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Allgemeiner
Stand der Technik
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Es
ist einschlägig
bekannt, den pH-Wert in Körperfluiden
zu bestimmen, indem man eine Elektrodenzellenbaugruppe verwendet
und die Messelektrode in eine Probe des Körperfluids taucht. Man weiß, dass
der pH-Wert das
Symbol für
den negativen Logarithmus der H+-Ionenkonzentration
ist. Der pH-Wert des Blutes zeigt an, wie sauer das Blut ist. Eine
hohe Blutazidität,
die durch einen niedrigen pH-Wert widergespiegelt wird, zeigt an,
dass die Organe des Körpers
nicht mit genügend
Sauerstoff versorgt werden, was sich letztendlich als schädlich erweisen
kann.
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Es
ist ebenfalls einschlägig
bekannt, den Gewebe-pH-Wert in Herzmuskelgewebe zu messen. Das Messen
des pH-Wertes in Herzmuskelgewebe diente zum Bestimmen des Vorliegens
von Herzmuskelischämie,
was durch Gewebeazidose angezeigt wird, was durch eine Verringerung
des pH-Wertes widergespiegelt wird. Während eines Eingriffs am Herzen
wird die Aorta vollständig
abgeklemmt und die Herzmuskelschicht wird von ihrer Blut- und Nährstoffversorgung
abgeschnitten, wodurch die Gefahr einer Schädigung des Herzens durch Ischämie entsteht. Ischämie kann
durch Überwachung
des pH-Wertes der Herzmuskelschicht diagnostiziert werden, der deutlich
abfällt
und während
einer Ischämie
azidotisch wird.
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Es
besteht jedoch ein fortwährender
Bedarf an weiteren Verbesserungen bei den Systemen zum Diagnostizieren
und Behandeln von ischämischem Gewebe.
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Johnson,
D. et al.: "Reducing
Intraoperative Myocardial Acidosis by Cardioplegic Perfusion via the
Coronary Sinus",
Journal of Surgical Re search, Band 44, 1988, Seiten 625–630, offenbart
ein Gewebeüberwachungs-
und Fluidabgabesystem.
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Khuri,
S. et al.: "On-Line
Metabolic Monitoring of the Heart During Cardiac Surgery", Surgical Clinics
of North America, Band 65, 1985, Seiten 439–453, offenbart ein computerunterstütztes Gewebeüberwachungs- und Fluidabgabesystem
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Das dort beschriebene
Fluidabgabesystem gibt Fluid mit einer gleichbleibenden Temperatur
ab.
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Obgleich
Ischämie
oder Gewebeazidose in Herzgewebe bereits gemessen wurde, waren Systeme
und Verfahren zum Verhindern und/oder Umkehren von Gewebe- und insbesondere
Herzazidose unbekannt. Die Chirurgen wussten nicht, wie eine Gewebeazidose
rückgängig zu
machen war, nachdem sie einmal festgestellt war. Die vorliegende
Erfindung betrifft Systeme, die mit Gewebe-pH-Wert-Messungen arbeiten,
um Ischämie
zu diagnostizieren und Richtlinien zum Durchführen einer Operation auf der Grundlage
dieser pH-Wert-Messungen
zu geben, um Gewebeischämie/-azidose
zu verhindern und/oder umzukehren. Die vorliegende Erfindung stellt
Systeme bereit, mit denen Gewebeazidose korrigiert werden kann,
nachdem sie festgestellt wurde.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Systeme zur pH-Wert-geführten Behandlung
von Gewebeischämie
oder die Verwendung von pH-Messungen von
Gewebe als ein System zum Steuern von Diagnose- und/oder chirurgischen Verfahren. Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung betrifft speziell eine Vorrichtung, die für Patienten
verwendet wird, bei denen ein Eingriff am Herzen durchgeführt wird. Sie
arbeitet mit einer Gewebeelektrode und einem Gewebemonitor und umfasst
eine Reihe von Schritten, die bei einer bevorzugten Ausführungsform
darauf abzielen, eine homogene Verteilung von kardioplegi scher Lösung während der
Aortenabklemmung zu erreichen und eine ausreichende Revaskularisierung
ischämischer
Segmente der Herzmuskelschicht zu gewährleisten. Das Verfahren, das
mit einer pH-Wert-geführten Herzmuskelbehandlung
arbeitet, führt
die Durchführung
der Arbeitsschritte, verhindert eine Schädigung des Herzens, verlängert den
Unbedenklichkeitszeitraum des Sauerstoffmangels und verbessert das
Ergebnis einer Herzoperation an einem Patienten.
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Die
Verwendung des pH-Wert-geführten Herzmuskelbehandlungssystems
zum Erkennen ischämischer
Segmente einer Herzmuskelschicht kann einem Benutzer Optionen für spezielle
Verhaltensrichtlinien sowohl während
als auch nach dem chirurgischen Eingriff in die Hand geben. Zu diesen Optionen
gehören:
Veranlassen einer optimalen Abgabe von Schutzlösungen zum Herzen zum Verringern
von Ischämie,
Beurteilen der Angemessenheit einer Koronarrevaskularisierung im
Anschluss an einen herzchirurgischen Eingriff, Erkennen eines lebensfähigen, aber
nicht-funktionierenden Herzmuskels, Veranlassen von Änderungen
bei der Durchführung
des chirurgischen Eingriffs, Überwachung
des pH-Wertes des
Herzmuskels nach der Operation und Beurteilen der Wirksamkeit neuerer
Herzmuskelschutzmittel.
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Es
gibt verschiedene Verfahren des Zuführens einer pH-Elektrode, die
bei der pH-Wert-geführten
Herzmuskelbehandlung verwendet wird, zu einer interessierenden Stelle.
Die Elektrode kann manuell durch den Benutzer zugeführt werden.
Die Elektrode kann auch mit einem Katheter durch eine perkutane Inzision
zugeführt
werden. Die Elektrode kann auch durch ein Endoskop, ein Kolonskop
oder ein Laparoskop zu einer interessierenden Stelle geführt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung kann das Verfahren somit für andere Gewebemessungen verwendet
werden, wie zum Beispiel Hirngewebe, Nierengewebe, Hautmuskellappen
oder den Dünndarm
oder Dickdarm. Bei einer weiteren Ausführungsform kann der pH-Wert
von transplantier ten Organen, wie zum Beispiel Leber oder Niere, gemessen
werden, um die Diagnose und/oder Behandlung von Abstoßungen zu
unterstützen,
weil Azidose ein frühes
Anzeichen von Abstoßungen
ist.
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Es
können
auch andere Systeme und Verfahren zum Messen des pH-Wertes verwendet
werden, einschließlich – bei bestimmten
Anwendungen – Oberflächen-pH-Wert-Messungen,
Magnetresonanzmessungen oder optische Verfahren, die mit faseroptischen
Sonden oder Endoskopen arbeiten.
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Wenn
ein Benutzer festgestellt hat, dass an einer interessierenden Stelle
Gewebeazidose vorliegt, kann der Benutzer eine optimale Abgabe von Schutzfluiden
oder Kardioplegiafluiden zum Herzen veranlassen, um den pH-Wert
der Stelle anzuheben. Dem Benutzer stehen verschiedene Systeme für eine optimale
Abgabe der Kardioplegialösungen
zu der Stelle zur Verfügung.
Dazu gehören: Ändern der Durchflussmenge
des Schutzfluids, Ändern
der Temperatur des Fluids, Ändern
der Abgabestelle, Umpositionieren der Spitze des Katheters, selektives
Lenken des Schutzfluids durch den Verteiler, Anlegen eines direkten
Koronararteriendrucks an den proximalen Abschnitt der Arterie, Verschließen der
linken Hauptkoronararterie mit einem Ballonkatheter, Aufblasen des
Ballons eines retrograden Koronarsinuskatheters, Verabreichen eines
Kardioplegiabolus durch die Öffnung
einer rechten Koronararterie und Beschleunigen eines chirurgischen
Eingriffs.
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Wenn
ein Benutzer festgestellt hat, dass an einer interessierenden Stelle
Gewebeazidose vorliegt, kann der Benutzer auch Änderungen der Durchführung des
chirurgischen Eingriffs veranlassen, um den pH-Wert der Stelle zu
erhöhen.
Dem Benutzer stehen verschiedene Alternativen zum Ändern des chirurgischen
Eingriffs zur Verfügung.
