Rückert, Ralph-Ingo: Experimentelle und klinische Untersuchungen zur Optimierung der Hämodynamik in termino-lateralen Prothesenbypass-Anastomosen

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Kapitel 4. Diskussion

Die vorliegende Arbeit ging von der Annahme aus, daß die lokale Hämodynamik im Bereich von Anastomosen entscheidenden Einfluß auf die Ausbildung der MIH und damit auf die Verschlußrate von Bypass-Rekonstruktionen hat. Daher muß zunächst diskutiert werden, wie diese Annahme begründet ist. Danach werden die verwendeten Methoden der in vitro Experimente kritisch bewertet. Schließlich werden die Ergebnisse sowohl der in vitro als auch der in vivo Untersuchungen diskutiert.

4.1 Die Bedeutung der Hämodynamik im Anastomosenbereich

Die Hämodynamik innerhalb des Anastomosenbereiches bestimmt neben einer Reihe von anderen Faktoren die Manifestation der MIH sowohl hinsichtlich deren quantitativer Ausprägung als auch Lokalisation [287].

Bei arteriellen Rekonstruktionen im Kaliberbereich der A. poplitea und kleinerem Kaliber wurde die beobachtete Proliferation von Intima oder Neointima zunächst nicht als potentielle Verschlußursache bewertet. Erst 1971 wurde dieser Zusammenhang erkannt, als der Spätverschluß eines aorto-coronaren Venenbypass auf die MIH zurückgeführt wurde [88]. Imparato et al. [108] beschrieben die MIH erstmals systematisch als Ursache des Spätverschlusses arterieller Rekonstruktionen und stellten auch fest, daß ein Zusammenhang mit der Hämodynamik zu bestehen schien. Die Autoren fanden eine Lokalisation der MIH überall dort, wo entweder ungewöhnlich niedrige oder sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten herrschten.

Seitdem wurde die MIH hinsichtlich Ätiologie und Pathogenese sowie ihrer klinischen Bedeutung in zunehmendem Umfang untersucht (s. Abschnitt 1.1.2). Obwohl das immer detailliertere Wissen über die MIH bereits zu klinisch relevanten Therapievorschlägen dieser Läsion geführt hat, sollte das eigentlich anzustrebende Ziel in einer primären Prophylaxe der MIH bestehen. Dieser Ansatz erscheint möglich durch eine Beeinflussung der Hämodynamik, deren Bedeutung für die Entwicklung der MIH bereits einleitend dargestellt wurde (Abschnitte 1.1.2 und 1.1.3).

Zweifellos haben auch die unter der Bezeichnung des Compliance mismatch zusammengefaßten Einflußfaktoren kausale Bedeutung für die Entstehung der MIH [2,32,94,168,198,268]. In einem Tierexperiment wurde bei Hunden die A. carotis autolog paarweise, nach unterschiedlicher Vorbehandlung mit Glutaraldehyd, als Bypass der A. femoralis bilateral implantiert [2]. Die Compliance der beiden Autotransplantate betrug jeweils 100% und 40% von derjenigen der Empfängerarterie. Bei Vorliegen eines Compliance mismatch war die Offenheitsrate der Transplatate nach 3 Monaten signifikant verringert gegenüber derjenigen der Transplantate ohne


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Compliance mismatch. Pevec et al. [198] zeigten in vitro an einem Modell termino-lateraler Anastomosen zwischen einem ePTFE-Bypass und einem Latex-„Empfängerarterien“-Segment, daß zyklisch abnorme Wandspannungen in bestimmten Bereichen der Anastomose auftreten. Betroffen waren konstant und übereinstimmend die „Empfängerarterie“ zwischen SR und FR, gegenüber dem Bypass, und die Nahtreihe genau in diesem Bereich. Die Wandspannung war hier doppelt bis dreifach gegenüber den übrigen Gefäßregionen erhöht. Die Autoren vermuteten, daß diese mechanische Belastung durch zyklisch auftretende, fokal abnorm erhöhte Wandspannung die Entwicklung der MIH verursachte.

Neben einem direkten Einfluß des Compliance mismatch durch mechanische Faktoren kann die unterschiedliche Compliance von Bypass und Empfängerarterie auch über die Beeiträchtigung der Hämodynamik im Anastomosenbereich wirksam werden [168]. Eine Trennung des Einflusses des Compliance mismatch auf die MIH von dem der reinen Strömungsphänomene ist oft nicht einfach möglich [246]. Wang et al. [269] fanden bei in vitro Untersuchungen an Modellen arteriovenöser Loop-Shuntprothesen unterschiedlicher Compliance eine deutliche Beeinflussung der Hämodynamik im Bereich der venösen Anastomose. Das Ausmaß der Strömungsablösung in der SR und des retrograden Flusses in der distalen Vene variierten zwischen den verschiedenen Shuntprothesen. Durch das Compliance mismatch wird insbesondere die Verteilung der Scherraten im Wandbereich verändert [207,273].

Bei einer systematischen Analyse aller verschiedenen hämodynamischen und mechanischen Einflußgrößen auf die Venenwand bei Implantation in das arterielle System ermittelten Dobrin et al. [66] die niedrige Flußgeschwindigkeit als den am besten mit der MIH-Entstehung assoziierten Faktor, während im Gegensatz dazu die Mediaverdickung am stärksten mit der Deformation der Venenwand in deren Zirkumferenz assoziiert war.

Die Interpretation der Ergebnisse der in der vorliegenden Arbeit durchgeführten in vitro Experimente zur Visualisierung des Strömungsverhaltens setzt voraus, die Auswirkung der beobachteten Strömungsmuster hinsichtlich der Entwicklung der MIH beurteilen zu können. Dafür ist eine Analyse der Daten und gesicherten Erkenntnisse über die kausale Beziehung zwischen definierten Strömungsphänomenen und der Manifestation der MIH notwendig. Diese Überlegung hat Gültigkeit für sämtliche experimentellen Arbeiten, die die Visualisierung der Strömung im Anastomosenbereich zum Gegenstand haben [104,177]. Aus hämodynamischer Sicht wurde für die folgenden vier unterschiedlichen Phänomene eine kausale Beziehung zur MIH nachgewiesen:


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Die Bedeutung der Stagnation der Strömung mit der Ausbildung von Zonen hohen Druckes an den Stagnationspunkten wird einheitlich als manifestationsfördernd für die MIH beurteilt. Ebenso ungeteilt ist die Auffassung hinsichtlich der vermehrten Bildung der MIH im Bereich von oszillierender und rezirkulierender Strömung. Obwohl zwar generell akzeptiert wird, daß niedrige Werte der Scherraten und mittleren Schubspannung im Bereich der Gefäßwand mit der Entstehung der MIH assoziiert sind (‚low shear rate’-Hypothese) [17,86,130,188,189,216], ist dieser Ansatz nicht unumstritten (‚high shear rate’-Hypothese) [235,237].

Kim et al. [121,122] konnten an in vitro Modellen termino-terminaler Anastomosen und mittels numerischer Simulation nachweisen, daß bei stetiger Strömung eine Korrelation zwischen niedriger Wandschubspannung und der Entwicklung der MIH besteht.

Eines der Argumente für die Begründung der ‚low shear rate’-Hypothese besteht in der bei langsamerer Flußgeschwindigkeit im Wandbereich des Gefäßes bestehenden längeren Kontaktzeit zwischen korpuskulären Blutbestandteilen und der Gefäßwand [19,285-287].

Auch für die Lokalisation von atherosklerotischen Plaques in der Carotisbifurkation wurden von Ku et al. [134,135] niedrige und oszillierende Wandschubspannung als kausal nachgewiesen.

Sowohl Arterien als auch Venen reagieren auf eine Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit mit einer Wandverdickung [83]. Der Mechanismus ist jedoch unterschiedlich. Arterien reagieren mit einer Zunahme der Mediadicke und einer Kaliberreduktion, so daß die Schubspannung normalisiert wird. Venen dagegen entwickelten eine Verstärkung der proliferativen Antwort auf die Interposition in die arterielle Zirkulation. Die Intimadicke nahm um 60 % und die Intimafläche um 70 % zu. Bei Venen scheint tangentialer Streß eine primäre und Wandschubspannung nur eine sekundäre Rolle für die Ausbildung der Dimensionen des Blutleiters zu haben [83].

In einer tierexperimentellen Studie konnten Binns et al. [31] zeigen, daß bei Implantation von PTFE-Protheseninterponaten unterschiedlichen Kalibers die mittlere Dicke der Pseudointima in den Prothesen und die Dicke der MIH im Anastomosenbereich umgekehrt mit der Wandschubspannung korrelierten.

Kohler et al. [129] wiesen nach, daß die Hyperplasie der Neointima in porösen PTFE-Prothesen durch Steigerung des Blutflusses und damit der Schubspannung verringert werden konnte. Das Verteilungsmuster der Neointima wurde nicht beeinflußt. Die Neointima war auch nach 2 Monaten noch für eine Änderung der Strömungsgeschwindigkeit sensibel. Analoge Ergebnisse liegen auch von Kraiss et al. [130] vor.

In einem in vitro Modell zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen glatten Muskelzellen und Endothelzellen unter dem Einfluß eines strömenden Fluids konnten Nackman et al. [173] nachweisen, daß Endothelzellen, die einer definierten Schubspannung ausgesetzt wurden, die Wachstumscharakteristik von glatten Muskelzellen veränderten. In diesem Experiment wurde die


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Rolle der Hämodynamik für das durch Endothelzellen gesteuerte Verhalten von glatten Muskelzellen und damit auch für die Entwicklung der MIH gezeigt.

Für die Bedeutung einer niedrigen Strömungsgeschwindigkeit und damit einer niedrigen Schubspannung sprechen auch neueste tierexperimentelle Arbeiten. So fanden Bassiouny et al. [18] in einem Tiermodell der durch perkutane transluminale Angioplastie (PTA) der A. carotis erzeugten MIH eine bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit signifikant gesteigerte Transskription und Konzentration der 72 kD Kollagenase IV (MMP-2). MMP-2 ermöglicht durch Zerstörung der Basalmembran die Migration proliferierender glatter Muskelzellen und somit die Entwicklung der MIH. Dabei war die niedrige Strömungsgeschwindigkeit von größerer Bedeutung für die Regulation der MMP-2-Aktivität als die Verletzung durch PTA allein.

Niedrige Strömungsgeschwindigkeit führt auch zu einer gesteigerten Aktivierung von Thrombozyten nach experimenteller Arterienverletzung [19]. Die Aktivierung der Thrombozyten führt über eine verstärkte Freisetzung mitogener Faktoren zur Proliferation und Migration der glatten Muskelzellen und damit zur MIH.

Cucina et al. [50] konnten mit dem Nachweis einer proportionalen Freisetzung von TGF-ß1 aus arteriellen Endothelzellen unter dem Einfluß wachsender Schubspannung einen möglichen Mechanismus für die inhibitorische Wirkung von hoher Schubspannung auf die Entwicklung der MIH liefern, da die Wachstumsrate der glattmuskulären Zellen durch TGF-ß1 gehemmt wurde.

Zahlreiche weitere Arbeiten bestätigen tierexperimentell und in vitro die kausale Bedeutung der niedrigen Strömungsgeschwindigkeit und Scherrate bzw. Schubspannung für die Ausbildung der MIH [155,108,274].

Steinman et al. [241] konnten dagegen keinen Zusammenhang zwischen niedrigen Scherraten und der Lokalisation der MIH nachweisen. Die Resultate dieser Arbeitsgruppe weisen eher auf hohe Scherraten als Ursache der Entstehung der MIH hin. Hohe Scherkräfte im zentralen Blutstrom sind nach Sottiurai et al. [235,237] ein auslösender Faktor der MIH am Boden der Empfängerarterie. Auch Ojha et al. [183,184,186] unterscheiden zwischen niedrigen Schubspannungen in der FR und SR einer termino-lateralen Anastomose und hohen Schubspannungen am Boden der Empfängerarterie als kausale Faktoren für die Entstehung der MIH. Sterpetti et al. [243] fanden eine mit wachsender Schubspannung zunehmende Freisetzung von Interleukin (IL)-1 und IL-6 in Endothelzellkulturen. Für IL-1 und IL-6 wurde eine proliferationsfördernde Wirkung auf glatte Muskelzellen der Gefäßwand gezeigt, so daß damit die ‚high shear rate’-Hypothese gestützt wird.

Die Vertreter der ‚low shear rate’-Hypothese betonen die erhöhte Kontaktzeit korpuskulärer Blutbestandteile mit der Gefäßwand mit der Möglichkeit von deren Aktivierung. Für die Vertreter der ‚high shear rate’-Hypothese stehen die mechanische Alteration des Endothels sowie der verstärkte Proteintransport und die erhöhte Diffusionskraft im Vordergrund.


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Die ‚low shear rate’- und ‚high shear rate’-Hypothese müssen sich nach Keynton et al. [120] nicht notwendigerweise ausschließen.

Friedman [81] entwickelte ein biologisch plausibles mathematisches Modell, das die Interpretation experimenteller Daten zur Beziehung zwischen Scherkräften und der MIH erlaubt. Das Modell zeigt die Abhängigkeit der Intimadicke von den Scherraten und der Expositionszeit. Bei kürzeren Zeiten manifestiert sich die MIH auf der Seite, die hohen Scherraten ausgesetzt war. Verlängert sich die Expositionszeit, tritt das Gegenteil ein. Die MIH entsteht dann als Folge niedriger Scherraten.

Die Scherraten im gefäßwandnahen Bereich können experimentell optimal unter Verwendung der Laser-Doppler-Anemometrie ermittelt werden [75,104,155].

