Bei der"Akuten Normovolämischen Hämodilution"werden dem Patien- ten präoperativ 500-1000 ml Blut entnommen und durch eine Plasmaersatzlösung ersetzt. Durch diese Maßnahme wird die Hämoglobin-Konzentration (= roter Blutfarbstoff als Sauerstoff- träger) abgesenkt und man erreicht hierdurch, daß pro Blut- verlustmenge weniger Blutfarbstoff verlorengeht. Nach der Operation wird das dem Patienten präoperativ entnommene Blut retransfundiert und somit die durch intraoperative Blutverluste abgesunkene Hämoglobin-Konzentration (Hb-Konzentration) bei Operations-Ende wieder erhöht.

Bei der"Akuten Hypervolämischen Hämodilution"wird im Gegensatz zur"Akuten Normovolämischen Hämodilution"dem Patienten jedoch kein Blut entnommen. Der Verdünnungseffekt wird allein durch Gabe eines Volumenersatzmittels präoperativ erreicht. Es wird die Eigenschaft des menschlichen Körpers genutzt, den In- travasalraum infolge der Elastizität der Blutgefäße (=Kapazitäts- gefäße) zu vergrößern. Bei einem jungen, gesunden Patienten kann daher zu Op-Beginn durch eine Volumenersatzlösung das Intravasalvolumen um 20-25% vergrößert werden. Durch diese Übertransfusion wird eine Verdünnung der Hb-Konzentration schon zu Operations-Beginn erreicht, so daß bei Blutverlusten eine geringere Hämoglobinmenge verlorengeht. Da die Patienten präoperativ meistens infolge der Flüssigkeitsrestriktion hypovolämisch und zentralisiert sind, können ca. 20-25% des berechneten Blutvolumens in Form von Volumenersatzmitteln verabreicht werden.

Das anästhesiologische Management der Infusions-und Transfusionstherapie erfolgt dabei nach starren Vorgehensweisen

ohne Berücksichtigung der individuellen Ausgangssituation. Die Hb-Konzentration wird ab und zu laborchemisch oder durch ein Blutgasanalysegerät bestimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gerät zu schaffen, das es gestattet, die Volumensituation und Hb- Konzentration des Patienten ständig lückenlos zahlenmäßig zu erfassen und dadurch die Infusionstherapie so gezielt durchführen zu können, daß infolge Ausnutzung aller Patientenreserven Bluttransfusionen weniger notwendig sind als nach der bisher üblichen Vorgehensweise.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Vorrichtung zumindest einen Sensor zur Messung der Extinktion von Gesamthämo- globin und/oder von oxygeniertem und reduziertem Hämoglobin (Hb) sowie eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloiden Infusionslösung aufweist und daß der Sensor und die Meßeinrichtung an einen Computer mit Bildschirm und Tastatur zur Dateneingabe angeschlossen sind.

Vorzugsweise wird dabei als Sensor ein NIR-photoplethysmographi- scher Sensor eingesetzt (NIR-Near Infra Red).

Mit Hilfe dieser Vorrichtung kann neben der Sättigung und der Pulsqualität auch die Hb-Konzentration entweder durch Addition der Extinktionen von oxygeniertem und reduziertem Hb und/oder durch direkte Bestimmung der Gesamthämoglobinextinktion gemessen werden. Es wird hier von der Gesetzmäßigkeit Gebrauch gemacht, daß bei einem Abfall der Hb-Konzentration alle oben aufgeführten Extinktionen abnehmen. Schwierig ist hierbei allerdings die Eichung auf die laborchemisch üblichen Konzentrationsangaben.

Da es in der Anästhesie bei den oben erwähnten Verfahren der Hämodilution aber in erster Linie auf die Stärke und die Schnelligkeit der Hb-Konzentrationsänderungen ankommt, spielt dieses Problem eine untergeordnete Rolle. Das Problem kann aber dennoch dadurch gelöst werden, daß den gemessenen Extinktionen

über die Tastatur eine laborchemisch gemessene Hb-Konzentration zugeordnet wird (1-Punkt-Eichung) und nach einer Änderung der Extinktionen eine oder mehrere weitere laborchemisch bestimmte Hb-Konzentrationen zugeordnet werden können (2-Punkt-oder Mehr- Punkt-Eichung).

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Vorrichtung zusätzlich einen Temperaturfühler zur Messung der peripheren Körper- temperatur und gegebenenfalls einen weiteren Temperatursensor zur Messung der zentralen Körpertemperatur aufweist.

Durch die Temperatursensoren kann die zentrale und die periphere Temperatur erfaßt werden. Bei einer Zentralisation stellt der Organismus die peripheren Blutgefäße eng. Dadurch kühlt sich die Haut in der Peripherie ab, während die Temperatur des Körperkernsweitgehendkonstantbleibt. Weiterhinverschlechtert sich die Pulsqualität der Sensoren zur Messung der Extinktionen.

Eine allgemeine Auskühlung des Organismus wird durch eine Abnahme der Körperkerntemperatur erfaßt. Durch Verarbeitung der Daten der Sensoren zur Messung der Extinktionen sowie zur peripheren und zentralen Temperaturmessung mittels Computer, kann zahlenmäßig der Kreislauf-Ist-Zustand und seine Entwicklungen erfaßt werden, i. e. Zentralisation oder periphere Vasodilatation.

