AG „Kinder- und Säuglingsperfusion“ der Deutschen Gesellschaft für Kardiotechnik

EINLEITUNG

Mit Gründung der Arbeitsgruppe „Kinder- und Säuglingsperfusion“ der Deutschen Gesellschaft für Kardiotechnik e. V. im Jahr 2013 ist es gelungen, den in Deutschland tätigen Kinderperfusionisten eine gemeinsame Plattform zu bieten. Hauptziele der Arbeitsgruppe sind die Bestandsaufnahme der in Deutschland vorherrschenden Perfusionskonzepte sowie die Entwicklung von Handlungsempfehlungen für die Kinder- und Säuglingsperfusion.

Eine Besonderheit im Bereich der Chirurgie angeborener Herzfehler ist die große Spanne der Patientenklientel in Bezug auf Alter, Größe und Gewicht. Um routinemäßig vom Neugeborenen bis zum Erwachsenen ein optimales patientenorientiertes EKZ-System zur Verfügung zu stellen, ist es notwendig, die Einsatz- und Grenzbereiche der jeweilig verwendeten Komponenten wie Oxygenatoren, Kanülen und Schläuche zu kennen. Nur durch die Optimierung und Anpassung des jeweiligen EKZ-Systems in Bezug auf Komponentenauswahl und Schlauchlänge ist es möglich, die Oberfläche und das Füllvolumen des verwendeten HLM-Systems zu minimieren.

Je ungünstiger das Verhältnis zwischen Blutvolumen des Patienten und Primingvolumen der HLM ist, desto größer ist die Notwendigkeit der Zugabe von Blutprodukten ins Priming. Viele Studien konnten zeigen, dass die Gabe von Fremdblutprodukten zu transfusionsbedingten Komplikationen führen kann. Neben Infektionen sind höhere Mortalitätsraten durch kardiale, nephrologische, hepatische und vor allem pulmonale Komplikationen bekannt [1- 4]. Es gibt zunehmend Hinweise, dass eine liberale Transfusion von Blutprodukten in der Herzchirurgie die Morbidität von Kindern ungünstig beeinflussen kann [5, 6]. Der Gebrauch von Blutprodukten soll deshalb durch präoperative Optimierung, blutsparende Operationsverfahren und restriktive Transfusion vermindert werden. Um die Nebeneffekte möglichst gering zu halten, wurde mit Hilfe möglichst kleiner EKZ-Systeme und verändertem Perfusionsregime der Fremdblutbedarf reduziert [7].

Eine große Herausforderung derzeit ist die Verfügbarkeit entsprechender Medizinprodukte. Durch den ständigen Wandel der Medizinproduktehersteller-Landschaft und durch geänderte gesetzliche Vorgaben nimmt vor allem im Bereich der Kinderperfusion die Produktevielfalt ab. Es führt zum Teil dazu, dass durch die geringen Verbrauchsmengen – bezogen auf den gesamten Weltmarktverbrauch – und die steigenden Anforderungen im Zulassungsprozess viele Produkte als unrentabel vom Markt genommen werden. Dadurch werden notwendige Neu- und Weiterentwicklungen gesetzter Produkte ausgebremst oder gar nicht erst begonnen. Wenn dieser Trend nicht durchbrochen wird, führt das dazu, dass in naher Zukunft bei verschiedenen Produkten kaum noch Auswahl möglich ist und dass bei Produktionsausfällen Versorgungsengpässe in den Kliniken entstehen können.

Durch die Vernetzung und den ständigen Austausch innerhalb der Arbeitsgruppe erreichen wir trotz zum Teil schwieriger Rahmenbedingungen einen hohen Wissensstand aller beteiligten Kinderperfusionisten. Somit ist es möglich, von den Erfahrungen der Kollegen anderer Kliniken zu profitieren, die eigenen EKZ-Systeme zu optimieren und neue Perfusionskonzepte in die Klinik einzubringen. Auf diese Weise kann die Kardiotechnik ihren Anteil an einer optimalen Patientenversorgung leisten und Morbidität und Mortalität in ihrem Bereich weiter senken.

WELCHE KANÜLEN SIND FÜR WELCHE PATIENTEN GEEIGNET?

