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Organprotektion in der Chirurgie der thorakalen Aorta

Organ protection in surgery of the aortic arch and proximal descending aorta

  • Stand der Wissenschaft
  • Published:
Zeitschrift für Herz-,Thorax- und Gefäßchirurgie Aims and scope

Zusammenfassung

Hintergrund

In der thorakalen Aortenchirurgie treten zerebrale, spinale und mesenteriale Organschäden trotz Anwendung hypothermer selektiver Hirnperfusion (SCP) auf.

Fragestellung

Ziel unserer experimentellen Arbeiten war es, ideale Bedingungen für eine physiologische Organperfusion während eines Aortenbogenersatzes zu evaluieren. Des Weiteren sollten Risikofaktoren für neurologische Schäden und ein „adverse outcome“ (AO) bei Patienten mit akuter aortaler Typ-A-Dissektion (ATAAD) identifiziert werden.

Material und Methoden

Im Großtierexperiment wurden 75 Schweine (35–52 kgKG) an die extrakorporale Zirkulation (EKZ) angeschlossen, auf 25–28 °C gekühlt und 60–90 min einer SCP zu unterschiedlichen Perfusionsbedingungen unterzogen. Hämodynamische und neurophysiologische Veränderungen wurden strukturellen Organschäden gegenübergestellt. In einer separaten klinischen Studie wurde bei 122 Patienten mit ATAAD (EuroSCORE 10 ± 3,3 %) eine multivariate Regressionsanalyse zur Evaluierung von Risikofaktoren für ein AO durchgeführt. Eine separate logistische Regression wurde für den Endpunkt Schlaganfall erstellt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung

Während SCP bei 25 °C wurde die optimale zerebrale Protektion bei einem Pumpenfluss von 8–10 ml/kgKG/min bzw. einem Perfusionsdruck von 40–60 mmHg erzielt. Die zusätzliche Perfusion der unteren Körperhälfte mit 20 ml/kgKG/min bei 28 °C konnte 50 % der Darmdurchblutung gewährleisten. Die Okklusion sämtlicher thorakaler Segmentarterien führte zu persistierenden funktionellen Einschränkungen und strukturellen lumbal-spinalen Schäden. Eine LVEF < 30 %, ein Malperfusionssyndrom, ein BMI > 28 kg/m2 und eine Ischämiezeit der unteren Körperhälfte > 45 min stellten Risikofaktoren für ein AO dar. Der EKZ-Anschluss via A. femoralis erhöhte das Schlaganfallrisiko um das 4,2-Fache und sollte demnach vermieden werden.

Abstract

Background

Although selective cerebral perfusion (SCP) with moderate hypothermia is performed routinely in surgery of the aortic arch and proximal descending aorta, the incidence of cerebral, spinal and mesenteric ischemic injuries is still high.

Objectives

The aim of these experimental studies was the evaluation of an ideal perfusion management during aortic arch replacement. In a separate clinical study risk factors for neurological injury and an adverse outcome (AO) in patients with acute type A aortic dissection (ATAAD) were analyzed.

Material and methods

In an experimental setting 75 pigs (35–52 kg) were connected to an extracorporeal circulation and cooled to 25–28 °C. An SCP was then performed for 60–90 min under various conditions. Hemodynamic and neurophysiological data were analyzed together with the histopathological proof of ischemic organ damage. In the clinical study a logistic regression analyses was performed on 122 patients with ATAAD (mean EuroSCORE 10 ± 3.3 %) in order to detect risk factors for AO and stroke.

Results and conclusion

During SCP at 25 °C a pump flow rate of 8–10 ml/kg body weight per min, with a resulting perfusion pressure of 40–60 mmHg provided an optimal cerebral protection. An additionally performed lower body perfusion with 20 ml/kg body weight per min at 28 °C maintained 50 % of the physiological mesenteric blood flow and prevented mesenteric damage. In a frozen elephant trunk simulation the occlusion of all thoracic segmental arteries resulted in permanent L1–L5 spinal cord injury; therefore, in clinical practice the prosthesis length extension is crucial. Logistic regression identified a left ventricular ejection fraction (LVEF) < 30 %, the presence of malperfusion, a body mass index (BMI) > 28 kg/m2 as well as a lower body ischemia time > 45 min as risk factors for AO. Cannulation of the femoral artery resulted in a 4.2-fold increase in stroke frequency and should be avoided.