Hilfreich ist außerdem die Integration der zunehmend in der Klinik verwendeten Blutvolumenbestimmung mit dem Farbstoff Indocyanin-Grün (ICG). Bei dieser Methode wird der Farbstoff ICG im Bolus aber eine Vene injiziert. Die Elimination des Farbstoffs erfolgt nahezu ausschließlich durch die Leber in Form einer negativen Exponentialfunktion, wobei nach ca. 10 Minuten nur noch ein geringer Anteil der ursprünglich injizierten Menge in Blut nachweisbar ist. Der Farbstoff kann hierzu durch Extinktionsmessungen bei ca. 800 nm nachgewiesen werden. Durch kontinuierliches Absaugen von heparinisiertem Blut oder durch wiederholte Blutentnahmen zu genau festgelegten Zeitpunkten nach der Farbstoffinjektion kann somit über die Rekonstruktion

der negativen Exponentialkurve das Blutvolumen berechnet werden.

Die Blutvolumenbestimmung mittels ICG kann daher angewendet werden, wenn die Vorrichtung zusätzlich mindestens mit einem der nachfolgenden peripheren Geräte ausgestattet ist : 1) Dünnschichtküvette zur spektrometrischen Messung von ICG bei ca. 800 nm in Blutproben oder kontinuierlich abge- saugtem heparinisiertem Vollblut 2) Nichtinvasive Farbstoffmessung am Finger oder Ohr analog dem Meßprinzip der Pulsoxymetrie.

Die von diesen peripheren Geräten erhobenen Daten werden direkt in den Computer übertragen und weiterverarbeitet.

Anhand der Software und des Datenflußes von den Sensoren sowie der Meßeinrichtung zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloider Infusionslösung und den spektrometrischen ICG- Messungen, ist der Computer nun in der Lage, Entwicklungen und Ist-Zustand der Kreislaufsituation und der Hb-Konzentration zu berechnen und gleichzeitig die Sättigung und Pulsqualität wie bei einem herkömmlichen Pulsoxymeter anzuzeigen. Aufgrund dieser kontinuierlichen Überwachung ist der Arzt in der Lage, seine kolloidalen Infusionslösungen so gezielt einzusetzen, daß dies im Endergebnis zu erheblichen Einsparungen an Bluttransfusionen führen wird.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Meßeinrichtung zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloiden Infusionslösung eine Wiegeeinrichtung, vorzugsweise eine Wiegeeinrichtung mit einer Federwage und/oder einem piezoelektrischen Kraftaufnehmer ist, die eine Einhängevorrichtung zum Befestigen einer Infusionsflasche oder dergleichen Behältnis aufweist und daß gegebenenfalls über ein Magnetventil eine Regelung der einlaufenden Infusionsmenge computergestützt vorgesehen ist.

Damit kann auf besonders einfache Weise die Gewichtsabnahme der Infusionsflasche infolge Infusion der Infusionslösung erfaßt werden. Beim Anhängen einer Infusionsflasche wird über die Computer-Tastatur die Art der kolloidalen Infusionsmenge und

deren Menge angegeben. Beim Einlaufen dieser Infusionslösung über das Infusionssystem in den Patienten erfolgt eine kontinuierliche Gewichtsabnahme, die dem Computer mitgeteilt wird. Es wird hierbei bewußt das einfache Verfahren der Gewichtsabnahme gewählt, das in seiner Genauigkeit für die Problemlösung ausreicht und einfach zu handhaben ist im Gegensatz zu InLusionsdosiersystemen, wie Tropfenzähler, die zwar genauer sind, dafür aber viel schwieriger zu handhaben sind.

Bei Verwendung eines piezoelektrischen Kraftaufnehmers in Verbindung mit deiner daran aufgehängten Federwaage kann die Messung für den Normalbetrieb über den piezoelektrischen Kraftaufnehmer und bei Stromausfall kann die Kontrolle über die Federwaage erfolgen.

Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Es zeigt : Fig. 1 eine Geräteanordnung mit den schematisch als Funk- tionsblöcke angedeuteten Funktionsteilen der Vor- richtung, Fig. 2 ein Diagramm einer Verdünnungskurve, bei der auf der Ordinate die Hämoglobinwerte und auf der Abszisse das Volumen einer zugeführten Infusionslösung aufgetragen sind und Fig. 3 ein Diagramm, das den Zusammenhang in der am Meßort befindlichen Gewebeeinheit zwischen der totalen Hb- Gesamtmenge, der Hb02 Fraktion und dem Quotienten SLHb02 zeigt.

Eine in Figur 1 schmatisch dargestellte Vorrichtung 1 weist mehrere, miteinander verbundene Funktionsblöcke auf. Im wesentlichen sind dies ein Computer 2, der mit einem Bildschirm

3 und einer Tastatur 4 verbunden ist. An den Computer 2 sind mehrere Meßeinrichtungen angeschlossen. Mit 5 ist dabei ein Sensor zur Messung der Extinktion von oxygeniertem und reduziertem Hämoglobin, evt. auch von Gesamthämoglobin bezeichnet. Dieser Sensor liefert ähnlich einem im Anasthesie- und Intensivbereich gebräuchlichen Pulsoxymeter Extinktionen des Hämoglobins. Neu ist hierbei, daß neben der Sättigung und der Pulsqualität auch die Hämoglobin-Konzentrationsänderungen entweder durch direkte Messung der Gesamthämoglobinextinktion oder durch Addition der Extinktionen von oxygeniertem und reduziertem Hämoglobin gemessen wird. Es wird hierbei von der Gesetzmäßigkeit Gebrauch gemacht, daß bei einem Abfall der Hämoglobin-Konzentration die bisher erwähnten Hb-abhängigen Extinktionen abnehmen.

