Krabatsch , Thomas : Untersuchungen zu klinischem Stellenwert und zugrundeliegenden Mechanismen der transmyokardialen Laserrevaskularisation

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Kapitel 5. Untersuchungen zu zugrundeliegenden Mechanismen der transmyokardialen Laserrevaskularisation - Tierexperimentelle Analyse

5.1 Einleitung und Aufgabenstellung

Daß es durch den Einsatz der TMLR gelingt, ein Angina-pectoris-Syndrom signifikant zu lindern, wird heute kaum mehr bezweifelt. Die derzeit vorliegenden Daten scheinen dies zumindest für die ersten 2 postoperativen Jahre zu belegen (s. Kapitel 3). Lebensqualität und physische Belastbarkeit werden durch das Verfahren ebenfalls deutlich verbessert. Weniger geklärt hingegen ist die Frage, ob es nach TMLR zu einer Durchblutungsverbesserung des Myokards kommt. Da die Verfahren, die zur Untersuchung der myokardialen Perfusion am Patienten Verwendung finden, aufwendig sind und zudem über ein begrenztes Auflösungsvermögen verfügen, wurde diese Fragestellung bevorzugt in tierexperimentellen Studien untersucht.

Sen und Mirhoseini, auf deren Arbeiten die transmyokardiale Laserrevaskularisation maßgeblich basiert, waren davon ausgegangen, daß dem Verfahren das Prinzip des Amphibienherzens zugrunde liegt, wobei durch die angelegten Kanäle eine nennenswerte Blutmenge aus dem linken Ventrikel direkt in das intramyokardiale Gefäßnetz geleitet wird (s. Abschnitt 1). Das Offenbleiben der Kanäle stellt für diese Theorie eine conditio sine qua non dar. Nachdem in den letzten Jahren zunehmend autoptische und tierexperimentelle Befunde publiziert worden sind, die auf einen Frühverschluß der Kanäle schließen lassen (s. Kapitel 4), wurden weitere Hypothesen zum Wirkmechanismus der TMLR, wie die zur Angioneogenese oder zur Denervierung Gegenstand der wissenschaftlichen Diskussion. Bis zum heutigen Zeitpunkt ist trotz Nachweis der klinischen Wirksamkeit der TMLR jedoch die Frage noch weitgehend ungeklärt, welcher Mechanismus der TMLR zugrunde liegt.

Schon sehr frühzeitig wurde prinzipiell in Frage gestellt, daß überhaupt Blut aus dem Ventrikel in die Myokardwand fließen kann, da der intramurale Druck der Ventrikelwand insbesondere in endokardnahen Wandanteilen höher ist als im Ventrikelkavum, was auf Untersuchungen von Pifarre mit Nadelpunktionen an Hundeherzen aus dem Jahre 1968 zurückgeht [336, 337]. Diese These wurde lange Zeit mit der Behauptung abgetan, die heftig spritzende Blutung aus den frisch angelegten Laserkanälen sei Beweis genug, daß das Blut aus dem Ventrikelkavum in die Laserkanäle gelangen könnte. Systematisch untersucht wurde dies aber lange Zeit nicht. Die Arbeitsgruppe von Pifarre hingegen ist noch heute der Ansicht, daß ein solcher Blutfluß physiologisch unmöglich sei.

In der jüngsten Vergangenheit ergaben sich jedoch Hinweise, daß durch zusätzliche Applikation von endothelialen Wachstumsfaktoren in die Umgebung der Laserkanäle, insbesondere jedoch durch einen Gentransfer [35] oder durch Wahl eines geeigneteren Lasers [457] ein langfristiges Offenbleiben der TMLR-Kanäle erzielt werden könnte. Dies rückt die Frage nach der prinzipiellen Möglichkeit der Myokardperfusion über die Kanäle direkt vom Ventrikelkavum wieder in den Vordergrund des Interesses.

Ziel der in diesem Kapitel vorgestellten Untersuchung sollte es sein, die Frage nach möglichen Soforteffekten der TMLR zu klären.

Ungeachtet der später einsetzenden Angioneogenese oder einer eventuellen Denervierung suchten wir nach Hinweisen für eine sofortige Durchblutungsverbesserung von ischämischem Myokard durch das Anlegen von


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TMLR-Kanälen. Hierbei gingen wir von der These aus, daß sich im Falle eines Blutflusses über die Laserkanäle lokale metabolische Parameter und die Kontraktilität von laserbehandelten gegenüber unbehandelten Myokardregionen während intermittierender Ischämie weniger verschlechtern sollten.

Weiterhin sollte durch gleichzeitige Messung des Ventrikeldruckes und des intramyokardialen Druckes analysiert werden, ob aufgrund des bestehenden Druckgefälles überhaupt Blut in die Herzwand strömen kann. Parallel dazu sollten Messungen des intramyokardialen Sauerstoffpartialdruckes und der Laktatkonzentration im Gewebe weitere indirekte Hinweise auf die Perfusionsänderungen im laserbehandelten Myokard geben.

Für die klinische Betreuung der Patienten insbesondere in der frühen postoperativen Phase, in der eine Angioneogenese ja noch keine nennenswerte Rolle spielen sollte, wäre eine Analyse der Soforteffekte der TMLR von nicht zu unterschätzender Bedeutung.

5.2 Untersuchungsmodell

Bei der Versuchsplanung gingen wir von der bekannten Tatsache aus, daß eine myokardiale Ischämie zu einer verminderten Kontraktilität der betroffenen Herzwandgebiete führt. Der Grad der resultierenden Kontraktilitätsstörungen korreliert dabei über weite Strecken mit dem Ausmaß der Ischämie. Sollte den betroffenen Myokardarealen durch angelegte TMLR-Kanäle jedoch eine weitere Durchblutungsquelle zur Verfügung stehen, so müßte sich das Ausmaß der Kontraktilitätsstörung im Vergleich zu unbehandelten ischämischen Gebieten reduzieren. Analog führte eine Ischämie zu verminderten Gewebe-pO2-Werten und zu erhöhten Laktatkonzentrationen im betroffenen Myokard. Der Gewebe-pO2-Wert (tPO2) sollte im Falle einer zusätzlichen Blutversorgung durch Laserkanäle weniger stark abfallen, die Gewebe-Laktat-Konzentration weniger stark ansteigen.

Die Untersuchung erfolgte an einem akuten Ischämiemodell an Schweineherzen in vivo, wobei an 12 Schweinen die Ischämie durch Koronarokklusion (Gruppe A) und bei 5 weiteren Schweinen eine Ischämie unter Verwendung von 30µm großen Partikeln durch deren Embolisation in die Koronararterien (Gruppe B) hervorgerufen wurde. Diese zweite Subgruppe sollte der Tatsache Rechnung tragen, daß bei Patienten, die einer TMLR unterzogen werden, zumeist keine regionale, umschriebene Koronarstenose besteht, sondern eine diffuse Koronarsklerose, die insbesondere auch die distalen Gefäßabschnitte betrifft. Bei diesen Tieren erfolgte die Messung der myokardialen Laktatkonzentration mit Hilfe der Mikrodialyse.

Versuchstiere und Narkose

Verwendet wurden 17 weibliche Schweine im Alter von 4 bis 10 Monaten mit einem Gewicht von 20 bis 45 kg (mean 28,3 ± 7,2 kg). Nach intramuskulärer Injektion von 4 mg Azaperon (Stresnil®) und 0,05 mg/kg Atropin eine Stunde vor Narkosebeginn wurden über eine Ohrvene 0,01 mg/kg Fentanyl und 3 - 4 mg/kg Hypnomidate injiziert. Nach Intubation erfolgte die maschinelle Beatmung mit 40% Sauerstoff unter Muskelrelaxation mit Pancuronium (0,3 mg/kg*h). Die Anästhesie wurde mit Fentanyl 0,01 mg/kg*h und Hypnomidate 10 mg/kg*h aufrechterhalten. Zur Stabilisierung des intravasalen Volumens infundierten wir physiologische Elektrolytlösung gewichtsabhängig in einer Dosierung von 10 bis 40 ml/10 kg*h. Die systemische Antikoagulation erfolgte durch eine Bolusinjektion von 10.000 IE Heparin und anschließender Infusion von 5000 IE/h. Alle Tiere wurden nach


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den geltenden Rechtsvorschriften zu Tierhaltung und experimentellen Untersuchungen an Tieren behandelt. Für die Studie lag eine Tierversuchsgenehmigung<27> vor .

Präparation

Nach Präparation der Halsgefäße wurde in die rechte A. carotis eine Katheterschleuse (9 Fr) zur Plazierung eines Millar-Tipmanometers (SPC 784A) mit zwei Drucksensoren im linken Ventrikel und der Aorta ascendens eingeführt. Über die Vena jugularis plazierten wir einen vierlumigen Infusionskatheter (6 Fr) im rechten Vorhof.

