Hintergrund: Die Verletzung eines großen, venösen Gefäßes während eines laparoskopischen Eingriffs könnte die Entstehung einer fulminanten Gasembolie begünstigen. Die Verwendung von Helium als Insufflationsgas könnte aufgrund der geringen Löslichkeit ein deutlich erhöhtes Auftreten klinisch relevanter Gasembolien verursachen.
Methodik: Bei insgesamt 20 Versuchstieren wurde unter Verwendung von CO2 [n=10] oder Helium [n=10)] als Insufflationsgase die Vena Cava inferior laparoskopisch inzidiert. Nach 30 Sekunden wurde die Vene abgeklemmt, die Inzision laparoskopisch genäht und die Vene wieder geöffnet. Perioperativ wurden kontinuierlich Herzfrequenz (HF), mittlerer arterieller Blutdruck (MAP), pulmonal arterieller Druck (PAP), pulmonal arterieller Verschlußdruck (PAWP), zentralvenöser Druck (ZVD), endexspiratorisches CO2 (ETCO2), Herzminutenvolumen (HMV), arterielle Blutgase (pH, PaCO2, PaO2) und arterielle Sauerstoffsättigung bestimmt.
Ergebnisse: Die Letalität betrug 0% (mittlerer Blutverlust CO2, 157±50 ml; Helium, 173±83 ml). HMV und MAP zeigten in beiden Gruppen nach Inzision der Vene einen Abfall, der jedoch nach kurzer Zeit wieder vollständig kompensiert wurde. Das endexspiratorische CO2 stieg signifikant nach Beginn der CO2 Insufflation an (p<0.01), währen Helium keinen Effekt auslöste. Die Verletzung der Vena Cava hatte in beiden Gruppen keinen Einfluss auf die Konzentration des endexspiratorischen CO2. Eine deutlich Azidose und ein signifikanter Anstieg des PaCO2 wurden ausschließlich in der CO2 Gruppe beobachtet.
Zusammenfassung: Die Inzidenz von Gasembolien während laparoskopischer Eingriffe mit Verletzung eines großen Gefäßes scheint insgesamt sehr gering zu sein. Mit Ausnahme einer Azidose und des Anstiegs des endexspiratorischen CO2 nach Beginn der Insufflation in der CO2 Gruppe, unterschieden sich beide Gruppen bezüglich der kardiopulmonalen Funktion nicht voneinander.
Background: Injury of venous vessels during elevated intraperitoneal pressure is thought to cause possible fatal gas embolism, and helium may be dangerous because of its low solubility.
Methods: Twenty pigs underwent laparoscopy with either CO2 (n=10) or helium (n=10) with a pressure of 15 mmHg and standardized laceration (1 cm) of the vena cava inferior. After 30 s, the vena cava was clamped, closed endoscopically by a running suture and unclamped again. During the procedure changes of cardiac output (CO), heart rate (HR), mean arterial pressure (MAP), central venous pressure (CVP), pulmonary artery pressure (PAP), pulmonary artery wedge pressure (PAWP), end tidal CO2 pressure (PETCO2), and arterial blood gas analyses (pH, pO2 and pCO2) were investigated.
Results: No animal died during the experimental course (mean blood loss during laceration: CO2, 157±50 ml; helium, 173±83 ml). MAP and CO values showed a decrease after laceration of the vena cava in both groups that had already been completely compensated for before suturing. PETCO2 increased significantly after CO2 insufflation (P<0.01), while helium showed no effect. Laceration of the vena cava caused no significant changes in PETCO2 values in either group. Significant acidosis and an increase of pCO2 were only found in the CO2 group.
Conclusions: The incidence of gas embolism during laparoscopy and accidental vessel injury seems to be very low. With the exception of acidosis and an increase of PETCO2 in the CO2 group, there were no differences in cardiopulmonary function between insufflation of CO2 and helium.
Einer der Ärzte, die erste endoskopische Untersuchungen durchführten, war Hippocrates (ca. 460- 375 v. Chr.). Er beschrieb ein Spekulum zur Rektoskopie, das den heute verwendeten Instrumenten bemerkenswert ähnlich ist [1]. Der arabische Arzt Albucasis von Cordoba ( 936 - 1013 n. Chr.) untersuchte die Cervix unter Verwendung eines Spekulums und reflektierten Lichts zur besseren Beleuchtung. Diese Technik wurde in der Renaissance von dem französischen Arzt Peter Borell weiterentwickelt. Er konstruierte einen konkaven Spiegel zur Reflektion und Fokussierung des Lichtes auf das zu untersuchende Objekt.
Bis zum Anfang des 19. Jahrhunderts war die unzureichende Beleuchtung das Hauptproblem jeder endoskopischen Untersuchung. Philipp Bozzini (1773- 1809) legte mit der Entwicklung des " Lichleiters " im Jahr 1805 den Grundstein der modernen Endoskopie [2]. Das Instrument bestand aus einem doppellumigen Rohr. Durch den einen Lauf traf das Licht einer Kerze auf einen konkaven Spiegel, wurde durch diesen reflektiert und beleuchtete den gewünschten Ausschnitt. Durch den zweiten Kanal konnte das beleuchtete Objekt beobachtet werden. Die jeweils verwendeten Spekula konnten den entsprechenden Untersuchungsobjekten angepaßt werden. Wenn auch die Lichtquelle des Lichtleiters viel zu schwach und das Sichtfeld sehr klein waren, so basierten doch fast alle weiteren Versuche der nächsten 70 Jahre auf dem Prinzip der getrennten Lichtein- und Rückstrahlung zum beobachtenden Auge.
Der französische Chirurg A. J. Desormeaux verstärkte die Lichtintensität von Bozzinis Lichtleiter [3] durch die Bündelung von Lichtstrahlen durch eine in das Instrument eingebaute Sammellinse. Zusätzlich wurde die Kerze als bisherige Lichtquelle durch einen Brenner ersetzt.
Der Urologe M. Nitze (1848- 1906) entwickelte 1879 zusammen mit dem Berliner Optiker Reinecke und dem Wiener Instrumentenbauer Leiter ein Linsensystem für Endoskope, das in seiner Grundstruktur jahrzehntelang Verwendung fand [4]. Die Vorteile dieser neuen Technologie bestanden in einem größeren Sichtfeld und der korrekten Umkehr und Vergrößerung des Bildes. 1882 verwendete Newman von Glasgow ein Zystoskop, an dessen distalen Ende sich eine verkleinerte Version, der drei Jahre zuvor von Thomas Edison erfundenen Glühbirne befand [5]. Die gute Funktionalität dieser Endoskope führte zu einem enormen Wissenszuwachs, weshalb sich am Ende des 19. Jahrhunderts die Urologie als eigenständiges Gebiet der Medizin etablierte. Untersuchungen wie Proktoskopie, Laryngoskopie und Oesophagusskopie konnten sich im klinischen Alltag mit großem Erfolg durchsetzen.
Der Dresdner Chirurg G. Kelling entwickelte zu Anfang des letzten Jahrhunderts eine Methode zum Aufbau eines Pneumoperitoneums zu diagnostischen Zwecken. Zusammen mit dem tschechischen Chirurgen Chlumsky aus Breslau etablierte Kelling eine Insufflationstechnik und führte damit erfolgreich erste Laparoskopien am Menschen durch [5]. Jacobeus, Ott und Bernheim müssen ebenfalls als Väter der lapa
Im Jahr 1918 berichtete der Assistent der Chirurgischen Universitätsklinik Halle, Otto Goetze in dem Artikel "Die Röntgendiagnostik bei gasgefüllter Bauchhöhle; eine neue Methode" über seine Konstruktion einer automatischen Nadel " nach dem Prinzip des festen Verdrängens", die es ermöglicht, das Peritoneum gefahrlos mit Gas zu füllen. Zwanzig Jahre später beschrieb János Veress in der Deutschen Medizinischen Wochenschrift das gleiche Instrument " zur Brust- oder Bauchhöhlenpunktion"[5].
Richard Zollikofer aus der Schweiz empfahl 1923 als einer der ersten die Verwendung von Kohlendioxid als Insufflationsgas. Die gute Absorption im Vergleich zu gefilterter Luft und die Explosionsgefahr bei Benutzen von Stickstoff oder Sauerstoff waren für diese Empfehlung ausschlaggebend [5].
