Mikrozirkulation und Sauerstoff-versorgung des Gewebes

Methode des so genannten O2C (oxygen to see)

A. KrugLEA Medizintechnik, Gießen

SchlüsselwörterMikrozirkulation, postkapilläre Sauerstoffsättigung, lokaleHämoglobinmenge, Sauerstoffverbrauch

ZusammenfassungDie Zahl der Patienten mit peripheren Durchblutungsstö-rungen steigt aufgrund des zunehmenden Alters und derLebensweise ständig. Damit einher geht das klinische Inte-resse, verbesserte Techniken zur Verfügung zu haben, diehelfen, periphere Durchblutungsstörungen frühzeitig undmit geringem Aufwand zu diagnostizieren.Eine optische Methode mit dem Namen O2C (oxygen tosee), die sowohl die Mikrozirkulation als auch die post-kapilläre Sauerstoffsättigung und Blutmenge im Gewebebestimmt, eröffnet zusätzliche diagnostische Möglichkei-ten. Die Methode wird eingehend beschrieben und im Ver-gleich zu bekannten Untersuchungstechniken, z. B. dertcpO2, erörtert. Die Vorgehensweise zur Untersuchung vonPatienten mit pAVK, Wunden und insbesondere mit venö-sen Abstromproblemen wird dargestellt. Differenziert wirddas Vorgehen zur Untersuchung von intakter Haut, vonWunden oder von tiefer liegenden Geweben (z. B. Muskula-tur) beschrieben. Besonderes Gewicht wird der Beurteilungdes Sauerstoffumsatzes, als funktioneller Parameter, imGewebe beigemessen. Der Bezug auf Normwerte aus der Li-teratur rundet die Einführung in die neue Methode ab undzeigt die klinischen Applikationsfelder auf.

Phlebologie 2007; 36: 300–12

KeywordsMicrocirculation, postcapillary oxygen saturation, localamount of haemoglobin, oxygen metabolism

SummaryThe number of patients with peripheral vessel disease risessteadily due to age and way of living. For this reason theclinical interest in more advanced techniques is obvious todiagnose early and easily the impaired peripheral per-fusion. A new method named O2C (oxygen to see), allowsto record simultaneously the postcapillary oxygen satu-ration, the amount of haemoglobin and the blood flow inthe microcirculation. This combination of tissue parametersinaugurates additional possibilities to examine the patient.The method of O2C will be explained in detail and com-pared to well-known methods, such as transcutaneousoxygen electrodes (tcpO2). Stepwise the procedure is out-lined to examine patients with peripheral arterial disease(PAD), wounds and particularly patients with venous effluxproblems. Further aspects for the examination of intact skinand tissues beneath, such as muscles is given. Finally thepossibility to monitor oxygen metabolism in tissue is ex-plained and its importance as functional parameter. The ci-tation of normal values from literature sums up the over-view of clinical fields of application.

Microcirculation and oxygen supply of tissue: meth-od of so-called 02C

Mots clésMicrocirculation, saturation postcapillaire en oxygène, tauxd’hémoglobine local, consommation en oxygène

RésuméLe nombre de patients atteints de troubles circulatoires pé-riphériques augmente en raison du vieillissement et dumode de vie, d’où l’intérêt clinique de disposer de tech-niques améliorées afin de diagnostiquer des troubles circu-latoires périphériques à temps et simplement.Une méthode optique dénommée O2C (oxygen to see), per-mettant de déterminer autant la microcirculation que lasaturation postcapillaire en oxygène et la quantité de sangdans les tissus, ouvre des perspectives diagnostiquessupplémentaires. Cette méthode sera décrite en détail etcomparée à des techniques d’examen connues telles quetcpO2. La procédure d’examen de patients atteints de mal-adie artérielle occlusive périphérique, de blessures et plusspécialement de problèmes d’écoulement veineux sera dé-crite pas à pas. La procédure d’examen de peau intacte, deplaies ou de tissus plus profonds tels que les muscles seradécrite séparément. L’évaluation de la VO2 dans les tissusen tant que paramètre fonctionnel sera traitée avec une at-tention particulière. La référence aux valeurs normalesextraites de la littérature médicale termine l’introduction àcette nouvelle méthode et démontre les champs d’appli-cation clinique.

Microcirculation et saturation tissulaire en oxygène:Selon la méthode O2C

Eingegangen: 16. März 2006; angenommen mit Revision: 10. Oktober 2006Verantwortliche wissenschaftliche Schriftleiter dieser Rubrik: G. Gallenkemper, L. Schimmelpfennig

P eriphere Durchblutungsstörungen inder Mikrozirkulation sind die Folge-erscheinung eines Krankheitspro-

zesses, wie sie bei diabetischen Füßen, ve-nöser Insuffizienz, peripherer arteriellerVerschlusskrankheit (pAVK) oder auchnach Operationen in der plastischen Chirur-gie auftreten. Eine insuffiziente Mikrozir-kulation und Sauerstoffversorgung führt zueingeschränkter Leistungsfähigkeit ggf.einhergehend mit Ischämieschmerz, ver-minderter Fähigkeit zur Zellregeneration,insuffizienter Wundheilung und Zellunter-

gang. Betroffen können alle Schichten desGewebes sein, inkl. Haut, Muskulatur, Bin-degewebe, Skelettsystem. Entscheidend fürden Therapieerfolg ist eine sichere undfunktionelle Diagnosestellung des Schwe-regrads und Ursache der Minderversorgungin den verschiedenen Gewebeschichten undStrukturen. Von großer Bedeutung ist dieDifferenzierung von spontan heilendenWunden und nicht spontan heilenden Wun-den. Ein klinisch relevantes Problem ist dieartefaktfreie Erfassung der Knöchel/Zehen-Perfusionsdrücke – unabhängig vom Grad

der Mediasklerose und Kollateralisierung.Ferner sind sichere Kriterien wichtig für dieBeurteilung von kritisch venös gestautemGewebe oder eindeutige und leicht zu hand-habende Kriterien für den „idealen“ Kom-pressionsdruck während einer Kompressi-onstherapie und die Lagerung der Extre-mitäten bei gemischt venös-arteriellenDurchblutungsstörungen. Das rasche Ab-klären einer Polyneurophatie, objektivmessbare Kriterien zur Bestimmung derHypoxie bzw. schmerzfreien Gehstrecke –die Bestimmung der Hypoxie im Muskel bei