Nach medianer Sternotomie und Eröffnung des Perikards wurde die Aortenwurzel freipäpariert und ein Flußmeßkopf zur Aortenflußmessung (Transonic T 208) angebracht.

Der Ramus interventricularis anterior (RIVA) wurde in seinem mittleren Drittel nach Abgang des ersten Diagonalastes freipräpariert. Hier erfolgte die Plazierung eines Flußmeßkopfes zum Bestimmen des Koronarflusses sowie die Anlage eines soft-vessel-loops, um eine passagere Koronarokklusion (Gruppe A) bzw. eine intrakoronare Embolisation (Gruppe B) und damit eine Ischämie auslösen zu können. Abbildung 29 zeigt die Region des RIVA, an der die passagere Okklusion erfolgte.


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Abb. 29: Dargestellt ist die RIVA-Region in dessen mittlerem Drittel. Deutlich sichtbar ist der Flußmeßkopf sowie der vessel-loop zum Erzeugen der passageren RIVA-Okklusion.

Am linken Ventrikel wurden nun 3 verschiedene Areale definiert. Zwei Areale befanden sich im RIVA-Versorgungsgebiet distal der Okklusions- bzw. Embolisationsstelle. Von diesen zwei Ischämiearealen wurde eines später einer TMLR unterzogen (fortan mit ‚Region 1’ bezeichnet), während das andere als nichtgelasertes Ischämieareal diente (‚Region 2’). Das dritte Myokardareal wurde im Versorgungsgebiet des Ramus circumflexus definiert. Es diente als normal perfundiertes Kontrollareal und trug die Bezeichnung ‚Region 3’ (siehe Abb. 30).


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Abb. 30: Aufteilung des linksventrikulären Myokards in 3 Regionen

Zur Beurteilung der Wanddickenänderung als Ausdruck der lokalen Myokardfunktion wurden je zwei Ultraschallkristalle (Triton) in den 3 unterschiedlichen Arealen des linken Ventrikels plaziert. Ob bei dem jeweiligen Versuch das basale oder das apikale ischämische Myokardareal mit dem Laser behandelt wurde, ob ‚Region 1’ also mehr basal oder apikal gelegen war, wurde nach dem Zufallsprinzip festgelegt. In der Region 3 an der Posterolateralwand des linken Ventrikels im Versorgungsbereich der A. circumflexa erfolgte die Plazierung des dritten Sonokristallpaares. Außerdem wurde ein 0,6 mm PE-Schlauch in die den RIVA begleitende Koronarvene zur Blutgasbestimmung gelegt.

In Abbildung 31 ist der Situs während des Experimentes (Gruppe A) dargestellt.


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Abb. 31: Situs während der Okklusionsversuche (Gruppe A). Deutlich sichtbar sind die drei Sonokristallpaare und die Stelle am RIVA, an der die passagere Okklusion erfolgte.


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In den einzelnen Regionen wurden darüber hinaus je eine Licoxsonde<28> zur Erfassung des Gewebs-pO2 installiert.

Die Validität dieser Methode wurde an anderer Stelle ausführlich beschrieben [25]. Eine Polarographiesonde mit einer Gold-Kathode und einer Silber-Anode mißt dabei die Konzentration gelösten Sauerstoffs in einer mit Pufferlösung gefüllten Meßkammer, die sich über eine Diffusionsmembran mit dem umgebenden Gewebe im Gleichgewicht befindet. Abbildung 32 zeigt die Licox-Meßapparatur mit dem dazugehörigen Rechner zur Datenaufnahme.


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Abb. 32: Licox-System zur Messung des Sauerstoffpartialdruckes im Gewebe

Ebenso erfolgte im ischämischen Bereich die Einlage eines Millar-Mikro-Tipmanometers2<29>6, um den intramyokardialen Wanddruck (IMP) zu erfassen.


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Parallel erfolgte intermittierend die Analyse der arteriellen und koronarvenösen Blutgaswerte mit einem Blutgasautomat2<30>7.

Bei den Tieren der Gruppe B wurde zusätzlich in ‚Region 1’ die Laktatkonzentration mit Hilfe der Mikrodialyse bestimmt. Aufgrund des hohen technischen Aufwandes konnte dieser Parameter nur in einer Region analysiert werden. Die Mikrodialyseapparatur bestand aus der CMA/20 Mikrodialyse-Sonde (Abb. 33) mit einem äußeren Durchmesser von 0,5 mm und einer 10 mm langen Membran2<31>8.

Abb. 33: CMA/20 Mikrodialyse-Sonde mit zuführendem (blau) und ableitendem (weiß) Plastikschlauch.

Diese Mikrodialyse-Sonde besteht aus konzentrisch angeordneten weichen, elastischen inneren und äußeren Plastikschläuchen und ist an der Spitze durch eine Membran bedeckt (Abb. 34). Die molekulare Ausschlußgrenze dieser Membran liegt bei 100.000 Dalton. Durch den zuführenden Anschlußschlauch der Mikrodialyse-Sonde wurde modifizierte Krebs-Henseleit-Lösung unter Verwendung einer Perfusionspumpe2<32>9 gepumpt. Die Flußrate wurde nach entsprechenden Vorversuchen auf 0.1 ml/h (1.6 µl/min) festgelegt.

Abb. 34: Prinzip der Mikrodialyse an der Membran der Mikrodialyse-Sonde.


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Die Mikrodialyse-Sonde wurde in Seldinger-Technik in das mittlere Myokard ungefähr in gleichem Abstand zum Endo- und Epikard eingesetzt. Hierfür wurde zum Einführen ein splittbares Plastikröhrchen über eine Nadel geschoben (Abb. 35). Die Nadel wurde mitsamt dem Plastikröhrchen in ‚Region 1’ in einem Winkel von etwa 30 Grad in das Myokardgewebe eingestochen. Die Nadel wurde entfernt und nur das Plastikröhrchen blieb stecken, so daß die Mikrodialyse-Sonde anstelle der Nadel in das Herzgewebe eingesetzt werden konnte. Die Sonde wurde mit einer Naht ausreichend fixiert, damit sie durch die Muskelkontraktion nicht herausluxieren konnte. Zuletzt wurde das Plastikröhrchen durch Zug an beiden Enden gespalten und auf diese Weise entfernt.

Das Mikrodialysat wurde in Eppendorf-Gefäßen gesammelt. Die Proben wurden alle 10 Minuten entnommen, da diese Menge (ca. 16 µl) für die Bestimmung der Laktat-Konzentration mit dem Biosen®-Messgerät benötigt wurde. Die Probengewinnung erfolgte während der Initialmessungen, nach Embolisation sowie nach TMLR bei allen Tieren der Gruppe B.

Abb. 35: Nadel mit splittbarem Plastikröhrchen zur Implantation der Mikrodialyse-Sonde in das Myokardgewebe.

Parameter

Aus den Druckkurven (Millar-Tipmanometer), den Flußsignalen, den Wanddicken-Signalen sowie den Ergebnissen der Oximetrie und der Laktatmessung wurden folgende Parameter nach Digitalisierung (2 ms Abtastrate) unter Verwendung des Software-Paketes CORDAT II berechnet (Mittelwerte über einen Atemzyklus):

Tab. 28: Parameter und Definitionen

Parameter

Definition

Dimension

Besonderheiten

HR

Herzfrequenz

1/min

vom EKG abgeleitet

LVPmax

Druckmaximum

mmHg

Tipmanometer, Ventrikeldruck

dp/dtmax

Druckanstiegsgeschwindigkeit

mmHg/s

Spitzenwert des Differentialquotienten von LVP

dp/dtmin

Druckabfallsgeschwindigkeit

mmHg/s

Minimum des Differentialquotienten von LVP

HZV

Herz-Zeit-Volumen

l/min

Integral des Aortenflußwertes pro Minute

CBFm

mittlerer Koronarfluß

ml/min

Integral des Koronarflußwertes pro Minute

IMP

intramyokardialer Druck

mmHg

Wanddruck subendokardial

loop1

Druck-Weg-Schleife

mm*mmHg

Ischämiezone mit TMLR = Region 1

loop2

Druck-Weg-Schleife

mm*mmHg

Ischämiezone ohne TMLR = Region 2

loop3

Druck-Weg-Schleife

mm*mmHg

Nichtischämische Kontrollzone = Region 3

tpO2

Gewebs-pO2

mmHg

in den beiden Ischämiezonen

Laktat

Laktatkonzentration im Gewebe

mmol/l

in Gruppe B


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5.3 Behandlungs- und Untersuchungsprotokoll

Okklusionsversuche (Gruppe A)

Nach Einstellen eines hämodynamischen steady states wurden zunächst Basismessungen durchgeführt. Dann erfolgte die Unterbrechung der RIVA-Perfusion zunächst für 30 s und die Messung der Auswirkungen dieser Ischämie.

