Zur Erlangung des akademischen Grades
Doctor medicinae (Dr. med.)

vorgelegt der Medizinischen Fakultät Charité
der Humboldt-Universität zu Berlin

vonJost Wigand Richter,
aus Freiberg

Dekan: Prof. Dr. med. Dr. h. c. R. Felix

Gutachter:
Prof. Dr. med. P. E. Lange
Prof. Dr. med. R. Rossaint
Prof. Dr. med. K. Paul

Datum der Promotion: 14. Dezember 2001

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Kurz-Zusammenfassung

Das mit dem kardiopulmonalen Bypass assoziierte kapilläre Leck bei Operationen am offenen Herzen führt zu einem Anstieg des totalen Wassergehalts des Körpers, wobei es vor allem zu einer pulmonalen sowie myokardialen Ödementwicklung kommt. Mit der von Naik, Knight und Elliott (1991) hinsichtlich Filterposition und Filtrationszeitpunkt beschriebenen modifizierten Form der Ultrafiltration unmittelbar nach Abgang vom Bypass konnte eine markante Reduzierung der mit dem Bypass assoziierten Flüssigkeitsakkumulation sowie eine unmittelbare Verbesserung der hämodynamischen Parameter (Herzindex, myokardiale Kontraktilität, verminderter postoperativer Verbrauch inotroper Substanzen) nachgewiesen werden. Ziel vorliegender Studie ist deshalb die Untersuchung der Auswirkung der modifizierten Ultrafiltration auf die Lungenfunktion.

Für diese Studie wurden 37 Kinder (Alter 3 Tage bis 92 Monate, Gewicht 3,1 bis 21,3 kg) beobachtet, bei denen die operative Korrektur eines angeborenen Herzfehlers unter Einsatz der Herz-Lungen-Maschine (kardiopulmonaler Bypass mit extrakorporaler Membranoxygenierung) vorgenommen wurde. Bei 27 Kindern wurde nach Abgang von der Herz-Lungen-Maschine die modifizierte Hämofiltration durchgeführt, 10 Kinder dienten als Kontrollgruppe. Bei allen Patienten wurden vor Beginn sowie nach Abschluß des Einsatzes der Herz-Lungen-Maschine, nach der ca. zehn Minuten dauernden modifizierten Ultrafiltration bzw. bei der Kontrollgruppe zu einem vergleichbaren Zeitpunkt ca. zehn Minuten nach Entwöhnung vom kardiopulmonalen Bypass und nach einem weiteren Zeitraum von ca. zehn Minuten mittels dynamischer Lungenfunktionsmessung Parameter der Lungenmechanik (dynamische Compliance und Resistance) sowie Lungenfunktion (alveoloarterielle Sauerstoffdifferenz) bestimmt. Außerdem wurden hämodynamische (arterieller und zentralvenöser Blutdruck) und rheologische Veränderungen (Hämoglobin, Hämatokrit) aufgezeichnet.

Bei der modifizierten Ultrafiltration zeigte sich unmittelbar nach Filtrationsende mit dem signifikanten Anstieg der Compliance um 13,9 % ein Effekt, der sich etwa 10 Minuten nach Filtrationsende noch weiter steigerte. Weiterhin konnte ein Abfall der alveoloarteriellen Sauerstoffdifferenz um insgesamt 29,2 % gemessen werden. Es ließ sich jedoch keine proportionale Abhängigkeit zwischen der Ultrafiltratmenge und der Verbesserung der Lungenfunktion

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Die Ergebnisse zeigen, daß durch die modifizierte Technik der Ultrafiltration eine unmittelbare Verbesserung der postoperativen Lungenfunktion erreicht werden kann.

Schlagwörter:
angeborene Herzfehler, kardiopulmonaler Bypass, modifizierte Hämofiltration, Lungenfunktion, dynamische Compliance, dynamische Resistance, Kinder.

Abstract

The capillary leak, associated with cardiopulmonary bypass in open heart surgery, causes a rise of total body water resulting in tissue, especially in pulmonary and myocardial edema. The modified ultrafiltration is a new aproach to reduce these edemas, first described by Naik, Knight and Elliot in 1991. With the modification of the postition of the ultrafilter in the bypass circuit and the time of filtration in the first minutes after the patient has been weaned from bypass a significant reduction of the bypass associated fluid accumulation could be shown as well as an improvement of hemodynamics (heart index, myocardial contractility, reduced need of inotopic drugs). To investigate the influence of the modified ultrafiltration on the lung function is the objective of this study.

In this study 37 children (aging from 3 days to 92 months, weighting from 3.1 to 21.3 kg) have been examined in cardiac surgery for moderate to severe congenital heart disease with the application of the cardiopulmonary bypass. The effect of modified ultrafiltration, which immediately started after being weaned from the cardiopulmonary bypass, was studied in 27 children, 10 children formed the controll population. In all patients alterations in pulmonary mechanics (dynamic compliance and resistance), in pulmonary function (alveolar-arterial difference of oxygen), in hemodynamics (arterial and central venous blood pressure, heart rate) and in blood values (hemoglobin, hematocrit) could be recorded at frequent intervals. The measurements were done before and after being weaned from bypass, after conclusion of the

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After the modified ultrafiltration a significant increase of pulmonary compliance of about 13.9 % was observed, an effect, which was further amplified in the next 10 minutes. Furthermore a decrease of alveolar-arterial difference of oxygen of 29.2 % could be shown, but no correlation between the amount of ultrafiltrat and improvement of pulmonary function could be proved. Other findings like a significant increase of arterial blood pressure or an increase of the hematocrit, which were also described by other authors in previous studies, could be confirmed.

The results indicate, that by using the modified technique of ultrafiltration an improvement of pulmonary function is achievable.

Keywords:
congenital heart disease, cardiopulmonary bypass, modified ultrafiltration, lung function, dynamic compliance, dynamic resistance, children.

Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1:	Prinzip des kardiopulmonalen Bypasskreislaufes
Abbildung 2	Verhältnis des Blutvolumens des Patienten zu Prime-Volumen und Patientengröße, nach Elliott [33]
Abbildung 3	Prinzip der konventionellen Ultrafiltration
Abbildung 4	Prinzip der modifizierten Ultrafiltration (Filterposition während des kardiopulmonalen Bypasses)
Abbildung 5	Prinzip der modifizierten Ultrafiltration (Filterposition während der Filtration nach Abschluß des kardiopulmonalen Bypasses)
Abbildung 6	Einfaches Ballon-Röhren-Modell. Der Ballon hat die Elastance E und die Röhre die Resistance R.
	Gleichung 1
	Gleichung 2
	Gleichung 3
	Gleichung 4
	Gleichung 5
	Gleichung 6
Abbildung 7	Veranschaulichung der Hysterese. Druck-Volumen-Kurve einer luftgefüllten Lunge während Inspiration und Expiration
	Gleichung 7
	Gleichung 8
Abbildung 8	Veranschaulichung der Zeitabhängigkeit von statischer versus dynamischer Compliance
	Gleichung 9
Abbildung 9	Schematische Darstellung des laminaren Strömungsverhaltens
	Gleichung 10
	Gleichung 11
Abbildung 10	Schematische Darstellung des turbulenten Strömungsverhaltens
	Gleichung 12
	Gleichung 13
	Gleichung 14
	Gleichung 15
	Gleichung 16
	Gleichung 17
Abbildung 11	Zeitpunkte der Messungen
	Gleichung 18
	Gleichung 19
	Gleichung 20

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