Klinikspezifische Kanülenlisten leisten einen wichtigen Beitrag zur Vereinheitlichung der Perfusion in einer Klinik. Anhand einiger Eckpunkte wurde eine allgemeingültige Kanülenliste erstellt, die für die entsprechenden Flussbereiche Empfehlungen zur Größe der arteriellen und venösen Kanülen in Abhängigkeit vom Ort der Kanülierung macht (Tab. 1). Ein Eckpunkt für die Erstellung dieser Kanülenliste ist ein arterieller Liniendruck von maximal 250 mmHg. Die Empfehlungen in der Liste beziehen sich auf Flusswertestufen. Die zusätzliche Angabe des Körpergewichts der Patienten ist als Richtwert zu sehen, da für die Berechnung des benötigten Sollflusses die Körpergröße des Patienten ebenfalls mit einbezogen werden muss. Neben den vorgegeben Kanülengrößen sind Innendurchmesser und die Länge der venösen Linie entscheidend für die venöse Drainage. Daher wurde die Notwendigkeit der Verwendung einer vakuumassistierten venösen Drainage (VAVD) mit angegeben. Bei dem verwendeten Vakuum sollte ein Sog von größer als –60 mmHg nicht überschritten werden, um eine unnötige Blutschädigung zu verhindern [8].

Hinderlich für eine allgemeingültige Kanülenliste sind unklare Außendurchmesserangaben der Firmen. Diese sind nicht valide bzw. mit einer hohen Toleranzbreite versehen. In einer Versuchsreihe von Münch et al. konnten Toleranzen im Außendurchmesser bei arteriellen Kanülen von bis zu 11 % festgestellt werden [9]. Die tatsächlichen Außendurchmesser sind vor allem in der Kinderherzchirurgie, mit kleinen Gefäßlumina, sehr relevant. Um das Problem zu verdeutlichen, im Folgenden das Beispiel der Kanülierung des Truncus brachiocephalicus bei einer Norwood I Palliation. Hierbei wird der arterielle Patientenzugang über eine Shuntanlage auf den Truncus brachiocephalicus realisiert. Würde man einen 3,5-mm-Shunt verwenden, sollte eine 10-Fr-Kanüle (AD: 3,3 mm) passen. Tatsächlich passen einige 10-Fr-arterielle Kanülen hier nicht, da sie einen Außendurchmesser von 3,59 mm aufweisen [9].

ÜBERSICHT GÄNGIGER KANÜLEN IN DER KINDERHERZCHIRURGIE

In den nachfolgenden Tabellen sind gängige arterielle und venöse Kanülen sowie Perfusionszubehör aufgelistet. Da seitens der Industrie die für die Kinderperfusion verfügbare Produktpalette leider immer weiter ausgedünnt wird, ist eines der Hauptanliegen der Arbeitsgruppe die Erstellung von Vergleichs- bzw. Verfügbarkeitslisten. So kann man sich über alternative Produkte und deren Einsatzbereiche informieren. Diese Tabellen 2–6 wurden nach bestem Wissen recherchiert, haben aber keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

ROLLERPUMPEN

In der Kinder- und Säuglingsherzchirurgie sind aufgrund ihrer einfachen Handhabe und feinen Steuerbarkeit in der Regel Rollerpumpen im Einsatz. Gebräuchliche Schlauchdurchmesser für die Verdrängerpumpen sind hierbei 1/8″ (ID 3,18 mm), 3/16″ (ID 4,76 mm), 1/4″ (ID 6,35 mm), 5/16″ (ID 7,94 mm), 3/8″ (ID 9,54 mm) und 1/2″ (ID 12,7 mm). Aktuell sind in Europa drei Herz-Lungen-Maschinentypen erhältlich. Bei allen Herstellern ist die maximal einstellbare Drehzahl 250 U/min. Die in der Literatur empfohlene maximale Drehzahl ist 162 U/min, um ein möglichst geringes Bluttrauma bei adäquater Blutförderung zu erreichen [10]. In Tabelle 7 wurden alle erhältlichen Pumpengrößen und Typen bezogen auf ihre maximale Fördermenge bei 162 U/min aufgelistet.