Scherkraft, Scherrate und Schubspannung sind einerseits die entscheidenden Größen für die Entstehung der MIH. Andererseits besteht ein Mechanismus der adaptiven Autoregulation der Wandschubspannung. Bei Veränderung des Stromzeitvolumens ließ sich tierexperimentell zeigen, daß eine weitgehende Adaptation des Gefäßdurchmessers eintritt mit dem Ergebnis einer konstanten Schubspannung im Bereich der Gefäßwand [113]. Somit stellen Scherrate und Schubspannung möglicherweise selbst Regelgrößen dar, deren Konstanz über einen längeren Zeitraum jeweils wieder hergestellt wird [285].

Das Konzept des Gradienten der Schubspannung stellt eine Erweiterung der Theorie insofern dar, als der Einfluß des pulsatilen Charakters der Strömung und die zeitliche Verteilung der Scherrate bzw. Schubspannung über die Kreislaufaktion von Systole und Diastole einbezogen wird [186].

Zur genaueren Beschreibung der Hämodynamik im Anastomosenbereich haben Kleinstreuer et al. zwei neue dimensionslose Parameter eingeführt: den transienten und, weil von noch größerer Bedeutung, den zeitgemittelten Gradienten der Schubspannung [125].

Es herrscht weitgehend Konsens darüber, daß die Entstehung der MIH mit Störungen der Blutströmung assoziiert ist. Die Möglichkeit einer primären Prophylaxe der MIH ist durch die Beeinflussung der Hämodynamik im Anastomosenbereich gegeben. Deswegen sollte jede Untersuchung mit dem Ziel der Optimierung der Strömungsverhältnisse auch mit dem Ziel der Verbesserung der Metrik des Bypass durchgeführt werden [239]. So betonen Fillinger et al. [78] den Anspruch an ein ideales arterio-venöses Interponat, in dem ohne Reduktion der Flußrate die Störungen der Flußmuster minimal sein sollten.

Die mathematisch modellierte Anpassung des arteriellen Blutleiters an die Impedanz des Empfägerarteriensegmentes einschließlich der nachgeschalteten peripheren Strombahn sind Gegenstand der Untersuchungen von Hirayama et al. [99].

Von Lei et al. [140,141] stammt der Nachweis, daß die Schaffung einer optimalen Geometrie für termino-laterale Anastomosen möglich ist. Das Kriterium dafür ist eine signifikante Verringerung


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von Schubspannungs-Gradienten, die als wesentlicher hämodynamischer Parameter die Manifestation der MIH bestimmen.

Eine andere Möglichkeit der Prophylaxe der MIH ist die Erzeugung stabiler Wirbelstrukturen im Anastomosenbereich [104,227,278]. Das Hauptziel besteht hierbei in der Elimination der Stagnation der Strömung, vor allem am Boden der Empfängerarterie. In einer stabilen Wirbelstruktur sehen auch Da Silva et al. [51] eine Möglichkeit, die Bildung der MIH weitgehend zu limitieren, da der Wirbel im Wandbereich eine hohe Schubspannung erzeugt und die Zone mit niedriger Strömungsgeschwindigkeit und Strömungsablösung in den Bereich der FR verschiebt. Diese Theorie liegt einer klinisch eingesetzten ePTFE-Prothese zugrunde, die zunächst experimentell verwendet wurde [33]. Als Distaflo® (C.R. Bard Inc., Division Impra Medica, Tempe, AZ, USA) steht diese Prothese für den klinischen Einsatz seit April 1999 zur Verfügung.

Obwohl in der vorliegenden Arbeit die Strömungsmuster in distalen termino-lateralen Anastomosen analysiert werden, haben solche Untersuchungen Bedeutung für jede Art von Anastomosen. Auch in der proximalen latero-terminalen Anastomose von Bypassrekonstruktionen bestimmen Anastomosengeometrie und Stromteilung die lokale Hämodynamik [105]. Die relevanten Strömungsphänomene sind identisch [106].

Abb. 5-1: DSA mit selektiver Darstellung der Aufteilung der A. carotis interna in die Aa. cerebri media et anterior. Die Ähnlichkeit mit der Anastomosenform der FCPP ist deutlich erkennbar.

Natürliche termino-laterale Anastomosen kommen im menschlichen Körper nicht vor [236]. Diese Anastomosen werden künstlich angelegt mit dem Ziel der antegraden Perfusion des distal und der retrograden Perfusion des proximal der Anastomose gelegenen Gefäßabschnittes. Dafür müssen in der Regel nicht-optimale Strömungsmuster in Kauf genommen werden. Insofern kann die termino-


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laterale Anastomose als unphysiologisch bezeichnet werden. Dennoch wird am Beispiel der Aufteilung A. carotis interna deutlich, wie sehr die in der vorliegenden Arbeit untersuchte neue Anastomosenform (FCPP) dieser natürlichen, anatomisch vorgegebenen Aufteilung des Blutstromes ähnelt (Abb. 5-1). Die Geometrie der FCPP kann als Kombination zweier termino-terminaler Anastomosen aufgefaßt werden, so daß die Nachteile der termino-lateralen Anastomose (s. Abschnitt 3.1) bei dieser Anastomosenform zugunsten der Vorteile termino-terminaler Anastomosen potentiell weitgehend eliminiert werden.

4.2 Methoden der in vitro Untersuchung der Hämodynamik in Anastomosen

Die Analyse der Hämodynamik ist für eine Reihe von Fragen von Bedeutung. Wegen der Wiederholbarkeit der Untersuchung unter vorgewählten und konstanten Bedingungen sind in vitro Untersuchungen die Methode der Wahl. Um beurteilen zu können, ob ein Zusammenhang zwischen der Geometrie einer Anastomose und dem Verhalten der Strömung des Blutes in dieser Anastomose besteht, muß eine Möglichkeit gefunden werden, die Strömung sichtbar zu machen. Nur auf diese Art sind qualitative oder quantitative Aussagen über das Strömungsfeld möglich. Eine Reihe von Methoden zur Visualisierung des Strömungsverhaltens sind entwickelt worden. Sie sollen in Bezug auf die in dieser Arbeit verwendeten Methoden diskutiert werden.

Eine wesentliche Voraussetzung jeder in vitro Analyse von Strömungsphänomenen sind geeignete Modelle der entsprechenden Abschitte des Arteriensystems. Die Eignung der Modelle hängt einerseits von der Fragestellung ab, die bearbeitet werden soll. Andererseits müssen die Modelle vor allem dem gewählten Verfahren zur Visualisierung der Strömung genügen. So muß das Modell bei optischen Verfahren transparent sein und darf möglichst keine Abbildungsfehler durch Refraktion aufweisen. Tsao et al. [259] haben ein System zur automatischen 3D-Analyse der Partikel-Bewegung in Modellen von Strömungsfeldern angegeben. Mit zwei im rechten Winkel zueinander positionierten Videoaufzeichnungssystemen waren die 3D-Bewegungen der Partikel, deren Bewegungsgeschwindigkeit und Kontaktzeit an der Gefäßwand bestimmbar.

Bei Ultraschallverfahren zur Visualisierung muß das Modellfluid schallbar sein und das Modell des Gefäßabschnittes muß eine Schalleitung ohne reflektierende Oberflächen und ohne eine zu hohe Absorption der Schallenergie erlauben. Durch den Zusatz von 0,1% Sephadex (50-110 µm, Pharmacia Fine Chemicals, NJ, USA) wurde das Modellfluid der Ultraschalluntersuchung zugänglich. Die Materialeigenschaften des Silikon-Elastomers (Sylgard 184, Fa. Dow Corning, USA) ermöglichten eine problemlose Ultraschall-Untersuchung der Modelle.

Die Carotisbifurkation stellt einen der hinsichtlich der Hämodynamik und deren Folgen am besten untersuchten Abschnitte des arteriellen Systems dar [119,120,134,135,265].


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Verschiedene Versuchsanordnungen wurden für in vitro Experimente benutzt. Gemeinsam ist diesen verschiedenen Versuchsanordnungen die Verwendung von Modellen von bestimmten Abschnitten des Gefäßsystems. Diese Modelle können entweder idealisiert oder als Abformungen von anatomischen Präparaten hergestellt werden [119]. Gegenstand der Untersuchungen ist meist die Frage nach dem Einfluß der Geometrie auf die Strömungsverhältnisse innerhalb des modellierten Gefäßabschnittes [118,126,134,185,186].

Realistische Modelle von Gefäßverzweigungen oder auch von Anastomosen, die mit entsprechenden nicht-invasiven bildgebenden Verfahren erstellt werden können, sind potentiell geeignet, die Hämodynamik mit Hilfe von Computersimulationen genauer zu untersuchen, als das bisher mit idealisierten Modellen der Fall ist. So konnten Milner et al. [166] am Beispiel der Carotisgabel nachweisen, daß die Magnetresonanztomographie mittels geeigneter Untersuchungsprotokolle die Entwicklung inividueller 3D-Modelle von Blutgefäßen gestattet, die als Basis einer Computersimulation von Strömungen mit der Finite-Element-Methode dienen können. Die Autoren betonen, daß die Untersuchung interindividueller Besonderheiten und Unterschiede der Verteilungsmuster der Wandschubspannung die Rolle der Hämodynamik für die Entwicklung vaskulärer Läsionen noch besser einschätzten läßt. Wenn darüberhinaus noch mit denselben Schnittbildverfahren die Struktur der Gefäßwand mit Verdickungen und Zusammensetzung genau dargestellt werden kann, ist somit eine Methode für komplett nichtinvasive, prospektive, humane in vivo Studien gegeben, die die Beziehung der Hämodynamik zu degenerativen Gefäßveränderungen wie MIH und Arteriosklerose analysieren.

4.2.1 Modellbedingte Vereinfachungen

Das in der vorliegenden Arbeit entwickelte und angewandte Modell<10> zur Untersuchung der Hämodynamik in termino-lateralen Anastomosen erlaubt eine qualitative Beurteilung des Strömungsgeschwindigkeitsfeldes. Eine qualitative Betrachtungsweise ist immer dann zulässig und aussagekräftig, wenn sie vergleichend erfolgt. Eine solche vergleichende Untersuchung der unterschiedlichen Anastomosenformen ist Gegenstand dieser Arbeit, weshalb die qualitative Analyse hierfür gerechtfertigt erscheint.

Naturgemäß kommt es bei der Nachbildung realer Prozesse durch Modelle zu Vereinfachungen, die bedacht und abgeschätzt werden müssen.

Für den in der Arbeit vorgestellten und benutzten Modellkreislauf und die Anastomosenmodelle trifft dieser Aspekt sicher auf vier Einzelprobleme zu: die Nachbildung der Druck- und


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Flußkurven, die Wandstrukturen, die Modellflüssigkeit und den hydrodynamischen Arbeitspunkt.

Die Nachbildung realer Druck- und Flußkurven im cruralen Gefäßgebiet kann korrekterweise nur aus der Erfassung patientenbezogener Einzelkurven, konsekutiver Mittelung einer Vielzahl dieser Kurven und Nachbildung durch rechnergeregelte Stellglieder erfolgen. Bei der Anwendung der einfachen Steuerung der Kreislaufaktionen mittels Proportional-Magnetventil und angepaßtem Windkessel wird die Genauigkeit, die eine rechnergestützte Regelung erreichen würde, mit Sicherheit unterschritten. Es bleibt aber die Frage offen, inwieweit die anzustrebende höhere Genauigkeit bei den in der klinischen Praxis zu beobachtenden, qualitativ unterschiedlichen individuellen Kurven zu einer vorgetäuschten Genauigkeit führen würde, die im Einzelfall den Fehler sehr groß werden ließe. Diese Frage muß nachfolgenden Untersuchungen vorbehalten werden.

Für sämtliche Überlegungen zur Hämodynamik im Anastomosenbereich muß der potentielle Einfluß des Compliance mismatch berücksichtigt werden [2,32,94,168,198,268]. Sebstverständlich kann eine stark unterschiedliche Compliance zwischen Bypass und Empfängerarterie eine Störung der Hämodynamik im Anastomosenbereich verursachen. Die Folgen für die Ausbildung der MIH sind unter Umständen analog zu denen bei ähnlichen, jedoch anders verursachten Störungen der Blutströmung.

Die Nachbildung der Wandstrukturen der Blutgefäße als semi-starre Wände<11> in den benutzten Anastomosenmodellen ist unkorrekt. Obwohl eine bestimmte Wandelastizität der Anastomosenregion durch die Materialeigenschaften des Silikonelastomers gegeben war, kann die Compliance der realen Gefäße damit mit hoher Wahrscheinlichkeit nicht approximiert werden. Andererseits zeigte eine Untersuchung der mechanischen Wandschubspannung in Anastomosen elastischer Modelle, daß die Radiusänderungen nahe der Anastomosenregion konstant überschätzt wurden [211]. Die auf der Basis der Theorie elastischer Röhren berechneten Werte der Wandschubspannung differierten daher von denen, die experimentell erhalten wurden. Das Problem bei der Nachbildung der elastischen Wandstrukturen liegt jedoch nicht nur in der meßtechnischen Bestimmung der Compliance sondern auch in der im Einzelfall unbekannten Dehnbarkeit der Gefäßwand sowie der meßtechnisch nicht bestimmbaren passiven und aktiven Vasokonstriktion. Zusätzlich treten in vivo starke Compliance-Unterschiede durch individuell unterschiedliche Arterienverkalkungen auf. Demgegenüber muß eine ePTFE-Prothese als fast nicht dehnbar angesehen werden. Bei weiterführenden Untersuchungen könnten die Modelle, abhängig von der zu bearbeitenden Fragestellung, im Bereich der Empfängerarterien mit dehnbaren Wänden hergestellt werden. Nach Liepsch [145,146] werden in solchen Modellen die


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Sekundärströmungsphänomene stark gedämpft. Der Wert der Dehnbarkeit könnte in der Größenordnung von 5% liegen [147].

