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Bauer, Andreas (2003): Validierung einer neuartigen, automatisierten Methode zur venösen Kompressionsplethysmographie. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

Die zentrale Rolle der Mikrozirkulation in der Pathogenese und Pathophysiologie von chronischen und akuten Krankheitsbildern ist allgemein akzeptiert und Gegenstand vieler tierexperimenteller und klinischer Untersuchungen. Störungen der Organperfusion führen hierbei häufig zu Veränderungen der mikrovaskulären Gefäßpermeabilität. Auf zellulärer Ebene, aber auch makroskopisch sichtbar, entstehen Ödeme, die die Gewebeperfusion verschlechtern können. Messungen der Permeabilitätsänderungen sind am Patienten häufig aufgrund der Invasivität der Untersuchungsmethoden nicht möglich. Andererseits steigt mit der Weiterentwicklung der operativen und Intensivmedizin der Bedarf an Methoden zur Früherkennung und zum Monitoring von mikrozirkulatorischen Perfusionsstörungen. Nicht invasive Messverfahren, die Veränderungen der endothelialen Integrität frühzeitig erfassen, könnten die Diagnose und Therapie von Krankheiten verbessern. Wir entwickelten in unserer Forschungsgruppe in Zusammenarbeit mit der DOMED Medizintechnik und dem mikrozirkulatorischen Labor des Imperial College in London einen neuen venösen Kompressionsplethysmographen (filtrass 2001) zur nicht invasiven Messung von mikrozirkulatorischen Parametern wie Flüssigkeitsfiltrationskapazität, isovolumetrischem venösen Druck, vaskulärer Compliance, venösem Druck und arteriellen Blutfluss. Dazu wird mit einer Blutdruckmanschette der venöse Druck in einer Extremität stufenweise erhöht, und die resultierende Volumenänderung distal der Manschette mit einem hochsensitiven Dehnungsmessstreifen erfasst. Eine „off-line“-Analyse dieser Volumenänderung ermöglicht die Berechnung der Flüssigkeitsfiltrationskapazität, einem Maß der Gefäßpermeabilität und des isovolumetrischen venösen Drucks, der das Gleichgewicht der STARLING-Kräfte und des Lymphflusses in der Extremität widerspiegelt. In der vorliegenden Arbeit wurde die Funktionsweise von filtrass zunächst vorgestellt und dieser neue Plethysmographen validiert. filtrass wurde hierbei mit einem herkömmlichen, von unserer Arbeitsgruppe seit mehreren Jahren verwendeten, quecksilbergefüllten Plethysmographen („Mercury in rubber Strain Gauge“ = MSG) verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass filtrass eine höhere Reproduzierbarkeit des Messsignals aufwies. Die mittlere Standardabweichung wiederholter gleichförmiger Dehnungen während der Kalibrationen an einem Modellbein lag bei filtrass mit 3,4 µm [2-25µm] deutlich unter den Werten des MSG-Plethysmographen 36,2 µm [8-160 µm]. Bei insgesamt 240 Kalibrationen der beiden Plethysmographen an Unterschenkeln von sieben Probanden zeigte auch hier der filtrass-Plethysmograph niedrigere Abweichungen der wiederholten Messungen (56 µm [29-109 µm] vs. 132 µm [37-251µm]). Zudem wurde eine nicht-lineare Beziehung zwischen Dehnung des Quecksilber-gefüllten Messstreifens und der resultierenden Spannungsänderung beobachtet. Vergleichende Untersuchungen an jungen gesunden Probanden zeigten signifikante Unterschiede der Werte der Gefäßpermeabilität der beiden Geräten. Mit MSG wurden die Flüssigkeitsfiltrationskapazität mit 4,6 ± 2,0 x 10-3 ml 100 ml-1 min-1 mmHg-1 (= FFKU) signifikant (P<0,001) höher gemessen als mit filtrass (3,1 ± 0,8 FFKU). Auch der isovolumetrische venöse Druck wurde mit dem quecksilbergefüllten System signifikant höher bestimmt (21,2 ± 8,1 mmHg vs. 15,1 ± 7,1 mmHg; P<0,001). Als Ursache für dieser Abweichungen wurde das nicht-lineare Verhalten des MSG-Dehnungsmessstreifens identifiziert, welches besonders bei ungenügender