Dazu gehören: Bestimmen
der Notwendigkeit einer Revaskularisierung eines bestimmten Segments
der Herzmuskelschicht, Ändern
der Reihenfolge der Re vaskularisierung, Veranlassen einer zusätzlichen
Revaskularisierung, Ändern
der Operation oder Austauschen des Chirurgen, um die Ischämiedauer
zu verkürzen,
Abbrechen einer Operation und Verzögern der Entwöhnung eines
Patienten von einem kardiopulmonaren Bypass.
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Die
pH-Elektrode selbst kann ein Kabel haben, das mit einem Silberdraht
verbunden ist, wobei es sich bei dem Silberdraht um einen Ag/AgCl-Draht (Silber/Silberchlorid)
handelt. Das Kabel und die Drähte
sind von einem Gehäuse
umschlossen, das in einem Schrumpfschlauch untergebracht ist. Die
Elektrode hat einen Glasschaft, in dem der Silberdraht, ein Thermistor,
ein pH-Wert-Sensor und ein gelierter Elektrolyt untergebracht sind.
Die Elektrode hat ein abknickbares Gelenk, was es dem Benutzer ermöglicht,
die Positionierung der Elektrode vor oder während der Verwendung zu justieren,
und was das Entfernen der Elektrode nach einem progressiven Einführen erleichtert.
Der Glasschaft ist mit einer Spitze versehen, was das direkte Einführen in
das Gewebe gestattet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Glasschaft
aus Bleiglas.
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Die
Elektroden können
in einer Sonde verwendet werden, die mittels eines Katheters und/oder Endoskops
zu einer Stelle im menschlichen Körper geleitet werden kann.
Der Sensor ist mit einem Datenverarbeitungssystem verbunden, wie
zum Beispiel einem Personalcomputer, der zum Aufzeichnen und Verarbeiten
von Daten verwendet werden kann. Der Computer kann mittels eines
Softwaremoduls programmiert sein, um den Systembetrieb zu steuern und
dem Benutzer den Zustand des Patienten und Änderungen des Systemstatus' und -betriebes anzuzeigen.
Das System kann den Chirurgen auch auf angezeigte Änderungen
bei einem laufenden chirurgischen Eingriff hinweisen. Der Computer
kann mit einer Steuerung verbunden sein, die ein Fluidabgabesystem
betreibt, und verschiedene Temperatur- und Drucksensoren können Daten
bezüglich
des Patientenstatus' an
das Überwachungssystem
senden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
gehen aus der folgenden näheren
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung hervor und sind in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht,
in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche
Teile bezeichnen. Die Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgerecht;
vielmehr kommt es auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung
an.
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1 veranschaulicht
ein Verfahren der Verwendung des Gewebe-pH-Wertes zum Erkennen ischämischer
Segmente einer Herzmuskelschicht und die Optionen, die einem Benutzer
zur Verfügung
stehen, um diese Informationen zu nutzen und einer angemessenen
Vorgehensweise zu folgen.
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2 veranschaulicht
die Verfahren des Zuführens
einer pH-Elektrode
zum Herzgewebe.
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3 veranschaulicht
ein Verfahren zum Veranlassen einer optimalen Abgabe von Schutzlösung zum
Herzen während
des Eingriffs.
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4 veranschaulicht
ein Verfahren der Verwendung der pH-Elektrode zum Messen des Zustands von
Gewebe und Ändern
der Durchführung
einer Operation an dem betreffenden Gewebe.
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5 veranschaulicht
eine Schnittansicht einer Ausführungsform
einer pH-Elektrode.
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6 veranschaulicht
ein krallenförmiges Kardioplegiaabgabesystem
mit Hilfsmitteln.
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7A zeigt
ein am Herzen angebrachtes Verteiler-Kardioplegiaabgabesystem mit Hilfsmitteln.
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7B zeigt
eine Kanüle,
die in der linken Hauptkoronararterie des Herzens angeordnet ist.
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8 zeigt
eine Koronarsinuskanüle,
die mit einer Venenkanüle
verbunden ist.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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1 veranschaulicht
ein Verfahren der Verwendung des Gewebe-pH-Wertes zum Erkennen ischämischer
Segmente des Herzens, bei denen es sich um Regionen des Herzmuskels
handelt, die keine ausreichende Blut- und Nährstoffversorgung erhalten,
und die Optionen, die einem Benutzer zur Verfügung stehen, um diese Informationen
zu nutzen und einer zweckmäßigen Vorgehensweise
zu folgen. Ein Benutzer würde
zuerst eine pH-Elektrode zum Herzen 10 eines Patienten
führen.
Der Benutzer würde
dann den Gewebe-pH-Wert messen, der auf einem Monitor 12 angezeigt
wird, und bestimmen, ob Azidose im Gewebe 14 vorlag oder
nicht. Wenn keine Gewebeazidose 16 vorliegt, so würde der
pH-Wert erneut gemessen werden 12. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird der pH-Wert ständig
durch die Elektrode gemessen, und die pH-Wert-Messungen werden auf
einem Monitor angezeigt. Wenn jedoch Azidose in dem Gewebe 18 vorlag,
so könnte
der Benut zer diese Information verwenden, um zweckmäßige Maßnahmen
zu ergreifen, wie zum Beispiel folgende:
Ein Benutzer kann
eine optimale Abgabe der Schutzlösungen
zum Herzen durch eine oder mehrere aus einer Zusammenstellung bestimmter
Interventionen 20 veranlassen. Um einen Eingriff am offenen
Herzen durchzuführen,
muss die Aorta abgeklemmt werden, wodurch der Herzmuskel von seiner
Blut-, Nährstoff-
und Sauerstoffversorgung abgeschnitten wird. Eine Schutzlösung, oft
auch als eine kardioplegische Lösung
bezeichnet, wird normalerweise in das Herz und seine Blutgefäße perfundiert,
um eine zeitabhängige
ischämische
Schädigung
zu verhindern. Es wurde nachgewiesen, dass die Messung des Gewebe-pH-Wertes, der zum Teil
das Auswaschen des Wasserstoffions widerspiegelt, das durch die
Stoffwechselprozesse hervorgebracht wird, ein guter Indikator der
regionalen Verteilung der Schutzlösung ist. Es ist außerdem nachgewiesen
worden, dass diese Verteilung ausgeprägt heterogen und unvorhersagbar
ist, wobei Segmente der Herzmuskelwand von Azidose betroffen sind,
weil die kardioplegische Lösung
diese Segmente nicht erreicht. Die Hauptaufgabe der Herzmuskelbehandlung
ist das Verhindern von Gewebeazidose in allen Segmenten der Herzmuskelschicht
während
des gesamten Verlaufs der Operation am offenen Herzen. Dies erreicht
man durch Gewährleisten
einer ausreichenden und homogenen Abgabe der kardioplegischen Lösung und
einer ausreichenden Revaskularisierung ischämischer Segmente des Herzens.
Dies erreicht man durch Halten des Herzmuskel-pH-Wertes so nahe
wie möglich am
Normalwert, wobei der normale pH-Wert im Bereich zwischen 7,2 und
7,4 liegt.
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Ein
Benutzer kann auch die Angemessenheit einer Koronarrevaskularisierung
im Anschluss an eine Koronararterienbypassverpflanzung, eine Ballondilatation
oder ein Intrakoronar-Stenting 22 beurteilen. Dafür wird die
Rate der Auswachung des Wasserstoffions verwendet, das sich während der
Ischämie
als eine Anzeige der Größenordnung
des Gewebeblutflusses in dem Gewebe ansammelt.
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Im
Anschluss an die Wiederherstellung des Flusses durch eine neu hergestellte
aortokoronare Bypassverpflanzung zeigt das Ausbleiben einer Änderung
des pH-Wertes eines Herzmuskelsegments, durch das sich das Transplantat
erstreckt, eine nicht-ausreichende Revaskularisierung an. Andererseits
zeigt ein Ansteigen des pH-Wertes von mehr als 0,1 pH-Einheiten die Wiederherstellung
eines effektiven Gewebeflusses zu der ischämischen Herzmuskelschicht an.
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Ein
Benutzer kann auch einen lebensfähigen,
aber nichtfunktionierenden Herzmuskel 24 erkennen, als
hibernierendes Myokardium bekannt, was seine Funktion mit ausreichender
Koronarrevaskularisierung verbessert. Die pH-Wert-geführte Herzmuskelbehandlung
hat demonstriert, dass die Fähigkeit
des nicht-kontraktilen Herzmuskelwandsegments, Säure zu erzeugen, d. h. Gewebeazidose
aufzuweisen, ein Anzeichen für
die Lebensfähigkeit
und Umkehrbarkeit der Dysfunktion in diesem Segment ist. Darum stellt
das Verfahren ein Hilfsmittel bereit, mit dem die Lebensfähigkeit
des nicht-kontraktilen Herzmuskelsegments beurteilt werden kann.