Der Vergleich von starrwandigen Anastomosenmodellen mit solchen mit elastischen Wänden wurde anhand einer 2D-Simulationsstudie von Steinman et al. [241] vorgenommen. Im Ergebnis dieser Arbeit zeigt sich ein Einfluß der Wandelastizität mit Auswirkungen auf die Scherkraft-Verteilung von maximal 20 bis 30% in bestimmter Lokalisation. Für Aussagen zur Verteilung und Größe von Scherkräften in Arbeiten über den Einfluß der Hämodynamik auf die Entstehung der MIH sind danach die Geometrie der Anastomose und die Form der Flußkurve von größerer Bedeutung als die Einbeziehung der Einflüsse einer dehnbaren Wand auf die Hämodynamik.

Obwohl das Blut in den Arterien mit Ausnahme des Axialstromes ein Newtonsches Verhalten zeigt, manifestiert sich der nicht-Newtonsche Charakter bei nicht voll entwickelter Strömung, sowie in Krümmungen und Verzweigungen [15,145,231]. Beim Vergleich Newtonscher und nicht-Newtonscher Fluide in einer stenosierten Arterie kam es im Ablösebereich hinter der Stenose zu einer Verschiebung der Strömungsablösung in Stenoserichtung für den Fall des Newtonschen Fluids [147]. Es wurden jedoch keine qualitativen Unterschiede im Strömungsverhalten gefunden. Bei numerischen Strömungssimulationen wurden in den Ablösezonen für nicht-Newtonsche Fluide um bis zu 20% höhere Schubspannungen gefunden [15,47]. Das wurde durch in vitro Untersuchungen bestätigt [147], wobei in Modellen mit elastischer Wandstruktur die Schubspannung bis zu 25% geringer war. Für nicht-Newtonsche Fluide waren in den Ablösegebieten die absoluten Werte der Rückströmung größer, verglichen mit einem Newtonschen Fluid. Die axiale Ausdehnung der Ablösezone war jedoch geringer [147]. Nach Banerjee et al. [15] wird in einem nicht-Newtonschen Fluid eine Strömungsablösung eher stabil als bei einem Newtonschen Fluid. Allgemein gilt: Durch die verschiedenen Untersucher sind wohl Unterschiede bei den Scherraten bzw. bei Ablösezonen beschrieben worden, aber eine generelle Änderung in der Flowcharakteristik zwischen Newtonschen und nicht-Newtonschen Fluiden wurde nicht beobachtet [199,231].

Bei der Entscheidung, eine nicht-Newtonsche Modellflüssigkeit zu verwenden, ist zu berücksichtigen, daß es außerordentlich schwierig ist, ein derartiges Fluid mit blutidentischem Verhalten herzustellen [145]. Bisher konnte immer nur in Teilabschnitten der Viskosität-Scherraten-Kurve eine gute Übereinstimmung gefunden werden. Ebenso muß die Scherempfindlichkeit der Lösung beachtet werden. Die Beanspruchung der langen Polymerketten nicht-Newtonscher Lösungen durch Schlauchpumpen und Magnetventil des Modellkreislaufs kann zu einer unbekannten Änderung der Scherratenabhängigkeit der Viskosität führen. Daneben


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spielen Faktoren wie Haltbarkeit, Preis und benötigte Menge <12> eine Rolle.

Im vorgesehenen Anwendungsfall des Kreislaufmodells, in welchem der Vergleich differenter Anastomosenformen im Vordergrund stand, ist die Benutzung Newtonscher Fluide mit einer dem Vollblut angeglichenen Viskosität zulässig. Die hier verwendete Methode befindet sich damit in Übereinstimmung mit vielen Arbeiten, in welchen der Benutzung von Newtonschen Fluiden der Vorzug gegeben wurde [17,120,146,160,185,211,241,274].

Bei Scherraten oberhalb 50 s-1 , die in den Arterien stets gegeben sind, ist die Viskosität des Blutes weitgehend konstant. Mit dem nicht-Newtonschen Verhalten des Blutes muß dagegen in strömungsarmen Bereichen oder bei extrem langsamer Durchströmung gerechnet werden. Dieses Verhalten kann auch bei plötzlichen Durchmesseränderungen des durchströmten Gefäßes oder in Anastomosenbereichen Bedeutung erlangen [15,145,201].

Nach Sharp et al. [231] wurde eine generelle Veränderung der Flowcharakteristik bei Verwendung Newtonscher anstelle nicht-Newtonscher Fluide nicht beobachtet.

Alle durchgeführten Untersuchungen am Modellkreislauf bezogen sich auf eine Situation, die den Kreislaufverhältnissen am liegenden Patienten entsprachen. Die Unterschiede im hydrostatischen Druck in liegender und aufrechter Position sind jedoch erheblich: Während in Horizontallage nur die strömungsbedingten Druckabfälle zwischen Herz und Unterschenkelarterien auftreten (Größenordnung 10 mmHg), addiert sich in aufrechter Stellung der hydrostatische Druck zum arteriellen Druck. Die realen Anastomosen arbeiten also über lange Zeitabschnitte bei einem deutlich geänderten hydrodynamischen Arbeitspunkt. Korrekterweise müßten hier zusätzlich zwei verschiedene Situationen unterschieden werden: das Stehen und das Gehen. Während beim absolut ruhigen Stehen der venöse Gegendruck auf ca. 90 mmHg ansteigt, wird dieser Druck durch die Effektivität der Muskelpumpe beim Gehen auf etwa 20 mmHg reduziert. Bei Patienten mit Erkrankungen des Gefäßsystems sind Abweichungen von diesen Werten anzunehmen. Der Einfluß der Körperposition ist sowohl bei den eigenen Untersuchungen als auch in der aufgeführten Literatur nicht berücksichtigt worden. Ein zusätzlicher Fehler entsteht dadurch, daß die Flußrate unter körperlicher Belastung erheblich höher ist. Eine hinsichtlich der Hämodynamik unter Ruhebedingungen optimale Anastomosenform kann unter Bedingungen der Hyperämie von den homogenen abweichende Strömungsmuster erzeugen.

Ergänzend zu den genannten vier Problemkreisen soll das Problem der Anlaufstrecke angesprochen werden. Die in den Videobildern nicht sichtbaren Störungen, die durch die Konnektierung der Anastomosenmodelle mit den zu- und abführenden Schläuchen entstanden, können vernachlässigt werden. Anders verhält es sich dagegen mit der Kurvatur unmittelbar vor


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der Anastomose. Da in diesem Bereich Sekundärströmungsphänomene auftreten, werden diese die lokalen Strömungsmuster überlagern. Die gleiche Überlagerung ist aber auch in vivo zu finden, da auch hier die Kurvatur der Anastomose vorgeschaltet ist. Wenn an dieser Stelle eine Fehlerquelle diskutiert wird, so deshalb, weil in vivo die Anlaufstrecken der großen Arterien immer so kurz sind, daß nie mit einer voll entwickelten Strömung gerechnet werden kann [145]. Obwohl der zu implantierende Bypass als ein gerades, unverzweigtes Gefäß angesehen werden kann, ist doch zu berücksichtigen, daß der Bypass das Kniegelenk überschreitet und damit funktionelle Krümmungen entstehen, die wiederum die Anlaufstrecke verkürzen. Zusätzliche Störungen der Strömung im Anastomosenbereich können also in vivo entstehen.

Die injizierte Farbe zeichnet die Bahnlinien der Fluidteilchen nach. Diese Bahnlinien sind bei instationärer Strömung zufallsbedingten Schwankungen unterworfen. Beim Vergleich des Bildes 1 der Abb. 4-3 mit den Bildern 7 und 8 der Abb. 4-1, die in etwa einem Systolenzeitpunkt im Miller Collar entsprachen, wird die Schwierigkeit der Interpretation dieser Untersuchungsmethode sehr deutlich. Zwischen verschiedenen Kreislaufaktionen ist eine geringe, aber wahrnehmbare Variation der Farbaufteilung festzustellen. Es werden in unterschiedlichen Aktionen andere Anastomosenbereiche und Strömungsmerkmale betont. Bei der Auswertung der Videosequenzen mußte daher eine hinreichend große Anzahl von Pulsationen erfaßt werden, um die typischen Muster erkennen zu können. Für künftige Untersuchungen wird empfohlen, zwei oder drei Farbfahnen mit unterschiedlichen Farben zur Visualisierung der Strömungen zu benutzen. Dadurch sollte das Beobachten der Bahnlinien und ihrer Vermischungen nicht nur erleichtert, sondern auch die Präzision der Aussagen erhöht werden.

Bei Berücksichtigung aller genannten Einschränkungen und Vereinfachungen ließen sich in den Videoaufzeichnungen der Flußbilder dennoch Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausarbeiten, die eine Untersuchung der Anastomosenformen mit dieser Methode rechtfertigten.

4.2.2 Methoden zur Visualisierung des Strömungsverhaltens

Die Visualisierung der Strömung hat eine zentrale Bedeutung für die Analyse des Einflusses der Geometrie des durchströmten Gefäßes auf das Strömungsverhalten. Strömungsphänomene sind grundsätzlich abhängig von der Geometrie und den zugrundeliegenden Strömungsbedingungen.

Kritisch muß bewertet werden, daß in allen in der vorliegenden Arbeit verwendeten Methoden zur Visualisierung des Strömungsverhaltens ausschließlich eine 2D-Darstellung vorgenommen wurde. Die 3D-Darstellung ist mit den verwendeten Methoden prinzipiell möglich. Dazu wäre jedoch mindestens ein zweites bildgebendes System (Videokamera oder Schallkopf) erforderlich, wobei beide Systeme möglichst orthogonal angeordnet sein müßten [259]. Eine 3D-Darstellung zeigt


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jedoch derart komplexe Strömungsmuster, daß ein Vergleich der verschiedenen Anastomosenformen dadurch nochmals kompliziert werden würde. Andererseits sind die wesentlichen Strömungsmuster in der gewählten 2D-Darstellung analysierbar [104,186].

Sämtliche Bilder zur Veranschaulichung der Ergebnisse (s. Anhang) sind aus Videoaufzeichnungen entnommen und können naturgemäß nur ein unvollständiges Bild vermitteln. Somit mußte die Darstellung der Ergebnisse bei der qualitativen Bildanalyse auf eine durch Einzelbilder illustrierte und durch diese belegte Schilderung der Beobachtung des Untersuchers beschränkt bleiben.

Die von Sottiurai et al. [235-237] angegebenen hauptsächlichen Manifestationorte der MIH in der SR, FR und am Boden der Empfängerarterie (Abb. 1-1, Abschnitt 1.1.2) wurden bei der in vitro Analyse des Strömungsfeldes im Bereich der Anastomosen in der vorliegenden Arbeit besonders berücksichtigt. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen eindeutig, daß alle drei Methoden, die zur Visualisierung des Strömungsverhaltens im Bereich der Anastomosen angewendet wurden, zu analogen Ergebnissen gelangen. Dadurch wird indirekt die Richtigkeit jeder einzelnen Methode wahrscheinlicher.

4.2.2.1 Optische Methode mittels Farbdilution

Die Beurteilung der Strömungsmuster kann für die Bedingungen einer laminaren, nicht-pulsatilen Strömung durch die Darstellung der Stromlinien erfolgen. Als Stromlinien sind Linien definiert, die überall im Strömungsfeld tangential zu den örtlichen Geschwindigkeitsvektoren verlaufen. Die Bewegungslinien von Teilchen können bei nicht-pulsatiler Strömung den Stromlinien entsprechen. Das ist jedoch für eine pulsatile Strömung nicht der Fall [274]. Die von uns gewählte indirekte Darstellung des Strömungsfeldes durch die Methode der Farbstoffinjektion zeigt somit auch keine Stromlinien an.

Mit der farboptischen Methode wird die Projektion des dreidimensionalen, räumlichen Strömungsgeschwindigkeitsfeldes in eine Ebene untersucht. Analoge Techniken der lichtoptischen Visualisierung verwendeten silberimprägnierte Partikel als Reflektoren für Laserlicht [177] oder Sephadex-Partikel (100-200 µm) als Reflektoren für Licht einer Spaltlampe in abgedunkelter Umgebung [278].

In den herkömmlichen Formen<13> der termino-lateralen Anastomosen lassen sich typische Strömungsmuster lokalisieren. Ein wesentliches, in allen konventionellen Anastomosenformen beobachtetes Phänomen war die Stagnation der Strömung am Boden der Empfängerarterie. Der Stagnationspunkt oszillierte bei einem vorgewählten Verhältnis des proximalen und distalen


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Abstromes mit dem pulsatilen Zyklus. Er bewegte sich mit fortschreitender Systole nach distal und lief mit dem Beginn der Diastole in proximale Richtung zurück. Mit zunehmender Diastole verschwindet der Stagnationspunkt, der noch sichtbare Zentralstrom trifft den Boden der Empfängerarterie "asymptotisch". Der Auftreffpunkt wird in dieser Phase des pulsatilen Zyklus nach distal abgedrängt. Der Stagnationspunkt wird durch das Verhältnis der Abstromwiderstände beeinflußt. Durch einen im Vergleich zum proximalen Abstrom höheren distalen Abstrom wird der Stagnationspunkt weiter nach distal verdrängt. Ursache ist zum einen der sich bei diesen Abstromverhältnissen einstellende große Wirbel im proximalen Anastomosenbereich und zum anderen der Rückstau des Fluids während der Systole. Bei entgegengesetzten Abstrombedingungen wird der Stagnationspunkt aus analogen Gründen nach proximal verschoben. Offensichtlich ist das Maß dieser Verschiebung abhängig von der Größe des Anastomosenraumes. In der Reihenfolge: einfache termino-laterale Anastomose, Composite Bypass, Miller Collar bis zum Taylor und Linton Patch nimmt die Verschiebung zu. Ebenso wurde eine distale Verschiebung des Stagnationspunktes mit zunehmender Reynolds-Zahl beobachtet, welche allerdings auf Grund der - dem Umfang der vorgelegten Schrift angepaßten - Beschränkung auf eine einheitliche Einstromsituation in den Abb. 4-1 bis 4-5 nicht gezeigt werden konnte.