Nach einer 15 minütigen Erholungszeit erfolgte sodann die TMLR im Bereich der Region 1, wobei 12 bis 15 Kanäle radiär um das epikardiale Sonokristall mit einem Excimer-Laser<33> angelegt wurden. Nach einer weiteren 15-minütigen Stabilisierungsphase wurde die Koronarokklusion wiederholt. Sämtliche Parameter wurden also zum Ausgangszeitpunkt, während der Initialokklusion, nach TMLR, sowie bei erneuter Okklusion des RIVA nach TMLR erfaßt (Abb. 36).

Embolisationsversuche (Gruppe B)

Bei 5 weiteren Schweinen wurde nach den Basismessungen eine Ischämie statt durch Okklusion des RIVA durch Injektion von bis zu 30µm großen Partikeln in die Koronararterien hervorgerufen, um der Tatsache Rechnung zu tragen, daß bei Patienten, die einer TMLR unterzogen werden, zumeist keine regionale, umschriebene Koronarstenose besteht, sondern eine diffuse Koronarsklerose. Zur Embolisation wurden ROTOP HSA Mikrosphären B203<34>1, Durchmesser 15-30µm verwendet. Diese waren in NaCl/Tween-80-Lösung ultraschallgelöst und wurden intrakoronar unter Zuhilfenahme eines Mikrokatheters an einer Stelle des RIVA injiziert, die dem Ort der Okklusion in Gruppe A entsprach. Es wurden genau so viele Mikrosphären injiziert, bis die Fläche der Druck-Wegschleife als Ausdruck der regionalen Herzarbeit der betroffenen Regionen auf etwa 50% reduziert war. Nach Einstellen von steady-state-Bedingungen erfolgten die prä-TMLR-Messungen. Es erfolgte sodann die TMLR wie oben beschrieben.

Fünfzehn Minuten nach TMLR wurden die post-TMLR-Messwerte erhoben (Abb. 37).


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Abb. 36: Zeitliche Folge von TMLR und RIVA-Okklusionen (Gruppe A)

Abb. 37: Zeitliche Folge von Embolisation und TMLR (Gruppe B)


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Statistische Datenanalyse

Für sämtliche Meßparameter wurden Mittelwert und Streuung (SEM) ermittelt. Daneben wurde der Friedman-Test (nicht-parametrische Varianzanalyse, korrigiert für wiederholte Messungen) für paarige Meßwerte innerhalb einer Gruppe angewandt. Für die Unterschiede zwischen den Gruppen wurde der nichtparametrische U-Test nach Mann-Whitney für unabhängige Stichproben angewandt. Als Signifikanzniveau wurde p<0,05 festgelegt.

5.4 Ergebnisse

Kontraktilität und Gewebs-pO2 während der Basisokklusion

Während der initialen Koronarokklusion verminderte sich zwar die regionale Kontraktilität in den betroffenen Myokardarealen, die Gesamthämodynamik der Versuchstiere blieb jedoch stabil.

Unmittelbar nach Drosselung der RIVA-Perfusion, die über den Flußfühler am proximalen RIVA kontrolliert wurde, zeigte sich eine deutliche Abnahme der Druck-Wegschleife aus Wanddickenänderung und Ventrikeldruck in beiden Regionen im ischämischen Bereich (loop1 und loop2, s. Abb. 38), nicht aber in der Region in der Posterolateralwand (loop3). Der Flächeninhalt von loop1 (TMLR-Region) nahm um 43 bis 85% ab, im Mittel auf 35,8% ± 2,2%, von loop2 um 35 bis 88%, im Mittel auf 46,8% ± 3,4% des Ausgangswertes. Der systolische IMP sank während der Okklusion um 4 bis 51%, im Mittel auf 70,91 ± 3,9% (157 auf 108 mmHg, s. Abb. 38 ). Der Gewebs-pO2 sank kurzfristig um 30 bis 65% des Ausgangswertes (im Mittel von 8,9 auf 5,1 mmHg), um nach 3 bis 6 Minuten über den Ausgangswert zu steigen und schließlich wieder das Präokklusionsniveau zu erreichen. Die globalen Herzfunktionsparameter (LVP, dP/dtmax, dP/dtmin) nahmen dagegen nur gering ab und Tau als Zeichen der Relaxationsbeeinträchtigung zu. Die Meßwerte sind in Tabelle 29 zusammengefaßt.

Kontraktilität und Gewebs-pO2 während der TMLR

Durch die TMLR wurde im Bereich der Region 1 die Fläche der Druck-Wegschleife, dP/dtmax, dP/dtmin und die Relaxationszeitkonstante Tau geringfügig aber nicht signifikant gesenkt (s. Tab. 29). Während des Laserprozesses beobachteten wir zeitweise ventrikuläre Arrhythmien, die sich jedoch spontan zurückbildeten. Die Blutungen aus den angelegten Laserkanälen sistierten auch ohne chirurgische Übernähung.

Kontraktilität und Gewebs-pO2 während der Okklusion nach TMLR

Eine Koronarokklusion nach der TMLR (Okklusion 2) führte in der Region 1 (gelaserte Ischämiezone) in 8 von 12 Fällen zu einer geringeren Reduktion der Fläche der Druck-Wanddicken-Schleife, im Mittel auf 65,7% verglichen mit einem Abfall auf 35,8% bei der Okklusion vor der TMLR (p < 0,05). Auch der systolische IMP sank weniger als bei der Okklusion vor der TMLR (85,6 gegenüber 70,9%). Die Abnahme des Gewebs-pO2 war


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dagegen nur in 6 von 9 Fällen deutlich geringer (bei Okklusion vor der TMLR von 13,27 auf 5,00 mmHg, nach der TMLR von 18,62 mmHg auf 11,83). Zwischen beiden Okklusionen bestand kein signifikanter Unterschied. Die globalen Herzfunktionsparameter änderten sich nicht signifikant.

Verhältnis von IMP und LVP

Im normal perfundierten Myokard (Basismessungen) war der intramyokardiale Druck in den endocardnahen Wandanteilen mit im Mittel 157,1 ± 9,6 höher als der linksventrikuläre Druck mit 102,1 ± 5,2 (siehe linke Spalte in Tab. 29).

Unmittelbar nach Auslösen der Ischämie sank der IMP auf Werte von 107,8 ± 5,7 signifikant ab, ohne daß sich auch der LVP signifikant veränderte. Er erreichte bei einigen Tieren Werte, die niedriger waren als der LVP.

Durch die TMLR kam es zu keinen signifikanten LVP-Änderungen. Allerdings führte die zweite Okklusion (nach TMLR) in den laserbehandelten Arealen zwar erneut zu einem Abfall des IMP, der jedoch signifikant weniger deutlich ausfiel als bei der ersten Okklusion (128,4 ± 16,1).

Embolisationsversuche

Während der Embolisation sank die Fläche der Druck-Weg-Schleife wie vorher festgelegt in den Ischämieregionen auf etwa 50% des Ausgangswertes. Dabei stieg die Laktatkonzentration von 1,28 ± 0,14 mmol/l auf 1,94 ± 0,46 mmol/l signifikant an. Nach der TMLR kam es zu einem leichten Abfall der Laktatkonzentration auf 1,86 ± 0,38mmol/l, der jedoch nicht die Signifikanzgrenze erreichte.