Weiterhin ist an den Computer 2 ein Temperaturfühler 6 zur Messung der peripheren Körpertemperatur angeschlossen. Ein weiterer Temperatursensor 7 dient zur Messung der zentralen Körpertemperatur. Bei einer Zentralisierung stellt der Organismus die peripheren Blutgefäße eng. Dadurch kühlt sich die Haut in der Peripherie ab, während die Temperatur des Körperkerns weitgehend konstant bleibt. Eine allgemeine Auskühlung des Organismus wird durch eine Abnahme der Körperkerntemperatur erfaßt. Durch die Verarbeitung der Daten des Sensors 1 sowie der beiden Temperatursensoren 6 und 7 mit Hilfe des Computers 2 kann zahlenmäßig der Kreislauf-Ist-Zustand und seine Entwicklung erfaßt werden, das heißt Zentralisation oder periphere Vasodilatation.

Schließlich ist an den Computer 2 noch eine Meßeinrichtung 8 zur Bestimmung der Menge an eingelaufener, kolloider Infusions- lösung angeschlossen. Der Einfachheithalber ist hierzu vorzugsweise eine Meßeinrichtung vorgesehen, mit der die Gewichtsabnahme der Infusionsflasche während der Infusion erfaßt werden kann. Dies kann durch eine Federwaage oder dergleichen

realisiert sein, da deren Genauigkeit für die Problemlösung ausreicht und einfach zu handhaben ist.

Bei den Sensoren 5 und 6 ist strichliniert noch angedeutet, daß diese beiden Sensoren bevorzugt eine einzige Baueinheit bilden und so ausgebildet sind, daß sie an einem Finger oder einer Zehe des Patienten plaziert werden können. Der Temperatur- sensor 7 zur Messung der zentralen Temperatur kann entweder oral oder rektal eingeführt werden.

Zur Ermöglichung der Blutvolumenbestimmung mit Hilfe des injizierbaren Farbstoffes Indocyanin-Grün (ICG), der beim Lebergesunden über einen Zeitraum von ca. 1/4 Stunde abgebaut wird, sind an den Computer weiterhin angeschlossen : 1) eine spektrometrische Meßeinrichtung 9 zur Bestimmung von ICG bei ca. 800 nm im Vollblut, 2) ein Sensor 10 in Analogie zum Pulsoxymeter zur nichtinvasi- ven Farbstoffmessung am Finger, der Zehe oder am Ohr.

Dieser Sensor 10 kann mit den Sensoren 5 und 6 ebenfalls in der schon erwähnten einzigen Baueinheit plaziert werden.

Gestattet die spektrometrische Meßeinrichtung 9 auch noch die Messung bei 540 nm, so kann nach Zusatz der notwendigen Reagenslösung und Überführung des Hämoglobins der Blutprobe in das stabile Cyanhämiglobin auch noch die Hämoglobinkonzen- trationmessung direkt am Arbeitsplatz ohne Probleme durchgeführt werden und die Eichung zwecks Umwandlung der Extinktionswerte in Hb-Konzentrationswerte vorgenommen werden.

Figur 2 zeigt die bei einem Menschen experimentell ermittelte Verdünnungskurve. Auf der Ordinate sind die Hämoglobinwerte und auf der Abszisse das Volumen einer zugeführten Infusions- lösung aufgetragen. Die Kurve a ist hierbei durch die Verbindungsgeraden von Meßwerten gebildet, während die Kurve b aus der Kurve a rechnerisch geglättet wurde.

Die Kurve (en) zeigt zwei deutlich voneinander unterscheidbare Phasen I und II, wobei in der Phase I zuerst ein steiler Abfall der Hämoglobin-Konzentration bis zum Scheitelbereich S auftritt und anschließend trotz weiterer Verdünnung nur noch ein flache Abfall der Hb-Konzentration zu verzeichnen ist.

Dieser Kurvenverlauf wird durch folgende physiologischen Besonderheiten verursacht : Phase I : Der steile Abfall der Hb-Konzentration trotz einer anfangs relativ geringen Infusionsmenge an Plasmaersatzlösung be- weist, daß das Verteilungsvolumen relativ klein ist.

Klinisch sind die Patienten präoperativ meist aufgrund unzureichender Flüssigkeitszufuhr infolge Angst und vorgeschriebender Nahrungskarenz hypovolämisch, zen- tralisiert mit kalten Extremitäten. Das anfängliche Verteilungsvolumen der Plasmaersatzlösung umfaßt daher nur den bei Zentralisation perfundierten Bereich. Durch Eng- stellung der Gefäße ist die Peripherie von der Perfusion weitgehend ausgeklammert.

Scheitelbereich S : Im Scheitel erfolgt der Übergang vom steilen zum flachen Kurvenverlauf. Physiologisch stellt der Organismus aufgrund der zunehmenden Volumenbelastung im zentralisierten Bereich die Gefäße der Peripherie weit. Klinisch werden die Extremitäten warm und die peripheren Venen füllen sich zunehmend praller.

Phase II : Der jetzt nur noch sehr geringe Abfall der Hb-Konzentration bei weiterer Verdünnung ist auf 2 Ursachen zurückzuführen : a) Nach Weitstellung der peripheren Gefäße hat sich das Verteilungsvolumen erheblich vergrößert. b) In den während der Zentralisation von der Perfusion

abgeriegelten peripheren Gefäßen lagern Erythrozyten, die nach Weitstellung der peripheren Gefäße dem Kreislauf zugeführt werden.

