EINLEITUNG
1916 entdeckte McLean den körpereigenen, gerinnungshemmenden Wirkstoff Heparin [1]. Erst die Möglichkeit, die Gerinnungskaskade zu beeinflussen, erlaubt es, mit Fremdoberflächen wie z. B. der extrakorporalen Zirkulation (EKZ) zu interagieren. Diese Entdeckung war die Grundvoraussetzungen für die sichere Anwendbarkeit von EKZ-Systemen (z.B. Herz-Lungen-Maschine [HLM], Hämodiafiltration). Laut internationaler Guideline sollte bei der Anwendung der EKZ bei Herzoperationen die Activated Clotting Time (ACT) größer 480 s sein, um einen Totalausfall des Medizinproduktes zu vermeiden [2].
Die Funktionsweise von Heparin liegt in der Bindung und Aktivierung von Antithrombin, einem wichtigen endogenen Inhibitor von Thrombin (Faktor IIa) und Faktor Xa. Durch die Komplexbildung von Heparin mit Antithrombin kann die inhibierende Wirkung von Antithrombin um den Faktor 1000 erhöht werden. Eine spezifische Pentasaccharidsequenz im Heparin ist für diese Komplexbildung erforderlich. Darüber hinaus ist die Länge der Saccharidsequenzen und damit die Molekülgröße entscheidend darüber, ob es zu einer reinen Faktor Xa-Hemmung oder einer kombinierten Faktor IIa- und Faktor Xa-Hemmung kommt. Die Hemmung von Thrombin (Faktor IIa) erfordert eine gewisse Länge der Heparinmoleküle (mindestens 18 Saccharidmoleküle), damit sich das Heparin an die sogenannte Exosite 2-Stelle (EXO 2) des Thrombins binden kann. Für die Faktor Xa-Hemmung ist hingegen keine Bindung von Heparin an Faktor Xa erforderlich (Abb. 2).
Abb. 2: Einfluss der Pentasaccharidsequenz
Essenziell für die EKZ ist die sichere Hemmung der Hämostase, die mit der Gabe von langkettigem Heparin (unfraktioniertem Heparin, UFH) gewährleistet werden kann. Außerhalb eines herzchirurgischen Operationssaals wird die Heparinwirkung mittels der partiellen Thromboplastinzeit (PTT) gemessen und überwacht. Im Zuge der Herzoperation mit EKZ finden die intraoperativen Messungen in der Regel mittels ACT statt. Eine engmaschige Überwachung der Wirkung ist indiziert, da die Halbwertszeit von UFH bei nur 1 h liegt [3]. Einen unmittelbaren Einfluss auf die Heparinwirkung hat die behandlungsbedingte Hämodilution, welche unter anderem auch den Antithrombinspiegel verändert.
Die Wirkung von UFH kann mittels eines Antidots (Protamin) zu 100 % antagonisiert werden [3]. Ein möglicher Überschuss nach der Antagonisierung, sowohl von Heparin als auch Protamin, wirkt sich dabei negativ auf die Hämostase aus. Entsprechend dem Behandlungsziel ist es essenziell, sich ein möglichst genaues Bild von der Gerinnungssituation des Patienten nach vorheriger Vollheparinisierung zu machen, um das postoperative Nachblutungsrisiko zu vermeiden.
Die ACT stellt ein Maß für die minimale Zeit dar, die eine Blutprobe braucht, um zu gerinnen [2]. Sie misst die Zeit bis zum vollständigen Ablauf der Gerinnungskaskade und der Entstehung von Thromben. Je nach angestrebtem Heparinwirkstoffspiegel bieten einzelne Hersteller unterschiedliche Messkartuschen bzw. -küvetten an. Bei dem in der vorliegenden Studie angewandtem ACT-Messgerät kommen zwei Küvetten für unterschiedliche Messbereiche zum Einsatz. Je nach ACT-Zielbereich wird in einen Low-Range- (LR; 0–2,5 IE Heparin) und einen High-Range-Bereich (HR; 1,0–6,0 IE Heparin) unterschieden. Beide Küvetten differenzieren sich in Bezug auf den verwendeten Aktivator. Im LR-Bereich findet ein Celite-Aktivator Anwendung und im HR-Bereich eine Mischung aus Siliciumdioxid, Kaolin und Phospholipiden.