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Abb. 38: IMP, loop und tpO2 während der verschiedenen Messungen in ‚Region 1’ (Mittelwert und Standardabweichung)


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Tab. 29: Basismessungen, Messungen während Okklusion 1, nach TMLR, sowie nach Okklusion 2

n = 12

Basismessungen

Okklusion 1

D%

Messung nach TMLR

Okklusion 2

D%

LVPs (mmHg)

102,1 ± 5,2

93,3 ± 9,7

92,12 ± 2,7

96,2 ± 3,7

91,8 ± 5,1

93,2 ± 3,0

IMPs Region1 (mmHg)

157,1 ± 9,6

107,8 ± 5,7

70,91 ± 3,9

152,2 ± 10,7

128,4 ± 16,1

85,6 ± 2,4

CBF (ml/min)

23,8 ± 2,8

0,6 ± 0,1

0,8 ± 0,4

21,9 ± 3,3

0,1 ± 0,0

0,5 ± 0,1

dp/dtmax (mmHg/s)

3600 ± 300

3220 ± 310

89,0 ± 3,2

2830 ± 240

2790 ± 220

95,4 ± 5,1

loop1area (mm*mmHg)

85 ± 8

30 ± 3

35,8 ± 2,2

73 ± 13

44 ± 6

65,7 ± 12,3

loop2area (mm*mmHg)

88 ± 10

41 ± 5

46,8 ± 3,4

70 ± 7

37 ± 5

47,1 ± 6,1

loop3area (mm*mmHg)

91 ± 6

86 ± 7

98,9 ± 8,6

82 ± 11

85 ± 12

92,1 ± 5,9

Tau (ms)

42 ± 6

46 ± 5

9,5 ± 0,9

44 ± 6

48 ± 8

63,6 ± 11,5

tpO2 (mmHg)

13,27 ± 1,6

5,0± 0,8

37,6 ± 9,1

18,6 ± 4,2

11,83 ± 3,8

63,6 ± 11,5

fett = p< 0.05 gegenüber Vorwert (Effekt der Okklusion)
kursiv = p< 0.05 gegenüber Wert bei Okklusion 1 (TMLR-Effekt)


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Abb. 39: LVP und IMP während der verschiedenen Meßzeitpunkte in Gruppe A


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Abb. 40: Beispiel für die Änderungen der Wanddicken-Druckschleife der Region 1 in Gruppe A (Tier Nr. 4).


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Abb. 41: Beispiel für die Änderungen der Wanddicken-Druckschleife der Region 2 in Gruppe A (Tier Nr. 4).


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Abb. 42: Beispiel für die Änderungen der Wanddicken-Druckschleife der Region 3 in Gruppe A (Tier Nr. 4).


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Abb. 43: Beispiel für die Änderungen der Wanddicken-Druckschleife der Region 1 in Gruppe B (Tier Nr. 12).


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5.5 Diskussion

Methodenkritik

Wir verwendeten für die TMLR in unserem Tierexperiment aus Gründen der Verfügbarkeit einen Excimer-Laser und nicht den von uns in der klinischen Anwendung bevorzugten CO2-Laser. Für die Analyse von Soforteffekten der TMLR halten wir dies jedoch für durchaus gleichwertig, da die resultierende Kanalgeometrie bei beiden Lasern vergleichbar ist, und die thermische Nekrosezone sowohl bei Verwendung des CO2-Lasers als auch des Excimer-Laser weitaus kleiner ausfällt, als z.B. nach TMLR mit dem Ho- oder Nd:YAG-Laser, wie wir an anderer Stelle zeigen konnten [303].

Bei dem verwendeten Tiermodell wurde von uns, im Gegensatz zu anderen Arbeitsgruppen [74, 112, 145, 162, 171, 219, 247, 252, 262, 277, 284, 297, 312, 350, 412, 455, 456], bewußt kein Myokardinfarkt erzeugt, sondern nur eine akute Ischämie, da wir nicht davon ausgehen, daß der TMLR in der Therapie des akuten Myokardinfarktes eine nennenswerte Bedeutung zukommen wird, auch wenn an diesem Modell teilweise beeindruckende Ergebnisse erzielt wurden [112, 145, 162, 277] (s.S. 149‚ TMLR am ‚Infarktmodell’).

Tierversuche zur Beeinflussung einer akuten myokardialen Ischämie haben prinzipiell den Nachteil, daß die Ischämiefolgen nur über einen sehr begrenzten Zeitraum zu beobachten sind und chronische Umbauvorgänge im Myokard, wie sie beim Patienten vorliegen, fehlen oder nicht vergleichbar sind. Deswegen gestatten die von uns vorgestellten Versuchsergebnisse nur eine Aussage, ob überhaupt in der ersten Phase nach einer TMLR eine funktionelle und metabolische Veränderung in dieser Herzregion gemessen werden kann. Zudem ist eine akute Koronarokklusion nicht vergleichbar mit einer chronischen Koronarinsuffizienz bei Patienten, denen nicht durch eine direkte Revaskularisierung geholfen werden kann und die damit für eine TMLR in Frage kommen. Die Frage, ob durch die TMLR akut überhaupt Veränderungen erzielt werden, deren Basis ein Blutfluß durch die Laserkanäle ist, erscheint dagegen durchaus an diesem Modell beantwortbar zu sein, unabhängig davon, ob damit auch ein klinischer Langzeiterfolg verbunden ist.

In unserem Versuch fehlt eine separate Kontrollgruppe, vielmehr dienen die Tiere als eigene Kontrolle, da wir bei jedem Tier neben der TMLR-Zone ein nichtbehandeltes Ischämieareal sowie ein normal perfundiertes Kontrollareal definierten. Dies ist methodologisch nicht unproblematisch, da sich selbstverständlich z.B. jedes Auslösen einer regionalen Ischämie auch auf die anderen Myokardareale auswirkt. Das von uns gewählte Verfahren spart nicht nur Versuchstiere, sondern gestattet Aussagen am gleichen Tier, da durch die drei Myokardareale sowohl gelaserte als auch nicht gelaserte Ischämieregionen mit einer Kontrollregion verglichen werden können.

Wiederholte Koronarokklusionen führen prinzipiell immer zu dem Phänomen des ‚ischemic preconditioning’, d.h. mit jeder folgenden Koronarokklusion wird das Ausmaß der zu beobachtenden funktionellen Veränderungen wie z.B. die Abnahme der Kontraktilität geringer. Dies berechtigt sicherlich zur Kritik an unserem Experiment. In Vorversuchen konnten wir hingegen belegen, daß kurze Okklusionen von 30 Sekunden Dauer bei den von uns gewählten Pausen durchaus vergleichbare Ischämiefolgen auslösen. Unsere Ergebnisse legen eine akute Durchblutungsverbesserung durch die TMLR indirekt nahe. Nur in den mit TMLR vorbehandelten Ischämiearealen zeigte sich nach erneuter Okklusion des RIVA eine geringer eingeschränkte regionale Kontraktilität sowie ein moderater Abfall des intramyokardialen Sauerstoffpartialdruckes. Die unbehandelten Ischämieareale zeigten weit schwerere Störungen der Kontraktilität bei geringerem tpO2. Eventuelle Effekte eines ischemic preconditioning hätten sich aber gleichermaßen in Region 1 und 2 auswirken müssen, was jedoch


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nicht der Fall war. Auf dieses Phänomen kann die bessere Protektion des TMLR-Gebietes somit nicht allein zurückgeführt werden.

Mit der Verwendung von Partikeln zur Koronarembolisation versuchten wir, eine Situation zu simulieren, die den humanen Verhältnissen bei diffuser Koronarsklerose eher entspricht. Außerdem kann eine Beeinflussung der Kollateralversorgung bei einer Mikroembolisation weitgehend ausgeschlossen werden. Hierbei erwies es sich jedoch als ausgesprochen schwierig, steady-state-Bedingungen zu erzielen. Dies führte zu der geringen Anzahl verwendbarer Versuchsergebnisse (n=5) und der hohen Streuung.

Die von uns verwendete Mikrodialysetechnik ist ein aufwendiges und teilweise auch störanfälliges Versuchsverfahren. Mit der Mikrodialyse ist es nicht möglich, ein vollständiges Gleichgewicht zwischen der Pufferlösung und der umgebenden Flüssigkeit zu erreichen, so dass zunächst untersucht werden mußte, welcher Anteil in das Mikrodialysat diffundiert. Die Konzentration eines einzelnen Metaboliten hängt nicht nur von der Konzentrationsdifferenz zwischen dem Perfusat und der extrazellulären Flüssigkeit ab, sondern auch von der Flussgeschwindigkeit innerhalb der Mikrodialyse-Sonde. Die absolute Rückgewinnung, die sog. Recovery einer Substanz wird bestimmt durch die Ausschlussgrenze der Dialysemembran („cut-off“), die Größe der Austauschoberfläche, die Perfusionsflußrate und den Diffusionskoeffizienten der Bestandteile durch die extrazelluläre Flüssigkeit. Die Recovery liefert daher nur einen Näherungswert für die reelle Konzentration des Metaboliten in der extrazellulären Flüssigkeit, zumal Meßzeiten von 10 Minuten wegen der notwendigen geringen Perfusionsrate von 0,1 ml/h in Kauf genommen werden müssen.

