Evaluierung der Troponin I Freisetzung in der kardialen …darwin.bth.rwth-aachen.de/opus/volltexte/2001/146/pdf/Liakopoulos... · Oliver Johannes Liakopoulos aus Thessaloniki (Griechenland)

Evaluierung der Troponin I Freisetzung in der kardialen Lymphe bei herzchirurgischen Eingriffen unter Einsatz des extrakorporalen

Kreislaufes

Von der Medizinischen Fakultät

der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen

zur Erlangung des akademischen Grades

eines Doktors der Medizin

genehmigte Dissertation

vorgelegt von

Oliver Johannes Liakopoulos

aus

Thessaloniki (Griechenland)

Berichter: Herr Universitätsprofessor

Dr. med. B. J. Messmer

Frau Professorin

Dr. med. M.-Ch. Seghaye

Tag der mündlichen Prüfung: 3. Mai 2001

Diese Dissertation ist auf den Internetseiten der Hochschulbibliothek online verfügbar

Meinen Eltern

für Ihre Bemühungen und

meinem Bruder für seine Unterstützung

gewidmet

Inhaltsverzeichnis I

Inhaltsverzeichnis I Einleitung 1 II Einführung 2 1 Das lymphatische System des Herzens 2

1.1 Historisches 2

1.2 Anatomie 3

1.2.1 Aufbau des kardialen Lymphsystems 3

1.2.1.1 Der subendokardiale Plexus 4

1.2.1.2 Der myokardiale Plexus 4

1.2.1.3 Der subepikardiale Plexus 4

1.2.1.4 Die epikardialen Lymphgefäße 5

1.2.2 Lymphdrainage spezieller Herzregionen 7

1.2.3 Embryologie 8

1.2.4 Histologie 8

1.3 Physiologie des kardialen lymphatischen Systems 9

1.3.1 Funktion des kardialen Lymphsystems 9

1.3.2 Bildung und Fluß der kardialen Lymphe 12

1.3.3 Komposition der Lymphe 14

2 Der Extrakorporale Kreislauf 17

2.1 Historisches 17

2.2 EKK und myokardiale Schädigung 18

2.3 Das kardiale Troponin I (cTnI) 20

III Zielsetzung 22 IV Methodik 23 1 Tierexperimentelle Untersuchungen 23

1.1 Wahl des Tiermodells 24

1.2 Randomisierung der Tiere 24 2 Versuchsdurchführung 25

2.1 Anästhesiologisches Vorgehen 25

2.2 Operatives Vorgehen 25

2.3 Postoperative Überwachung 27 3 Probengewinnung und Verarbeitung 28

3.1 Lymphentnahmetechnik 28

Inhaltsverzeichnis II

3.2 Lymph- und Blutentnahmeprotokoll 32

3.3 Bestimmung des kardialen Troponin I (cTnI) 32

4 Statistik 33

V Ergebnisse 34

1 Das kardiale Lymphsystem des Schweines 34

1.1 Anatomieverteilung und Kanülierung 34

1.1.1 Rechtstyp 34

1.1.2 Intermediärtyp 35

1.1.3 Linkstyp 35

2 Der extrakorporale Kreislauf (EKK) 36

2.1 Tierkollektive 36

2.2 Hämodynamische Grunddaten 37

2.3 Der kardiale Lymphfluß während des EKK 37

2.3.1 Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen 37

2.3.2 Abhängigkeit vom Anatomietyp 39

2.4 Korrelation des Lymphflußes mit den hämodynamischen

Grunddaten 42

2.5 Troponin I (cTnI)-Freisetzung während des EKK 42

2.5.1 Korrelationen der cTnI-Freisetzung 45

VI Diskussion 46 1 Anatomie und Kanülierung des kardialen Lymphsystems 46

2 Der kardiale Lymphfluß während des EKK 50

2.1 Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen 50

2.2 Abhängigkeit vom Anatomietyp 54

3 Troponin I Freisetzung während des EKK 55

VII Zusammenfassung 62 VIII Literaturverzeichnis 65 IX Anhang 81 X Danksagung/ Lebenslauf 82

Abkürzungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

AoX: : Aortenabklemmung

AVS : anteriorer interventrikulärer Stamm

BSA : body surface area

CK : Kreatininphosphokinase

CLN : kardialer Lymphknoten (nach Drinker)

EKL : efferenter kardialer Lymphstamm

GOT : AST, Aspartataminotransferase

GPT : ALT, Alaninaminotransferase

HDL : high density lipoprotein

HLM : Herz-Lungen-Machine

LAP : linksatrialer Mitteldruck

LCS : linker koronarer Hauptlymphstamm

LDH : Laktatdehydrogenase

LMS : linker marginaler Stamm

MAP : arterieller Mitteldruck

PAP : pulmonalarterieller Mitteldruck

PLN : prätrachealer Lymphknoten

PMS : perioperative myokardiale Schädigung

PVS : posteriorer interventrikulärer Stamm

RCS : rechter koronarer Hauptlymphstamm

SVC : Vena cava superior

TnI : Troponin I (c: myokardspezifisch; s: muskelspezifisch)

TnT : Troponin T

V/LDL : very bzw. low densitiy lipoprotein

ZVD : zentralvenöser Druck

Einleitung 1

I Einleitung

Der vorübergehende maschinelle Ersatz der Herz- und Lungenfunktion durch

den extrakorporalen Kreislauf (EKK) ermöglicht intrakardiale Eingriffe zur

Korrektur von kongenitalen und erworbenen Vitien am blutleeren und nicht

schlagenden Herzen. Neben den großen Vorteilen dieses Verfahrens,

verursacht der Einsatz der EKK eine Aktivierung des Komplementsystems,

Leukozytenaktivierung und Synthese sowie Freisetzung von Zytokinen, die zu

einer systemischen entzündlichen Reaktion führen. Die Freisetzung der

proinflammatorischen Mediatoren beeinflusst die postoperative Morbidität und

Mortalität von herzoperierten Patienten in hohem Maße. Am Herzen wird

zusätzlich das Ausmaß dieser entzündlichen Reaktion durch die kontrollierte

Myokardischämie und anschliessende Reperfusion potentiert. Diese

perioperative myokardiale Schädigung kann sich klinisch als Myokardinfarkt

manifestieren und zu postoperativen Komplikationen führen, wie das „Low

Cardiac Output“ Syndrom, Herzrythmusstörungen, pulmonale Hypertension und

Exitus des Patienten. Das kardiale Troponin I (cTnI) ist durch seine hohe

Spezifität und Sensivität bei der Diagnose der perioperativen myokardialen

Schädigungen geeignet, den Einfluß des EKK auf das Myokard unter

verschiedenen Temperaturbedingungen zu untersuchen.

Das lymphatische System des Herzens spiegelt, wegen seiner unmittelbar

anatomischen und biochemischen Nähe zum Interstitium des Herzens, die

physiologischen Verhältnisse des Myokards schneller und empfindlicher als

arterielles und koronarvenöses Blut wider. Tierexperimentelle Arbeiten unter

pathologischen Bedingungen wie Myokardinfarkt, Hypertension und

Herzinsuffizienz zeigten, dass enzymatische und zelluläre Veränderungen in

der myokardialen Lymphe sensitiv wiedergegeben werden. Die Rolle des

kardialen lymphatischen Systems in der Erkennung einer myokardialen

Schädigung, ausgedrückt durch die perioperative cTnI Freisetzung während

Operationen mit Einsatz des EKK, wurde bis heute noch nicht untersucht.

Ziel unserer Arbeit ist es, die intramyokardiale Freisetzung des Troponin I in der

kardialen Lymphe, dem arteriellen und koronarvenösen Blut im Rahmen

Einführung 2

einer standardisierten Herzoperation mit Einsatz des EKK unter verschiedenen

Temperaturbedingungen zu untersuchen. Vorraussetzung hierfür ist das

genaue anatomische Studium des kardialen Lymphsystems und dessen

erfolgreiche Kanülierung.

II Einführung 1 Das lymphatische System des Herzens 1.1 Historisches Die Erforschung des lymphatischen Systems des Herzens geht auf den

schwedischen Anatomen Olaus Rudbeck (1) im Jahre 1651 zurück. 1692

eröffnete Nuck (2) neue Perspektiven zur detaillierten Forschung des kardialen

Lymphsystems als er durch Quecksilberinjektionen, die er direkt in die kardialen

Lymphgefäße von Herzen toter Tiere applizierte, lymphatische Gefäße

darstellte. Diese Darstellungstechnik wurde dann im späten 18. Jahrhundert

von William Hunter und seinen Assistenten W. Hewson und W.Cruikshank (3-

5) in England übernommen und am menschlichen Herzen mit Erfolg

angewandt. Sie waren gemeinsam mit dem Italiener Mascagni (1787) (3;6) die

Ersten, die anatomisch-detaillierte Illustrationen und Zeichnungen

veröffentlichten. 1833 entwickelte Fohmann (7) die erste indirekte

Darstellungsmethode, indem er beobachtete, dass ins Myokardium injiziertes

Quecksilber von den kardialen Lymphgefäßen aufgenommen wurde. Einige

Jahre später (1863) war es der berühmte Anatome W. His (8), der die

Verbindung der subepikardialen Lymphgefäße mit Lymphkapillaren im

myokardialen Bindegewebe erstmals beschrieb. Albrecht (1887) (9) erreichte,

durch Injektion von Farbstoffen in das Myokard eines schlagenden Herzen, die

anterograde Anfärbung des kardialen Lymphsystems. 1924 beschrieb Aargard

(10) aus Kopenhagen in seinem Buch über das kardiale Lymphsystem im Detail

den Aufbau des subendokardialen, myokardialen und subepikardialen

lymphatischen Plexus des Herzen. Patek (11) veröffentlichte 1939 die bis zu

diesem Zeitpunkt wohl umfangreichste und ausführlichste Studie über die

Morphologie des kardialen Lymphsystems. Basierend auf Patek’s gründlichen

anatomischen Studien, gelang es Drinker et al. (12) in Harvard erstmals, ein

großes, efferentes, kardiales Lymphgefäß am Hund erfolgreich zu kanülieren

Einführung 3

und konnte somit den lymphatischen Fluß, Druck, und die Zusammensetzung

der Lymphe bestimmen. Dieser Meilenstein in der Geschichte der Erforschung

des lymphatischen Systems des Herzens eröffnete vielen nachfolgenden

Forschern neue Möglichkeiten, die Anatomie und Physiologie des

Lymphsystems am gesunden sowie am kranken Herzen zu erforschen und

damit die Bedeutung desselben besser zu verstehen. Der französische Chirurg

Servelle (13) war 1967 der Erste, der intraoperativ durch subepikardiale

Injektionen von Evans-blau die kardiale Lymphgefäßfärbung an Patienten

vornahm.

1.2 Anatomie Die Anatomie des kardialen Lymphsystems ist trotz zahlreicher Studien am Tier

und am Menschen nicht vollständig geklärt (14). Aufgrund der vielfältigen

Variationen des lymphatischen Systems und der unterschiedlichen

morphologischen Gegebenheiten von Spezies zu Spezies in der Familie der

Säugetiere ist es schwierig eine allgemein akzeptierte anatomische

Beschreibung des kardialen Lymphsystems abzugeben.

1.2.1 Aufbau des kardialen Lymphsystems Das kardiale Lymphsystem ist aus drei miteinander in Verbindung stehenden

Plexus aufgebaut, welche eine funktionelle Einheit bilden. Es besteht aus dem

subendokardialen Plexus, welcher über einen myokardialen mit dem

subepikardialen Plexus vernetzt ist (15). Die Hauptaufgabe dieses

dreidimensionalen lymphatischen Netzes ist die interstitielle Drainage des

Herzens. Das epikardiale Lymphsystem stellt die Endstrecke der oben

genannten Lymphplexus dar und drainiert die Lymphe des Herzens zu den

mediastinalen Hauptkollektoren. Der Hauptdrainageweg der kardialen

lymphatischen Flüssigkeit endet beim Menschen, Hund sowie Schwein

mehrheitlich in den Ductus lymphaticus dexter (14).

1.2.1.1 Der subendokardiale Plexus Der subendokardiale Plexus liegt als einschichtiges Kapillarnetz parallel zur

Innenfläche des Herzens. Er erstreckt sich auch in die Papillarmuskeln des

Herzens (11;16;17) sowie in das Trabekelwerk der Ventrikel (10). Seine

Einführung 4

Lokalisation ist immer zwischen dem Endothel des Endokards und dem

Purkinjefasernetz, ohne mit den letzteren zu kommunizieren (11). Es werden

hier keine größeren Lymphkollektoren gebildet und Klappen kommen nur

vereinzelt vor. Der Durchmesser der Lymphgefäße beträgt ca. 0.040 mm im

Durchschnitt (11;14). Der subendokardiale Plexus ist sowohl am Hund (16;17)

als auch am Schwein (18) und Menschen (19;20) durch indirekte Anfärbung

(Evans-blau; Indian ink) des Endokards gut darstellbar. Kurze

Verbindungsgefäße geben dem subendokardialen Plexus Anschluß an den

myokardialen Plexus.

1.2.1.2 Der myokardiale Plexus Der myokardiale Plexus durchsetzt gleichmäßig als dreidimensionales,

engmaschiges Gitternetz das gesamte Myokard (11;15). Die lymphatischen

Gefäße liegen in den interfaszikulären Bindegewebsräumen und umgeben die

Muskelbündel des Myokards, wobei jedem Bündel ca. 2-4 Lymphgefäße

parallel zugeordnet sind. Der Durchmesser der Lymphkapillaren beträgt ca.

0,045 mm im Durchschnitt. Die Lymphgefäße besitzen eine geringe Anzahl von

Klappen. Größere Lymphkollektoren werden auch hier nicht gebildet.

Den myokardialen Plexus erreichen in regelmäßigen Intervallen Lymphgefäße

aus dem subendokardialen Plexus. Diese verlaufen aus dem Endokard über

die Purkinjefasernetzschicht zum myokardialen Plexus. Über kleine

Lymphgefäße kommuniziert letzterer wiederum direkt mit dem subepikardialen

Plexus.

1.2.1.3 Der subepikardiale Plexus Das subepikardiale lymphatische Gewebe liegt zwischen dem Myokardium und

Epikardium im subepikardialen Bindegewebe. Es überzieht beide Ventrikel,

spart jedoch den anterioren und posterioren Sulcus interventricularis, sowie die

linksventrikuläre Herzkante, aus (11;14;15). Der Plexus besteht aus graden,

parallel laufenden Kapillaren (∅ ca. 0,042-0,228 mm), welche netzartig

untereinander in Verbindung treten. Mehrere kleine Lymphkapillaren

konvergieren zu größeren subepikardialen Lymphgefäßen (∅ ca. 0.32 mm).

Patek (10) bezeichnet diese Kollektoren als Gefäße 1.Ordnung. Sie ziehen

zusammen mit den korrespondierenden Blutgefäßen in Richtung des vorderen

Einführung 5

und hinteren Sulcus interventricularis und der linksventrikulärer Außenfläche

und anastomisieren dort zu Lymphgefäßen 2. Ordnung (∅ ca. 0.64 mm). Aus

der Verbindung mehrerer Lymphgefäße der 2. Ordnung bilden sich schließlich

drei epikardiale lymphatische Stämme, die Gefäße der 3.Ordnung (∅ ca. 0.768

mm). Klappen sind im subepikardialen Plexus mit ansteigender Kalibergröße

der Lymphgefäße zahlreich vorhanden.

1.2.1.4 Die epikardialen Lymphgefäße Der anteriore interventrikuläre Stamm (AVS), der posteriore interventrikuläre

Stamm (PVS) und der linke marginale Stamm (LMS; Gefäße 3.Ordnung)

verlaufen epikardial und gemeinsam mit den korrespondierenden

Koronarseitenästen (Ramus interventricularis anterior (RIVA); Ramus

interventricularis posterior (RIVP); Ramus marginalis (RMS)) in Richtung

Herzbasis zu den zwei koronaren Hauptlymphstämmen (Gefäße 4.Ordnung). In

ihrem Verlauf werden sie von zahlreichen kleinen Lymphgefäßen zusätzlich

gespeist. Die oberflächlich abführenden Lymphstämme enthalten zahlreiche

Klappen und glatte Muskulatur (14;21). Die zwei koronaren Hauptlymphstämme

begleiten die entsprechenden Koronararterien (Abbildung II-IV).

Der linke koronare Hauptlymphstamm (LCS) drainiert die Lymphe aus dem

gesamten linken Ventrikel, inklusive Septum und Papillarmuskel, und teilweise

auch aus dem rechten Ventrikel (15). Er ist meistens größer angelegt als der

rechte koronare Hauptlymphstamm (RCS). Seinen Ursprung findet der LCS im

PVS, der im Sulcus interventricularis posterior nach kranial in Richtung Sulcus

atrioventricularis sinister zieht. An der linken Herzkante vereinigt er sich mit

dem prominenten LMS. Im weiteren Verlauf passiert der LCS die linke

Herzkante und erscheint auf der Vorderfläche des Herzens. Hier bekommt er

Zufluß aus dem AVS und zieht im linken Sulcus atrioventricularis bedeckt vom

linken Herzohr hinter dem Truncus pulmonalis zu dem linken prätrachealen

Lymphknoten (PLN) (11;14;22-26). Dieser ist regelmäßig zwischen dem Arcus

aortae und dem Pulmonalarterienstamm lokalisiert. In einigen Fällen umgeht

der LCS den PLN (27) und fließt direkt in den „kardialen Lymphknoten“ (CLN)

nach Drinker (10). Der rechte koronare Hauptlymphstamm (RCS) führt

hauptsächlich die Lymphe aus dem rechten Ventrikel ab. Er entspringt im

Sulcus atrioventricularis dexter an der dorsalen Seite des rechten Ventrikels,

Einführung 6

kurz vor dem Sulcus interventricularis posterior. Beim rechts dominierenden

lymphatischen Versorgungstyp drainiert der RCS durch die Aufnahme des PVS

teilweise auch den linken Ventrikel (28). An der rechten Herzkante schlägt er

auf die Vorderseite des Ventrikels um und verläuft, zusammen mit der A.

coronaria dexter, im Sulcus atrioventricularis nach kranial, an die Basis des

Truncus pulmonalis. In seinem Verlauf erhält er Zuflüße der 1. und 2. Ordnung.

Von der Herzbasis aus fließt der RCS entweder direkt in den prätrachealen LN

oder verbindet sich schon davor mit dem LCS zu dem gemeinsamen efferenten

kardialen Lymphstamm (EKL), der dann die gesamte Lymphe des Herzens

drainiert. In einigen Fällen kann er jedoch auch als selbständiges Gefäß direkt

zum Ductus thoracicus (27;29) ziehen und somit in den linken Venenwinkel

drainieren.

Aus dem prätrachealen Lymphknoten entspringt der gemeinsame efferente

kardiale Lymphkollektor (EKL) als einzelnes Gefäß (14)(Abbildung II). Nach

einer kurzen Strecke verzweigt er sich häufig in zwei parallel laufende Äste, die

nach ca.3-5 cm kranialwärts, typischerweise zwischen Aorta ascendens und

oberer Hohlvene verlaufend, in den CLN fließen. Dieser liegt zwischen der V.

cava superior und dem Truncus brachiocephalicus. Von dem CLN aus finden

mehrere Lymphgefäße Anschluß an den Ductus lymphaticus dexter. Er

drainiert die Lymphe in den rechten Venenwinkel, der aus der senkrechten

Vereinigung der V. jugularis und V. subclavia gebildet wird. Häufig existieren

zahlreiche Verbindung vom CLN zu verschiedenen Lymph-

knotengruppierungen in dieser Region, seltener auch mit indirektem Zufluß

über diese Gruppen zum linken Venenwinkel (27). Selten hat der PLN durch

kleine Lymphgefäße zusätzliche Verbindungen zum Ductus thoracicus (14).

1.2.2 Lymphdrainage spezieller Herzregionen

• Vorhöfe: Das lymphatische Kapillarnetz in den Vorhöfen ist im Gegensatz

zu dem in den Ventrikeln nur spärlich ausgebildet (10;13;18;26;27;30;31). Die

Ausbreitung über die Wände ist unregelmäßig. Die Lymphkapillaren sind

hauptsächlich auf die gesamte subepikardiale Schicht der Atria beschränkt. In

der myokardialen und subendokardialen Schicht sind sie nicht vorhanden. Die

Lymphe des rechten Atriums drainiert variabel in den RCS oder in lymphatische

Gefäße, die entlang der V. cava superior verlaufen (25). Vom linken Atrium

Einführung 7

drainiert die Lymphe in den LCS (32).

