DE60029222T2 - Systeme und verfahren zur gewebe-ph-messung - Google Patents

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Description

  • Allgemeiner Stand der Technik
  • 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.
  • 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.
  • Es besteht jedoch ein fortwährender Bedarf an weiteren Verbesserungen bei den Systemen zum Diagnostizieren und Behandeln von ischämischem Gewebe.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 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.
  • 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.
  • 2 veranschaulicht die Verfahren des Zuführens einer pH-Elektrode zum Herzgewebe.
  • 3 veranschaulicht ein Verfahren zum Veranlassen einer optimalen Abgabe von Schutzlösung zum Herzen während des Eingriffs.
  • 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.
  • 5 veranschaulicht eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer pH-Elektrode.
  • 6 veranschaulicht ein krallenförmiges Kardioplegiaabgabesystem mit Hilfsmitteln.
  • 7A zeigt ein am Herzen angebrachtes Verteiler-Kardioplegiaabgabesystem mit Hilfsmitteln.
  • 7B zeigt eine Kanüle, die in der linken Hauptkoronararterie des Herzens angeordnet ist.
  • 8 zeigt eine Koronarsinuskanüle, die mit einer Venenkanüle verbunden ist.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Benutzer kann auch eine Operation 108 abbrechen, wenn anhand der pH-Wert-Messungen befunden wird, dass das Risiko den Nutzen übersteigt.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (12)

  1. Gewebeüberwachungs- und Fluidabgabesystem, umfassend: eine pH-Elektrode (136), die sich zum Einführen in Gewebe eines menschlichen Patienten an einer Behandlungsstelle eignet; einen Temperatursensor (126), der dafür konfiguriert ist, die Temperatur des Gewebes zu messen; einen Datenprozessor (160), der dafür konfiguriert ist, pH-Daten von der pH-Elektrode und Temperaturdaten von dem Temperatursensor zu empfangen; ein Fluidabgabesystem (144), das eine Fluidquelle, ein Ventil, das mit der Fluidquelle verbunden ist, und eine Sonde zum Abgeben von Fluid zu der Behandlungsstelle eines Patienten enthält, und gekennzeichnet durch eine mit dem Fluidabgabesystem verbundene Steuerung (158), die dafür konfiguriert ist, die Temperatur des Fluids während der Abgabe von Fluid zu der Behandlungsstelle eines Patienten zu ändern.
  2. System nach Anspruch 1, das des Weiteren ein Softwareprogramm enthält, das dafür konfiguriert ist, den pH-Wert des Gewebes im Verhältnis zu einem Schwellenwert, der Ischämie anzeigt, zu überwachen.
  3. System nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Pumpe enthält, die mit der Steuerung (158) verbunden ist und dafür konfiguriert ist, die Durchflussrate zu justieren.
  4. System nach Anspruch 3, wobei die Steuerung dafür konfiguriert ist, eine oder mehrere Sonden auszuwählen, um eine Stelle zur Abgabe einer Konservierungslösung zu steuern.
  5. System nach Anspruch 1, das des Weiteren einen Katheter umfasst, der dafür konfiguriert ist, das Fluid abzugeben.
  6. System nach Anspruch 1, das des Weiteren einen Verteiler umfasst, der dafür konfiguriert ist, den Fluidfluss zu mehreren Stellen zu steuern.
  7. System nach Anspruch 1, wobei das Abgabesystem eine Sonde enthält, die dafür konfiguriert ist, den Koronararteriendruck an einem proximalen Abschnitt einer Arterie zu steuern.
  8. System nach Anspruch 1, das des Weiteren einen Ballonkatheter umfasst.
  9. System nach Anspruch 1, das des Weiteren einen Ballon eines retrograden Katheters für den Sinus coronarius umfasst.
  10. System nach Anspruch 1, das des Weiteren einen perkutanen Katheter umfasst, durch den hindurch die pH-Elektrode relativ zum Herzgewebe des Patienten positioniert werden kann.
  11. System nach Anspruch 1, das des Weiteren ein Laparoskop umfasst, durch das hindurch die pH-Elektrode zu einer Gewebestelle eines Patienten hingeführt werden kann.
  12. System nach Anspruch 1, das des Weiteren ein Endoskop umfasst, durch das hindurch die pH-Elektrode in einem Patienten positioniert werden kann.
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