Das Verteilungsvolumen läßt sich nach folgender Formel näherungs- weise berechnen : BVZ = (Hb2 * X)/ (Hbl-Hb2) dabei bedeutet : BVZ : an der Perfusion teilnehmendes Blutvolumen bei Zentralisa- tion X : Infusionsmenge an Blutersatzlösung Hbl : Hb-Konzentration vor der Verdünnung Hb2 : Hb-Konzentration nach der Verdünnung Beispiel : 24-jährige Patientin, 168 cm groß, 65 kg schwer ; präoperativ : Hb 13,0 g% nach 500 ml Hydroxyethylstärke (HÄS) : Hb 11,4 g% nach 1000 ml Hydroxyethylstärke (HÄS) : Hb 11, 1 g% Berechnung des Verteilungsvolumens nach 500 ml Hydroxyethylstärke (HÄS) : BVZ = (Hb2 * X)/ (Hbl-Hb2) BVZ = (11,4 * 500 ml)/ (13, 0-11, 4) BVZ = 3. 562,5 ml Berechnung des Verteilungsvolumens BVDil nach Gefäßdilatation infolge Infusion von 1000 ml Hydroxyethylstärke (HÄS) : BVDil = (11,1 * 1.000 ml)/ (13, BVDil = 5. 842,1 ml Das Blutvolumen oder besser der Intravasalraum hat sich also durch die periphere Gefäßdilatation um 2.280 ml vergrößert,

das ist eine Steigerung um 64% bezogen auf den Intravasalraum während der Zentralisation.

Dieses Beispiel zeigt, daß die Annahme eines konstanten Blutvolu- mens bei einem Patienten falsch ist. Dieses Blutvolumen kann entsprechend den Lebensgewohnheiten erheblichen Schwankungen unterworfen sein. Bei gleicher Körperoberfläche, d. h. bei gleicher Körpergröße und gleichem Gewicht, dürfte das Blutvolumen eines Wüstenbewohners, der es gewohnt ist, mit ständigem Durst und minimalem Wasserverbrauch umzugehen, wesentlich kleiner sein als das Blutvolumen eines Menschen in gemäßigten Erd- regionen, dessen Wasserhaushalt keinerlei Beschränkungen unterworfen ist. Aufgrund dieser Überlegungen können Schätzungen des Blutvolumens aufgrund der Körperoberfläche nur grobe Anhaltspunkte sein, die bei jedem einzelnen Patienten verifiziert werden müssen.

Die oben aufgeführte mathematische Formel gilt nur für Verdünnun- gen in Hohlgefäßen. Aufgrund der in Phase II auftretenden physiologischen Besonderheiten darf sie eigentlich auf den Menschen nicht angewendet werden. In Ermangelung einer besseren anwendbaren Formel wird sie jedoch zur groben Abschätzung trotzdem verwendet.

Folgerungen für die Praxis : Die Verdünnung beim Menschen sollte nur wenig über den Scheitelpunkt S hinaus durchgeführt werden.

Bei weiterer Verdünnung über S hinaus, fällt die Hb-Konzentration nur noch wenig ab, es füllen sich aber die peripheren Blutgefäße immer praller. Durch Erhöhung des peripheren Blutvolumens im Bereich der Phase II dürfte aber der operative Blutverlust wieder stärker ansteigen, als Blut durch Verdünnung mit Blutersatzlösung eingespart wird. Bei der Verdünnung sollte also der starke Abfall der Hb-Konzentration im Bereich der Phase I bis zum Scheitel S ausgenutzt werden, ohne wesentlich den Blutverlust durch Steigerung der peripheren Perfusion zu erhöhen.

Die Bestimmung des Scheitelpunktes S wird durch die kontinuierli- che Erfassung der Hb-Konzentration während der Hämodilution

ermöglicht. Eine gezielte Hämodilution unter Berücksichtigung der physiologischen Mechanismen ist ohne den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nicht möglich.

Die Computersoftware leistet nach Eingabe der Patientendaten über die Tastatur folgende weitere Hilfestellungen : 1) bei Eingabe des geschätzten Blutverlustes Empfehlung der eventuell noch notwendigen Infusionsmenge an Kolloiden und Abschätzung der Hb-Konzentration nach Beseitigung einer eventuell bestehenden Kreislaufzentralisation 2) Berechnung des Blutverlustes aus dem Datenverlauf von Kreislaufsituation und Hb-Konzentration mit der Empfehlung eventuell noch notwendiger Infusionsmengen an Kolloiden.

Diese Auswertung per Computer ist Teil des gesamten Gerätes.

3) Aufgrund der Patientendaten und der infundierten kolloi- dalen Infusionsmenge wird im Zeitverlauf die Infusionsmenge berechnet, die aufgrund der Halbwertszeit der Infusions- lösung intravasal zusätzlich zum Blutverlust ersetzt werden muß.

Die Daten aber den Volumenzustand des Patienten werden graphisch anschaulich dargestellt, damit der Arzt die Übersicht zu jeder Zeit behält.

Um die Möglichkeiten des Computers auszuschöpfen, enthält dieser auch eine Datenbank, aber die von verschiedenen Fragestellungen aus praxisrelevante medizinische Informationen abgerufen werden können, wie nachfolgend beschrieben.

Da das Gerät über einen Computer und eine Tastatur verfügt und im Rahmen seiner Aufgabe zur Erfassung der Blutvolumensituation nicht ausgelastet ist, ist es außerdem nutzbar zur Lösung von praktischen Problemen in Anästhesie und Intensivmedizin. Dabei sind die Lösungswege von in der Praxis anfallenden Problemen

über folgende Suchwege zu finden : 1) Kurze Beschreibung der verschiedenen Techniken ein- schließlich Dosierungen, Komplikationen und Therapiemaß- nahmen. Die Techniken sind alphabetisch sortiert und können angeklickt werden.

2) Krankheiten : Definition, Pathogenese, Symptome, Therapie einschließlich Besonderheiten für Anästhesie und Intensivme- dizin. Die Krankheiten sind alphabetisch sortiert und können angeklickt werden.