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Ein
Benutzer kann auch bestimmte Änderungen
bei der Durchführung
der Operation 26 veranlassen, nachdem er Informationen
zum Gewebe-pH-Wert erhalten hat. Diese Änderungen beim Operationsablauf
sind in 4 näher dargestellt.
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Ein
Benutzer kann auch den Säure-Base-Status
des Herzmuskels während
des postoperativen Zeitraums 28 überwachen und bevorstehende Probleme
erkennen. Diese Funktion gestattet die Darstellung ischämischer
Ereignisse auf der Intensivstation innerhalb der ersten 72 Stunden
nach der Operation. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine ständige Überwachung
des regionalen Gewebemetabolismus' und des Säure-Base-Gleichgewichts eines Patienten
nach dem Eingriff. Ein Absinken des Herzmuskel-pH-Wertes von mehr
als 0,1 pH-Einheiten trotz eines stabilen Blut-pH-Wertes weist auf
eine Herzmuskelischämie
hin. Je heftiger das Absinken des pH-Wertes, desto größer ist
die Größenordnung der
ischämischen
Schädigung.
Diese Funktion erreicht man durch Implantieren der Elektroden in
die Herzmuskelschicht zum Zeitpunkt der Operation und das Nach-Außen-Legen
der Elektroden durch einen speziellen Brustkorbtubus. Die Elektroden
werden auf der chirurgischen Intensivstation (SICU) nach Beendigung
der Überwachung
herausgezogen, indem einfach an ihnen gezogen wird, zusammen mit
dem Brustkorbtubus, der sie beherbergt.
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Der
Benutzer kann auch die Wirksamkeit neuerer Herzmuskelschutzmittel
und -verfahren bei der Verhütung
von Gewebeazidose und der Verbesserung der Behandlungsergebnisse
von Patienten 30 beurteilen. Um den Herzmuskelschutz zu
verbessern, wird derzeit eine Anzahl von Mitteln als Zusätze zu der
kardioplegischen Lösung
vorgeschlagen, und es werden neue Modalitäten für die Verabreichung von Kardioplegia
gesucht. Die pH-Wert-geführte Herzmuskelbehandlung
stellt einen metabolischen Marker bereit, der die Beurteilung der
Wirksamkeit dieser neuen Mittel und Modalitäten bei der Verbesserung des
Grades des intraoperativen Schutzes ermöglicht, dessen Kennzeichen
der Grad der Verhütung
von Azidose während
der Phase der Aortenabklemmung sein kann. Die Variable, die verwendet wird,
um diese Verfahren des Herzmuskelschutzes zu vergleichen, ist der
integrierte mittlere Herzmuskel-pH-Wert während der Phase der Aortenabklemmung.
Je höher
der integrierte mittlere pH-Wert während dieser Phase ist, desto
besser ist der Grad des Herzmuskelschutzes.
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2 veranschaulicht
verschiedene Verfahren des Hinführens
einer pH-Elektrode zum Herzgewebe. Ein Benutzer kann die pH-Elektrode
mit tels direkter Einführung 40 implantieren.
Dies kann unter Öffnung
des Brustraumes eines Patienten während eines Eingriffs am Herzen
und durch Einsetzen der Elektrode in das Herzgewebe des Patienten
per Hand geschehen. Der Benutzer kann die pH-Elektrode auch mittels
eines Katheters durch eine perkutane Inzision 42 einsetzen.
Ein Benutzer kann die pH-Elektrode auch mittels eines Endoskops,
Kolonskops oder Laparoskops 44 einsetzen. Der Benutzer kann
dann den pH-Wert des Gewebes 46 messen und bestimmen, ob
Azidose in dem Gewebe 48 vorliegt. Wenn keine Azidose festgestellt
wird 50, so kann der pH-Wert des Gewebes erneut gemessen werden 46.
Wenn Azidose in dem Gewebe festgestellt wird 52, so kann
der Benutzer dann eine zweckmäßige Vorgehensweise 54 ergreifen,
wie in 1 dargestellt.
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3 veranschaulicht
ein Verfahren zum Ermöglichen
einer optimalen Abgabe von Schutzlösung zu einem Herzen während des
Eingriffs. Bei diesem Verfahren kann ein Benutzer zuerst den Herzgewebe-pH-Wert
messen 60 und bestimmen, ob Azidose in dem Gewebe vorliegt 62.
Wenn keine Azidose festgestellt wird 64, so kann der pH-Wert
des Gewebes erneut gemessen werden 62. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird der pH-Wert ständig
gemessen und überwacht.
Wenn Azidose in dem Gewebe festgestellt wird 66, so kann
der Benutzer dann eine optimale Abgabe der Schutzlösungen zum
Herzen durch eine oder mehrere einer Zusammenstellung bestimmter
Interventionen veranlassen. Zu den Interventionen, die verwendet
werden, um eine ausreichende und homogene Abgabe der kardioplegischen Lösung zu
erreichen, gehören
beispielsweise folgende Schritte:
Der Benutzer kann die Durchflussmenge
der Schutzlösung 68 ändern, um
eine optimale Abgabe der kardioplegischen Lösung zu erreichen. Der Perfusionist steuert
die Durchflussmenge der verabreichten kardioplegischen Lösung. Die
pH-Wert-geführte
Herzmuskelbehandlung hat demonstriert, dass Patienten und Herzmuskelsegmente
sich in der Durchflussmenge unterscheiden, die zum Verhüten von
Azidose erforderlich ist. Darum kann ein Ändern der Durchflussmenge der
kardioplegischen Lösung
den Gewebe-pH-Wert ändern
und verbessern.
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Der
Benutzer kann auch die Temperatur der Schutzlösung 70 ändern, um
die Lösungsabgabe
zu optimieren. Änderungen
der Herzmuskeltemperatur, die im Verlauf des Eingriffs am Herzen über einen weiten
Bereich variieren kann, bewirken verschiedene Grade an Vasokonstriktion
und Vasodilatation der koronaren Vaskulatur. Dies wiederum beeinflusst
die Verteilung der kardioplegischen Lösung und auch den Grad an Gewebeazidose.
Das Vermeiden von Gewebeazidose kann entweder durch Kühlen oder durch
Wiedererwärmen
der kardioplegischen Lösung erreicht
werden, je nach der Auswirkung der Temperatur auf die regionale
Verteilung der kardioplegischen Lösung. Die pH-Wert-geführte Herzmuskelbehandlung
hat demonstriert, dass die Auswirkung der Temperatur auf die regionale
Verteilung der kardioplegischen Lösung vollkommen unvorhersehbar
ist, weshalb die ständige Überwachung
des Herzmuskelgewebe-pH-Wertes die Bestimmung der Herzmuskeltemperatur
gestattet, wodurch mit höchster
Wahrscheinlichkeit eine Herzmuskelazidose verhütet wird. Von Patient zu Patient
sind bei Kühlung
und Wiedererwärmung
entgegengesetzte Auswirkungen auf den Herzmuskel-pH-Wert beobachtet
worden. Im Allgemeinen jedoch bewirkte die Gabe von warmem Kardioplegia
bei den meisten Patienten eine Verbesserung des Gewebe-pH-Wertes.
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Um
eine optimale Abgabe der Lösung
zu bewirken, kann der Benutzer auch die Abgabestelle der kardioplegischen
Lösung 72 ändern. Die
kardioplegische Lösung
kann über
verschiedene Stellen verabreicht werden: anterograd durch die Aortenwurzel, anterograd
durch die Öffnung
der rechten und/oder linken Hauptkoronararterien, anterograd durch
die proximalen Enden neu hergestellter Verpflanzungen und retrograde
durch den Koronarsinus. Die pH-Wert-geführte Herzmus kelbehandlung ermöglicht es
dem Chirurgen, die Stelle oder die Kombination von Stellen zum Verabreichen
auszuwählen,
an denen eine regionale Azidose am besten vermieden werden kann.
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Der
Benutzer kann die Spitze des Katheters, durch den die kardioplegische
Lösung
verabreicht wird 74, neu positionieren, um die Abgabe zu
optimieren. Dies muss möglicherweise
bei Patienten mit einer sehr kurzen linken Hauptkoronararterie geschehen,
wenn Kardioplegia durch die Öffnung
der linken Hauptkoronararterie verabreicht wird. Es kann auch hilfreich
beim Zurückziehen
eines retrograden Katheters sein, der zu weit in den Koronarsinus
geschoben wurde.