Die vorliegende Arbeit untersucht, ob die Art der verwendeten ACT-Messküvetten eines Herstellers einen akkurateren Rückschluss auf die Gerinnungssituation bzw. Heparinwirkung zulässt.
MATERIAL UND METHODEN
In die Beobachtungsstudie wurden 29 konsekutive Patient:innen (<18 Jahre), die zwischen dem 25.05. und 30.06.2021 in der kinderherzchirurgischen Abteilung operiert wurden, eingeschlossen.
Zwei gleiche Hemochron Signature Elite ACT-Geräte (Werfen; Barcelona, Spanien) fanden Anwendung. Bei allen Patient:innen erfolgte die Bestimmung der ACT zu den Zeitpunkten vor Heparingabe (M1) und nach Protamingabe (M2). Zu jedem Messzeitpunkt wurden zwei Geräte mit dem Einführen der gruppenabhängigen Küvette zum Selbsttest gestartet. Verwendet wurde jeweils eine Low-Range-Küvette (Hemochron ACT-LR Cuvettes; REF: JACT-LR; Werfen; Barcelona, Spanien) und eine High-Range-Küvette (Hemochron ACT- HR Cuvettes; REF: JACT+). Pro Messung waren 0,15 ml/Patient:innenblut nötig, die im Zuge des Operationsverlaufes aus dem arteriellen Schenkel des jeweiligen Patienten entnommen wurden. Beide Geräte wurden gleichzeitig gestartet. Die Messungen M1 und M2 wurden mit der gleichen Küvettenart und mit dem jeweils gleichen Gerät durchgeführt. Um die Messtoleranzen der einzelnen Geräte zu berücksichtigen, wurden diese nach einem vorher schriftlich festgelegten Zufallsprinzip mit den jeweiligen Küvetten bestückt und so randomisiert. Die standardisierte Heparinisierung für die EKZ basiert auf zwei Säulen. Durch die Anästhesie erhielt jeder Patient initial vor EKZ-Start 400 IE Heparin/kg KG. Zusätzlich wurde dem EKZ-Set 1000 IE Heparin/100 ml kristalloides Primingvolumen zugeführt. Während der EKZ wurden alle 60 min EKZ-Zeit 500 IE Heparin appliziert. Die Protaminmenge errechnete sich Halbwertzeit-bereinigt aus der initialen Heparingabe des Primings und der Anästhesie-Initialdosis.
Als sekundärer Endpunkt wurden die prä- und postoperativen PTT-Werte ausgewertet. Routinemäßig wurden am Vortag der OP sowie bei Ankunft des Patienten auf der Intensivstation nach der Herz-OP die PTT-Werte erhoben. Die PTT gehörte zum Standard der Vor- und Nachbereitung einer Herzoperation mit EKZ. Dieser Screening-Test der PTT sollte unter anderem heparinassoziierte Gerinnungsstörungen erkennen.
Die statistische Auswertung erfolgte mittels SPSS für Windows (Version 28 SPSS Inc., USA). Die gemessenen ACT-Werte zum Messzeitpunkt M1 und M2 wurden mittels Welch-t-Test ausgewertet. Die Analyse zwischen den einzelnen Messzeitpunkten erfolgte mittels gepaartem t-Test. Die Korrelationsanalyse zwischen ACT und PTT wurde nach Pearson durchgeführt. Alle ermittelten ACT- und PTT-Werte wurden als Mittelwert ± einfache Standardabweichung angegeben. Die demographischen, EKZ-, Heparin- und Protamindaten wurden als Median mit Min/Max dargestellt. Alle statistischen Analysen wurden auf einem Signifikanzniveau von α= 0,05 getestet.
ERGEBNISSE
Die 29 Patient:innen waren im Median 8,2 kg schwer und wurden für 184 min durch die EKZ unterstützt. Sie erhielten im Median 740 IE/ kg KG Heparin über die gesamte OP-Zeit, welches post-EKZ mit 625 IE/kg KG Protamin antagonisiert wurde. Dies entspricht einem Heparin/Protaminverhältnis von 1:0,88 (Tab. 1).