GRUNDLAGEN SCHLAUCHWIDERSTÄNDE

Um den Bedarf an Fremdblutprodukten sowie das Primingvolumen und die Oberfläche des EKZ-Kreislaufes so gering wie möglich zu halten, ist eine größtmögliche Miniaturisierung des Schlauchsystems notwendig. Gerade bei den Tischlinien wirken sich Änderungen im Durchmesser wie auch in der Länge erheblich auf den Schlauchwiderstand aus. Wird das Gesetz von Hagen-Poiseuille in Analogie zum Ohm’schen Gesetz gesetzt, erkennt man an der vereinfachten Formel W= l / r⁴, dass sich der Widerstand (W) proportional zur Schlauchlänge (l) verhält, während der Radius (r) des Schlauches indirekt proportional mit einem Faktor 4 eingeht [11, 12]. Da das Gesetz von Hagen-Poiseuille nur für stationäre laminare Strömung einer homogenen Flüssigkeit in einem starren Rohr gilt, ist es auf die Strömung des Blutes, als nicht-Newton’sche Flüssigkeit, nur bedingt anwendbar. Mit seiner Hilfe kann jedoch eine näherungsweise Abschätzung des Schlauchwiderstands gemacht werden [13]. Um den Strömungswiderstand in der arteriellen und venösen Linie bestimmen zu können, kann die Formel hinsichtlich des Druckabfalls (Dp) umgestellt werden und nach Einsetzen und Umrechnen der entsprechenden Parameter in mmHg errechnet werden. Abbildung 1 zeigt den theoretischen, rechnerischen Verlauf der Schlauchwiderstände aller gängigen Schlauchdurchmesser in Abhängigkeit des verwendeten Flusses. Für die Berechnung wurde eine normale Viskosität des Blutes, von 4 mPa s, angenommen.

VERBINDUNGSSCHLÄUCHE AUS KUNSTSTOFF

Neben den Schlauchlängen ist der Durchmesser der Verbindungsschläuche der entscheidende Faktor für minimalisierte Kinder-EKZ-Systeme (Tab. 8).

Auswahl und Spezifikation von EKZ-Verbindungslinien

Polyvinylchlorid (PVC) lässt sich Extrudieren, Spritzgießen, Blasformen, Sintern oder in beliebige Formen pressen. Durch die Zugabe von Additiven wird die PVC-Matrix so verändert, dass sie die nötigen Eigenschaften für die medizinische Anwendung aufweist. Medizinisches PVC besteht bis zu 50 % ihres Gesamtgewichts aus Weichmachern, die keine chemische Bindung mit der PVC-Matrix eingehen und so ins Kontaktmedium migrieren können [14]. Patienten, die beispielsweise mit einer Bluttransfusion oder einer extrakorporalen Zirkulation (EKZ) behandelt werden, kommen mit vielen verschiedenen medizinischen Einwegprodukten aus PVC in Berührung. Diese setzen dabei signifikante Mengen an Weichmachern in das Kontaktmedium frei, welche dann vom Patienten aufgenommen werden [15-18]. Es konnte über mehrere Studien nachgewiesen werden, dass DEHP (di-2(Ethylhexyl) phthalat) als der wohl am häufigsten verwendete Weichmacher in PVC-Medizinprodukten in signifikanten Mengen in das Kontaktmedium Blut migriert [19-22]. Gegenüber DEHP und anderen Phthalaten bestehen schwerwiegende toxikologische Bedenken hinsichtlich ihrer Wirkung auf die endokrinen Funktionen, was wiederum zu Entwicklungs- und Reproduktionsschädigungen führen kann [23-28]. DEHP wird darüber hinaus als möglicherweise krebserregend für den Menschen eingestuft [29]. Interessanterweise wurde 2005 der Einsatz von DEHP und einigen anderen Phthalaten in Spielzeug und Babyartikeln von der Europäischen Union (EU) verboten [30]. In Medizinprodukten dagegen wird DEHP bis heute anscheinend unbedenklich eingesetzt [31]. Leider wird immer noch davon ausgegangen, dass die Vorteile von DEHP in Medizinprodukten die Risiken für die Patienten überwiegen [28, 32]. Mittlerweile stehen viele alternative PVC-Additive bzw. Kunststoffe zur Verfügung, die bedenkenlos in Medizinprodukten eingesetzt werden können [33-35]. Einer dieser alternativen PVC-Zusätze, der speziell für den Einsatz in Medizinprodukten entwickelt wurde, ist Tri-2-Ethylhexyltrimellitat (TEHTM), auch als noDOP bezeichnet [36]. In mehreren Studien konnte bereits nachgewiesen werden, dass TEHTM eine verminderte Migrationsrate im Vergleich zu DEHP hat [14, 16-18]. Weitere Studien zeigten eine deutlich geringere Toxizität von TEHTM im Vergleich zu DEHP [32, 37-39]. Der von der Europäischen Kommission ermittelte Grenzwert für DEHP mit einer tolerierbaren täglichen Aufnahme (tolerable daily intake, TDI) von 50 µg/kg/d wird bei Operationen mit extrakorporaler Zirkulation bereits bei kurzen Eingriffen um ein Vielfaches überschritten. Exemplarisch erreicht ein Säugling mit einem Körpergewicht von 5 kg KG diesen Grenzwert schon durch den Kontakt mit einem EKZ- Schlauchset. In der Langzeitanwendung mittels extrakorporaler Membranoxygenierung (ECMO) kann es zu einer 380-fachen Überschreitung des TDI für DEHP kommen. Verwendet man dagegen PVC-Systeme mit TEHTM, für den von der Europäischen Kommission ein TDI von 1 mg/kg/d angegeben ist, wird selbst bei extrem langen Kontaktzeiten, wie es bei ECMO-Einsätzen der Fall ist, der TDI für TEHTM nicht erreicht (0,09-fache TDI-TEHTM) [17].