Nachdem der Chirurg H. Kalk, Ende der zwanziger Jahre, unter Verwendung einer verbesserten Optik mit größerem Sichtfeld, für die endgültige und breite Akzeptanz der Laparoskopie in Europa sorgte, gewann neben dem diagnostischen, der therapeutische Aspekt zunehmend an Bedeutung [1,5,7]. Eine der ersten laparoskopischen Tubensterilisationen wurde von den Amerikanern Power und Barnes im Jahr 1941 durchgeführt.
Der deutsche Gynäkologe H. Frangenheim entwickelte Mitte des letzten Jahrhunderts einen modernen Insufflator und wies auf mögliche Probleme hin, die mit der Insufflation von Gas verbunden sind [8].
Zwei der bedeutendsten Entwicklungen im medizintechnischen Bereich sind Professor H. Hopkins von der Universität Reading in England zu verdanken [9]. Die neue Konstruktion der Optik, bei welcher das von Nitze verwendete System hintereinander geschalteter Linsen durch eine Stablinse ersetzt wurde, ermöglichte eine erheblich gesteigerte Lichtübertragung verbunden mit verbesserter Farbe des Bildes und größerem Sichtfeld. Im Jahr 1954 veröffentlichte Hopkins im Journal Nature einen Artikel über sein "fiberscope". Das Bündel aus kohärenten Glasfasern reflektiert Licht entlang einer flexiblen Achse. Der Internist B. Hirschowitz aus Michigan und der Physikprofessor C. Wilbur Peters entwickelten dieses System weiter und präsentierten wenige Jahre später das erste Endoskop, das "kaltes Licht" aus einer externen Lichtquelle durch ein zweites Glasfaserbündel in die gewünschte Körperregion transportiert [10]. Diese neue Technik war für die Weiterentwicklung der Laparoskopie von entscheidender Bedeutung, weil hiermit das Risiko der thermischen Verletzung abdomineller Organe beseitigt wurde.
Der Gynäkologe K. Semm nutzte diese Grundlagen für die Ausarbeitung neuer Operationstechniken und die Konstruktion verschiedenster Instrumente. Die durch ihn 1974 erstmals mittels Endokoagulation durchgeführte Salpingotomie, die laparoskopische Entfernung eines Myoms 1975 oder die erste laparoskopische Appendektomie 1982 sind nur einige Beispiele [5].
Die Firma Circon entwickelte Mitte der 80- iger Jahre die Computer Chip Video Kamera. Diese Technologie bereitete endgültig den Weg für die moderne endoskopi
Am 23. September 1901 demonstrierte der Dresdner Chirurg Georg Kelling auf der 73. Versammlung der Deutschen Naturforscher und Ärzte in Hamburg die erste Laparoskopie mit Anlage eines Pneumoperitoneums [12]. Er verbesserte damit die Sicht und reduzierte die Gefahr der Verletzung intraabdominell gelegener Organe [13]. Die zu Anfang des letzten Jahrhunderts verwendete, gefilterte Raumluft wurde bereits 1923 durch die Insufflation von Kohlendioxid ersetzt. Wesentliche Gründe waren die gute intraabdominelle Absorption und fehlende Explosionsgefahr. Bis heute findet Kohlendioxid als Standartinsufflationsgas bei laparoskopischen Operationen Anwendung.
Der deutsche Gynäkologe Frangenheim entwickelte Anfang der 50-er Jahre den Prototyp des modernen Insufflators und beobachtete zahlreiche Komplikationen wie Emphyseme, kardiopulmonale Dysfunktionen und Gasembolien. Er plädierte daher für äußerste Vorsicht bei laparoskopischen Eingriffen [8].
Nach Aufbau eines Pneumoperitoneums kommt es zur Reduktion des Herzminutenvolumens und zum Anstieg des mittleren arteriellen Drucks. Diese Veränderungen werden hauptsächlich durch den erhöhten intraperitonealen Druck verursacht. Zusätzlich bewirkt die Insufflation mit Kohlendioxid einen Anstieg des Kohlendioxidpartialdrucks (PaCO2), bedingt durch die peritoneale CO2 Resorption und Speicherung des Gases im Gewebe. Auch durch eine kontrollierte Hyperventilation während der Operation kann dieser Effekt nicht vermieden werden. Bei einem lungengesunden Patienten stellt die durch den Aufbau eines Kapnoperitoneums entstehende Hyperkapnie mit den konsekutiven Verschiebungen des Säure-Basen-Haushaltes nur ein geringes Risiko dar. Bei Patienten mit respiratorischer Insuffizienz und Lungenfunktionsstörungen, könnte der Anstieg des PaCO2 nach Insufflation von Kohlendioxid, bei bereits präoperativ erhöhtem PaCO2, zu deutlichen metabolischen Störungen führen. Die ausgeprägte extrazelluläre Azidose kann eine Hyperkaliämie mit der Gefahr von Herzrhythmusstörungen verursachen. Darüber hinaus führt eine intrazelluläre Azidose zu einer Verminderung der Kaliumleitfähigkeit und hat eine negativ inotrope Wirkung auf den Herzmuskel. In den peripheren Gefäßen begünstigt die Azidose eine
Ein übermäßiges Ansteigen der CO2- Konzentration im Blut kann außerdem zu einer intrazerebralen Gefäßerweiterung mit der Gefahr von Hirndrucksteigerung und epileptischen Anfällen führen.
Die Verwendung eines inerten Insufflationsgases, das im Gegensatz zu CO2 keine Hyperkapnie hervorruft, könnte bei Risikopatienten mit einer deutlich geringeren Komplikationsrate verbunden sein. Fitzgerald et al. beobachteten, daß bei Versuchstieren mit obstruktiver Lungenerkrankung nach Aufbau eines CO2- Pneumoperitoneums der Kohlendioxidpartialdruck (PaCO2)signifikant, im Vergleich zur lungengesunden Kontrollgruppe, erhöht war [14]. Der Sauerstoffpartialdruck (PaO2)der lungenkranken Tiere wurde durch das Kapnoperitoneum deutlich reduziert. Die Verwendung von Helium als alternatives Insufflationsgas bewirkte bei den kranken Tieren einen signifikant geringeren PaCO2-Anstieg bzw. PaO2-Abfall.
Bei Lungenerkrankungen mit respiratorischer Insuffizienz führt ein Heliumpneumoperitoneum, im Vergleich zu Kohlendioxid, zu deutlich geringeren Änderungen der Gaskonzentrationen im Blut. Trotzdem wird Helium in der Klinik nicht eingesetzt, aus Angst es könne wegen seiner geringen Löslichkeit im Plasma das Risiko einer Gasembolie erhöht werden.
Die durchgeführte tierexperimentelle Studie vergleicht die beiden Insufflationsgase Kohlendioxid und Helium bezüglich der Inzidenz klinisch relevanter Gasembolien bei Verletzung der Vena cava inferior.
Einleitend werden die Eigenschaften der beiden Insufflationsgase genannt, die Einflüsse des Pneumoperitoneums auf die wichtigsten Organsysteme dargestellt und die pathophysiologischen Zusammenhänge beschrieben.
Ein ideales Insufflationsgas sollte farblos, transparent, nicht brennbar, in Blut gut löslich und physiologisch inert sein. Kohlendioxid erfüllt viele dieser Eigenschaften. Die gute Löslichkeit von CO2 im Plasma (Ostwald- Löslichkeitskoeffizient = 0,7) basiert allerdings auf einer hohen Reaktionsbereitschaft, die deutliche metabolische Veränderungen und kardiovaskuläre Störungen zur Folge haben kann [15].
Als alternatives Insufflationsgas kommt das chemisch inerte, farblose, geruchlose und nicht brennbare Helium in Frage. Es beeinflußt nicht den Gasaustausch und führt somit nicht zum PaCO2- Anstieg und den damit verbundenen Risiken. Der gravierendste Nachteil von Helium gegenüber Kohlendioxid ist die schlechte Löslichkeit im Plasma (Ostwald- Löslichkeitskoeffizient = 0,01) und das damit verbundene erhöhte Risiko des letalen Ausgangs einer Gasembolie [16].