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definierter Muskelarbeit und objektive Kri-terien zum Monitoring von Haut- und Mus-keltransplantaten sind Zielvorgaben, die kli-nisch bisher schwer zu erreichen sind (16).

Ein erstmals im Jahr 2002 vorgestelltesneues physikalisches optisches Messprinziperlaubt die orts- und zeitgleiche Bestim-mung von mikrovaskulärem Blutfluss, loka-le Blutmenge und Sauerstoffsättigung (38)mit nur einem Messgerät. Weißlicht und La-serlicht wird über eine flexible Sonde app-liziert. Die Methode wird bezeichnet alsGewebe-Photospektrometrie (Tissue PhotoSpectrometry = TPS) und besteht aus einerKombination von Weißlichtspektrometrieund Laser-Doppler-Spektroskopie. Die Me-thode ist realisiert in einem Gerät mit demNamen O2C(oxygen to see), nachfolgendabgekürzt als O2C (Abb. 1). Die Mess-parameter des O2C werden mit bekanntenVerfahren wie der transkutanten Sauerstoff-partialdruckmessung (tcpO2), Ultraschall-dopplern und Plethysmographie verglichen.

Im Rahmen der diagnostischen Abklä-rung von Problemen bei der Wundheilung,Diabetes mellitus, Stase, physikalischenTherapie und plastischen Chirurgie wirdunter Berücksichtigung aktueller Daten dasO2C vorgestellt.

Methodik des O2CMessparameterDas O2C-Verfahren bestimmt den mikrovas-kulären Blutfluss als Flow in so genannten ar-bitrary units [AU] (10, 12), die postkapilläreSauerstoffsättigung als SO2 als Absolutwertin Prozent [%] (10) und die lokale Hämoglo-binmenge als rHb in [AU] (24), die den mi-krovaskulären Füllungszustand und die Ge-fäßdichte repräsentiert (7). Die physika-lischen Grundlagen zur Erfassung dieser Pa-rameter und die physiologische Bedeutungwerden nachfolgend erörtert.

Lichtausbreitung im GewebeDas O2C-Verfahren verwendet zwei opti-sche Techniken, bei denen einerseits Lichteines kontinuierlichen Spektrums (Weiß-

lichtspektrometrie) andererseits Licht einerspezifischen Wellenlänge (Laser-Doppler)in das Gewebe eingestrahlt werden. In bei-den Techniken wird das eingestrahlte Lichtdurch die Eigenschaften des untersuchtenGewebes spezifisch verändert.

In Gewebe eingestrahltes Licht wird anden Mitochondrien gestreut (3), wodurch sichseine Ausbreitungsrichtung ändert. Das Lichtwird gestreut und kann mit Detektoren an derGewebeoberfläche erfasst werden (Abb. 2a).Durch die Streuung wird die Intensität desLichts verändert, allerdings nicht die Farbe.Zusätzlich wird das Licht wellenlängen-abhängig von Blutfarbstoffen, (v. a. Hämoglo-bin) in Abhängigkeit von dessen Sauerstoff-sättigung geschwächt (absorbiert) und damitdie Farbe des Lichtes verändert.

Das Licht, das an einer Stelle an derOberfläche des Gewebes eingestrahlt wird,kann in abgeschwächter Form und farbver-ändert wieder detektiert werden. Der Ab-stand zwischen der Stelle, an der das Lichtin das Gewebe eingestrahlt wird, und derStelle, an der das Licht an der Oberflächewieder detektiert wird, definiert nun maß-geblich die Detektionstiefe des Sensors(18). Dieser Abstand zwischen Illuminati-ons- und Detektionsstelle wird auch als Se-paration bezeichnet (Abb. 2b). Durch bei-

spielsweise eine Vergrößerung dieser Sepa-ration kann das Licht aus einer größerenTiefe detektiert werden (Detektion 2 in Ab-bildung 2b). Es lassen sich durch die Aus-wahl einer Separation und eines geeignetemWellenlängenbereichs beliebige Detekti-onstiefen von etwa 100 µm bis zu 15 mm de-finieren, so dass mit geeigneten Sonden bei-spielsweise Gewebe wie Mukosa oder Haut,Muskel und Knochen nicht invasiv mitLicht erfasst werden können (5). In Abbil-dung 3 ist eine Sonde vom Typ LF2 des O2Cgezeigt. Sie enthält sechs Glasfasern:● Faser 1 (von links nach rechts) zur Emis-

sion von Weißlicht,● Faser 2 zur Detektion von Laserlicht in

2 mm Separation,● Faser 3 zu Detektion von Weißlicht in

2 mm Separation,● Faser 4 zur Illumination von Laserlicht,● Faser 5 zur Detektion von Weißlicht in

8 mm Separation und● Faser 6 zur Detektion von Laserlicht in

8 mm Separation.