Bei der FCPP-Anastomose kann ein Stagnationspunkt nicht beobachtet werden. Der Zentralstrom teilt sich an der Gabel auf, wobei die Aufteilung nicht während der gesamten Kreislaufaktion direkt am Scheitelpunkt stattfindet. Ähnlich wie bei den konventionellen Anastomosenformen ist auch hier ein Wandern des Auftreffpunktes mit dem pulsatilen Zyklus zu beobachten. Mit beginnender Systole wird der Zentralstrom nach distal abgelenkt und wandert etwa zum Zeitpunkt des Klappenschlusses resp. Schließen des Magnetventils nach zentral. Eine leichte distale Auslenkung des Zentralstromes während der Diastole ist durch den proximalen Wirbel verursacht. Auch bei geänderten Abstrombedingungen (Qprox:Qdist = 2:1 bzw. 1:2) tritt keine Strömungsstagnation auf. Dennoch wurde das nicht vollständig symmetrische Auftreffen des Zentralstrahles auf die Gabel der FCPP-Anastomose, vor allem bei höheren Werten von Qgesamt, im Punktescore-System der semiquantitativen Auswertung berücksichtigt.

Ein weiteres beobachtetes Phänomen war die Strömungsablösung in der FR der Anastomose.
Diese Strömungsablösung entwickelte sich im Verlauf des pulsatilen Zyklus zu einem großen Wirbel, der sich im weiteren Systolenverlauf entlang der Anastomosennahtlinie ausbreitete
[17,51]. Die räumliche Ausdehnung des Wirbels war ebenfalls vom Anastomosenraum abhängig
und nahm in der bereits erwähnten Reihenfolge der Anastomosenformen zu. Der Wirbel in der SR fiel dagegen mit Ausnahme des Linton Patch und Taylor Patch deutlich kleiner aus. Durch
Änderung der Abstrombedingungen auf das Verhältnis Qprox:Qdist = 1:2 wird der proximale


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Wirbel in allen Anastomosenformen sichtbar größer. Eine Reduktion des proximalen Wirbels ist demgegenüber bei diametralen Abstromwiderständen festzustellen. Diese Reduktion ist jedoch mit einem nun wesentlich größeren Wirbel in der SR verbunden. Diese Feststellung gilt für alle Anastomosenformen, jedoch nur mit Einschränkung für die FCPP-Anastomose. Das Auftreten eines Wirbels war in jedem beobachteten Fall mit einer Strömungsoszillation in den wandnahen Bereichen gekoppelt. Bei der Übertragung auf in vivo Bedingungen ist ein ständiger, an die Pulsationen gekoppelter Reiz für die Endothelzellen, ihre Orientierung mit der Stromrichtung zu ändern, anzunehmen (siehe Abschnitte 1.1.3 und 5.1). Außerdem bedeutet oszillierende Strömung in jedem Falle auch eine im Mittel niedrige Wandschubspannung.

Die in der SR in allen Anastomosenformen beobachtete, von den Strömungsbedingungen abhängige Strömungsablösung mit Rezirkulation wurde auch von Crawshaw et al. [49] beschrieben. Anhand von Untersuchungen mit der Laser Doppler Anemometrie ließ sich zeigen, daß die Flußgeschwindigkeit in der SR bei zunehmendem Anteil der Strömung in proximaler Richtung des Empfängergefäßes stetig abnahm und schließlich deutlich negative Werte erreichte. Abhängig vom Anastomosenwinkel war bei Verschluß des proximalen Segmentes des Empfängergefäßes keine (Winkel 15°) oder eine nur eine minimale (Winkel 45°) Rezirkulationszone in der SR zu beobachten. Karino et al. [118] untersuchten das Strömungsverhalten in T-förmig verzweigten Röhren. Unter Verwendung einer optischen Methode wurde eine Suspension von schwebenden Polystyrene-Latex-Partikeln im Durchlicht untersucht. Die Teilchenbewegung wurde unter einem Mikroskop beobachtet und mit einer Hochgeschwindigkeitskamera photographiert. Es fanden sich typische Sekundärströmungen und Wirbelbildungen, die auch in der hier beschriebenen Versuchsanordnung zu beobachten waren. Alle Untersuchungen zeigten, daß die Strömungsphänomene, die für die Herausbildung der MIH verantwortlich gemacht werden, in allen konventionellen Anastomosenformen nachweisbar waren. Bei dem Modell des Composite Bypass ist eine formbedingt veränderte Hämodynamik im Anastomosenbereich nicht zu erwarten. Die Interposition eines etwa gleichkalibrigen Venensegmentes zwischen Prothese und Empfängerarterie erfolgte ursprünglich mit dem Ziel der Reduktion des Compliance mismatch und einer maximalen Ausnutzung autogener Venen (vgl. Abschnitt 5.3).

Die Strömungsmuster in der neuen Anastomosenform FCPP sind, verglichen mit den konventionellen Formen, offensichtlich hämodynamisch günstiger. Dennoch sind sie noch nicht optimal. Durch Verschiebung des Scheitelpunktes der Gabel nach distal bei gleichzeitiger Größenreduktion des proximalen Schenkels sollte die Strömung gleichmäßiger werden. Der Auftreffpunkt des Zentralstromes könnte durch diese geänderte Gestaltung für größere Systolenzeitabschnitte zentriert werden. Eine geringe Verkleinerung des proximalen Schenkels bei


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einem Widerstandsverhältnis von 1:1 würde die Strömungsverluste, die durch die 180°-Umlenkung entstehen, reduzieren und den proximalen Wirbel verkleinern.

Betrachtet man dagegen die modifizierten Formen der FCPP (Abb. 3-8, 3-9), so zeigt die Anpassung der geometrischen Abmessungen an das jeweilige Stromteilungsverhältnis eine fast ideale Strömungsaufteilung in beide Abstromrichtungen zum Zeitpunkt des Systolenmaximums. Die homogene Strömung ist bis weit in die Diastole nachweisbar.

Durch die zur Analyse des Strömungsfeldes im Anastomosenbereich verwendete Methode der Punktescore-Berechnung wird der Einfluß der unterschiedlichen Geometrie auf die betrachteten Strömungsphänomene neben der qualitativen einer quantitativen Analyse zugänglich. Die Kriterien dieser Analyse beinhalten einerseits wesentliche und andererseits sehr unterschiedliche Strömungsphänomene. Durch die Mittelwertbildung für alle Qgesamt und die Beurteilung für verschiedene Verhältnisse von Qprox:Qdist wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die klinische Situation nicht nur zum Zeitpunkt der Operation variabel ist, sondern sich im Verlauf nach Bypassanlage auch ändern kann, etwa durch Fortschreiten der Grunderkrankung. Auf diese Weise gestattet die verwendete Methode einen komplexen Vergleich der unterschiedlichen Anastomosenformen.

Eine der hier angewandten farboptischen Methode sehr ähnliche Methode wurde von White et al. [274] benutzt, die die Stömungsverhältnisse in Modellen von termino-lateralen Anastomosen unter den Bedingungen kontiniuerlicher und pulsatiler Strömung studierten. Die in der vorliegenden Arbeit beobachteten Strömungsphänomene sind teilweise identisch mit den von White et al. beschriebenen. Ähnliches gilt auch für die von Hughes et al. [106] beobachteten Strukturen.

Die Strömungsablösung im Bereich der Grenzschicht wurde von LoGerfo et al. [151,153] detailliert untersucht. Von dieser Arbeitsgruppe stammen auch wesentliche Erkenntnisse über die Auswirkungen der Strömungsteilung auf Strömungsablösung und Stagnation [152]. Die Strömungsablösung mit konsekutiver Rezirkulation fand sich in in der hier vorliegenden Arbeit vor allem in der SR aller Anastomosenformen mit Ausnahme der FCPP.

Bassiouny et al. [17] führten ebenfalls Modelluntersuchungen zur Visualisierung der Strömung im Bereich termino-lateraler Anastomosen durch.

Eine andere Technik zur Visualisierung des Strömungsverhaltens in transparenten Modellen des Gefäßsystems wurde für in vitro Experimente von Ku et al. [134] benutzt. Am Modell der Carotis-Bifurkation wurde unter den Bedingungen pulsatiler Strömung eine Visualisierung des Strömungsfeldes durch elektrochemische Erzeugung von Wasserstoff-Gasbläschen erreicht. Diese Bläschen wurden dann durch Illumination der Ansatomosenregion gegen einen schwarzen Hintergrund sichtbar gemacht. Die Bewegung der Gasbläschen wurde als Folge von Standbildern photographiert und kinematographisch festgehalten. Mit dieser Technik ließen sich qualitativ


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ähnliche Strömungsmuster beobachten wie mit der farboptischen Methode.

Auch die Verwendung von Guaninteilchen und die Beobachtung und Videoaufzeichnung von deren Bewegung gestattet eine qualitative Untersuchung von Strömungsphänomenen. Mit dieser Technik gelang Hughes et al. [106] die Visualisierung der Verschiebung von Wirbelstrukturen aus der proximalen latero-terminalen Anastomosenregion in das Bypassgefäß.

Da Silva et al. [51] haben die Hämodynamik im Miller Collar anhand eines Modells und klinisch untersucht. Es fanden sich nahezu identische Strömungsphänomene im Vergleich mit den in unseren Versuchen beobachteten. Die klinisch verwendete Cine-Angiographie vermag jedoch nur andeutungsweise die Strömungsbewegungen wiederzugeben, die in den vorliegenden Experimenten unter Verwendung der farboptischen Methode wesentlich deutlicher und detaillierter darstellbar waren.

Jüngste Untersuchungen von How et al. [104] verglichen die lokalen Strömungsgeschwindig-keitsfelder in Modellen konventioneller termino-lateraler und Venencuff-Anastomosen vom Typ des Miller Collar. Die Autoren verwendeten zur Visualisierung der Strömung die Laser Doppler Anemometrie, deren Vorteil in der Möglichkeit der quantitativen Bestimmung der Wandschubspannung besteht. Die Anastomosenmodelle aus Silikon und ein Glycerol-Wasser Gemisch als blutanaloge Flüssigkeit waren nahezu identisch mit den in der hier vorliegenden Arbeit verwendeten Methoden. Die Autoren fanden, übereinstimmend mit unseren Ergebnissen, als wesentliche Strömungsmuster eine Strömungsablösung in der SR, Wirbelbildungen mit hohen radialen Geschwindigkeitskomponenten in der FR und einen Stagnationspunkt mit oszillierender Bewegung bis zu 4 mm am Boden der Empfängerarterie. Die Bestimmung der Wandschubspannung ergab eine Elimination der niedrigen Wandschubspannung (le 0,5 N/m2) in der FR der Venencuff-Anastomose. Niedrige Wandschubspannungen traten hier nur noch am Boden der Empfängerarterie auf und hatten überdies bei Verwendung des Cuffs eine geringere Ausdehnung. Diese Umverteilung der Zonen niedriger Strömungsgeschwindigkeit wird der bereits erwähnten Entstehung stabiler Wirbelstrukturen in den Venecuff-Anastomosen vom Miller-Typ zugeschrieben. Eine Korrelation mit der beobachteten Umverteilung der MIH in den Bereich der Anastomose zwischen der ePTFE-Prothese und dem Venencuff liegt nahe. Wijesinghe et al. [278] betonen zusätzlich die Möglichkeit der besseren Kapazität der sogenannten Großraumanastomosen (vgl. Abschnitt 3.1), die MIH ohne Kompromittierung des Lumens zu beherbergen. Auch Noori et al. [177] verglichen die Strömungsfelder in verschiedenen Anastomosentypen. Mit einer Methodik, die der hier verwendeten sehr ähnlich war, wurden Modelle der einfachen termino-lateralen Anastomose, des Miller Collar, Taylor Patch und Linton Patch untersucht. Unter Variation der wesentlichen Strömungsrandbedingungen ähnelten die Strömungsmuster im Taylor Patch und im Linton Patch sehr denen in der termino-lateralen Anastomose. Dies stellt eine gewisse Diskrepanz zu unseren Ergebnissen dar. Im Miller Collar fanden sich demgegenüber deutlich differente


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Strömungsphänomene mit einer geringeren Verschiebung des Stagnationspunktes während des Kreislaufzyklus und der bekannten relativ konstanten Wirbelstruktur.

Die Messung der Strömungsgeschwindigkeit im wandnahen Bereich der FCPP-Anastomose und die daraus ableitbare Bestimmung der Wandschubspannung bleibt weiteren Untersuchungen überlassen. Es kann jedoch aufgrund der Ergebnisse der hier vorliegenden in vitro Untersuchungen vermutet werden, daß Zonen mit einer kritisch verringerten Wandschubspannung in der FCPP-Anastomose durch deren Geometrie nahezu vollständig eliminiert sind.

4.2.2.2 Farbcodierte Dopplersonographie

Die Möglichkeit einer quantitativen Analyse der Farbdoppler-Bilder des Strömungsverhaltens wurde von Vattyam et al. für stenosierte Arterien beschrieben [265]. Diese Arbeitsgruppe verwendete ebenfalls ein Acuson 128 Ultraschallsystem, das dem für die vorliegende Arbeit verwendeten System technisch weitgehend entsprach. Anhand verschiedener Parameter gelang es den Autoren in einer in vitro Untersuchung, die Reproduzierbarkeit ihrer Methode zu zeigen. Im Gegensatz zu der von Vattyam et al. verwendeten konstanten Geometrie des Modellgefäßes mit variablem Stenosegrad bestand in der vorliegenden Arbeit jedoch die Schwierigkeit einer variablen Geometrie der verschiedenen Anastomosenformen. Daher konnte ein Vergleich der verschiedenen Anastomosen nicht anhand von absoluten Größen, wie etwa Flächenmaßen vorgenommen werden. Um die vollkommen unterschiedlichen geometrischen Formen der 8 Anastomosen vergleichbar zu machen, wurde die Gesamtfläche des Medianschnittes durch die jeweilige Anastomose als Bezugspunkt gewählt. Die Flächen, die MIH-assoziierte Strömungsmuster enthielten, wurden jeweils als Anteil dieser Gesamtfläche berechnet. Die statistische Analsye der so gewonnenen Daten erlaubte den standardisierten Vergleich der 8 verschiedenen Anastomosenformen.