• Herzklappen: Studien an Hunden zeigten sowohl in den Trikuspidal-, als

auch in den Mitralklappen die Anwesenheit von lymphatischen Gefäßen

(10;22;33;34). Dagegen schlugen Versuche, Lymphgefäße in den

Atrioventrikularklappen (10) und in den Taschenklappen (14) am Menschen

darzustellen, fehl.

• Erregungsleitungsystem: Eine anatomische Beziehung zwischen dem

Erregungsleitungsystem und dem lymphatischen System des Herzens ist am

Menschen und am Hund beschrieben worden (30;35;36). Das lymphatische

Kapillarnetz des Sinusknoten ist im Gegensatz zu dem Blutkapillarnetz spärlich

ausgebildet. Es drainiert über subepikardial gelegene Lymphgefäße in den LCS

und von dort in den CLN. Vom Atrioventrikularknoten (AV) und dem His-Bündel

ziehen die Lymphgefäße beim Menschen hauptsächlich in den LCS, während

dagegen beim Hund die Lymphe aus dem AV-Knoten in den RCS drainiert (36).

• Herzbeutel: Die lymphatische Drainage des Herzbeutelraumes erfolgt über

lymphatische Gefäße des parietalen und visceralen Perikardiums (14). Die

oberflächlichen epikardialen Lymphgefäße führen den Hauptteil der Lymphe

aus dem Herzbeutel zum CLN ab (37). Das parietale Perikard ist mit einem

dünnen Lymphgefäßnetz ausgestattet, welches zur Herzbasis hin dichter wird.

Die Drainagewege des parietalen Perikards sind vielfältig. Die ventrale und

laterale Perikardseite drainiert ihre Lymphe hauptsächlich entlang ihrer

Blutgefäße (Aa/Vv. mammariae internae) und dem Nervus phrenicus zum

rechten bzw. linken vorderen mediastinalen Lymphknoten. Von diesen

Lymphknoten ziehen Gefäße zum Ductus lymphaticus dexter bzw. dem Ductus

thoracicus und von dort in die entsprechenden Venenwinkel (38;39). Die

dorsale und diaphragmale Perikardseite hat direkte Verbindung zu den

tracheobronchialen und ösophagealen Lymphknotengruppen (40).

1.2.3 Embryologie Das lymphatische System des menschlichen Herzens entwickelt sich aus zwei

plexiformen Anlagen des mediastinalen Lymphsystems aus. Diese breiten sich

im zweiten Schwangerschaftsmonat entlang der großen Blutgefäße aus und

erreichen die Herzbasis von kranial (41). Die erste Anlage entspringt aus dem

mediastinalen Anteil des Ductus thoracicus. Sie verläuft an der linken Seite des

Einführung 8

Aortenbogens entlang und zieht zwischen Aorta ascendens und Truncus

pulmonalis in Richtung der rechten Koronararterie, wo sie später den RCS

bildet.

Die zweite Anlage hat ihren Ursprung in dem prätrachealen lymphatischen

Plexus. Sie zieht unter der Pulmonalarterie auf die linke Seite des Herzens und

bildet entlang der linken Koronararterie den LCS. Diese Anlage ist eine kaudale

Erweiterung des rechten jugulären Lymphsackes und somit des Ductus

lymphaticus dexter und wird als die Dominante der beiden betrachtet.

Während des dritten Schwangerschaftsmonat breiten sich zahlreiche

lymphatische Gefäße, vom LCS und RCS ausgehend, zur Herzperipherie hin

aus und bilden im vierten Monat ein über die gesamte Herzoberfläche dicht

ausgeprägtes Netzwerk. Zeitgleich erscheinen die ersten lymphatischen

Klappen in den größeren Gefäßen.

1.2.4 Histologie Das kardiale Lymphsystem hat gemäß seiner Aufgabe, das Interstitium zu

drainieren, seinen Ursprung im interstitiellen Gewebe. Es beginnt in Form von

blind endenden Lymphkapillaren, die untereinander vernetzt sind. Die

klappenlosen Lymphkapillaren bestehen aus einschichtigen Endothelzellen,

deren Ränder überlappend angeordnet sind und somit klappenartig nach innen

„schwingen“ können, um den Einstrom von Gewebsflüssigkeit in das Lumen zu

erlauben (42). Im Bereich der Überlappungen besitzen sie nur lockere,

desmosomenähnliche Verbindungen zueinander und bilden somit offene

Interzellurspalten, durch die die Kapillaren mit dem Interstitium frei

kommunizieren. Den Lymphkapillaren fehlt im Gegensatz zu den Blutkapillaren

eine kontinuierlich ausgeprägte Basalmembran. An den Außenflächen der

Endothelzellen enden „anchoring filaments“ (Ankerfasern). Es handelt sich

hierbei um Bindegewebsfilamente, die aus dem umgebenden Interstitium auf

die Außenfläche der Endothelzellen zulaufen und somit die Lymphkapillaren

verankern (43;44). Sie bestehen vorwiegend aus elastischen Fasern, denen eine

antiödematöse Wirkung zugesprochen wird. Bei einer Zunahme des interstitiellen

Volumens verhindern diese Filamente nicht nur das Kollabieren der

Lymphkapillaren, sondern bewirken auch das Aufspannen der

Interzellurspalten, was den Einstrom der interstitiellen Flüssigkeit ermöglicht.

Einführung 9

Die größeren Lymphgefäße und Hauptstämme besitzen einen venenähnlichen

Aufbau mit glatter Muskulatur, welcher die Lymphgefäße zur Kontraktion

befähigt. Außerdem ist eine größere Anzahl meist zweiteiliger Klappen

vorhanden, die nur einen Fluß nach zentripetal in Richtung der abführenden

Gefäße zulassen. Die Endothelzellmembran ist oft eingestülpt und bildet

zahlreiche mikropinozytotische Vesikel, sowohl von der luminalen, als auch von

der abluminalen Seite. Im Zytoplasma liegen die Zellorganellen wie

Mitochondrien, rauhes endoplasmatische Retikulum und Ribosomen, sowie

wenige Lysosomen (45).

1.3 Physiologie des kardialen lymphatischen Systems 1.3.1 Funktion des kardialen Lymphsystems Das lymphatische System der Säugetiere ist das am weitesten entwickelte. Es

ist ein integraler Bestandteil des arteriellen Hochdrucksystems des Kreislaufes.

Infolge der hohen Druckverhältnisse des arteriellen Schenkels kommt es im

Kapillarbereich zu einer konstanten Abfiltration und Verlust von Wasser,

Proteinen und Elektrolyten ins interstitielle Gewebe. Dieser Verlust wird

teilweise durch Resorption im Kapillarbett kompensiert. Die Lymphdrainage

spielt jedoch die entscheidende Rolle bei der Regulation des interstitiellen

Volumens und Druck. Das Lymphsystem gleicht, durch Resorption aus dem

Interstitium und Abtransport in den Intravasalraum, die Flüssigkeits- und

Proteinverluste aus. Auf diese Weise wird pro Tag 2,4 l Lymphflüssigkeit dem

Blut zugeführt.

Das Herz unterscheidet sich aufgrund seiner ständigen muskulären Aktivität

wesentlich von anderen Organen. Die kontinuierliche Bewegung des Herzens

führt zu einer intramuskulären Druckentwicklung und somit zu einer konstanten

Abfiltration von Flüssigkeit und Proteinen aus den Blutkapillaren ins Interstitium.

Das kardiale Lymphsystem hat die Aufgabe, interstitielle Flüssigkeit und

Proteine zurück in den Kreislauf zu transportieren. Es schützt in erster Linie das

Herz vor Erhöhungen des Gewebedruckes durch Akkumulation von

Flüssigkeits- und Proteinmengen im Interstitium und wirkt deswegen

antiödematös. Somit reguliert es die Homöostase und den kolloidosmotischen

Druck im Extrazellulärraum (Tabelle I).

Nach Okklusion der kardialen Lymphdrainagegefäße am Hund werden

Einführung 10

interstitielle und intrazelluläre Ödeme im Herzen (46-48) und vereinzelt auch

akute Perikardergüsse (49;50) beobachtet. Nach Behinderung des koronar-

venösen Abflußes, durch Okklusion des Sinus Coronarius, übersteigt die

kapilläre Filtration die maximale Kapazität der Lymphdrainage und es entstehen

ebenfalls Myokardödeme und Perikardergüsse (49;51).

Durch die Lymphostasis kommt es zur vermehrten Einlagerung von

extravaskulären Proteinen in die extrazelluläre Matrix des Interstitiums und

somit zu einer Stimulation und Proliferation von Bindegewebszellen, die zu einer

Fibroelastose mit Verdickung des Endokardiums (34;52;53) führt. Weiterhin

bewirkt der Lymphstau eine Verdickung der Segel der AV-Klappen, durch

„myxomatöse“ Einlagerungen aus sulfatierten Muccopolysacchariden

(26;46;52;54). In den ödematösen Bereichen des Herzens ist die

Mikrozirkulation durch das Anschwellen der Endothelzellen, die Dilatation der

Lymphkapillaren und das Kollabieren der Blutkapillaren beeinträchtigt. Dies

führt zu einem verminderten Sauerstoffangebot in den betroffenen Arealen mit

ischämieähnlichen Myokardschädigungen und Nekrosen (48;55-57), die im

Elektrokardiogramm (EKG) für Ischämie- und sogar Infarkt typische

Veränderungen verantwortlich sind (58-60). Das Auftreten von

Herzrhythmusstörungen im Sinne eines Sick-Sinus-Syndroms (61) und eines

AV-Blocks (14) nach Blockierung der kardialen Lymphdrainage unterstreichen

die Bedeutung der Lymphdrainage für die intakte Funktion des

Erregungsleitungsystems.

Dem kardialen Lymphsystem wird auch eine Rolle bei der Entstehung der

Atherosklerose zugesprochen. So entwickelt sich nach Beinträchtigung der

Lymphdrainage eine Akkumulation von Plasma in der subendothelialen Schicht

und in der Media kleiner Koronararterien mit Untergang der glatten Muskulatur

und fibrinoiden Nekrosen (48;62). Dies kann zu Veränderung in der Intima

führen und die Bildung von artherosklerotischen Plaques fördern (14;63).

Das kardiale Lymphsystem hat eine wichtige Funktion bei der Beschränkung

von Myokardschädigung. Es entfernt Zelltrümmer aus dem beschädigten

Gewebe und fördert den Heilungsprozeß. Nach Myokardschädigung, durch

Eigenblutinjektion in die Ventrikelwand oder Infarkt, zeigen sich bei kardialer

Lymphblockade über längere Zeit vergrößerte Narbenareale (ca.10fach),

verlängerte Heilungszeiten und starke inflammatorische Reaktionen (64;65).

Einführung 11

Neuere Studien weisen dem kardialen Lymphsystem eine Rolle bei der

Erkennung und Lokalisation einer Infektion im Myokard zu. Die intravenöse

Applikation von Staphylokokken führt bei Lymphstase in 56% der Fälle zu einer

Endokarditis, Myokarditis oder einer Kombination aus beiden (66). Das Herz

scheint bei Lymphstau Infektionen gegenüber empfindlicher zu sein.

- Absorption und Transport von Proteinen, Wasser und Elektrolyten aus

dem Interstitium zurück in den Blutkreislauf

- Regulation des Gewebedrucks und –volumens

- Aufnahme und Entfernung von Zelltrümmern nach Schädigung/ Infarkt

- Beinflußung des Heilungsprozesses nach Schädigung/ Infarkt

- Lokalisation und Bekämpfung von Infektionen

- Abtransport von Cholesterol und Lipiden aus den Wänden der

Koronararterien

Tabelle I: Funktion des kardialen Lymphsystems

1.3.2 Bildung und Fluß der Lymphe Die Abfiltration aus den Blutkapillaren des Herzens führt zu einer Anreicherung

von Flüssigkeit und Makromolekülen im Interstitium. Um das Herz vor Anstieg

des Gewebedruckes und interstitiellem Ödem mit konsekutiver

Beeinträchtigung der Kontraktilität zu schützen, wird die interstitielle Flüssigkeit

über die Lymphkapillaren aufgenommen. Bei erhöhtem interstitiellen

Flüssigkeitsvolumen und Gewebedruck wird auf die „anchoring filaments“

(Ankerfasern) der Lymphkapillaren eine erhöhte Spannung ausgeübt, wodurch

die Interzellulärspalten aufgehalten und ein Einstrom des Gewebewassers

ermöglicht wird (14). Die treibende Kraft für den Einstrom von Flüssigkeit und

Makromolekülen ist die kolloidosmotische Druckdifferenz zwischen dem

Interstitium und den Lymphkapillaren (67).

Während der Systole steigt der Gewebedruck über den hydrostatischen Druck

Einführung 12

im Interstitium an. Der erhöhte Gewebedruck führt in den Lymphkapillaren zu

einer Abfiltration von Wasser und niedrigmolekularen Substanzen in das

Interstitium. Makromoleküle können aus den Lymphkapillaren nicht

heraustreten und werden somit in der Lymphe konzentriert. Dies hat in der

Diastole zur Folge, dass durch den erhöhten intralymphatischen onkotischen

Druck Flüssigkeit aus dem Interstitium angesaugt wird, welche weitere

Makromoleküle mit sich reißt.

Die Propulsion der Lymphe im Herzen erfolgt durch mehrere zusammen-

wirkende Mechanismen (15):

• Herzaktion: Während der Systole besteht an den Ventrikelwänden ein

Druckgefälle vom Endokard zum Epikard hin. Dadurch kommt es zu einer

Lymphströmung vom subendokardialen Plexus in Richtung des subepikardialen

Plexus. Zusätzlich werden durch die Herzmuskelkontraktion die Lymphgefäße

komprimiert und mit Hilfe der Lymphklappen ein unidirektionaler Fluß in

Richtung der großen abführenden Gefäße gebildet.

• Hydrostatischer Druck: Trotz Herzstillstand wird der kardiale Lymphfluß

vorübergehend aufrechterhalten. Dies spricht für die ständige kapilläre

Filtration, die den hydrostatischen Gewebedruck und somit auch den

Lymphfluß aufrechterhält.

• Eigenkontraktilität/Klappen: Die größeren epikardialen Lymphgefäße

enthalten glatte Muskulatur und zahlreiche Lymphklappen. Das muskuläre

Gefäßsegment zwischen zwei Klappen fungiert als Druck-Saug-Pumpe und

ermöglicht eine Propulsion der Lymphe ausschließlich von peripher nach

zentral.

• Atmung: Während der Atmung wird infolge der intrathorakalen

Druckschwankungen der Lymphfluß zu den mediastinalen Lymphkollektoren

zusätzlich gefördert (14).

Der basale kardiale Lymphfluß beträgt am narkotisierten Hund ca 3,2 ml/h was

ein Volumen von 76 ml/die ergibt (68;69). Er korreliert weder mit dem Körper-

noch mit dem Herzgewicht des Tieres. Der Fluß ist kontinuierlich und nicht

pulsatil und ist unabhängig von der Herzfrequenz (70;71).

Durch ihre unmittelbare anatomische Nähe zum interstitiellen Raum des

Einführung 13

Herzens reflektiert der kardiale Lymphfluß die Veränderungen im Kapillarbett

und Interstitium des Myokards spezifisch. Volumen- und Druckbelastung des

Herzens führen, durch Erhöhung des kapillären hydrostatischen Druckes und

der Permeabiltät, zu einer Steigerung der Flüssigkeitsfiltration ins Interstitium

und somit konsekutiv zu einer erhöhten lymphatischen Drainage durch das

kardiale Lymphsystem. Am Herz- Lungen- Präparat nach Starling (12) wurde

gezeigt, dass Epinephrine den arteriellen Druck und somit den Lymphfluß

steigert. Eine Volumenbelastung des Kreislaufsystems durch die Gabe von

Ringerlösung fördert die Bildung und den Fluß der kardialen Lymphe ebenso.

Niedrige arterielle Drücke durch Sodiumnitratapplikation, sowie erniedrigte

linksventrikuläre Drücke (LV dp/dt) wie z.B. durch Volumenverluste, mindern

naturgemäß den Fluß.

Im Tierexperiment beobachtete man nach linksventrikulärer Druckbelastung

(72), wie z.B. durch experimentell induzierte Aortenstenose oder intravenöse

Norepinephrineapplikation, einen Anstieg der arteriellen diastolischen Drücke

um 30 mmHg und dadurch eine Steigerung des kardialen Lymphflußes um

60% des Kontrollwertes. Angiotensin II erhöhte im selben Versuchsansatz die

Flußrate auf 100%, welches aus der Kombination einer Erhöhung der

Kapillardrücke und kapillären Permeabiltät resultiert. Tierexperimentell

induzierter arterieller Hochdruck durch Nierenarterienstenose steigert die

Lymphflußrate auf ein Dreifaches ihres Ausgangswertes (73).

Endothelschädigung durch experimentelle Anoxie oder Hypoxie mit erniedrigten

Beatmungsraten und pO2-Werten von unter 40 mmHg führen aufgrund einer

erhöhten Herzarbeit zu einem Anstieg der kapillären Permeabiltät und Austritt

von Flüssigkeit ins Interstitium mit konsekutiver Erhöhung der Lymphflußrate

(69;74;75). Gleichermaßen steigt nach akuter myokardialer Infarzierung zwei

Stunden nach Ligation der Koronararterien (Ramus circumflexus, RIVA) der

kardiale Lymphfluß um 53% an (71;76;77).

Nach partieller oder totaler Obstruktion des Sinus Coronarius und Ligierung der

großen kardialen Venen, wurde stauungsbedingt eine Erhöhung des

interstitiellen Flüssigkeitsvolumens mit myokardialem Ödem und

Perikardergüssen beobachtet (51;78). Die Flüssigkeitsüberflutung des

Interstitiums, und somit das myokardiale Ödem, kann durch eine maximale

Steigerung der Drainagekapazität des kardialen Lymphsystems bis auf das 6-

Einführung 14

fache der Normwerte nur teilweise kompensiert werden (49;50;79). Durch

intravenöse Administration von Hyaluronidase, einem Enzym, welches sowohl

die Gewebedurchlässigkeit, als auch die Diffusion der interstitiellen Flüssigkeit

verstärkt, kommt es zu einer gesteigerten Bildung von Lymphflüssigkeit. Dies

führt am ischämischen Herzen zu einer vermehrten Drainage des myokardialen

Ödems über die Lymphgefäße ins Interstitium und korreliert zugleich mit einer

Verminderung des infarzierten Areals im Myokard (80). Ähnliche Ergebnisse

sind in Studien zu der lymphagogen und angioprotektiven Substanz CLS2210

beschrieben worden (81;82).

1.3.3 Komposition der Lymphe Das kardiale Lymphsystem ist primär ein Drainagesystem des Interstitiums und

somit die Lymphe ein Produkt der interstitiellen Flüssigkeit des Myokards.

Obwohl die Lymphe nicht dieselbe Zusammensetzung wie die

Gewebsflüssigkeit besitzt, stellt sie jedoch aufgrund ihrer direkten

anatomischen Nachbarschaft die am nächsten liegende Stufe dar (14).

Trotzdem wird Blut aus dem Sinus Coronarius noch heutzutage häufig als

Indikator des Zustandes im Herzmuskel angesehen. Ein wesentlicher Vorteil

der kardialen Lymphe gegenüber dem Blut aus dem Sinus Coronarius, ist die

weitaus niedrigere Verdünnung der zusammensetzenden Substanzen. Dies

erklärt sich aus dem niedrigen kardialen Lymphfluß (ca. 3 ml/h) im Vergleich zu

dem hohen Blutfluß in den Koronarien (100 ml/min). Durch den geringen

Verdünnungsgrad der Lymphe können schon kleinste myokardiale

Veränderungen erfaßt werden (71;83). Aus diesem Grunde reflektiert die

Zusammensetzung der kardialen Lymphe die metabolischen und

physiologischen Verhältnisse des interstitiellen Gewebes am gesunden oder

erkrankten Herzen sensitiver als Blut aus dem Sinus Coronarius (74;84).

Die Komposition der Lymphe besteht einerseits aus den abfiltrierten

Substanzen der Blutkapillaren und anderseits aus den Stoffwechselprodukten

der myokardialen Zellen, welche ins Interstitium abgegeben werden. Daher

besteht die kardiale Lymphe aus einer Zusammensetzung von Proteinen,

Elektrolyten, Enzymen, korpuskulären Teilchen und weiteren Substanzen aus

dem Interstitium.

Einführung 15

Komposition der kardialen Lymphe unter normalen Bedingungen:

• Proteine: Aus den Blutkapillaren des Herzens werden unter normalen

Bedingungen konstant große Mengen an Proteinen abfiltriert (85). Dieses

„Kapillarleck“ führt zu einem Verlust von Proteinen in das Interstitium, welche

durch das lymphatische System dem Körperkreislauf wieder zugeführt werden.