VAKUUMASSISTIERTE VENÖSE DRAINAGE AN DER EKZ

Die venöse Drainage aus dem Herzen ist aufgrund der durch die Höhendifferenz vom Operationstisch zum venösen Reservoir erzeugten Sogwirkung sichergestellt (Abb. 2). Durch kleinere Lumina der venösen Kanülen und Tischlinien sowie der patientennahen Positionierung des Reservoirs werden die natürlichen physikalischen Gegebenheiten aufgehoben [40]. Obligat ist eine vakuumassistierte venöse Drainage (VAVD) bei der Verwendung kleiner Venenkanülen, dünner Schlauchlumina (Abb. 1) oder einer zu geringen Höhendifferenz zwischen OP-Tisch und Eingang des venösen Reservoirs [41-43].

Das Arbeiten mit einer vakuumassistierten venösen Drainage (VAVD)

Der Einsatz der vakuumassistierten venösen Drainage erfordert einen für den Einsatz an der HLM konzipierten Vakuum-Controller (Tab. 9). Dieser ist mit einem einfachen Schlauchsystem mit Bakterienfilter und Kondenswasserfalle zum Schutz des VAVD-Controllers und des vakuumgenerierenden Systems im Krankenhaus ausgestattet. Das Arbeiten mit einem Vakuum-Controller setzt grundlegende Kenntnisse des Funktionsprinzips und entsprechende Erfahrung voraus. Grundsätzlich sollte die Anwendung restriktiv erfolgen [44]. Bei einem ausreichenden venösen Rückfluss sollte der Sog am Vakuum-Regulator auf den atmosphärischen Druck umgestellt werden. Ein exzessiver Sog kann zum Kollabieren des gesamten venösen Gefäßsystems führen. Dies hätte einen massiven Lufteintritt in das venöse System zur Folge, welcher möglicherweise weder durch den venösen Filter noch durch den Oxygenator, noch durch den arteriellen Filter beseitigt werden kann und somit zurück in den Patientenkreislauf gelangen könnte. Folgen sind gasförmige Mikroembolien sowie eine massive Hämolyse durch die hohen Scherkräfte [8, 42, 45]. Die Schwelle des negativen Drucks beträgt laut Jegger et al. 120 mmHg [46]. J. G. Kwak et al. zeigten in ihrer klinischen Arbeit, dass es möglich ist, einen negativen Druck bis zu –60 mmHg zu verwenden, ohne eine wesentliche Hämolyse bei Kindern unter 10 kg Körpergewicht zu verursachen [8].

Ein oft unterschätztes, aber dennoch wichtiges Utensil eines Hartschalen-Reservoirs, welches mit VAVD betrieben wird, ist ein Über- bzw. Unterdruckventil. Diese Ventile öffnen bei einem Sog von –150 mmHg und einem Druck von 8–25 mmHg im Reservoir [47, 48]. Auf das Problem des exzessiven Sogs wurde bereits eingegangen. Ein Überdruck im venösen Reservoir kann entstehen, wenn am Reservoir alle Öffnungen verschlossen sind, der VAVD-Controller noch ausgeschaltet und kein Druckausgleich zur Atmosphäre geschaffen ist, jedoch die Sauger bereits laufen. Ist der Überdruck im System höher als der hydrostatische Druck des Gefälles vom OP-Tisch zum Eingang des Reservoirs, entsteht ein Druckausgleich in Richtung Patient, welcher neben einem AIR-Block auch eine massive Luftembolie verursachen kann.