Niedrige Strömungsgeschwindigkeit bis zur Stase und Rezirkulation infolge Strömungsablösung sind zweifelsfrei mit der Entwicklung der MIH assoziiert. Diese Strömungsmuster sind geradezu prädestiniert für die Untersuchung mittels FKDS. Unter Beachtung des Schallwinkels und der Schallkopfposition sowie der eingestellten CD-Geschwindigkeitsskala waren diese Strömungsmuster im Anastomosenbereich eindeutig identifizierbar.

Als Flächenmaß dient bei dem verwendeten Bildbearbeitungsprogramm die Anzahl von Pixeln. Eine solche Berechnung ist statthaft, da erstens die Anzahl der Pixel eine eindeutige Korrelation zur Größe der berechneten Fläche aufweist und zweitens als Daten Flächenrelationen analysiert wurden.

In der hier vorliegenden Untersuchung konnte anhand der farboptischen Methode hinreichend bewiesen werden, daß die FKDS eine adäquate Darstellung der Strömungsphänomene im Bereich


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der Anastomose liefert. Beide Methoden lieferten qualitativ identische Strömungsmuster. Dies kann nicht ohne weiteres vorausgesetzt werden [251,265]. Rittgers und Shu [209] konnten ebenfalls eine direkte Korrelation zwischen den mittels FKDS und einer optischen Methode der Visualisation bestimmten Strömungsmustern zeigen.

Das Verhältnis zwischen den Flächenanteilen MIH-assoziierter Strömungsmuster zum Zeitpunkt der maximalen Systole und zu Beginn der Diastole wurde in ähnlicher Größenordnung mit dem reverse area index von Vattyam et al. beschrieben [265], die auch diese beiden charakteristischen Zeitpunkte für die Untersuchung mit der FKDS gewählt hatten. Allerdings muß eingeräumt werden, daß die Auswahl charakteristischer Zeitpunkte des pulsatilen Zyklus dessen Komplexität nur unvollständig wiedergeben kann. Ein Vergleich verschiedener Anastomosenformen erscheint jedoch durch diese Vereinfachung sehr gut möglich.

Bei der in dieser Arbeit verwendeten Methode wurden Flächenberechnungen in der Medianebene von unterschiedlichen Anastomosenformen vorgenommen. Dabei wurde die Projektion des real dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeitsfeldes in diese Medianebene untersucht. Eine solche Vereinfachung ist gerechtfertigt, da der Querschnitt aller Anastomosenformen im wesentlichen als rund angenommen werden kann. Sowohl Bypass- als auch Empfängergefäß sind für alle Anastomosen gleich. Ein Vergleich der Anastomosenformen wird daher nicht beeinträchtigt. Der Medianschnitt beinhaltet hingegen die entscheidenden geometrischen Besonderheiten jeder Anastomosenform.

Die FKDS wurde von verschiedenen Arbeitsgruppen zur Untersuchung der Hämodynamik im Anastomosenbereich eingesetzt, wobei besonders die Arbeiten von Rittgers et al. [209,210] hier erwähnt werden sollen.

Die Genauigkeit der Ultraschallsysteme erfordert eine Prüfung in der Art, wie sie von Tamura et al. [251] vorgeschlagen wurde. Mittels in vitro Versuchsanordnungen kann so zum Beispiel die räumliche Auflösung und auch die Ermittlung von Strömungsgeschwindigkeiten getestet werden.

Vera et al. [266] haben eine Software entwickelt, die auf der Basis eines Programmes zur Strömungssimulation FKDS-Bilder auf einer Workstation simuliert. Damit ist ein direkter Vergleich zwischen gut charakterisierten Strömungsgeschwindigkeitsfeldern und den zugehörigen FKDS-Bildern möglich. Die Autoren erläutern anhand ihrer Ergebnisse die prinzipielle Unmöglichkeit der Darstellung komplexer Strömungsgeschwindigkeitsfelder durch Verwendung nur eines Schallwinkels.

Da Silva et al. [51] konnten mit der FKDS neben der intraarteriellen Cine-Angiographie die im Bereich des Miller Collar auftretenden Strömungsphänomene charakterisieren. Die Autoren fanden Strömungsmuster, die denen in der vorliegenden Arbeit sehr ähnlich sind.

Die Auswahl der FKDS-Bilder bedeutet eine komplette Fallunterscheidung aller


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Strömungsrandbedingungen (Qprox:Qdist = 1:2/1:1/2:1). Die verwendete Strömungs-geschwindigkeit von 300 ml/min. wurde gewählt, weil die Farbfüllung der Anastomosenregion in der Diastole bei niedrigeren Geschwindigkeiten nicht mehr ausreichend war. Als Ursache hierfür kommt eine relevante Absorption von Schallenergie durch das Silikon in Betracht.

Die Darstellung der Standbilder aus den Videosequenzen mußte mindestens zwei Zeitpunkte der Kreislaufperiode beinhalten. Neben der maximalen Systole wurde der Beginn der Diastole ausgewählt, da beide Zeitpunkte repräsentativ für jeweils maximale und niedrige Strömungsgeschwindigkeit sind. Man erkennt in allen Darstellungen die am meisten homogenen und vollständigen Farbfüllungen bei der FCPP. Hier bestätigte sich zusätzlich die bereits aus der farboptischen Methode bekannte weitere Homogenisierung der Strömung für die an die entsprechenden Strömungsbedingungen adaptierten Formen der FCPP. Die Zonen der Strömungsablösung mit Rezirkulation und Wirbelbildungen sind in der FKDS sehr gut identifizierbar. Sie traten besonders ausgeprägt beim Linton Patch, Miller Collar und Taylor Patch in Erscheinung.

4.2.2.3 Dreidimensionale Darstellung der Fast Fourier Analyse der Dopplerspektren

Die Dopplersonographie der verschiedenen Anastomosenmodelle im Modellkreislauf basierte auf der FKDS (in der Kombination beider Verfahren als Farbtriplexsonographie bezeichnet). Es zeigte sich jedoch, daß das Auflösungsvermögen der Dopplersonographie zu gering war, um die zu untersuchenden Strukturen visuell, anhand der Dopplerspektren, vergleichen zu können. Das führte zu der Entwicklung einer Methode der 3D-Darstellung der Dopplersignale, die auf der off-line durchgeführten FFT der aufgezeichneten Schallsignale basierte. Nach Information der Fa. Acuson (persönliche Mitteilung) waren keine zusätzlichen Filter in die Signalausgänge der Audiosignale geschaltet, so daß auf den Videobändern die ursprünglichen Schallsignale vorlagen.

Die im Abschnitt 4.1.2.3 ausgewählten 3D-Bilder der Dopplersignale zeigen sehr deutlich die unterschiedlichen Strömungsphänomene in den verschiedenen Anastomosenformen an den einzelnen Meßpunkten nach Abb. 3-21. Gegenüber der herkömmlichen Darstellung der Dopplersignale werden die Vorteile der hier entwickelten Methode der 3D-Darstellung der FFT der Dopplerspektren erkennbar (siehe Abb. 4-27, Bilder 1 und 2, Anhang, Seite 170). Im Vergleich zu den Videoaufnahmen am Modellkreislauf gelingt mit dieser Methode die vollständige Darstellung einer Kreislaufaktion in einem Bild.

Unter Berücksichtigung der ausgewählten Flußsituation einer Stromaufteilung von Qprox:Qdist = 1:1 bei diesen Untersuchungen sind im einzelnen folgende Beobachtungen hervorhebenswert:

Am Meßpunkt 1 (SR, Abb. 4-28) wird ein kleiner Wirbel im Miller Collar gefunden (vgl. Abb. 4-


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1). Dieser Wirbel ist in der einfachen termino-lateralen Anastomose größer, wogegen im Linton Patch und Taylor Patch der Rückstrom beherrschend ist (vgl. jeweils Bild 4 der Abb. 4-2 und 4-3). Ebenso ist in der FCPP ein kleiner Rückstrom zu konstatieren. Verglichen mit den konventionellen Formen sind an diesem Rückstrom entsprechend der geringen Amplitudenhöhe weniger Partikel beteiligt. Die modifizierte Form FCPP-plds zeigt die ideale Schmalbandigkeit des Spektrums und ist damit optimal an das Abstromverhältnis Qprox:Qdist = 2:1 adaptiert (siehe Bild 5 und 6 der Abb. 4-5).

Am gegenüberliegenden Meßpunkt 7 (FR, Abb. 4-34) findet sich in der termino-lateralen Anastomose kein nennenswerter Rückstrom (vgl. Bild 1 der Abb. 4-2). Dagegen sind in den drei Großraumformen Linton Patch, Miller Collar und Taylor Patch die aus den Videountersuchungen der farboptischen Methode und FKDS bekannten Strömungsablösungen mit nachfolgendem Rückstrom zu beobachten, die den Strömungscharakter an diesem Meßpunkt diktieren. Die FCPP-Anastomose und ihre Modifikationen zeigen eine sehr gute Anpassung. Der kleine Rückstrom in der FCPP ist im Videobild der farboptischen Methode ebenso zu sehen (Abb. 4-4). Als nahezu ideal kann hier die Form FCPP-psdl gelten (siehe Bilder 3 und 4 der Abb. 4-5).

Am Boden der Empfängerarterie (Meßpunkt 4 entsprechend Abb. 3-21) zeigt sich die Strömungsstagnation beim Linton Patch, Miller Collar und Taylor Patch am deutlichsten (Abb. 4-31). Der Grund liegt in der Raumgröße der Anastomose. Die minimale Gatebreite von 2 mm ermöglicht hier die Erkennung des Staupunktes, während dieser Punkt in den Formen einfache termino-laterale Anastomose und Composite Bypass nicht erfaßbar ist. Die FCPP-Anastomose besticht durch das schmalbandige Spektrum in allen drei Modifikationen. Diese Aussage deckt sich hervorragend mit Ergebnissen der Videountersuchungen - siehe dort.

Bei der Analyse der Bilder an diesem Meßpunkt wird die Schwierigkeit bei der exakten Einstellung des Meßpunktes sichtbar. Bereits eine kleine Abweichung genügte, um das Spektrum qualitativ zu verändern. Die stärkere Betonung der Hinstromanteile, besonders bei der einfachen termino-lateralen Anastomose und beim Composite Bypass, läßt den Schluß zu, daß es möglicherweise zu einer Abweichung des Schallkopfes in distale Richtung kam.

Die 3D-Darstellung der an den spezifizierten Meßpunkten aufgenommenen Dopplerspektren bildete eine sinnvolle Ergänzung der Videountersuchungen der farboptischen Methode und der FKDS. Die nach einer Gewöhnungsphase auch von ungeübten Untersuchern rasche Erkennbarkeit der Strömungsphänomene wie Hin- und Rückstrom, Stärke (Partikelzahl) und Geschwindigkeit (Frequenz) über die gesamte Kreislaufperiode wurde als Vorteil dieser Untersuchungsmethode empfunden. Als Nachteil muß die Beschränkung auf eine relativ kleine Anastomosenregion genannt werden. Andererseits ist eine exakte Beurteilung der Besonderheiten der einzelnen Anastomosenformen nur mit dem kleinsten Dopplergate in Form des Mappings möglich.


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In die Bewertung der Ergebnisse sind die folgenden Überlegungen mit einzubeziehen. Die diskrete Abtastung eines zeitbegrenzten Signals liefert ein Spektrum, welches sich periodisch wiederholt. Das Abtasttheorem fordert, daß die Abtastfrequenz höher als das Doppelte der höchsten im Signal enthaltenen Frequenz ist [222]. In dem betrachteten Fall ist diese Forderung eingehalten. Das gewählte Abtastintervall von Ta = 50 µs entspricht einer Abtastfrequenz von fa = 20 kHz. Diese liegt damit oberhalb der zu erwartenden maximalen Signalfrequenz von 3 kHz (siehe Abschnitt 3.2.4.3). Dadurch wird die Spektralfunktion nicht durch Überlagerungen (aliasing) verfälscht. Das Abtasttheorem liefert aber noch keine Aussage darüber, wie gut einzelne Spektralteile voneinander unterschieden werden können. Die FFT stellt ein Näherungsverfahren dar, d. h., es werden nur diskrete Frequenzen im Abstand Deltaf = 1/NTa berechnet (dabei bedeuten Deltaf die Differenz der Spektrallinien und NTa die gesamte Meßzeit). Die wahre Frequenz kann jedoch mit bis zu ± 0.5×Deltaf neben der wahren Signalfrequenz liegen. Fällt die Signalkomponente nicht exakt mit einer Spektrallinie zusammen, so wird eine zu kleine Amplitude für diese Frequenz ermittelt. Es ist wichtig festzuhalten, daß die FFT keine einzelnen Frequenzkomponenten exakt ausmessen kann sondern immer Frequenzbänder betrachtet. Frequenzanteile zwischen zwei benachbarten Spektrallinien finden sich mit gewissen Amplitudenanteilen in beiden Spektrallinien wieder. Die absolute Amplitude kann also nicht im Frequenzbereich abgelesen werden. Ein Versuch, die absolute Anzahl der Partikel, die sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegen und auf Grund des Dopplerprinzips zu einer Spektrallinie im Spektrum führen, zu berechnen, wäre damit zwangsweise fehlerbehaftet. Ein weiterer Amplitudenfehler entstand durch die Verwendung einer Fensterfunktion. Das gewählte Hanning-Fenster bewertet die Randwerte der Kurvenabschnitte gegenüber den Zentralwerten schwächer. Die manuelle Fixierung des Ultraschallkopfes und die dadurch verursachten, geringfügigen Abstandsschwankungen zum Meßobjekt bewirkten ebenfalls einen Amplitudenfehler. Die relativen Amplituden sind dagegen ein Charakteristikum der Spektralbilder.