Laser-DopplerLaserlicht, das ins Gewebe eingestrahltwird, verhält sich bzgl. der Lichtausbreitung

Abb. 1 Gerät mit dem Namen O2C (oxygen to see)

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im Gewebe analog dem Weißlicht der ent-sprechenden Wellenlänge. Im O2C wird einDiodenlaser im CW-Modus betrieben umnah infrarotes Licht bei 820 nm und einerLeistung von 30 mW zu generieren.

Die Bestimmung des Blutflusses mitHilfe eines Laser-Dopplers ist sehr einfachin der Handhabung, da weder Gefäße ge-sucht und noch Gefäßquerschnitte bestimmtwerden müssen. Sie ist vom physikalischen

Vorgang her jedoch komplex (27). Die fol-gende Erklärung ist stark vereinfacht unddient nur der Erklärung des Prinzips, nichtjedoch exakt der Physik zur Bestimmungdes Blutflusses.

Aufgrund der Streuung des Lichtes anden Mitochondrien in alle Raumrichtungenexistiert immer auch ein Lichtvektor, der indie Richtung der Bewegung der Erythrozy-ten zeigt, sodass automatisch alle Erythro-

zytenbewegungen erfasst werden können.Dieser Lichtvektor, der der Bewegung derErytrozythen gleichgerichtet ist, generiertden maximalen Doppler-Shift, so dass im-mer der optimale Einstrahlwinkel über dieLichtstreuung gefunden wird. Optimal istdabei, wenn sich die Lichtwelle in die glei-che Richtung bewegt wie die Erythrozyten.Ein Lichtdoppler kann somit auch den Blut-fluss in einem komplexen Kapillarnetzwerkbestimmen, in dem sich Erythrozyten in ei-ner Unzahl von Kapillaren in alle Raum-richtungen bewegen. Im O2C wird ein Maßfür die Anzahl der bewegten Erythrozytenbestimmt und ein Maß für die Geschwindig-keit von jedem Erythrozyten erfasst.

Das Laserlicht ist u. a. charakterisiertdurch eine einzige Wellenlänge bzw. Fre-quenz. Trifft das Laserlicht auf einen beweg-ten Erythrozyten, so werden die Lichtwellenin ihrer Frequenz verschoben, ein Phänomenbekannt als Doppler-Shift, ähnlich dem beiUltraschallwellen. In Abbildung 2a ist dieserVorgang illustriert. Aus der Doppler-Fre-quenzverschiebung lässt sich die Geschwin-digkeit der Erythrozyten bestimmen (6). Diein Hertz [Hz] gemessene Frequenzverschie-bung ist folglich der Geschwindigkeit derErythrozyten proportional. Zudem kann ausder Höhe der detektierten und normiertenLaserlichtintensität ein Korrelat berechnetwerden, das der Anzahl der bewegten Ery-throzyten proportional ist. In der Normie-rung wird das nicht frequenzverschobeneLaserlicht ins Verhältnis gesetzt zum fre-quenzverschobenen Anteil. Der frequenz-verschobene Anteil ist das Laserlicht, das anbewegten Erythrozyten die Doppler-Fre-quenzverschiebung erfahren hat, währendder weit höhere Laserlichtanteil nicht fre-quenzverschoben aus dem Gewebe zurück-gestreut wurde und nicht an bewegten Ery-throzyten gestreut wurde. Dieser Laserlicht-anteil repräsentiert somit die Gewebe-parameter, auf die das Lasersignal der be-wegten Erythrozyten normiert wird. Ausdem Produkt von Geschwindigkeit (vi) mul-tipliziert mit der Anzahl der Erythrozyten(Ni) dieser Geschwindigkeit summiert überalle auftretenden Erythrozytengeschwindig-keiten (∑i) lässt sich der Blutfluss in der Mi-krozirkulation berechnen:

∑i vi ⋅ Ni = Blutfluss

Abb. 2 Lichtausbreitung im Gewebea) spektrometrische Oxygenierungsbestimmung mit Weißlicht und Bestimmung des Blutflusses aus der Doppler-Messung anbewegten Erythrozytenb) Messungen in verschiedenen Tiefen durch Veränderung der Separation

a)

b)

Der Blutfluss wird bestimmt in AU und istein Maß für die Anzahl von Erythrozyten,die sich im Messvolumen der Sonde bewe-gen. Die Einheit AU ist in diesem Fall alsogleichzusetzen dem gemessenen Partikel-volumenstrom in (Anzahl der bewegtenTeilchen × Hz Dopplershift).

GewebespektrometrieAls zweite Technik ist die Gewebespektro-metrie im O2C integriert. Sie basiert auf der

Weißlichttechnologie. Weißlicht wird miteiner Lichtquelle erzeugt, die eine Vielzahlvon Wellenlängen simultan emittiert, wie esz. B. von einer Glühbirne bekannt ist. Idea-les Weißlicht beinhaltet alle Wellenlängenmit gleicher Intensität. Dieses Ideal existiertreal nicht und wird deshalb über einenWeißabgleich im Gerät realisiert.

Das Weißlicht wird in das Gewebe einge-strahlt, an den Mitochondrien gestreut undläuft auf einem statistisch bedingten Pfaddurch das Gewebe. Ein kleiner Teil diesesLichtes kann an der Oberfläche wieder de-Abb. 3 O2C-Sonden-Kopf vom Typ LF-2

a)

b)

Abb. 4 Hämoglobinspektrena) Absorption im sichtbaren und infrarot-nahen Wellenlängenbereich (z. B. Oxygenierungim Bereich von 0 bis 100% variiert in Intervallen von 10%)b) bei unterschiedlicher Blutmenge im Gewebe

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tektiert werden. Auf dem Lichtpfad durchdas Gewebe wird das Licht in seiner Farbeverändert und trägt damit die Informationüber die Farbe (z. B. des Blutes im Mess-volumen) zurück zur Gewebeoberfläche.Diese Information kann dort erfasst werden(Abb. 2a).