OXYGENATOREN

Heute kommen bei der EKZ fast ausschließlich moderne, beschichtete Membranoxygenatoren mit integriertem Wärmetauscher zum Einsatz. Dabei sind Blut- und Gasseite durch eine semipermeable Membran voneinander getrennt. Neben einer effektiven und homogenen Oxygenierung und Decarboxylierung des Blutes bieten diese Oxygenatoren die Möglichkeit des Einsatzes volatiler Anästhetika an der HLM. Hong-yan Xiong et al. konnten zeigen, dass auch im Bereich der Kinderherzchirurgie die Verwendung von Sevoflurane zu einer signifikant kürzeren Beatmungszeit führt [49].

Die Industrie bietet unterschiedliche Oxygenatorgrößen für unterschiedliche Arbeits- bzw. Einsatzbereiche an. Bei der Wahl eines Oxygenators spielen die Faktoren Membranoberfläche, Füllvolumen und Flussbereich eine große Rolle. Eine quantitative Vergleichsmöglichkeit bietet der Volumen-Effizienz-Index. Dieser wird als Quotient aus maximaler Blutflussrate und dem Primingvolumen ermittelt. Des Weiteren ist zu beachten, dass das Füllvolumen auch von Zusatzfunktionen wie z. B. einem integrierten arteriellen Filter und der Größe des Wärmetauschers abhängig ist [50, 51]. In den Tabellen 10–12 wurden die in Deutschland verwendeten Oxygenatoren für EKZ und ECLS/ECMO erfasst. Die Inhalte der Tabellen wurden nach bestem Wissen recherchiert, haben aber keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

HÄMOFILTER

Das EKZ-System bei Kinder- und Säuglingsperfusionen ist wesentlich unphysiologischer, bezogen auf den Fremdoberflächen-Blutkontakt und die Größe der Patienten. Hierdurch löst die EKZ pathophysiologische Reaktionen mit zum Teil erheblichen negativen Auswirkungen auf den Gesamtorganismus aus. Diese zeitlich begrenzten Funktionsstörungen, gerne auch als Postperfusionssyndrom bezeichnet, lösen eine mehr oder weniger ausgeprägte akute unspezifische Entzündungsreaktion (SIRS) aus. Dabei entstehen z. B. Interleukine und Komplementfaktoren, die potenziell Schäden an Organsystemen verursachen können. Neben diesen Einflussfaktoren werden in der Kinderherzchirurgie wegen vermehrter Kollateralflüsse die Patienten unter Hypothermie und mit verminderten Perfusionsdrücken perfundiert. Das beeinträchtigt die Nierenfunktion zusätzlich zum Pulsationsverlust durch die EKZ. Als Kinderperfusionisten erleben wir hier deutlich häufiger eine Hypervolämie und eingeschränkte Nierenfunktion bei Säuglingen nach EKZ. Vor allem die Lungen sind aufgrund dessen nach jeder EKZ relativ überwässert.

Daher ist es nötig, bei Säuglingsperfusionen häufiger zu filtrieren, um den perfusionsbedingten „toxischen“ Mediatoren und der Hypervolämie einzelner Organe bzw. Organsysteme entgegenzuwirken und unerwünschte pathogene Substanzen mittels dafür geeigneter Filtrationsverfahren zu reduzieren. Zhou et al. konnten zeigen, dass eine Kombination aus Ultrafiltration (UF), Zero-Balance-Ultrafiltration (Z-BUF) und modifizierter Ultrafiltration (MUF) mit einer postoperativen Verbesserung der Lungenfunktion einhergeht [52]. Allerdings muss im Zuge einer Nutzen-Risiko-Abwägung der Einsatz eines Hämofilters, der durch seine sehr große Oberfläche pathologische Reaktionen auslöst, sehr genau überlegt werden. Neben der intraoperativen Anwendung der Ultrafiltration spielt aber vor allem auch die postoperative Anwendung der modifizierten Ultrafiltration (MUF) als post-EKZ-Filtration eine entscheidende Rolle, um das intraoperative Ungleichgewicht zwischen Patientengröße und Primingvolumen rückgängig zu machen [53-56].

