HIGHLIGHTS:
- 99,6 % des initial vorhandenen Heparins werden durch das Waschen mittels maschineller Autotransfusion eliminiert.
- Die verbleibende Menge an Heparin nach MAT-Behandlung liegt unterhalb der therapeutischen Wirksamkeit.
► Es sind keine heparinreduzierten Blutungen durch aufbereitete Erythrozytenkonzentrate zu befürchten.
Die vorliegende Arbeit wurde zur Erfüllung der Voraussetzungen für den Erwerb des Grades „Dr. rer. biol. hum.“ an der „Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)“ erstellt.
Einleitung
Jay McLean entdeckte 1916 einen Wirkstoff, der die Hämostase beeinflusst, welcher heute unter dem Namen Heparin bekannt ist [1]. Die pharmakologische Gerinnungshemmung zielt auf das Thrombin (Faktor IIa) ab. Heparine sind chemische Glykosaminoglykane und setzen wie alle Heparinoide am endogenen Inhibitor Antithrombin an, dessen Wirkung um den Faktor 1000 verstärkt werden kann. In Abhängigkeit der Anzahl der Saccharidbausteine kann es zu einer reinen Faktor Xa-Hemmung oder einer kombinierten Faktor IIa- und Faktor Xa-Hemmung kommen. Die Länge der Saccharidsequenzen und damit der Molekülgröße spiegelt sich auch im Namen der medizinisch verwendeten Heparine wider. Neben niedermolekularem Heparin [(NMH), engl. low molecular weight heparin, (LMWH)], einem „Bruchstück“ des normalen Heparinmoleküls, wird auch unfraktioniertes als unverändertes Heparin (UFH) verwendet. UFH ist ein sehr schnell wirkendes „Blutverdünnungsmittel“, welches nur parenteral appliziert werden kann und welches einer engmaschigen Kontrolle (PTT-Monitoring) bedarf.
Die Halbwertszeit für UFH beträgt 1 Stunde und 4–6 Stunden für NMH. Die Heparin-Elimination erfolgt über das retikuloendotheliale System (RES) bzw. den renalen Weg, nach enzymatischer Spaltung mittels Heparinasen. Als Heparin-Antidot steht das aus Lachssperma gewonnene Protamin zur Verfügung [2]. Dieses Medikament hebt zu 100 % die Wirkung von UFH auf, seine Wirksamkeit auf NMH liegt bei ca. 60 % [3].
Mit der Einführung von Heparin als gerinnungshemmendem Medikament wurde u. a. der Grundstein für die extrakorporale Zirkulation (EKZ) und die maschinelle Autotransfusion (MAT) gelegt. Die MAT benötigt eine adäquate Antikoagulation des Saugerblutes, damit dieses weiter prozessiert werden kann. Die MAT ist ursprünglich ein Verfahren, welches bei chirurgischen Interventionen abgesaugtes Patientenblut sammelt, aufbereitet und dieses zur Retransfusion zur Verfügung stellt. Hierdurch kann die Verwendung allogener Blutprodukte verringert oder sogar komplett vermieden werden. Insbesondere in der Orthopädie und in der Herzchirurgie gibt es eingehende Studien, die den Nutzen der MAT belegen [4–6]. In einer Metaanalyse aus dem Jahr 2016 konnte gezeigt werden, dass durch den Einsatz eines MAT-Geräts der Transfusionsbedarf an EK signifikant gesenkt werden kann und das Infektionsrisiko abnimmt [7]. Das allgemeine Funktionsprinzip der MAT basiert auf einer Zentrifuge, welche durch Rotation die einzelnen Bestandteile nach ihrem Sedimentierungskoeffizienten auftrennt. Anfänglich fließt über einem Doppellumen-Schlauch eine heparinisierte Vollelektrolytlösung zum OP-Feld. Aus dem Operationsgebiet abzusaugendes Blut vermischt sich am Saugeransatz mit der heparinisierten Spüllösung und gelangt zurück zum Sammelreservoir des MAT-Geräts (Abb. 1). Über eine Rollerpumpe wird aktiv das gesammelte antikoagulierte Blut aus dem Reservoir in das Herzstück des MAT-Geräts (die Zentrifuge) gepumpt. Überschüssiges Plasma wird aus der Zentrifuge ausgeleitet und verworfen, inklusive der darin enthaltenen Gerinnungsfaktoren. Für den eigentlichen Waschprozess wird über eine separate Zufuhr die Waschlösung in die Zentrifuge geleitet. Das überschüssige Volumen aus der Glocke, welches aktivierte Blutbestandteile, Plasma, Leukozyten, Thrombozyten und Spüllösung enthält, wird ausgewaschen und anschließend verworfen. Die fertig aufbereiteten Erythrozyten gelangen anschließend in einen Retransfusionsbeutel und können als autologes EK dem Patienten zurückgegeben werden.