Der entscheidende Parameter zur Abschätzung der kardialen Pumpfunktion ist das Herzminutenvolumen (HMV). Das HMV definiert sich durch Schlagvolumen x Herzfrequenz. Nach Aufbau eines Pneumoperitoneums fällt das HMV deutlich ab. Grund dafür ist das reduzierte Schlagvolumen [16]. Die Herzfrequenz bleibt nahezu konstant. Das Schlagvolumen wird durch die Schlagkraft des Herzens und das verfügbare Blutvolumen bestimmt. Mit Aufbau eines Pneumoperitoneums kommt es zu einer intraabdominellen Druckerhöhung. Diese Druckerhöhung führt zu einer Reduktion des venösen Rückstroms und damit zu einem Abfall des Schlagvolumens und folglich des HMV [17]. Dabei spielt die Art des verwendeten Insufflationsgases eine untergeordnete Rolle. Dies zeigte ein Modell von Emeljanov et al., welches die hämodynamischen und pulmonalen Veränderungen mittels eines Pseudo-Pneumoperitoneums untersuchte [18]. An den Patienten wurde dazu eine 40 x 100 cm2 große insufflierbare Kammer angebracht, die den Rumpf von der Inguinalregion bis zum Epigastrium umschloß. Durch Insufflation von Luft konnte so ein Pseudo-Pneumoperitoneum aufgebaut werden. Vergleiche zu einem unmittelbar danach angelegten Kapnoperitoneum zeigten äquivalente hämodynamische Veränderungen. Der venöse Rückstrom war unter beiden Versuchsbedingungen deutlich reduziert, was einen Abfall des HMV zur Folge hatte.
Eine weitere Ursache für das geringere Schlagvolumen nach Aufbau eines Pneumoperitoneums könnte die Abnahme der Schlagkraft, d. h. der Kontraktilität des Herzmuskels, sein. Marathe et. al konnten diese Annahme in einer aufwendigen tierexperimentellen Studie widerlegen [19]. Dazu wurden spezielle Meßsonden mittels Thorakotomie zur Größenbestimmung des linken Ventrikels am Herzen befestigt und ein intrapleuraler Katheter zur Messung des intrathorakalen Druckes plaziert. Drei Wochen später wurde ein Kapnoperitoneum aufgebaut und die Drücke im rechten Vorhof und linken Ventrikel mittels vorher plazierter Katheter registriert. Das linksventrikuläre Volumen nahm nur geringfügig ab. Der linksventrikuläre transmurale Druck und die Kontraktilität unterschieden sich bei unterschiedlichen intraperitonealen Drücken nicht voneinander. Auch die Herzfrequenz und der MAP blieben unbeeinflußt. Allerdings verminderten sich das enddiastolische Volumen und das HMV, während zentralvenöser- und intrathorakaler Druck parallel zum intraabdominellen Druck zunahmen. Marathe et al. zeigten damit, daß die mögliche Ursache für das verminderte Schlagvolumen bei gleicher Herzfrequenz nicht die Schlagkraft des Herzens, sondern ein vermindertes Füllungsvolumen des rechten Herzens ist. Der zentralvenöse Druck, der für gewöhnlich als Parameter für den Füllungszustand herangezogen wird, kann hier nicht verwendet werden, da er unter dem zunehmenden intrathorakalen Druck ansteigt. Die Senkung der Vorlast wird durch den reduzierten Rückstrom des Blutes aus der Peripherie bedingt. Als Ursachen kommen das verminderte Druckgefälle zwischen dem mittleren Füllungsdruck und dem rechten Vorhof und/ oder der erhöhte Widerstand durch Kompression der großen Gefäße in Frage. Eine ähnliche Situation existiert beim Vena-cava-Kompressionssyndrom als Komplikation
Sollte das reduzierte HMV tatsächlich durch einen verminderten Rückstrom von Blut zum Herzen bedingt sein, müßte es sich folglich durch eine gesteigerte Vorlast erhöhen lassen. Dieser Nachweis gelang Harman et al. in einem Versuch an 7 Hunden [21]. Nach Etablierung eines Kapnoperitoneums mit 40 mmHg fiel das HMV von 2,1l auf 0,8 l/min ab, der periphere Widerstand verdoppelte sich und der zentralvenöse Druck erhöhte sich deutlich. Unter der Gabe von Dextran 40 (1ml/kg) stieg das HMV auf das Doppelte des Ausgangsvolumens an. Der periphere Widerstand fiel ab, während die Herzfrequenz unbeeinflußt blieb. Dieses Experiment bestätigte den pathophysiologischen Zusammenhang zwischen vermindertem Rückstrom zum Herzen infolge des erhöhten intraabdominellen Drucks und dem daraus resultierenden Defizit der kardialen Auswurfleistung. Aufgrund der zentralen Bedeutung soll im Folgenden noch einmal kurz auf den Pathomechanismus des verminderten venösen Rückstroms aus den unteren Extremitäten unter laparoskopischen Operationsbedingungen eingegangen werden.
Die Blutströmung entsteht durch Druckdifferenzen zwischen den einzelnen Gefäßabschnitten, wobei das Blut aus Gebieten höherer Drücke in Gebiete niedriger Drücke fließt. Nach dem Ohmschen Gesetz liefert das Druckgefälle dabei die Kraft, die zur Überwindung des Strömungswiderstandes erforderlich ist.
Normalerweise herrscht zentralvenös ein Druck von ca. 2 - 4 mmHg, während der mittlere Füllungsdruck bei ca. 6 mmHg liegt. Die Druckdifferenz beträgt also 2 - 4 mmHg [22]. Der mittlere Füllungsdruck ist dabei ein Maß für den Füllungszustand des Gefäßsystems. Er wird durch das Blutvolumen und die Gefäßkapazität beeinflußt. Bei Veränderung der zentralen und/ oder peripheren Druckverhältnisse und dadurch bedingter Veränderung der Druckdifferenz, kommt es entweder zu einer Beschleunigung oder Verlangsamung des Rückstroms zum Herzen.
Nach Aufbau eines Pneumoperitoneums steigt der zentralvenöse Druck unabhängig vom enddiastolischen Füllungsvolumen an, die Druckdifferenz verringert sich und der venöse Rückstrom wird kleiner [16]. Der Grund dafür ist eine Verschiebung des Zwerchfells nach kranial mit resultierender intrathorakaler Druckerhöhung. Ein erhöhter Außendruck führt demnach unabhängig von der kardialen Situation zu einer Einengung der intrathorakalen Gefäße und damit zu einer zentralvenösen Druckerhöhung. Das Druckgefälle nimmt ab, der venöse Rückstrom wird kleiner. Zusätzlich kommt es durch Verkleinerung der Gefäßdurchmesser zu einem Anstieg des Strömungswiderstandes um das Vierfache (Hagen- Poiseuille- Gesetz) [22,23]. Die Folge ist eine verminderte Strömungsgeschwindigkeit, wie sie unter anderem von Goodale et al. beschrieben wurde [24]. Ingesamt 10 Patienten wurde während lapa
Die intraabdominelle Druckerhöhung während eines Pneumoperitoneums führt zu einer Verschiebung des Zwerchfells nach kranial. Damit verkleinert sich der intrathorakale Raum und führt so zu einer Druckerhöhung im Pleuraspalt. Die Compliance der Lunge wird damit eingeschränkt und der Atmungswiderstand (Resistance) steigt. Konsekutiv muß der Beatmungsdruck erhöht werden. Diesen pathophysiologischen Zusammenhang beschrieben Mäkinen et al. an 11 Patienten während laparoskopischer Cholezystektomie [26]. Nach Aufbau eines Pneumoperitoneums mit einem IAP von 12 mmHg nahm die Compliance von 57 + 9 auf 39 + 7 ml/cm/ H2O ab. Der endinspiratorische Beatmungsdruck mußte von 14 + 3 auf 20 + 3 cm H2O angehoben werden. Nach Desufflation waren diese Veränderungen sofort rückläufig. Obeid et al. untersuchten ebenfalls die Compliance unter Zunahme des IAP bei laparoskopischen Cholecystektomien [27]. Bei den 26 Patienten betrug die Compliance vor Etablierung des Kapnoperitoneums 110 + 50 ml/cm/H2O und sank mit erhöhtem IAP von 12mmHg um 36%. Mit weiterer Erhöhung des IAP auf 16 mmHg sank die Compliance um insgesamt 55%.
Die adäquate Tiefe und Frequenz der Atmung wird durch die kontinuierliche Überprüfung von PaO2, PaCO2 und des arterielllen pH- Wertes durch Chemorezeptoren reguliert. Effektivster Atemantrieb ist dabei der Anstieg des PaCO2 (Hyperkapnie). Ein Abfall des PaO2 führt ebenfalls zu einer Steigerung von Atemfrequenz und -tiefe. Unter Anästhesie werden ein Mangel an O2 und Überschuß an CO2 durch Steigerung des inspiratorischen Sauerstoffgehaltes und durch Hyperventilation ausgeglichen [22].