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Der
Benutzer kann auch die kardioplegische Lösung selektiv durch einen Verteiler
leiten, um den Steal-Effekt der Lösung 76 zu verringern.
Die kardioplegische Lösung
kann durch einen Verteiler verabreicht werden, der verschiedene
Katheter aufweist, die von einer einzelnen Quelle abzweigen. Diese
Anordnung des Verteilers ist als eine "Kralle" bekannt. Wenn die kardioplegische Lösung durch
mehr als einen dieser Katheter gleichzeitig verabreicht wird, so entsteht
eine ausgeprägte
Heterogenität
in der Verteilung der Lösung
zu den verschiedenen Herzmuskelsegmenten, die durch diesen Katheter
versorgt werden. Die Lösung
bewegt sich oft bevorzugt in den Katheter hinein, der das Herzmuskelsegment
mit dem geringsten Widerstand versorgt, in der Regel das Herzmuskelsegment
mit der geringsten Koronararterienerkrankung. Man nennt dies ein "Steal-Phänomen". Das Überwachen
des Herzmuskel-pH-Wertes,
bei dem man sich die Tatsache zunutze macht, dass die Rate des Auswaschens
des Wasserstoffions in Gewebe die Größenordnung des Gewebeflusses
anzeigt, kann bestimmen, welche Segmente der Herzmuskelschicht die
kardioplegische Lösung
empfangen und welche Segmente wegen des "Steal"-Phänomens
vom Kardioplegia abgeschnitten sind. Wenn der Steal-Effekt eintritt,
so kann man eine Homogenität
der Verteilung der kardioplegischen Lösung erreichen, indem man die
Katheter verschließt,
die für
den Steal-Effekt verantwortlich sind, und den Fluss bewusst nur
in die Bereiche lenkt, die Azidose aufweisen.
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Der
Benutzer kann auch einen direkten Koronararteriendruck auf den proximalen
Abschnitt der Arterie anwenden, um den Kardioplegiafluss distal durch
eine neu hergestellte Verpflanzung zu lenken 78. Dieser
Druck kann die kardioplegische Lösung
zu einem Bereich mit niedrigem pH-Wert drängen, um die Gewebeazidose
in jenem Bereich zu senken.
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Der
Benutzer kann einen Ballonkatheterverschluss der Öffnung der
linken Hauptkoronararterie während
der Abgabe von retrogradem Kardioplegia durch den Koronarsinus oder
durch die proximalen Enden von unlängst hergestellten Rosenvenenverpflanzungen 80 ausführen. Der
Ballonkatheterverschluss der linken Hauptkoronararterie verhindert das
Steal-Phänomen,
wobei die Lösung
dem Weg des geringsten Widerstandes folgt und die kardioplegische
Lösung
in einen Bereich von niedrigem pH-Wert drängt. Dieser Vorgang kann die
Azidose eines Bereichs umkehren, der einen niedrigen pH-Wert aufweist.
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Der
Benutzer kann auch den Ballon eines retrograden Koronarsinuskatheters
aufblasen, während
die kardioplegische Lösung
anterograd verabreicht wird 82. Wenn Kardioplegia gleichzeitig
anterograd und retrograd verabreicht wird, so bleibt der Ballon
im Koronarsinus normalerweise unaufgeblasen. Eine homogenere Verteilung
der kardioplegischen Lösung
kann erreicht werden, wenn der Ballon im Koronarsinus aufgeblasen
gehalten wird, während
das Kardioplegia gleichzeitig anterograd und retrograd verabreicht
wird.
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Der
Benutzer kann auch einen Kardioplegiabolus durch die Öffnung der
rechten Koronararterie verabreichen, wenn diese ein dominantes,
nicht-verschlossenes Gefäß 84 ist.
Im Verlauf einer Operation am offe nen Herzen, bei der die Aortenwurzel
offen ist, kann Kardioplegia durch die Öffnung der rechten Koronararterie
zusätzlich
zu der Öffnung
der linken Koronararterie verabreicht werden. Dies kann jedoch mühsam und
zeitaufwändig
sein, weshalb es keine gängige
Praxis ist. Die pH-Wert-geführte Herzmuskelbehandlung
hat gezeigt, dass die hintere linke Herzkammerwand anfälliger für refraktäre Herzmuskelazidose
ist, wenn die rechte Koronararterie dominant ist und kein Kardioplegia
durch sie hindurch verabreicht wird. Wenn im Verlauf der pH-Wert-geführten Herzmuskelbehandlung
refraktäre
Azidose in der hinteren Wand festgestellt wird, kann darum das Verabreichen
eines Kardioplegiabolus durch die Öffnung der rechten Koronararterie,
wenn diese dominant ist, eine ausreichende Abgabe der kardioplegischen
Lösung
zu der hinteren Wand gewährleisten
und kann die Azidose umkehren.
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Ein
Benutzer kann auch den chirurgischen Eingriff 86 beschleunigen,
wenn Gewebeazidose vorliegt. Durch Überwachen der Gewebeazidose
kann ein Benutzer es vermeiden, seine Zeit zu vergeuden oder nicht-standardgemäße oder
möglicherweise
unwirksame chirurgische Verfahren zu versuchen. Des Weiteren gibt
es bei einigen wenigen Patienten – weniger als 5% – kein bekanntes
Verfahren zum Verhindern von Gewebeazidose, und der chirurgische
Eingriff muss beschleunigt werden. Durch die Beschleunigung eines
Verfahrens wird die Aorta, die während des
Eingriffs abgeklemmt ist, früher
als vorgesehen freigegeben, wodurch sauerstoffreiches Blut zum Herzmuskel
gelangen kann und Azidose umgekehrt wird.
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Falls
eine der beschriebenen Optionen 68 bis 86 den
ischämischen
Zustand nicht zu beseitigen vermag, wie durch die Anzeige des Gewebe-pH-Wertes auf dem
pH-Wert-Monitor aufgezeigt, kann der Benutzer eine beliebige der
anderen beschriebenen Optionen benutzen, um zu versuchen, den Gewebe-pH-Wert
zum Ansteigen zu bringen.
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4 veranschaulicht
ein Verfahren des Verwendens der pH-Elektrode, um bestimmte Änderungen
in der Durchführung
einer Operation zu veranlassen, nachdem festgestellt wurde, dass
Gewebeazidose vorliegt. Bei diesem Verfahren misst ein Benutzer
zuerst den Herzgewebe-pH-Wert 90 und bestimmt, ob Azidose
in dem Gewebe 92 vorliegt. Wenn keine Azidose festgestellt
wird 94, so kann der pH-Wert des Gewebes wieder ständig oder
periodisch gemessen werden 90. Wenn Azidose in dem Gewebe 96 festgestellt
wird, so kann der Benutzer dann die Durchführung des Verfahrens 98 ändern.
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Diese Änderungen
können
zum Beispiel die folgenden Schritte beinhalten: Erstens die Feststellung
der Notwendigkeit einer Revaskularisierung eines bestimmten Segments
der Herzmuskelschicht 100. Die Fähigkeit des Erkennens, welche
Segmente der Herzmuskelschicht genau die Segmente sind, die der
Revaskularisierung bedürfen,
kann lebensrettend sein. Die Segmente, die der Revaskularisierung
bedürfen,
lassen sich entweder durch Überwachen
des Einsetzens einer regionalen Azidose im Verlauf einer Operation
oder der Reaktion des Herzmuskel-pH-Wertes auf Vorhofschrittmachung bestimmen. Die
Reaktion auf Vorhofschrittmachung kann intraoperativ, nach der Operation
in der chirurgischen Intensivstation und im Herzkatheterisierungslabor
genutzt werden.
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Der
Benutzer kann auch die Reihenfolge der Revaskularisierung ändern. Die
pH-Wert-geführte Herzmuskelbehandlung
gestattet es dem Chirurgen, die am stärksten ischämischen Segmente der Herzmuskelschicht
als erstes zu revaskularisieren, um den Grad der Azidose zu verringern,
die im Verlauf der Aortenabklemmung auftritt.
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Der
Benutzer kann auch das Verfahren ändern, indem er das Herz 104 zusätzlich revaskularisiert.
Die pH-Wert-geführte
Herzmuskelbehandlung beinhaltet das Erkennen ischämischer
Segmente der linken Herzkam merwand, die der Revaskularisierung bedürfen – oft unplanmäßig vor
der Operation.
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Der
Benutzer kann auch die Operation ändern oder den Chirurgen austauschen,
um die Ischämiedauer 106 zu
verkürzen.