Abb. 1: Schematische Darstellung des Versuchsablaufs mit den Messpunkten M1 (vor MAT) und M2 (nach MAT)
Gerade diese Praxis der autologen Blutaufbereitung führt zu immer wiederkehrenden Diskussionen. Im klinischen Alltag wird lebhaft über einen möglichen Zusammenhang zwischen dem Heparingehalt in der Spüllösung des MAT-Gerätes und möglichen Auswirkungen auf die Hämostase des Patienten diskutiert. So verhält es sich auch mit dem verbleibenden heparinisierten Blut aus dem EKZ-Set, welches mittels MAT aufbereitet wird.
Material und Methode
Versuchsaufbau und Versuchsablauf
Das MAT-Gerät Xtra (LivaNova, Mirandola, Italien) wird mit einer 175 ml Latham-Glocke (Bowl Set X/175, LivaNova, Mirandola, Italien) bestückt und mit einem Reservoir (Xres T Blood Collection Reservoir Filtered 40 µm Top Outlet, LivaNova, Mirandola, Italien) verbunden. Zusätzlich wurde in den Aufbau das zugehörige Qualitätssicherungs-Abnahmeset eingebaut. Dies beinhaltet neben einer zusätzlichen Abnahmemöglichkeit zwischen dem Reservoir und der Zentrifuge auch einen Spike zur Probenabnahme am Retransfusionsbeutel. Über ein Infusionssystem (Intrafix, Braun Melsungen, Deutschland) wurde das Reservoir mit 1000 ml Jonosteril (Fresenius Kabi, Bad Homburg, Deutschland) und 25.000 IE Heparin (Heparin-Na- trium-25000-ratiopharm, Ratiopharm, Ulm, Deutschland) vorgefüllt. Ein Erythrozytenkonzentrat (EK) wird unter sterilen Kautelen mit einem Transfusionsbesteck (Sangofix, B.Braun, Melsungen, Deutschland) ins Reservoir eingebracht. Die verwendeten EKs wurden von der transfusionsmedizinischen Abteilung des Universitätsklinikums Erlangen zur Verfügung gestellt, welche die gesetzlichen und klinikinternen Vorgaben zur Transfusion von EK am Patienten erfüllen. Alle verwendeten Konserven wurden dem Klinikum vom Blutspendedienst Suhl geliefert (Institut für Transfusionsmedizin Suhl gGmbH, Albert-Schweizer- Straße 15, 98527 Suhl); wobei es sich um 30 leukozytendepletierte inline-gefilterte EKs, welche in einer PAGGS-M (phosphate-adenine-glucose-guanosin-saline-mannitol) Stabilisierungslösungen bei 4 °C (Kühlschrank, Kirsch, Offenburg, Deutschland) lagerten, handelte. Das MAT-Gerät wurde im Versuch ausnahmslos mit dem standardisierten Waschprogramm „Popt“ betrieben. Vor dem Aufbereitungsprozess wurde das Reservoir händisch geschüttelt, um eine optimale Durchmischung zu gewährleisten. Initial wird die Zentrifuge mit 5600 U/ min gestartet und die Waschglocke wird mit 300 ml/min Blut aus dem Reservoir gefüllt. Während des Füllvorgangs erfolgte die erste Probenabnahme (M1) über das mitgelieferte Qualitätssicherungsset. Im Anschluss wurde nach dem Studienprotokoll 1000 ml Waschlösung mit einer Geschwindigkeit von 450 ml/min zum Waschen