Unter dem Einfluß eines Kapnoperitoneums erhöht sich durch die peritoneale Resorption von CO2 der PaCO2 (Hyperkapnie). Konsekutiv fällt der pH- Wert ab und der Base Excess steigt. Das endexspiratorische CO2 (ETCO2) nimmt meßbar zu. Der PaCO2- Anstieg kann nicht allein durch die kontrollierte Hyperventilation und damit
Bei Auftreten einer Lungenembolie können vier Schweregrade unterschieden werden. Bei Schweregrad 1 sind ausschließlich periphere Äste betroffen. 80% dieser Embolien verlaufen klinisch stumm oder mit diskreter Beschwerdesymptomatik. Blutdruck (RR), pulmonalarterieller Druck (PAP) und Sauerstoffpartialdruck (PaO2) bleiben konstant. Kommt es zu einem Verschluß der Segmentarterien (Schweregrad 2) sinkt der Sauerstoffpartialdruck unter 80 mmHg, wobei RR und PAP meist unverändert bleiben. Klinisch können Dyspnoe, Tachypnoe, thorakaler Schmerz und Tachykardie auftreten. Bei Schweregrad 3 kommt es zusätzlich zu den genannten klinischen Symptomen zu Hypotonie, einem Anstieg des pulmonalarteriellen Drucks (25- 30 mmHg) und einem Abfall des PaO2 unter 70 mmHg. Ursache ist die Verlegung eines Pulmonalarterienastes oder mehrerer Lappenarterien. Bei Schweregrad 4 kann aufgrund der erheblichen Gefäßobliteration ein Schock oder Herz-Kreislaufstillstand die Folge sein. Der Blutdruck ist stark erniedrigt, der PAP ist größer 30 mmHg und der PaO2 fällt unter 60 mmHg [34].
Die im tierexperimentellen Versuch gewählten, kardiopulmonalen Funktions-parameter dienen der Feststellung von Lungenembolien mit Schweregrad 3 und 4. Leichtere Formen können somit nicht eindeutig erkannt werden
Gelangt Gas in die Lungenstrombahn, kann es zu einem Verschluß des Pulmonalarterienstamms oder seiner Äste mit plötzlichem Anstieg des Lungengefäßwiderstandes (Afterload) kommen. Dies führt zu einer Erhöhung des pulmonalarteriellen- (PAP) und des zentralvenösen Drucks (ZVD). Durch Verlegung der pulmonalen Gefäße gelangt weniger Blut zum linken Ventrikel. Der linksventrikuläre Füllungsdruck und das Schlagvolumen nehmen ab. Trotz des Anstiegs der Herzfrequenz sinkt das Herzminutenvolumen (HMV). Ein Parameter für den linksventrikulären Füllungsdruck ist der Pulmonalkapillardruck (Wedge Druck, PCWP), welcher bei fulminanter Gasembolie abfällt. Außerdem kommt es trotz peripherer Vasokonstriktion zu einem Blutdruckabfall [30].
Bei Verlegung der pulmonalarteriellen Strombahn reduziert sich die für den Gasaustausch zur Verfügung stehende Lungenoberfläche und das arterio-venöse Shuntvolumen erhöht sich [31]. Dies führt neben einer Hypoxämie zu einem Abfall des Endexspiratorischen CO2 (ETCO2), das jetzt nur noch vermindert über die Lunge abgeatment wird. Außerdem kommt es zu einem Anstieg des arteriellen CO2-Partialdrucks (PaCO2), mit Ausbildung einer respiratorischen Azidose [16].
Der Aufbau eines Pneumoperitoneums verstärkt die Auswirkungen einer Blutung auf das Herzkreislaufsystem. Beide vermindern den venösen Rückstrom und damit das Volumenangebot vor dem Herzen. Folglich sinken das Schlagvolumen und HMV. Ho et al. zeigten in einer Studie an 32 Schweinen, daß nach herbeigeführter Blutung MAP und HMV abfallen und sich mit Zunahme der Blutung noch weiter verschlechtern [32]. Zusätzlich führte ein erhöhter IAP zu einem verringerten Schlagvolumen und damit zu einem zusätzlich reduzierten HMV.
Die akute Blutung ist mit einem plötzlichen Flüssigkeitsverlust verbunden, den der Körper schnell auszugleichen versucht. Als Folge der Hypovolämie und verminderten Vorlast kommt es zu einer geringeren Auswurfleistung durch das Herz. Das HMV fällt ab. Der Blutdruck sinkt. Der verminderte Druck in den Arterien wird über die Barorezeptoren registriert und führt zu einer Stimulation des Sympathikus. Konsekutiv steigen Herzfrequenz und Myokardkontraktion. Peripher erfolgt eine Vasokonstriktion, die zusätzlich durch die vermehrte Ausschüttung von Noradrenalin und durch Angiotensin II verstärkt wird. Die Durchblutung der Haut, der Muskulatur und des Splanchnikusgebietes (Leber, Gastrointestinaltrakt, Nieren) wird im besonderen eingeschränkt. Eine Mikrozirkulation zugunsten der Versorgung der lebensnotwendigen Organe wie Herz und Gehirn ist die Folge. Die Minderdurchblutung der Niere bedingt eine Olig- bzw. Anurie. Die Vasokonstriktion in der Peripherie führt zu einer Minderversorgung des Gewebes und damit zur Entstehung einer Azidose. Der Blutstrom wird kapillär stark verlangsamt. Eine Stase kann auftreten [22].
Auch die Venolen reagieren durch Vasokonstriktion, so daß mehr Blut dem Kreislauf zur Verfügung steht. Der Rückstrom zum Herzen wird dadurch begünstigt. Zusätzlich wird die Vorlast durch die gesteigerte Rückresorption von Natrium und Wasser erhöht. Der Grund ist die vermehrte Ausschüttung von ACTH und ADH, sowie die Aktivierung des Renin- Angiotensin- Aldosteron- System [16].
In Deutschland werden ca. 20% der abdominalchirurgischen Eingriffe laparoskopisch durchgeführt. Die Tendenz ist steigend. In den nächsten Jahren kann mit einer Zunahme von ungefähr 10% gerechnet werden [33]. Die Vorteile gegenüber der konventionellen Technik sind geringere postoperative Beschwerden, weniger Einschränkung der Lungenfunktion und weniger Beeinflussung der gastrointestinalen Motilität. Daraus ergeben sich rasche Nahrungsaufnahme und frühe Mobilisation, rascher Beginn der Darmtätigkeit, frühe Entlassung aus der Klinik und frühere Rückkehr zu normaler Belastbarkeit [33].
Zu den Kontraindikationen laparoskopischer Operationen gehören unter anderem chronisch obstruktive Atemwegserkrankungen, die mit einer respiratorischen Insuffizienz einhergehen. Die nach Aufbau des Pneumoperitoneums mit Kohlendioxid entstehende Hyperkapnie kann von diesen Patienten auch durch kontrollierte Hyperventilation nicht mehr ausreichend kompensiert werden. Die resultierenden Komplikationen reichen von Herzrhythmusstörungen und -insuffizienz bis zum epileptischen Anfall.
Durch Verwendung eines chemisch inerten Gases zur intraperitonealen Insufflation können diese Nebenwirkungen vermieden werden. Ein solches Insufflationsgas wäre Helium. Die bisher durchgeführten tierexperimentellen Studien zeigen einen geringen Einfluß von Helium auf die kardiopulmonalen Funktionen [34,35,36]. Trotzdem findet Helium auch bei Risikopatienten in der Klinik bisher keine Anwendung. Der Grund ist die geringe Löslichkeit des Gases und die damit verbundene Gefahr der Entstehung klinisch relevanter Gasembolien.
Das vermehrte Auftreten dieser schweren Komplikation wurde in mehreren Tierexperimenten beobachtet [37,38]. Allerdings wurden dabei die laparoskopischen Gase direkt in ein venöses Gefäß injiziert, was die klinische Situation einer laparoskopischen Operation nur ungenügend simuliert.
In der vorliegenden Arbeit sollte untersucht werden, ob nach Anlage eines Helium-pneumoperitoneums die Inzidenz fulminanter Gasembolien erhöht ist. Das Insufflationsgas der Kontrollgruppe war Kohlendioxid. Um die experimentellen Bedingungen der klinischen Situation besser anzupassen, wurde eine laparoskopische Inzision der Vena cava inferior durchgeführt und die anschließende Blutung ebenfalls laparoskopisch versorgt. Dabei sollte der Zusammenhang untersucht werden, ob neben dem Pneumoperitoneum selbst, eine intraoperative Gefäßverletzungen das Auftreten klinisch relevanter Gasembolien begünstigen kann.
