Perfusionsstrategien zur Verbesserung der Hirnfunktion nach Eingriffen an der thorakalen Aorta - Großtierexperimentelle Untersuchungen zur antegraden selektiven cerebralen Perfusion und ihrem Einfluss auf cerebrale Hämodynamik, Sauerstoffmetabolismus und Neurophysiologie
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Ergebnisse der vier Studienphasen (P1-P4) ergaben folgende Schlussfolgerungen: 1) Bei milder bzw. moderater Hypothermie bestehen Unterschiede in der regionalen zerebralen Durchblutung, wenn auch mit unterschiedlicher Verteilung im Vergleich zu physiologischen, normothermen Bedingungen. Im Tierversuch wies die kortikale Region die geringsten temperatur- bzw. perfusionsbedingten Schwankungen auf, gefolgt von Cerebellum und Pons-Region. Die größten temperaturbedingten Schwankungen zeigte die Hippocampus-Region. 2) Ein kurzer hypothermer Stillstand (HCA für wenige Minuten), gefolgt von einer antegraden selektiven Hirnperfusion (ASCP) bis zu 25 min, gewährleistet selbst bei moderater (25°C) bzw. milder Hypothermie (30°C) eine ausreichende zerebrale Protektion. Bei Überschreitung des 25-minütigen ASCP-Intervalls steigt der zerebral-vaskuläre Widerstand (CVR) bzw. fällt der zerebrale Blutfluss (CBF) unterhalb der physiologischen Werte. Eine adäquate Neuroprotektion ist somit nicht gewährleistet. 3) Während ASCP bei moderater Hypothermie (25°C) werden im low-flow- (Pumpflussrate von ca. 8-10 ml/kg/min) bzw. low-pressure-Verfahren (Perfusionsdruck von ca 50 mmHg) annähernd physiologische zerebrale Perfusionsbedingungen erreicht. Höhere Flussraten (18 ml/kg/min) bzw. Perfusionsdrücke (80 mmHg) führen aufgrund des steigenden hydrostatischen Drucks zu Hirnödem bzw. einer unphysiologischen Zunahme des zerbral-vaskulären Widerstandes, insbesondere jenseits des 25 min ASCP-Intervalls. Hohe Pumpflüsse und zerebrale Perfusionsdrücke führen bei protrahierter ASCP (≥ 60 min) zu einer Abnahme des regionalen und globalen Hirnblutflusses und sollten somit vermieden werden. 4) Im porcinen Großtiermodell verbleibt während protrahierter ASCP (≥ 60 min) und moderater Hypothermie (28°C) ein nur 3%-iger mesenterialer Residualfluss in Dünn- und Dickdarm, gefolgt von einer reaktiven mesenterialen Hyperperfusion (200% des Normalwertes) während der nachgeschalteten Reperfusionsphase. Eine daraus resultierende oxydative mesenteriale Schädigung bzw. unspezifische Entzündungsaktivierung (IL 6- und TNF α-Anstieg) ist mittels FACS-Analyse und real-time-PCR nachweisbar, jedoch nicht signifikant höher als bei isolierter ASCP. Diese sollten in folgenden Modellen, mit eventuell unterschiedlichem Aufbau und Methodik weiter untersucht werden. Bei kompliziertem, zeitaufwändigem Aortenbogenersatz, bzw. Erweiterung des offenchirurgischen Eingriffs durch EVITA-Stentgraft-Implantation im Rahmen eines „thoracic endovascular aortic repait" (TEVAR) Verfahren zum Ersatz des deszendierenden Aorta sowie bei zweizeitiger offenen Elefant trunk-Prozedur, bleibt der neuroprotektive Effekt der ASCP lediglich zerebral beschränkt. Ungeklärt bleibt hierbei, ob moderate bzw. milde hypotherme Bedingungen (28-30°C) genügend Schutz für das ebenfalls ischämiesensible Rückenmark bieten, bzw. ob weiter distal versorgte viszerale Organe bei protrahierter Ischämie eine irreversible Schädigung erfahren. Da neuronale Funktionsstörungen auf spinaler Ebene, sowie viszerale und renale Funktionsstörungen ursächliche Faktoren für postoperative Morbidität, Zunahme der intensivstationären Liegezeit und operativen Frühmortalität sind, sollten diese Veränderungen in weiteren experimentellen Modellen untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Temperature depending cerebral blood flow for isolated regions ofthe brain during selective cerebral perfusion in pigs. Ann Thorac Surg 2009; 88:1506-14. 22nd EACTS Annual Meeting, 2008 Lissabon, Portugal
Strauch JT, Haldenwang PL, Müllem K, Schmalz M, Liakopoulos O, Christ H, Fischer J, Wahlers T
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Effect of pressure management during hypothermic selective cerebral perfusion on cerebral hemodynamics and metabolism in pigs. J Thorac Cardiovasc Surg 2010;139:1623-1631, 38th DGTHG Annual Meeting, 2009 Stuttgart
Haldenwang PL, Strauch JT, Müllem K, Reiter H, Liakopoulos O, Fischer J, Christ H, Wahlers T
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Impact of pump flow rate during hypothermic selective cerebral perfusion on cerebral hemodynamics and metabolism. Ann Thorac Surg 2010; 90: 1975-84, 23rd EACTS Annual Meeting, 2009 Wien, Österreich
Haldenwang PL, Strauch JT, Amann I, Klein T, Liakopoulos O, Sterner-Kock A, Christ H, Wahlers T