Wahl einer geeigneten Spezies

Eine Vielzahl der publizierten experimentellen Daten zur TMR wurde am Hundemodell gewonnen (siehe Tabellen 31 und 32). Wir wählten hingegen das Schwein als Tiermodell, da die Anzahl der Kollateralgefäße im Schweineherzen minimal ist, und die Dimensionen und Versorgungstypen in dieser Spezies ungefähr denen des menschlichen Herzens entsprechen. Diese Vorteile würden wir auch für das Schafherz als gegeben ansehen. Hingegen bestehen diesbezüglich wesentliche Limitierungen der publizierten experimentellen Ergebnisse am Hundemodell, da das Hundeherz für seine exzellente Kollateralisierung sowie für eine ausgesprochene interindividuelle Variabilität der Gefäßversorgung bekannt ist. Experimente am Rattenherzen [112, 456] halten wir für weniger aussagekräftig, da die Relation von Kanaldurchmesser zu Myokarddicke in diesem Modell wesentlich von den Verhältnissen einer klinischen TMLR abweicht.


128

Das Verhältnis von intramyokardialem und intraventrikulärem Druck

Die Relation zwischen intramyokardialem und intraventrikulärem Druck war lange Zeit Gegenstand einer lebhaften wissenschaftlichen Debatte, da sie neben der TMLR bzw. Myokardrevaskularisation durch mechanische Nadelpunktion auch entscheidend für die Beurteilung der physiologischen Grundlagen einer früher weit verbreiteten Operationsmethode wie der Vineberg-Operation war.

So mag die Effizienz der Vineberg-Operation, bei der ein Pedikel der A.thoracica interna in einen intramyokardialen Tunnel eingezogen wurde, ohne daß direkte Gefäßanastomosen angelegt wurden [427-434], zwar nicht unumstritten gewesen sein, sie wurde jedoch in zahlreichen Arbeiten belegt [76, 315, 379, 413]. So konnte auch unsere Arbeitsgruppe zeigen, daß der Pedikel Anschluß an das intramyokardiale Gefäßnetz gewinnt und über mehrere Jahrzehnte zur myokardialen Perfusion beitragen kann [202] (Abb. 44). Wenn aber nachweislich Blut aus einem Vineberg-Pedikel, in dem ja kein höherer Druck herrscht als im linken Ventrikel, in das intramyokardiale Gefäßnetz fließen kann, so sollte dies ein deutlicher praktischer Hinweis dafür sein, daß der IMP den LVP offensichtlich nicht übersteigt.

In der Vergangenheit wurde ein Blutfluß über TMLR-Kanäle jedoch wiederholt grundsätzlich in Frage gestellt, da man zumindest seit den Arbeiten von Pifarre et al. davon ausging, daß im gesunden Myokard der intramyokardiale Druck zu jedem Zeitpunkt des Herzzyklus den intraventrikulären Druck übersteigt, und der existente Druckgradient jeden Blutfluß aus dem Ventrikelkavum in das Myokard verhindert [336]. Pifarre hatte 1968 experimentell an Hunden ermittelt, daß der IMP während der Systole 60-100 mmHg über dem Aortendruck liegt und auch in der Diastole diesen noch um 20-75 mmHg übersteigt. Allerdings verzichtete er bei diesen Messungen auf die Induktion einer Ischämie, was die Höhe der gemessenen Werte erklären könnte. Ein Jahr später veröffentlichte die selbe Arbeitsgruppe Ergebnisse eines Experimentes mit Nadelpunktionen am Hundemyokard nach Ligatur des RCX. Postoperativ hatten sich jedoch alle Kanäle wieder verschlossen, und weder Infarktgröße noch Sterblichkeit waren in der Nadelpunktionsgruppe geringer als in der Placebogruppe, was die Autoren mit Hinweis auf die existierenden Druckverhältnisse als zwingend logisch ansahen [337].

Wir konnten hingegen nachweisen, daß die von Pifarre gemessene Druckrelation im Zustand der Ischämie nicht gemessen werden kann, und daß hier vielmehr der intraventrikuläre Druck den intramyokardialen übersteigt, da aufgrund der Ischämie in der betroffenen Region weniger Druck erzeugt wird als unter physiologischen Bedingungen. Durch die TMLR kam es in unserem Versuch jedoch wieder zum Anstieg des IMP, was einerseits als indirekter Hinweis für eine Reduktion der Ischämie gewertet werden könnte, andererseits jedoch einem Blutfluß durch die Kanäle wieder zunehmend entgegen wirkt. Es wäre zu erwarten, daß sich hier auf einem bestimmten Niveau ein steady state einstellt.

Eddicks et al. konnten diese Inversion des IMP-IVP-Verhältnisses bei Ischämie am isolierten haemoperfundierten Schweineherzen bestätigen [75].

Die Messung des IMP birgt jedoch zahlreiche methodische Probleme. So wurden in der Praxis sehr unterschiedliche Werte bestimmt, je nachdem ob die Untersucher die Messungen über eine Flüssigkeitssäule mit einem Drucktransducer oder mit einem elektronischen Tipmanometer durchführten.

Konsens besteht jedoch zu der Beobachtung, daß intramyokardial ein Druckgefälle von endokardial nach epikardial existiert [17, 116].

Nach Baird et al. ist der LVP immer höher als der IMP, er kann in endocardnahen Abschnitten höchstens ebenso groß wie der IMP sein [17]. Sabbah et al. untersuchten das Verhalten des IMP in Abhängigkeit vom Grad der


129

ausgelösten Ischämie in einem Hundemodell. Unter normaler Perfusion ermittelten sie einen IMP, der den LVP um 44 ±6 mmHg überstieg. Nach Ligatur des RIVA wurde das betroffene Myokard hypokinetisch und diese Differenz betrug nur noch 15±1 mmHg, um schließlich nach Ausbildung von akinetischem Myokard überhaupt nicht mehr nachweisbar zu sein. Als das betroffene Myokardareal unter anhaltender Ischämie schließlich ein dyskinetisches Kontraktionsverhalten zeigte, überstieg nun der LVP den IMP um 29±6 mmHg [359].

Hardy sah bei seinen Versuchstieren nach TMLR einen Abfall des IMP. Der von ihm bestimmte IMP war allerdings immer geringer als der LVP [116].

Abb. 44: Angiographische Darstellung des distalen RIVA nach Kontrastmittelinjektion in die linke A.thoracica interna 30 Jahre nach Vineberg-Operation


130

Unsere Ergebnisse bestätigen die schon von Pifarre beobachtete Tatsache, daß in normoperfundiertem Myokard der intramyokardiale Wanddruck zumindest in den endocardnahen Regionen den linksventrikulären Druck übersteigt. Allerdings ist dies bei Vorliegen einer Ischämie nicht unbedingt der Fall. Grundsätzlich ist ein Blutfluß aus dem Ventrikelkavum in das Myokard am ischämischen Herzen also offensichtlich nicht unmöglich.

Kontraktilität als indirekter Perfusionsparameter

Die Tatsache, daß die myokardiale Durchblutung auch durch die Kontraktilität der betreffenden Areale widergespiegelt wird, findet klinisch z.B. in der Dobutamin-Stressechokardiographie breite Anwendung.

So wurde auch nach TMLR nachgewiesen, daß beide Parameter in engem Zusammenhang stehen. Hughes et al. haben in ihrem Experiment an Hunden vor und nach TMLR den myokardialen Blutfluß mittels PET und die Kontraktilität durch DSE untersucht. Bei den Tieren, die einer TMLR mit dem CO2-Laser oder mit dem Ho:YAG-Laser unterzogen worden waren, fanden sie in der PET einen signifikant höheren MBF und in der DSE regional und global eine höhere kontraktile Reserve als in den Kontrollgruppen [150].

In einem anderen Experiment hat die selbe Arbeitsgruppe, ähnlich wie wir, allerdings ohne Auslösen einer Ischämie, die Soforteffekte der TMLR hinsichtlich regionaler und globaler Kontraktilität analysiert. Ebenso wie in unserem Versuch wurden dazu Sonomicrometer verwendet. Nach TMLR mit dem CO2-Laser beobachtete auch Hughes eine geringfügige, nicht signifikante Abnahme der regionalen Kontraktilität. Dies erreichte im Falle des Holmium:YAG-Lasers die Signifikanzgrenze und ging bei beiden Lasertypen mit einem erhöhten myokardialen Wassergehalt, also einer Myokardödembildung, und damit mit einer erhöhten myokardialen Steifigkeit einher [154].

Einige Arbeitsgruppen untersuchten Veränderungen der Kontraktilität an normal perfundierten Herzen. Dieses Modell ist jedoch eher geeignet, Schädigungsmechanismen durch die TMLR zu untersuchen, da sich an normal perfundiertem und daher auch normal kontrahierendem Myokard kaum eventuelle Verbesserungen zeigen lassen. Tabelle 30 faßt diese Untersuchungen zusammen.