Die Ergebnisse der Visualisierung der wandnahen Strömungsmuster durch die 3D-Darstellung der FFT der aus dem entsprechenden Anastomosenbereich abgeleiteten Dopplerspektren liegen hier als qualitative Analyse vor. Die Auswertung der Spektren kann sich deshalb nur auf die qualitativen Unterschiede der 3D-Oberflächen beschränken. Diese Darstellungsweise erfordert zunächst eine gewisse Gewöhnung und wird überdies vom Blickwinkel des Betrachters beeinflußt. Dennoch gestatten die dieser Analyse zugrunde liegenden Daten prinzipiell auch eine quantitative Auswertung, die jedoch Gegenstand weiterführender Untersuchungen sein wird.

In einer theoretischen Arbeit schlagen Bharath et al. [30] zur näheren Charakterisierung von Dopplerspektren weitere Parameter vor, um mehr Informationen aus dem Rohsignal zu extrahieren. Der Index der Spektralverbreiterung stellt einen solchen Parameter dar. Unter den


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Bedingungen einer laminaren, zeitlich konstanten Strömung gestattet dieser Parameter eine Differenzierung zwischen den beiden das Spektrum bestimmenden Größen: der gegenseitigen Orientierung von Schallkopf und Strömungsvektor einerseits und der Strömungsgeschwindigleit andererseits.

Die in der vorliegenden Arbeit verglichenen Anastomosenformen wurden auch mit Hilfe der numerischen Simulation der Strömung untersucht [133], wobei sich die Ergebnisse der Visualisierung der Strömung ausnahmslos exakt bestätigen ließen. Der Vorteil der numerischen Simulation betsteht in der semiquantitativen Vektordarstellung des Flußgeschwindigkeits- und des Druckverteilungsfeldes.

Kaum eine Anastomosenform, die klinisch eingesetzt wird, ist so umfangreich untersucht worden wie die FCPP-Anastomose. Dennoch bestand nach den Ergebnissen der in vitro Experimente mit dem Nachweis optimaler Strömungsverhältnisse im Anastomosenbereich die Frage, ob diese Anastomose bei ausschließlicher Verwendung von ePTFE als Bypassmaterial im klinischen Einsatz zu akzeptablen Langzeitergebnissen führen würde.

4.3 Prospektive klinische Studie zur Anwendung der FCPP-Anastomose

Das Ziel der gefäßchirurgischen Rekonstruktion zur Revaskularisation im Bereich der Extremitäten ist die Wiederherstellung oder Steigerung des Blutflusses in der peripheren femoropoplitealen und cruralen arteriellen Strombahn. Bypassverfahren sind in den Stadien III und IV der paVK ein etablierter und der am häufigsten angewandte Weg, dieses Ziel zu erreichen. Demgegenüber ist die perkutane transluminale Angioplastie trotz initial und kurzfristig möglicherweise erfolgreicher Anwendung [205] mittel- und langfristig nicht geeignet, die paVK im Stadium III oder IV zu behandeln [196,258].

Der autologe Venenbypass - in situ, “reversed“ oder orthograd - stellt zweifelsfrei das optimal geeignete gefäßchirurgische Rekonstruktionsverfahren für die infragenuale und curale arterielle Strombahn dar [5,41,228,229]. Die V. saphena magna gilt als das hinsichtlich langfristiger POR und SOR am besten geeignete Bypassmaterial [25,267]. Dieser Blutleiter steht jedoch durchaus nicht immer zur Verfügung. Vorangegangene koronare oder periphere Bypassoperationen, frühere Saphenektomien wegen primärer Varikosis der V.saphena magna oder parva, stattgehabte Thrombophlebitiden, inadäquates Kaliber oder mangelnde Qualität der Vene kommen als Ursachen in Frage. Der Anteil von Patienten, bei denen eine autologe Vene nicht oder nicht in ausreichender Länge verfügbar war, betrug in verschiedenen Studien bis zu 30% [7,204,221,252,275].

Alternative Methoden zur Revaskularisation im Bereich der infrapoplitealen arteriellen Strombahn


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sind beschrieben worden, um die Verwendung von heterologem Gefäßersatzmaterial möglichst zu vermeiden. So wurde der Bypass zu Kollateralarterien der A. poplitea vorgeschlagen [16], um die erforderliche Länge des Bypass zu minimieren und auf diese Weise autologe Venen verwenden zu können. Die maximale Ausnutzung autologer Venen wird von zahlreichen Autoren propagiert [40,41,234]. Wenn wenigstens ein autologes Venensegment entsprechender Länge für den das Kniegelenk überschreitenden Abschnitt eines femorodistalen Bypass zur Verfügung steht, plädieren manche Autoren für das ePTFE-Venen Composite-Bypassverfahren [20,52]. Mit einer Variante dieses Verfahrens, dem erstmals von DeLaurentis und Freidman beschriebenen, sogenannten Composite-Sequential-Graft [61] konnten in der bisher größten und am längsten nachbeobachteten Serie von 100 Patienten mit 102 Bypasses 4-Jahres-POR von annähernd 30% erreicht werden, wobei 20% der Bypasses nach 84 Monaten noch funktionierten [190]. Das mittlere Follow-up betrug hierbei 19,6 Monate.

McCarthy et al. [161] implantierten im Zeitraum von 7 Jahren 67 Composite Bypasses in der sequential-graft-Technik aus einem proximalen 6-mm-PTFE-Segment und distaler V. saphena magna (n=57) oder parva (n=10). Bei 30 Patienten handelte es sich um den Primär-, bei 16 um den Sekundäreingriff, und bei 21 Patienten waren multiple Bypassoperationen vorausgegangen. Empfängerarterie war in 19 Fällen die A. tibialis anterior, in 26 Fällen die A. tibialis posterior und 22 mal die A.fibularis. Vierundvierzig Rekonstruktionen wurden supra- und 23 infragenual vorgenommen. Bei einem medianen Follow-up von 33 Monaten (1 bis 91 Monate) betrugen die kumulativen 1-, 2- und 3-Jahres-POR insgesamt 72%, 64% und 48%. Die 2-Jahres-POR für die supragenualen Bypasse war jedoch 72%, verglichen mit nur 48% für die infragenualen Rekonstruktionen.

Armvenen und die V. saphena parva werden häufig als beste Alternative zur V. saphena magna für die Verwendung als Bypass angesehen. Akzeptable POR und SOR wurden von verschiedenen Arbeitsgruppen angegeben [6,7,34,38,40,74,85,101,102,219]. Einen Überblick über die bis dato publizierten Ergebnisse bei Verwendung von Armvenen oder der V. saphena parva als Alternativen zur V. aphena magna gibt Tab. 5-1.

Calligaro et al. [34] untersuchten die Ergebnisse der Verwendung von Armvenen und der V. saphena parva als Alternativen zur V. saphena magna für infragenuale Rekonstruktionen. Von 96 vorgenommenen Rekonstruktionen wurden 45 Venenbypasses (in 28 Fällen mit Armvenen und in 17 Fällen unter Verwendung der V. saphena parva) mit 51 ePTFE-Prothesenbypass-Rekonstruktionen verglichen. Vene oder ePTFE wurden bei 70 Operationen in ganzer Länge verwendet, während bei 26 Rekonstruktionen Vene nur als distales Segment im Sinne eines Composite Bypass eingesetzt wurde. Es wurde jeder Versuch unternommen, ein Venensegment zu verwenden und damit ePTFE zu vermeiden, auch wenn ein kurzes Venensegment nur 4 mm


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Durchmesser hatte. Trotz einer Reihe von Faktoren, die das Ergebnis der Venen- zugunsten der ePTFE-Rekonstruktionen beeinträchtigten (häufigere Anastomose mit pedalen Arterien - 17% (8/45) vs. 0%, p=0,009; weniger häufig Bypasses aus einem Segment - 62% (28/45) vs. 82% (42/51), p=0,03; höhere durchschnittliche Werte des Abstromwiderstandes - 2,3 vs. 1,5, p=0,001; weniger häufige Behandlung mit Antikoagulantien (Warfarin) - 65% (29/45) vs. 95% (48/51), p=0,0001) war die 2-Jahres-POR in der Tendenz für die Rekonstruktionen unter Verwendung von Armvenen mit 46% höher als für Rekonstruktionen mit der V. saphena parva (23%) oder mit ePTFE (26%). Diese Unterschiede waren jedoch nicht statistisch signifikant. Die Verwendung alternativer autologer Venen als Bypass ist, besonders für Armvenen, einerseits aufwendig und ergibt andererseits geringere Funktionsdauern, als mit der V. saphena magna.

Tab. 5-1: Ergebnisse femoroinfragenualer und -cruraler Rekonstruktionen bei Verwendung von Armvenen oder der V. saphena parva als Alternativen zur V. saphena magna.

Autor

Autologe Vene

Anzahl

Beobachtungszeitraum

POR (%)

SOR (%)

Calligaro [34]

Armvene

V.saphena parva

28

17

2 Jahre

2 Jahre

20

15

60

29

Chang [41]

‚spliced’<14>

184

1 und 4 Jahre

72 /45

80 / 70

Faries [74]

Armvene

174

5 Jahre

 

59

Hölzenbein [101]

Armvene

54

1 Jahr

74

80

Sesto [226]

Armvene

34

3 Jahre

40

46

Auch arterielle Blutleiter sind als Bypassmaterial alternativ zu autologen Venen verwendet worden. Albertini et al. [4] erzielten in einer Serie von 165 Bypasses bei 148 Patienten mit paVK in den Stadien III (54 Fälle) und IV (111 Fälle) 1-, 3-, und 5-Jahres-POR bzw. -SOR von 48,7%, 34,9% und 16,1% bzw. 59,8%, 42,1% und 25,9%. Die arteriellen Blutleiter wurden bei Multiorganspenden entnommen und kryokonserviert. Die distale Anastomose wurde in dieser Studie mit der A. poplitea im Segment III (34 Fälle), mit kruralen (114 Fälle) und pedalen Arterien (17 Fälle) hergestellt.

Wenn keine geeignete autologe Vene zur Verfügung steht, ist die Verwendung von heterologem Bypassmaterial als Alternative etabliert. PTFE wurde als Prothesenmaterial zum Ersatz von Arterien bei Patienten erstmals 1976 verwendet [35]. Seitdem ist PTFE neben Dacron das im


112

infrainguinalen Gefäßabschnitt am häufigsten verwendete Prothesenmaterial [282]. Das trifft in besonderem Maße bei infragenualer und cruraler Lokalisation der distalen Anastomose zu. Bei diesen sogenannten femorodistalen Rekonstruktionen ist ePTFE das einzig akzeptable heterologe Bypassmaterial.

Die Verwendung von heterologem Bypassmaterial zur Rekonstruktion der infragenualen und cruralen arteriellen Strombahn ist jedoch derzeit noch immer ein kontroverses Thema [192].

Einerseits hält eine Reihe von Autoren den Einsatz von heterologem Material aus verschiedenen Gründen für gerechtfertigt. Verringerte Operationsdauer und eine wesentlich vereinfachte Operationstechnik sowie die jederzeit sofortige Verfügbarkeit gelten als Hauptargumente [247,281]. Ein weiterer Grund für den primären Einsatz von ePTFE oder Dacron, zumindest im supragenualen Bereich, ist die damit gegebene Möglichkeit, die V.saphena magna oder parva für eine später eventuell notwendige Verwendung als Koronar- oder femorodistaler Bypass zu sparen. Schließlich ist der Versuch einer Revaskularisation unter Verwendung von ePTFE als Bypassmaterial angesichts der damit erreichbaren Ergebnisse einer primären Amputation, wenn irgend möglich, vorzuziehen [196,217,260,281].

ePTFE-Interponate und -Verlängerungen sind sogar geeignet, bei Fehlen autologen Venenmaterials den drohenden Verschluß eines Venenbypass zu verhindern, wie Sanchez et al. [217] in einer retrospektiven Analyse zeigen konnten. Wenn in solchen Fällen keine autologe Vene mehr verfügbar ist, sollte demgemäß rechtzeitig ePTFE interponiert werden.

Andererseits besteht kein Zweifel, daß die autologe Vene jedem heterologen Material als Gefäßersatz überlegen ist. Dafür sprechen allein die mit autologer Vene langfristig erzielbaren Offenheitsraten, die bei Verwendung von ePTFE nicht erreichbar sind. In wenigen prospektiv randomisierten Studien wurde die autologe Vene mit ePTFE als heterologem Prothesenmaterial im infragenualen Bereich verglichen. Der retrospektive Vergleich dieser beiden Verfahren fällt in allen derartigen Studien eindeutig zugunsten des autologen Venenbypass aus [154,221].

Die meisten Autoren berichten Langzeit-Offenheitsraten von ePTFE-Bypass-Rekonstruktionen der infragenualen poplitealen und cruralen arteriellen Strombahn von maximal 25% [114,154,223,267,275].

Die kasuistisch berichtete 12-jährige Funktionsdauer eines aortokoronaren ePTFE-Bypasses erscheint zwar bemerkenswert, stellt aber eine absolute Ausnahme dar [163]. Die Ergebnisse aller Arbeitsgruppen zeigen, daß Unterschiede in den POR und SOR bestehen, je nachdem ob die distale Anastomose ober- oder unterhalb des Kniegelenkes angelegt werden mußte [3,267]. Eine Auswahl der Ergebnisse nach femorodistalem ePTFE-Bypass mit infragenualer oder cruraler distaler Anastomose ohne zusätzliche Maßnahmen zur Verbesserung der Funktionsdauer zeigt Tab. 5-2.