zugeführt. Geleert wurde die Zentrifuge mit 400 ml/ min über die „Leeren“-Linie, an deren Ende sich ein angeschlossener Retransfusionsbeutel befindet. Nach der ersten aufbereiteten Glocke reichte das verbleibende Volumen im Reservoir nicht aus, um eine zweite komplette Glocke aus dem Reservoir zu bedienen. Aus diesem Grund wurde das Programm „letzte Glocke“ gewählt. Hierbei kann die Waschglocke aus dem Reservoir gefüllt werden, bis kein Volumen mehr im Reservoir vorhanden ist. Das fehlende Volumen zur vollständigen Füllung der Glocke wurde aus dem Retransfusionsbeutel bezogen. Diese Glocke wurde ebenfalls mit 1000 ml Waschlösung gereinigt. Nach Abschluss des Zyklus „letzte Glocke“ wurde das aufbereitete EK erneut beprobt (M2).
Beide entnommenen Proben (M1 und M2) wurden bei 21 °C, mit 4350 RPM für 10 min zentrifugiert (Rotanta 460R, Hettich AG, Bäch, Schweiz). Der proteinfreie Überstand wurde abpipettiert, in CryoTubes (Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, Vereinigte Staaten) überführt und anschließend bei –80 °C gelagert. Die abschließende Messung erfolgte en bloc im klinischen Labor des Universitätsklinikums. Zur Konzentrationsbestimmung wurde ein Anti-IIa chromogenic assay verwendet (Biophen Heparin ANTI-IIa (kinetics) Ref: 221020, HYPHEN Biomed, Neuville-sur-Oise, Frankreich), dessen Konzentrationsmessbereich von 0,0 bis 6,0 IE/ml reicht. Bei Werten oberhalb des Messbereichs wurden die Proben verdünnt. Bei diesem zweistufigen Test wird zu einer definierten Probemenge Anti-Thrombin III (ATIII) und Thrombin (Faktor IIa) hinzugegeben (Abb. 2). Das in der Probe enthaltene Heparin bildet zusammen mit dem ATIII einen Komplex und setzt am Thrombin an. Im zweiten Schritt wird nun das verbleibende Thrombin, welches nicht interagierte, durch eine Reaktion mit Hilfe eines Fluoroskops sichtbar gemacht. Hierbei verhält sich die Farbintensität umgekehrt proportional zur Heparin-Konzentration der Probe.
Abb. 2: Zweistufiger Heparinkonzentrationstest
Statistik
Die statistische Auswertung erfolgte mit SPSS für Windows (Version 24 SPSS Inc., Chicago, USA). Die Analyse der Unterschiede der einzelnen Messzeitpunkte erfolgte mittels gepaartem t-Test. Alle Werte sind als Mittelwert ± einfache Standardabweichung angegeben. Das Signifikanzniveau betrug α = 0,05
Ergebnisse
Zum Messzeitpunkt 1 (M1) beträgt die Heparinkonzentration im Mittel 19,4 ± 4,8 IE/ ml und 0,4 ± 0,2 IE/ml zum Zeitpunkt M2. Dieser zwischen den beiden Messzeitpunkten gemessene Unterschied ist statistisch signifikant (M1 vs. M2; p < 0,05; CI 95% der Differenz 17,2–20,8 IE/ml). Die absolut gemessenen Heparinmengen zu beiden Messzeitpunkten entsprechen einer prozentualen Reduktion der initialen Heparinmenge um 99,6 % (Abb. 3).
