Richter, Jost Wigand : Auswirkungen der Ultrafiltration auf die Lungenfunktion bei Kindern nach Korrektur eines angeborenen Herzfehlers

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Kapitel 3. Methodik der Studie

3.1 Patienten

Bedingung zur Aufnahme der untersuchten Patienten in diese Studie war die Durchführung einer Herzoperation mittels Herz-Lungen-Maschine und extrakorporaler Membranoxygenierung sowie ein Lebensalter unter acht Jahren.

Ausgeschlossen wurden alle Kinder mit einer schweren dekompensierten Herzinsuffizienz sowie anderweitigen schweren Erkrankungen, insbesondere solchen mit pulmonaler Beteiligung.

Die Auswahl der Patienten erfolgte konsekutiv.

3.2 Studiendurchführung

3.2.1 Anästhesie und Beatmung

Nach Einleitung der Anästhesie mit Fentanyl 1 bis 10 µg/kg KG und Midazolam 0,15 bis 0,20 mg/kg KG sowie teilweise zusätzlich mit Halothan erfolgte die Muskelrelaxation mit Pancuronium 0,1 mg/kg KG und die endotracheale Intubation. Mittels eines Respirators (Servo 900, Fa. Siemens) erfolgte die volumenkontrollierte Beatmung mit einem inspiratorischen Sauerstoffanteil FiO2 von 0,5; Atemzugvolumen von 10 bis 12 ml/kg KG, Atemfrequenz je nach Alter zwischen 20 und 40 Atemzügen pro Minute und einem positiven endexpiratorischen Druck (PEEP) von 3 bis 5 cmH2O. Die Respiratoreinstellungen wurden durch den betreuenden Anästhesisten angepaßt, um einen arteriellen Sauerstoffpartialdruck paO2 größer 80 mmHg, eine arterielle Sauerstoffsättigung SaO2 größer 90 % sowie einen arteriellen Kohlendioxidpartialdruck paCO2 zwischen 30 und 40 mmHg zu gewährleisten.


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3.2.2 Herz-Lungen-Maschine und Korrekturoperation

Der Aufbau der Herz-Lungen-Maschine war bei allen Patienten gleich; bei der Studiengruppe wurde jedoch zusätzlich ein Filterkreislauf zur Durchführung der modifizierten Filtration vorbereitet ( Abbildung 4 , Seite 17). Es wurden Rollerpumpen mit einem nonpulsativen Flow, Membranoxygenatoren sowie arterielle Filter zur Vermeidung thrombembolischer Komplikationen verwendet. Die vorgefilterte Prime-Flüssigkeit der Herz-Lungen-Maschine bestand aus einer kristalloiden Lösung, Humanalbumin, Aprotinin und bis auf drei Ausnahmen aus kompatiblem Erythrozytenkonzentrat. Die Heparinisierung erfolgte so, daß die aktivierte Gerinnungszeit ACT (activated clotting time) während des kardiopulmonalen Bypasses über 500 Sekunden gehalten wurde [ 52 ].

Nach medianer Thorakotomie erfolgte die Freilegung des Herzens und anschließend die Positionierung der Bypass-Kanülen in der Aorta sowie im rechten Vorhof bzw. in den oberen und unteren Venae cava. Nach Abklemmen der Aorta und Erzeugen des Herzstillstandes mit kalter kardioplegischer Lösung (Kirsch-Lösung und Hydroxyethylstärke) wurde der extrakorporale Kreislauf der Herz-Lungen-Maschine angeschlossen und die eigentliche Korrekturoperation durchgeführt. Die genutzte tiefe (18 bis 22 °C) bzw. moderate (24 bis 33 °C) Hypothermie wurde durch Kühlung der Prime-Flüssigkeit bzw. des zirkulierenden Blutvolumens mittels eines Wärmeaustauschers erreicht. Mit Beginn der extrakorporalen Zirkulation wurde die Ventilation der Lungen beendet und deren passive Deflation zugelassen. Eine Sauerstoff-Installation, intermittierende Lungenexpansion oder ein positiver endexpiratorischer Druck (PEEP) wurden während dieses Zeitraumes nicht angewendet.

Nach Korrektur des Vitium cordis wurde die Aortenklemme gelöst und während der Reperfusionsphase die Körpertemperatur langsam wieder angehoben. Dabei erfolgte zugleich die konventionelle Filtration. Weiterhin wurden die Lungen gebläht und die Ventilation wieder, wie oben beschrieben, begonnen und angepaßt, bis ein adäquater Gasaustausch mit einem arteriellen Sauerstoffpartialdruck paO2 größer 80 mmHg, einer arteriellen Sauerstoffsättigung SaO2 größer 90 % sowie einem arteriellen Kohlendioxidpartialdruck paCO2 zwischen 30 und 40 mmHg erreicht waren.