113

Die kritische Bewertung von ePTFE als Bypassmaterial kommt in mehreren Arbeiten zum Ausdruck. Enzler et al. [71] halten im Ergebnis einer Übersicht die Resultate von Bypass-Rekonstruktionen aus nichtautologem Material für „fast prohibitiv schlecht“ und plädieren dementsprechend für eine differenzierte Wahl des Blutleiters bei peripheren Bypass-Operationen. Koch et al. [127] erreichten bei femoroinfragenualen Rekonstruktionen mit Vene eine 3-Jahres-SOR von 76%, für ovine Kollagenprothesen hingegen nur 50% und für ePTFE 30%. Diese Zahlen unterschieden sich ebenso statistisch signifikant, wie die bei femorocruralem Bypass. Hier lagen die 3-Jahres-SOR für den Venenbypass bei 72%, für ePTFE bereits nach etwa einem Jahr geringfügig unter 30% und für die Kollagenprothese leicht unter 40%.

Tab. 5-2: Ergebnisse femorodistaler Rekonstruktionen bei Verwendung von ePTFE ohne Venenpatches oder -cuffs als Alternative zum autologen Venenbypass.

Autor

Anzahl

Beobachtungszeitraum

POR (%)

SOR (%)

Christenson [48]

74 infragenual

54 crural

2 und 6 Jahre

2 und 6 Jahre

 

53 / 43

54 / 49

Eagleton [69]

74

2 Jahre

41

52

Hobson [100]

80 infragenual

41 crural

1 und 2 Jahre

1 und 2 Jahre

68 / 45

28 / 12

 

Londrey [154]

33 crural

3 und 5 Jahre

 

26 / 7

Parsons [196]

66

3 und 5 Jahre

39 / 28

55 / 43

Raptis [204]

57 (1)

1 und 3 Jahre

66 /29

 

Schweiger [223]

211

2 und 5 Jahre

37 / 23

45 / 25

Stonebridge [248]

47 infragenual (2)

1 und 2 Jahre

65 / 29

72 / 35

Eigene Serie

135

2 und 5 Jahre

44 / 27

55 / 37

(1) 31 Bypasses wurden im Bereich der distalen Anastomose mit Venenpatch nach Linton konstruiert; (2) 2-Jahres-POR von 27,6 %, wenn 15 crurale Bypasses eingeschlossen werden.

Um die Ursachen des Verschlusses von arteriellen Rekonstruktionen mittels ePTFE-Bypass genauer zu definieren, verglichen O‘Donnell et al. [180] die intraoperativen pathologischen Befunde bei Revision mit der DSA vor und nach Bypassverschluß sowie mit den Daten nichtinvasiver Kontrolluntersuchungen. Die häufigsten Verschlußursachen waren progrediente Arteriosklerose der Empfängergefäßstrombahn und MIH, die beide deutlich früher eintraten als bei autologem Venenbypass. Die Dopplerdruck-Werte nach ePTFE-Bypassverschluß waren signifikant erniedrigt.


114

Woodburn et al. [283] analysierten den Einfluß des Bypassmaterials auf die Rheologie des Blutes und die Konzentration potentiell thrombogener und fibrinolytischer Mediatoren. ePTFE steigerte gegenüber autologer Vene die Plasmakonzentration von Fibrinabbauprodukten hochsignifikant. Der möglicherweise für das Offenbleiben des ePTFE-Bypass notwendige gesteigerte Fibrinstoffwechsel könnte sich nachteilig auf die Progredienz der Arteriosklerose auswirken.

Eine mögliche Erklärung für die mit autologen Venenbypass-Rekonstruktionen erreichbaren hohen Offenheitsraten kann in der besseren Reendothelialisierung liegen, die durch eine gesteigerte Expression des vaskulären endothelialen Wachstumsfaktors (VEGF) erklärbar sein könnte. Bei Implantation von Venenbypasses der A. femoralis am Hund fanden Hamdan et al. [89] binnen 48 Stunden nach der Operation eine signifikante Steigerung der Expression des VEGF in den Venenbypasses und in der Arterie. Nach 4 Wochen war die VEGF-Expression in der Arterie immer noch, in der Vene jedoch nicht mehr, erhöht. Arteriotomie und Ischämie erzeugten einen analogen Effekt der erhöhten VEGF-Expression. Immunhistochemisch zeigten sowohl Endothelzellen als auch glatte Muskelzellen des Venentransplantates das Protein des VEGF mit maximalen Werten im Bereich der MIH der arteriellen Anastomose.

Während der Verschluß eines autologen Venenbypass binnen 30 Tagen nach Operation am wahrscheinlichsten die Folge eines technischen Fehlers oder einer zu weit gestellten Indikation ist, gilt dies nur bedingt für ePTFE-Bypasses. Die Fremdoberfläche des heterologen Blutleiters selbst wird oft als Ursache eines gegenüber autologem Venenmaterial häufigeren thrombotischen Verschlusses angesehen und bildet damit einen zusätzlichen Faktor für die vergleichsweise schlechteren Ergebnisse mit ePTFE. Dementsprechend betrug auch in der hier untersuchten klinischen Serie die Bypass-Frühverschlußrate 20%. Für die Therapie dieser häufigsten und wichtigsten Komplikation des postoperativen Verlaufes nach Anlage eines femorodistalen Prothesenbypass ist die Thrombektomie das Verfahren der Wahl. Dieser Eingriff ist in Lokalanästhesie durchführbar, da die Prothese wegen der extraanatomisch gewählten subcutanen Position in ihrem gesamten Verlauf problemlos darstellbar ist. Die extraanatomische Position der Bypass-Prothese wirkte sich in der vorliegenden Serie nicht nachteilig hinsichtlich häufigerer Stenosebildung durch Coiling oder Kinking oder anderer Komplikationen aus. Chafke et al. [37] kamen diesbezüglich zu analogen Ergebnissen. Die laterale, extraanatomische Lokalisation der Prothese bei distaler Anastomose mit der A. tibialis anterior und fibularis erwies sich im seltenen Fall der Protheseninfektion eher als günstig, da ein Prothesenwechsel bei Anschlußfähigkeit einer entsprechend lokalisierten Empfängerarterie möglich war.

Für die rechtzeitige Erkennung von Komplikationen, die eine therapeutische Konsequenz erfordern, ist die regelmäßige Kontrolle der Patienten nach femorodistalem Bypass unerläßlich. Am effektivsten sind die klinische Untersuchung einschließlich der Dopplerdruckmessung und die


115

FKDS [162,197]. Es existiert eine Reihe von Erfahrungen über die Kriterien der Bypassfunktion, die auch in der hier vorliegenden klinischen Studie angewendet wurden [23,24].

Ob durch die postoperative Antikoagulation die Funktionsdauer der ePTFE-Bypass-Rekonstruktionen möglicherweise verlängert werden konnte [80], bleibt offen, da keine Vergleichsgruppe existiert und diese Untersuchung auch nicht Gegenstand der Studie war. Auch zu der Frage der optimalen postoperativen Antikoagulation mit Thrombozytenaggregations-emmern oder Cumarinderivaten liegen bis dato keine eindeutigen Ergebnisse vor. In einer Metaanalyse zu den Ergebnissen einer Antikoagulation nach Revaskularisation wegen paVK findet sich kein Nachweis eines Vorteils der Antikoagulation mit Cumarinderivaten [87]. Im Ergebnis dieser Analyse wird ein bis dato fehlender, kontrollierter Vergleich der Thrombozytenaggregationshemmer mit den Vitamin-K-Antagonisten als notwendig erachtet.

Die MIH im Anastomosenbereich bildet, neben dem Fortschreiten der Grunderkrankung, eine der Hauptursachen für den Bypassverschluß, wobei diese Verschlußursache für ePTFE-Bypassrekonstruktionen im infragenualen und cruralen Bereich besondere Bedeutung erlangt [17,46,237].

Es existieren verschiedene Möglichkeiten, die Entwicklung der MIH zu limitieren. Die Venenpatch- oder -segmentimplantation im Bereich der Anastomose wurde zuerst als Methode zum Ausgleich der Kaliber- und Complianceunterschiede von Dacronprothesen und schmalkalibrigen Arterien angegeben [233]. Die Interposition von Venencuffs oder -patches führt, zumindest tierexperimentell, zu einer Verringerung und Verlagerung der MIH im Bereich distaler termino-lateraler ePTFE-Bypassanastomosen [124,237]. Als Erklärung kommen neben einer Verringerung des Complianceunterschiedes zwischen ePTFE und der Empfängerarterie vor allem die biologischen Eigenschaften des autologen Venenpatches selbst in Betracht [124,238]. Suggs et al. [250] beschrieben nach Venencuff-Interposition an der A. carotis bei Hunden eine signifikante Verringerung der MIH. Als Erklärung wurden alternativ die bessere Verteilung der kinetischen Energie durch das geringere Compliance mismatch oder die Implantation von Endothel in Betracht gezogen.

Die Bedeutung der Venencuff-Technik als Schutz der termino-lateralen Anastomose gegen die MIH wurde in weiteren experimentellen Arbeiten untersucht. Beard et al. [22] ermittelten die Flußgeschwindigkeit im PTFE-Bypass in vitro abhängig von der Verwendung eines distalen Venencuffs (Miller Collar). Es wurden termino-laterale Anastomosen mit Segmenten von humaner A. mammaria interna hergestellt und perfundiert. Bei einem Durchmesser der A. mammaria von weniger als 2 mm zeigte sich eine signifikant höhere Flußgeschwindigkeit im Bypass mit Venencuff. Als Ursache wurde eine Verringerung des Abstromwiderstandes durch den Venencuff mit höherer Compliance gegenüber PTFE angesehen.


116

Mechanische Einflußgrößen wie Dehnbarkeit des Venencuffs gegenüber ePTFE und der Anastomosenwinkel zwischen Bypass und Empfägerarterie wurden als protektive Faktoren gegenüber der Entwicklung der MIH aber auch angezweifelt [178].

Tyrrell et al. analysierten die Ursachen für mittelfristige ePTFE-Bypassverschlüsse mit Venenboots [264]. Nach Meinung von Wolfe et al. [281,282] und anderen Autoren [170,260] ist die crurale arterielle Rekonstruktion in jedem Falle anzustreben. Wenn kein geeignetes Venensegment zur Verfügung steht, plädieren die Autoren aufgrund eigener Erfahrungen für die Verwendung von ePTFE unter Einsatz eines Venencuffs, wobei die Arbeitsgruppe um Wolfe et al. eine eigene Version angegeben hat, die die hämodynamischen Vorteile des Miller Collar und des Taylor Patch vereinen soll [165,254,261-264]. Daten hierzu existieren jedoch nicht.

Tab. 5-3: Ergebnisse femorodistaler Rekonstruktionen bei Verwendung von ePTFE mit Venenpatches oder -cuffs als Alternative zum autologen Venenbypass.

Autor

Anzahl

Beobachtungszeitraum

Zusatz

POR (%)

SOR (%)

Hamsho [90]

89 crural

2 Jahre

 

< 30

< 35

Jakobsen [112]

40

1 und 2 Jahre

Miller Collar (1)

62 / 50

 

Kansal [114]

26 infragenual

30 crural

1 und 2 Jahre

1 und 2 Jahre

Miller Collar

Miller Collar

84 / 54

62 / 54

 

Karacagil [117]

169

36

3 Jahre

3 Jahre

Composite graft

Miller Collar (2)

32

38

 

Kreienberg [131]

107

3 Jahre

DAVF (48) (3)

DVC (59) (4)

48

38

48

47

Raptis [204]

177 (5)

1 und 3 Jahre

Miller Collar

83 / 57

 

Sayers [221]

359

1 und 2 Jahre

Miller Collar (6)

48 / 31

54 / 37

Stonebridge [248]

96 infragenual

1 und 2 Jahre

Miller Collar

65 / 29

83 / 59

Taylor [254]

86 infragenual

83 crural

3 und 5 Jahre

3 und 5 Jahre

Taylor Patch

Taylor Patch

77 / 65

58 / 54

 

Eigene Serie

135

2 und 5 Jahre

 

44 / 27

55 / 37

(1) Miller Collar in 31 Fällen, Wolfe Cuff und adjuvante a-v-Fistel in 9 Fällen; (2) Modifikation nach Karacagil (1995); (3) DAVF - distale a-v-Fistel; (4) DVC - distaler Venencuff; (5) Verwendung von Venencuffs (Miller) in 288 Fällen (80%), Venenpatch in 42 Fällen (12%) und Direktnaht in 29 Fällen (8%); (6) 65 Bypasses wegen Claudicatio intermittens.

Mit seiner Modifikation des Venencuffs erreichte Taylor [254] 5-Jahres POR von 54% in einer Serie von 83 cruralen ePTFE-Bypassrekonstruktionen. Klinische Vorteile konnten auch für eine


117

Modifikation des Miller Collar festgestellt werden [112,114,176,248]. Die vorliegenden Ergebnisse femorodistaler ePTFE-Bypassrekonstruktionen unter Verwendung adjuvanter Maßnahmen zur Verbesserung der POR und SOR sind in Tabelle 5-3 zusammengefaßt.

Der Vergleich der klinischen Daten ist dadurch erschwert, daß den verschiedenen Angaben kein einheitliches Studiendesign zugrunde liegt.

In die hier vorliegende Studie zum Einsatz der neuen Anastomosenform der FCPP-Anastomose wurden ausschließlich Patienten eingeschlossen, bei denen eine geeignete autologe Vene nicht zur Verfügung stand, und bei denen deshalb primär auf heterologes Material zurückgegriffen werden mußte. Es handelt sich um die erste und bisher einzige prospektive klinische Untersuchung einer vollständig aus ePTFE konstruierten, speziellen Anastomosenform, die mit dem Ziel hergestellt wurde, die Hämodynamik im Anastomosenbereich zu verbessern [213,214]. Die Veränderung der Anastomosenform zur Erzeugung einer optimalen Hämodynamik innerhalb der Anastomose stellt gegenüber den zahlreichen Möglichkeiten einer therapeutischen Beeinflussung der MIH (vgl. Abschnitt 1.1.2) insofern eine andere Qualität der Intervention dar, als damit potentiell eine primäre Prophylaxe erreicht werden kann.