3) Symptome und Symptomkombinationen => Differentialdiagnosen mit Maßnahmen zum sukzessiven Ausschluß möglicher Diagnosen zwecks Findung der richtigen Diagnose. Die Symptome sind alphabetisch sortiert und es können mehrere Symptome angeklickt werden. Der Computer sucht nach den Krankheiten, für die die angegebene Situation zwingend ist. Falls er diese Kombination nirgends findet, greift er sukzessive auf die Krankheiten zurück, bei denen die meisten der angegebenen Smyptome auftauchen und die angegebene Symptomkomplikation möglich ist.

4) Zwischenfälle in Anästhesie und Intensivmedizin : Diagno- se, Vorgehensweise. Aus einer alphabetisch sortierten Liste erfolgt die Auswahl. Der Zugang in diese Datenbank kann auch über die Auswahl von Symptomen und Symptomkombinatio- nen erfolgen.

Diese Datenbank wird in regelmäßigen Zeitintervallen (halbjähr- lich oder jährlich) durch ein Update gepflegt.

Anwendungsbereiche sind alle medizinischen Bereiche, in denen die Hämodilution durchgeführt wird. Darüberhinaus kann das Gerät auch zur einfachen Überwachung von Patienten eingesetzt werden, da es mehr Informationen über den Volumenstatus des Patienten einschließlich Hb-Konzentration ermöglicht. Da es außerdem mit einem Informationssystem für praktische medizinische Probleme

besonders in Anästhesie und Intensivmedizin ausgestattet ist, wird es zweckmäßigerweise in vorhandene Beatmungsgeräte im Anästhesie-oder Intensivmedizinbereich integriert.

Das erfindungsgemäße Geräte ist in der Lage, alle zuvor aufgeführen physiologischen Parameter unblutig kontinuierlich aufzuzeichnen, die Ergebnisse der einzelnen Parameter zueinander in Beziehung zu setzen, und mit Hilfe einer Software es dem zu Arzt ermöglichen, die aktuelle Situation und Trends zu erfassen. Aufgrund dieser Übersicht ist der Arzt deutlich besser als bisher in der Lage, seine Volumentherapie vorwiegend mit Kolloiden so durchzuführen, daß dies zur Einsparung von Bluttransfusionen führt.

I) Vorgehensweise und Wirkmechanismus bei der Hypervolämischen Hämodilution : Bei Einleitung der Narkose erfolgt durch die Narkosemittel und die Streßverminderung eine Weitstellung der peripheren Blutgefäße (=Vasodilatation), sodaß es zu einer verstärkten Durchblutung (=Perfusion) der Peripherie kommt. Da der Patient, wie bereits beschrieben, zu Narkosebeginn meist sich in einem Flüssigkeits- mangel (=Hypovolämie) befindet, kommt es zu einem Blutruckabfall.

Bei Auffüllung des Gefäßsystems mit einer Volumenersatzlösung wird neben der Hämoglobin-Reduktion der Patient kreislaufstabiler und daher besser führbar, da die Flüssigkeitsreservoire (Splanchnicus, Haut) aufgefüllt sind. Kommt es nun zu einer akuten chirurgischen Blutung, so bleibt der Kreislauf langer stabil als ohne vorherige Volumenauffüllung. Der Blutverlust kann über längere Zeit durch Entleerung der Kapazitätsgefäße kompensiert werden und der Patient bleibt kreislaufstabil. Da der NIR-photoplethysmographische Sensor die Hautdurchblutung als eines der wichtigsten Flüssigkeitsreservoire erfaßt, kann durch diese komplexe Meßmethode eine drohende Volumenmangelsitua- tion sehr frühzeitig erfaßt werden. Durch adäquate Volumenzufuhr

kann die Störung beseitigt werden und die Wirksamkeit ist kontinuiertlich überprüfbar.

Verlorengegangenes Blutvolumen während der Operation muß sofort in Äquivalentdosen durch Volumenersatzlösung ersetzt werden, entsprechend den Substitutionseigenschaften der eingesetzten Volumenersatzlösung. Das hier vorgestellte Management der Akuten Hypervolämischen Hämodilution umfaßt somit zwei Bestandteile : 1) Die Auffüllung der Kapazitätsgefäße vor Operationsbeginn mittels Blutersatzlösung schafft eine Kreislaufstabilisation bei eventuell auftretenden Blutungen und damit eine Zeitreserve für den Anästhesisten.

2) Der sofortige adäquate Ersatz von verlorengegangenem Blut während der Operation durch die Blutersatzlösung.

Dieses Management ermöglicht eine Optimierung der Kreislaufstabi- lisierung ohne Einsatz von Bluttransfusionen. Daher möchten wir für die Kombination dieser beiden Managmentbestandteile den Begriff der"Optimierten Hämodilution"verwenden.

Bei dieser Vorgehensweise der Optimierten Hämodilution besteht jedoch bei vielen Operationen das Problem der Quantifizierung des Blutverlustes, vor allem dann, wenn ein großer Teil des Blutes in Kompressen und Tücher verlorengeht. Dies erschwert einen adäquaten intraoperativen Blutvolumenersatz.

Das hier beschriebene intraoperative Monitoring bietet für die Vorgehensweise der Optimierten Hämodilution folgende Vorteile : 1) Bei der präoperativen Akuten Hypervolämischen Hämodilution erfolgt die Infusion der Blutvolumenersatzlösung nur bis zum Erreichen des schon erwähnten Scheitelbereiches S der Verdünnungskurve (siehe Fig. 2).

2) Weiterhin ermöglicht die Vorrichtung zur Volumensteuerung intraoperative Blutverluste mit Blutvolumenersatzlösung auch bei den Operationen adäquat aufzufüllen, wo die verlorengegangene Blutmenge nur schwer einschätzbar ist.

Blutverluste können nur dann adäquat substituiert werden, wenn nicht zuviel und nicht zuwenig der Ersatzlösung

infundiert wird.