Somit wird das Milieu interior des Interstitiums beibehalten. Die

Gesamtproteinmenge der kardialen Lymphe beim Hund beträgt 3.92 g% (68).

Sie ist niedriger als die Proteinkonzentration im Blutplasma. Der

Albumin/Globulin Quotient ist in der Lymphe höher als im Blut (69).

• Elektrolyte: Die Chlor- und Natriumionenkonzentrationen sind in der

Lymphe höher als im Sinus Coronarius Blut, während zugleich niedrigere

Kaliumionenkonzentrationen vorliegen. Dies spricht für selektive Permeabilität

der Zellmembran für Natrium- und Kaliumionen. Durch die Aktivität der Na/K-

Pumpe werden die Natriumionen vermehrt extrazellulär und die Kaliumionen

hauptsächlich intrazellulär gehalten (69).

• pH-Milieu und Laktat: Beim narkotisierten Hund mit einem Luft/ Sauerstoff

Beatmungsgemisch liegt der pH der kardialen Lymphe bei alkalischen Werten

von 8.0 oder höher. Diese Werte liegen weitaus mehr im alkalischen Bereich

als die des koronarvenösen Blutes. Die Laktatkonzentration liegt in der

Lymphflüssigkeit bei 21.5 mg% (69).

• Enzyme: Unter normalen Bedingungen ist die Aktivität der Enzyme in der

kardialen Lymphe um ein 5-10 faches höher als im arteriellen und

koronarvenösen Blut. Dies wurde für die Aktivitäten der Kreatinphosphokinase

(CK), die Laktatdehydrogenase (LDH) mit ihren Isoenzymen, GPT und GOT

nachgewiesen (70;76).

• Korpuskuläre Teilchen: Alle korpuskulären Bestandteile der Lymphe

müssen aus dem Blutkapillarbett in das Interstitium gelangen. Deswegen

beeinflußt die kapilläre Permeabilität in hohem Maße die Anzahl der Zellen in

der Lymphflüssigkeit. Beim narkotisierten Hund beträgt die Anzahl der

Erythrozyten ca. 0.02-0.01x106 (76).

• Lipoproteine: Die kardiale Lymphe von Schweinen beinhaltet HDL und LDL

Lipoproteine. VLDL- Banden werden nicht nachgewiesen (86). Die LDL sind die

Hauptcarrier für Cholesterol. Das Verhältniss LDL/HDL beträgt ca. 1,2. Die

Cholesterol-Konzentration ist in der Lymphe niedriger als im Blutplasma mit

Einführung 16

einem Verhältniss von CL:CP=0,62. Der kardialen Lymphe kann durch die

Abdrainierung der Lipoproteine eine protektive Funktion hinsichtlich

atherosklerotischer Veränderungen zugesprochen werden.

Komposition der kardialen Lymphe unter ischämischen Bedingungen: Nach Okklusion des Ramus Circumflexus der linken Koronararterie und somit

Induktion eines akut ischämischen Zustandes des Myokards, wird ein pH-Abfall

und ein starker Anstieg des Laktatspiegels in der kardialen Lymphe beobachtet.

Diese Veränderungen spiegeln den Zustand des Interstitiums im ischämischen

Myokard wieder. Der Anstieg der Erythrozytenzahl und der

Proteinkonzentration in der Lymphe weisen auf eine erhöhte, durch Schädigung

bedingte, Permeabilität der Blutkapillaren hin. Erhöhungen von Kalium, CK und

saurer Phosphatase weisen auf eine Zellschädigung und erhöhte

Zellmembrandurchlässigkeit. Signifikante Aktivitätssteigerungen in der kardialen

Lymphe sind für die Enzyme GOT, LDH und CK schon nach 1-2 Stunden nach

Herzninfarkt nachweisbar. In dem koronarvenösen Blut kamen diese nach 2-6

Stunden mit weitaus niedrigeren Aktivitätssteigerung zum Vorschein (76).

Dadurch ist die kardiale Lymphe für die Messung der myokardialen

Veränderungen nach akutem Infarkt dem koronarvenösen Blut überlegen und

spiegelt den aktuellen Zustand des Interstitiums sensitiver wider.

Komposition der kardialen Lymphe während des EKK: Das Potential der kardialen Lymphe als Indikator des „milieu interior“ des

Herzens während EKK ist tierexperimentell ausgenutzt worden (87). Die

Aortenabklemmung führt sowohl unter normothermen als auch unter

hypothermen Bedingungen während des EKK zu einer starken Verminderung

des lymphatischen Flusses. Nach Wiedereröffnung der Aorta kommt es zu

einem 2-3 fachen Anstieg des Lymphflusses, der den Beweis für eine erhöhte

Kapillarpermeabilität mit Myokardödem nach Ischämie liefert. Zusätzlich kommt

es in dieser Phase zu einer Beimischung von roten Blutkörperchen in die sonst

zellarme, klare Lymphflüssigkeit, was die Schädigung der Endothelzellschicht

des Koronarkapillarbettes während des EKK unterstreicht. Der Laktatanstieg

mit konsekutivem pH-Abfall in der Lymphe, vor allem unter normothermen

Bedingungen, ist ein Indikator für den anaeroben Metabolismus des Myokards

Einführung 17

und die Schädigung desselben durch den EKK, die durch die Blutproben des

Sinus Coronarius in diesem Ausmass nicht nachweisbar ist.

2 Der extrakorporale Kreislauf 2.1 Historisches Die Entwicklung und der erstmalige erfolgreiche Einsatz des extrakorporalen

Kreislaufes durch Gibbon im Jahre 1953 (93) bei einem Patienten mit

Vorhofseptumdefekt eröffnete eine neue Aera in der Herzchirurgie. Durch die

nunmehr mechanische Aufrechterhaltung der Körperperfusion und

Körperoxygenierung wurde es dem Herzchirurgen ermöglicht intrakardiale

Eingriffe am offenen Herzen durchzuführen.

Ein wesentlicher Schritt für die Chirurgie kongenitaler Herzvitien stellte die

Einführung der Körperhypothermie zunächst durch Oberflächenabkühlung, oder

später mittels eines Wärmeaustauschers, und ihr erstmaliger klinischer

Gebrauch beim Verschluss eines Vorhofseptumdefektes 1953 durch Lewis (93)

und Taufic dar. Indem die Hypothermie eine Flußreduktion bzw. einen totalen

Kreislaufstillstand mit einem blutfreien Zugang zu intrakardialen Strukturen

ermöglichte, konnten bei Kleinkindern, Säuglingen und bald auch bei

Neugeborenen korrigierende Herzoperationen durchgeführt werden. Während

der letzten 40 Jahren wurden die einzelnen Teile der HLM weiterentwickelt und

wesentlich in Hinblick auf Biokompatibilität der Oberflächen und die Größe und

Art der Oxygenatoren verbessert.

2.2 EKK und myokardiale Schädigung Der vorübergehende maschinelle Ersatz der Herz- und Lungenfunktion durch

den EKK, der für die Korrektur von erworbenen und angeborenen Herzfehlern

notwendig ist, verursacht eine systemische entzündliche Reaktion mit

konsekutiver myokardialer Schädigung. Dies schließt neben einer Aktivierung

des Komplementsystems (88), der Fibrinolyse und des Kallikreinsystems (89)

eine Leukozytenaktivierung (90) und Zytokinsynthese und -freisetzung (91) ein.

Die während des EKK freigesetzten proinflammatorischen Mediatoren

beeinflussen die postoperative Morbidität und Mortalität in hohem Maße

(88;92). Innerhalb des Herzens wird diese entzündliche Reaktion durch die

Myokardischämie und anschliessende Reperfusion (reperfusion injury), die

Einführung 18

während des Einsatzes der Herz- Lungenmaschine stattfindet, verstärkt

(88;91). Die Gründe der Induzierung der systemischen Entzündungsreaktion

mittels EKK sind neben dem operativen Trauma vorallem in den

unphysiologischen Extrembedingungen, die den EKK charakterisieren, wie

Ausschluß der Lungenperfusion, abnorme Fluß- und Temperaturbedingungen,

Ischämie und Reperfusion und dem Kontakt zwischen Blut und

Fremdkörperöberflachen, zu suchen.

Die perioperative myokardiale Schädigung (PMS) während Operationen unter

Einsatz des EKK ist seit langem bekannt (93) und wird in der neueren Literatur

in bis zu 70% der Fälle beschrieben. Sie betrifft Kinder und Erwachsene in

gleichem Maße (94-96). Der kardioplegische Herzstillstand während des

kardiopulmonalen Bypasses induziert die Bildung eines myokardialen Ödems

durch Schädigung der Endothelzellen im Kapillarbett und der Steigerung der

käpillaren Permeabilität durch die Freisetzung von inflammatorischen Zytokinen

wie TNF-α (97). Weitere unphysiologische Faktoren, wie die Unterbrechung

des kardialen lymphatischen Abflußes beim Herzstillstand und die

Verabreichung einer großen Menge an kardioplegischer Lösung, fördern die

Bildung des Myokardödems (98). Die Flüssigkeitsakkumulation führt wiederum

zu einer erhöhten Sauerstoffdiffusionstrecke im reperfundierten Myokard und

kann eine Ischämie der Myozyten auslösen (99). Sowohl die PMS, als auch die

myokardiale Ödembildung, beeinträchtigen wesentlich die postoperative

kardiale Funktion. Sie führen zu niedrigeren kardialen Auswurfsleistungen, die

kreislaufunterstützende Maßnahmen wie die Katecholamingabe, die Plazierung

von intraaortalen Ballonpumpen (IABP) und den Einbau von Kunstherzen (heart

assist devices) benötigen (100). Neuere Studien zeigen, dass trotz modernerer

Methoden zur myokardialen Protektion, wie die Einführung der warmen

Blutkardioplegie (94), eine PMS in über der Hälfte der Patienten und in bis zu

7% der Fälle transmurale Infarzierungen auftreten können (96). Die Prognose

dieser Patienten wird durch das Ausmaß der myokardialen Schädigung

determiniert. Obwohl die normotherme systemische Perfusion mit

konventioneller kalter kardioplegischer Myokardprotektion, im Gegensatz zur

hypothermen Perfusion mit einer besseren postoperativen Kreislauffunktion

und geringerem intraoperativen Blutverlust einhergeht (101-103), scheint die

hohe Körpertemperatur während der Operation die systemische

Einführung 19

Entzündungsreaktion nach kardiopulmonalem Bypass zu potenzieren (104).

Hierdurch kommt es nach Operationen in Normothermie zu einer Steigerung

der kapillären Permeabilität mit Ausbildung eines myokardialen Ödems (98) ,

Senkung des peripheren Gefäßwiderstandes und einem erhöhten Verbrauch

an kreislaufunterstützenden Medikamenten (101). Die systemische

Körperperfusion unter hypothermen Bedingungen hat einen protektiven

Mechanismus auf das Herz. Die Abkühlung der Zellen führt zu einer

Verlangsamung der metabolischen Stoffwechselvorgänge und erhält die

myokardialen Energiereserven durch einen geringeren Verbrauch an

hochenergetischen Phosphaten (ATP) (105). Unklar jedoch ist, ob das Myokard

nach Operationen in moderater oder tiefer Hypothermie eine geringere PMS

aufweist. Die Erkennung und Quantifizierung des Schweregrades der PMS

basiert heutzutage noch hauptsächlich auf konventionellen Methoden wie dem

Elektrokardiogramm (EKG), der Echokardiographie und Bestimmung der

kardialen Herzenzyme wie der CK-MB (106;107). Erst kürzlich wurden TnT und

cTnI als zuverlässige Marker zur Evaluierung der PMS nachgewiesen

(108;109).

2.3 Das kardiale Troponin I (cTnI) Biochemische Marker sind heutzutage wichtige Indikatoren zur

Diagnostizierung von myokardialen Schädigungen nach Myokardinfarkten,

Herzoperationen oder Herztraumen. Eines der 3 Hauptkriterien der WHO zur

Diagnose eines Herzinfarktes ist der zeitliche Verlauf der Werte dieser

biochemischen Marker (110). Myoglobin, das MB-Isoenzym der Kreatininkinase

(CK-MB) und die Isoenzyme der Lactatdehydrogenase (LDH) sind, trotz ihrer

nicht exklusiven myokardialen Herkunft, noch heute die klassischen Marker zur

Quantifizierung von Myokardschädigungen (111). Diesen Proteinen fehlt es an

kardialer Spezifität, da sie nicht nur im Myokard, sondern auch in größeren

Mengen in der Skelettmuskulatur vorhanden sind. Patienten mit erhöhten

Gesamt-CK Werten aufgrund operativer Eingriffe oder Skelettmuskel-

verletzungen zeigen ebenfalls einen Anstieg der CK-MB (112;113). Bei

Patienten mit chronischen Skelettmuskelerkrankungen und bei 5% aller

Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz (114) werden erhöhte CK-MB und

gesamt-CK Werte beobachtet. Aufgrund der niedrigen kardialen Spezifität der

Einführung 20

CK-MB und der niedrigen Sensitivität des CK-MB-Prozentanteiles an der

gesamt CK, ist die Unterscheidung, ob ein erhöhter CK-MB Wert nun durch

myokardialer Schädigung oder durch Skelettmuskelschädigung bedingt ist,

erschwert (115;116). Troponin I bildet mit Troponin C und T den

Troponinkomplex. Der Komplex reguliert die Calcium-abhängigen Interaktionen

der Myosin und Aktin Filamente in der quergestreiften Muskulatur, d.h. die Kraft

der Muskelkontraktion. Troponin C (TnC; MG=18Kd) ist die Calcium-bindende

Untereinheit, während Troponin T (TnT; MG=42Kd) das bindende Element

zwischen Myosin und dem Troponinkomplex darstellt. Die Troponin I (TnI;

MG:18/23Kd) Untereinheit hat eine inhibierende Funktion für die Actin- und

Myosinfilamente in Abwesenheit von Calciumionen (117). Diese Untereinheiten

sind Produkte von verschiedenen Genen und besitzen somit unterschiedliche

Proteinstrukturen (118). Jede dieser Untereinheiten besitzen darüberhinaus in

den verschiedenen Geweben multiple Genloci, die verschiedene Isoformen

exprimieren. TnC besitzt eine herz- und eine muskelspezifische Form, die in

ihrer Aminosäuresequenz identisch sind. Für TnT sind zwei herz- und bis zu

fünfzehn muskelspezifische Isoformen bekannt (117). Dagegen gibt es nur zwei

muskelspezifische (sTnI; MG=18Kd) und eine myokardspezifische Isoform für

TnI (cTnI). Aufgrund ihrer verschiedenen Gene unterscheidet sich das cTnI von

den sTnI in ca. 40 % der Aminosäurensequenz (119) und hat 31 zusätzliche

Aminosäuren am N-terminalen Ende, welche die Möglichkeit der Erkennung

durch monoklonale Antikörper geben (120). cTnI wird weder in der

Entwicklungsphase, noch nach Trauma oder chronischen Myopathien in der

Sklelettmuskulatur produziert (121). Im Gegensatz zu CK-MB ist es

hochspezifisch für das myokardiale Gewebe, ist nicht nachweisbar beim

gesunden Menschen, und Erhöhungen enstehen nur nach myokardialer

Schädigung (115;116). Zusätzlich korreliert die Höhe der cTnI Freisetzung nach

myokardialem Infarkt signifikant mit dem histologischen Ausmaß der

Infarktgröße (122). Das cTnI erfüllt alle 3 Kriterien des idealen kardialen

Marker:

1. Es besitzt ein niedriges Molekulargewicht, welches dazu führt, dass cTnI

schon in 4-8 Stunden nach myokardialer Schädigung im Blutkreislauf

nachweisbar ist (123)

2. Es besitzt fast 100% kardiale Spezifität (124)

Einführung 21

3. Eine langandauernde Erhöhung im Kreislauf von 7-10 Tagen, welche im

Gegensatz zu CK-MB die Diagnose einer myokardialen Schädigung noch

Tage nach dem Geschehen ermöglicht (120).

Als diagnostischer Marker der myokardialen Schädigungen, die perioperativ

durch Herzoperationen oder Herzinfarzierungen (96) ausgelöst werden, und

auch zur Erkennung von akuten Myokardinfarkten (96;125) ist cTnI in Hinblick

auf Spezifität, Sensitiviät und dem zeitlich längerem Nachweisintervall, dem

Standardmarker CK-MB, Myoglobin und LDH überlegen. Dies etablierte cTnI in

den letzten Jahren bei der Diagnostizierung und Evaluierung der PMS nach

Herzoperationen an Kindern und Erwachsenen (95;96;101;108;122).

Zielsetzung 22

III Zielsetzung

Ziel dieser Arbeit war, die durch den Einsatz des EKK herbeigeführten

myokardialen Schäden unter Einfluss verschiedener Körpertemperatur-

bedingungen zu analysieren. Hierzu wurden der kardiale Lymphfluß und cTnI

Werte der kardialen Lymphe, des arteriellen und koronarvenösen Blutes

miteinander verglichen.

Es sollen folgende Fragen beantwortet werden:

1. Wie ist das kardiale lymphatische System des Schweines aufgebaut?

Kann die von Dr. J.F. Vazquez-Jimenez entwickelte Inklusiontechnik zur

Kanülierung der kardialen efferenten Hauptgefässe und Sammlung von

Lymphe erfolgreich angewendet werden?

2. Wie ausgeprägt ist die Myokardzellschädigung nach Einsatz des EKK,

ausgedrückt durch den kardialen Lymphfluß und die perioperative

Freisetzung des kardiospezifischen Markers cTnI in der kardialen Lymphe,

dem koronarvenösen und arteriellen Blut?

3. Ist das Ausmaß der myokardialen Zellschädigung von der systemischen

Perfusiontemperatur durch die Herz-Lungen-Maschine abhängig?

4. Ist die kardiale Lymphe zur Beurteilung der zellulären und biochemischen

Verhältnisse im Myokard ein spezifischeres und sensitiveres Medium als

arterielles oder koronarvenöses Blut?

5. Korreliert das cTnI-Freisetzungsprofil der kardialen Lymphe mit dem im

Sinus Coronarius und im arteriellen Blut?

Methodik 23

IV Methodik

1 Tierexperimentelle Untersuchung Die tierexperimentellen Untersuchungen wurden am Institut für

Versuchtierkunde der Medizinischen Fakultät, RWTH Aachen (Direktor: Univ.-

Prof. Dr. W. Küpper), in enger Kooperation mit der Tierschutzbeauftragten der

Abteilung und unter strenger Beachtung der einschlägigen Vorschriften des

Tierschutzgesetzes durchgeführt. Die veterinärmedizinische Kontrolle und

Beratung bei Versuchsplanung, Tierhaltung und Versuchsdurchführung war

hierdurch gewährleistet. Die Genehmigung der Tierschutzkommission gemäß §8

des Tierschutzgesetzes liegt vor.

1.1 Wahl des Tiermodells In den letzten 20 Jahren etablierte sich, besonders zur anatomischen und

physiologischen Studie des kardialen lymphatischen Systems, das

Hundemodell zum goldenen Standard (14). Ihr lymphatisches System ist gut

erforscht, die Kanülierungstechnik der lymphatischen Gefäße ist standardisiert

und weit verbreitet. Leider existiert beim Koronarsystem des Hundes eine

starke Vernetzung über ausgebildete Kollateralkreisläufe, welche eine akute

myokardiale Ischämie kompensieren können (130). Konsekutiv können

lymphatische Studien während Ischämie am Hund anders ausfallen als am

Menschen. Lymphatische Proben werden am Hund durch Kanülierung des

gemeinsamen efferenten kardialen Lymphkollektors (EKL) gewonnen, der in

den kardialen Lymphknoten nach „Drinker“ drainiert. Anatomische Studien am

Hund zeigten, dass aufgrund von Verbindungen zum prätrachealen

Lymphknoten eine Kontamination von seitens der pulmonalen Lymphe in 81%

der Fälle existiert (131). Dies schränkt die Aussagefähigkeit der interpretierten

Daten aus den lymphatischen Studien am Hund stark ein.

Das Schwein ist ein gut dokumentiertes Tiermodell in der experimentellen

Herzchirurgie (126). Aufgrund der starken Ähnlichkeit des Herzens und der

großen Gefäße zwischen Schwein und Mensch (127) ist es für die Forschung

von kardiovaskulären Erkrankungen sehr wertvoll (128). Die Koronaranatomie

des Schweineherzens mit überwiegend funktionellen Endarterien (127) und

beidseitigen Versorgungstypen (129) ist vergleichbar mit dem des

Methodik 24

menschlichen Herzens. Allerdings muß man am Schweinemodell die erhöhte

Tendenz zu Komplikationen wie ventrikuläre Tachykardien und spontanes

Kammerflimmern bei der Manipulation des Herzens, maligne Hyperthermien

(132) und pulmonale Hypertension in der Postperfusionszeit nach

kardiopulmonaren Bypass (133) berücksichtigen. Diese Komplikationen können

vollständig vermieden werden, indem keine Halothan Narkoseeinleitung

gebraucht wird und man eine nicht streßanfällige Schweinerasse wie die

„Deutsche Landrasse“ als Tiermodell wählt (134;135).