Die Farbe des Blutes ist bestimmt durchdie Sättigung des Blutes mit Sauerstoff. Hä-moglobin, das zu 100% gesättigt ist, hat einehellrote Farbe, während die Farbe des Blutessich kontinuierlich in eine dunkelrote Farbeverändert, wenn die Sättigung des Blutessich bis auf 0 % Sauerstoffsättigung verrin-gert.

Aus der an der Gewebeoberfläche erfass-ten Farbe des Lichtes kann somit die Sauer-stoffsättigung des Hämoglobins bestimmtwerden, da jede Sauerstoffsättigung einereindeutigen Farbe des Hämoglobins zuge-ordnet ist. Die Farbveränderung von hellrotbis dunkelrot entspricht folglich der Oxy-genierungsveränderung von 100 % SO2nach 0% SO2 (25). Die zugehörigen Farb-verläufe sind in Abbildung 4a zu finden.Das O2C erfasst im Gewebe die Hämoglob-inspektren und vergleicht diese über einMustererkennungsverfahren direkt mit denReferenzspektren des Hämoglobins, die aus

der Literatur bekannt sind (40). Die Sauer-stoffsättigung wird in Prozent [%] angege-ben und entspricht absolut der Beladung desHämoglobins mit Sauerstoff.

Die Weißlichttechnologie ermöglicht zu-dem die Bestimmung der lokalen Hämoglo-binmenge, indem die Lichtabschwächung(Absorption), verursacht durch das Hämo-globin, spektral gemessen wird. Vereinfachtausgedrückt wird das in das Gewebe einge-koppelte weiße Licht umso stärker rot ein-gefärbt, je mehr Hämoglobin im Gewebevorhanden ist. Aufgrund dieses physika-lischen Prinzips ist es möglich, die lokal inden mikrovaskulären Gefäßen vorhandeneBlutmenge zu bestimmen. Abbildung 4bzeigt zwei Hämoglobinspektren. Das mitrHb bezeichnete Spektrum geringer Ampli-tude entspricht einer Hämoglobinmengevon beispielsweise 30 AU im Gewebe, wäh-rend die Kurve, die mit 2xrHb bezeichnetist, die doppelt so hohe Absorptionsampli-tude hat und dann in diesem Beispiel einerHämoglobinmenge von 60 AU im Gewebeentspricht. AU (arbitrary unit) ist eine will-kürlich gewählte Einheit, da hierfür keineSI-Einheiten existieren.

Im O2C wird das Weißlicht mit einer20-W-Xenon-Glühbirne erzeugt, die Licht

im Bereich von etwa 450 bis 1000 nm emit-tiert. Das rückgestreute Licht wird mit denGlasfasersonden aufgefangen und im Gerätmit einem Miniaturspektrometer spektralausgewertet.

In der Regel wird der sichtbare Wellen-längenbereich von 500 bis 630 nm heran-gezogen, um Sauerstoffsättigungswerte undHämoglobinwerte aus einer Detektionstiefebis etwa 2 mm (z. B. der Haut) zu bestim-men, während der nahinfrarote Wellenlän-genbereich von 650 bis 800 nm ausgewertetwird, um Sauerstoffsättigungswerte und Hä-moglobinwerte bis in Detektionstiefen vonetwa 15 mm zu bestimmen (z. B. des Mus-kels). Abbildung 4a zeigt den deutlichenUnterschied in der Absorption zwischenden beiden Wellenlängenbereichen (500 bis630 nm = VIS) und (650 bis 800 nm = NIR),der im Verhältnis von etwa 20 :1 liegt (29).

Physiologische Bedeutung derO2C-MessparameterHypoxiediagnostik – venoläreSauerstoffsättigungswerte

Die venöse Sauerstoffsättigung im Gewebeist ein Parameter für die Erfassung der Hy-poxie, da dieser Sättigungswert das Rest-Sauerstoffniveau, am venolären Ende desSauerstoffextraktionsprozesses entlang derKapillaren widerspiegelt. Solange ein mitdem O2C vermessenes Gewebe Sauerstoff-sättigungen über 10% zeigt, ist das Gewebenicht hypoxisch und nicht in akuter Gefahrder Hypoxie oder Anoxie (15). Fallen dieWerte jedoch unter 10%, beginnt die kriti-sche Zeitspanne, während der das nun mas-siv unterversorgte Gewebe die Hypoxie einegewisse Zeit toleriert, bevor es nekrotisiert.

