die in dieser Arbeit dargestellten Vergleichsmessungen durchgeführt wurden. Die „time of good data quality“ der rSO2 von 51,5% in dieser Untersuchung ist daher nur bedingt repräsentativ.

Auch bei optimaler Funktion der NIRS konnte eine Verschlechterung der zerebralen Oxygenierung, welche sich sowohl beim PtiO2 als auch der SjvO2 zeigte, nicht erfaßt


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werden. Besonders dramatisch sind die Episoden zu bewerten, in denen die zerebrale Oxygenierung kritisch abfiel und die Patienten eine zerebrale Hypoxie erlitten hatten. Diese kritischen Episoden hätten bei einem Monitoring ausschließlich mit der NIRS nicht erkannt werden können.

    Klinische Untersuchungen mit dieser Methode zeigten bislang nur uneinheitliche Resultate hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit und Aussagekraft (Delpy et al., 1987; Harris et al., 1993; Kurth et al., 1993). Die meisten Studien wurden bei Kindern und Säuglingen durchgeführt, bei denen die Überwachung der zerebralen Oxygenierung erwünscht war, die jedoch kein Schädel-Hirn-Trauma hatten. Auffällig ist, daß in diesen klinischen Arbeiten überwiegend einzelne Episoden präsentiert werden, eine systematische Untersuchung der Methode ist nicht erfolgt.

Aufgrund unserer Erfahrungen erscheinen die Ergebnisse der oben erwähnten Studien plausibel. Für die Anwendung in der Pädiatrie ist die NIRS aufgrund ihrer Nichtinvasivität besonders vielversprechend. Möglicherweise ist die Messung der zerebralen Oxygenierung mit Licht bei Kindern durch die Fontallen oder durch eine dünnere Schädelkalotte technisch einfacher als bei Erwachsenen.

Eine Untersuchung von Kirkpatrick, et al. ist derzeit die einzige bei neurochirurgischen Patienten, die einen Autor zu einer optimistischen Prognose hinsichtlich der Eignung der NIRS zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Oxygenierung veranlaßt hat (Kirkpatrick, Smielewski et al. 1995). Einschränkend bei dieser Untersuchung ist, daß bei den 15 Patienten dieser Studie die Datenqualität der NIRS nicht untersucht wurde, sondern ebenfalls lediglich einzelne Episoden mit unterschiedlicher zerebraler Oxygenierung demonstriert werden.


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Generell besteht jedoch Veranlassung dazu, diese nicht-invasive Technologie weiter zu entwickeln. Hierzu sind jedoch noch zahlreiche methodische Verbesserungen notwendig. Diese betreffen unter anderem die Konstruktion der Optoden und deren Fixierung auf der Kopfhaut. Das Meßvolumen der Optoden wurde bislang in Computermodellen anhand der Monte-Carlo-Methode näherungsweise bestimmt (Hiraoka et al., 1993). Der Strahlengang durch die Haut, das subkutanes Gewebe, die Galea, den Knochen, die Hirnhäute, das Hirngewebe und die Blutgefäße in allen genannten Kompartimenten läßt sich mit dieser Wahrscheinlichkeitsberechnung bei definierten Punkten des Lichteintritts und der Detektorposition relativ abschätzen. Jedoch alleine die veränderlichen Positionen der Optoden auf der Stirnhaut der Patienten machen diese Berechnungen nahezu wertlos. Hinzu kommen zahlreiche bereits genannte Störfaktoren, die im klinischen Alltag unvermeidlich sind aber die Funktion der NIRS erheblich beeinträchtigen.

Da die Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma unter Analgosedierung behandelt werden, ist jedoch auch eine semi-invasive Anwendung der NIRS denkbar. Vorstellbar wäre eine Fixierung der Optoden nicht auf der Kopfhaut, sondern mit perkutanen Schrauben an definierten Punkten der Kalotte. Der Vorteil dieser Applikation wäre eine konstante Position der Optoden mit gleichbleibendem Meßvolumen, sowie die Ausschaltung von Streulicht und mangelhaftem Hautkontakt. Ferner würde der Strahlengang um die stark durchblutete Kopfhaut verringert, so daß die Qualität der Messungen sich auch in dieser Hinsicht verbessern lassen könnte.