Neben der Reduktion der Interleukine und Entzündungsmediatoren, bietet die Hämofiltration auch die Möglichkeit, negative transfusionsbedingte Nebenwirkungen auszugleichen. Gerade bei Neonaten muss dem Priming zur Begrenzung der Hämodilution häufig Fremdblut in Form von Erythrozytenkonzentrat zugegeben werden. Dessen Zusammensetzung ist in Bezug auf den Säure-Basen-Status, die Elektrolyte und Metabolite sehr unphysiologisch. Die Filtration sowohl des Primings wie auch kontinuierlich während der EKZ reduziert unerwünschte Metabolite wie Laktat und Glukose, stabilisiert und normalisiert den Elektrolyt- sowie den Säure-Basen-Haushalt [57, 58].

Das Hauptaugenmerk der Ultrafiltration ist die Elimination des überschüssigen Gesamtkörperwassers (total body water; TBW). Die Ultrafiltration konzentriert wirksam Erythrozyten und Plasmaproteine [59]. Der signifikante Anstieg des TBW ist ein allgemein beobachtetes Phänomen während der EKZ aufgrund eines kapillaren Lecksyndroms (capillary leak). Dies wird häufig durch Komplementaktivierung und Freisetzung von z. B. Zytokinen C3a, C5a hervorgerufen [60]. Überschüssiges TBW ist die Hauptursache für Gewebeödeme und daraus resultierende Organdysfunktionen. Die Zunahme des osmotischen Druckes im Plasma durch die Ultrafiltration fördert die Resorption aus dem Interstitium in das vaskuläre System und hilft so ein postoperatives Lungenödem zu verhindern [54].

Vor allem bei der EKZ von Säuglingen bis 10 kg ist der Hämofilter ein wichtiger und fester Bestandteil im EKZ-Setup. Allein die Art der Implantation in das EKZ-System sowie die Indikation für den Einsatz variieren stark [54]. Die einfachste Form, den Hämofilter zu platzieren, ist der passive Einsatz an der HLM. Der Hämofilter wird als „Shunt“ zwischen der arteriellen Linie und dem Kardiotomie-Reservoir platziert. Vor allem bei sehr kleinen Patienten entsteht so ein nur schwer zu kontrollierender Shuntfluss. Dieser muss durch Erhöhung des Pumpen-Minuten-Volumens ausgeglichen werden, um eine ausreichende Perfusion des Patienten sicherzustellen. Durch eine aktive Hämofiltration mittels Pumpe ist ein definierter „Shunt“ möglich, der leicht durch die entsprechende Steigerung des EKZ-Flusses ausgeglichen werden kann. Die Verwendung einer eigenen Pumpe für den Hämofilter bietet zwei weitere Vorteile. Zum einen kann das Blut vor der arteriellen Pumpe und somit unabhängig vom Patientenfluss entnommen werden, zum anderen kann der Durchfluss durch den Hämofilter und damit auch die Filtrationsrate exakt gesteuert und den jeweiligen Notwendigkeiten angepasst werden. Tabelle 13 zeigt eine Übersicht der in Deutschland erhältlichen Hämofilter für den Einsatz in der Kinder- und Säuglingsperfusion. Die Auflistung ist nach bestem Wissen recherchiert, bietet jedoch keinen Anspruch auf Vollständigkeit.