Es wurden 20 deutsche Läuferschweine beider Geschlechter mit einem Gewicht von ca. 20 kg (MW: 21,3 kg; SD: 2,35 kg) verwendet. Die Tiere wurden von der Agrar GmbH Bergsdorf bezogen und zwei Tage vor Beginn der Operation geliefert. Damit war eine Erholung vom Transport und eine Adaptation an die neue Umgebung gewährleistet. Die Tiere waren einem automatischen Tag – Nacht – Rhythmus ausgesetzt. Eine optimale Versorgung wurde durch speziell ausgebildetes Personal sicher gestellt. Zweimal täglich erfolgte eine Fütterung. Die Wasseraufnahme erfolgte ad libitum. 12 Stunden vor Durchführung des Versuches wurde das zu operierende Tier unter Nahrungskarenz gehalten.
20 Versuchstiere wurden in 2 Gruppen zu je 10 Tieren randomisiert. Die eine Gruppe erhielt Kohlendioxid als Insufflationsgas. Das Pneumoperitoneum der anderen Gruppe wurde mit Helium etabliert. Nach Aufbau eines Pneumoperitoneums wurde die Vena cava inferior inzidiert und die resultierende Blutung nach 30 Sekunden beendet. Das Gefäß wurde laparoskopisch verschlossen und das Pneumoperitoneum abgebaut. Folgende Parameter wurden perioperativ bestimmt:
Herzfrequenz [HF (f/min)]
mittlerer arterieller Blutdruck [MAP (mmHg)]
pulmonal arterieller Druck [PAP [mmHg)]
pulmonal arterieller Verschlußdruck [PAWP (mmHg)]
zentralvenöser Druck [ZVD (mmHg)]
endexspiratorisches CO2 [ETCO2 (mmHg)]
Herzminutenvolumen [HMV (l/min)]
arterielle Blutgase [pH, PaCO2, PaO2]
arterielle Sauerstoffsättigung [Anteil Oxyhämoglobin am Gesamthämoglobin in %]
Zur präoperativen Sedierung erhielten die Tiere eine intramuskuläre Injektion bestehend aus Ketanest (20mg/kg KG), Droperidol (0,25 mg/kg KG) und Atropin (0,005 mg/kg KG). Danach wurde das Versuchstier auf dem Operationstisch in Rückenlage gebracht und fixiert. Die Einleitung der Narkose erfolgte mit Ketanest (5mg/kg KG), Droperidol (0,25mg/kg KG), Fentanyl (0,0005 mg/kg KG) und Tubocurarin (0.3mg/kg KG). Während der Operation erhielten die Versuchstiere das Inhalationsanästheti
Der Infusionsplan beinhaltete 2 ml/kg Ringer-Lactat-Lösung pro Stunde und 150 ml 6%ige Hydroxyethylstärke-Lösung (HAES), die unmittelbar nach Inzision der Vena cava inferior verabreicht wurden.
Die Tiere wurden jeweils am Ende des Versuches durch intrakardiale Injektion mit T61 (0,3 ml/ kg KG) ( Hoechst Roussel Vet, Wiesbaden) getötet. Die Durchführung erfolgte im Rahmen der allgemeinen Tierschutzrichtlinien.
Zunächst wurde die rechte Vena jugularis interna freigelegt und ein Swan-Ganz-Katheter (Baxter Healthcare, Irvine, California) zur Bestimmung des mittleren pulmonalarteriellen Drucks (PAP), des Pulmonalkapillardrucks (PAWP) und des Herzminutenvolumens (HMV) über den rechten Ventrikel in die A. pulmonalis eingebracht. Die Bestimmung des HMV erfolgte durch Thermodilution. Dabei wurde ein Kältebolus von 3 ml eiskalter Kochsalzlösung mit hohem Druck manuell in den rechten Vorhof gespritzt und die Änderung der Temperatur durch eine Sonde an der Katheterspitze in der Pulmonalarterie gemessen. Das HMV wurde über das Integral unter der Kurve der Temperaturabnahme berechnet. Zur Messung des zentralvenösen Drucks (ZVD) wurde ein zentraler Venenkatheter über die V. jugularis interna dextra in die V. cava superior mit Projektion auf den rechten Vorhof gelegt. Die korrekte Lage konnte anhand der Länge des zuvor gelegten Swan-Ganz-Katheters bestimmt werden. Die Messung des mittleren arteriellen Drucks (MAP) erfolgte über die linke A. femoralis. Alle Katheter wurden an ein Computersystem (Sirecust, Siemens, Berlin) angeschlossen und die gemessenen Daten kontinuierlich aufgezeichnet.
Zunächst wurde eine mediane Laparotomie von ca. 25 cm Länge durchgeführt. Der Darm wurde nach lateral mobilisiert, das Retroperitoneum eröffnet und die Vena cava inferior, distal des Abgangs der Nierenvenen, auf einer Strecke von 5 cm freipräpariert. Proximal und distal der freipräparierten Vene wurden zwei Torniquets plaziert. Anschließend wurden insgesamt 6 Trokare in die Bauchwand eingebracht. Der 10 mm Trokar für die Kamera (Storz, Tuttlingen) wurde im oberen Teil der Regio suprapubica plaziert. Die beiden 5 mm Trokare für die Torniquets wurden im linken Unterbauch angelegt. Im unteren Teil der Regio lateralis sinistra wurde ein 5 mm Trokar für den fächerförmiger Retraktor zum Halten der Darmschlingen plaziert. Faßzange
Nach Öffnen der Tourniquets und Kontrolle der Naht wurde das ausgetretene Blut abgesaugt, die Bauchhöhle gespült und der Blutverlust bestimmt. Bei fortbestehender Blutung wurde die Vene in Einzelknopfnaht übernäht. Nach weiteren 30 Minuten erfolgte die Desufflation der Bauchhöhle.
Die bereits beschriebenen kardiopulmonalen Parameter zur Bestimmung einer klinisch relevanten Gasembolie wurden zunächst in Ausgangsposition, d.h. in Kopftief- und Linksseitenlage bestimmt. 15 min nach Aufbau des Pneumoperitoneums erfolgte die zweite Messung. Unmittelbar vor und nach Inzision der Vena cava inferior, sowie nach Abklemmen des Gefäßes wurden die Parameter erneut bestimmt. Weitere Messungen erfolgten während und nach Beendigung des Nähens der Vene, sowie unmittelbar nach Öffnung der Tourniquets und 15 Minuten später. Die letzten Werte wurden direkt nach Desufflation und weitere 15 Minuten danach gemessen.
Ausgangsposition in Kopftieflage (kein Pneumoperitoneum)
15 min nach Aufbau des Pneumoperitoneums
unmittelbar vor Inzision der V. cava inferior
unmittelbar nach Inzision der V. cava inferior
nach Abklemmung des Gefäßes
während des Nähens der V. cava inferior
unmittelbar nach Beendigung des Nähens der V. cava inferior
unmittelbar nach Öffnung der Tourniquets
15 min nach Öffnung der Tourniquets
unmittelbar nach Desufflation
15 min nach Desufflation
Die Rohdaten wurden deskriptiv in Form von Liniendiagrammen dargestellt. Dabei entsprechen die jeweiligen Schnittpunkte den Mittelwerten der erhobenen Daten. Zusätzlich wurde zu jedem Mittelwert die dazugehörige Standartabweichung eingezeichnet.
Zur Prüfung der Datenverteilung wurde der Kolmogorov-Smirnov-Test angewandt. Die Datengruppen waren normal verteilt, weshalb für die weiteren Berechnungen parametrische Tests verwendet wurden. Die Mehrfachvergleiche wurden unter Verwendung der Analysis of Variance (Anova) durchgeführt. Das Signifikanzniveau betrug p < 0,05. Die Paarvergleiche wurden mit dem t – Test für ungepaarte Stichproben durchgeführt. Das Signifikanzniveau dieser Paarvergleiche wurde nach Bonferroni korrigiert und somit dem Mehrfachvergleich angepaßt. Dazu wurde das ursprüngliche Signifikanzniveau von p = 0,05 durch die Anzahl der durchgeführten Paarvergleiche dividiert.