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5.3 Spezielle Untersuchungen

Obwohl das MCM-System mittlerweile als eine wichtige Entscheidungshilfe bei der Therapie von Patienten mit schwerem SHT verwendet wird, ist es vorwiegend zu Forschungszwecken eingesetzt worden. Verschiedene Aspekte der Pathophysiologie des schweren Schädel-Hirn-Traumas wurden prospektiv untersucht.

5.3.1 Kritischer hypoxischer Grenzwert des Hirngewebe-pO2

In Untersuchungen an gesunden Tieren wurde ein Hirngewebe-PO2 in der Weißen Substanz von 25-30 mmHg gefunden (Maas et al., 1993). Vergleichbare Daten über Normalwerte bei Menschen sind derzeitig noch nicht publiziert. In einer Untersuchung von Meixensberger, et al., war bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma ohne erhöhten ICP oder erniedrigten CPP der PtiO2 ebenfalls zwischen 25 und 30 mmHg (Meixensberger et al., 1993) . Eine kritische hypoxische Grenze für den PtiO2 wurde jedoch bislang noch nicht bestimmt. In einer Arbeit von Van Santbrink, et al., (vanSantbrink et al., 1994) wurde bei 22 Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma der PtiO2 untersucht. Bei 6 Patienten wurden PtiO2-Werte von 5 mmHg und weniger registriert. 5 von diesen Patienten starben oder blieben vegetativ.

Die hier vorliegende Untersuchung diente der Ermittlung eines kritischen hypoxischen Grenzwertes für die Anwendung im klinischen Alltag. Die Verwendung der SjvO2 als Referenz für einen PtiO2 im hypoxischen Bereich ist nicht ideal, da die SjvO2 als globaler Parameter die lokalen Verhältnisse im Hirngewebe nur eingeschränkt wiederspiegeln kann. Darüber hinaus bestehen auch interindividuelle Unterschiede bei der SjvO2 (Dearden et al., 1993). Diese können für


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die weite Spannbreite des kritischen PtiO2 von 3-12 mmHg bei unseren Patienten verantwortlich sein. Der entscheidende Vorteil der SjvO2 ist die Möglichkeit der kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Oxygenierung, was für einen Vergleich mit dem PtiO2 unbedingte Voraussetzung ist.

Für den klinischen Gebrauch wurde die kritische hypoxische Grenze des PtiO2 für 10 mmHg festgelegt. Sinkt der PtiO2 auf 10 mmHg oder darunter, so sollte eine aggressive Therapie der möglichen Ursachen erfolgen, beispielsweise durch die Anhebung des CPP.

5.3.2 Zerebrale Oxygenierung und zerebraler Perfusionsdruck

Die Behandlung des erhöhten intrakraniellen Drucks ist das wesentliche therapeutische Ziel bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma (Eisenberg et al., 1988). Diese Auffassung hat sich mittlerweile dahingehend relativiert, als daß aufgrund der Erkenntnisse über den zerebralen Sekundärschaden seit einigen Jahren die Behandlung des zerebralen Perfusionsdrucks mehr in den Mittelpunkt gerückt ist (Rosner et al., 1995). Das Ziel ist heute vielmehr die Optimierung der zerebralen Durchblutung zur Gewährleistung einer ausreichenden zerebralen Sauerstoffversorgung (Chan et al., 1992).

Die Diskussion um die optimale Höhe des zerebralen Perfusionsdrucks hält an. Während manche Autoren einen zerebralen Perfusionsdruck von 70 mmHg oder mehr befürworten (McGraw, 1989; Chan et al., 1992), zeigen die Ergebnisse der hier vorgelegten Untersuchung, daß ein zerebraler Perfusionsdruck von mehr als 60 mmHg bei fast allen Patienten keine Verbesserung der zerebralen Oxygenierung zur Folge hat (Unterberg et al., 1995; Unterberg et al., 1997). Nicht ohne Bedeutung


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sind jedoch die interindividuellen Unterschiede des „optimalen CPP“ zwischen den Patienten. Während bei den meisten Patienten ein CPP von 60 mmHg ausreichend war, war der PtiO2 bei wenigen Patienten noch im kritischen, hypoxischen Bereich. Die Zielgröße von 60 mmHg für den CPP kann daher nur als ein grober Anhalt dienen. Zhuang, et al., haben anhand der SjvO2 auf das Risiko einer zerebralen Ischämie trotz eines CPP über 70 mmHg hingewiesen (Zhuang et al., 1992). Die Überwachung der zerebralen Oxygenierung ist daher zur Feststellung des individuell erforderlichen CPP bei allen Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma, wenn möglich, indiziert.