DISKUSSION

In der kardiovaskulären Chirurgie und insbesondere in der Kinderherzchirurgie spielen blutsparende Maßnahmen eine Schlüsselrolle. Wenngleich das Patient Blood Management einen festen Stellenwert bei erwachsenen Patienten hat, sind standardisierte Konzepte bei pädiatrischen Patienten selten. Insbesondere bei Säuglingen ist aufgrund des Missverhältnisses zwischen Blutvolumen des Patienten und dem Füllvolumen des EKZ-Kreislaufes häufig eine Zugabe von Blutprodukten ins Priming notwendig. Redlin et al. konnten eine gesteigerte Letalität mit einer arteriellen EK-Transfusion assoziieren, die z. B. beim Start der EKZ mit Blutpriming auftritt [61]. Erst der Verzicht auf Blutpriming eröffnet die Option einer transfusionsfreien Säuglingsherzoperation mit EKZ [62]. Entscheidend dafür ist ein primingreduziertes 250EKZ-System mit einer an die Patientengröße angepassten, modifizierten HLM. Fokus dabei ist die Anpassung der Rollerpumpen bezogen auf Größe und Position zu dem Oxygenator und Reservoir. Weiter muss die HLM möglichst nahe am Patienten positioniert werden, um Schlauchlängen reduzieren zu können. So vorbereitet, wird das EKZ-System in allen verwendeten Komponenten patientenadaptiert zusammengesetzt [63, 64]. Münch et al. konnten zeigen, dass die konsequente Umstellung des kardiotechnischen Setups für Säuglinge von 5 bis 10 kg auf eine anders aufgebaute „Neo-HLM“ und die Verwendung dafür angepasster Perfusionskomponenten die Fremdoberfläche um 58 % und das Priming um 84 % senken konnte. Hierfür wurden Komplettperfusionssysteme mit Oxygenator, arteriellem Filter, offenem Reservoir, Hämofilter, Blutkardioplegie-System ((KIDS 101 (LivaNova), Affinity Pixie (Medtronic), FX05 CAPIOX (Terumo)), die für das Patientengut mit einem Körpergewicht von 5–10 kg geeignet sind, verglichen [65]. Auch Tauber et al. konnten durch Einführung des Patient Blood Managements in der Kinderherzchirurgie, bezogen auf das Neuausrichten der HLM-Position, kürzere Schlauchverbindungslängen und Schlauchdurchmesser sowie das Einführen einer patientenangepassten Triggerschwelle, den Anteil an Blutpriming um 67 % reduzieren [66]. Allein durch den mit Hilfe einer Triggerschwelle (8,6 g/dl) errechneten EK-Bedarf im Priming konnte der Gesamtfremdblutverbrauch bei Säuglingsherzoperationen unter 10 kg KG signifikant gesenkt werden [67].  Böttcher et al. bekräftigten ihre Thesen eines blutfreien Primings. Es soll unbedingt eine Minimierung der EKZ-Systeme vor allem durch maximale Kürzung der blutführenden Schläuche erfolgen, um die Hämodilatation auf das absolut Nötigste zu reduzieren [68]. Weiter kann durch den Einsatz moderner Blutkardioplegieverfahren, insbesondere bei Neonaten, eine kardioplegieinduzierte Verdünnung vermieden werden [69-71]. Durch die Verkleinerung des EKZ-Setups konnten De Somer et al. die pathologischen Gerinnungsveränderungen reduzieren und auf Fresh-Frozen-Plasma (FFP) größtenteils verzichten [72]. Koster et al. postulierten, dass das minimalisierte EKZ-System der Schlüssel für fremdblutfreie HLM-Eingriffe ist [73]. Im Konsensuspaper von Menkis et al. wird die Minimierung des EKZ-Setups bezogen auf die Reduzierung des Fremdblutverbrauchs mit der Klasse IIa, Level A angegeben [74]. Böttcher et al. konnten zeigen, dass Patienten, die ohne Transfusion während der EKZ auskommen, signifikant geringere postoperative Laktatwerte aufzeigen [75]. Murin et al. konnten die Letalität senken, indem sie auf Blutpriming verzichten und eine Triggerschwelle von 8 g/dl zur EK- Transfusion festlegten [76]. In einer Metaanalyse aus 2012 wurde festgestellt, dass die Menge der transfundierten Fremdblutprodukte in direktem Zusammenhang mit akuter Niereninsuffizienz steht [77].

Vakuumassistierte venöse Drainage

Eine erfolgreiche chirurgische Therapie im Bereich der angeborenen Herzfehler basiert im Wesentlichen auf einer zügigen Korrektur, einer „maßgeschneiderten“ Perfusion sowie einem optimalen Management der Hämodynamik. Eine chirurgische Korrektur setzt u. a. ein beinahe blutfreies und übersichtliches Operationsfeld bei einer adäquaten Organperfusion voraus [40, 78, 79]. Diese Vorgaben sind oft nur durch den Einsatz einer vakuumassistierten venösen Drainage für einen verbesserten venösen Rückfluss zu erreichen. Dies ist vor allem bei unzureichender Höhendifferenz für eine passive Drainage zwischen Patient und venösem Reservoireinlass (Abb. 2), zu kleinen Kanülen und zu dünnen venösen EKZ-Schläuchen nötig. Obligat ist der VAVD-Einsatz bei der Verwendung kleinerer Venenkanülen und dünnerer Schläuche, um ein geringeres Primingvolumen zu haben. Dies erhöht jedoch das Risiko arterieller gasförmiger Mikroembolien und des Bluttraumas (Tab. 1; Abb. 1) [45]. Im Konsensuspapier der EACTS/EACTA/EBCP wird empfohlen, hierfür ein für Vakuum zugelassenes venöses Reservoir zu verwenden und den Unterdruck im venösen System zu überwachen (Klasse I, Level C). Nicht empfohlen werden hingegen exzessive negative Drücke größer –60 mmHg (Klasse III, Level B) [80] wegen der massiven Blutschädigung. Ein weiteres Problem ist die Verfügbarkeit zugelassener VAVD- Controller für den Einsatz an der HLM. Hier muss seitens der Industrie nachgebessert werden, um im Einsatz von VAVD nicht off-Label zu agieren.