II. Funktionsprinzip der Photoplethysmographie mit Nahem Infrarot NIR Kernstück des Meßverfahrens zur Volumensteuerung ist der Einsatz eines photoplethysmographischen Prinzips, welches auf einer hochsensiblen wellenlängensensitiven optoelektronischen Registrierung der Extinktionen beruht. Durch gezielten Einsatz von Licht im roten und nahen Infrarot-Bereich (=NIR), z. B. 650 nm, 740 nm und 890 nm, können folgende Hämoglobinfraktionen über ihre Extinktionen semiquantitativ kontinuierlich in der Haut gemonitort werden. Dazu wird empfängerseitig ein Dual- wellenlängensensitiver Spezialsensorchip eingesetzt. Die über Meßverstärker aufbereiteten Signale werden zum Computer zwecks Weiterverarbeitung, Darstellung und Speicherung geleitet. Aus dem Verhältnis der Hb-Fraktionen lassen sich die Veränderungen der Gewebsoxygenierung ableiten. Dabei bezeichnet der Quotient QHb02 den Anteil des oxygenierten Hb am Gesamt-Hb.

QHbO2 = E (Hb02)/E (Gesamt-Hb) Qnboa Quotient des Anteils an oxygeniertem Hb zum Gesamt-Hb E (Hb02) = Gemessene Extinktion aufgrund der Hb02-Menge im Gewebe E (Gesamt-Hb) =Gemessene Extinktion aufgrund der Gesamt-Hb-Menge im Gewebe.

Im Gegensatz zur Pulsoxymetrie erfaßt der QHbO2 den Anteil des oxygenierten Hb am Gesamt-Hb in der Gewebeeinheit am Meßort.

Gepoolte, in den Hautkapazitätsgefäßen liegende Erythrocyten werden dabei miterfaßt. Die Pulsoxymetrie erfaßt hingegen nur arterielle Pulsationen vor einem als konstant angenommenen Hin- tergrund. Dadurch wird nur der Oxygenierungsgrad der arteriellen Pulswelle erfaßt. Hydratationszustand, Füllungszustand der Kapa-

zitätsgefäße und Zirkulationsgrößen wie Vasodilatation und Rück- fluß bleiben bei der Pulsoxymetrie im Gegensatz zu dem hier vorgestellten Meßprinzip unberücksichtigt. Daher erscheint das hier vorgestellte Meßprinzip aufgrund seiner stark erweiterten Aussagefähigkeit geeignet, die bisher übliche Pulsoxymetrie abzulösen. Während die konventionelle Pulsoxymetrie auf den pulsatilen Blutfluß angewiesen ist, ist das hier dargestellte Meßprinzip auch bei einem konstanten Blutfluß, wie z. B. beim Einsatz der Herz-Lungen-Maschine, einsetzbar oder bei schlecht perfundierten Gewebearealen, z. B. bei Patienten mit einer peripheren arteriellen Verschlußkrankheit oder bei trans- plantierten Gewebslappen. Bei Patienten mit einer marginalen Kreislaufsituation, z. B. bei Schockpatienten, ist das Meß- verfahren ebenso einsetzbar.

III. Einflußgrößen auf die Meßsignale Je nach applizierten Wellenlängen sind die gemessenen Extink- tionen proportional der im Gewebe vorhandenen Menge der Hämo- globinfraktionen. Diese ist von folgenden Einflußgrößen abhängig : 1) Konzentration der Hb-Fraktion 2) Hydrostatischer Druck aufgrund der Meßortposition zur Herzhöhe ("Lagerung") 3) Hydratationszustand 4) Thermoregulation und periphere Vasodilatation, z. B. durch Medikamenteneinfluß 5) Venöser Rückfluß durch intrathorakale Druckänderungen, z. B. infolge Beatmung 6) Blutdruck Erläuterungen : ad 2) : Bei tiefer Lagerung erfolgt eine schwerkraftbedingte Anreicherung der Hämoglobinfraktionen mit entsprechender Zunahme der Extinktionen am Meßort. Außerdem nimmt der Quotient Ql,,. 2 ab, da der gepoolte Anteil der Erythrocyten mit reduziertem

Hb-Gehalt in den Kapazitätsgefäßen der Haut ansteigt. Bei erhöhter Lagerung erfolgt hingegen eine Verminderung der Hämoglobinfraktionen mit entsprechender Abnahme der Extinktionen und Zunahme des da sich die Kapazitätsgefäße der Haut entleeren. ad 3) : Bei Hyperhydratation oder beginnenden Überwässerung erfolgt eine Zunahme des Hb-Volumenanteils je untersuchter Gewe- beeinheit, da in dieser Situation die Anzahl der perfundierten Hautgefäße zunimmt. ad 4) : Regulatorisch und medikamentös bedingte Vasodilatation führt zu einer Zunahme, Vasokonstriktion zu einer Abnahme des Hb-Volumenanteils je untersuchter Gewebeeinheit. ad 5) : Erhöhung des intrathorakalen Drucks, z. B. durch eine maschinelle Beatmung, erschweren den Blutabfluß aus der unter- suchten Gewebeeinheit und führen zu einer Zunahme der Extinktion.