Die Bestimmung des „optimalen“, also zur adäquaten Hirndurchblutung ausreichenden CPP ist von großer Bedeutung, da zur seiner Behandlung Maßnahmen wie die hochdosierte Verabreichung von Katecholaminen und die intermittierende Verabreichung von Volumen- und Blutprodukten über mehrere Tage notwendig sind. Diese Maßnahmen sind potentiell mit Nebenwirkungen wie kardialen Arrhythmien, gastroduodenalen Ulcera, gastrointestinalen Ischämien im Splanchnikusstromgebiet und anaphylaktischen Reaktionen verbunden. Die Verabreichung von Blutprodukten ist mit einem nicht unerheblichen Infektionsrisiko verbunden. Daher ist das Erreichen eines individuell optimalen CPP zur suffizienten zerebralen Oxygenierung durch eine möglichst wenig aggressive Therapie anzustreben.


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5.3.3 Mannitol

Die Anwendung von Mannitol zur Behandlung eines erhöhten intrakraniellen Drucks ist bei neurochirurgischen Patienten eine Routinemaßnahme. Die Wirkung von Mannitol wird im wesentlichen zwei verschiedenen Mechanismen zugeschrieben.

Zunächst führt die Verbesserung der rheologischen Eigenschaften des Bluts zu einem Anstieg des zerebralen Blutfluß (CBF), welcher eine kompensatorische zerebrale Vasokonstriktion hervorruft. Dieser Effekt wird für die initiale, schnelle Senkung des ICP durch Mannitol veranwortlich gemacht (Muizelaar et al., 1983; Muizelaar et al., 1984). Die anhaltende Senkung des ICP 30 Minuten bis zu 6 Stunden nach der Gabe von Mannitol wird auf den erhöhten osmotischen Gradienten zwischen Blutplasma und Parenchymzellen zurückgeführt (Freshman et al., 1993; Berger et al., 1995).

Die hier vorliegenden Ergebnisse bestätigen die hinlänglich bekannten Eigenschaften von Mannitol. Der Effekt von Mannitol auf den ICP ist besonders ausgeprägt, wenn der CPP zum Zeitpunkt der Infusion unter 70 mmHg (Rosner et al., 1987) und der ICP über 20 mmHg ist (Takagi et al., 1983; Rosner et al., 1987). Wenn bei den in der vorliegenden Arbeit untersuchten Patienten der initiale ICP nur 15 (± 1) mmHg war und der initiale CPP 76 (± 2) mmHg war, dann hatte die Verbreichung von Mannitol keinen signifikanten Effekt auf einen der beiden Parameter. Ein Ausgangs-ICP von 23 (± 1) mmHg und Ausgangs-CPP von 68 (± 2) mmHg führten dagegen zu einer Reduktion des ICP von 30% eine Stunde nach Infusion und zu einer Verbesserung des CPP auf 80 (± 3) mmHg zwei Stunden nach Infusion.


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Gaab, et al., haben ebenfalls eine maximale Reduktion des ICP um 30% innerhalb von 69 Minuten nach der Gabe von Mannitol beschrieben (Gaab, et al. 1990).

Das zentrale Ergebnis dieser Untersuchung ist jedoch der Einfluß von Mannitol auf die zerebrale Oxygenierung. Weder bei einem niedrigen initialen ICP (< 20 mmHg), noch bei einem erhöhten intrakraniellen Druck (> 20 mmHg) kam es zu einer signifikanten Verbesserung der zerebralen Oxygenierung. Weder der PtiO2 noch die SjvO2 zeigten nach der Infusion von Mannitol eine signifikante Änderung, obwohl, wie bereits oben beschrieben, der ICP sich in der Gruppe mit zunächst über 20 mmHg erhöhtem intrakraniellem Druck signifikant verringerte. Dieses Ergebnis ist im Zusammenhang mit dem in der vorliegenden Arbeit dargestellten, engen Verhältnis des PtiO2 mit dem CPP zu sehen. Es muß daher davon ausgegangen werden, daß der CPP zum Zeitpunkt der Mannitol-Infusion bereits ausreichend für einen adäquaten PtiO2 war, und daher - wie auch bei der Anhebung des MAP - von einer weiteren Verbesserung des CPP kein zusätzlicher Nutzen für die zerebrale Oxygenierung erzielt werden konnte.