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Zur gegebenenfalls erforderlichen Stabilisierung der hämodynamischen Funktion erfolgte zum Entwöhnen vom Bypasskreislauf die Gabe von Epinephrin, beginnend mit 0,01 µg/kgKG/min und ggf. Noradrenalin 0,05 µg/kgKG/min zur Steigerung der kardialen Auswurfleistung bzw. zum Aufbau eines altersentsprechenden adäquaten Blutdruckes. Zur Unterstützung der renalen Perfusion wurde Dopamin 2 bis 5 µg/kgKG/min verabreicht. Bei inadäquater Urinproduktion kleiner 1 ml/kgKG/h erfolgte die Verabreichung von Furosemid 1 mg/kgKG. Eine metabolische Azidose mit einem Basendefizit kleiner -5 wurde entsprechend dem Routinevorgehen mit Natrium-Bicarbonat korrigiert.

Bei der Studiengruppe wurde unmittelbar nach Abgang von der Herz-Lungen-Maschine die bereits beschriebene modifizierte Filtration nach Naik, Knight und Elliot durchgeführt. Hierzu wurde der Bypasskreislauf, entsprechend der in Abbildung 5 (Seite 14) dargestellten Form verändert und in einer circa zehn Minuten andauernden Ultrafiltration mit einem Unterdruck von 125 mmHg als Ziel 40 ml/kgKG Flüssigkeit abfiltriert. Vor Beendigung des extrakorporalen Kreislaufs erfolgte die Neutralisierung des Heparins mittels Protramin-Sulfat.

Nach anschließendem Wundverschluß wurden alle Kinder postoperativ in mechanisch ventiliertem Zustand unter Beibehaltung der Anästhesie mit Fentanyl und Midazolam auf die kardiologische Intensiv-Pflege-Station verlegt, wo die weitere Versorgung entsprechend den Routineanweisungen erfolgte.

3.2.3 Meßprotokoll

Zur Bestimmung der Studienparameter wurden bei allen Kindern jeweils vier Messungen am offenen Thorax durchgeführt ( Abbildung 11 ). Die erste Meßreihe fand nach Eröffnung der Thoraxhöhle vor Anschluß an die Herz-Lungen-Maschine statt. Die zweite Messung erfolgte ebenfalls bei beiden Gruppen unmittelbar nach Abgang von der Herz-Lungen-Maschine. In direkter Folge wurde bei der Studiengruppe die durchschnittlich elf Minuten andauernde modifizierte Filtration durchgeführt; unmittelbar nach deren Beendigung erfolgte eine dritte Messung. Zu einem vergleichbaren Zeitpunkt ca. 10 Minuten nach Abgang von der Herz-Lungen-Maschine wurde auch bei der Kontrollgruppe die dritte Messung vorgenommen. Die vierte Messung erfolgte bei der Studiengruppe und bei der Kontrollgruppe etwa zehn Minuten


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nach der dritten Messung, um eine zeitlich bedingte Beeinflussung der Meßgrößen auszuschließen.

Abbildung 11 Zeitpunkte der Messungen

3.2.4 Lungenfunktionsmessung

Bei jeder Messung wurden direkt an der Tubusöffnung die Atemgasströmung mittels eines Doppelhitzdrahtanemometers (Neonatal Volume Monitor NVM-1, BEAR Medical Systems, Riverside, California, USA) und der Atemwegsdruck mit einem speziell entwickelten Drucksensor des Flow-Pressure-Volume Display FPV (FPV Vers. 2.1, British Columbia's Children's Hospital, Vancouver, British Columbia, Canada) gemessen und mittels eines Analog-Digital-Wandlers (Data Collecting Device des FPV-Display) digitalisiert. Die so gewonnenen Daten wurden über einen Zeitraum von 30 Sekunden in 1/100 Sekundenintervallen kontinuierlich aufgezeichnet und auf einem Personal Computer abgespeichert. Vor jeder Meßreihe wurden der Drucksensor mittels eines Wassermanometers (0 und 30 cmH2O) und der Flowsensor mittels eines Rotameters (0 und 100 cm3/s) einer Zweipunkt-Kalibrierung unterzogen. Die Signale von Atemgasfluß und Atemwegsdruck wurden im Anschluß an die


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intraoperative Messung ausgewertet (Anadat Version 5.1, RHT-InfoDat Inc., Montreal, Quebec, Canada). Dabei erfolgte die Berechnung der Atemvolumina durch die Integration des Atemgasflusses über die Zeit. Unter Anwendung der multiplen linearen Regressionsanalyse auf ein single-compartment-Modell der Lunge (siehe Abschnitt 2.3 ) können die dynamische Compliance der Lunge und die Resistance der Atemwege unter Vernachlässigung der Inertance mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet werden:

Gleichung 18

P - Druck; RRS - Resistance des respiratorischen Systems; - Atemgasfluß; CRS - Compliance des respiratorischen Systems;
V - Atemgasvolumen