Tab. 30: Übersicht über tierexperimentelle Untersuchungen zur TMLR an normal perfundierten Herzen

Autor

Jahr

Spezies

Laser<35>

Intervall zwischen TMLR u. Analyse [d]

Wesentliche Resultate

Mueller [296]

1998

Schwein

Ho:YAG

0

geringfügige, transiente Kontraktilitätsstörung durch TMLR

Lutter [242]

1999

Schwein

CO2

0

nach TMLR verminderte Kontraktilität und myokardiale Ödembildung

Hughes [154]

2000

Schwein

CO2, Ho:YAG

0

Ho:YAG-Laser, nicht aber CO2-Laser führt zu verminderter Kontraktilität und reduziertem MBF. Myokardödem und vermehrte Steifheit in beiden Gruppen.

Martin et al. beobachteten eine signifikante Zunahme der prozentualen segmentalen Verkürzung sowie des regionalen myokardialen Blutflusses in einem chronischen Ischämiemodell am Schwein 18 Wochen nach


131

TMLR. Dieser Effekt war unabhängig davon, ob die TMLR mit dem CO2-Laser oder mit dem Excimer-Laser erfolgte [260].

Mueller hat an normoperfundiertem Schweinemyokard die Effekte der TMLR mit einem Ho:YAG-Laser hinsichtlich der regionalen und globalen Kontraktilität gemessen. Er fand zwar 5 Minuten nach Anlegen von jeweils 20 Laserkanälen einen geringfügigen, aber signifikanten Rückgang von LVEF und regionaler Kontraktilität, bereits 30 Minuten postoperativ hatten sich beide Parameter jedoch wieder normalisiert [296].

Im Gegensatz zu diesen Befunden sah Lutter in einem Experiment an gesunden, nicht-ischämischen Schweineherzen nach TMLR mit dem CO2-Laser einen signifikanten Rückgang des linksventrikulären stroke-work-Index (LVSWI), der auch nach 6 Stunden nicht wieder angestiegen war und ebenfalls mit einem erhöhten myokardialen Wassergehalt einherging. Der Kontraktilitätsrückgang wurde verstärkt, wenn statt der klinisch üblichen Kanaldichte von einem Kanal pro cm2 die doppelte Kanalmenge angelegt wurde. Allerdings gingen diese Befunde nicht mit einem meßbaren Rückgang der Myokardperfusion einher [242]. Die Aussagekraft dieses Versuchs ist jedoch dadurch begrenzt, daß sich die Kontraktilität von gesundem Myokard a priori nur verschlechtern kann, wobei doch im klinischen Alltag häufig minderperfundierte, hypokinetische Areale behandelt werden. Daher komplettierte die Arbeitsgruppe ihre Untersuchungen mit einem längerfristigen Versuch an Schweinen, bei denen experimentell eine chronische Ischämie erzeugt wurde [240]. Drei Monate postoperativ war der LVSWI in den laserbehandelten Gruppen signifikant angestiegen. Auch die segmentale myokardiale Verkürzung unter Stress war zwar unmittelbar nach TMLR signifikant abgefallen, zeigte jedoch nach 3 Monaten einen wiederum signifikanten Anstieg, der deutlich über das prä-TMLR-Niveau hinaus führte. Diese Versuche von Lutter et al. legen nahe, daß es wahrscheinlich kurzfristig nach TMLR zu einer Störung der myokardialen Kontraktilität und Ödembildung kommt, längerfristig aber offenbar Mechanismen einsetzen, welche diese Störung nicht nur kompensieren, sondern zu einer Verbesserung der Kontraktilität führen.

Messung des myokardialen Sauerstoffpartialdruckes und der Laktatkonzentration

Unter Ischämiebedingungen fällt der myokardiale Sauerstoffpartialdruck signifikant ab, was auch in unserem Tierexperiment deutlich der Fall war. Unsere Messungen ergaben jedoch keine signifikanten Unterschiede zwischen den Okklusionen vor und nach TMLR. Die Streuung der Meßwerte nahm jedoch im Verlauf der Versuche kontinuierlich zu, was bereits daraufhin weist, daß es mit den von uns verwendeten Licox-Sonden nicht immer einfach ist, stabile Meßbedingungen zu erhalten. Bei 6 von 9 Tieren fand sich jedoch bei Okklusion nach der TMLR eine geringere relative Abnahme des Gewebs-pO2 als bei der Okklusion vor der TMLR.

Misfeld et al. haben mit der gleichen Apparatur die Veränderungen des myokardialen Sauerstoffpartialdruckes nach TMLR am Schwein untersucht [284]. Allerdings unterzogen sie die Tiere einer anhaltenden Ligatur aller Diagonaläste, was eher zu einem Infarkt als zu einer Ischämie geführt haben dürfte. Der beobachtete starke Abfall des tpO2 hielt auch nach durchgeführter TMLR weiter unvermindert an.

Die gleiche Arbeitsgruppe berichtete anderenorts über Messungen des Sauerstoffpartialdruckes nach klinischer TMLR. Dabei wurden 9 Patienten über 72 Stunden einer kontinuierlichen myokardialen tpO2-Messung unterzogen, nachdem die Kabel der intraoperativ angelegten Meßsonden durch die Haut ausgeleitet wurden. In den ersten 24 postoperativen Stunden sahen die Untersucher bei 8 von 9 Patienten einen signifikanten Anstieg


132

des tpO2. Dies korrelierte mit dem später beobachteten Rückgang des Angina-pectoris-Syndroms bei den Patienten [199].

Messungen der intramyokardialen Laktatkonzentration nach TMLR wurden von Reuthebuch et al. publiziert. Allerdings erfolgten die Messungen nicht wie in unserem Versuch intravital mittels Mikrodialyse, sondern spektrophotometrisch nach Entnahme von Biopsien. Reuthebuch wählte zudem ein akutes Infarktmodell. Seine Arbeitsgruppe konnte zwischen laserbehandelten und unbehandelten Infarktgebieten keine Laktatkonzentrationsunterschiede sowie keine Unterschiede in der Konzentration energiereicher Phosphate feststellen [350].

TMLR am Infarktmodell

Uns erscheint es eher unwahrscheinlich, daß über frisch angelegte Laserkanäle dem Myokard so viel Blut zufließt, das ein akuter Myokardinfarkt, der z.B. über eine anhaltende Koronarokklusion ausgelöst wird, verhindert oder zumindest dessen Ausmaß reduziert werden kann.

Dennoch haben einige Arbeitsgruppen dieses Modell für die Untersuchung von TMLR-Effekten gewählt [74, 112, 145, 162, 171, 219, 247, 252, 262, 277, 284, 297, 312, 350, 412, 455, 456].

Hierbei scheint es uns wesentlich zu sein, ob die TMLR vor oder nach der Infarktinduktion erfolgte. Einige Arbeitsgruppen erzeugten die Laserkanäle in erheblichem zeitlichen Abstand zur Koronarligatur, so daß unseres Erachtens die durch den Infarkt ausgelösten strukturellen Veränderungen am Myokard bereits irreversibel gewesen sein dürften [145, 262]. In diesen Fällen ist es erstaunlich, daß teilweise durchaus protektive Effekte der späteren TMLR nachzuweisen waren. Tabelle 31 gibt einen Überblick über experimentelle Untersuchungen am Modell des akuten Infarktes.


133

Tab. 31: Übersicht über tierexperimentelle Untersuchungen zur TMLR am Modell eines akuten Infarktes

Autor

Jahr

Spezies

Laser<36>

Intervall<37>

Wesentliche Resultate

Mirhoseini [277]

1982

Hund

CO2 (400 W)

0

Sterblichkeit sinkt durch TMLR von 100% auf 27.7%

Goda [105]

1987

Schwein

CO2 (20 W)

0-56

keine Effekte der TMLR hinsichtlich Mortalität, Kontraktilität; unmittelbar nach TMLR Rückgang der ST-Hebungen.