1.2 Randomisierung der Tiere Siebzig (70) reinrassige, streßresistente, weibliche, drei bis vier Monate alte

Schweine der „Deutschen Landrasse“ mit einem mittleren Körpergewicht von

39,7±3,6 kg wurden ausgewählt. Bei Anlieferung der Schweine wurde eine

veterinärmedizinische Eingangsuntersuchung durchgeführt um sichtbare

Anomalien und Transportschäden auszuschließen. Die anatomische Studie des kardialen lymphatischen Systems wurde an 70

Schweinen durchgeführt. Bei allen Schweinen wurde eine Anfärbung des

kardialen lymphatischen Systems vorgenommen. Bei 59 von 70 Schweinen

versuchten wir den efferenten kardialen lymphatischen Kollektor (EKL) zu

kanülieren. Von diesen wurden 21 Versuchstiere randomisiert einer der

folgenden Gruppen zugeordnet:

GRUPPE ANZAHL (n) OPERATIONSTEMPERATUR

1 6 Normothermie 37°C

2 8 Moderate Hypothermie 28°C

3 7 Tiefe Hypothermie 20°C

Tabelle II: Randomisierung des Tierkollektivs (n=21)

Methodik 25

2 Versuchsdurchführung 2.1 Anästhesiologisches Vorgehen Die Prämedikation erfolgte an allen Schweinen mit Atropin 1% (0,03 mg/kg

i.m.), Azaperon (4 mg/kg i.m.) und Ketamin (4 mg/kg i.m.). Nach endotrachealer

Intubation wurde jedes Tier mit einem Tidal Volumen von 15 ml/kg

Körpergewicht durch einen Servo A Ventilator (Siemens-Elema, Solna,

Schweden) maschinell beatmet. Es wurde ein Luft/Gas Gemisch (50-60%)

zugeführt und eine Atemfrequenz von 15-18/min eingestellt. Zur Narkose-

führung wurden zusätzlich mindestens alle 45 Minuten intravenöse Boluse von

Pentobarbital (5 mg/kg) und Ketamin (1 mg/kg) appliziert. Um eine ausreichende

Tiefe der Narkose zu gewährleisten, wurden bei Anzeichen von Blutdruck- und

Herzfrequenzanstieg weitere Pentobarbital und Ketamingaben in Form von

Bolusen verabreicht. Zur perioperativen Überwachung des Herzrythmus und

Frequenz waren alle Tiere an ein Siracust 404 EKG Monitor angeschlossen

(Siemens, USA). Die Urinausscheidung wurde mittels eines Tiemann-

Ballonkatheters und eines Urometers dokumentiert. Der Flüssigkeitsersatz

erfolgte mit Ringer-Lactat, Glucose 5% je nach Bedarf, sowie einer

Elektrolytsubstitution.

2.2 Operatives Vorgehen Der Aufbau des Experimentes erfolgte im tierexperimentellen Operationssaal

unter sterilen Bedingungen. Die rechte A. carotis interna und V. jugularis

interna wurden vor Sternotomie zur Bestimmung des mittleren arteriellen (MAP)

und zentralvenösen Druckes (ZVD) katheterisiert . Nach Sternotomie und

während des kardiopulmonalen Bypasses wurden die Katheter zu Messung des

pulmonal-arteriellen (PAP) und linksatrialen (LAP) Druckes unter Sicht plaziert.

Zusätzlich wurde für die sequentielle perioperative Messung der

koronarvenösen cTnI-Konzentrationen ein Katheter in den Sinus Coronarius

gelegt. Direkt nach Sternotomie und Eröffnung des Perikardbeutels erfolgte die

Lymphgefäßdarstellung und Kanulation wie in 4.3.1. besprochen.

EKK und myokardiale Protektion: Sobald eine ausreichende Antikoagulation

nach Heparinapplikation (300 IU/kg i.v.; B.Braun, Melsungen AG, Melsungen,

Deutschland) bestand, wurde mit der Umschlingung der Aorta ascendens, der

Vena cava superior (SVC) und deren Kanülierung sowie dem Anschluß an die

Methodik 26

Herz-Lungen-Maschine (HLM) fortgefahren. Die Kanülierung der Aorta erfolgte

mit einer 18 French-Perfusionkanüle (Argyle THI, Brunswick Company,

St.Louis, USA) und die der SVC mit einer 24 French-Spiralkanüle (V900-176;

Stöckert Instrumente GmbH, München, Deutschland). Der EKK wurde mit nur

einer venösen Kanüle begonnen. Die Perfusion wurde durch eine Stöckert

Rollenpumpe (Stöckert Instrumente GmbH, München, Deutschland)

aufrechterhalten. Das offene extrakorporale Kreislaufsystem bestand aus

einem Kapillarmembranoxygenator (Dideco D-4000/Kindperfusion, Italien),

einem Kardiotomy Auffangbehälter (Dideco D 754, Italien) unter Herzniveau,

einem Wärmeaustauscher und einem HLM-Set (Größe:3/8 inch; PVC-

Schläuche Medos Medizintechnik GmbH, Stolberg, Aachen) für Kinder mit

Anschluß für eine arterielle, zwei venöse Kannülen, zwei Kardiotomy Sauger

und einer Kanüle zur Linksherzdrainage. Zusätzlich wurde ein Blutfilter (Dideco

D733/ Micro, Italien) mit einer Porengröße von 40 µm an die arteriellen Linie

des Schlauchsystems eingefügt. Vor Einleitung des EKK wurde die HLM mit

einem Maschinenfüllvolumen (priming volume) von 1000 ml kristalloider Ringer-

Lösung (Delta Pharma GmbH, Pfullingen, Germany), 8,4%

Natriumhydrogencarbonat (Delta Pharma GmbH, Pfullingen, Germany), 20%

Mannit-Lösung und Heparin (1IE auf 1ml Lösung; B.Braun, Melsungen AG,

Melsungen, Germany) aufgefüllt. Durch das „priming“-Volumen entstand eine

Hämodilution mit Erniedrigung des Hämatokrits auf Werte von ca. 20-25%. An

der EKK angeschloßen, erfolgte dann die Kanülierung der unteren Hohlvene

mit einer 28 French-Spiralkanüle (V122-28; Stöckert Instrumente GmbH,

München, Deutschland). Die Kerntemperatur wurde vor Aortenabklemmung je

nach Versuchsgruppe über den Wärmeaustauscher der HLM in einem

Zeitraum von 30 Minuten auf tiefe Hypothermie (20°C; Gruppe 3), milde

Hypothermie (28°C; Gruppe 2) gekühlt oder bei Normothermie (37°C; Gruppe

1) beibehalten und über eine Temperatursonde im distalen Ösophagus und

Rektum kontrolliert. In Gruppe 1 wurde der systemische Blutfluß durch die HLM

auf 2,7 L/min/m², in Gruppe 2 und 3 auf 1,6 und 1,3 L/min/² eingestellt. Nach

dreißig minütigem EKK und Erreichen der vorgegebenen Kerntemperatur

wurde die Aorta abgeklemmt und der kardioplegische Herzstillstand durch die

Infundierung von 1000 ml eisgekühlter (4°C) Kardioplegielösung (Custodiol;

Dr.F.Köhler, Chemie GmbH, Alsbach-Hähnlein, Deutschland) nach

Methodik 27

„Brettschneider“ in die Aortenwurzel herbeigeführt. Zur Entlastung des linken

Ventrikels während der Reperfusionszeit plazierten wir eine Linksherzdrainage

über die rechte obere Pumonalvene in den linken Ventrikel. Nach 60 minütiger

Ischamiezeit eröffneten wir die Aorta und es folgte die Wiedererwärmung über

den Wärmeaustauscher für einen Zeitraum von 30 Minuten. Nach Erreichen

einer Kerntemperatur von 37° entwöhnten wir die Tiere schrittweise von der

HLM. Dann folgte die Entfernung der Kanülen und 10 Minuten nach

Beendigung des EKK die Aufhebung der Antikoagulation durch 1:1

Protaminsulfatgabe (Protamin 1000 Roche 5ml, Hoffman-La Roche AG,

Germany). Zuletzt wurden temporäre Schrittmacherdrähte und

Thoraxdrainagen angebracht.

EKK-Handhabung: Ösophagus- und Bluttemperatur wurden kontinuierlich

gemessen. In der Kühlungs- bzw. Aufwärmphase wurde darauf geachtet, dass

die Temperaturdifferenz kleiner als 10°C blieb, um die Bildung von

Gasbläßchen im Kreislauf zu verhindern. Der mittlere arterielle Druck wurde

während HLM auf 40-60 mmHG eingestellt. Während des EKK wurde die ACT

(activated clotting time) halbstündlich kontrolliert und bei Bedarf durch

Heparingabe auf einem Wert von über 450 Sekunden gehalten. Die Stimulation

der Nierenfunktion mittels Osmofundin wurde individuell gehandhabt. Die

Oxygenierung erfolgte über den Kapillarmembranoxygenator mit einem

Sauerstoffpartialdruck von 200-250 mmHG. Als Kontrollgröße galt die venöse

Sauerstoffsättigung mit Werten von 40-60%.

Das operative Vorgehen entspricht dem durchschnittlichen Vorgehen und

zeitlichem Verlauf einer Operation unter Einsatz der EKZ im Kindesalter.

2.3 Postoperative Überwachung Unter Narkose wurde die Beatmung für sechs Stunden nach Operation

beibehalten. Postoperatives Monitoring erfolgte kontinuierlich und beinhaltete

die Messung der Herzfrequenz, des Herzrhythmus, der transkutanen

Sauerstoffsättigung (SpO2), des arteriellen Mitteldruckes (MAP), des

zentralvenösen Druckes (ZVD), des linksatrialen Druckes (LAP), des pulmonal-

arteriellen Druckes (PAP) und der ösophagealen Temperatur. Die

Lungenfunktion wurde über stündliche Blutgasanalysen (pO2, pCO2,

Sauerstoffsättigung, pH, BE) geprüft und die Beatmungsparameter registriert.

Methodik 28

Stündlich erfolgte auch die Messung der Nierenaussscheidung und des

Elektrolythaushaltes. Um stabile hämodynamische Verhältnisse postoperativ

aufrechtzuerhalten wurden bei sinkenden ZVD und LAP unter 10 mmHG eine

Flüssigkeitssubstitution je nach Bedarf vorgenommen. Bei Senkung des MAP

unter Werte von 60 mmHG wurden positiv inotrope Substanzen appliziert

(Dopamin). Zusätzliche Sedierung und Analgesie (Ketamin/ Pentobarbital)

wurden nach Indikation gegeben. Der Exitus der vollnarkotisierten Tiere erfolgte

nach genau 6 Stunden post-EKK durch intravenöse Gabe von KCL und einer

Überdosis an Pentobarbital.

3 Probengewinnung und Verarbeitung 3.1 Lymphentnahmetechnik Die folgende Lymphentnahmetechnik wurde von Dr. J.F. Vazquez-Jimenez

entwickelt und wird zum Verständnis der Arbeit kurz aufgeführt.

Nach medianer Sternotomie und Inzision des Perikardbeutels wurde am

schlagenden Herzen mit der Lymphgefäßdarstellung des Herzens fortgefahren.

Dazu wurden 0,1-0,5 ml der lymphotropen 0,5% Evans-Blau-Farbstofflösung

(bioMerieux sa., Marcy l’Etoile, France) epikardial entlang der Haupt-

koronarstämme des rechten und linken Ventrikels sowie des rechten Vorhofes

injiziert. Hierfür wurde eine Insulinspritze (1ml Luer, B.Braun, Melsungen AG,

Melsungen, Germany) mit einer 20G kurzer Nadel verwendet (Foto 1). Nach

erfolgreicher Blaufärbung der epikardialen Lymphgefäße wurde der EKL

zwischen Aorta ascendens und SVC aufgesucht. Es folgte die Umschlingung

der Aorta und der SVC um das Operationsfeld durch Zug zu vergrößern. Bei

der Umschlingung der SVC mußte darauf geachtet werden, dass der Kollektor

nicht beschädigt wird. Der EKL wurde nun mit einer 4-0 Ligatur (Ethicon) an

seinem distalen Ende vor Anschluß am CLN umschlungen und ligiert. Dies

hatte zur Folge das der Kollektor durch den Lymphstau um 10-50% des Aus-

gangskalibers anschwoll und ein Diameter von 0,5-0,8 mm erreichte. Das nun

größere Gefäß wurde vorsichtig auf die maximal mögliche Länge freipräpariert.

Methodik 29

Foto 1: Darstellung der epikardialen Lymphgefäße nach Injektion von Evans-Blau.

Pfeil: Anfärbung des AVS neben dem R. interventricularis anterior (RIVA).

Es erfolgte die Vorbereitung der Lymphkanüle. Dazu wurde ein 18G Cavafix-

Certo-Basilica Katheter (∅0,5/0.8mm; B.Braun, Melsungen AG, Melsungen,

Deutschland) auf eine Länge von ca. 15 cm gekürzt. Die distalen 8 cm des

Katheters wurden mit einer durchsichtigen Klebefolie (Opsite, TJ

Smith&Nephew, England) umhüllt, um einen 2 cm breiten Rand auf beiden

Seiten der Kanüle zu bekommen (Foto 2). Dieser wurde zur späteren Fixation

und Stabilisation an das Perikard und Epikard benötigt.

Foto 2: Fertigstellung des 18G Cavafix-Certo-Basilica Katheters zur Kanülierung des

EKL.

Methodik 30

Abbildung I: Schematische Darstellung der Kanulation des EKL. SVC: Vena cava

superior; Lymph: efferente kardiale Lymphkollektor; Cat: Katheter

Foto 3: Kanülierung des EKL

Der Katheter wurde mit Heparin gespült. Eine 6-0 Prolene Ligatur wurde am

distalen Ende des freien lymphatischen Kollektors, 3 mm proximal der 4-0

Ligatur, plaziert. Nun wurde der EKL zwischen den beiden Ligaturen

durchtrennt und der 6-0 Prolene Faden vom distalen Ende durch den Cavafix

Katheter gezogen. Unter leichter Spannung der Prolene-Ligatur wurde die

Lymphkanüle vorsichtig über den EKL geführt bis dieser komplett innerhalb der

Kanüle lag (Abbildung I.1; Foto 3). Der Katheter konnte nun mit zwei 6-0

Prolene - Nähten durch den Klebefolienrand an das Perikard und die Adventitia

Methodik 31

Foto 4: Eröffnung des EKL durch Zug an der distalen Ligatur des Gefäßes.

der SVC fixiert werden. Dabei sollte die Kanüle sehr weich an die

anatomischen Strukturen angepaßt werden. Der EKL wurde weiterhin unter

Spannung gehalten um eine Dislokation des Gefäßes in der Kanüle und vor

allem ein Abknicken an der Katheterspitze zu verhindern. Das Ende des

Konnektors des Cavafix-Katheters wurde nun aus den Thorax gelegt und an

der Haut fixiert. Als nächstes wurde mit Hilfe einer Gefäßpinzette das

Lymphgefäß in der Kanüle in seiner Position fixiert, um dann die 6-0 Prolene-

Ligatur abzureißen.

Dabei brach das distale, ligierte Ende des Gefäßes mit der Ligatur ab und

konnte aus dem Katheter gezogen werden. Spontan füllte sich der Katheter mit

Lymphe (Abbildung I.2/3; Foto 4). Eine kurze Verlängerung (∅1.2×2.2 mm;

30cm; B.Braun, Melsungen AG, Melsungen, Deutschland) wurde am

Konnektor-Ende der Lymphkanüle außerhalb des Thorax angebracht und das

freie Ende der Verlängerung unter Thoraxniveau gelegt, um durch die

Gravitationskraft die Lymphdrainage zu erhöhen.

Zur Freipräparierung des EKL wurde stets eine Lupenbrille benutzt.

Methodik 32

3.2 Lymph- und Blutentnahmeprotokoll Die Lymphflüssigkeitsproben wurden in skalierten 9 ml EDTA-Röhrchen

(Sarstedt S-Monovette, Sarstedt, Germany) gesammelt, und die gesammelte

Menge zur Berechnung des lymphatischen Flußes wurde aufgezeichnet. Es

folgte die sofortige Zentrifugation für 10 Minuten der Proben bei 3000 U/min.

Den Überstand dekantierten wir in ein neues Röhrchen und lagerten diese bei

−70°C bis zur späteren Parameterdetermination. Blutproben wurden seriell

intra- und postoperativ von dem intrakardialen Katheter des Sinus Coronarius

und der arteriellen Linie des EKK in 2.7 ml EDTA-Röhrchen (Sarstedt S-

Monovette, Sarstedt, Germany) gesammelt. Die Zentrifugation und Lagerung

erfolgte wie bei den Lymphproben. Dabei wurde darauf geachtet, dass keine

Kontamination mit zellulären Bestandteilen im Röhrchen erfolgte, um keine

Verfälschung durch zelluläre Zytokin-Produktion zu erhalten.

Die serielle Probengewinnung der kardialen Lymphe und des arteriellen und

koronarvenösen Blutes wurde nach dem folgenden Entnahmeprotokoll

ausgeführt:

Nr Zeitpunkt Lymphe SC-Blut Art.-Blut

2 Prä-AoX/ EKK-Beginn ×× ×× ××

4 Post-AoX/ Reperfusion ×× ×× ××

6 2h post AoX ×× ×× ××

8 4h post AoX ×× ×× ∅

10 6h post AoX ×× ×× ××

Tabelle III: Entnahmeprotokoll für die Lymphe und dem arteriellen (Art.) und

koronarvenösen (SC) Blut; AoX: Aortenaklemmung.

3.3 Bestimmung des kardialen Troponin I (cTnI) Die Bestimmung des kardialen Troponin I wurde im Laboratorium des „Service

d’Immunologie des Hôspitaux Universitaires Saint-Pierre et Brugmann“ Direktor

Prof. Dr. J.Duchateau, Freie Universität Brüssel, Brüssel, Belgien durchgeführt.

CTnI wurde in den seriellen Blutserum- und Lymphflüssigkeitsproben mit dem

kommerziell erhältlichen Stratus II zweiseitigem sandwich-immunoassay

Methodik 33

(Stratus cTnI, Dade Diagnostika, Munich, Germany) quantitativ bestimmt.

Dieser Assay benutzt zwei monoklonale Antikörper, die spezifisch für den

kardialen Isotypen des Troponin I sind und zwei verschieden Epitope am cTnI-

Molekül erkennen.

Prinzip: Die zu messende Probe wird auf eine Fiberglasplatte pipettiert, welche

mit dem ersten monoklonalen Antikörper beschichtet ist (feste Phase). Hier wird

das existierende cTnI nach einer kurzen Inkubationszeit fest gebunden. Nun

wird das Konjugat mit dem zweiten monoklonalen Antikörper, der an seinem

Fab-Fragment mit dem Enzym alkalische Phosphatase markiert ist,

hinzugefügt. Das gebundene cTnI reagiert mit dem markierten Antikörper.

Durch Hinzugabe des Substrates (Wash V) wird die enzymatische Reaktion

initiert. Die enzymatische Aktivität wird mittels Fluoroskopie bestimmt und ist

proportional zur Probenkonzentration des cTnI.

Der Assay ist durch den Stratus Analyzer automatisiert. Eine Bestimmung

dauert 10 Minuten. Die minimale messbare Konzentration beträgt 0.35 ng/ml.

Die Reproduzierbarkeitsrate der Ergebnisse liegt bei >90%.

4 Statistik

Alle Ergebnisse sind als Mittelwert ± Standardfehler des Mittelwertes

(MW±SEM) bzw. Standardabweichung (SD) angegeben. Für die nicht normal

verteilten Daten wurden nicht-parametrische Tests angewandt. Der Wilcoxon

Test wurde für die Analyse innerhalb einer Gruppe benutzt und der Kruskal-

Wallis Test für den Vergleich zwischen den unterschiedlichen Gruppen. Die

Korrelationen der verschiedenen Parameter wurden mit Hilfe des Pearson-

Korrelationskoeffizienten untersucht. Dabei galten p-Werte <0,05 als signifikant

und <0,01 als hochsignifikant.