Die bei klinischer Anwendung der FCPP-Anastomose erzielten Ergebnisse weisen gegenüber den meisten vergleichbaren Serien bessere Daten der POR und SOR auf. Die einzigen Ausnahmen bilden die von Christenson et al. [48] und Taylor et al. [254] publizierten Daten (Tab. 5-2, 5-3).

Die relativ hohe Frühverschlußrate der Bypasse von 20% in dieser Studie kann zusätzlich auch durch die limitierte Empfängerarteriensituation ursächlich bedingt sein. In der Mehrzahl der Patienten fand sich ein dementspechend hoher Abstromwiderstand, der in der Regel die Bypassprognose wesentlich mitbestimmt. Die Ergebnisse anderer klinischer Studien sind unter Berücksichtigung des ohnehin niedrigen Evidenzniveaus solcher Vergleiche nur verwertbar, wenn sie Datenangaben zum präoperativen run-off-Status der Patienten enthalten [11,48,223]. Der hohe Anteil von sekundären Eingriffen charakterisiert ein nicht-selektioniertes Krankengut. Es wurde in jedem Fall der Versuch des Extremitätenerhalts unternommen, auch wenn eine vollständig erhaltene Unterschenkelarterie oder die Kontinuität der Fußbogenarterien nicht mehr vorhanden waren. Gemessen an dem von Panayiotopoulos et al. [193] vorgeschlagenen und evaluierten Punkte-Scoresystem zur prognostischen Einschätzung femorodistaler Bypass-Rekonstruktionen zu singulären Unterschenkel- und Fußarterien wiesen die meisten Patienten der hier vorliegenden klinischen Serie einen Score von 0-4 Punkten und nur wenige einen Score von 5-7 Punkten auf. Damit sind die bei klinischer Anwendung der FCPP-Anastomose erreichten POR und SOR deutlich besser als nach dem beschriebenen System zu erwarten wäre.

Im Gegensatz zu der hier vorliegenden eigenen Studie handelt es sich bei den anderen mit einer Ausnahme (Stonebridge et al. [248]) ausschließlich um retrospektive Studien (Tab. 5-2, 5-3) mit


118

entsprechend eingeschränktem Evidenzgrad. So schloß die Indikation teilweise Patienten im Stadium IIb der paVK ein, und die Angaben über die Abstromverhältnisse fehlen in einer Reihe von Arbeiten.

In einer multizentrischen und einzigen bisher existierenden prospektiv randomisierten Studie untersuchten Stonebridge et al. [248] die Frage, ob die zusätzliche Verwendung eines Venencuffs im Bereich der distalen Anastomose von ePTFE-Bypass-Rekonstruktionen die kurz- und mittelfristigen Offenheitsraten verbessert. In dieser Studie wurde der Miller Collar verwendet. Von 261 Bypasses erfolgten 133 Rekonstruktionen mit Venencuff. Bei einem medianen Follow-up von 617 Tagen waren die 1- und 2-Jahres-SOR für die 150 supragenualen Bypasse mit und ohne Venencuff gleich (80% und 84% bzw. 72% und 70%). Für die 111 infragenualen Rekonstruk-ionen, von denen 96 zum Segment III der A.poplitea und 15 zu cruralen Arterien geführt wurden, betrugen die SOR im gleichen Zeitraum mit Venencuff 80% und 52% und ohne Venencuff nur 65% und 29%. Der Unterschied war jeweils statistisch signifikant. Für den Vergleich der Daten dieser Studie mit anderen Daten ist anzumerken, daß 11,8% der Patienten mit und 12,6% der Patienten ohne Venencuff im Stadium IIb der paVK operiert wurden. Nur bei 15,6% der Patienten mit und bei 28% der Patienten ohne Venencuff handelte es sich um einen Sekundäreingriff.

Die Vorteile der optimierten Hämodynamik in der FCPP-Anastomose sind nicht auf die Verwendung von ePTFE-Prothesen beschränkt, haben jedoch hierfür besondere Bedeutung. Prinzipiell ist die Herstellung dieser Anastomosenform mit jedem Blutleiter, insbesondere auch mit der autologen V. saphena denkbar. Eigene Erfahrungen bestehen mit der Anlage von FCPP-Anastomosen zwischen humaner V. saphena magna und Koronararterien ex vivo am Schweineherz. Die Vene wurde dabei als Biocompound-graft® (Alpha Research Deutschland GmbH, Berlin) verwendet. Bei diesem Verfahren wird die Vene von einem feinen, der chirurgischen Fadenstärke 7 x 0 entsprechenden Metallnetz umgeben, das durch Fibrinkleber mit der Adventitia verbunden wird und das Venenlumen dadurch stabilisiert. Die FCPP-Anastomose ließ sich in dieser experimentellen Anwendung problemlos konfigurieren.

Ein weiterer Vorteil resultiert aus der geometrischen Form der Anastomose selbst. Wird die quere Inzision der Prothese nahe der distalen Anastomose vorgenommen, ist durch eine entsprechende Formgebung der Spitze des Fogarty-Katheters und Führung desselben die selektive Thrombektomie des distalen und proximalen Schenkels der Empfängerarterie erreichbar.

Der Abstromwiderstand hat neben der Operationstechnik allergrößte Bedeutung für die Prognose einer Bypass-Rekonstruktion [9-11]. Die Messung des peripheren arteriellen Widerstandes wurde mit der Methode des extrakorporalen Bypassflusses bei einigen der Patienten der klinischen Studie vorgenommen [132,133]. Diese intraoperative Bestimmung des Widerstandes des Bypass stellt einen Prognosefaktor des frühpostoperativen Verlaufes dar [56]. Die Daten sind jedoch aufgrund


119

einer zu kleinen Patientenzahl und nicht-systematischer Durchführung der Messungen in der hier vorliegenden Untersuchung vorerst keiner weiteren Analyse zugänglich.

Bereits präoperativ kann mit der nichtinvasiven Methode des ‚pulse generated runoff’ eine Prognose gestellt werden [224]. Es besteht eine gute Übereinstimmung mit der intraoperativ bestimmten Größe des peripheren arteriellen Widerstandes. Stockmann [247] bezweifelt jedoch die Existenz eindeutiger Kriterien dafür, eine crurale Rekonstruktion sicher für aussichtslos zu erklären.

In einer retrospektiven Vergleichsstudie der Langzeitergebnisse bis zu 24 Jahren nach femorotibialem Bypass unter Verwendung autologer Vene oder von ePTFE fanden Sayers et al. [221] keinen Unterschied zwischen ePTFE-Bypasses mit zusätzlichem Venenpatch oder Venencuff und direkter Anastomose der ePTFE-Prothese mit dem Empfängergefäß.

Wijesinghe et al. [276] erzielten unter Verwendung von Venencuffs im distalen Anastomosenbereich femorodistaler Bypasse im Rahmen einer prospektiven Studie 1- und 2-Jahres-POR von 64% und 51%. Der Extremitätenerhalt im gleichen Zeitraum betrug jeweils 85% und 80%. Von insgesamt 51 Bypass-Implantationen bei 50 Patienten wurde bei 28 (55%) eine distale AVF in der common-ostium-Technik angelegt. Es fand sich kein statistisch signifikanter Einfluß der Fistelanlage auf die POR. Trotz der von einigen Arbeitsgruppen verwendeten Anlage einer distalen AVF [90,91,195] ist bisher ein Vorteil dieser Methode nicht bewiesen [139]. Obwohl technisch auch bei Verwendung der FCPP-Anastomose möglich, war die Anlage einer adjuvanten AVF nicht Bestandteil des klinischen Studienprotokolls.

Die Ergebnisse der vorliegenden prospektiven klinischen Studie zur Anwendung der FCPP-Anastomose sind ermutigend. Mit einem medianen Follow-up von 45 Monaten (Range 6 bis 72 Monate) sind die Ergebnisse repräsentativ. Die erzielten POR und SOR sind gegenüber sonst mit ePTFE erreichten Ergebnissen vorteilhaft. Allerdings existieren die von Taylor et al. [254] publizierten Ergebnisse, die noch höhere POR und SOR dokumentieren. Angesichts dessen sollte in weiteren kontrollierten Studien überprüft werden, ob die Anwendung der FCPP-Anastomose im Vergleich mit Venenpatchplastiken (Taylor Patch, Miller Collar) zu gleichen oder besseren Ergebnissen führen kann.

Die Vorteile und damit Gründe für die Anlage einer termino-lateralen Anastomose liegen zunächst in der antegraden Perfusion der distalen und retrograden Perfusion der proximalen Empfängerarterie. Der zusätzliche Anschluß der proximalen Gefäßregion gegenüber einer bei termino-terminaler Anastomose ausschließlichen Perfusion der distalen Emfängerarterie erscheint vor allem in Körperabschnitten mit kritisch reduzierter Durchblutung erforderlich. Bei femorocruraler Bypassanlage wird dadurch das gesamte, oft ausgedehnte, von der proximalen Emfängerarterie gespeiste Gefäßgebiet mit in die direkte Perfusion über den Bypass einbezogen.


120

Dieses Gefäßgebiet kann aufgrund einer entsprechenden Entwicklung von Kollateralen von großer Bedeutung für die erreichbare Mehrdurchblutung des Unterschenkels und Fußes sein. Ein technischer Vorteil der termino-lateralen gegenüber der termino-terminalen Anastomose ist die günstigere Kaliberadaptation zwischen Prothese und Emfängerarterie. Eine entsprechende Länge der Längsarteriotomie ermöglicht problemlos jede Kaliberadaptation bei diskrepanten Lumina. Das trifft insbesondere auf die FCPP-Anastomose zu.

Der wesentliche und prinzipielle Nachteil der termino-lateralen gegenüber der termino-terminalen Anastomose besteht in der in dieser Anastomose ungünstigeren Hämodynamik (vgl. Abschnitt 3.1.1). In der SR ist eine Rezirkulationszone prinzipiell vorhanden, wenn die proximale Stromrichtung der Empfängerarterie offen ist [49]. Daher ist die Optimierung der Hämodynamik in der neuen Anastomosenkonfiguration der FCPP eine Möglichkeit, diesen Nachteil auszugleichen.

Abb. 5-2: Darstellung zweier Resultate des „anastomotic engineering“. Durch entsprechende Formgebung des distalen Endes einer ePTFE-Prothese ist eine Modifikation des Miller Collar (Distaflo-Prothese) (a) ebenso herstellbar wie die FCPP-Prothese - hier in einem Prototyp (b).

Eine andere Anastomosenform zur Verringerung der MIH wurde von Brennan et al. [33] vorgeschlagen. Dieser als Distaflo (Impra /C.R.Bard Inc., Tempe, AZ, USA) verfügbaren Prothese liegt eine Modifikation des Miller Collar zugrunde (Abb. 5-2a). Auch die FCPP-Anastomose ist technisch vollständig als distales Ende einer ePTFE-Prothese herstellbar (Abb. 5-2b). Beide Anastomosenformen, FCPP und Distaflo, stellen alternative Lösungen des sogenannten „anastomotic engineering“ zur Limitierung der MIH in ePTFE-Anastomosen durch Beeinflussung der Hämodynamik dar. Während in der Distaflo-Anastomose während Systole und Diastole stabile Wirbelstrukturen entstehen [51], werden in der FCPP instabile Wirbelstrukturen weitgehend eliminiert [212]. In beiden Anastomosenformen werden Zonen mit niedrigem Scherstreß minimiert. In der FCPP-Anastomose wird darüberhinaus der Stagnationspunkt der Strömung beim Auftreffen auf die Empfängergefäßwand eliminiert [212]. Bei intraoperativer Messung des


121

peripheren Widerstandes kann bei der FCPP sogar die Adaptation der Anastomosenform an die ermittelten Werte für den proximalen und distalen peripheren Widerstand durch entsprechende Formgebung vorgenommen werden.

Die Entscheidung zur Anlage eines Bypass im femoroinfragenualen und -cruralen Bereich im Stadium III oder IV der paVK bedeutet, daß der Chirurg und sein Patient eine besondere Verabredung treffen, die bereits vor der Operation beginnt und eine für den Patienten lebenslange Nachsorge beinhaltet. Die Ergebnisse femorodistaler Bypass-Rekonstruktionen sind zu verbessern, wenn alle heute zur Verfügung stehenden Methoden der prä-, intra- und postoperativen Diagnostik und alle Bestandteile einer befundadaptierten Operationstechnik genutzt werden [26]. Die Verwendung der FCPP-Anastomose bei ePTFE-Bypassrekonstruktionen bildet einen möglichen Bestandteil dieses komplexen Gefüges von Faktoren, die das Ergebnis der Operation bestimmen können.


Fußnoten:

<10>

Als Modell wird in diesem Zusammenhang die Kombination von Anastomosenmodellen und Modellkreislauf bezeichnet.

<11>

Sylgard 184 ist nach dem Aushärten elastisch. Die Blockdicke der Anastomosenmodelle verhindert jedoch ein echtes Nachgeben der Gefäßwände.

<12>

Bei den Untersuchungen mittels Farbstoffinjektion mußte die Modellflüssigkeit nach Modell-durchströmung verworfen werden, d. h., der Modellkreislauf war in diesem Fall kein geschlossenes System.

<13>

termino-laterale Anastomose, Composite Bypass, Linton Patch, Miller Collar und Taylor Patch

<14>

‚spliced’ bedeutet alle Arten der Zusammensetzung eines autologen Venenbypass aus einzelnen Segmenten zur Erzielung einer ausreichenden Länge des Bypass.


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Mon Sep 24 17:36:53 2001