Da der gemessene Druck am Ende der Expiration ungleich Null sein kann, weil entweder am Respirator ein positiver endexpiratorischer Druck (PEEP) eingestellt ist oder aber bei unvollständiger Expiration ein intrinsischer positiver endexpiratorischer Druck bestehen bleibt, muß die durch Ausschluß des Inertance-Termes vereinfachte Grundgleichung der Lungenmechanik um eine dem endexpiratorischen alveolären Druck (EEP) entsprechende Konstante erweitert werden [47]:

Gleichung 19

P - Druck; RRS - Resistance des respiratorischen Systems; - Atemgasfluß; CRS - Compliance des respiratorischen Systems;
V - Atemgasvolumen; EEP - endexpiratorischer Druck

Durch Verkleinerung des zwischen Beatmungssystem und Endotrachealtubus positionierten Flowsensors sowie des Druckabnehmers konnte bei den Messungen der bestehende Totraum auf 1,5 cm3 verringert werden. Bei einem sich ggf. im Operationsverlauf entwickelnden Tubusleck erfolgte mittels Kompressen die Tamponade des Larynx, so daß Leckgrößen kleiner 5 % des Atemzugvolumens erreicht werden konnten.


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3.2.5 Weitere Meßgrößen

In allen Meßserien wurde weiterhin der mittlere arterielle Blutdruck, der zentrale Venendruck, die Herzfrequenz sowie die Urinausscheidung protokolliert. Während der ersten, zweiten und vierten Messung, bei der Studiengruppe zusätzlich auch während der dritten Meßreihe, wurde der Hämoglobingehalt, der Hämatokrit, der pH-Wert, die Sauerstoffsättigung, der Sauerstoff- sowie der Kohlendioxid-Partialdruck des arteriellen Blutes mit Hilfe des Blood-Gas-System 288 (CIBA-Corning Diagnostics Corp., Medfield, Massachusetts, USA) bestimmt.

Mit Hilfe der arteriellen Sauerstoff- und Kohlendioxid-Partialdrücke PaO2 bzw. PaCO2 sowie des inspiratorischen Sauerstoffanteils konnte die alveoloarterielle Sauerstoffdifferenz AaDO2 [mmHg] nach Gleichsetzung des alveolären und arteriellen Kohlendioxid-Partialdrucks als Parameter für den pulmonalen Gasaustausch annähernd ermittelt werden:

Gleichung 20

PLuft - Luftdruck; PH2O - Wasserdampf-Partialdruck; FiO2 - inspiratorischer Sauerstoffanteil; PACO2 - alveolärer Kohlendioxid-Partialdruck; PaO2 - arterieller Sauerstaoff-Partialdruck; RQ - respiratorischer Quotient (VCO2/VO2)

3.3 Statistische Analyse

Sämtliche Meßdaten werden als Mittelwerte mit ihrer Standardabweichung [in eckigen Klammern] angegeben. Die Angabe der Irrtumswahrscheinlichkeit p erfolgt nach dem allgemein üblichen Modus (Tabelle 2).

Tabelle 2 Irrtumswahrscheinlichkeit p

Irrtumswahrscheinlichkeit

Bedeutung

Symbolisierung

p > 0,05

nicht signifikant

n.s.

p le 0,05

signifikant

*

p le 0,01

sehr signifikant

**

p le 0,001

hoch signifikant

***


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Die Überprüfung auf Normalverteilung erfolgte mittels Kolmogorov-Smirnov-Test, die Prüfung auf Varianzhomogenität wurde mit dem Levene-Test durchgeführt. Bei Vergleichen mit zwei Stichproben wurde bei nachgewiesener Normalverteilung und Varianzhomogenität der t-Test für abhängige Stichproben genutzt, um die Werte vor und nach Behandlung zu vergleichen, die sich in Folge des Studiendesigns verändert hatten. Der t-Test bei unabhängigen Stichproben wurde für den Vergleich der Ausgangswerte beider Gruppen herangezogen. Untersuchungen mit mehreren Stichproben wurden bei bestehender Normalverteilung und Varianzhomogenität mit der einfaktoriellen Varianzanalyse durchgeführt, bei verbundenen Stichproben wurden die Möglichkeiten der einfaktoriellen Varianzanalyse mit Meßwiederholung genutzt. Der Effekt von unterschiedlichen Einflußgrößen, wie zum Beispiel von Bypass-Dauer und Aortenklemmzeit auf die untersuchten Parameter, wurde mittels der Kovarianzanalyse bzw. hinsichtlich einer möglichen Korrelation untersucht. Korrelationsanalysen erfolgten bei intervallskalierten und normalverteilten Variablen mit Hilfe der Produkt-Moment-Korrelation nach Pearson.

Die Datenanalyse der Untersuchungsergebnisse erfolgte mit Hilfe des Programmsystems SPSS für Windows, Version 6.0 (SPSS Inc.).


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Mon Jan 28 13:11:32 2002