Bei Berücksichtigung des QmO2 kann die Beatmungseinstellung opti- miert werden. Durch zunehmende Erhöhung des Beatmungsdrucks erfolgt eine Verbesserung der Blutoxygenierung infolge Beseitigung von Atelektasen, der Qmo2 steigt an. Bei weiterer Erhöhung des Beatmungsdrucks (= PEEP : positive endexpiratory pressure) wird durch Drosselung des venösen Rückstroms die Gewebsoxygenierung wieder verschlechtert, der Qw2 sinkt wieder ab. Durch das hier vorgestellte Meßverfahren kann die Beatmungs- einstellung durch die Zielgröße des Q, optimiert werden. Diese Überwachungsmöglichkeit kann bei allen Formen der assistierten und kontrollierten Beatmung eingesetzt werden (Schlafapnoe, Entwöhnung vom Beatmungsgerät). ad 6) : Blutdruckerhöhungen führen zu einem verstärkten Einstrom von Blut in die untersuchte Gewebeeinheit mit einer Zunahme der Extinktion.

Durch Computerauswertung werden die Einflußgrößen semiquantitativ gewichtet.

IV. Vorteil der NIR-Photoplethysmographie zur Volumensteuerung und Hämodilutionsüberwachung :

Mittels kontinuierlicher Überwachung einschließlich Trendanalyse und Verlaufskontrolle ist eine gezielte Steuerung der optimierten Hämodilution möglich. Wie oben beschrieben ist die gemessene Extinktion der totalen Hb-Menge proportional zur Hb-Konzen- tration. Durch kontinuierliche Meßwerterfassung kann bei der präoperativen Akuten Hypervolämischen Hämodilution der Scheitelpunkt S erfaßt werden (siehe Fig. 2). Dadurch wird eine intravasale Flüssigkeitsüberladung vermieden, die zu einem größeren intraoperativen Blutverlust führen würde. Darüberhinaus kann intraoperativ bei Anwendung unserer Methode der intravasale Volumenstatus auch dann konstant gehalten werden, wenn die Blutverlustmenge nicht sicher quantifizierbar ist, weil ein großer Anteil des Blutverlustes in Tücher und Kompressen erfolgt und sich deshalb einer direkten Messung entzieht. Die vor- gestellte Vorrichtung zur Volumensteuerung ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der Kreislaufsituation und erhöht damit die Patientensicherheit bei Anwendung der Optimierten Hämodilution. Sie gestattet es dem Anästhesisten, sich in dem für den Volumenstatus optimalen Bereich zu bewegen (siehe Fig. 3 ; Abschnitt zwischen P1 und P2), was zu einer erheblichen Einsparung von Bluttransfusionen führt.

Fig. 3 zeigt schematisch den Zusammenhang in der am Meßort befindlichen Gewebeeinheit zwischen der totalen Hb-Gesamtmenge, der Hb02 Fraktion und dem Quotienten QE2 Die gestrichelte Linie zeigt dabei die totale Hb-Menge in der Gewebeeinheit in Abhängigkeit von der Hb-Gesamtmenge im ganzen Körper. Die durch- gezogene Linie mit Quadraten zeigt die dazugehörige Menge an Hb02 in der Gewebeeinheit. Die darüberprojizierte durchgezogene Linie verbindet die ermittelten Q.

Auf der Ordinate sind die im Gewebe gemessene Mengen der Hb- Fraktionen (Hb und Hb-02) aufgetragen. Auf der Abszisse ist intravale Gesamtmenge an Hämoglobin im gesamten Kreislaufsystem.

Die obere gestrichelte Linie zeigt die im Gewebe gemessene Hb- Gesamtmenge in Beziehung zur intravasalen Gesamt-Hb-Menge im

Organismus. Es herrscht zwischen beiden Meßwerten eine Proportionalität, d. h. bei einer hohen Gesamt-Hb-Menge im Gesamtorganismus kann auch eine hohe Hb-Menge in dem am Meßort untersuchten Gewebe festgestellt werden. Im mittleren Bereich des Diagrammes herrscht nun zwischen der Menge an Hb-02 und an Gesamt-Hb pro Gewebeeinheit ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen den Punkten P1 und P2.

Aufgrund der in Fig. 3 dargestellten Zusammenhänge erlaubt nun die kontinuierliche NIR-Messung folgende beiden kritischen Situation bezüglich der Hb-Konzentration zu erfassen : 1) Ein Abfall der Hb-Konzentration unter eine kritische Schwelle führt zu einer 02-Mangelversorgung des Gewebe. Das Gewebe wird daher überproportional den an das Hb-02 gebundenen Sauerstoff verbrauchen. Unterhalb von PI kommt es daher zu der erwähnten Mangelversorgung, d. h. infolge verstärkter Entsättigung des Hb02 im Gewebe verläuft bei weiterem Abfall der Gesamt-Hb-Menge der Abfall der unteren durchgezogenen Hb02-Kurve mit Quadraten wesentlich steiler. Während im mittleren Diagrammbereich der Anteil des Hb02 an der Hb-Gesamtmenge weitgehend konstant ist, fällt dieser Anteil unterhalb von PI deutlich ab, da das Gewebe infolge Sauerstoffmangel dem oxygenierten Hämoglobin den Sauer- stoff stärker entzieht. Der Quotient QHb02, 1 der den Anteil an oxygeniertem Hämoglobin im Gewebe widerspiegelt, nimmt ebenfalls ab. Somit kann durch die kontinuierliche Meßwerterfassung der Zeitpunkt der Sauerstoffmangelversorgung sicher erfaßt werden.

2) Das andere Extrem eines Hb-Überangebots kann ebenso sicher erfaßt werden. Bei Übertransfusion von Blut kommt es zu einer Überladung des Organismus mit roten Blutkörperchen (=Ery- throcyten). Die Kapazitätsgefäße der Haut werden zunehmend mit Blut aufgefüllt und bleiben dort aber längere Zeit liegen.