Von diesen Daten kann nicht geschlossen werden, daß Mannitol generell keinen Nutzen für die zerebrale Oxygenierung bringt. Bei einem deutlich erhöhten intrakraniellen Druck, z.B. >40 mmHg, ist eine Verbesserung der zerebralen Oxygenierung durch Mannitol-Infusion wahrscheinlich, da der Perfusionsdruck zu diesem Zeitpunkt meistens kleiner als 60 mmHg ist.

Hinsichtlich der möglichen Wirkungsweise von Mannitol favorisieren diese Ergebnisse seinen Effekt auf die Rheologie des Bluts als Hauptursache der Reduktion des intrakraniellen Drucks. Wenn die Wirkung von Mannitol nicht auf


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einer zerebralen Vasokonstriktion, sondern überwiegend auf einer Dehydratation des Hirngewebes beruhen würde, sollte ein günstigerer Effekt auf die zerebrale Sauerstoffversorgung und damit eine Anhebung des PtiO2 zu erwarten sein.

Schließlich bleibt Mannitol eine zur Behandlung des erhöhten intrakraniellen Drucks wichtige Substanz. Die hier vorliegenden Ergebnisse zeigen jedoch deutlich, daß die Behandlung des intrakraniellen Drucks alleine eine zerebrale Ischämie nicht verhindern kann.

5.3.4 Hyperventilation

Die Hyperventilation ist eine etablierte Methode zur Senkung eines erhöhten intrakraniellen Drucks. Da ihre Wirkung auf einer arteriellen Hypokapnie mit zerebraler Vasokonstriktion beruht, umkreist die wissenschaftlich Diskussion seit längerem den potentiell negativen Effekt der Hyperventilation auf die zerebrale Durchblutung. Muizelaar, et al., haben in einer prospektiven, randomisierten Studie gezeigt, daß die prophylaktische Hyperventilation von Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma bis zu einem PaCO2 von 25 mmHg zu einer signifikanten Verschlechterung des neurologischen Outcomes führt (Muizelaar, Marmarou et al. 1991). Von der prophylaktischen Hyperventilation von Patienten mit einem schweren Schädel-Hirn-Trauma ist man seither abgekehrt. In einer anderen klinischen Untersuchung wurde die Hypokapnie als eine der Hauptursachen für Desaturationsepisoden der SjvO2 identifiziert (Sheinberg et al., 1990).

Während diese Studien nur indirekt den negativen Effekt der Hyperventilation auf die zerebrale Sauerstoffversorgung zeigen konnten, belegen die Ergebnisse der hier vorliegenden Untersuchung direkt den potentiell schädigenden Einfluß der


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Hypokapnie auf den Hirngewebe-PO2. Die Hyperventilation führte bei unseren Patienten zu einer signifikanten Erhöhung des CPP. Es ist besonders bemerkenswert, daß diese nominelle Verbesserung nicht mit einer tatsächlichen Zunahme der zerebralen Perfusion verbunden gewesen sein kann, da der PtiO2 gleichzeitig bis in kritische hypoxische Bereich abgesunken ist. Diese Daten zeigen die Limitation eines nur von der Höhe des CPP gesteuerten Therapieregimes. Die Anwendung der Hyperventilation sollte daher - wenn möglich - unter kontinuierlichem Monitoring des Hirngewebe-PO2 erfolgen.