Alle Daten wurden mit Hilfe eines kommerziell erhältlichen Statistikprogrammes

(SPSS PC Version 9.0, SPSS Inc. Chicago,Illinois, USA) nach eingehender

Beratung durch einen Diplom-Mathematiker aus dem Institut fur Medizinische

Informatik und Biometrie der RWTH-Aachen bearbeitet.

Ergebnisse 34

V Ergebnisse

1 Das kardiale Lymphsystem des Schweines 1.1 Anatomieverteilung und Kanülierung Ein dichtes Netzwerk von subepikardialen Lymphkapillaren wurde nach

Farbstoffinjektion in die beiden Ventrikel und den rechten Vorhof sofort

sichtbar. Diese sammelten sich in drei konstant vorhandenen epikardialen

Lymphgefäßen, dem AVS, PVS und LMS, entlang der entsprechenden

Koronararterien (RIVA; RIVP; RMS), um dort die beiden koronaren

Hauptstämme zu formieren. Der RCS zog im Sulcus atrioventricularis

zusammen mit der Arteria coronaria dexter in Richtung Herzbasis, wo er über

das rechte Vorhofdach hinter die Aortenwurzel gelang und dort in einen

konstant angelegten prätrachealen Lymphknoten (PLN) drainiert. Der LCS

verlief, bedeckt vom linken Herzohr, hinter den Truncus pulmonalis wo auch er

in den PLN mündete.

Es existierten 3 verschiedene anatomische Varianten der mediastinalen,

abführenden Lymphgefäße: 1.1.1 Rechtstyp (Abbildung II): Bei 36

von 70 Schweinen (51,4%) entsprang

ein einziger, großkalibriger EKL (ca. 0,6-

0,8 mm) aus dem PLN. Dieser bekam

ausschließlich Zufluß aus dem RCS und

LCS. Der EKL verlief dann auf einer 3-4

cm langen Strecke auf der dorsalen

Seite der oberen Hohlvene (ad loco

typico). Von hier drainierte er in den

CLN, der konstant zwischen der SVC

und der Trachea lokalisiert war. Der

CLN fand über kleinere Gefäße

Anschluß an die rechte Vena subclavia

in Höhe des rechten Venenwinkels. Der

Prozentsatz, bei dem der EKL erfolgreich Abbildung II: Rechtstyp kanüliert werden konnte, betrug 71% (22/31).

Ergebnisse 35

1.1.2 Intermediärtyp (Abbildung III): Bei 28 von 70 Schweinen (40%) war

kein gemeinsamer EKL aufzufinden. Die

Lymphdrainage erfolgte bei diesem

Typen via 2 bis 3 kleinen

Lymphgefäßen (ca. 0,2-0,5 mm) die in

der Tiefe zwischen dem rechten

Vorhofdach der obereren Hohlvene und

der Aorta ascendens lokalisiert waren.

Diese entsprangen auch alle aus dem

PLN. Von dort fanden sie Anschluß an

den CLN um ebenfalls in den rechten

Angulus Venosus zu drainieren. Bei 11

von 22 Schweinen (50%) konnte eines

der Lymphgefäße kanüliert werden. Abbildung III: Intermediärtyp

1.1.3 Linkstyp (Abbildung IV): Bei 6

von 70 Schweinen (8,6%) fand sich erst

nach Eröffnung der linken Pleura ein

angefärbeter, großkalibriger Lymph-

kollektor (ca. 1- 1,5 mm). Dieser war

über der linken Pulmonalarterie

lokalisiert und entsprang aus dem

ebenfalls blaugefärbten PLN. Nach

einem kranialen Verlauf im hinteren

Mediastinum entlang der Trachea,

drainierte er in den Ductus thoracicus

und von dort in die linke Vena

subclavia. Dieser Lymphkollektor konnte

einmal (16,7%) erfolgreich punktiert

werden . Bei dieser Variante

konnte der CLN durch die Anfärbung der Abbildung IV: Linkstyp

Lymphgefäße nicht dargestellt werden.

Ergebnisse 36

Insgesamt konnte bei 34 von 59 Schweinen (57,6%) der EKL erfolgreich

kanüliert werden (Tab IV). Bei allen 3 Typen war eine pulmonale

Lymphkontamination durch Verbindungsgefäße nicht sichtbar.

Anatomietyp Rechtstyp Linkstyp Intermediärtyp Gesamt

Anzahl (n) 36 6 28 70

in Prozent 51,4% 8,6% 40% 100%

Kanülierung 22/31 1/6 11/22 34/59

in Prozent 71% 16,7% 50% 57,6%

Tabelle IV: Anatomieverteilung und Kanülierungserfolg des EKL (n=70).

2 Der extrakorporale Kreislauf (EKK) 2.1 Tierkollektiv Die Basisdaten der Tiere in den 3 verschieden Gruppen sind in Tabelle V

aufgeführt. Die EKK-Zeit betrug 120 Minuten mit einer Ischämiezeit von 60

Minuten. Die Gruppe 1 wurde unter Normothermie (37°C), Gruppe 2 bzw. 3

unter moderater bzw. tiefer Hyperthermie (28°C vs. 20°C) operiert. Das

Körpergewicht lag im Mittel bei 39,4±3,6 kg und der berechnete BSA-Wert bei

1,05±0,07 m².

Parameter Gruppe 1 Gruppe 2 Gruppe 3

Anzahl (n=21) 6 8 7

Kerntemperatur (°C) 37° 28° 20°

Gewicht 40,0±3,3 38,5±2,9 40,1±5,0

BSA (m2)* 1.09±0,06 1,04±0,05 1,05±0,09

120 120 120

60 60 60

EKK-Zeit (min)

- Aortenabklemmzeit

- Reperfusionszeit 30 30 30

Tabelle V: Basisdaten der 3 Gruppen des Tierkollektivs (n=21); Datenangabe als

Mittelwert±Standardabweichung (MW±SD); *BSA= body surface area; aus dem

Normogramm nach DuBois errechnet.

Ergebnisse 37

2.2 Hämodynamische Grunddaten Die hämodynamischen Grunddaten zu den verschiedenen Zeitpunkten in den

drei Gruppen sind in der Tabelle I des Anhanges detailliert dargestellt.

In allen Gruppen kam es nach Beendingung des EKK zu einer signifikanten

Erhöhung (p<0,05) der arteriellen Mitteldrücke (MAP). Die zentralvenösen

(ZVD), linksatrialen (LAP) und pulmonalen (PAP) Druck-, sowie die

Herzfrequenzmessungen (HF) ergaben keine signifikanten Unterschiede

zwischen den Gruppen. In Gruppe 1 war die Katecholamin Unterstützung

(Dopamin) 4 Stunden postoperativ signifikant höher als in den anderen beiden

Gruppen (5,37±2,35 µg/kg/ml vs. 0,83±0,83 µg/kg/ml Gruppe 2, p<0,018;

2,24±1,45 µg/kg/ml Gruppe 3, p<0,048). Gruppe 1 und 3 verbrauchten

postoperativ die höchste Menge an Dopamin (50,12 µg/kg/ml vs 45,79

µg/kg/ml) im Gegensatz zu Gruppe 2, bei der die geringste Menge verabreicht

wurde (14,07 µg/kg/ml).

2.3 Der kardiale Lymphfluß während des EKK 2.3.1 Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen Der kardiale Lymphfluß wurde nach Kanülierung des EKL durch skalierte

EDTA-Sammelröhrchen bei 21 Schweinen, die randomisiert einer der 3

Temperaturgruppen (Gruppe 1: n=6; Gruppe 2: n=8; Gruppe 3 n: 7) zuge-

ordnet wurden, gemessen (Abbildung V).

Gruppe 1; 37°(n=6): Der Lymphfluß betrug zu Beginn des Experiments

5,12±1,33 ml/h und verringerte sich geringfügig bei Initiation des

kardiopulmonalen Bypasses. Nach Abklemmung der Aorta und 60 minütigen

kardioplegischem Herzstillstand fiel der kardiale Lymphfluß signifikant auf

0,56±0,22 ml/h (p<0,05). Bis zu diesem Zeitpunkt stellte sich die

Lymphflüssigkeit klar ohne Zeichen einer Rotverfärbung im Sinne einer

Blutbeimischung dar. Sofort nach Beendigung der Ischämie und Eröffnung der

Aortenklemme und dem Wiedereintritt der normalen Herzaktion stieg der

Lymphfluß signifikant während der Reperfusionphase auf 5,3±1,93 ml/h

(p<0,05) um in der ersten Stunde postoperativ sein Maximum von 8,14±2,22

ml/h zu erreichen. In der zweiten bis fünften postoperativen Stunde pendelte

sich der Fluß bei 7 ml/h ein, um in der sechsten Stunde auf die präoperativen

Werte von 4,48±2,25 ml/h zu sinken. Die Lymphflüssigkeit verfärbte sich sofort

Ergebnisse 38

nach Aorteneröffnung rot an und verblasste dann wieder bis ans Ende des

Experimentes zunehmend.

Gruppe 2; 28°(n=8): In dieser Gruppe bestand zu Beginn des Experimentes

der niedrigste Lymphfluß mit 1,5±0,36 ml/h. Während des Herzstillstandes sank

der Lymphfluß auch in dieser Gruppe signifikant auf 0,46±0,15 ml/h (p<0,05)

ab. Nach Wiedereröffnung der Aortenklemme und Eintritt der Herzaktion kam

es zu einem erhöhten Fluß von 2,65±0,65 ml/h (p<0,05) der seine maximalen

Werte in der zweiten und fünften Stunde postoperativ erreichte. Die

Blutbeimischung der Lymphflüssigkeit begann auch hier erst in der

Reperfusionphase der Operation und hielt bis zur sechsten Stunde

postoperativ, dann aber weniger intensiv, an.

Gruppe 3; 20°(n=7): Die kardiale Lymphproduktion, vor Beginn des

kardiopulmonalen Bypass, betrug 3,46±1,18 ml/h. Wie erwartet sank dieser

signifikant während des Herzstillstandes auf 0,28±0,05 ml/h ab und erreichte

sofort nach Wiedereröffnung der Aorta seinen maximalen Wert von 8±2 ml/h

(p<0,05). Nach der dritten Stunde post-AoX sank die Lymphproduktionsrate

bedeutend (4,9±1,24 ml/h; p<0,05) und betrug am Ende des Experimentes

4,69±1,05 ml/h. Auch in dieser Gruppe wurde nach Wiedereintritt der

Herzaktion in der Reperfusionsphase eine starke Rotverfärbung der Lymphe

beobachtet, die bis zum Ende des Versuches bestehen blieb.

2.3.1.1 Vergleich der Temperaturgruppen Der Mittelwert der basalen Lymphproduktion der drei Gruppen lag vor Beginn

des EKK bei 3,37±0,69 ml/h (Abbildung V). Ein Unterschied bestand zwischen

der Gruppe 1 und der Gruppe 2 (5,12±1,33 vs. 1,5±0,36 ml/h; p<0,05). Nach

Einleitung des kardiopulmonalen Bypasses kam es in Gruppe 1 und 3 zu einer

geringeren Erniedrigung der Lymphflußraten (p<0,05). Nach dem

kardioplegischen Herzstillstand verhielten sich alle drei Gruppen gleich mit

einem signifikanten Abfall des Lymphflußes (0,42±0,08 ml/h). Bei allen drei

Gruppen steigerte sich der Lymphfluß nach Eröffnung der Aortenklemme

signifikant (p<0,05), wobei dieser bei Gruppe 2 über 75% und bei Gruppe 3

über 230% in bezug auf die präoperativen Werte zulegte. In Gruppe 1 und 3

war die postoperative Lymphproduktionsrate in den folgenden sechs

postoperativen Stunden ähnlich und um einen Faktor von 2-3 höher als in

Ergebnisse 39

0

2

4

6

8

10

12

Kontr Ini AoX Rep 1h 2h 3h 4h 5h 6h

LF (m

l/h)

Gruppe 1 37° Gruppe 2 28° Gruppe 3 20°

§ # &

&

Signifikanz (p< 0.05):1) innerhalb der Gruppen: Gruppe 1 = § Gruppe 2 = # Gruppe 3 = &

2) zwischen den Gruppen: Gruppe 1-2 = % Gruppe 1-3 = ß Gruppe 2-3 = +%

%

ß

+

Verfärbung der Lymphflüssigkeit

§ # &

Gruppe 2. Signifikante Unterschiede waren zwischen Gruppe 1 und 2 in der

ersten postoperativen Stunde (8,14±2,19 ml/h vs. 3,18±0,8 ml/h; p<0,05) und

zwischen Gruppe 2 und 3 in der zweiten postoperativen Stunde (2,70±0,85 ml/h

vs. 7,78±1,85 ml/h; p<0,05) zu beobachten. In allen drei Gruppen tendierte die

Lymphflußmenge gegen Ende des Experimentes in Richtung der Kontrollwerte

vor Einleitung des EKK. Die Rotverfärbung der kardialen Lymphe, die bis zur

Aortenabklemmung optisch klar war, stellte sich verstärkt in allen Gruppen nach

Aorteneröffnung dar und verwusch sich nach der vierten bis zur sechsten

Stunde postoperativ zunehmend.

Abbildung V: Lymphfluß: Abhängigkeit von der Temperatur des EKK (MW±SEM).

2.3.2 Abhängigkeit vom Anatomietyp An 23 Schweinen wurde unabhängig von den Temperaturbedingungen

während der EKK der kardiale Lymphfluß der 3 unterschiedlichen

Anatomiegruppen des kardialen lymphatischen Systems (siehe 1.1) gemessen

und miteinander verglichen (Abbildung VI).

Rechtstyp-Gruppe : Bei 15 Schweinen wurde ein nach rechts drainierender

EKL kanüliert. Der präoperative Kontrollwert der Lymphproduktionsrate betrug

3,42±0,79 ml/h und sank nach Initiation des kardiopulmonalen Bypasses leicht

Ergebnisse 40

auf 2,95±0,39 ml/h. Den niedrigsten Wert erreichte der Lymphfluß während des

kardioplegischen Herzstillstandes wo er hochsignifikant auf 0,62±0,15 ml/h

(p<0,01) abfiel, um nach Eröffnung der Aorta sein Maximum von 6,75±1,19

ml/h (p<0,01) zu erreichen. In den folgenden zwei postoperativen Stunden

verblieb der Fluß auf Werten über 6 ml/h und sank dann ab der dritten

postoperativen Stunde (4,6±0,78 ml/h; p<0,05) bis zum Ende des Experimentes

in Richtung des präoperativen Kontrollwertes.

Intermediärtyp-Gruppe : Der Kontrollwert in dieser Gruppe (n=8) lag bei

3,84±1,39 ml/h. Sowohl bei Beginn des kardiopulmonalen Bypass (1,87±0,46

ml/h; p<0,05), als auch nach Aortenabklemmung (0,37±0,17 ml/h; p<0,05) kam

es zu einer signifikanten Reduktion der Lymphflußrate. Diese stieg nach

Wiedereintritt der Herzaktion und in der ersten postoperativen Stunde, wo sich

ein maximaler Fluß von 4,69±1,01 ml/h (p<0,05) einstellte. In der zweiten

postoperativen Stunde kam es zu einer signifikanten Senkung der

Lymphproduktionsrate (3,08±0,77 ml/h, p<0,05) die sich in den folgenden vier

Stunden, im Vergleich zu den präoperativen Werten, auf niedrigerem Niveau

bewegten.

Linkstyp-Gruppe : Bei dieser Gruppe konnte nur ein Schwein erfolgreich

kanüliert werden. Es wurde präoperativ eine Lymphflußrate von 3 ml/h

gemessen, die sich nach Aortenabklemmung um ca. 50% auf 1,4 ml/h

erniedrigte. Auffällig hoch waren die postoperativen Werte mit einem

maximalen Fluß von 19,2 ml/h (zweite postoperative Stunde). Die extrem hohe

Lymphproduktion des Herzens blieb bis ans Ende des Experimentes bestehen.

Hier wurden 9 ml/h gemessen.

2.3.2.1 Vergleich der Anatomietypen Zwischen den unterschiedlichen Anatomietypen konnte kein signifikanter

Unterschied der Lymphflußrate festgestellt werden. Es konnte jedoch

beobachtet werden , dass, obwohl die präoperativen Kontrollwerte nicht

wesentlich voneinander divergierten (Rechtstyp: 3,43±0,79 ml/h vs.

Intermediärtyp: 3,84±1,39 ml/h), die postoperative Lymphproduktion in der

Rechtstypgruppe fast um das zweifache höher lag als in der

Intermediärtypgruppe. Die maximalen Werte stellten sich in der

Rechtstypgruppe in der Reperfusionsphase und in der Intermediärtypgruppe

Ergebnisse 41

§

§

§

#

#

#

#

#

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Kontr Ini AoX Rep 1h 2h 3h 4h 5h 6h

ml/h

Rechtstyp Intermediärtyp

Signifikanz p<0,05:§= Rechtstypgruppe#= Intermediärtypgruppe

während der ersten postoperativen Stunde ein (6,75±1,19 ml/h vs. 4,6±1,01

ml/h). Bei beiden Gruppen fiel ab der zweiten bis dritten postoperativen Stunde

die Lymphflußrate ab und passte sich den präoperativen Kontrollwerten an.

In der Linkstypgruppe kann aufgrund der geringen Anzahl (n=1) nur ein Trend

festgelegt werden. Präoperativ und bis zur Reperfusionsphase zeigten sich

keine wesentlichen Lymphflußunterschiede im Vergleich zu den beiden

anderen Anatomiegruppen. Auffällig war in der postoperativen

Überwachungsphase die extrem hohe Lymphproduktionrate, die in einer

Spannbreite von 14,6-19,2 ml/h lag und dann sechs Stunden postoperativ auf 9

ml/h abfiel. Dies entspricht einem um einen Faktor 4-6 erhöhten Lymphfluß

verglichen mit den anderen beiden Gruppen.

Abbildung VI: Lymphfluß: Abhängigkeit vom Anatomietyp (MW±SEM)

2.4 Korrelation des Lymphflußes mit den hämodynamischen Grunddaten In keiner Gruppe fand sich eine signifikante Korrelation zwischen dem

Lymphfluß und mittlerem arteriellen (MAP), zentralvenösem (ZVD), linksatrialen

(LAP) und pulmonalarteriellen (PAP) Druck. Ebenfalls korrelierte in keiner der

Ergebnisse 42

Gruppen der Lymphfluß zum Gewicht, der BSA und der Herzfrequenz (HF) und

der applizierten Katecholaminmenge.

2.5 Troponin I-Freisetzung während des EKK Kardiale Lymphe: Die Abbildung VII zeigt die Troponin I (cTnI) Freisetzung in

der kardialen Lymphe in den drei Temperaturgrupppen. Bei allen Tieren betrug

die mittlere TnI Konzentration nach Einleitung des EKK und vor Abklemmen

der Aorta 205 ± 38,6 ng/ml. Zu diesem Zeitpunkt wurde kein signifikanter

Abbildung VII: Troponin I Freisetzung in der kardialen Lymphe (MW±SEM)

Unterschied zwischen den Gruppen verzeichnet. In Gruppe 1 erhöhten sich die

cTnI-Werte nach Wiedereröffnung der Aorta und für die folgenden

postoperativen Stunden signifikant (p<0,05) und erreichten vier Stunden nach

Aorteneröffnung ihr Maximum (p=0,043 vs prä-AoX und Vorwert). Gruppe 2

zeigte auch zwei Stunden post-AoX eine Erhöhung des cTnI (1745±481 ng/ml;

p=0,043 vs prä AoX Werten; p=0,018 vs Vorwert), welches auch 4 Stunden

post-AoX sein Maximum erreichte. Die cTnI-Freisetzung in Gruppe 3 war

während der gesamten postoperativen Zeit signifikant höher als zu den prä-

AoX Werten und den jeweiligen Vorwerten (p<0,05). Die maximale cTnI-

Konzentration wurde sechs Stunden post-AoX mit 3311±538 ng/ml gemessen.

In der gesamten postoperativen Zeit zeigte die normothermische Gruppe eine

0

1500

3000

4500

6000

7500

9000

10500

12000

prä-AoX post-AoX 2h 4h 6h

Trop

onin

I (n

g/m

l)

Gruppe 1

Gruppe 2

Gruppe 3

; p<0,05; + = zu prä-AoX; # = zum Vorwert;

; p<0,05; § = zu prä-AoX; $ = zum Vorwert;

; p<0,05; % = zu prä-AoX; & = zum Vorwert;

+ #

+ #+

§ $§% &

% &

% &%

Ergebnisse 43

0

5

10

15

20

25

30

35

40

prä-AoX post-AoX 2h 4h 6h

Trop

onin

I (n

g/m

l)

Gruppe 1

Gruppe 2

Gruppe 3

; p<0,05; + = zu prä-AoX; # = zum Vorwert;

; p<0,05; § = zu prä-AoX; $ = zum Vorwert;

; p<0,05; % = zu prä-AoX; & = zum Vorwert;

+ #§ $%&

+ #

% &

%

§ $

§ $

§ $

% &

3.5-4.5 fach höhere cTnI-Freisetzung als die beiden hypothermen Gruppen. Die

TnI-Konzentration ab der vierten Stunde war in Gruppe 3 höher als in Gruppe

2. Dennoch konnte kein signifikanter Unterschied zwischen diesen beiden

Gruppen beobachtet werden.