Die pH-Wert-geführte Herzmuskelbehandlung
gestattet Verringerungen der Größenordnung
der geplanten Operation in verschiedener Weise. Wenn die pH-Wert-Überwachung
eine signifikante Menge an Herzmuskelazidose aufzeigt, die nicht
korrigiert werden kann, so wird die Notwendigkeit der Verkürzung der
Ischämiedauer
wichtiger als die möglichen
Nutzeffekte bestimmter Teile der Operation, die weggelassen werden
können,
wie zum Beispiel die Herstellung einer zusätzlichen Verpflanzung. Die
pH-Wert-Überwachung
gestattet es dem Chirurgen auch, einen geplanten Teil der Operation
abzubrechen, weil sie keine echte Notwendigkeit für diesen
Teil offenbart. In diesem Zusammenhang spielt die pH-Wert-geführte Herzmuskelbehandlung auch
eine bedeutende Rolle in der Ausbildung von Assistenzärzten, weil
sie dem behandelnden Chirurgen Informationen darüber gibt, welche Teile der Operation
er/sie dem Assistenzarzt übertragen
kann und welchen Teil der behandelnde Chirurg selbst übernehmen
kann, weil Assistenzärzte – insbesondere
in der frühen
Phase ihrer Ausbildung – noch recht
langsam bei der Ausführung
dieser Arbeitsschritte sein können.
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Der
Benutzer kann auch eine Operation 108 abbrechen, wenn anhand
der pH-Wert-Messungen befunden wird, dass das Risiko den Nutzen übersteigt.
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Schließlich kann
der Benutzer das Entwöhnen
von einem kardiopulmonaren Bypass verzögern, bis der Sauerstoffmangel,
der durch Restazidose während
der Reperfusion angezeigt wird, vollständig behoben ist 110.
Das Entwöhnen
von einem kardiopulmonaren Bypass in Gegenwart von Herzmuskelazidose
kann zu einer postoperativen Verschlech terung der Hämodynamik
führen,
was oft eine Wiederherstellung des kardiopulmonaren Bypasses zur
Folge hat. Wenn das Herz während
der Phase der Aortenabklemmung oder Reperfusion einer signifikanten Ischämie unterliegt,
so kann ein erheblicher Zeitraum erforderlich sein, bis die Ischämie auf
Normalwerte zurückkehrt.
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Falls
eine der beschriebenen Optionen 100 bis 106 den
ischämischen
Zustand nicht zu beseitigen vermag, wie durch die Anzeige der Gewebe-pH-Werte
auf dem pH-Wert-Monitor aufgezeigt wird, so kann der Benutzer eine
beliebige dieser anderen beschriebenen Optionen benutzen, um zu
versuchen, den Gewebe-pH-Wert ansteigen zu lassen.
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5 veranschaulicht
eine pH-Elektrode 136, die zum Überwachen von Gewebeazidose
verwendet wird. Die Elektrode 136 kann ein Kabel 112 haben,
das mit einem Silberdraht 114 verbunden ist. Bei einer
bevorzugten Ausführungsform
ist der Silberdraht 114 ein Ag/AgCl-Draht (Silber/Silberchlorid). Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Kabel 112 mit dem Silberdraht 114 über einen Platindraht 116
verbunden, der durch eine Glasdichtung 118 hindurch verläuft. Das
Kabel 112 und die Drähte 114, 116 sind
von einem Gehäuse 120 umschlossen,
das in einem Schrumpfschlauch 122 untergebracht ist. Die
Elektrode 136 hat einen Glasschaft 124, der den
Silberdraht 114, einen Thermistor 126, einen pH-Wert-Sensor 128 und
einen gelierten Elektrolyten 130 beherbergt. Die Elektrode 136 kann auch
eine Nahtrinne 132 aufweisen, damit die Elektrode 136 an
der Stelle, wo sie verwendet wird, befestigt werden kann. Die Elektrode 136 kann
auch ein biegbares Gelenk 134 aufweisen, über das
der Benutzer die Positionierung der Elektrode 136 vor oder während der
Verwendung justieren kann. Der Glasschaft 124 hat eine
Spitze, um das direkte Einführen in
das Gewebe zu ermöglichen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der Glasschaft 124 aus Bleiglas. Die Elektrode
kann mit Ethylenoxid oder Gammastrahlung sterilisiert werden. Eine
pH-Elektrode, die sich zur Verwendung mit der Erfindung eignet,
ist bei Vascular Technology, Inc., 175 Cabot Street, Lowell, Massachusetts
zu beziehen. Diese spezielle Elektrode kann in Gewebe bis zu einer
Tiefe von 10 mm eingeführt
werden, hat einen Durchmesser von 1 mm und weist einen pH-Wert-Sensor
in den distalen 4 mm der Sonde auf.
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Der
Gewebe-pH-Wert ist ein wichtiger klinischer Messwert. Lokale Azidose,
die als ein deutlicher Abfall des pH-Wertes gemessen werden kann, ist
mit Ischämie
in Verbindung gebracht worden. Die Temperatur wird vorzugsweise
gleichzeitig mit dem pH-Wert gemessen, um die Kalibrierung und Temperaturkorrektur
der Gewebe-pH-Wert-Messung zu ermöglichen. Die Temperaturkorrektur
des pH-Wertes ist wichtig, insbesondere bei Verfahren wie zum Beispiel
Operationen am offenen Herzen, die eine erhebliche Kühlung erfordern.
Die pH-Elektrode arbeitet mit pH-Wert/Temperatur-Kombinationssensoren, von
denen jeder ein Temperaturfühlerelement
enthält,
das im Inneren des pH-Wert-Sensors angebracht ist.
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Glas-pH-Elektroden
sind das am häufigsten verwendete
Verfahren, um genaue klinische pH-Wert-Messungen zu erhalten. Sie
bestehen aus einem hohlen Glassensor, der mit Elektrolyt gefüllt ist,
der wiederum in Kontakt mit einem internen Bezugsdraht steht. Aufgrund
der Eigenart des verwendeten Glases entsteht an dem Glas ein elektrisches Potenzial.
Dieses Potenzial ist proportional zu der Differenz zwischen dem
pH-Wert der Analytlösung, die
mit der Außenseite
des Glases in Kontakt steht, und dem im Wesentlichen konstanten
pH-Wert der internen Pufferlösung.
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Um
eine elektrische Messung vorzunehmen, muss ein geschlossener elektrischer
Stromkreis gebildet werden. Darum muss ein zweiter elektrischer Kontakt
mit der Analytlösung
hergestellt werden. Dies wird durch die Verwendung einer Nadelbezugselektrode
bewerkstelligt. Sie be steht aus einer Silberchloridnadel, die mit
einer molaritätskonstanten
Salzlösung
in Kontakt steht. Die Salzlösung
wird mit der Analytlösung,
d. h. dem Gewebe des Patienten, unter Verwendung eines geeigneten
Isolationsmechanismus in Kontakt gebracht, in diesem Fall durch
die Verwendung von gelierter Salzlösung, die in einem flexiblen
Schlauch untergebracht ist, dessen offenes Ende mit dem Patienten
in Kontakt gebracht wird.
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Die
Nernst-Gleichung sagt voraus, dass unter konstanten Umgebungsbedingungen
das Ausgangssignal der Glas-pH-Elektrode linear zu dem pH-Wert ist.
Somit kann das elektrische Ausgangssignal des Sensors durch die
Verwendung einer einfachen Geradlinien-Kurvenanpassung in den pH-Wert umgewandelt
werden. Dies erfordert das Bestimmen des elektrischen Ausgangssignals
der Elektrode an zwei verschiedenen pH-Werten, anhand derer die Gefälle- und
Versatzkonstanten für
die Geradliniengleichung berechnet werden können. Die üblichen verfügbaren Standardpuffer
für die
pH-Elektrodenkalibrierung haben pH-Wert von 4, 7 und 10. Zur Verwendung
mit diesem System wurden der 4-pH- und der 7-pH-Puffer ausgewählt. Der
7-pH-Puffer wurde ausgewählt,
weil der Nullpotenzialpunkt der Elektrode nahe dem pH-Wert 7 liegt.
Der 4-pH-Puffer wurde ausgewählt,
weil die pH-Werte, denen das größte Interesse
gilt, etwas unterhalb des pH-Wertes 7 liegen.
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Die
theoretische Empfindlichkeit – das
Gefälle – dieses
Elektrodentyps ist 59,16 mV/pH bei 25°C. Bei echten Elektroden ist
sie im Allgemeinen etwa geringer, wobei der Wert sich von einer
Elektrode zur anderen geringfügig
unterscheidet und für
eine bestimmte Elektrode über
deren Grenznutzungsdauer hinweg variiert.