Tab. 1: Demografische und EKZ-Daten, sowie Heparin- bzw. Protamingaben mit den Antagonisierungsverhältnissen
Es zeigten sich keine signifikanten Unterschiede in der HR-Gruppe zwischen den Zeitpunkten M1 und M2. In der LR-Gruppe zeigte sich ein signifikanter Unterschied zwischen beiden Messzeitpunkten. Bei der Betrachtung der LR- und HR-Küvetten zeigten sich signifikante Unterschiede zu den beiden Messzeitpunkten (Tab. 2).
Tab. 2: Ergebnisse zu den Zeitpunkten M1 und M2 je nach verwendeter Küvette
Es zeigten sich keine statistisch signifikanten Korrelationen zwischen dem PTT- Wert vor dem OP-Tag und den ACT-Werten vor Heparingabe zum Zeitpunkt M1 (vor PTT vs. vor HR-Küvette R = -0,156, p = 0,42; vor PTT vs. vor LR-Küvette R = 0,29, p = 0,13). Es konnte keine Korrelation zwischen der HR-ACT-Messung (M2) und der postoperativen PTT festgestellt werden (R = -0,06; p = 0,8) (Abb.3). Mit einem R-Wert von 0,4 zeigte sich ein moderater, linearer Zusammenhang zwischen dem gemessenen LR-ACT-Wert nach Protamingabe (M2) und der postoperativen PTT (p < 0,05) (Abb. 4).
Abb. 3: Keine Korrelation zwischen der HR-ACT nach Protamingabe und der postoperativen PTT
Abb. 4: Korrelation zwischen der LR-ACT nach Protamingabe und der postoperativen PTT
DISKUSSION
Unterschiedliche Messergebnisse zwischen den verwendeten Küvetten gehen auf die unterschiedlichen Messmethoden zurück, welche sich aufgrund des Aktivators unterscheiden. Aus diesem Grund dürfen Ergebnisse nur innerhalb einer Messmethode verglichen werden. Hierbei spielt die Ausgangsmessung eine entscheidende Rolle, da relative Veränderungen in Betracht gezogen werden sollen. Zusätzlich gibt die Packungsbeilage der High-Range-ACT-Küvetten an, dass diese „nicht auf Heparinkonzentrationen unter dem Schwellenwert von 1,0 Einheiten/ml“ reagieren [4].
Die möglichen Ursachen für eine verlängerte ACT und eine negativ beeinflusste Hämostase sind vielfältig. Neben dem noch frei zirkulierenden Heparin könnte dem auch ein Überschuss an Protamin zugrunde liegen. Frühere Studien konnten einen negativen Einfluss hoher Protamindosen zeigen. Meesters et al. konnten dies bei einem Heparin- zu Protaminverhältnis von 1 zu 1,3 zeigen [5] und Koster sogar schon bei einem Verhältnis von 1:1 [6].
In der Leitlinie zum Patient Blood Management für erwachsene Patient:innen, die mittels EKZ operiert werden, wird ein abgewandeltes Verhältnis von Heparin zu Protamin empfohlen, sodass die Gefahr einer Überdosierung von Protamin minimiert werden kann. Nach der Leitlinienempfehlung (Klasse 2a, Level B), sollte das Verhältnis von Protamin zu Heparin geringer als 1:1 sein [7]. In der entsprechenden Leitlinie für pädiatrische Patient:innen sprechen sich die Autor:innen ebenfalls gegen ein Verhältnis von 1:1 oder größer (Protamin zu Heparin) aus [8].
In der vorliegenden Studie konnte dies aufgrund des internen SOP-konformen Managements mit einem Heparin-/Protaminverhältnis von 1:0,88 Leitlinien-konform umgesetzt werden. Im klinischen Alltag orientiert sich die Anästhesie an der initialen Heparindosis und antagonisiert exakt dieselbe Menge mittels Protamin. Ungeachtet dessen fließt das nachgegebene Heparin (500 IE Heparin/h EKZ) nicht mit in die Berechnung ein, sodass der Protaminanteil bei EKZ-Zeiten unter 60 min geringer ist als der Heparinanteil war.