5.3.5 Oberkörperlagerung

Als eine einfache und effektive Maßnahme zur Senkung eines erhöhten intrakraniellen Drucks ist die Oberkörperhochlagerung in einem Winkel zwischen 15° bis 30° etabliert. Die Autoren, die einen hohen CPP als Hauptziel der Therapie ansehen, befürworten jedoch eine Flachlagerung der Patienten, weil diese mit einem höheren Perfusionsdruck verbunden ist (Rosner et al., 1986). In einer Untersuchung von Schneider, et al., konnte ein Einfluß der Oberkörperlagerung auf die globale zerebrovenöse Sauerstoffsättigung jedoch nicht gezeigt werden (Schneider et al., 1993).

Die hier demonstrierten Daten bestätigen dieses Ergebnis für den PtiO2 als Indikator für die lokale zerebrale Sauerstoffversorgung. Die Flachlagerung der Patienten führte zur einem signifikanten Anstieg des ICP, brachte jedoch keinen Nutzen für die zerebrale Oxygenierung. Es bleibt anzunehmen, daß dieses Ergebnis darauf beruht, daß der zerebrale Perfusionsdruck bereits vor der Flachlagerung über 60 mmHg erhöht war. Eine Verbesserung des PtiO2 unter diesen Bedingungen konnte auch in den anderen, oben beschriebenen Untersuchungen nicht demonstriert werden.


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5.4 Inzidenz von zerebralen hypoxischen Episoden

Die Inzidenz von zerebralen hypoxischen Episoden, die durch das lokale PtiO2 Monitoring festgestellt wurden, war deutlich höher, als die als die in der Literatur beschriebene Häufigkeit von globalen Desaturationsepisoden in der SjvO2. Gopinath, et al., fanden bei 116 prospektiv untersuchten Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma eine oder mehrere Desaturationsepisoden (SjvO2 unter 50% für mehr als 15 Minuten) in nur 40% der Fälle, die mittlere Dauer der kritischen Episoden war 1,2 Stunden (Gopinath et al., 1994). Bei den hier vorsgestellten Patienten wurden anhand des PtiO2 im Mittel 9 zerebrale hypoxische Episoden mit einer mittleren Gesamtdauer von etwa 11 Stunden festgestellt. Es ist ein bemerkenswertes Ergebnis, daß über 25% der hypoxischen Episoden kürzer als 10 Minuten waren - diese Ereignisse wären mit der SjvO2 a priori nicht erfaßt worden.

Monitoringbeginn war im Mittel 1,7 Tage nach dem Trauma. Dieser relativ späte Start des PtiO2-Monitoring ergibt sich aus der Tatsache, daß einige Patienten zunächst niedrige ICP-Werte hatten und keiner spezifischen Behandlung des intrakraniellen Drucks bedurften. Bei ansteigenden ICP-Werten, also einer Verschlechterung der Situation, wurde das Monitoring der zerebralen Oxygenierung notwendig. Obwohl bereits in der Frühphase nach dem Trauma Hypotension und Hypoxie mit größter Sorgfalt vermieden wurden, könnte die kontinuierliche Überwachung der zerebralen Oxygenierung in der „Reanimationsphase“ bereits eine wertvolle Kontrolle der Therapie darstellen.

5.5 Ursachen der zerebralen hypoxischen Episoden

Etwa 50% der Episoden mit kritisch erniedrigtem PtiO2 traten auf, während der ICP kleiner als 20 mmHg war. Mehr noch, die Inzidenz zerebraler hypoxischer


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Ereignisse war bei ICP-Werte unter 10 mmHg ebenso hoch, wie bei ICP-Werten über 40 mmHg.

Die Ergebnisse der Korrelation von PtiO2 und CPP sind ebenso überraschend. Erwartungsgemäß stieg die Inzidenz der hypoxischen PtiO2-Werte stark an, wenn den CPP unter 50 mmHg fiel. Über 80% der Gesamtheit aller zerebralen hypoxischen Episoden wurden jedoch registriert, wenn der CPP größer als 60 mmHg war. Ein weiteres wichtiges Ergebnis ist, daß die Inzidenz der zerebralen Hypoxie nicht abfiel, wenn der CPP über 70 mmHg war. Diese Beobachtung ist kongruent zu den von Unterberg, et al., publizierten Daten, nach denen eine Anhebung des CPP von 60 auf 70 mmHg keine Verbesserung der zerebralen Oxygenierung erbrachte (Unterberg et al., 1997).