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Der
Nullpotenzialpunkt ist als jener Analyt-pH-Wert definiert, für den die
gemessene Ausgangsspannung null ist, nachdem Differenzen bei den
Salzkonzentrationen der internen und der Bezugslösung korrigiert wur den. Der
Nullpotenzialpunkt sollte deshalb eintreten, wenn der Analyt-pH-Wert der gleiche
ist wie der pH-Wert des internen Puffers des pH-Wert-Sensors. Wenn allerdings eine Messung
tatsächlich
unter diesen Bedingungen vorgenommen wird, so wird im Allgemeinen
ein Potenzial ungleich null gemessen. Dies geschieht, wenn sich die
Cl-Verbindung, der der interne Bezugsdraht des Sensors ausgesetzt
ist, von der Konzentration unterscheidet, der die Bezugsnadel ausgesetzt
ist oder wenn beide Bezugsdrähte
nicht aus dem gleichen Material bestehen. Bei diesem System ist
die Bezugsnadel in ein gesättigtes
KCl-Gel getaucht, während
der interne Bezugsdraht des Sensors einer KCl-Konzentration von
0,87 M in dem internen Puffer ausgesetzt ist. Diese Differenz führt zu einem
gemessenen Potenzial von etwa +30 mV bei 25°C, wenn der Analyt den gleichen
pH-Wert hat wie die internen Puffer, nominal 6,33 pH bei 25°C. Um also
den wirklichen Nullpotenzialpunkt zu messen, muss man die gemessene
Spannung korrigieren, indem man 30 mV davon subtrahiert. Der pH-7-Puffer
wird während der
Kalibrierung verwendet, weil die Nullpunktkalibrierung der am nächsten liegende,
problemlos verfügbare
Pufferwert zu 6,33 ist.
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Weil
es eine gewisse Abweichung des Ausgangssignals von den idealen Werten
gibt, wie gerade beschrieben, und zwar sowohl von Sensor zu Sensor
als auch über
längere
Zeiträume
für denselben
Sensor, müssen
die pH-Wert-Sensoren vor jeder Verwendung kalibriert werden. Dies
erfolgt automatisch während
des Kalibrierungsverfahrens, indem man die Sensoren zuerst in den
Gefällepuffer
(4,00 pH) und dann in den Nullpotenzialpunkt-Puffer (7,00 pH) legt.
Der Mikroprozessor liest das Ausgangssignal der Sensoren in mV,
nimmt eine Korrektur um die Salzdifferenz vor, bestimmt, wann die
Messwerte stabil sind, und berechnet dann die Gefälle- und
Versatzkalibrierungsfaktoren für
jeden Sensor. Sowohl das Gefälle
als auch der Nullpotenzialpunkt schwanken mit der Temperatur und
werden durch die Software des Monitors korrigiert.
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Der
pH-Wert/Temperatur-Kombinationssensor der pH-Elektrode arbeitet
mit einem Präzisionsthermistorelement
zum Messen der Temperatur. Der Thermistor gehört zu den am häufigsten
verwendeten Temperaturmessgeräten.
Er besteht aus einer kleinen Kugel aus Metalloxid-Halbleiterkeramik.
Der elektrische Widerstand des Materials ändert sich umgekehrt zur Temperatur
in einer nicht-linearen Weise.
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Zum
Messen der Temperatur wird der Thermistor elektrisch in Reihe mit
einem Festwiderstand in dem Monitor geschaltet, der einen genau
bekannten Widerstand aufweist. An die Reihenkombination wird eine
Spannung angelegt, und die Spannung an der Verbindungsstelle zwischen
Thermistor und Widerstand wird gemessen. Dieser gemessene Wert in Verbindung
mit den bekannten Werten des Festwiderstandes und der angelegten
Spannung wird zum Berechnen des Widerstandes des Thermistors verwendet.
Die Temperatur wird dann anhand einer Nachschlagetabelle bestimmt,
die in dem Mikroprozessorprogramm gespeichert ist. Die Thermistorsensoren,
die bei diesem System verwendet werden, werden mit einem Präzisionsgrad
hergestellt, der eine individuelle Kalibrierung durch den Benutzer
des Systems überflüssig macht.
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Die
pH-Elektrode kann vorkalibriert und so verpackt werden, dass die
Spitze der Elektrode in einer Hülse
oder einer Hülsentasche,
die einen pH-4,0-Puffer enthält,
versiegelt ist. Die Hülsentasche
kann aus einem Kunststoffmaterial bestehen und kann einen Innendurchmesser
von 3 mm haben. Vor dem Einführen
der Elektrode in den Patienten kann die Hülsentasche abgenommen werden,
die Elektrodenspitze kann mit Mull trocken gewischt werden, und
die Elektrode kann in ein Becherglas getaucht werden, das einen
pH-7,0-Puffer enthält.
Die Kalibrierung ist an diesem Punkt vollendet. Durch das Verpacken
der Elektrode in einem pH-4,0-Puffer kann die Elektrode während der
Lagerung feucht bleiben – ein
Faktor, der für
eine korrekte Kalibrierung notwendig ist –, und es verringert die Schritte,
die für die
Elektrodenkalibrierung erforderlich sind, auf einen einzigen Schritt.
Die Software in dem Elektrodenmonitor kann so modifiziert werden,
dass sie die Ein-Schritt-Kalibrierung widerspiegelt.
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Der
Monitor, an den die pH-Elektrode, die Bezugselektrode und der Thermistor
angeschlossen sind, verarbeitet die Signale und zeichnet die folgenden
Daten kontinuierlich auf und zeigt sie an, und zwar in Abständen von
maximal 20 Sekunden: 1) den Gewebe-pH-Wert in pH-Einheiten, 2) die Gewebewasserstoffionenkonzentration
[H+] in nmol, 3) die Gewebetemperatur in °C, 4) den
pH-Wert auf 37°C korrigiert,
und 5) die Gewebewasserstoffionenkonzentration [H+]
wird als der umgekehrte Logarithmus des pH-Wertes berechnet. Die
Korrektur auf 37°C
basiert auf einem Faktor von 0,017 pH-Einheiten/°C, der anhand von Experimenten
gewonnen wurde, die im Labor des Erfinders durchgeführt wurden.
Außerdem
gestattet der Monitor die Berechnung des integrierten mittleren
pH-Wertes, von [H+] und der Temperatur über einen
bestimmten Zeitraum durch Signalisierung am Anfang und am Ende des
bestimmten Zeitraums. Ein Slave-Monitor ist an die Einheit angeschlossen,
ist vor dem Chirurgen aufgestellt und gibt eine individuell angepasste
ständige
Anzeige der Daten. Die ständige
Echtzeitanzeige der Daten gestattet die unverzügliche Einleitung einer pH-Wert-geführten Herzmuskelbehandlung,
um eine Herzmuskelgewebeazidose zu verhindern oder umzukehren.
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Es
können
verschiedene Geräte
oder Hilfsmittel bei der pH-Wert-geführten Herzmuskelbehandlung
während
Eingriffen am Herzen und bei der Beurteilung der Herzmuskellebensfähigkeit
verwendet werden. Die Aufrechterhaltung und Verteilung von kardioplegischer
Lösung
zu bestimmten Herzmuskelsegmenten während Eingriffen am Herzen
kann mit Hilfe mehrerer verschiedener Geräte und Vorgehensweisen erreicht
werden.
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6 veranschaulicht
ein krallenförmiges Kardioplegiaabgabesystem 140 (Medtronic,
Grand Rapids, Michigan). Das Abgabesystem 140 kann in Verbindung
mit der Elektrode ein Herzmuskelbehandlungssystem bilden. Das System 140 enthält außerdem ein
Datenverarbeitungssystem 160, wie zum Beispiel einen Computer
und eine Steuerung 158. Das Datenverarbeitungssystem 160 kann
so programmiert sein, dass es gemessene Daten empfängt 162,
wie zum Beispiel den Zustand des Patienten und Änderungen des Systemstatus'. Das Datenverarbeitungssystem 160 kann
an eine Fluidquelle oder ein Fluidabgabesystem 144 angeschlossen
sein. Das Datenverarbeitungssystem 160 kann auch an die
Fluidquelle über
die Steuerung 158 angeschlossen sein. Die Steuerung 158 betreibt
das Fluidabgabesystem. Die Steuerung 158 kann die Durchflussmenge
eines Schutzfluids oder eines Kardioplegiafluids steuern, das zu
einer chirurgischen Stelle geleitet wird. Die Steuerung 158 steuert
auch die Temperatur einer Schutzlösung und einer Abgabestelle
einer Schutzlösung.