Das O2C bestimmt hauptsächlich venöseSauerstoffsättigungswerte, da aufgrund derin Abbildung 5 dargestellten Volumenver-teilung des Blutes im mikrovaskulären Ge-fäßbett von einer Betonung der Messsignalevenösen Ursprungs ausgegangen werdenkann. Es liegen venolär etwa 75, kapillär et-wa 14 und arteriell etwa 11 Volumenprozentdes Hämoglobins im Gewebe vor (35). So-mit liegt eine eindeutig Dominanz der Men-

Abb. 5 Querschnitte der Einzelgefäße, die Gesamtquerschnitte der Durchtrittsfläche aller Blutgefäß eines Typs (z. B. Kapil-laren) und Blutvolumenverteilung in diesen Gefäßen: Der kleinste Einzelquerschnitt und gleichzeitig der größte Gesamtquer-schnitt liegt bei Kapillaren vor. Dies ermöglicht eine große Sauerstoffaustauschfläche und niedrige Fließgeschwindigkeiten.Die Blutvolumenverteilung ist jedoch dominiert von venösen Gefäßen. Sie dienen als Volumenspeicher und müssen großeQuerschnitte aufweisen, um bei niedrigen Blutdruckwerten die gleiche Blutmenge transportieren zu können wie arterielleGefäße (35). Die Kontinuitätsgleichung bedingt also diese Volumenverteilung im Gewebe. Das O2C bestimmt folglich venu-läre Sauerstoffsättigungswerte, da das Licht durch die große Blutmenge, die im venösen System liegt, am stärksten beeinflusstwird.

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ge des venösen Blutes im Gefäßbett vor, sodass der gemessene Mischwert der Farbeden Sauerstoffsättigungswert vom venulä-ren Ende der Kapillare widerspiegelt.

Da das sichtbare Licht in Gefäßen größer100 µm völlig absorbiert wird (11), erfasstdas O2C nur die nutritiven Gefäße.

Venöse Stauung – rHb(lokale Blutmenge im Gewebe)Im Unterschied zur systemischen Hämoglo-binkonzentration ist die Hämoglobinmengeim Gewebe ein Maß für die Menge an Blutim Mikrogefäßsystem. Wie dargestellt be-finden sich etwa 75% des Hämoglobins inder Mikrozirkulation postkapillär. Dadurchist der rHb-Wert ein Maß für die Füllung derVenolen mit Blut. Ein venöse Stauung in derHaut ist z. B. dadurch charakterisiert, dassdie rHb-Werte über 90 AU ansteigen. EinAnstieg der venulären Füllung der Gefäßemit Blut führt zu einer verminderten Fähig-keit Wasser, das filtriert wurde, in der Veno-le wieder zu resorbieren und damit zum An-stieg des Gewebewassers und folglich zumÖdem (7). Eine arterielle Stenose hingegenkann durch fallende rHb-Werte diagnosti-ziert werden, da die Füllung des Kapillar-und Venolengebietes durch eine arterielleStenose stark verringert wird (23).

Nutritiver Blutfluss, Geschwindig-keitsverteilungIm Gegensatz zum Blutfluss in den großenGefäßen – der Makrozirkulation – bestimmtdas O2C den Blutfluss in den Arteriolen, Ka-pillaren undVenolen, in der so genannten Mi-krozirkulation. Eine ausreichende Makrozir-kulation über Haupt- oder Kollateralarterienist eine notwendige, aber oft nicht hinrei-chende Grundvoraussetzung für die ausrei-chende Zufuhr mit Sauerstoff in das Gewebe.

Nur direkte Messungen der Mikrozirku-lation erlaubenAussagen über die nutritivenVersorgung einer bestimmten kritischenRegion. Beispielsweise ist in einem myoku-tanen Lappen nicht die Makrozirkulationausschlaggebend, sondern die ausreichendeVersorgung allerAreale und Gewebeschich-ten des Transplantates mit Sauerstoff (17).

Kritisch betrachtet sollte nicht nur dieVersorgung, sondern auch die Sauerstoffuti-lisation überwacht werden, um Shunt-Phä-nomene als Ursache für Minderversorgun-gen auszuschließen. Geschwindigkeitsver-teilungen in einem Histogramm (Abb. 6),das in einem weiteren Messfenster des O2Cangeboten wird, können indirekt auf eineShunt-Problematik hinweisen.

SauerstoffmetabolismusNahezu alle Zellen im menschlichen Körpersind auf aeroben Stoffwechsel und damitauf eine stetige und ausreichende Zufuhrmit Sauerstoff angewiesen. Folglich erlaubtdie Diagnose und das Monitoring des Sauer-stoffmetabolismus im Gewebe die Beurtei-lung der Vitalität des Gewebes. Der Sauer-stoffverbrauch ist entsprechend nachfolgen-der Gleichung definiert:

O2-Metabo. = (SO2arteriell – SO2venös) ×Blutfluss × Hämoglobinmenge ×Hüfn.Konst.

Er ist damit bestimmt von der arterio-venö-sen Sauerstoffdifferenz – der Sauerstoffaus-schöpfung, der Sauerstofftransportkapazi-tät in Form der Hämoglobinmenge und dertatsächlich transportierten Menge in Formdes Blutflusses.

Mit dem O2C ist es möglich, diese Para-meter lokal für das untersuchte Messvolu-men zu bestimmen. Durch die Kombinationder beiden physikalischen Messprinzipienin der Gewebe-Photospektrometrie, Weiß-lichtspektrometrie und Laser-Doppler-

Spektroskopie, ist diese qualitative Beurtei-lung des Sauerstoffmetabolismus erstmalsim Gewebe möglich, unter der Vorausset-zung, dass die arterielle Sauerstoffsättigungbekannt ist. Bei einem jungen lungengesun-den Patienten in körperlicher Ruhe kannvon einer arteriellen Sauerstoffsättigungvon 97% ausgegangen werden (32).

O2C und konventionelleMethodenIm Folgenden sollen die einzelnen Mess-parameter des O2C mit angewandten Me-thoden zur Beurteilung einzelner makro-und mikrozirkulatorischer Zustände vergli-chen werden. Alle diese Methoden erlaubengenerell nur die Darstellung einer Messgrö-ße (Blutfluss, Blutvolumen oder Sauerstoff-menge), während das O2C eine Kombinati-on dieser Kenngrößen ermöglicht, die zu-sätzlich eine präzisere Aussage über mikro-zirkulatorische Pathologien und neue Ein-blicke in die gefolgerte Größe des Sauer-stoffmetabolismus zur Verfügung stellt.Dies ist bei der Erörterung der einzelnenMethoden impliziert und es sollen nur diedirekt vergleichbaren Parameter gegenübergestellt werden.