Aus den vorliegenden Daten läßt sich ableiten, daß der PtiO2 häufig kritisch verringert war, obwohl der ICP niedrig war und der CPP nach gängiger Auffassung suffizient war. Es bleibt unklar, ob die zerebrale Oxygenierung eingeschränkt war, obwohl der ICP niedrig war, oder weil der ICP durch moderate Hyperventilation behandelt wurde, und es zu einer signifikanten zerebralen Vasokonstriktion gekommen war. Eine weitere mögliche Ursachen ist der Einsatz von Vasopressoren zur Kreislauftherapie. Der mögliche negative Effekt einer zerebralen Vasokonstriktion der Katecholamine wird gegenwärtig wissenschaftlich untersucht. Ein weiterer Aspekt, der die Interpretation dieser Ergebnisse ergänzt, ist der zeitliche Verlauf der Monitoring-Parameter. Ein kurzzeitiger ICP-Anstieg oder CPP-Abfall wurde konsequent und schnell behandelt. Die zerebrale Oxygenierung erholte sich jedoch sehr viel langsamer und erreichte erst verzögert die ursprünglichen Werte. Ein extremes Beispiel hierfür ist die langsame Erholung des PitO2 bei einem Patienten mit Herzstillstand, der schnell und erfolgreich reanimiert worden war.


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Die vorliegenden Ergebnisse zeigen weiterhin, daß in nur 10% der Zeit, in der die Patienten hyperventiliert wurden, eine zerebrale Hypoxie aufgetreten war. Mehr noch, die Inzidenz der zerebralen hypoxischen Episoden hat nicht abgenommen, wenn die Patienten Normoventiliert waren. Schließlich waren jedoch etwa 50% aller zerebralen hypoxischen Ereignisse mit gleichzeitiger, moderater Hyperventilation assoziiert. Der Effekt der moderaten Hyperventilation sollte daher - wenn möglich - unter kontinuierlicher Überwachung der zerebralen Oxygenierung kontrolliert werden.

5.6 Einfluß der zerebralen Hypoxie auf das neurologische Outcome

Eine Reihe von Faktoren wurden identifiziert, die das neurologischen Outcome von Patienten mit einem schweren Schädel-Hirn-Trauma beeinflussen. Diese sind z.B. das Alter, der initiale GCS, die intrakranielle Pathologie, verringerter zerebraler Blutfluss, systemische Hypotension und ein verminderter zerebraler Perfusionsdruck (Langfitt et al., 1977; Marshall et al., 1979; Alberico et al., 1987; Born, 1988; Gennarelli et al., 1989; Marmarou et al., 1991; Schalen et al., 1991; Vollmer et al., 1991; Chesnut et al., 1993; Robertson, 1993). Bei den meisten der Patienten, die an den Folgen eines schweren Schädel-Hirn-Traumas verstorben waren, wurden post mortem Zeichen einer zerebralen Ischämie gefunden (Graham et al., 1978; Graham et al., 1989). Seit das kontinuierliche Monitoring der zerebralen Oxygenierung möglich ist, kann der Einfluß der zerebralen Ischämie/Hypoxie auf das neurologische Outcome direkt untersucht werden.

Die Erhebung des neurologischen Outcomes anhand von Skalen ist oft nicht eindeutig möglich und unterliegt dem Risiko einer interindividuellen Verzerrung bei mehreren Untersuchern (Maas et al., 1983). In der vorliegenden Arbeit wurde


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das Outcome aller Patienten von nur einem Untersucher festgestellt, um diesen Effekt zu minimieren. Die Anwendung der Glasgow Outcome Scale zur Erfassung des neurologischen Outcomes von Patienten nach einem schweren Schädel-Hirn-Trauma ist etabliert.

Die Untersuchung des Outcome zeigte bei den Patienten eine dramatische Verbesserung während der ersten 6 Monate nach dem Trauma. Zum Zeitpunkt der Verlegung waren noch 65% der Patienten schwer behindert oder vegetativ. Alle Patienten wurden in Kliniken mit der Möglichkeit zur Früh-Rehabilitation verlegt. Nach einem Jahr waren nur noch 14% aller Patienten schwer behindert oder in vegetativem Zustand. Insgesamt hatten ¾ aller Patienten mit zuvor ungünstigem Outcome ein günstiges Outcome erzielt (keine oder nur leichte Behinderung). Die Mortalität von 30% stieg nach drei Monaten nach dem Trauma nicht weiter an.