Vorspannung auftrat. Auf bisherige Untersuchungen zurückgreifend konnte ein Grenzwert für die Vorspannung definieren werden, die einen Kalibrationsfaktor zwischen 0,55 und 1,09 V/mm. Eine Gruppierung der Daten anhand des Kalibrationsfaktors zeigte, dass bei ausreichender Vorspannung zwischen filtrass und dem MSG-Plethysmographen keine signifikanten Unterschiede der Messwerte beobachtet wurden. Normalwerte der mikrovaskulären Permeabilität bei der Messung mit filtrass wurden in dieser Arbeit definiert und betrugen für die Flüssigkeitsfiltrationskapazität 3,1 ± 0,7 FFKU bei jungen gesunden Frauen (n=13; Alter: 20-30 Jahre) und 3,2 ± 0,9 FFKU bei jungen männlichen Probanden (n=16; Alter: 20 bis 35 Jahre). Die Normalwerte für den isovolumetrischen venösen Druck lagen bei 14,9 ± 6,7 mmHg (Frauen) beziehungsweise 15,2 ± 7,5 mmHg (Männer). Es konnte somit gezeigt werden, dass filtrass vergleichbare Messergebnisse liefert wie etablierte MSG-Plethysmographen. Aufgrund der bei filtrass vorliegenden linearen Beziehung zwischen Dehnung und resultierendem Signal und aufgrund der automatisierten Kalibration konnten wesentliche Fehlerquelle von MSG-Plethysmographen eliminiert werden. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit dem Einfluss verschiedener Druckprotokolle auf die Messung der Gefäßpermeabilität mittels venöser Kompressionsplethysmographie. Die Auswirkung der Druckschrittgröße (3 mmHg oder 10 mmHg) im Hinblick auf eine mögliche Reduktion des arteriellen Blutflusses durch Aktivierung eines veno-arterieller Mechanismus wurde untersucht. Bei 17 jungen gesunden Probanden wurden plethysmographische Messungen der Gefäßpermeabilität durchgeführt, wobei sowohl intra- als auch interindividuelle Vergleiche der berechneten Flüssigkeitsfiltrationskapazität und des isovolumetrischen venösen Drucks angestellt wurden. Die Flüssigkeitsfiltrationskapazität und der isovolumetrische venöse Druck wurden nacheinander, mit zwei verschiedenen Druckprotokollen bestimmt. Die Anhebung des venösen Drucks erfolgte entweder mit 3 oder 10 mmHg Schritten. Die Reihenfolge der einzelnen plethysmographischen Protokolle wurde randomisiert. Die Flüssigkeitsfiltrationskapazität zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen dem 10 mmHg-Protokoll (3,0 ± 0,8 FFKU) und dem 3 mmHg-Protokoll (3,0 ± 0,5 FFKU). Auch der isovolumetrische venöse Druck war bei dem 10 mmHg-Druckschritten (9,7 ± 4,9 mmHg) nicht signifikant von den Werten des 3 mmHg-Druckprotokolls (14,5 ± 4,3 mmHg) verschieden. Es konnte somit gezeigt werden, dass die Größe der verwendeten Druckschritte keinen Einfluss auf die plethysmographische Messung hat, und es zu keiner Aktivierung des lokal mediierten veno-arteriellen Regulationsmechanismus kommt. Die klinische Relevanz von plethysmographischen Messungen wurde in mehrere Studien bereits demonstriert. Akute Krankheitsbilder wie die Eklampsie oder der septische Schock können mit Hilfe der venösen Kompressionsplethysmographie charakterisiert werden. Aber auch bei chronischen Krankheiten, wie der peripheren arteriellen Verschlusskrankheit oder dem Morbus SUDECK gibt die nicht invasive Permeabilitätsmessung wichtige Informationen über die Pathophysiologie der Erkrankungen. Insbesondere in der klinischen Pharmakologie findet die venöse Kompressionsplethysmographie häufig Anwendung. Wir haben mit der Weiterentwicklung dieser Untersuchungsmethode unter Verwendung einer neuen von uns entwickelten Technik einige Probleme und Nachteile der quecksilbergefüllten Systeme beheben können. Die höhere Reproduzierbarkeit der Kalibration, die leichtere Handhabung des Gerätes und die Automatisierung der Auswertung können die zukünftigen Anwendungsbereiche für die venöse Kompressionsplethysmographie erweitern.