Abb. 3: Heparinmengen vor und nach dem Waschprozess; *p < 0,05
Tab. 1: Berechnung der Heparinmenge im Retransfusionsbeutel
Diskussion
Die amerikanische Gesellschaft der Blutbanken schreibt für MAT-Geräte eine Heparinkonzentration von <0,5 IE/ml im Retransfusionsblut vor [8]. Unter Laborbedingungen konnten Seyfried et al. eine >99 %ige Elimination von Heparin durch die MAT-Behandlung nachweisen [9]. Dieses Ergebnis konnte in der vorliegenden Arbeit mit einer 99,6 %igen Eliminationsrate von Heparin analog bestätigt werden. Paravicini et al. zeigten anhand von 13 intraoperativen MAT-Anwendungen bei orthopädischen Operationen, dass die verbleibende Heparinkonzentration im Retransfusionsbeutel mit 0,18 ± 0,21 IE/ml bei einem Maximalwert von 0,5 IE/ml sehr gering ist [10]. Sistino et al. untersuchten jeweils 10 Erwachsene und 10 pädiatrische Patienten, welche unter Anwendung der EKZ operiert wurden. Seine Arbeitsgruppe konnte eine signifikante Abnahme der Heparinkonzentration durch die Anwendung der MAT nachweisen. In der pädiatrischen Gruppe sank dabei die Heparinkonzentration auf 0,0027 IE/ml [11]. In einer Literaturrecherche von Buys et al. wurden 18 Arbeiten tabellarisch zusammengefasst, welche in den Jahren zwischen 1981 und 2012 die verbleibende Heparinkonzentration im gewaschenen und aufbereiteten MAT-Blut untersuchten. Zusammenfassend stellte die Arbeitsgruppe fest, dass die verbleibenden Heparinkonzentrationen so gering waren, dass diese keinen klinischen Einfluss auf die Blutgerinnung und damit auch nicht auf das Patientenoutcome hatten [8].
Um die Ergebnisse der vorliegenden In-vitro-Studie darzustellen, wurde eine praxisnahe Simulation durchgeführt (Tab. 1). Die grundlegende Annahme besteht in einem Blutverlust von 20 % des Blutvolumens während eines operativen Eingriffes unter der Verwendung der EKZ. Exemplarisch werden 3 Beispielpatienten aufgeführt und die Menge des Heparins im MAT-aufbereiteten autologen Blut dargestellt (Tab. 1). Hierbei zeigte sich ein mögliches Problem in der Gruppe der Kinder (3 kg) im Rechenmodell. Durch den größeren Anteil der Vorfüllmenge Heparin im Reservoir (5000 IE) im Vergleich zum Blutverlust kommt es zu einer höheren möglichen Heparinbelastung für Patienten in der Gruppe „Kind“ (7,67 IE/kgKG) im Vergleich zu Jugendlichen (1,48 IE/kgKG) oder Erwachsenen (0,89 IE/kgKG). Teamintern diskutieren wir derzeit in dieser Patientengruppe bis 10 kgKG eine Reduktion des Heparingehalts der Spüllösung von derzeit 25 IE/ml auf 10 IE/ml. Diese Änderung vermindert die Heparinkonzentration nach MAT-Aufbereitung von 7,67 IE/kgKG auf 3,54 IE/kgKG.