Diese Daten sind weitgehend kongruent zu den Untersuchungen, die anhand der Traumatic Coma Data Bank angestellt wurden. Choi, et al., haben den zeitlichen Verlauf der neurologischen Erholung bei 786 Patienten untersucht (Choi et al., 1994). Auch bei diesem großen Kollektiv zeigte sich eine signifikante Verbesserung des Outcomes innerhalb der ersten sechs Monate nach dem Trauma. Anschließend kam es zu keiner weiteren signifikanten Veränderung.

In der hier vorliegenden Arbeit wurde eine enge Assoziation von der Häufigkeit zerebraler hypoxischer Episoden und dem neurologischen Outcome festgestellt. Fast 90% der Patienten mit weniger als 30 Minuten oder keiner zerebralen Hypoxie erreichten eine gute neurologische Erholung, teilweise sogar ohne neurologisches Defizit. Patienten mit mehr als 30 Minuten zerebraler Hypoxie hatten eine Mortalität von fast 40%. Es ist erstaunlich, daß selbst in dieser Gruppe die Hälfte der zuvor schwer behinderten oder vegetativen Patienten nach einem Jahr ein günstiges


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Outcome erzielt hatten. In diesem Zusammenhang kann die Bedeutung der Rehabilitation der Patienten auch sechs Monate nach dem Trauma nur deutlich hervorgehoben werden.

Der negative Effekt der zerebralen Hypoxie auf das neurologische Outcome wird durch die vorliegenden Ergebnisse anhand des PtiO2 unterstrichen. Selbst kurze Episoden zerebraler Minderoxygenierung waren, wenn diese zu mehr als 30 Minuten während der Behandlungszeit insgesamt akkumulierten, mit einem schlechteren Outcome verbunden.

Der Vergleich dieser Daten mit denen aus anderen Untersuchungen, bei denen die zerebralen Oxygenierung ausschließlich anhand der SjvO2 überwacht wurde, zeigen einen deutlichen Unterschied. In einer Studie von Gopinath, et al., hatten selbst die Patienten, die keine Desaturationsepisode erlitten hatten, eine Mortalität von 17% und 38% von diesen Patienten hatten sechs Monate nach dem Trauma ein ungünstiges neurologisches Outcome (Gopinath et al., 1994). Es ist spekulativ, erscheint aber plausibel, daß durch das Monitoring der SjvO2 nicht alle kritischen Episoden zerebraler Minderoxygenierung erfaßt werden können. Die zerebrovenöse Oxymetrie sollte daher - wenn möglich - durch die Überwachung des PtiO2 ergänzt werden.

5.7 Einzelbeobachtungen

Der Nutzen einer kardiopulmonalen Reanimation bei Kreislaufstillstand ist unumstritten. Bekannt ist auch, daß die Sauerstoffversorgung des Gehirns nach einer Reanimation stärker in beeinträchtig wird als die der übrigen Organe (Oku et al., 1994). Der Effekt einer Reanimation auf den Hirngewebe-PO2 wurde bislang


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jedoch noch nicht gezeigt. Die hier präsentierten Daten zeigen anschaulich, daß nach Beginn der Herzdruckmassage ein Anstieg des PtiO2 immerhin auf Werte oberhalb des kritischen Bereichs erfolgt, so daß zumindest eine zerebrale Mindestperfusion angenommen werden kann. Bei dem hier demonstrierten Patienten handelt es sich um einen 32 Jahre alten Mann mit einem schweren Schädel-Hirn-Trauma durch eine Schußverletzung, der zweimal auf der Intensivstation reanimiert werden mußte. Ein Jahr nach seinem stationären Aufenthalt war der Patient wieder sozial reintegriert, aufgrund schwerer Augenverletzungen jedoch blind und daher nicht berufstätig.

Die Auswirkungen einer finalen, zerebralen Einklemmung auf die zerebrale Oxygenierung wurden hier präsentiert, um die Eignung der Methoden zur kontinuierlichen Überwachung der zerebralen Oxygenierung zu demonstrieren.


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Wed Aug 14 15:13:46 2002