Sinus Coronarius: In allen Gruppen betrug die mittlere cTnI-Konzentration vor

Aortenabklemmung, ohne Unterschiede zwischen den Gruppen, 0,96±0.52

ng/ml (Abbildung VIII). Nach Wiedereröffnung der Aorta kam es in Gruppe 1 zu

einer signifikanten Steigerung der cTnI-Konzentration (4,86±1,64 ng/ml;

p=0,043). Die maximalen Werte in dieser Gruppe wurden zwei Stunden post-

AoX mit 27,7±18,9 ng/ml (p<0,043) verzeichnet.

Abbildung VIII: Troponin I Freisetzung im koronarvenösen Blut (MW±SEM).

In der moderat hypothermen Gruppe 2 kam es zu einer langsamen aber

signifikanten cTnI-Erhöhung post-AoX, die bis zur sechsten Stunde mit einem

maximalen Wert von 18,9±3,7 ng/ml anhielt (p=0,028 zu prä-AoX und Vorwert).

Ähnlich verhielt sich die cTnI-Freisetzung in Gruppe 3 mit dem höchsten Wert

sechs Stunden nach Wiedereröffnung der Aorta (25,1±6,9 ng/ml; p=0,028 vs

prä AoX und Vorwert). Die maximalen cTnI-Werte waren in Gruppe 1 und 3

zeitversetzt aber ähnlich hoch. Gruppe 2 zeigte während des gesamten

Experimentes die geringste TnI-Freisetzung. Statistisch signifikante

Ergebnisse 44

0

5

10

15

20

25

30

35

40

prä-AoX post-AoX 2h 4h 6h

Trop

onin

I (n

g/m

l)

Gruppe 1

Gruppe 2

Gruppe 3

; p<0,05; + = zu prä-AoX; # = zum Vorwert;

; p<0,05; § = zu prä-AoX; $ = zum Vorwert;

; p<0,05; % = zu prä-AoX; & = zum Vorwert;

+ #§ $%&

+ #

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§ $

§ $

% &

+ #

Unterschiede zwischen den Gruppen wurden nicht beobachtet.

Arterielles Blut: Die mittlere TnI-Konzentration nach Beginn des EKK betrug

bei allen Gruppen ohne signifikante Unterschiede 0,25±0,06 ng/ml (Abbildung

VI). Alle drei Gruppen zeigten nach Wiedereröffnung der Aorta und der zweiten

bzw. sechsten Stunden post-AoX eine langsame Steigerung der cTnI-Werte im

Vergleich zu den jeweiligen prä-AoX und Vorwerten (p<0,05). Die maximalen

Konzentrationen wurden sechs Stunden post-AoX gemessen. Die TnI-

Freisetzung in der normothermen Gruppe war, obwohl nicht statistisch

signifikant, höher als in den hypothermen Gruppen.

Abbildung VI: Troponin I Freisetzung im arteriellen Blut (MW±SEM).

2.5.1 Korrelation der TnI-Freisetzung Bei allen Tieren (n=21) korrelierten die lymphatischen cTnI-Werten direkt nach

Wiedereröffnung der Aorta, zwei und vier Stunden post AoX hochsignifikant mit

den Werten aus dem Sinus Coronarius (2h post-AoX: Pearson r=0,951;

p<0,000), sowie direkt nach Aorteneröffnung, zwei und sechs Stunden post-

AoX mit den gemessenen cTnI-Konzentrationen im arteriellen Blut (2h post-

AoX: Pr=0,922; p<0,000). Die cTnI-Freisetzung im Sinus Coronarius und dem

arteriellen Blut korrelierte ebenfalls, zum Teil hochsignifikant, zwei und sechs

Ergebnisse 45

Stunden post-AoX (2h post-AoX: Pr=0,990; p<0,000 und 6h post AoX:

Pr=0,930; p<0,000) zu allen Zeitpunkten nach Eröffnung der Aorta. Der kardiale

Lymphfluß zeigte eine positive Korrelation zwei Stunden post-AoX mit den

gemessen cTnI-Werten im Sinus Coronarius (Pr= 0,585; p<0,036) und

arteriellem Blut (Pr=0,550; p<0,042). Zu diesem Zeitpunkt kam es zusätzlich zu

einer hochsignifikanten Korrelation der cTnI-Werte in der kardialen Lymphe

(Pr=0,7; p=0,001), dem Sinus Coronarius (Pr=0,792; p=0,000) und dem

arteriellen Blut (Pr=0,817; p=0,000) mit der verabreichten Dopaminmenge.

Diskussion 46

VI Diskussion

1 Anatomie und Kanülierung des kardialen Lymphsystems

Obwohl das kardiale lymphatische System beim Schwein seit 1966 (19)

bekannt ist, wurde bis zum heutigen Zeitpunkt das Hundemodell als goldener

Standard für lymphatische Studien des Herzens vorgezogen (14). Das

wesentliche Problem bei lymphatischen Studien am Schweinemodell ist die

Kanulierung des gemeinsamen efferenten kardialen Lymphkollektors (EKL).

Aufgrund seiner anatomischen Lage hinter der Aorta ascendens, zwischen der

Aortenwurzel, dem linksatrialen Dach und der Einmündung der Vena cava

superior (SVC) in das rechte Atrium war eine stabile Kanülierung des EKL beim

Schwein selten erfolgreich. Hinzu kommt, dass der kleine Durchmesser des

Kollektors von ca. 0.3-0.5 mm eine Punktion mit den üblichen Kathetern, wie

sie beim Hund seit Jahrzehnten verwendet werden (12), schwierig macht.

Aufgrund dieser technischen Problematik wurde das Schweinmodell, obwohl es

ein etabliertes Modell für kardiovaskülare Forschung darstellt (127), für kardiale

lymphatische Studien nur einmal benutzt (86).

In unserer anatomischen Studie des kardialen lymphatischen Systems stellten

wir nach Anfärbung der kardialen Lymphgefäße mit Evans-Blau ein dichtes

subepikardiales Netzwerk im rechten Vorhof und Ventrikel sowie im linken

Ventrikel dar. Die 3 abführenden epikardialen Hauptgefäße des Herzens folgen

den Koronararterien. Der rechte Ventrikel wird über den rechten koronaren

Hauptlymphstamm (RCS), dem Verlauf der rechten Koronararterie zur

Herzbasis folgend, drainiert. Hinter dem Truncus pulmonalis fließt er direkt in

einen konstant vorhandenen linken prätrachealen Lymphknoten (PLN). In

einigen Fällen kommt es schon vor dem Truncus pulmonalis zu Verbindungen

mit dem linken koronaren Hauptstamm (LCS). Letzterer drainiert den linken

Ventrikel und das Herzseptum. Konstante großkalibrige Zuflüße bekommt der

LCS aus dem anterioren interventrikülaren Stamm (AVS), dem linken

marginalen Stamm (LMS) und posterioren interventrikulären Stamm (PVS), die

epikardial dem Verlauf der korrespondierenden Koronarseitenäste folgen. An

der Herzbasis verschwindet der LCS zwischen Truncus pulmonalis und linkem

Vorhofohr und findet Anschluß an den PLN. Die von uns beschriebenen

Diskussion 47

epikardialen Drainagewege der Hauptlymphstämme am Schwein decken sich

mit Studien am Hund (14;26) und Menschen (25;28;32). Julien et al fanden (86)

zwei anatomische Variationen der mediastinalen Drainagewege bei 25

Schweinen. Bei 15 von 35 Schweinen (67%) fand er einen gemeinsamen

efferenten kardialen Kollektor zwischen der Vena cava superior und Aorta.

Dieser entsprang aus dem PLN und fand Anschluß an den CLN, der hinter dem

Truncus brachiocephalicus lokalisiert war. Von dort drainierte die Lymphe über

kleinere Gefäße in den rechten Venenwinkel. Bei den anderen 5 Schweinen

(33%) fand sich kein gemeinsamer EKL, sondern 2-3 kleinere Gefäße mit

einem Durchmesser von 0,3-0,6 mm. In unserer Studie konnten wir 3

verschiedene anatomische Variationen beobachten. Bei 36 von 70 Tieren

(51,4%) fanden wir ebenfalls einen großkalibrigen EKL (0,6-0,8 mm) zwischen

Aorta und Vena cava superior, der über den CLN in den rechten Venewinkel

drainierte (Rechtstyp). Die Aufteilung des EKL in 2-3 kleinere efferente

Lymphgefäße konnten wir in 40% (28/70 Schweinen) der Fälle beobachten

(Intermediärtyp). Nach erfolgloser Suche an der typischen Stelle zwischen der

oberen Hohlvene und Aorta zeigte sich eine zusätzliche Variation in unserer

Versuchreihe bei 6 von 70 Schweinen (8,6%). Vom PLN ausgehend fand sich

ein großkalibriges Lymphgefäß (∅ 1-1,5 mm) das entlang der unteren

Pulmonalarterie in kranialer Richtung zum Ductus thoracicus und von dort in

den linken Venenwinkel drainierte (Linkstyp). Diese seltene Variante wurde

bisher in einigen Studien am Hund (29) und Menschen (28) beobachtet.

Beim Menschen ist trotz der bekannten kardialen Anatomie des lymphatischen

Systems (13) noch nie eine erfolgreiche Kanülierung beschrieben worden.

Drinker et al gelang 1940 (12) erstmalig die erfolgreiche Kanülierung des

kardialen Lymphsystems am Hund. Er entwickelte eine standardisierte Technik,

wobei er mit einer starren Glaskanüle (∅ 4 mm) den gemeinsamen kardialen

Lymphkollektor zwischen der oberen Hohlvene und dem Truncus

brachiocephalicus punktierte. Seitdem wurde diese Technik zur

Lymphflüssikeitsgewinnung am Hund in zahlreichen Studien benutzt. Die

Erfolgsrate der Kanülierung lag je nach Untersucher bei ca. 50% (14). Der

einzige Versuch den EKL am Schweinemodell zu kanülieren, erfolgte durch

Julien et al 1981 (86). Bei 4 Schweinen punktierte er mit einem feinen

Polyethylen-Katheter (∅ 0,3-0,6 mm) den EKL (∅ 0,3 mm-0,6 mm). Zu Beginn

Diskussion 48

unserer Studie übernahmen wir diese Punktionstechnik. Der Erfolg blieb jedoch

bei den ersten 7 Schweinen aus, da entweder die anatomische Lage des EKL

(4 Rechtstypen; 3 Intermediärtypen) die Punktion unmöglich machte oder die

starre Kanüle (20 GA; Medicate, Shrewd Medical, Toolmaker, Ireland) nach

Punktion des kleinkalibrigen EKL (0,2-0,6 mm) aus dem Gefäß dislozierte oder

dieses durch Perforation zerstörte. Aufgrund dieser Problematik entwickelte

Dr. med. J.F. Vazquez-Jimenez eine neue Kanulationstechnik, wobei der EKL

in einen gängigen Cavafix-Certo-Basilica Katheter (∅ 0,5/0,8 mm) inkludiert

wird. Dies hat den Vorteil, dass die Kanülierung des EKL aufgrund der

ausreichenden Länge und der weichen Konsistenz des Katheters bei allen

anatomischen Typen möglich war und einer Dislokation des Gefäßes durch

Fixation des Katheters an das umliegende Gewebe vorgebeugt werden konnte.

Eine Perforation des EKL war aufgrund der Inklusion ausgeschlossen. Bei dem

anatomischen Rechtstyp konnten 22 von 31 Schweinen (71%) erfolgreich

kanüliert werden. Wir benutzten aufgrund des größeren Durchmesser des EKL

(∅ 0,6-0,8 mm) stets den Cavafix-Certo-Basilica Katheter mit einem inneren

Durchmesser von 0,8 mm. Die hohe Erfolgsrate bei diesem anatomischen Typ

ist primär auf die günstige Position und die Länge des EKL zwischen oberer

Hohlvene und der Aorta ascendens zurückzuführen. Bei der anatomischen

Intermediärgruppe war die Kanülierung eines Lymphgefäßes wegen des

kleineren Durchmessers (∅ 0,2-0,5 mm) und der unzugänglichen

anatomischen Position in Höhe des rechten Vorhofdaches äußerst schwierig. In

50% der Fälle (11/22 Schweine) konnten wir das Lymphgefäß erfolgreich mit

einem kleineren Cavafix-Certo-Basilica Katheter (∅ 0,5 mm) kanülieren.

Dieser wurde dem im Durchmesser größeren Cavafix-Certo-Basilica Katheter

(∅ 0,8 mm) vorgezogen, um eine Dislokation des kleinen Lymphgefäßes zu

vermeiden. In der anatomischen Linkstypgruppe wurde wegen der Größe des

Lymphkollektors (∅ 1-1,5 mm) die konventionelle Punktionstechnik mit einer 20

GA Kanüle (Medicate, Shrewd Medical, Toolmaker, Ireland) bei 1 von 6

Schweinen (16,7%) erfolgreich angewandt. Insgesamt konnten wir in unserer

Studie bei 34 von 59 Schweinen den EKL kanülieren (56,7%). Die Erfolgsrate

nach Einführung der Inklusionstechnik lag bei 65,4% (34/52).

Eine besondere Bedeutung bei der Kanülierung und Sammlung der kardialen

Diskussion 49

Lymphe spielt der Ausschluß einer möglichen lymphatischen Kontamination

durch pulmonale Verbindungsgefäße. Die Annahme, dass die gesammelte

Lymphe rein kardialen Ursprungs ist, spielt bei der Interpretation der

gewonnenen Daten eine essentielle Rolle. Eine pulmonale Kontamination der

kardialen Lymphe würde konsekutiv zu einer Verfälschung aller erzielten

Ergebnisse führen. Leeds et al (136) konnte an Hunden eine pulmonale

Kontamination der kardialen Lymphe feststellen. Er bemerkte bei einer distalen

Punktion des EKL in Höhe des CLN einen signifikant höheren Lymphfluß als

bei einer proximalen herznahen Punktion (1,14±0,63 vs. 2,16±1,7 ml/h;

p<0,05). Dieser Unterschied wurde auf pulmonale Verbindungsgefäße vor dem

CLN zurückgeführt. Wir kanülierten den EKL stets proximal direkt an der

Herzbasis, so dass von distal vorhandenen pulmonalen Lymphzuflüßen keine

Beimischung entstand. Geissler et al zeigte in einer neueren Studie an Hunden,

dass in bis zu 81% der Fälle eine pulmonale Lymphbeimischung von bis zu

34% des Lymhflußes bei Kanülierung des EKL vorliegt (131). Um eine, bisher

am Schwein noch nicht bekannte, pulmonale Kontamination in unserer Studie

auszuschließen, wendeten wir zwei Untersuchungsmethoden an. Erstens

konnten wir nach Injektion von Evans-blau in alle Lungenlappen und in die

hiliären Lymphknoten keine Änfarbung des EKL oder CLN über pulmonale

Verbindungsgefäße feststellen. Zweitens ist bekannt, dass die Propulsion der

pulmonalen Lymphe von der respiratorischen Bewegung der Lungen abhängig

ist. Bei einer pulmonalen Lymphbeimischung des EKL würde einer Änderung

der Beatmungsparameter (Tidal-Volumen Erhöhung) über den Respirator beim

kardioplegischen Herzstillstand eine Erhöhung des Lymphflußes folgen (131).

Dies wurde in unserem Experiment nicht beobachtet. Durch den Ausschluß der

pulmonalen Lymphkontamination, die genaue anatomische Klassifizierung des

kardialen Lymphsystems und die neuentwickelte, standardisierte

Kanülierungstechnik des EKL mit einer zufriedenstellenden Erfolgsrate, zeigt

sich, dass das Schweinemodell für kardiale lymphatische Studien geeignet ist.

Diskussion 50

2 Der kardiale Lymphfluß während des EKK 2.1 Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen

Die extrakorporale Zirkulation mit kardioplegischem Herzstillstand führt sowohl

beim Menschen als auch im Tiermodell zu myokardialer Dysfunktion (137).

Diese Dysfunktion wird größtenteils auf die Bildung eines interstitiellen

myokardialen Ödems mit konsekutiver Beeinträchtigung der kardialen Funktion

zurückgeführt. Die Formation eines interstitiellen Ödems ist Ausdruck eines

Ungleichgewichtes zwischen erhöhter Flüssigkeitsfiltrationsrate über das

koronare Gefäßstrombett in Richtung Interstitium und des verminderten

Abtransportes dieser über die kardialen lymphatischen Drainagewege in der

frühen postoperativen Phase (98;138). Die erhöhte Filtrationsrate ins

myokardiale Interstitium entsteht durch den verminderten kolloidosmotischen

Druck aufgrund der isotonen kardioplegischen Lösung (98) und die erhöhte

kapilläre Permeabilität bedingt durch die hypoxische Endothelzellschädigung

nach Aortenabklemmung (74). In mehreren Studien am Hundemodell wurde

gezeigt, dass der myokardiale Lymphfluß hauptsächlich von der normalen

ventrikulären Kontraktion abhängig ist (74;139). Bei Verlust der normalen

rhythmischen Kontraktionsfähigkeit des Myokards durch Flimmern kommt es zu

einer starken Senkung der Lymphflußrate. Direkt nach Wiederherstellung des

physiologischen Herzrhythmus wird die akkumulierte Gewebsflüssigkeit durch

einen maximalen Anstieg der Lymphflußrate abdrainiert (75;140). Ähnlich

verhält es sich beim kardioplegischen Herzstillstand mit vollkommen

eingestellter ventrikulärer Kontraktion, wo eine signifikante Verminderung des

kardialen Lymphflußes und des daraus gemessenen Lymphflußdruckes

beobachtet werden konnte (98). Die fehlende Herzaktion und der damit

verminderte Abtransport der interstitiellen Flüssigkeit über das kardiale

lymphatische System sowie die damit verstärkte interstitielle Ödembildung

potenzieren somit ihre depressorische Wirkung auf die postoperative

Myokardfunktion.

Der basale kardiale Lymphfluß in allen Gruppen unserer Studie lag bei 3,4 ml/h

(0,7-8 ml/h). Dieses Ergebnis entspricht den gemessenen Mengen am

Hundemodell (3,2 ml/h) (14) und stellt ein tägliches Volumen von 71,4 ml dar,

welches vom myokardialem Interstitium über die Lymphgefäße drainiert wird.

Diskussion 51

Signifikante Unterschiede wurden zwischen den Gruppen 1 und 2 präoperativ

beobachtet (p<0,05). Da keine statistisch relevanten Unterschiede in allen drei

Gruppen zwischen Gewicht, BSA der Tiere und den präoperativen

hämodynamischen Grunddaten, wie Herzfrequenz und mittleren arteriellen

Druck, existierten, und diese bewiesenermaßen nicht positiv mit einer

Steigerung des Lymphflußes korrelieren (71;141), ist der Unterschied zwischen

den beiden Gruppen am ehesten durch Kontraktilitätsunterschiede des

Herzens oder durch einen unterschiedlichen, präoperativen zentralvenösen

Druck oder Füllungszustand der Tiere erklärbar (142).

Der Beginn des kardiopulmonalen Bypasses zeigte nur einen geringen

vermindernden Einfluß auf die kardiale Lymphflußrate. Es wurde keine

Verfärbung der klaren Lymphflüssigkeit durch Blut bis zu diesem Zeitpunkt

beobachtet. Dies korrespondiert auch mit Beobachtungen am Hund, wo die

Initiation des kardiopulmonalen Bypass sowie der Übergang zum totalen

Bypass zu keiner Veränderung der kardialen Lymphproduktion führte (87).