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Abb. 1
Abb. 2
Abb. 3
Abb. 4

Abbreviations

AATAD:

akute aortale Typ-A-Dissektion (Stanford-Klassifikation)

AO:

„adverse outcome“

BMI:

Body-Mass-Index

CBF:

zerebraler Blutfluss

CMRO2 :

„cerebral metabolic rate of oxygen consumption“ (zerebrale Sauerstoffmetabolismusrate)

CLBP:

„combined cerebral and lower body perfusion“ (kombinierte selektive zerebrale Perfusion mit Perfusion der unteren Körperhälfte)

CPB:

„cardiopulmonary bypass“ (kardiopulmonaler Bypass)

CVR:

„cerebrovascular resistance“ (zerebraler vaskulärer Widerstand)

EKZ:

extrakorporale Zirkulation

FET:

„frozen elephant trunk“

HCA:

„hypothermic circulatory arrest“ (hypothermer Kreislaufstillstand)

ICP:

„intracranial pressure“ (intrakranieller Druck)

IL:

Interleukin

KI:

Konfidenzintervall

LBI:

„lower body ischemia“ (Ischämie der unteren Körperhälfte)

LBP:

„lower body perfusion“ (selektive Perfusion der unteren Körperhälfte)

LSA:

lumbale Segmentarterie

LVEF:

linksventrikuläre Ejektionsfraktion

MAP:

„mean arterial pressure“ (mittlerer arterieller Druck)

MEP:

motorisch evozierte Potenziale

OR:

„odds ratio“

pAVK:

periphere arterielle Verschlusskrankheit

RBF:

regionaler Blutfluss

REM:

Rasterelektronenmikroskopie

SBF:

spinaler Blutfluss

SCP:

„selective cerebral perfusion“ (selektive Hirnperfusion)

SSP:

„sinus sagittalis pressure“ (Druck im Sinus sagittalis)

TASA:

thorakoabdominelle Segmentarterien

TSA:

thorakale Segmentarterien

TND:

temporäre neurologische Dysfunktionen

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Authors and Affiliations

  1. Klinik für Herz- und Thoraxchirurgie, BG Universitätsklinik Bergmannsheil Ruhr-Universität Bochum, Bürkle-de-la-Camp-Platz 1, 44789, Bochum, Deutschland

    P. L. Haldenwang, L. Häuser & J. T. Strauch

  2. Abteilung für Neuroanatomie und molekulare Hirnforschung, Ruhr-Universität Bochum, MA6/47, Universitätsstr. 150, 44780, Bochum, Deutschland

    N. Prochnow

  3. Klinik für Anästhesie, Intensivtherapie, Palliativmedizin und Schmerztherapie, BG Universitätsklinik Bergmannsheil Ruhr-Universität Bochum, Bürkle-de-la-Camp-Platz 1, 44789, Bochum, Deutschland

    A. Baumann

  4. Institut für Pathologie, Ruhr-Universität Bochum, Bürkle-de-la-Camp-Platz 1, 44789, Bochum, Deutschland

    I. Schmitz

  5. Institut für medizinische Statistik, Infektiologie und Epidemiologie (IMSIE), Uniklinik Köln, Kerpener Str. 62, 50937, Köln, Deutschland

    H. Christ

  6. Klinik für Kinderchirurgie und Kinderurologie, Kliniken der Stadt Köln, Amsterdamer Str. 59, 50735, Köln, Deutschland

    T. Klein

Authors
  1. P. L. Haldenwang
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  2. N. Prochnow
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  3. A. Baumann
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  4. I. Schmitz
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  5. H. Christ
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  6. T. Klein
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  7. L. Häuser
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  8. J. T. Strauch
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Corresponding author

Correspondence to P. L. Haldenwang.

Ethics declarations

Interessenkonflikt

P.L. Haldenwang, N. Prochnow, A. Baumann, I. Schmitz, H. Christ, T. Klein, L. Häuser und J.T. Strauch geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Sämtliche Tierversuche erfolgten nach Gewährung der Tierversuchsgenehmigungen des Landesamts für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (Az: K 24, 8/06 bzw. 84-02.04.2012.A225) in dem Institut für Tierexperimentelle Medizin der Uniklinik Köln bzw. in der Versuchstiereinrichtung des Instituts für Prävention und Arbeitsmedizin der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, Institut der Ruhr-Universität-Bochum (IPA).

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Haldenwang, P.L., Prochnow, N., Baumann, A. et al. Organprotektion in der Chirurgie der thorakalen Aorta. Z Herz- Thorax- Gefäßchir 29, 410–417 (2015). https://doi.org/10.1007/s00398-015-0030-9

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/s00398-015-0030-9

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