Transkutane pO2-Messung (tcPO2)

Die tcPO2-Messung basiert auf einerpO2-Elektrode, die aus der Menge des physi-kalisch gelösten Sauerstoffs den Sauerstoff-partialdruck an der Hautoberfläche bestimmt

Abb. 6Histogramm der Ge-schwindigkeitsverteilungder Erythrozyten: Vonlinks nach rechts ist diesteigende Doppler-Fre-quenzverschiebung auf-getragen. Y-Achse: Anzahlder Erythrozyten, die sichmit der entsprechendenGeschwindigkeit bewegen.

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(2). Physiologisch werden etwa 98% des Sau-erstoffs im Blut Hämoglobin-gebunden trans-portiert, während nur etwa 2% des Sauerstoffsim Blut physikalisch gelöst transportiert wer-den. Die Sauerstoffsättigung und der intrava-sal bestimmte Sauerstoffpartialdruck stehenprinzipiell über die Sauerstoffbindungskurvedes Hämoglobins in einer nichtlinearen Ver-bindung. Der Messwert der pO2-Elektrode re-präsentiert diese 2% des Sauerstoffs und ex-travasal physikalisch gelösten Sauerstoff(Abb. 7). Da der pO2 nicht proportional dertatsächlichen Sauerstoffmenge gemäß derSauerstoffbindungskurve des Hämoglobinsmit sinkender Sauerstoffsättigung entlang desGefäßbettes abfällt, wird besonders bei hohenarteriellen pO2-Werten (z. B. hyperoxischerBeatmung) eine Betonung der pO2-Messung

auf der arteriellen Seite liegen. Bei dertcPO2-Methode wird das Gewebe zudem er-wärmt, um von der lokalen Gefäßreaktion un-abhängigere pO2-Werte zu erfassen, die nahe-zu arterielle Werte des pO2 repräsentieren(22). Diese Werte sind allerdings nicht aus-schlaggebend für die akute Versorgungssitua-tion des Gewebes mit Sauerstoff beispielswei-se in einer Wunde (4).

Kritisch für die Versorgung der Gewebesind die Sauerstoffwerte am venösen Ende,da dort die niedrigsten Werte auftreten,nachdem der Sauerstoff an die umliegendenZellen abgeben wurde. Im Deutschenspricht man von der letzten Wiese, die zuversorgen ist und im Englischen von lethalcorner, also vom tödlichen Ende der Versor-gungsstrecke (34).

Ein entscheidender methodischer Nachteilder tcPO2-Methode ist sicherlich, dass eineMessung an einer einzigen Messstelle min-destens 20 Minuten Zeitaufwand bedarf, imVergleich zu wenigen Sekunden mit O2C.

In bestimmtenAnwendungsfeldern, z. B.Beurteilung der Wundheilung, kann mit dertcPO2-Elektrode nicht direkt in der Wundegemessen werden (4). Transkutane Messun-gen auch in größeren Tiefen schließen sichmethodisch bedingt aus.

Die Beurteilung des Sauerstoffmeta-bolismus ist prinzipiell nicht möglich, daweder der venuoläre Wert zur Bestimmungder Sauerstoffextraktion noch der Blutflussmit dieser Methode beurteilt werden kön-nen. Gleiches gilt für die Beurteilung einervenösen Stauung, die mit einer tcPO2-Mes-

Abb. 7 Transkutane Sauerstoffelektrode und O2C: Die tcpO2 erfasst prinzipiell nur den physikalisch gelösten Sauerstoff, während das O2C den mit Hilfe des Hämoglobins transportiertenSauerstoff erfasst. Vorausgesetzt es existiert ein linearer Sauerstoffverbrauch entlang der Kapillare, so fällt die Sauerstoffsättigung linear ab, während pO2 einen exponentiellen Abfall zeigt.Zusammen mit der Information aus Abbildung 5 wird deutlich, dass das O2C kapillär-venoläre Sauerstoffwerte erfasst, in der so genannten letzten Wiese.

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sung nicht selektiv diagnostiziert werdenkann.

PlethysmographieDie Lichtreflexionsrheographie LRR unddigitale Photoplethysmograhie D-PPG sindMethoden zur Bestimmung des venösenFüllzustands der Gefäße in einem Teil derExtremität. So können Klappeninsuffizien-zen und der Schweregrad der venösen Insuf-fizienz beurteilt werden. Diese etablierteMethode wird zuverlässig und weit verbrei-tet in der Diagnose venöser Krankheiteneingesetzt, kann allerdings nicht den Anteilder arteriellen Durchblutungsstörung erfas-sen. Mit dem O2C ist die funktionelle Dis-kriminierung von venösen und arteriellenProblemen lokal aufgelöst möglich, so dassbeispielsweise im Wundbereich Kompressi-onstherapie in Hinblick auf optimale venöseund arterielle Durchblutung beurteilt wer-den kann. Außerdem können verschiedeneGewebeschichten wie die Haut und derMuskel unterschieden werden. Zudem sinddie O2C-Messungen kontinuierlich mög-lich. Sie dauern wenige Sekunden und zei-gen eine hohe örtliche Diskriminierung.