Die Operationsdauer beider Gruppen unterscheidet sich nicht signifikant voneinander. (T –Test bei unabhängigen Stichproben; p = 0,612)
Der vorübergehende Verschluß der V. cava inf. betrug in der He - Gruppe 12 ± 7 min und in der CO2 - Gruppe 11 ± 9 min.
Der Blutverlust in beiden Gruppen unterscheidet sich nicht signifikant voneinander.
(T –Test bei unabhängigen Stichproben; p = 0,613)
Die Letalität betrug in beiden Gruppen 0%. Keines der Versuchstiere starb vor Ende des Experimentes.
Das Gewicht der Versuchstiere beider Gruppen unterscheidet sich nicht signifikant voneinander. (T –Test bei unabhängigen Stichproben; p = 0,342)
Der Vergleich der Kontrollparameter der CO2 – und He Gruppe ergibt keinen statistisch signifikanten Unterschied.
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb jeder Gruppe unterscheiden sich nicht signifikant voneinander (CO2 Gruppe: p = 0,714; He Gruppe: p = 0,748). Auch die Einzelvergleiche zwischen den beiden Gruppen zu jedem Meßzeitpunkt ergaben keinen statistischen Unterschied.
Zu Versuchsbeginn betrug die Herzfrequenz in beiden Gruppen durchschnittlich 126 f/min. Nach Aufbau des Pneumoperitoneums stieg sie in beiden Gruppen leicht an, wobei die Frequenz in der CO2-Gruppe etwas höher lag. In der He-Gruppe stieg die Herzfrequenz unmittelbar nach Inzision der Vene auf ein Maximum an und fiel da
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb jeder Gruppe unterscheiden sich nicht signifikant voneinander (CO2 Gruppe: p = 0,490; He Gruppe: p = 0,140). Die Einzelvergleiche zwischen den beiden Gruppen zu jedem Meßzeitpunkt ergaben signifikante Unterschiede zu den Meßzeitpunkten 5, 6 und 8 bis 11.
Nach Inzision der Vene war der mittlere arterielle Blutdruck der CO2-Gruppe, im Vergleich zur He-Gruppe, bis auf einen Meßzeitpunkt signifikant erhöht.
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb jeder Gruppe unterschieden sich nicht signifikant voneinander (CO2-Gruppe: p = 0,095; He Gruppe: p = 0,982). Die Einzelvergleiche zwischen den beiden Gruppen zu jedem Meßzeitpunkt ergaben einen signifikanten Unterschied zwischen beiden Gruppen 15 min nach Öffnung der Tourniquets.
In beiden Gruppen betrug der PAP in Ausgangsposition ca. 15 mmHg. Nach Insufflation stiegt der pulmonalarterielle Druck in beiden Gruppen leicht an. Unmittelbar nach Venotomie kam es zu einem kurzzeitigen Abfall des PAP, welcher bereits nach Abklemmen des Gefäßes komplett rückläufig war. 15 min nach Öffnung der Vena cava war der PAP der CO2-Gruppe, verglichen mit der He-Gruppe, signifikant erhöht. Un
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb jeder Gruppe unterschieden sich nicht signifikant voneinander (CO2-Gruppe: p = 0,127; He-Gruppe: p = 0,608). Die Einzelvergleiche zwischen den beiden Gruppen ergaben zu keinem Meßzeitpunkt einen signifikanten Unterschied.
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb jeder Gruppe unterschieden sich nicht signifikant voneinander (CO2-Gruppe: p = 0,509; He-Gruppe: p = 0,316). Die Einzelvergleiche zwischen den beiden Gruppen zu jedem Meßzeitpunkt ergaben keinen signifikanten Unterschied.
Die Kurven zeigen einen ähnlichen Verlauf. Der zentralvenöse Druck steigt in beiden Gruppen nach Aufbau des Pneumoperitoneums sprunghaft von ≈ 2,3 auf ≈ 3,8 mmHg an. Nach einem leichten Absinken unmittelbar nach Inzision der Vena cava kommt es zu einem kontinuierlichen Anstieg des ZVD auf ca. 5 mmHg. Nach Öffnung der Tourniquets fällt der ZVD in beiden Gruppen rasch auf Ausgangsniveau zurück.
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb jeder Gruppe unterschieden sich signifikant voneinander (ANOVA; CO2-Gruppe: p = 0,032; He-Gruppe: p = 0,012).
Ausgehend von einem annähernd gleichen Ausgangswert (43 mmHg), stieg das end-expiratorische CO2 der CO2-Gruppe nach Aufbau des Pneumoperitoneums leicht an, während das ETCO2 der He-Gruppe signifikant auf 38 mmHg abfiel. Bis auf einen leichten Abfall des ETCO2 in der CO2-Gruppe unmittelbar nach Inzision der Vena cava, vergrößerte sich der Abstand zwischen beiden Gruppen kontinuierlich bis unmittelbar nach Desufflation. Während sich in der He-Gruppe das endexpiratorische CO2 ab dem Zeitpunkt 15 Minuten nach Aufbau des Pneumoperitoneums signifikant vom Ausgangswert unterscheidet, traten in der CO2-Gruppe statistisch signifikante Unterschiede zum Ausgangswert erst unmittelbar nach Beendigung der Gefäßnaht auf.
Nach Aufbau des Pneumoperitoneums war das endexspiratorische CO2 der CO2-Gruppe im Vergleich zur He-Gruppe signifikant erhöht.
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb jeder Gruppe unterschieden sich nicht signifikant voneinander (CO2-Gruppe: p=0,526; He-Gruppe: p=0,278). Die Einzelvergleiche zwischen den beiden Gruppen ergaben ebenfalls keinen signifikanten Unterschied.
Vor Aufbau des Pneumoperitoneums betrug das HMV in der CO2-Gruppe 2,1 l/min und in der He-Gruppe 2,3 l/min. Nach Insufflation kam es in beiden Gruppen zu einem Abfall des HMV auf ≈ 1,95 l/min. Diese Verringerung wurde durch die einsetzende Blutung nach Inzision der Vena cava inferior weiter verstärkt (≈ 1,7 l/min). Nach Abklemmung des Gefäßes kam es in beiden Gruppen zu einem leichten An
Die Meßzeitpunkte innerhalb der CO2-Gruppe unterschieden sich signifikant voneinander (ANOVA; p=0,004). Innerhalb der He-Gruppe existierte kein signifikanter Unterschied (ANOVA; p=0,955).
Die Einzelvergleiche zwischen den beiden Gruppen zu jedem Meßzeitpunkt ergaben signifikante Unterschiede ab dem 2. Meßzeitpunkt, 15 min nach Aufbau des Pneumoperitoneums.
Während die pH Werte der He-Gruppe annähernd konstant blieben, kam es nach Insufflation mit CO2 zu einem signifikanten Abfall von 7,39 auf 7,24 (Meßzeitpunkt 9). Auch nach Desufflation blieb der Unterschied signifikant, obwohl der pH der CO2-Gruppe wieder leicht anstieg.
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb der CO2-Gruppe unterschieden sich signifikant voneinander (ANOVA; p = 0,000). Innerhalb der He-Gruppe existierte kein signifikanter Unterschied (ANOVA; p = 0,635).
Die Einzelvergleiche der beiden Gruppen ergaben signifikante Unterschiede ab dem 2. Meßzeitpunkt, 15 min nach Aufbau des Pneumoperitoneums. Während der PaCO2 der He-Gruppe annähernd konstant blieb, kam es nach Insufflation mit CO2 zu einem kontinuierlichen, signifikanten Anstieg von 40 auf 60 mmHg. Erst nach Desufflation kam es zu einer Reduktion des PaCO2 der Kohlendioxidgruppe auf ca. 50 mmHg.
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb jeder Gruppe unterschieden sich nicht signifikant voneinander (CO2-Gruppe: p = 0,995; He-Gruppe: p = 0,878). Die Einzelvergleiche der Meßzeitpunkte zwischen den beiden Gruppen ergaben keine signifikanten Unterschiede.
Die arteriellen Sauerstoffpartialdrücke beider Gruppen blieben im Verlauf der gesamten Operation annähernd konstant. Auch die Gefäßinzision und die anschließende Gefäßnaht hatten keinen signifikanten Einfluß auf den PaO2.