Das System 140 weist mehrere Bedienelemente 142 auf,
die dafür
benutzt werden können, die
Menge an kardioplegischer Lösung,
die von einer Quelle 144 zu verschiedenen Herzanschlussstellen geleitet
wird, zu justieren und selektiv zu verabreichen. Das System 140 kann
eine Verschlusseinrichtung oder ein Ventil 146 enthalten,
das den Durchfluss der kardioplegischen Lösung steuert. Das System 140 enthält verschiedene
Abgabevorrichtungen, die zwischen der Kardioplegiaquelle 144 und
verschiedenen Stellen am Herzen angebracht sind. Diese Vorrichtungen
gestatten die Abgabe von kardioplegischer Lösung zu ihren jeweiligen Stellen
am Herzen. Eine Vorrichtung ist eine Kanüle 148 (Sarns Inc.,
Ann Arbor, Michigan), die in die Aortenwurzel eingeführt werden
kann. Eine weitere Vorrichtung ist eine Spencer-Kanüle 150 (Research
Medical, Inc., Midvale, Utah), die in die Öffnung 156 der linken Hauptkoronararterie
eingeführt
werden kann. Dieses Einführen
in die Öffnung 156 ist
in den 7A und 7B gezeigt.
Eine weitere Vorrichtung ist ein Katheter 152 aus schmiedbarem
Metall (Medtronic, Grand Rapids, Michigan), der in die Öffnung der rechten
Hauptkoronararterie eingeführt
werden kann. Der Katheter 152 ist auch in 7A in
einem nicht-eingeführten
Zustand gezeigt. Eine weitere Vorrichtung ist eine mit einer Perle
versehene Nadel vom Kaliber 14 (Randall Faichney Corp.,
Avon, Massachusetts), die am proximalen Ende einer Rosenvenenverpflanzung
angebracht werden kann, um Kardioplegia abzugeben. Die Anbringung
an der Venenverpflanzung ist ebenfalls in 7A gezeigt.
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Das
Blockieren der Öffnung
des linken Hauptkoronareingangs mit einem kugelförmigen Katheter, wie zum Beispiel
einer Spencer-Kanüle 150 (Research
Medical, Inc. Midvale, Utah) oder einem Ballonspitzenkatheter, wie
zum Beispiel einem #3F Fogerty-Katheter (Ideas For Medicine, St.
Petersburg, Florida), während
Kardioplegia über
andere Stellen von 140 zugeführt wird, kann ebenfalls genutzt
werden, um kardioplegische Lösung
während eines
Eingriffs am Herzen umzuverteilen. Des Weiteren kann auch das Anlegen
eines vorübergehenden Verschlusssdrucks
an eine Koronararterie proximal zu der Stelle des Einführens eines
neuen Venentransplantats bei gleichzeitiger Perfusion einer kardioplegischen
Lösung
durch das proximale Ende des Transplantats benutzt werden, um kardioplegische Fluids
während
eines Eingriffs am Herzen umzuleiten. Der Verschlussdruck kann mit
einer Mullkugel an der Spitze einer Kelly-Klemme (Allegiance Healthcare
Corp., McGaw Park, Illinois) aufrechterhalten werden.
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Eine
Guntrie-Ballonspitzenkanüle
(Medtronic, Grand Rapids, Michigan) kann ebenfalls an das System 140 angeschlossen
sein und in den Koronarsinus eingeführt werden, um selektiv Kardioplegia
in einer retrograden Weise zu verabreichen. Die Kanüle 170 ist
in 8 veranschaulicht. In dieser Figur ist veranschaulicht,
wie sie über
einen Schlauch 176 mit der Venenkanüle 178 verbunden ist.
Dies gestattet eine Veränderung
des Drucks im Koronarsinus, um die Kardioplegiaabgabe zu den Geweben
als Teil der pH-Wert-geführten
Herzmuskelbehandlung zu verbessern. Der Druck kann durch Aufblasen
eines Koronarsinusballons 172 verändert werden, wobei die Fluidöffnung des
Koronarsinuskatheters geschlossen ist und das Kardioplegia anterograd
verabreicht wird. Der 1-mm-Schlauch 176, der 170 mit 178 verbindet,
erzeugt einen Staudruck, der die Abgabe verbessert, ohne die ausreichenden
anterograden Kardioplegiaflüsse
zu behindern. Das Öffnen
oder Schließen
der Fluidöffnung
des Koronarsinuskatheters 170 kann durch ein Ventil 184 gesteuert
werden. Die Venenkanüle 178 wird
normalerweise im Verlauf des kardiopulmonaren Bypasses mit ihrer
Spitze 182 in der unteren Hohlvene und ihrer proximaleren Öffnung 180 im
rechten Vorhof eingeführt.
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Ein Ändern der
Gewebetemperatur durch Verändern
der Temperatur der kardioplegischen Lösung mittels eines Wassererwärmers/-kühlers, wie zum
Beispiel dem, der von Sarns, Ann Arbor, Michigan, hergestellt wird,
kann die Steuerung des Herzmuskel-pH-Wertes während Eingriffen am Herzen unterstützen. Auch
das Ändern
des Perfusionsdrucks der kardioplegischen Lösung durch Ändern der Rate des Kardioplegiaflusses
mittels eines Kardioplegia-Systems, wie zum Beispiel eines Kardioplegia-Systems
HE30 Gold (Baxter Corporation, Irvine, Kalifornien), kann die Steuerung
des Herzmukel-pH-Wertes während
Eingriffen am Herzen unterstützen.
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Für die Beurteilung
der Herzmuskellebensfähigkeit
und die Feststellung der physiologischen Bedeutung einer Koronarstenose
können
auch Hilfsmittel verwendet werden. Die Hilfsmittel können entweder
in einem Operationssaal oder einem Herzkatheterisierungslabor verwendet
werden.
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Im
Operationssaal können
Schrittmacherdrähte
(Ethicon, Somerville, New Jersey) über dem rechten Vorhof angeordnet
und an einen externen Schrittmacher (Medtronic, Grand Rapids, Michigan) angeschlossen
werden. Eine pH-Elektrode kann ebenfalls in die Herzmuskelschicht
eingeführt
werden. Ein Absinken des Herzmuskel-pH-Wertes in Reaktion auf eine
fünfminütige schnelle
Vorhofschrittmachung kann Gewebeischämie anzeigen und kann auch
anzeigen, dass das Herzmuskelsegment, in dem sich die Elektrode
befindet, lebensfähig
ist.
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Im
Herzkatheterisierungslabor kann die pH-Elektrode an der Spitze eines
langen Drahtes vom Kaliber 0,014 angebracht und durch ein normales
6-French-Herzkatheterisierungskatheter, wie zum Beispiel jenes,
das von Cordis (Miami, Florida) hergestellt wird, eingeführt werden.
Die Katheterspitze kann im rechten Winkel gegen die Herzkammerwand des
Segments, durch das sich die untersuchte Koronararterie erstreckt,
positioniert werden, und die pH-Elektrode kann in das Subendokardium
hineingestoßen
werden. Die Elektrode wird vorzugsweise 5 mm in das Subendokardium
hineingestoßen.
Das Schrittmachen wird über
einen Schrittmacherdraht erreicht, der in den rechten Ventrikel
vorgeschoben wird (Medtronic, Grand Rapids, Michigan) und an einen
externen Schrittmacher angeschlossen wird (Medtronic, Grand Rapids,
Michigan). Auch hier kann ein Absinken des Herzmuskel-pH-Wertes
in Reaktion auf ein fünfminütiges schnelles
arterielles Schrittmachen Gewebeischämie anzeigen.
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Obgleich
die pH-Elektroden und das Überwachungssystem
zur Verwendung beim Bestimmen der Ischämie von Herzgewebe beschrieben
wurden, können
das pH-System und die pH-Verfahren auch für andere Gewebearten verwendet
werden. Das pH-System kann zum Überwachen
von Abstoßungen bei
Organtransplantationen, zum Beurteilen von Mesenterialischämie, zum Überwachen
und Beurteilen des Hirnblutflusses und zum Überwachen von Lappen in der
plastischen Chirurgie verwendet werden.