Beschichtung von Schlauchsystemen

Die Auswahl geeigneter Werkstoffe für EKZ-Systeme stellt ein großes Problem in der biomedizinischen Anwendung dar. Diese müssen biokompatibel und in der physiologischen Umgebung funktionstüchtig sein. Für den EKZ-Kreislauf spielt die Blutverträglichkeit (Hämokompatibilität) eine entscheidende Rolle. Im EKZ-System werden verschiedene Anforderungen an die verwendeten Kunststofftypen gestellt. Bei dem Oxygenator liegt der Fokus auf dem Gasaustausch, das Pumpensegment muss genügend Rückstellkraft aufweisen und der Hämofilter dient als Nierenersatz. Somit kommt das zirkulierende Blut mit einer Vielzahl unterschiedlicher Kunststoffe und Fremdoberflächen in Berührung. Fremdkörper, wozu alle Werkstoffe gehören, die mit Blut oder Körperflüssigkeiten in Verbindung stehen, lösen eine Reaktion im Organismus aus. Werkstoffe, die Körperkontakt haben, dürfen keine toxische, allergische, entzündliche oder gar karzinogene Wirkung haben [81]. Durch den Kontakt mit Fremdmedien (Kunststoffe) wird die Gerinnungskaskade im Körper aktiviert. Die EKZ-Schläuche wirken somit auf den Organismus wie eine Gefäßverletzung. Thrombozyten haften sich an die Fremdoberfläche und bilden Agglomerate. Die Beschichtung von blutführenden Systemen ist vor allem im Kinder-EKZ-Bereich mit langen Perfusionszeiten obligat und wird deshalb wenig hinterfragt. Es verbessert bei den meisten PVC-Leitungen nachweislich die Hämokompatibilität [80].

Bezogen auf den Transfusionsbedarf konnten in einem Konsensuspapier von Menkis et al. keine signifikanten Unterschiede bei chirurgischen Blutungen sowie Transfusionsbedarf festgestellt werden (Klasse IIb, Level A) [74]. Idealerweise imitiert die Oberflächenveredlung die menschliche tunica intima, um humanes Blut „inert“ für das EKZ-System zu halten. Aktuell sind unterschiedlichste Arten von Oberflächenbeschichtungen für die EKZ erhältlich, die die Biokompatibilität des PVC verbessern sollen [47, 82-85]. Bezogen auf die Thrombogenität (Hämokompatibilität) ist ein noDOP-PVC-Schlauch (TEHTM) zu einem durch Beschichtung modifiziertem PVC-Schlauch (DEHP) als gleichwertig anzusehen – allerdings bei Faktor 100 geringerer Weichmacher-Migration [36].

SCHLUSSFOLGERUNG

Durch die Optimierung der HLM hinsichtlich verwendeter Komponenten, Positionierung und Miniaturisierung ist es möglich, Oberfläche und Füllvolumen soweit zu reduzieren, dass der Bedarf an Fremdblutprodukten möglichst gering ist. Dieser Prozess betrifft jedoch nicht nur den Perfusionisten, sondern bedarf eines hohen Aufwands und klarer Absprachen im gesamten Herz-Team.

Als AG „Kinder- und Säuglingsperfusion“ haben wir es in den letzten Jahren geschafft, eine Bestandsaufnahme der in Deutschland vorherrschenden Perfusionskonzepte vorzunehmen. Durch das Teilen von Erfahrung und Wissen konnten Übersichtslisten, Handlungsempfehlungen sowie einheitliche Perfusionskonzepte erarbeitet werden. Auf dieser Grundlage ist es den Kollegen möglich, ihr Perfusionsequipment anzupassen und zu modifizieren. Dabei profitieren die Teams von den Erfahrungen der Kolleginnen und Kollegen aus den anderen Kliniken, zum Wohle der uns anvertrauten Patienten.