UltraschallDuplex-Ultraschalluntersuchungen sind dasMittel der Wahl um Durchblutungsstörungenin der Makrozirkulation zu bestimmen. DerGoldstandard für die Lokalisation der Steno-se ist jedoch nach wie vor die Angiographie.Erst die neue Generation von High-Endgerä-ten ermöglicht die Darstellung von Gefäßenauch unterhalb des Kniegelenks oder in denFingern. Die Schwierigkeit einer genauenMessung liegt imAuffinden der Gefäße, demgeeigneten Anschallwinkel und besondersder genauen Bestimmung des Gefäßquer-schnittes, da dieser Fehler quadratisch in denMessfehler eingeht. Einfache Taschendopp-ler erlauben keine quantitativen Messungenund nur die sichere Beurteilung relativ großerarterieller Gefäße. Ein quantitativer Wert derinter-personell vergleichbar ist, kann nur er-halten werden, wenn die zuvor genanntenGrößen tatsächlich zuverlässig am Patientenbestimmt werden.

Die Quantifizierung des Flusses über Kol-lateralen ist schwierig. Die Beurteilung derKöchel-Indexwerte (ABI) ist in der klinischenRoutine ein Problem, da Mediasklerose, Kol-lateralfluss oder eine Mikroangiopathie dierelevanten Werte verfälschen und Artefakteerzeugen (30). Da alle Doppler nur Flusswer-te bestimmen können, ist die Beurteilung derSauerstoffversorgungs- und Utilisationssitua-tion prinzipiell nicht diagnostizierbar.

O2C bestimmt die Durchblutungswertenicht in der Makrozirkulation, sondern inder Mikrozirkulation. Das O2C erweitertdie Ultraschalldiagnostik um die Parameterder Mikrozirkulation.

KapillarmikroskopieDie Kapillarmikroskopie oder Nagelfalzmi-kroskopie stellt einzelne Kapillarschlingenbeispielsweise im Nagelfalz dar. Die Kapil-lardichte, -form und -perfusion werden zurmorphologischen Beurteilung von Durch-blutungsstörungen in der Mikrozirkulationherangezogen. Der Einsatz ist limitiert aufoberflächliche Messungen, die jedoch bild-lich dargestellt werden. Während die Kapil-larmikroskopie strukturelle Gegebenheiten

der Mikrozirkulation erfasst und analysiert,bewertet das O2C funktionelle Parameter.Beide Verfahren ergänzen sich.

Laser-DopplerIn der Einleitung wurde darauf hingewie-sen, dass ein Teil der O2C-Technologie aufdem Prinzip des Laser-Dopplers beruht. La-ser-Doppler bestimmen den Blutfluss in derMikrozirkulation. Andere Hersteller bietennicht die Kombination mit Weißlichtspek-trometrie an und können somit keine simul-tanen Messungen der Sauerstoffsättigungund Hämoglobinwerte bieten.

Simultane Messungen in verschiedenenTiefen mit einer Laserquelle sind nichtmöglich mit herkömmlichen Laser-Dopp-lern. Ein Grund ist, dass diese Geräte nichtdie großen Detektionstiefen von beispiels-weise 15 mm realisieren können.

Die Studienlage bei den herkömmlichenLaser-Dopplern ist weit besser als die zumO2C. Insbesondere fehlen hier noch Studienzur Erstellung von Referenzwerte für Mes-sungen in den großen Detektionstiefen undschränken dadurch den klinischen Nutzendieser Messwerte ein.

Abb. 8 Typische Werte aufgenommen mit dem O2C: Inter- und intraindividuelle Normalwerte mit starker Streubreite (be-sonders an der Haut), da Sympathikus und Temperatur auf Hautdurchblutung beeinflussen. Von großer Bedeutung sind re-gionale Unterschiede der Sauerstoffversorgung und Sauerstoffreserve, die zu berücksichtigen sind. Die pathologischen Zu-stände der kritisch venösen Stase oder lokalen Ischämie sind durch die Kombination der drei zeit- und ortsgleich gemessenenWerte erkennbar (17).

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Mikrozirkulation und Sauerstoffversorgung

Klinische Bedeutung des O2C

Nachfolgend werden primär klinische An-wendungsfelder des O2C besprochen, beidenen die Haut und deren Regeneration(Wundheilung) im Vordergrund stehen.Prinzipiell findet O2C jedoch auch in ande-ren chirurgischen Fächern (8, 20, 17), derAnästhesie (1, 33, 39), Intensivmedizin (21,24) und Sportmedizin (19) Anwendung.

Untersuchungen mit dem O2C bei peri-pheren Gefäßkrankheiten (arterielle Ver-schlusskrankheit, chronisch-venöse Insuffi-zienz, diabetisches Fußsyndrom, MorbusRaynaud) sollten an Messstellen an den Fin-gerunterseiten oder an den Zehenuntersei-ten durchgeführt werden. Die Messung andenAkren zeigt die Sauerstoffversorgung inder letzten Wiese. Baseline-Messungensollten in physiologischer Ruhe (>10 minLiegen, Ruhe, Raumtemperatur, entspannteAtmosphäre) erfolgen. Wenn das O2C indieser Lage keine kritischen Werte anzeigt,ist das Gewebe zumindest in Ruhelage aus-reichend versorgt. Dies bedeutet jedochnicht, dass das Gewebe auch unter kriti-schen Umständen (z. B. Orthosthase, Bewe-gung, Hochlagerung) hinreichend gut ver-sorgt wird.

Typische Normalwerte, die mit dem O2Czu erwarten sind, zeigt Abbildung 8. Prinzi-piell ist die unbehaarte Haut viel stärker vonsympathisch bedingten Schwankungen be-troffen als die behaarte Haut (5).