Hardy [116]

1990

Hund

CO2

0

Perfusion in Laserarealen vermindert, Kontraktilität geringer

Landreneau [219]

1991

Hund

CO2 (80 W)

0

regionale Kontraktilität durch TMLR nicht verbessert, pH und Adenosingehalt nicht angestiegen<38>

Jeevanandam [162]

1991

Hund

Ho:YAG

42

geringere Infarktausdehnung<39> in Lasergruppe

Guo [112]

1993

Ratte

Nd:YAG

1

geringere Infarktausdehnung und bessere Haemodynamik in Lasergruppe

Whittaker [455]

1993

Hund

Ho:YAG

0

keine Verbesserung des MBF und der Kontraktilität sowie keine Verringerung der Infarktausdehnung nach TMLR

Horvath [145]

1995

Schaf

CO2

0/30

geringere Infarktausdehnung u. bessere Kontraktilität in Lasergruppe

Whittaker [456]

1996

Ratte

Ho:YAG

60

Verringerung der Infarktausdehnung durch Nadelpunktion, nicht aber durch TMLR

Kadipasaoglu [171]

1997

Hund

CO2

0/42

keine Unterschiede in den ersten 6 h nach TMLR, kleinere Nekrosezonen und bessere regionale und globale Kontraktilität nur in der Lasergruppe

Choo [50]

1998

Schaf

Ho:YAG

0

direkter Nachweis des Blutflusses über die Kanäle mittels Echokontrastmittel

Lutter [247]

1998

Schwein

CO2

0

geringere Infarktausdehnung in TMLR-Gruppe ohne MBF- oder Kontraktilitätsverbesserung

Misfeld [284]

1998

Schwein

CO2

0

keine Verbesserung der tpO2 durch TMLR

Malekan [252]

1998

Schaf

CO2

56

Ventrikel- und Aneurysmagröße, Wanddicken, EF, LVSWI durch TMLR nicht beeinflußt

Mueller [297]

1998

Schwein

Ho:YAG

30

keine Unterschiede hinsichtlich Kontraktilität zwischen Placebo- und Lasergruppe

Eckstein [74]

1999

Schaf

Ho:YAG

0/28

keine Hinweise für Perfusion über Laserkanäle

Tjomsland [412]

1999

Schwein

Ho:YAG

0

keine Unterschiede in der Infarktausdehnung zwischen Infarktgruppen mit und ohne TMLR, signifikant weniger Arrhythmien in der TMLR-Gruppe

Reuthebuch [350]

1999

Schwein

CO2

0

keine Unterschiede in der Konzentration von Laktat und energiereichen Phosphaten zwischen TMLR- und nichtgelaserter Infarktregion

Matoba [262]

1999

Hund

CO2 (100 W)

30

geringere Infarktausdehnung und größere Wanddicken in der Lasergruppe

Nakamura [312]

1999

Hund

CO2 (100 W)

0 bis 2

geringerer Anstieg gefolgt von rascherem Abfall von CK und CKMB in der Lasergruppe

Kanellopoulos [176]

1999

Schwein

Ho:YAG<40>

0

Kontraktilität nach PMR vermindert, kein Hinweis für signifikante Perfusion über Kanäle, histologisch Hämatome und Gewebedestruktion


134

Zahlreiche Arbeitsgruppen bestimmten den relativen Anteil von Narbengewebe an der zumeist mit Färbemethoden vorher quantifizierten „area at risk“ und fanden dabei in der TMLR-Gruppe eine signifikant geringere Infarktausdehnung [112, 145, 162, 171, 248, 262, 456].

Eine „makroskopische“ Betrachtungsweise wählten Malekan et al. in ihrem Versuch an Schafen. Sie beobachteten echokardiographisch die Ausbildung eines linksventrikulären Aneurysmas und die myokardiale Kontraktilität nach Ligatur des RIVA und des 2. Diagonalastes. Unmittelbar vor Infarktinduktion wurde die Hälfte der Tiere einer TMLR mit dem CO2-Laser unterzogen. Acht Wochen später konnte die Arbeitsgruppe keinerlei Unterschiede zwischen den beiden Gruppen hinsichtlich Ventrikel- und Aneurysmagröße, Wanddicken, Kontraktilität und verschiedener haemodynamischer Parameter feststellen [252].

Auch Horvath et al. fanden in ihrer Untersuchung an 30 Schafen in der TMLR-Gruppe, bei der eine Stunde nach Induktion des Myokardinfarktes die Anlage von 15 Kanälen mit einem CO2-Laser erfolgte, eine signifikant geringere Ausdehnung der Infarktareale. Dieses Ergebnis erscheint vor dem Hintergrund des Zeitintervalls nahezu unglaublich. Histologisch waren 30 Tage später die offenen TMLR-Kanäle von viablem Myokard umgeben. Dies ging mit einer signifikant besseren Kontraktilität der gelaserten Infarktareale im Vergleich zu unbehandelten Infarktanteilen einher [145]. Ähnlich positive Ergebnisse fanden Guo an Ratten unter Verwendung eines Nd:YAG-Lasers [112] sowie Kadipasaoglu ebenfalls mit dem CO2-Laser [171]. Auch unter Verwendung eines low-power-CO2-Lasers (100 W) konnten Matoba et al. einen Monat nach TMLR signifikant geringere Infarktausdehnungen messen, wenn 30 Minuten nach RIVA-Ligatur eine Laserbehandlung erfolgte [262]. Eckstein gelang es nicht, die Ergebnisse von Horvath zu reproduzieren. Allerdings verwendete er einen Ho:YAG-Laser [74]. Auch Mueller et al, die ebenfalls einen Ho:YAG-Laser verwendeten, konnten keinerlei Effekte der TMLR hinsichtlich der regionalen und globalen Kontraktilität einen Monat nach Ligatur von Marginalästen und anschließender TMLR messen [297].

Lutter fand jedoch wie Horvath in seinem Experiment an Schweinen, bei denen er zunächst mit dem CO2-Laser anterolateral eine TMLR durchführte und 30 Minuten später den RIVA ligierte, geringere Infarktausdehnungen in der TMLR-Gruppe. Allerdings ging dies tendenziell mit einem eher geringeren MBF und unveränderter Kontraktilität im Vergleich zur unbehandelten Infarktgruppe einher [247].

Über die Kinetik der Serum-CK- und -CK-MB-Konzentration nach Induktion eines akuten Infarktes mit und ohne anschließender TMLR berichtet Nakamura. Er beobachtete in der Lasergruppe einen signifikant geringeren Anstieg dieser Enzyme sowie anschließend einen rascheren Abfall [312].

Perfusionsmessungen nach TMLR

Da sich TMLR-Kanäle nach unseren Ergebnissen und denen zahlreicher anderer Arbeitsgruppen wahrscheinlich relativ früh postoperativ wieder verschließen (siehe Kapitel 4), eignet sich der Zeitraum unmittelbar nach Anlage der Laserkanäle in besonderer Weise für die Untersuchung der prinzipiellen Möglichkeit eines Blutflusses durch die Kanäle.

Ein nicht unbedeutender Anteil der Patienten, die sich einer TMLR-Operation unterzogen, berichten bereits unmittelbar postoperativ über das Verschwinden jeglicher Angina pectoris. Dafür gibt es neben einer möglichen Denervierung des Myokards durch die TMLR nur die “klassische“ Erklärung einer sofortigen Durchblutungsverbesserung der betreffenden Areale durch die angelegten Laserkanäle. Die dazu publizierten


135

tierexperimentellen Ergebnisse sind jedoch inhomogen. Über die langfristigen Auswirkungen der TMLR auf die myokardiale Perfusion geben insbesondere vor dem Hintergrund einer alsbaldigen Okklusion der Laserkanäle hingegen eher Experimente am chronischen Ischämiemodell Auskunft. Tabelle 32 faßt die tierexperimentellen Untersuchungen an ischämischen Herzen zusammen.

Tab. 32: Übersicht über tierexperimentelle Untersuchungen zur TMLR am akut oder chronisch ischämischen Herzen

Autor

Jahr

Spezies

Laser<41>

Modell

Intervall<42>

Wesentliche Resultate

Hardy [116]

1990

Hund

CO2 (86W)

akute Ischämie

0

Perfusion in Laserarealen vermindert, Kontraktilität geringer

Kohmoto [190]

1997

Hund

Ho:YAG

isolierter Kanal<43> mit/ohne akuter Ischämie

0

Blutflußkapazität eines Laserkanals = 0.6 (ohne) bis 1.4 ml/min (mit Ischämie)

Horvath [141]

1998

Schwein

?

chron. Ischämie

84

bessere Kontraktilität in TMLR-Arealen

Hughes [149]

2000

Schwein

CO2, Ho:YAG,

Excimer

chron. Ischämie

180

MBF, kontraktile Reserve und Angioneogenese in CO2- und Ho:YAG-Lasergruppe signifikant erhöht, nicht jedoch in Excimer-Gruppe

Wadia [439]

2000

Schwein

CO2<44>

chron. Ischämie

42

verbesserte regionale Kontraktilität in der Lasergruppe in Ruhe und insbesondere unter Dobutamin-Stress

Lutter [240]

2000

Schwein

CO2

chron. Ischämie

90

MBF in Lasergruppen höher, Nekroseausdehnung geringer, regionale Kontraktilität signifikant erholt, keine Unterschiede im LVSWI

Ozaki [327]

2000

Schaf

Ho:YAG

chron. Ischämie

14-70

Ruhe-MBF in Lasergruppe nach 10 Wochen signifikant erhöht, regionale Kontraktilität unverändert

Martin [260]

2000

Schwein

CO2

Excimer

chron. Ischämie

126

regionaler MBF und Kontraktilität (%SS) in beiden Lasergruppen signifikant höher

Hattan [119]

2000

Hund

CO2

akute Ischämie

0

NADH-Fluoreszenz in unmittelbarer Kanalumgebung hoch als Zeichen der verminderten Perfusion


136

Mittels radioaktiv oder farbig markierter Mikrosphären kann die myokardiale Perfusion exakt quantifiziert werden; diese Technik gilt bislang als Goldstandard der experimentellen Perfusionsmessung.