Sollte der Verdacht im Raum stehen, dass zu viel Protamin im Patienten zirkuliert, steht zur erweiterten Gerinnungsanalyse die Rotationsthrombelastometrie (ROTEM) zur Verfügung [9]. Eine erhöhte Heparinkonzentration im Patient:innenblut stellt eine weitere Option dar [10]. Hierbei könnte die Low-Range-ACT-Messung einen Hinweis geben, wenn der Wert nach Protamingabe deutlich von dem Ausgangswert abweicht. Auch in diesem Fall kann das ROTEM zusätzlich herangezogen werden, um den möglichen Einfluss genauer zu bestimmen. Somit würde die Anwendung einer LR-ACT-Küvette eine klar definierte Indikation für eine ausführliche Gerinnungsdiagnostik stellen. Der Messbereich der HR-Küvetten ist als Standardverfahren im klinischen Alltag für prä-, intra- und post-EKZ etabliert. Aufgrund der vorliegenden Beobachtungsstudie wie auch des angegebenen Messbereiches von 1–6 IE Heparin der HR-Küvetten für die ACT-Messung sollte die durchgängige Anwendung über den gesamten intraoperativen Verlauf überdacht werden. Rückschlüsse auf möglicherweise zirkulierendes Heparin würden hierbei noch weniger erkannt werden.
Alternativ dazu gibt es auch die Möglichkeit mit einem Heparinkonzentrationsmessgerät zu arbeiten, welches die genaue Heparinkonzentration im Blut bestimmt und gleichzeitig am Ende die zu applizierende Menge an Protamin ausgibt. In der Literatur gibt es eine Klasse 2a Level B-Empfehlung zur Heparinkonzentrationsmessung [7]. Vonk et al. zeigten in einer randomisiert kontrollierten Studie mit 38 Patient:innen, dass es durch den Einsatz eines Heparinkonzentrationsmessgerätes zu einer geringeren Protaminnachgabe gekommen sei (1:0,62). Als Vergleich diente eine ACT-Gruppe, bei der eine 1:1-Antagonisierung vorgenommen wurde. Im postoperativen Verlauf wurde in der ACT-Gruppe eine erhöhte Anzahl von Patient:innen verzeichnet, die in den ersten 24 h einen Blutverlust >450 ml aufwiesen [11]. In einer Meta-Analyse mit vier eingeschlossenen Studien zeigte sich, dass durch eine titrierte Protamingabe der postoperative Blutverlust minimiert werden kann [12].
Die moderate Korrelation aus der postoperativen PTT und der erhöhten LR-ACT nach Protaminende könnte ein Hinweis auf nicht antagonisiertes Heparin sein und damit auf einen möglichen Heparinüberschuss. Das UFH besteht aus einer Mischung von hoch- und niedermolekularen Heparinmolekülen, deren Verhältnis in der jeweiligen Charge weitgehend unbekannt ist. Das hochmolekulare Heparin wird vollständig durch Protamin antagonisiert, während das niedermolekulare nur zu 60 % antagonisierbar ist [3]. Gleichzeitig hat das niedermolekulare Heparin eine längere Halbwertszeit als hochmolekulares, und seine Wirkung wird nur unvollständig durch die PTT-Messung erfasst [3]. Aus diesen Gründen kann hier ein kausaler Zusammenhang nur vermutet werden und daher die Frage, ob eine postoperativ erhöhte PTT mit Protamin behandelbar ist, leider nicht zuverlässig beantwortet werden.
LIMITATION
Die postoperative PTT wurde nicht exakt zum gleichen Zeitpunkt vom Patienten abgenommen, sondern nach klinischen Kriterien bei Ankunft auf der Intensivstation.
SCHLUSSFOLGERUNG
Die Anwendung von ACT-LR-Küvetten ist ein sicheres Point of Care-Messverfahren. Kommt es zu einer größeren Diskrepanz zwischen der initialen Baseline-Messung und den Ergebnissen nach Protamingabe, so sollte eine erweiterte Gerinnungsanalyse erfolgen. Ziel ist hierbei eine postoperativ verlängerte PTT zu vermeiden, um das Blutungsrisiko des Pateinten zu minimieren.
INTERESSENKONFLIKT
Das Gerät „Hemochron Signature Elite“ sowie die benötigten Messküvetten wurden dem Universitätsklinikum Erlangen kostenfrei von der Firma Werfen zur Verfügung gestellt. Das Medizintechnikunternehmen hatte keinen Einfluss auf die Ergebnisse und Interpretation der Ergebnisse dieser Studie.