Nach Aortenabklemmung und Instillation der eisgekühlten, kardioplegischen

Lösung kam es in allen Gruppen zu einer signifikanten Senkung der

Lymphflußrate auf ca. 13% der Ausgangswerte (p<0,05). Durch das Wegfallen

der koordinierten Herzaktion und der Beatmung der Lungen während des

kardioplegischen Herzstillstandes kommt es zu einer geringen Propulsion der

kardialen Lymphe, die hauptsächlich auf den kapillären Filtrationsdruck und der

Eigenkontraktilität der Lymphkapillaren beruht. Nach Eröffnung der Aorta und

dem Wiedereintritt der normalen Herzaktion kam es in allen Gruppen zu einer

Steigerung der gemessenen Lymphflußrate (p<0,05). Im Vergleich zu den

präoperativen Werten kam es in Gruppe 2 zu einer 75%igen und in Gruppe 3

zu einer 230%igen Steigerung der Lymphflußraten. In der normo- und tief

hypothermen Gruppe (Gruppe 1 und 3) wurde kein Unterschied in der

Lymphdrainage beobachtet. Die postoperativen Lymphflußkurven der beiden

Gruppen ähnelten sich mit einer hohen Lymphproduktion in den ersten 5

Stunden, die progredient auf die präoperativen Kontrollwerte zurückfielen. In

der Gruppe 2 mit moderater Hypothermie wurden über die gesamte

postoperative Phase deutlich geringere Flußraten der kardialen Lymphe

gemessen, die im Vergleich zu den präoperativen Kontrollwerten nur

geringfügig erhöht waren. Ullal et al (87) beobachtet in der bis heute einzigen

Diskussion 52

Vergleichsstudie mit unterschiedlichen HLM-Temperaturgruppen am Hund,

dass es keinen Unterschied zwischen dem kardialen Lymphfluß während

normo- und moderater Hypothermie gibt. Eine Erklärung der widersprüchlichen

Ergebnisse mit unserer Studie kann im Versuchsaufbau gefunden werden. Wir

benutzten zur Erzielung des Herzstillstandes stets 1000 ml eisgekühlte (~4° C)

krystalloide kardioplegische Lösung und unsere totale Abklemmzeit betrug

exakt 60 Minuten. In Ullal‘s Studie wurde ein anoxischer Herzstillstand mit 15-

minütiger Abklemmzeit der Aorta herbeigeführt. Dieser führt zu einer stärkeren

Beeinträchtigung der postoperativen linksventrikulären Funktion (105). Es ist

bekannt, dass längere Aortenabklemmzeiten einerseits die Bildung eines

interstitiellen Myokardödems verstärken und andererseits das Ausmaß der

Myozytenschädigung bis hin zur Nekrose erhöhen (94;105). Weiterhin bewirkt

die Gabe von krystalloider kardioplegischer Lösung durch Verminderung des

kolloidosmotischen Druckes die Entwicklung eines myokardialen Ödems (98).

Die verstärkten postoperativen Lymphflußraten während Normo- und tiefer

Hypothermie implizieren eine Erhöhung der kapillären Permeabiltät durch eine

verstärkte Schädigung des Endothels. Die Erhöhung der kapillären

Permeabilität und die stark verminderte Lymphflußrate führen zu einer

Akkumulation von Flüssigkeit im Interstitium und zur Formation eines

Myokardödems. Kay et al fand in seiner Studie an 200 Hunden ähnliche

Ergebnisse (105). In der normothermischen Gruppe konnte er 45 Minuten nach

Wiedereröffnung der Aorta eine signifikant höhere interstitielle

Flüssigkeitsansammlung im Herzen finden als in der moderat hypothermen

Gruppe. In den drei Gruppen konnte nach Eröffnung der Aorta eine starke

Blutbeimischung der zuvor klaren Lymphe festgestellt werden, die bis ans Ende

des Experimentes anhielt. Eine visuelle Beurteilung der Stärke der

Blutbeimischung führten wir aufgrund der Subjektivität dieser Methode nicht

durch. Ullal et al (87) sieht in der verstärkten Rotverfärbung der kardialen

Lymphe den Beweis einer langanhaltenden, wenn nicht permanenten

Schädigung der koronaren Kapillaren induziert durch die Ischämiezeit während

des kardiopulmonalen Bypasses. Er bemerkte, dass das Ausmaß und die

Dauer der Blutbeimischung in der normothermen Gruppe stärker und höher war

als in der hypothermen Gruppe. Dies interpretierte er als eine vergleichsweise

stärkere Schädigung des Myokards in der normothermen Versuchsreihe. In

Diskussion 53

einer weiteren Versuchsgruppe mit kontinuierlicher Koronarperfusion während

Normothermie konnte er keinen Endothelschaden im Sinne einer

lymphatischen Blutbeimengung erkennen und wertete dieses Verfahren als

protektiv für das Myokard.

Die Akkumulation der interstitiellen Flüssigkeit im Myokard während des

Herzstillstandes wird nach Eröffnung der Aorta durch Erhöhung der

Lymphdrainage kompensiert. So zeigt die Addition der über den präoperativen

Kontrollwerten liegenden postoperativen Lymphflußraten, dass in der Gruppe 1

(37° C) ca. 10,8 ml in der Gruppe 2 (28° C) ca. 9,4 ml und in Gruppe 3 (20° C)

ca. 16,9 ml zusätzlich aus dem Myokard abdrainiert wurden. Hieraus wird klar,

dass die Rolle des kardialen lymphatischen Systems zur Reduzierung des

durch den kardiopulmonalen Bypass induzierten Myokardödems von

besonderer Wichtigkeit ist. So führt ein myokardiales Ödem post-HLM über

mehrere Mechanismen zu einer Beeinträchtigung der linksventrikulären

Funktion. Erstens kommt es durch die Flüssigkeitsansammlung im Myokard zu

einer Verlängerung der Sauerstoff-Diffusionsstrecke, welche zu einer

Myozytenschädigung führen kann (143). Zweitens wird durch den erhöhten

interstitiellen Druck im Myokard und der daraus resultierenden Versteifung des

linken Ventrikels die Effizienz der myokardialen Kontraktion stark beeinträchtigt.

Darüberhinaus ist der myokardiale Energieverbrauch des ödematösen Herzens

erhöht (79;144). Allen et al zeigte, dass nach Verbesserung des Cardiac Index

und der linksventrikulären Funktion (dP/dtmax) durch intraoperative Applikation

des positiv inotrop wirkenden Medikamentes Dobutamin der kardiale Lymphfluß

signifikant gesteigert werden konnte und dass somit die Resorption des HLM-

induzierten myokardialen Ödems beschleunigt werden konnte (139).

Unsere Studie über den kardialen lymphatischen Fluß während der

extrakorporalen Zirkulation zeigte, dass es zu einer Lymphstasis während des

kardioplegischen Herzstillstandes kam, der in der Reperfusions- und

postoperativen Phase zu einer verstärkten Lymphflußproduktion von Seiten des

Myokards führt. Dieser ist bei der normothermen und tiefen hypothermen

Gruppe am ausgeprägtesten und impliziert eine erhöhte Flüssigkeits-

akkumulation im Interstitium mit Bildung eines myokardialen Ödems, welches

bedingt durch eine erhöhte kapilläre Permeabilität zustande kommt. Im

Diskussion 54

Gegensatz dazu scheint die moderate Hypothermie einen protektiven Faktor

bei der Bildung eines interstitiellen Ödems darzustellen. In allen drei Gruppen

wurde jedoch durch die Blutbeimischung in der kardialen Lymphe nach der

Ischämiezeit sichtbar, dass der kardiopulmonale Bypass mit kardioplegischem

Herzstillstand zu einer langanhaltenden Schädigung des Endothels des

koronaren Kapillarbettes führt, die zumindest in der gesamten postoperativen

Beobachtungszeit vorhanden ist.

2.2 Abhängigkeit vom Anatomietyp

Um eine objektive Interpretation der Lymphflußdaten während des

kardiopulmonalen Bypasses zu ermöglichen, verglichen wir die Lymphflußraten

zwischen den verschiedenen Anatomietypen. Leeds et al (145) berichtete in

einer Zusammenfassung der bis dato erschienenen Studien am Hund, dass die

Messung des kardialen Lymphflußes zwischen den verschiedenen

Forschungsgruppen trotz des gleichen Tiermodells breit variierten (0,8-3.2

ml/h). Primär verantwortlich für die unterschiedlichen Ergebnisse waren

einerseits der operative Zugang (Sternotomie vs. Thorakotomie), die

Präparations- und Punktionstechnik des Chirurgen und letztlich die Lokalisation

des gemeinsamen efferenten Lymphkollektors. Wir konnten zwischen den

unterschiedlichen Anatomietypen keinen signifikanten Unterschied der

Lymphflußrate feststellen. Es konnte jedoch beobachtet werden, dass

obwohl die präoperativen Kontrollwerte nicht wesentlich voneinander

divergierten (Rechtstyp= 3,43±0,79 ml/h vs. Intermediärtyp: 3,84±1,39 ml/h),

die postoperative Lymphproduktion in der Rechtstypgruppe fast um das

zweifache höher lag als in der Intermediärtypgruppe. Die Begründung hierfür

liegt in dem größeren Durchmesser des Rechtstypkollektors sowie der

Abdrainierung der kardialen Lymphe über mehrere Kollektoren im

Intermediärtyp. Bei beiden Gruppen fiel ab der zweiten bis dritten

postoperativen Stunde die Lymphflußrate ab und passte sich den präoperativen

Kontrollwerten an.

In der Linkstypgruppe kann aufgrund der geringen Anzahl (n=1) nur ein Trend

festgelegt werden. Die postoperativen extrem hohen Lymphflußraten lagen um

Diskussion 55

einen Faktor 4-6 höher als bei den anderen beiden Gruppen. Als eine Erklärung

für diesen enormen Unterschied kann einerseits der große Durchmesser von 1-1,5

mm des Lymphgefäßes und anderseits die unmittelbare anatomische Nähe

zum Ductus thoracicus und den tracheobronchialen Lymphknoten der linken

Lunge dienen. Hansson et al konnte bei Untersuchungen des Ductus

thoracicus an 4 Patienten einen basalen Lymphfluß von ca. 32-34 ml/h messen

(146). Eine mögliche Kontamination von Seiten des Ductus thoracicus durch

Kollateralgefäße konnten wir nicht feststellen. Trotzdem scheint sie in dieser

anatomischen Variation zu existieren. Aufgrund der einmaligen Kanülierung des

Linkstypes, sowie der nicht signifikanten Unterschiede in den Rechts- und

Intermediärtypgruppen scheint der Einfluß dieses Anatomietypes auf den

kardialen Lymphfluß in unserer Studie am Schweinemodell von

untergeordneter Bedeutung zu sein.

3 Troponin I Freisetzung während der EKK

Troponin I (cTnI) ist ein häufig benutzter und weit etablierter Marker zur

Erkennung von myokardialen Schäden. Zahlreiche Studien belegen seine Höhe

Spezifität in der Evaluierung von myokardialen Schäden nach Myokardischämie

und Herzoperationen bei kongenitalen (95;101;109;147) und erworbenen

(96;108;148) Herzvitien. Aufgrund seines exklusiven Vorkommens im

Herzmuskel und der nicht vorhandenen Kreuzreaktivität mit den 2

muskelspezifischen Isoformen (sTnI) ist die Sensivität und Spezifität von cTnI

den herkömmlichen myokardialen Markern wie dem Troponin T (cTnT),

Myoglobin, Lactatdehydrogenase (LDH) und der Creatinphosphokinase

(CK/CK-MB) überlegen (111;115;117;147). Untersuchungen, die eine

pathologische Erhöhung des CK-MB Enzyms bei Verletzungen der

Skelettmuskulatur mit fehlender myokardialer Schädigung (116) und des cTnT

bei akuter Niereninsuffizienz (116;149;150) ergaben, schränken den

diagnostischen Wert dieser als myokardspezifische Indikatoren zusätzlich ein.

Die perioperative myokardiale Schädigung (PMS) nach Operationen am Herzen

wird einerseits über die chirurgische Intervention selbst und anderseits durch

den Einsatz der extrakorporalen Zirkulation induziert (151). CTnI-Erhöhungen

im venösen Blut sind bei allen Patienten nach herzchirurgischen Operationen

Diskussion 56

nachweisbar (148). Dies unterstreicht die Annahme, dass trotz des

kardioplegischen Herzstillstandes die Operation zu einer unvermeidbaren

Schädigung des Myokards führt (151). Das kardiale Troponin I bildet mit

Troponin C und T einen Proteinkomplex, der Calcium-abhängig die

Interaktionen der myokardialen Aktin-Myosin-Filamente reguliert. Troponin I

fungiert als Inhibitor dieser Interaktion. In isolierten Rattenherzen fand sich

nach 60-minütiger globaler Ischämie eine Reduktion der cTnI und TnT-

Konzentration um bis zu 50% im myokardialen Gewebe (152). Während

Ischämie und der folgenden Reperfusion kommt es zu einer intrazellulären

Calciumerhöhung, welche die Aktivierung von proteolytischen Enzymen wie die

Transglutamase (Tgase) induziert. Diese spaltet die cTnI-Untereinheit, welche

durch die Zellmembran ins Interstitium und von dort in die kardiale Lymphe und

den Blutkreislauf gelangt (153;154). Dieser Freisetzungsmechanimus in den

Körperkreislauf scheint auch in unserem Experiment nach kardiopulmonalem

Bypass zu existieren. Obwohl die kardiale Lymphe aufgrund ihrer unmittelbaren

Nähe zum Myokard, schneller und sensitiver als arterielles und Sinus

Coronarius Blut, intramyokardiale Schäden nach Myokardischämien wiedergibt

(74;76;83), ist bis heute eine Bestimmung des herzspezifischen cTnI in diesem

Medium noch nicht erfolgt. Die basale cTnI-Konzentration in der kardialen

Lymphe in unserem Schweinemodell (n=21) betrug 205±38 ng/ml ohne einen

Unterschied zwischen den drei Gruppen. Im Vergleich zu den

korrespondierenden Werten im arteriellen und Sinus Coronarius Blut

(0,25±0,06 ng/ml und 0,96±0,52 ng/ml) stellt dieser Wert eine massive

Konzentration von cTnI in der kardialen Lymphe dar. Das in der kardialen

Lymphe unter normalen Bedingungen stark erhöhte Enzymkonzentration von

CK, GOT, GPT und LDH mit seinen Isoenzymen existieren, ist am

Hundemodell bekannt (155). So wurden in kardialer Lymphe 5-10 fach höhere

Werte der CK und LDH als im Sinus Coronarius gemessen (70;156). Die

Ursache hierfür liegt primär in der unmittelbaren Nähe der kardialen Lymphe

am myokardialen Interstitium. Blut aus dem Sinus Coronarius hat seinen

Ursprung nicht direkt im Interstitium und repräsentiert somit Veränderungen an

den Myozyten weniger spezifisch. Wegen der hohen Verdünnungseffekte

sowohl bei Sinus Coronarius als auch bei arteriellen Blutproben kann man eher

eine Aussage über Veränderungen im gesamten Körper als ausschließlich im

Diskussion 57

Myokard machen (87).

Trotz der Anwendung von verschiedenen Techniken der myokardialen

Protektion während des EKK (157) wird das Myokard in einem

unterschiedlichen Ausmaß geschädigt. So geht die Anwendung von

Blutkardioplegie im Vergleich zur kalten krystalloiden Lösung mit geringeren

postoperativen cTnI-Werten einher (158). Die Ansichten über den Wert der

Normothermie zur myokardialen Protektion und postoperativen Funktion des

Myokards sind kontrovers. Einerseits wird vermutet, dass die normotherme

Perfusion via kollaterale Blutzuflüße und durch die wärmere Umgebung des

Herzens zu einer schnellen Erwärmung des Myokards und damit geringeren

Protektion führt (159). Andererseits zeigen Studien eine bessere postoperative

hämodynamische Kreislauffunktion im Vergleich zum hypothermen

kardiopulmonalen Bypass (103). In allen drei Gruppen unserer Studie konnte

direkt nach Aorteneröffnung im arteriellen und Sinus Coronarius Blut und zwei

Stunden nach Wiedereröffnung der Aorta in der kardialen Lymphe eine

signifikante Freisetzung von cTnI festgestellt werden. Dies deckt sich mit

vorherigen Untersuchungen an kardiochirurgischen Patienten, die eine

signifikante cTnI-Freisetzung im venösen Blut zwei Stunden und maximale

cTnI-Werte sechs Stunden nach kardiopulmonalem Bypass zeigten

(96;148;160). Die maximalen cTnI-Konzentrationen stellten sich in unserem

Experiment vier Stunden nach Aorteneröffnung in der kardialen Lymphe und

sechs Stunden nach Aorteneröffnung im arteriellen und Sinus Coronarius Blut

ein. Erhöhte cTnI-Konzentrationen nach Einsatz der EKK sind beim Menschen

bis zum fünften postoperativen Tag nachgewiesen (96). In der normothermen

Gruppe war die cTnI-Freisetzung postoperativ am höchsten. Sie betrug in der

kardialen Lymphe ca. das 3-4 fache im Vergleich zu den beiden hypothermen

Gruppen. Auch im arteriellen und koronarvenösen Blut zeigte sich in dieser

Gruppe im gesamten postoperativen Verlauf die höchste cTnI-Konzentration.

Hirsch et al konnte an am Herzen operierten Kindern zeigen, dass die

postoperative cTnI-Freisetzung im arteriellen oder venösen Blut sowohl mit der

Aortenabklemmzeit als auch mit der Höhe der Temperatur während des

kardiopulmonalen Bypasses positiv korreliert (101). Da in allen Gruppen die

gleiche Aortenabklemmzeit (60 Minuten) eingehalten und Myokardprotektion

benutzt wurde, hat die Normothermie während des kardiopulmonalen Bypasses

Diskussion 58

in Gruppe 1 wohl den wesentlichen Einfluß auf die postoperativen cTnI-

Freisetzung. Mair et al. konnte an Patienten eine positive Korrelation zwischen

den cTnI-Konzentrationen im Blut und dem Ausmaß der Myokardläsion nach

Herzinfarkt ausmachen (122). Die Schädigung der Myokardzelle führt über den

Verlust der semiselektiven Zellwandpermeabilität zu einer Freisetzung von

intrazellulären Bestandteilen, wie dem cTnI, ins umgebende myokardiale

Interstitium. CTnI-Erhöhungen im systemischen Körperkreislauf haben einen

engen Zusammenhang mit dem Ausmaß der Myozytennekrose (161), und sie

dienen als Indikator für die perioperative myokardiale Schädigung nach

Herzoperation (162).

Ein weiterer Hinweis auf die stärkere myokardiale Schädigung in der

normothermen Gruppe war die höhere postoperative Dopaminunterstützung,

die sich signifikant vier Stunden nach Aorteneröffnung von den beiden

hypothermen Gruppen, unterschied. Dieses Ergebnis korrespondiert mit

vorherigen Studien an Patienten, die unter normothermem kardiopulmonalen

Bypass operiert wurden, welche aufgrund eines sinkenden peripheren

Gefäßwiderstandes einen höheren Bedarf an Katecholaminen und

Flüssigkeitszufuhr hatten (94). Bei moderater Hypothermie war die

Katecholaminunterstützung am geringsten. Hirvonen et al hat gezeigt, dass es

unter moderater Hypothermie postoperativ zu einer zehnfachen Erhöhung der

eigenen Katecholaminkonzentrationen im Plasma kommt und somit der

postoperative periphere Gefäßwiderstand erhöht wird (163). Zusätzlich gab es

in unserer Studie einen direkten Zusammenhang der cTnI-Konzentrationen mit

der Dopaminunterstützung der Tiere zwei Stunden nach Wiedereröffnung der

Aorta. Die direkte positive Korrelation zwischen der Höhe der postoperativen

cTnI-Werte nach kardiopulmonalem Bypass und dem Ausmaß der

Katecholaminunterstützung haben schon mehrere Studien belegt (101;160).

Der erhöhte Verlust von cTnI im Myozyten verändert die mechanischen

Eigenschaften des Myokards und kann zu einer tödlichen Form des akuten

Herzversagens im Tierexperiment führen. Er vermindert die Fähigkeit des

Calciums, die normale kardiale Kontraktion des Myokards zu regulieren, und

bringt konsekutiv eine Beeinträchtigung der Relaxation und diastolischen

ventrikulären Füllung mit sich. Diese erhöhte myokardiale „stiffness“ hatte in

unserem Experiment die erhöhte Dopaminzufuhr in der normothermen Gruppe

Diskussion 59

zufolge. Eine myokardiale Depression erfolgt zusätzlich durch die EKK-bedingte

systemische Entzündungsreaktion im Kreislauf. So kommt es während und

nach kardiopulmonalem Bypass zu einer Aktivierung des Komplement- und

Kallikreinsystems (88;89), einer Leukozytenstimulation (90) sowie einer

Synthese und Freisetzung von Zytokinen, wie TNFa, IL-1, IL-6, IL-8 und IL-10

(91). Erhöhte Zytokinkonzentrationen von TNFa und IL-1 induzieren eine

Endothelschädigung mit Erhöhung der kapillären Permeabilität, die zu einer

Verringerung des systemischen Gefäßwiderstandes und myokardialer

Funktionsbeeinträchtigung führen (164). Die Freisetzung dieser Zytokine

während des kardiopulmonalen Bypasses ist temperaturabhängig und führt

somit konsekutiv bei normothermem kardiopulmonalen Bypass zu einer

verstärkten Vasodilatation mit doppelt so hohem Verbrauch an Katecholaminen

in der postoperativen Phase (104).