Trotz aller erlangten Erkenntnisse zur Retransfusion von mittels MAT aufbereitetem Blut beherrschen immer wiederkehrende Diskussionen zur Blutungsneigung das Thema. Häufig ist diese durch einzelne subjektive klinische Beobachtungen unbegründet, da sie nicht auf den Grundlagen derzeitiger wissenschaftlicher Erkenntnisse beruhen. Elementar hierbei ist das Verständnis, dass dem aufbereiteten MAT-Blut nahezu alle hämostatisch wirksamen Faktoren entzogen werden. Dies fällt insbesondere bei erheblichen Blutverlusten ins Gewicht. Das aufbereitete Saugerblut wird fälschlicherweise eher als Vollblut (mit Gerinnungsbestandteilen) erachtet, anstatt es nur als aufbereitetes autologes EK anzusehen. Bei einem blutungsbedingten absoluten Volumenmangel ist es elementar, alle Blutbestandteile, also auch Thrombozyten und Gerinnungsfaktoren, zu substituieren. Bei massiven Blutungen gibt es in der Literatur definierte Protokolle, welche ein entsprechendes Verhältnis von EK zu FFP zu TK definieren (z. B. 1:1:1 oder 2:1:1) [12, 13]. Bei der Retransfusion von autologen EKs sollte daher frühzeitig auch an eine adäquate Transfusion weiterer Bestandteile gedacht werden. Hierbei kann auch die klare Kommunikation der aufbereiteten Blutmengen helfen, um dem Anästhesisten einen Eindruck zum Blutverlust vor Augen zu führen. Betrachtet man die Literatur zum Thema MAT-Anwendungen, dürfte sich theoretisch im Bereich der allogenen Blutprodukte nur die Gabe von Erythrozytenkonzentrat zwischen den Gruppen (mit und ohne MAT) unterscheiden und nicht die Gabe von Fresh-Frozen-Plasma (FFP) und Thrombozytenkonzentraten. Brown et al. zeigten in ihrer Studie, welche 47 Patienten inkludierte, dass in der Gruppe mit MAT in Summe 4 EKs transfundiert werden mussten im Vergleich zur Vergleichsgruppe (nicht-MAT-Gruppe), die 8 EKs erhalten hatten. Die Differenz wurde durch das gewaschene autologe EK ausgeglichen. Bemerkenswert war, dass die Gabe von FFPs in der MAT-Gruppe signifikant niedriger ausfiel (3 vs. 5 FFPs; p < 0,05). Zusätzlich gaben die Autoren an, dass es in der MAT-Gruppe zu einem höheren Blutverlust gekommen ist, wobei der Blutverlust in der nicht-MAT-Gruppe geschätzt wurde [14].
Schlussfolgerung
Das MAT-Gerät eliminiert im Prozess der Aufbereitung über 99,6 % des initial zugesetzten Heparins. Diese Heparinmenge pro transfundiertem Volumen liegt bei Erwachsenen und Jugendlichen unterhalb einer therapeutischen Wirksamkeit und hat somit keinen relevanten Einfluss auf die Blutungsneigung und das Outcome der Patienten.
Ethische Aspekte
Dieser Beitrag beinhaltet keine Studien an Menschen oder Tieren. Die Ethikkommission des Universitätsklinikums Erlangen stufte die Studie als eine Untersuchung zur Qualitätssicherung ein, so dass es zur Durchführung keines Ethikvotums bedurfte.
Interessenkonflikt
Das MAT-Gerät und die verwendeten Einmalprodukte wurden durch die Firma Liva-Nova Deutschland GmbH für die Studie bereitgestellt. Auf die Versuchsdurchführung und die Ergebnisse gab es keine Einflussnahme seitens des Medizintechnik-Unternehmens. Ein Interessenkonflikt lag somit zu keinem Zeitpunkt der Studie vor.
Kurzer wissenschaftlicher Lebenslauf Nicola Kwapil
Nicola Kwapil studierte an der Hochschule Furtwangen Molekulare und Technische Medizin (BSc) und absolvierte dort den Masterstudiengang Technical Physician (MSc). Von 2015 bis 2017 war er Perfusionist am Klinikum der Universität München (LMU) und ist seit 2018 am Universitätsklinikum Erlangen tätig. Seine aktuellen Forschungsschwerpunkte sind die maschinelle Autotransfusion und die Säuglingsperfusion.