Die einzelnen Meßzeitpunkte innerhalb jeder Gruppe unterschieden sich nicht signifikant voneinander (CO2-Gruppe: p = 0,979; He-Gruppe: p = 0,705). Die Einzelvergleiche der Meßzeitpunkte zwischen den beiden Gruppen ergaben ebenfalls keine signifikanten Unterschiede. Aufgrund der mechanischen Beatmung und des resultierenden, permanent erhöhten Sauerstoffpartialdruckes ist die Beurteilbarkeit der beiden Sauerstoffsättigungskurven erheblich eingeschränkt. Die bereits unterschiedlichen Ausgangswerte verdeutlichen das Ausmaß der Schwankungen. Es bestehen keine statistischen Unterschiede innerhalb oder zwischen den Gruppen.
Die Verwendung von Kohlendioxid als Insufflationsgas führt nach Aufbau des Pneumoperitoneums zu einem signifikanten Anstieg des Kohlendioxidpartialdrucks und der endexpiratorischen CO2 Konzentration [16]. Auch durch eine kontrollierte Hyperventilation kann dieser Anstieg nicht vermieden werden. Die Ergebnisse des vorliegenden Experimentes bestätigen diese Hypothese. Nach Etablierung des Pneumoperitoneums mit Kohlendioxid kam es zu einem signifikanten Anstieg des pCO2 und der endexpiratorischen CO2- Konzentration sowie zu einem Abfall des pH- Wertes im arteriellen Blut.
Die peritoneale CO2-Resorption führt zu einer Hyperkapnie. Kohlendioxid muß vermehrt abgeatment werden, weshalb die endexpiratorische CO2- Konzentration deutlich zunimmt. Durch die vermehrte Anreicherung von CO2 im Blut sinkt der pH- Wert und der Base Excess steigt [CO2 + H2O ↔ HCO3 - + H+] [22]. Folge dieser Veränderungen können metabolische und/ oder kardiopulmonale Störungen sein [39].
Helium wurde als alternatives Insufflationsgas ausgewählt, weil es aufgrund seines inerten chemischen Verhaltens deutlich geringere Auswirkungen auf den Säure-Basen- Haushalt hat. Die schlechte Löslichkeit von Helium im Plasma könnte allerdings die Entstehung einer Gasembolie während laparoskopischer Operationen mit Verletzung eines großen venösen Gefäßes begünstigen.
Cottin et al. beschrieben bei sieben Patienten das Auftreten von Gasembolien während laparoskopischer Operationen [40]. Zwei dieser Patienten verstarben an den Folgen der Embolie. Die Gasembolie trat während des laparoskopischen Eingriffs jeweils bei Insufflation des Gases oder unmittelbar danach auf, was die Vermutung zuläßt, daß es zu einer Verletzung eines Gefäßes mit dem Trokar kam und anschließend Gas in das Blutgefäß insuffliert wurde. Daß die direkte Insufflation eines schlecht löslichen Gases zu schweren kardiopulmonalen Störungen bis hin zum Kreislaufzusammenbruch führen kann, zeigten die beiden nachfolgenden Studien.
Roberts et al. demonstrierten in einem Tiermodell, daß eine kontinuierliche intravenöse Injektion von CO2 gut toleriert werden kann, während Helium eine Kreislaufdepression mit schwerer Azidose und Tachykardie verursacht [41]. Junghans et al. führten eine vergleichende Studie zwischen Helium und CO2 an Schweinen durch [42]. Dazu wurde über einen Zeitraum von 10 min kontinuierlich intravenös Helium oder CO2 injiziert. Alle Tiere der CO2- Gruppe tolerierten die Insufflation mit Raten von 0.5 und 1.0 ml/kg/min, während Raten von 2ml/kg/min zu schweren Kreislaufzusammenbrüchen führten. In der Heliumgruppe bewirkten bereits Insufflationsraten von 0.1 ml/kg/min eine deutliche hämodynamische Dekompensation.
Die direkte Gasinsufflation läßt sich allerdings nicht mit der Situation eines kompli-kationslos aufgebauten Pneumoperitoneums vergleichen. Auch die Verletzung eines großen intraabdominellen Gefäßes während laparoskopischer Operationen scheint nur unter speziellen Umständen zur Ausbildung klinisch relevanter Gasembolien zu führen.
Eine der Ursachen für die niedrige Inzidenz von Gasembolien bei Verletzung der Vena cava inferior und den geringen Schweregrad bei Auftreten der Embolien ist der erhöhte intravasale Druck. Dieser betrug in dem von uns durchgeführten Tierexperiment 23 mmHg. Der intraperitoneale Druck nach Insufflation mit Helium oder CO2 lag bei 15 mmHg. Damit liegt der Druck in der V. cava inferior über dem IAP. Das Risiko einer klinisch relevanten, unterdruckinduzierten Gasverschleppung bei Verletzung der Vena cava inferior ist demnach gering.
Nach Etablieren des Pneumoperitoneums mit Helium kam es zu einem signifikanten Abfall der endexspiratorischen Kohlendioxidkonzentration. Alle anderen gemessenen kardiopulmonalen Parameter, insbesondere PAP, ZVD, HMV, PaCO2 und HF unterschieden sich nicht signifikant vom Ausgangswert. Der Grund für den Abfall des ETCO2 nach Aufbau des Helium-Pneumoperitoneums ist nicht das Auftreten von pulmonalen Gasembolien, sondern die Verdrängung von CO2 durch das Insufflationsgas aus dem Kohlensäure-Bicarbonatsystem.
[C.A.: Carboanhydrase]
Nach Heliuminsufflation und Aufbau eines intraperitonealen Drucks von 15 mmHg wird CO2 als Ausgangsstoff verdrängt, seine Konzentration sinkt. Demzufolge kann weniger CO2 über das Blut zur Lunge transportiert und abgeatmet werden – die endexspiratorische Kohlendioxidkonzentration sinkt. Der Mechanismus des Kohlendioxidtransports im Blut soll im Folgenden kurz dargestellt werden:
Das in den Zellen bei der Oxidation von Energiesubstraten freiwerdende CO2 diffundiert in das Plasma der Gewebskapillaren. Ein kleiner Teil dieses physikalisch gelösten CO2 wird zu Kohlensäure hydratisiert, ein weiterer, ebenfalls geringer Teil bindet sich an Plasmaproteine (Carbaminoverbindungen). Der größte Teil des CO2 diffundiert in die Erythrozyten. Dort bleibt ein geringer Teil physikalisch gelöst, ein Teil geht mit dem Hämoglobin eine Carbaminoverbindung ein. Der überwiegende Teil wird je
Nach dem thermodynamischen Prinzip von Le-Chatelier und Braun versucht das Reaktionssystem, das sich im Gleichgewichtszustand befindet, den Abfall der CO2- Konzentration auf Seiten der Ausgangsstoffe nach Aufbau eines Pneumoperitoneums mit Helium, durch die unwillkürliche Anpassung der anderen Zustandsgrößen zu kompensieren. Die Rückreaktion läuft vermehrt ab, wodurch es zu einem Abfall der Protonenkonzentration auf Seiten der Reaktionsprodukte kommt [22,45]. Dieses Reaktionsprinzip erklärt den leichten Anstieg des pH-Wertes im Blut nach Heliuminsufflation von 7,38 auf 7,41. Nach Insufflation mit CO2 kam es erwartungsgemäß zu einem signifikanten Abfall des Blut- pH von 7,39 auf 7,24. Unmittelbar nach Desufflation stieg der pH wieder auf 7.29 an und betrug 15 min später bereits 7,31.
Die Herzfrequenz unterschied sich in beiden Gruppen zu den einzelnen Meßzeitpunkten nicht signifikant voneinander. Sie variierte zwischen 120 und 140 Schlägen pro Minute (Mittelwerte). Der mittlere arterielle Blutdruck (MAP) fiel in beiden Gruppen nach Etablierung des Pneumoperitoneums ab und erreichte jeweils nach Venotomie den tiefsten Punkt. Danach konnte ein langsamer Anstieg beobachtet werden. In der CO2 -Gruppe war der mittlere arterielle Blutdruck nach Abklemmen des Gefäßes, während des laparoskopischen Nähens und zu allen Meßpunkten unmittelbar nach Öffnung der Tourniquets, im Verleich zur He- Gruppe, signifikant erhöht. Dieses Phänomen wurde bereits mehrfach beschrieben und basiert möglicherweise auf der vermehrten Frei-setzung von Adrenalin, Noradrenalin und Renin nach Insufflation mit CO2 [46].
