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.

Bazin et al. bestätigten diese Annahme in einer tierexperimentellen Studie [43]. Nach Aufbau eines Kapnoperitoneums wurde die V. iliaca über eine Länge von ca. 3 mm inzidiert und der intraabdominelle CO₂-Druck (IAP) sukzessive von 0 auf 30 mmHg erhöht. Die Beobachtung der Gasembolie erfolgte durch transösophagealen Dopplerultraschall. Bei einem IAP bis 20 mmHg kam es zu einer massiven Blutung. Eine weitere Erhöhung des IAP bewirkte die Kompression des Gefäßes. Im Bereich von 20 mmHg, d.h. zwischen Blutung und Kompression trat in vier von sechs Fällen eine Gasembolie auf. Dion et al. zeigten, daß bei Inzision der Vena cava inferior während eines Kapnoperitoneums zwei der elf operierten Tiere eine sonographisch nachweisbare Gasembolie entwickelten [44]. Der intraabdominelle Druck betrug 12- 15 mmHg. Die beobachteten Gasembolien führten zu keinerlei hämodynamisch wirksamen Veränderungen.

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 jedoch unter der katalytischen Wirkung der Carboanhydrase über Kohlensäure in Bicarbonat und H⁺ umgewandelt. Die Protonen werden vom Hämoglobin unter O₂-Abgabe abgepuffert (Bohr-Effekt). Das Bicarbonat wird an das Plasma abgegeben, wobei zur Wahrung der Elektroneutralität Chlorid vom Erythrozyten aufgenommen wird. Von der gesamten Kohlensäure werden 95% als HCO^3- und nur 5% als CO₂ transportiert. Rund 75% des Bicarbonats befinden sich dabei im Plasma und 25% in den Erythrozyten. In der Lunge wird das Bicarbonat des Plasmas wiederum im Austausch mit Chlorid von den Erythrozyten aufgenommen. Bei der Aufnahme von Sauerstoff gibt das Hämoglobin die ge-pufferten Protonen wieder ab (Bohr-Effekt). Die H⁺-Ionen reagieren mit Bicarbonat unter der Wirkung von Carboanhydrase zu Kohlensäure, die in H₂O und CO₂ dissoziiert. Das CO₂ diffundiert leicht von den Erythrozyten in das Plasma und von dort in den Alveolarraum.

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 pulmonal-arteriellen Drucks beobachtet werden. 15 min nach Öffnung der Vena cava war der PAP der CO₂-Gruppe, verglichen mit der He-Gruppe, signifikant erhöht. Ein möglicher Grund ist der zu diesem Zeitpunkt signifikant höhere mittlere arterielle Blutdruck der CO₂- Gruppe. Nach Desufflation fiel der PAP der CO₂- Gruppe auf Ausgangswerte zurück. Der pulmonalarterielle Verschlußdruck (pulmonary capillary wedge pressure = PCWP), als Parameter für den linksventrikulären Füllungsdruck, unterschied sich innerhalb und zwischen den beiden Gruppen nicht signifikant. Dasselbe gilt für den zentralvenösen Druck. Auch hier gibt es keinen statistisch signifikanten Unterschied zwischen CO₂- und He- Gruppe.

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.