Dadurch nehmen sie nicht in vollem Umfang an der Zirkulation mit Passsage der Lunge teil. Im Gewebe bleibt daher das Hb nach

Abgabe des Sauerstoffs in reduziertem Zustand liegen und wird nicht durch eine sofortige Lungenpassage wieder in den oxyge- nierten Zustand überführt. Mit zunehmender Blutüberladung des Organismus nimmt daher der Anteil des im Gewebe sistierenden reduzierten Hb am Gesamt-Hb zu. Der Anteil des kontinuierlich zirkulierenden Blutes in oxygeniertem Zustand am Gesamt-Hb nimmt hingegen ab, da nicht mehr die gesamte Blutmenge an der Lungen- passage teilnimmt. In Fig. 3 wird oberhalb von P2 diese Situation graphisch anhand des abfallenden QHb02 Wertes veranschaulicht.

Bei weiteren Bluttransfusionen steigen demnach die im Organismus vorhandene Hb-Menge und die am Meßort gemessene Hb-Menge weiter an. Da aber zunehmend Hb im Gewebe in reduziertem Zustand in den Hautkapazitätsgefäßen liegenbleibt, erhöht sich die im Gewebe gemessene Hb02-Fraktion nicht in dem gleichen Maße parallel mit der Gesamt-Hb-Menge. Die zwischen PI und P2 parallel zur Gesamt-Hb-Menge verlaufende Hb02-Kurve verflacht sich daher oberhalb des Punktes P2 und der Quotient Q,,,, nimmt ab. Mit der hier dargestellten Meßvorrichtung wird der Beginn einer Überladung des Organismus mit Bluttransfusionen sicher erfaßt und kann vermieden werden. Dies vermindert die Transfusions- risiken, und führt zur Einsparung von Blutkonserven. Damit wird ein wichtiger Beitrag zur Erhöhung der Patientensicherheit und Kosteneinsparung geleistet.

V. Steuerung der Volumenzufuhr Die Kontrolle der Volumenzufuhr erfolgt nach dem Prinzip der Gewichtsabnahme der Infusionslösung. Die computergestützte Meß- werterfassung erfolgt aber eine Federwaage, gekoppelt mit einem piezoelektrischen Kraftaufnehmer. Über einen Regelkreis kann ein Magnetventil gesteuert werden, welches die einlaufende Infusionsmenge nach speziellen aber den Computer vorgegebenen Plausibilitätskriterien regelt. Bei Narkosebeginn werden die Patientendaten eingegeben und dadurch die Soll-und Führungs- größen festgelegt. Mittels Plausibilitätskontrollen wird eine

unzulässig hohe Infusionsmenge von vornherein ausgeschlossen.

VI. Computergestützter Arbeitsplatz Durch optionale Einbindung von weiteren, anästhesiologischen und intensivmedizinischen Monitordaten, wie z. B. EKG, kardio- vaskulären und respiratorischen Parametern, werden die Vor- aussetzungen für eine funktionelle Systemanalyse geschaffen.

Zusätzlich verfügt das System aber eine Online-Hilfe, mit der bei schwierigen Situationen interaktiv Lösungsmöglichkeiten angeboten werden.

VII. Weitere Einsatzmöglichkeiten der NIR-Photoplethysmographie Unter Berücksichtigung der unter Punkt III erwähnten Einfluß- größen können durch gezielte Anwendung der NIR-Technologie darüberhinaus folgende Parameter optimiert werden : 1) Lagerung : Durch geeignete Lagerung können Blutverluste vermin- dert werden, da der hydrostatische Druck durch Hochlagerung des blutenden Körperteils vermindert werden kann. Dabei muß jedoch durch kontinuierliche Überwachung die ausreichende Perfusion des hochgelagerten Körperteils sichergestellt sein.

Die Wirksamkeit von Lagerungsmaßnahmen verschiedenster Indikationen, wie z. B. auch beim Schädel-Hirn-Trauma, ist kontinuierlich quantifizierbar und damit steuerbar. Dies gilt auch für das Schaffung von entsprechenden Blutpools in den Kapazitätsgefäßen der Haut, die durch geeignete Lagerungsmaß- nahmen jederzeit angelegt und bei Bedarf auch entleert werden können. Durch die Lagerungsmaßnahmen kann die regionale Anlage der Volumenpools im Rahmen der Akuten Hypervolämischen Hämodilution gezielt gesteuert werden.

2) Der Effekt von kreislaufwirksamen Medikamenten ist kontinuier- lich quantitativ erfaßbar und damit einem Regelkreis zugänglich, z. B. bei kardiovaskulären Erkrankungen wie Ischämischer Koronarer Herzkrankheit und Herzinsuffizienz.

3) Optimierung der assistierten und kontrollierten Beatmung durch kontinuierliche Überwachung der peripheren Gewebsoxygenie- rung und des peripheren intravasalen Füllungszustandes, z. B. auch im Rahmen der Entwöhnung vom Beatmungsgerät. Für die Überwachung von Patienten mit suffizienter Spontanatmung ist die Methode ebenfalls geeignet (Schlafapnoe, Sudden Infant Death Syndrom= Plötzlicher Kindstod) 4) Semiquantitative Messung der Mikrozirkulation bei schlecht durchbluteten Geweben mit sehr schwachem oder fehlenden Puls- signal. Die Indikation besteht u. a. für Patienten mit peripherer arterieller Verschlußkrankheit und für die Erfolgs-und Verlaufs- kontrolle in der Transplantationschirurgie (Gewebslappen, Organe u. a.). Da der Meßkopf ein Miniatursensochip ist, kann das Meß- prinzip auch bei endoskopischen Verfahren aller Art eingesetzt werden.

5) Kontinuierliche, nichtinvasive Überwachung der Gewebsoxyge- nierung auch bei kontinuierlichem Blutfluß infolge des Einsatzes technischer mechanischer Pumpen, wie z. B. beim Einsatz der Herz- Lungen-Maschine.

Ansprüche