Trotz des beobachteten Blutdruckanstiegs nach Aufbau eines Pneumoperitoneums mit Kohlendioxid besteht zusätzlich die Gefahr, daß Azidose und Hyperkapnie eine kreislaufwirksame Hypotonie verursachen. Als Ursachen kommen Herzrhythmusstörungen durch Hyperkaliämie, die negativ inotrope Wirkung auf den Herzmuskel infolge einer verminderten Kaliumleitfähigkeit bei intrazellulärer Azidose und eine mögliche Vasodilatation der peripheren Gefäße bei niedrigem Blut pH- Wert in Frage [22].
Der pulmonalarterielle Druck stieg nach Aufbau des Pneumoperitoneums in beiden Gruppen leicht an. Unmittelbar nach Venotomie kam es zu einem kurzzeitigen Abfall aufgrund der akuten Blutung mit einem Volumen von ca. 160 ml. Nach Abklemmen der Vena cava inferior konnte in beiden Gruppen ein leichtes Ansteigen des pulmo
Das Herzminutenvolumen als entscheidender Parameter für die kardiale Pumpfunktion, fiel in beiden Gruppen nach Aufbau des Pneumoperitoneums leicht ab. Dieser Abfall wurde durch Inzision der Vena cava inferior noch weiter verstärkt. Nach Abklemmung des Gefäßes kam es in beiden Gruppen zu einem leichten Anstieg des HMV. Insgesamt unterschieden sich die Werte beider Gruppen zu keinem Zeitpunkt der Messung signifikant voneinander. Demzufolge haben beide Insuffaltionsgase annähernd gleiche Wirkungen auf die Pumpfunktion des Herzens. Der in der CO2- Gruppe erhöhte arterielle Mitteldruck ist als Maß für die Herzfunktion von geringerer Bedeutung, da er ausschließlich die regionalen Druckverhältnisse beschreibt und keine Aussage über die Menge des in den großen Kreislauf ausgeworfenen Blutes gestattet.
Die Verwendung von Helium als Insufflationsgas führte während des gesamten laparoskopischen Eingriffs zu keiner signifikanten Einschränkung der kardiopulmonalen Funktion. Demzufolge trat bei keinem der Versuchstiere eine kreislaufwirksame Gasembolie auf. Die Ursache einer solchen, schweren, intraoperativen Komplikation scheint demnach nicht die intraperitoneale Insufflation des Gases zu sein, sondern das direkte Einleiten von Helium oder Kohlendioxid in ein Blutgefäß. Auch nach gynäkologischen Eingriffen wie Hysteroskopie oder laparoskopischer Salpingektomie sowie intraoperativer Verletzung des Uterus während laparoskopischer Operationen wurden Gasembolien beschrieben [47,48]. Allerdings kommt als Ursache der beobachteten kardiopulmonalen Dekompensation auch ein massiver Blutverlust in Frage, so daß eine Gasembolie nicht immer zweifelsfrei angenommen werden kann. Bei intraoperativer Verletzung von Blutgefäßen, welche durch das umliegende Gewebe fixiert sind und nicht einfach kollabieren können, wie zum Beispiel im Uterus oder in der Leber, könnte das Risiko einer Gasembolie deutlich erhöht sein. Deshalb sollte Helium als Insufflationsgas für laparoskopische Eingriffe an diesen Organen nicht verwendet werden.
Das von uns durchgeführte Experiment zeigte in der Helium- und in der CO2-Gruppe überwiegend geringfügige, nicht signifikante Änderungen der kardiopulmonalen Funktion, welche hauptsächlich auf den Blutverlust nach Inzision der Vena cava inferior zurückzuführen sind. Die Inzidenz klinisch relevanter Gasembolien während laparoskopischer Operationen mit intraperitonealem Druck unter 15 mmHg und zusätzlicher Verletzung eines großen intraabdominellen Gefäßes, scheint demzufolge sehr gering zu sein.
Die Ergebnisse der von uns durchgeführten tierexperimentellen Studie bestätigen die Resultate von Bazin et al. [43] und Dion et al. [44], welche zeigten, daß die Verletzung großer intraabdomineller Gefäße während eines Kapnoperitoneums bei keinem der Versuchstiere zu einer klinisch relevanten Gasembolie führte. Auch nach Verwendung von Helium als Insufflationsgas, das nur schwer im Plasma löslich ist, traten keine kardiopulmonal meßbaren Gasembolien auf. Einer der Gründe ist der intravasal erhöhte Druck, der parallel zum intraabdominellen Druck ansteigt. Halverson et al. zeigten, daß nach Etablieren eines Pneumoperitoneums mit 15 mmHg der Druck in der Vena cava inferior von ca. 12 mmHg auf 23 mmHg ansteigt [49]. Unter diesen Bedingungen ist die Gefahr einer durch Unterdruck induzierten Ansammlung von Gas im Blutgefäß äußerst gering. In retrospektiven Studien wurden bei 15 von 113.253 [50] und bei 7 von 1194 [51] laparoskopischen Operationen der klinische Verdacht einer Gasembolie geäußert, was einer Inzidenz von 0,002- 0,6 % entspricht. Insgesamt finden sich in der Literatur 7 tödliche Verläufe bei 37 beschriebenen Fällen von Gasembolien, die während laparoskopischer Operationen auftraten. Die tatsächliche Inzidenz von klinisch relevanten Gasembolien scheint demnach sehr niedrig zu sein.
Insgesamt konnte nur ein geringer Einfluß der Insufflationsgase Kohlendioxid und Helium auf die kardiopulmonale Funktion beobachtet werden. Nach Inzision der Vena cava inferior fielen der mittlere arterielle Druck und das Herzminutenvolumen in beiden Gruppen leicht ab. Der Grund ist ein Blutverlust von ca. 160 ml. Eine vollständige Kompensation erfolgte noch vor dem laparoskopischen Nähen aufgrund der intravenösen Gabe von 150 ml HAES 6%. Während der Dauer des Pneumoperitoneums stiegen der pulmonalarterielle Druck und der Pulmonalkapillardruck (Wedge-Druck) in der CO2 Gruppe leicht an, während Helium diese Veränderungen nicht zeigte. Zusätzlich kam es zu einem signifikanten Anstieg von PaCO2 und ETCO2 sowie Abfall des pH- Wertes im Blut nach Insufflation mit CO2. In der Helium Gruppe kam es zu einem signifikanten Abfall des ETCO2, der durch die Verdrängung von CO2 als Ausgangsstoff im Kohlensäure-Bicarbonatsystem erklärt werden kann. Da alle weiteren, für eine Gasembolie typischen Parameter, unverändert blieben, kann diese als zweite in Frage kommende Möglichkeit für den beobachteten ETCO2 Abfall ausgeschlossen werden.
Die Insufflation mit Helium hat im Vergleich zu Kohlendioxid einen signifikant geringeren Einfluß auf den Gasaustausch und den Säure-Basen-Haushalt. Bei Patienten mit chronisch obstruktiven Ventilationsstörungen und respiratorischer Insuffizienz könnte Helium bei laparoskopischen Eingriffen ein alternatives Insufflationsgas darstellen. Die Gefahr, während der Laparoskopie eine schwere Gasembolie (Grad 3 oder 4) zu erleiden, ist gegenüber Kohlendioxid nicht signifikant erhöht.
Ich danke Herrn Privatdozent Dr. Jacobi für die Überlassung des Themas, für die zeitaufwendige Unterstützung bei der Durchführung der Versuche und die freundliche Betreuung bei der Erstellung dieser Arbeit. Zudem danke ich dem Direktor der Klinik für Allgemein-, Viszeral-, Thorax- und Gefäßchirurgie der Medizinischen Fakultät der Humboldt- Universität zu Berlin Herrn Professor Dr. Müller für die Möglichkeit der Nutzung der tierexperimentellen Abteilung. Ferner bedanke ich mich bei Herrn Baudisch und Frau Lessener aus dem Rechenzentrum der Humboldt- Universität für die ausführlichen Erklärungen statistischer Verfahrensweisen.
Berlin, im Dezember 2002
Hiermit erkläre ich, daß die vorliegende Dissertation zum Thema:“ Das Auftreten von Gasembolien während laparoskopischer Eingriffe bei Verletzung der Vena cava inferior -Vergleich der Insufflationsgase Kohlendioxid und Helium“ von mir selbst und ohne die Hilfe Dritter verfaßt wurde, auch in Teilen keine Kopie anderer Arbeiten darstellt und die benutzten Hilfsmittel sowie die Literatur vollständig angegeben sind.