Der protektive Effekt der intraoperativen Hypothermie auf das Myokard

während des kardiopulmonalen Bypasses ist seit langem bekannt und wird bei

der Korrektur von erworbenen und vor allem kongenitalen Herzvitien

ausgenutzt (105;109). Hypotherme Temperaturen verlangsamen den

Stoffwechsel, und hemmen den Verbrauch der Phosphatreserven des

Myokards und ermöglichen somit die Erhaltung der Energiereserven, die der

postoperativen myokardialen Funktion zugute kommen (105). Darüberhinaus

scheint die Hypothermie während des kardiopulmonalen Bypasses selbst eine

geringere myokardiale Schädigung herbeizuführen. Die cTnI- Konzentrationen

in der kardialen Lymphe, dem arteriellen und koronarvenösen Blut lagen

sowohl in der moderat als auch in der tiefen Hypothermie Gruppe am

niedrigsten. Obwohl der Unterschied zu der normothermen Gruppe nicht

signifikant war, läßt sich daraus vermuten, dass der protektive Effekt der

moderaten und tiefen Hypothermie in unserer Studie das Ausmaß der

intraoperativen myokardialen Schädigung niedrig gehalten hat. Birdi et al.

konnte in einer Studie an 66 Patienten, die einer unkomplizierten Koronaren-

Bypass-Operation mit unterschiedlichen Temperaturbedingungen während des

EKK unterzogen wurden, ebenfalls keine signifikanten Unterschiede der cTnI-

Konzentrationen zwischen seiner normothermen, moderat hypothermen und

tief hypothermen Gruppe finden (157). Ein einschränkender Faktor seiner

Studie war die relativ kurze kardiopulmonale Bypass-Zeit (ca. 85 min) und

Diskussion 60

Aortenabklemmzeit (ca. 40 min). Da sowohl die Dauer des kardiopulmonalen

Bypasses als auch die Aortenabklemmzeit und die dadurch induzierte Ischämie

positiv mit der perioperativen Freisetzung von cTnI korreliert (101), scheint die

myokardiale Schädigung zu gering gewesen zu sein um starke Unterschiede

zwischen den Gruppen hervorzuheben. Mit Blick auf die postoperativen cTnI

Werte der beiden hypothermen Gruppen konnten wir, obwohl in der tief

hypothermen Gruppe diese leicht höher tendierten als die in der moderat

hypothermen Gruppe, keinen Unterschied in der Myokardprotektion durch

niedrigere Temperaturen feststellen. Im Gegenteil scheint die tief hypotherme

Gruppe ausgedrückt durch den hohen postoperativen Lymphfluß eher eine

myokardiale Ödembildung mit anschließender Drainage über das lymphatische

System zu fördern. Dies erklärt auch den von uns beobachteten relativ höheren

postoperativen Dopaminverbrauch in dieser Gruppe.

Bei der Interpretation der lymphatischen cTnI-Werte und der

Freisetzungsprofile dieser in der postoperativen Phase nach kardiopulmonalem

Bypass fallen drei wesentliche Unterschiede im Vergleich zum arteriellen und

koronarvenösen Blut in der gesamten Tiermenge auf: Erstens kam es zu einer

positiven Korrelation des kardialen Lymphflußes zwei Stunden nach

Wiedereröffnung der Aorta mit den cTnI-Konzentrationen in arteriellen und

koronarvenösem Blut. Dies unterstreicht die Annahme, dass die myokardiale

Schädigung nach kardiopulmonalem Bypass zu einer Freisetzung von

intrazellulären Proteinen in den Körperkreislauf und einer Erhöhung der

kapillären Permeabilität mit Ausbildung eines myokardialen Ödem führt (87).

Zweitens sprechen sowohl die präoperativen als auch postoperativen hohen

lymphatischen cTnI-Konzentrationen für den geringen Verdünnungseffekt im

Gegensatz zum arteriellen und koronarvenösen Blut. Das Ausmaß der

myokardialen Schädigung nach dem kardiopulmonalen Bypass und der 60-

minütigen Ischämiezeit reflektierte sich in der kardialen Lymphe direkt nach

Wiedereröffnung der Aorta und ging mit einer bis zu 25-fachen Erhöhung der

cTnI-Werte vier Stunden post AoX einher. Die postoperative cTnI Freisetzung

in der kardialen Lymphe, dem Sinus Coronarius und dem arteriellen Blut

korrelierten zu allen Zeitpunkten hochsignifikant miteinander. Das hohe cTnI-

Konzentrationsniveau in der kardialen Lymphe läßt schon geringste

Veränderungen im Sinne einer myokardialen Schädigung erkennen. Diese

Diskussion 61

hohe Sensitivität der kardialen Lymphe in der Messung von „kardialen“

Markerenzymen wie CK zeigte Feola et al an experimentell induzierten

Herzinfarzierungen am Hund (76). Die CK-Freisetzung in der kardialen Lymphe

stieg signifikant nach akuter Myokardinfarzierung, während die CK-

Veränderungen in Sinus Coronarius Blut und systemisch venösem Blut noch

keinen Anhalt für eine myokardiale Ischämie gaben. Drittens hat die

unmittelbare Nähe des kardialen lymphatischen Systems zum myokardialen

Interstitium zur Folge, dass es zu einer schnelleren Erhöhung der myokardialen

Markerenzyme in der Lymphe als in dem koronarvenösen und arteriellen Blut

kommt. Die maximalen cTnI-Werte der kardialen Lymphe wurden bei unseren

Tieren vier Stunden nach Aortenwiedereröffnung erreicht. Dagegen zeigten

sich in den beiden Blutmedien erst zwei Stunden (sechste Stunde post-AoX)

später die maximalen cTnI-Konzentration. Dies wurde durch Studien mit

induziertem Myokardinfarkt an Hunden weiterhin belegt, wo die Erhöhung der

myokardialen Ischämiemarker wie CK, LDH und GOT nach ein bis zwei

Stunden in der kardialen Lymphe nachweisbar waren, während deren

Freisetzung im Blutserum erst zwei bis sechs Stunden nach Infarkt erkannt

wurde (70). Diese Daten machen klar, dass die kardiale Lymphe in der

Beurteilung von perioperativen myokardialen Schäden durch serielle

Bestimmung des cTnI dem koronarvenösen und arteriellen Blut überlegen ist.

Darüberhinaus kommt es während Operationen mit kardiopulmonalem Bypass

zu einer myokardialen Schädigung mit cTnI-Freisetzung in der kardialen

Lymphe, die um ein vielfaches (100-1000fach) höher ist als im arteriellen und

Sinus Coronarius Blut. Dies bringt den Vorteil, dass schon kleinste

Veränderungen und Schädigungen im Myokard, die im arteriellen oder

koronarvenösem Blut noch nicht auftreten, durch die cTnI-Freisetzung in der

kardialen Lymphe erfaßt werden können.

Zusammenfassung 62

VII Zusammenfassung

Der vorübergehende maschinelle Ersatz der Herz- und Lungenfunktion durch

den extrakorporalen Kreislauf (EKK) ermöglicht intrakardiale Eingriffe zur

Korrektur von kongenitalen und erworbenen Vitien am blutleeren und

nichtschlagenden Herzen. Neben den grossen Vorteilen dieses Verfahrens,

verursacht der Einsatz des EKK eine Aktivierung des Komplementsystems,

eine Leukozytenaktivierung und die Synthese sowie Freisetzung von Zytokinen,

die zu einer systemischen Entzündungsreaktion führen. Zusätzlich kommt es

durch die perioperativen unphysiologischen Verhältnisse wie kardioplegischer

Herzstillstand, Ischämie und Reperfusion des Myokards zu einer myokardialen

Dysfunktion, die hauptsächlich auf die perioperative myokardiale Schädigung

zurückzuführen ist.

Das kardiale Troponin I (cTnI) ist wegen seiner bekannten hohen Spezifität und

Sensivität bei der Diagnose der perioperativen myokardialen Schädigung

geeignet, den Einfluß der EKK unter verschiedenen Temperaturbedingungen

auf das Myokard zu untersuchen. Weiterhin ist bekannt, dass das lymphatische

System des Herzens wegen seiner unmittelbaren anatomischen Nähe zum

Interstitium des Herzens, die physiologischen Verhältnisse des Myokards

schneller und empfindlicher als arterielles und koronarvenöses Blut

widerspiegelt. Zahlreiche tierexperimentelle Arbeiten zeigten, dass die

gesammelte Lymphflüssigkeit des Herzens der empfindlichste Indikator von

enzymatischen und zellulären Veränderungen unter pathologischen

Bedingungen wie Myokardinfarkt, Hypertension und Herzinsuffizienz ist.

Obwohl das Schwein für die kardiovaskuläre Forschung ein etabliertes und weit

verbreitetes Tiemodell ist, gilt das Hundemodell für die Erforschung des

lymphatischen Systems des Herzens als goldener Standard. Die Untersuchung

des kardialen lymphatischen System und dessen erfolgreiche Kanülierung am

Schweinemodell wurde bisher wegen der unklaren anatomischen

Gegebenheiten und aufwendigen chirurgischen Punktionstechnik vermieden. In

unserer detaillierten anatomischen Studie an 70 Tieren konnten wir drei

unterschiedliche anatomische Typen des kardialen lymphatischen Systems

beobachten und klassifizierten sie als Rechts-, Intermediär- und Linkstyp. In

Zusammenfassung 63

51,4% der Fälle dominierte der Rechtstyp, dessen erfolgreiche Kanülierung

nach der Entwicklung einer neuen Inklusiontechnik mit Hilfe eines gängigen

Katheters in 71% der Fälle gelang. Der Intermediär- und Linkstyp kam mit einer

Häufigkeit von 40% bzw 8,6% vor und konnte mit einer Erfolgsrate von 50%

bzw 16,7% kanüliert werden. Insgesamt konnte in unserer Studie in 56,7% der

Fälle eine erfolgreiche Kanülierung durchgeführt werden. Nach Entwicklung der

neuen Inklusiontechnik stieg diese auf 65,4%. Im Vergleich zu der gängigen

Punktionstechnik beim Hund, die je nach Erfahrung des Chirurgen in 50% der

Tiere erfolgreich ist, stellt das lymphatische System des Schweines nach

Einführung der neuen Inklusiontechnik kein Hindernis zur Untersuchung der

kardialen Lymphe mehr dar.

Weiterhin untersuchten wir an 21 Schweinen die durch die EKK bedingte

perioperative myokardiale Schädigung (PMS) und den Einfluß der

systemischen Perfusion auf die perioperative cTnI-Freisetzung und den

kardialen Lymphfluß. Der basale kardiale Lymphfluß betrug 3,4ml/h und

sistierte während der gesamten Ischämiezeit während des EKK, was zu einer

Flüssigkeitsakkumulation im Myokard führt. Nach Wiedereröffnung der Aorta

und in der postoperativen Phase kommt es zu einer 2-3 fachen Steigerung des

kardialen Lymphflußes, der in der normo- und tief hypothermen Gruppe am

ausgeprägtesten war und bis zur vierten Stunde nach Aortenwiedereröffnung

beobachtet wurde. Die ab der Reperfusionsphase deutlich sichtbare Blut-

beimischung in der sonst klaren Lymphflüssigkeit weist auf einen deutlichen

endothelialen Schaden des Kapillarbettes in allen Versuchsgruppen hin. Die

postoperative cTnI-Freisetzung in die kardiale Lymphe mit einem schnelleren

und stärkeren Anstieg als im koronarvenösen und arteriellen Blut zeigt die

unmittelbare Nähe dieses Mediums zum Myokard. Zusätzlich konnten wir durch

die hohe postoperative Zunahme der gemessenen cTnI-Konzentrationen eine

perioperative myokardiale Schädigung bedingt durch den Einsatz der EKK

nachweisen, die in der moderat hypothermen Gruppe das geringste Ausmaß

annahm und mit dem kleinsten postoperativen Bedarf von Katecholaminen

einherging.

Obwohl der Einfluß der Temperatur während des EKK in den drei Gruppen

keinen statistisch signifikanten Unterschied aufwies, scheint in unserem

Zusammenfassung 64

Experiment die Operation der Tiere unter moderater Hypothermie aufgrund des

geringeren postoperativen Lymphflußes, der niedrigeren cTnI-Freisetzung und

Katecholaminunterstützung die effektivste Myokardprotektion zu bieten.

Darüberhinaus denken wir, dass die kardiale Lymphe zur Untersuchung der

perioperativen myokardialen Schädigung durch den kardiospezifischen Marker

cTnI geeignet ist und die Veränderungen im myokardialen Interstitium sensitiver

widerspiegelt als arterielles und koronarvenöses Blut.

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Anhang 81

IX Anhang

Parameter Kontrolle AoX Rep 2h 4h 6h

MAP 75±24 60±6 54±5 66±8 71±9 72±12

ZVD 8±3 9±4 8±3 9±4 10±4 10±4

LAP - 8±3 9±4 10±2 12±3 12±3

PAP - 21±8 18±6 19±5 21±9 21±9

Gru

ppe

1 (3

7°)

HF (1/min) 126±12 0±0 132±1 133±2 141±21 125±15 MAP 62±16 55±5 53±10 72±9 75±12 82±10

ZVD 10±3 10±5 10±5 10±3 10±4 10±5

LAP - 8±3 8±3 10±4 10±3 10±4

PAP - 22±7 17±6 20±3 20±5 20±6

Gru

ppe

2 (2

8°)

HF (1/min) 129±13 0±0 128±1 118±1 117±17 128±20 MAP 65±23 59±9 53±10 68±17 75±15 70±25 ZVD 9±3 8±4 7±3 7±3 8±3 8±4

LAP - 8±6 9±5 6±4 7±4 9±6

PAP - 19±7 17±5 20±5 20±4 21±5

Gru

ppe

3 (2

0°)

HF (1/min) 135±17 0±0 118±2 105±1 109±20 117±17

Tabelle I: Hämodynamische Grunddaten (MW±SD). MAP: mittlerer arterieller Druck;

ZVD: zentralvenöser Druck; LAP: linksatrialer Durck; PAP: pulmonalarterieller

Druck; Alle Druckmessungen in mmHG.

Danksagung 82

Danksagung

Mein ganz besonderer Dank gilt Herrn OA Dr. med. J.F. Vazquez-Jimenez,

dessen Idee, das kardiale lymphatische System des Herzens zu erforschen, die

Grundlage für alle hier präsentierten Ergebnisse, darstellt. Seine Geduld sowie

sein chirurgischer Einfallsreichtum ermöglichte erstmals die kardiale Lymphe

am Schweinemodell zu sammeln und auszuwerten. Er unterstützte mich in den

letzten vier Jahren in jeglichen Fragen mit hohem Engagement und brachte mir

die Grundlagen der Herzchirurgie bei, so daß wir eine produktives Team bilden

konnten.

Ebenso danke ich Frau Universitätsprofessorin Dr. med. M.C. Seghaye dafür,

dass sie mit ihrem enormen wissenschaftlichen Erfahrungsschatz in der

Forschung der systemischen Entzündungsreaktion unter Einsatz des EKK, mir

bei neuaufgetretenen Schwierigkeiten und Fragestellungen immer mit

hilfreichen Ratschlägen zur Seite stand. In diesem Zusammenhang möchte ich

auch besonders ihr Doktorandenteam (Fräulein S.Joeres und S.Lücking) und

Frau Dr. med. Ma Qing erwähnen, die bei allen Experimenten die perioperative

anästhesiologische Betreuung der Tiere durchführten. Ohne diese Gute

Zusammenarbeit wäre die Durchführung der Experimente nicht möglich

gewesen.

Meinen großen Dank möchte ich auch meinem jetzigen Chef Universitäts-

professor Dr. med. B.J. Messmer für seine jahrelange Unterstützung und

Bereitstellung des tierexperimentellen Operationsaales samt HLM-Maschine.

Diese wurde bei allen Experimenten durch den erfahrenen und stets gut

gelaunten Kardiotechniker Edgar Müller bedient.

Zuletzt möchte ich auch der gesamten Mannschaft des Tierversuchsabteilung

unter der Leitung von Herrn Universitätsprofessor Dr. med. vet. W. Küpper

danken die kompetent und engagiert bei der Betreuung der Tiere mithalfen.

Lebenslauf 83

Lebenslauf

Persönliche Daten

Name: Liakopoulos Vorname: Oliver – Johannes Geburtsdatum: 19. Februar 1974 Geburtsort: Thessaloniki , Griechenland Familienstand: ledig Konfession: römisch-katholisch Eltern: Margret Carolina Liakopoulos, geb. Müggenborg Geb. 12.09.1940 Beruf: Bankkauffrau Pantelis Panagiotis Liakopoulos Geb. 16.08.1936 Beruf: Dipl.-Ing. für Maschinenbau Geschwister: Aris Pantelis Liakopoulos Geb. 15.10.1971 Beruf: Dipl.-Ing. für Architektur

Ausbildung

Schulausbildung: 1984-5.1993: Deutsche Schule Athen (Gymnasium/Abitur) Hochschulausbildung: September 1993: Immatrikulation und Studium an der medizinischen Fakultät der

RWTH-Aachen September 1995: Ablegen der Ärztliche Vorprüfung September 1996: Ablegen des 1. Abschnitts der ärztlichen Prüfung April 1999: Ablegen des 2. Abschnitts der ärztlichen Prüfung

Mai 2000: Ablegen des 3. Abschnitts der ärztlichen Prüfung Praktika und Famulaturen

Sept.94/Mär.95: Pflegepraktikum an der medizinischen Fakultät der Universität von Athen, Griechenland.

März/April 1997 Famulatur in der Intensivstation des Onassis Cardiac Surgery Centers in Athen, Griechenland. (Direktor: Prof. Dr. med. S. Geroulanos)

Feb./Mär.1997: Famulatur in der Klinik der Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie der RWTH- Aachen. (Leiter: Univ.-Prof. Dr. med. B.J. Messmer)

Aug/Sept.1997: Famulatur in der anästhesiologischen Abteilung des Hermann Hospitals an der Universität Houston in Texas, USA.

Zusätzliche experimentelle Tätigkeit im Zentrum für mikrovaskuläre und lymphatische Studien. (Direktor: Steven J. Allen M.D. Professor of Anesthesiology)

Lebenslauf 84

März/April 1998 Praxis-Famulatur in der internistischen Praxis von Dr. med. D. Vangis (Facharzt für Kardiologie und Angiologie), Athen Griechenland

PJ-Tertiale und AiP 1. Tertial Medizinische Kliniken I-IV der RWTH Aachen

(Direktor: Univ.-Prof. Dr. med. C. Mattern) 2. Tertial Chirurgische Klinik der RWTH-Aachen (Direktor: Univ.-Prof. Dr. h.c. Dr. med. V. Schumpelick)

3. Tertial Wahlfach in der Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie der RWTH-Aachen. (Direktor: Univ.-Prof. Dr. med. B.J. Messmer)

Arzt im Praktikum Seit 1.7.2000 in der Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie der RWTH-Aachen. (Direktor: Univ.-Prof. Dr. med. B.J. Messmer)

Zusatztätigkeiten

Juni/Juli 1995: Tutor am Institut für Neuroanatomie der RWTH-Aachen; Sept.95–Feb.96: Tutor im makroskopisch - anatomischen Kurs der RWTH-Aachen Feb.97-April 98: stud. Hilfskraft im Lehrgebiet der Allgemeinmedizin; RWTH-

Aachen. Zusätzliche Netzwerkbetreuung in der Abteilung. (Leiterin: Prof. Dr. med. W. Kruse)

Seit März 1997: Tierexperimentelle Promotionsarbeit in der Klinik für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie der RWTH-Aachen über das kardiale lymphatische System und die systemische Entzündungsreaktion nach kardiopulmonalen Bypass am Schweinemodell in vivo.

Juli-Nov. 1997/ Pflegekraft in der operativen Abteilung der Thorax-, Herz- und April-Juli 1998: Gefäßchirurgie der RWTH-Aachen Okt.‘98-Sep.’99 Studentische Hilfskraft im Rahmen durch das START-Programm

geförderten Forschungsprojektes KARDIOLYMPH in der Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie der RWTH-Aachen. (Projektleiter: OA Dr. med. J.F. Vazquez-Jimenez)

Sprachkentnisse

Deutsch, Englisch, Griechisch (fließend in Wort und Schrift) großes Latinum