Hardy‘s Arbeitsgruppe hat bereits 1990 die myokardiale Perfusion in TMLR-Arealen im Vergleich zu unbehandelten Gebieten unter akuter Ischämie mit radioaktiv markierten Mikrosphären gemessen. Dabei sah er in den TMLR-Gebieten eine signifikant geringere Perfusion, woraus er schlußfolgerte, daß sich ein retrograder Fluß aus dem intramyokardialen Gefäßsystem über die Laserkanäle in das Ventrikelkavum etabliert haben könnte. Erst nach artefizieller Erhöhung des intraventrikulären Blutdruckes um 100% fand sich eine Zunahme der Perfusion in den Lasergebieten im Vergleich zu den Kontrollarealen [116]. Allerdings verwendete Hardy noch nicht den Hochenergie-Heart-Laser®, sondern einen CO2-Laser mit einer Ausgangsleistung von 86 Watt (Sharplan 743). Aber auch Lutter konnte unter Verwendung des Heart-Lasers® mit der Mikrosphärentechnik keine signifikante Zunahme der Durchblutung nach TMLR feststellen [247].

Eckstein et al. haben versucht, mit einer Infrarot-Thermokamera den Blutfluß durch Laserkanäle nachzuweisen. Sie erzeugten dazu am Schaf einen akuten Myokardinfarkt durch Okklusion des Diagonalastes und untersuchten nach anschließender TMLR das epikardiale Wärmebild des Infarktareals. Unterschiede zu den nichtgelaserten Infarktarealen fanden sie nicht. Möglicherweise ist die Eindringtiefe dieses Verfahrens aber auch zu gering; mit maximal 5mm dürften gerade die endocardnahen Regionen mit einer Thermokamera nicht darstellbar sein, was aber vor dem Hintergrund der Tatsache, daß sich die Kanäle ja bereits wenige Minuten nach ihrer Anlage an der äußeren Kanalöffnung wieder thrombotisch verschließen, die eigentliche „region of interest“ darstellen dürfte. Vier Wochen später wurden die Tiere zusätzlich im MRT untersucht. Hier konnte Eckstein zwar ausgedehnte Infarktareale darstellen, die TMLR-Kanäle jedoch nicht überzeugend identifizieren [74].

Sehr ähnlich zu unserem Versuchsprotokoll war der von Hattan et al. in ihrem Experiment am Hund gewählte Versuchsaufbau. Auch sie definierten wie wir 3 unterschiedliche Myokardareale und untersuchten die Herzen während transienter Ischämien vor und nach TMLR. Dabei verwendeten sie neben der Mikrosphärentechnik auch die NADH-Spektrometrie. In ihrem Experiment ergaben sich jedoch keinerlei Hinweise auf eine Perfusion über die angelegten Laserkanäle. In unmittelbarer Kanalumgebung war der NADH-Gehalt am höchsten, was wahrscheinlich Ausdruck der thermischen Myokardnekrose war [119].

Aber es gibt auch eine größere Zahl von Berichten über eine Zunahme des MBF nach TMLR von ischämischem Myokard. Hughes et al. haben den myokardialen Blutfluß in ihrem Experiment an Hunden mittels PET untersucht. Sie erzeugten durch Anlage eines hydraulischen Okkluders am RCX eine chronische Ischämie und wiesen nach 2 Wochen mit PET und DSE das Vorliegen von „hybernating myocardium“ nach. Dieses behandelten sie mit 3 verschiedenen Lasern und untersuchten die Tiere 6 Monate später erneut. Bei den Tieren, die einer TMLR mit dem CO2-Laser oder mit dem Ho:YAG-Laser unterzogen worden waren, fanden Hughes et al. in der PET einen signifikant höheren MBF und in der DSE regional und global eine höhere kontraktile Reserve als bei den Sham- oder Excimer-Laser-behandelten Tieren [150], was er bei weitgehend verschlossenen Kanälen auf eine ausgeprägtere Angioneogenese in den ersten beiden Gruppen zurückführte [153].

Über ein interessantes Experiment zur Messung der Blutflußkapazität eines TMLR-Kanales berichtete Kohmoto. Er legte an 5 Hunden von epikardial jeweils einen nicht vollständig transmuralen Laserkanal an, an dessen (epikardiale) Öffnung er die A.thoracica interna end-zu-end anastomosierte. Über einen Flußsensor konnte er nun den biphasischen Fluß durch das Gefäß analysieren. Unter Ruhebedingungen flossen dabei im Mittel 0.6 ml/min durch die Arterie in den Kanal; unter Ischämiebedingungen erhöhte sich der Fluß hingegen auf fast das Dreifache. Nach Injektion farbiger Microsphären konnte er diese in der Umgebung des Kanals nachweisen,


137

wobei eine negative Korrelation zwischen Mikrosphärendichte und Entfernung zum Kanallumen bestand und noch 1 cm von der Kanalmitte entfernt Mikrosphären nachweisbar waren [190].

5.6 Zusammenfassung

Unsere Ergebnisse legen eine akute Durchblutungsverbesserung durch die TMLR indirekt nahe. Nur in den mit TMLR vorbehandelten Ischämiearealen zeigte sich nach erneuter Okklusion des RIVA eine geringer eingeschränkte regionale Kontraktilität sowie ein moderater Abfall des intramyokardialen Sauerstoffpartialdruckes. Die unbehandelten Ischämieareale zeigten weit schwerere Störungen der Kontraktilität bei tendenziell geringerem tpO2. Es konnte belegt werden, daß sich unter Ischämiebedingungen die Druckdifferenz zwischen Ventrikelkavum und Myokardwand umkehren kann und somit eine Perfusion vom Kavum in das Myokard prinzipiell möglich wäre.

Unsere eigenen histologischen Untersuchungen an humanen Autopsiepräparaten haben gezeigt, daß es wahrscheinlich schon in den ersten Tagen nach TMLR zu einem akuten thrombotischen Verschluß der Kanäle kommt [205]. Insofern lassen unsere Ergebnisse keinen Schluß auf eine mögliche Langzeitwirkung der TMLR zu. Sie scheinen jedoch zu belegen, daß ein Blutfluß über TMLR-Kanäle in der Frühphase nach dem Lasereingriff stattfinden kann.

Experimentelle Untersuchungen zur TMLR erfolgten in großer Zahl am Modell des akuten Infarktes, welches unseres Erachtens für die Beurteilung der TMLR eher ungeeignet ist und auch mehrheitlich keine protektive Wirkung der TMLR nachweisen konnte. Hingegen belegt ein Großteil der Untersuchungen an chronisch ischämischen Herzen, daß die myokardiale Perfusion in den TMLR-Gebieten anzusteigen scheint. Dies wurde sowohl für den CO2- als auch für den Ho:YAG-Laser in mehreren Studien gezeigt.


Fußnoten:

<27>

G 0383/96 Landesamt für Gesundheits-, Arbeits- und Tierschutz Berlin

<28>

Fa. GMS, Kiel, Germany

<29>

26 SPR-249, 3 Fr

<30>

27 ABL 5 Blutgasautomat, Radiometer, Kopenhagen

<31>

28 Fa. CMA AB, Stockholm, Schweden

<32>

29 Perfusor® secura, Braun

<33>

Max-30, Fa. Medolas

<34>

31 Fa. Rossendorfer Isotope

<35>

CO2 = Heart-Laser®, falls nicht anders spezifiziert

<36>

CO2 = Heart-Laser®, falls nicht anders spezifiziert

<37>

Intervall zwischen TMLR und Analyse [d]

<38>

die TMLR erfolgte in kardioplegischem Herzstillstand an der Herz-Lungen-Maschine

<39>

die Infarktausdehnung beschreibt den Anteil von nekrotischem Gewebe an der „area at risk“

<40>

Die Laserrevaskularisation erfolgte als PMR mit einem Katheter vom Endocard aus

<41>

CO2 = Heart-Laser®, falls nicht anders spezifiziert

<42>

Intervall zwischen TMLR u. Analyse [d]

<43>

Details siehe S.144

<44>

gepulster CO2-Laser, 8-12 J in 1.5 ms, entspricht 5000-8000 W, 1 mm beam diameter


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Mon Sep 16 16:01:06 2002