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Die
pH-Elektrode kann zur Überwachung
der Niere im Verlauf von und im Anschluss an Nierentransplantationen
verwendet werden. Die pH-Elektrode
kann zur Überwachung
einer Gewebeperfusion zur Niere im Verlauf von größeren Eingriffen
und insbesondere während
einer Nierentransplantation verwendet werden. Die Elektrode lässt sich
ohne weiteres in der Niere in einer Weise ähnlich wie beim Herzen implantieren
und ein Gewebe-pH-Wert von 7,2 und darüber zeigt eine ausreichende
Gewebeperfusion an. Eine Schädigung
der Niere, insbesondere während
einer Exzision der Niere zum Zweck einer spenderbezogenen Herztransplantation,
kann erkannt und vermieden werden, wodurch ein besseres Ergebnis
der spenderbezogenen Nierentransplantation gewährleistet wird. Der Schutz
der Niere während
des Transports vor der Transplantation kann ebenfalls durch die Überwachung
und Aufrechterhaltung des pH-Wertes auf einem normalen Niveau gewährleistet
werden. Dies kann mittels konstanter Perfusion der Niere mit Blut
in einer speziell konstruierten Organperfusionsvorrichtung erreicht
werden.
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Im
Anschluss an eine Nierentransplantation kann durch das Belassen
der Elektrode in der Niere während
der 48 Stunden, die unmittelbar auf die Operation folgen, die Überwachung
einer anfänglichen
Ischämie
ermöglicht
werden, und es kann eine Umkehrung dieser Ischämie mittels operativer Interventionen
ermöglicht
werden. Ischämie
während
dieses Zeitraums kann ein signifikant schlechtes Ergebnis ankündigen.
Eine Beurteilung der transplantierten Niere, ihrer Funktion und
das Erkennen ihrer Abstoßung
sind ebenfalls möglich,
indem man die Elektrode an einem Katheter anbringt und sie retrograd
in den Nierenkelch einführt.
Das Durchstechen des Nierenkelchs zusammen mit dem Nierenparenchym, ähnlich dem,
was oben für
das Herz beschrieben wurde, kann eine bevorstehende oder tatsächliche Abstoßung anzeigen
und würde
somit ein negatives Ergebnis anzeigen. Ein frühes Erkennen von Azidose kann
eine umfassende Behandlung von Abstoßungen veranlassen und kann
somit das Ergebnis von Nierentransplantationen verbessern.
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Jede
Elektrode kann auch für
die Beurteilung der Angemessenheit der Revaskularisierung der Niere
im Verlauf einer Nierenarterienrevaskularisierung verwendet werden.
Die Wirksamkeit der Revaskularisierung einer kritisch stenoden Nierenarterie
kann intraoperativ in einer Weise ähnlich der Wirksamkeit der
Revaskularisierung der Koronararterien bestimmt werden. Kann eine
Azidose nicht mittels Revaskularisierung umgekehrt werden, so sollte
dies zusätzliche
intraoperative Maßnahmen
zur Umkehrung der Azidose veranlassen, um so ein negatives Ergebnis der
Revaskularisierung zu vermeiden. Wie beim Herzen wird, wenn die
Umkehrung der Azidose mittels Revaskularisierung nicht gelingt,
angezeigt, dass der Revaskularisierungsprozess inadäquat ist,
und man erhält
eine Richtschnur für
eine zusätzliche
intraoperative Behandlung zum Verbessern der Situation und zum Verbessern
des Ergebnisses der Revaskularisierung.
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Die
pH-Elektrode kann auch zur Überwachung
der Leber während
und im Anschluss an Lebertransplantationen verwendet werden. Die pH-Elektrode kann in
die Leber eingeführt
werden, um wichtige Daten ähnlich
denen zu erhalten, wie sie oben für die Niere beschrieben wurden.
Die Beschreibung der Verwendung der Elektrode in der Niere gilt
auch für
die Leber im Hinblick auf die Verwendung der pH-Elektrode zur Überwachung
des intraoperativen Verlaufs, der Früherkennung einer Abstoßung und
das Einleiten von Maßnahmen
zur Umkehrung des Abstoßungsprozesses.
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Die
Elektrode kann auch zur Überwachung der
Peripherie in der Intensivpflege verwendet werden. Das Einführen der
Elektrode in das Subkutangewebe der Peripherie sollte Informationen
zur Angemessenheit einer Gewebeperfusion erbringen. Eine an diesen
Stellen gemessene Azidose, vor allem im Subkutangewebe der distalen
Hälfte
der unteren Extremität,
kann ein unzureichendes Herzminutenvolumen anzeigen und kann die
Einleitung von Maßnahmen
zur Verbesserung des Herzmi nutenvolumens oder der Gewebeperfusion
veranlassen. Zu diesen Maßnahmen
können
zum Beispiel pharmakologische Veränderungen und/oder die Einführung eines
intraaortalen Ballons (Arrow International, Reading, Pennsylvania)
in der absteigenden Aorta gehören. Derzeit
werden lediglich Messwerte der zentralen Hämodynamik zum Beurteilen und
Behandeln des Syndroms des verminderten Herzzeitvolumens verwendet.
Das Messen des pH-Wertes in der Peripherie stellt eine höherwertige
Alternative dar, weil es eine wirkliche Messgröße der Gewebeperfusion bereitstellt,
was das letztendliche Ziel bei der Aufrechterhaltung eines "ausreichenden" Herzminutenvolumens
ist.
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Die
Elektrode kann auch innerhalb des Muskels und des Subkutangewebes
von Lappen in der plastischen Chirurgie verwendet werden. Es ist
nachgewiesen worden, dass Gewebeazidose mit der pH-Elektrode eine
beeinträchtigte
Lebensfähigkeit von
Haut- und Subkutanlappen anzeigt. Die Elektrode wird postoperativ
innerhalb des Randes des Lappens platziert, und der pH-Wert wird
nach der Operation bis zu drei oder vier Tage lang überwacht.
Ein Absinken des pH-Wertes veranlasst ein intraoperatives Intervenieren
und eine Begutachtung des Lappens, um sein anschließendes Versagen
zu vermeiden.
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Die
pH-Elektrode kann auch im Dickdarm bei der Beurteilung und Behandlung
von intestinaler Ischämie
verwendet werden. Um intestinale Ischämie zu behandeln und umzukehren,
kann die pH-Elektrode an einem Draht befestigt werden, und zwar
in einer ähnlichen
Weise, wie es oben für
das Herz während
einer Herzkatheterisierung beschrieben wurde. Dieser Draht mit der
pH-Elektrode an der Spitze kann durch ein Kolonskop wie zum Beispiel
jenes, das von Olympus Medical, Seattle, Washington, hergestellt wird,
während
einer normalen Kolonskopie in das distale Ileum eingeführt werden.
Der intraluminale pH-Wert im Ilium ist ein verlässlicher Messwert zur Angemessenheit
der Perfusion. Intraluminale Azidose im Ilium zeigt intestinale
Ischämie
an und kann Schritte veranlassen, um entweder die Ischämie umzukehren
oder ein negatives Ergebnis zu verhindern. Die Kenntnis des intraluminalen
pH-Wertes im Ilium gestattet das Einleiten von operativen Interventionen, wie
zum Beispiel die Untersuchung des Abdomens mit der möglichen
Resektion des Gedärms
sowie pharmakologische Interventionen zum Verbessern des Herzminutenvolumens
und der Gewebeperfusion.
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Die
pH-Elektrode kann auch in anderen Organen verwendet werden. Zusätzlich zu
den oben erwähnten
Organen kann Gewebeazidose gemessen, behandelt und umgekehrt werden,
indem man die pH-Elektrode,
die an das pH-Wert-Überwachungssystem
angeschlossen ist, in Organe wie zum Beispiel das Gehirn, die Blase,
das Zwerchfell und den Dünndarm
einführt.
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Azidose
kann Zellapoptose, oder programmierten Zelltod, vorzeitig auslösen und
beschleunigen. Im Herzen kann sich Apoptose in späten negativen
Ergebnissen, vor allem fortschreitendem Hemersagen, manifestieren.
Im Verlauf eines Eingriffs am offenen Herzen tritt moderate bis
schwere Azidose – wenigstens
in einem Segment des linken Ventrikels – bei mehr als 50% der Patienten
auf. Die Verhütung
des Einsetzens einer Herzmuskelgewebeazidose durch pH-Wert-geführte Herzmuskelbehandlung im
Verlauf eines Eingriffs am offenen Herzen verringert oder beseitigt
das Potenzial des Auslösens
von Apoptose und verringert oder beseitigt somit das Potenzial später negativer
postoperativer Ergebnisse.
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Obgleich
diese Erfindung speziell anhand ihrer bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen
in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne den Geltungsbereich
der Erfindung, der durch die angehängten Ansprüche definiert wird, zu verlassen.