Diagnostik mit O2CPAVK

Abhängig vom Schweregrad der peripherenarteriellen Verschlusskrankheit werden be-reits bei einer Untersuchung des Patientenim Liegen (Abb. 9b) kritische Werte, ins-besondere der Sauerstoffsättigung, an denAkren detektiert. Hierbei gilt eine Sauer-stoffsättigung von kleiner als 10% als kri-tisch hypoxisch. Das betroffene Gewebe istdann stark durch eine Nekrose-gefährdet(15).

Findet man in horizontaler Lagerung desPatienten keine hypoxischen Werte, so sollteimmer eine funktionelle Untersuchung

durchgeführt werden. Dabei wird die betrof-fene Extremität um 65 cm gegenüber Herz-niveau hochgelagert (Abb. 9c). Hierdurcherhöht sich der Perfusionswiderstand pro-portional zu der hydrostatischen Druckdiffe-renz von etwa 50 mmHg (65 cm Wassersäu-le = 50 mmHg). Fällt aufgrund der Hoch-lagerung die Durchblutung gemessen an denAkren stark ab und hat dies nach einigen Mi-nuten der Hochlagerung – eine Sauerstoff-sättigung von kleiner als 10% zur Folge, soist ein Perfusionsdruck von 50 mmHg in die-ser Extremität nicht mehr gegeben. In glei-cher Weise kann auch eine Wunde unter-sucht werden. Führt die Hochlagerung zukritischen Werten in der Wunde, so ist dieseWunde primär arteriell bedingt und einerentsprechenden Therapie zu zuführen.

Führt die Hochlagerung zu einer Ernied-rigung aller gemessenen Werte (Flow, SO2,rHb), so ist ursächlich eine starke arterielleKomponente vorhanden. Bei einem gefäß-gesunden Patienten kommt es zu einem nur

kurzfristigen Einbruch des Blutflusses, derjedoch bereits nach einer Minute wiederdurch eine Dilatation der peripheren Gefäßeausgeglichen ist.

Das Gegenteil ist der Fall bei einem ve-nösen Abstromproblem. In diesem Fall ver-bessern sich zumindest initial die Werte(SO2 und Flow steigen, rHb fällt) (13).

Der oft geäußerte Rat, einerTieflagerungder Extremität bei pAVK, an den Patienten.ist kritisch zu hinterfragen. Insbesonderegilt es für den einzelnen Patienten zu unter-suchen, wie lange die Extremität von einerTieflagerung profitiert, bevor es zur ortho-statisch bedingten Stase kommt, insbeson-dere bei Patienten mit gemischt arteriell-ve-nösen Problemen.

Venöses Abstromproblem

In ähnlicher Weise wie für die pAVK be-schrieben gilt, dass abhängig vom Schwere-grad der venösen Insuffizienz bereits bei ei-ner Untersuchung des Patienten im Liegenkritische Werte, insbesondere der Hämoglo-binmenge, an den Unterschenkeln oderAkren detektieren werden können. Hierbeigilt eine Hämoglobinmenge von größer als90 AU als kritisch gestaut und das unter-suchte Gewebe ist auf Dauer stark gefähr-det, insbesondere wenn zudem die Sauer-stoffsättigungswerte kleiner als 10% sind.

Findet man in horizontaler Lagerung desPatienten keine kritischen Hämoglobin-bzw. Sauerstoffwerte, so sollte auch hier im-mer eine funktionelle Untersuchung, dieOrthostasebelastung, folgen (Abb. 9a) .

Auch bei Gesunden führt die Orthostasezu einem moderaten Anstieg der Hämoglo-binmenge im Gewebe der unteren Extremi-tät. Steigen die Hämoglobinwerte bei Or-thostase jedoch über 90 AU oder fällt dieSauerstoffsättigung auf Werte kleiner als10%, so liegt eine kritische venöse Stase vor(22). Die Untersuchung kann an der Wade,in der Wunde oder am Zeh in gleicher Wei-se vorgenommen werden.

Kurz gefasst: Die Orthostase führt bei ei-nem venösen Abstromproblem zu kritischhohen Werten der Hämoglobinmenge undkritisch niedrigen Werte der Sauerstoffsätti-gung und Durchblutung.

Das Gegenteil ist der Fall bei pAVK.Liegt ein arterielles Zustromproblem vor, so

Abb. 9 Position des Patientena) vertikal (z. B. im Sitzen)b) liegendc) liegend mit 65 cm Hochlagerung des Fußes gegenüberHerzhöhe

a)

b)

c)

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verbessern sich die Werte (SO2 und Flusssteigen) aufgrund des zusätzlichen hydro-statischen Drucks – zumindest initial – inder unteren Extremität durch die aufrechtePosition.

Wundheilungsprognose

Die Sauerstoffversorgung in intakter Hautist gänzlich anders reguliert als die Sauer-stoffversorgung in der Wunde. So ist dieWunddurchblutung nicht von der Tempera-tur- und nicht von der Sympatikusaktivitätabhängig. Eine Wunde ist gegebenenfallsanders versorgt als das umliegende, intakteGewebe. Intakte Haut benötigt für den Zell-erhalt einen weit geringeren Sauerstoff-umsatz als eine Wunde, in der Zellregenera-tion und -aufbau stattfinden. Diese Repara-turmechanismen sind energieaufwändigund benötigen einen deutlich gesteigertenMetabolismus.

Folglich ist bei einer Messung direkt inder Wunde die beste Diskriminierung zwi-schen spontan und nicht spontan heilendenWunden zu erwarten. In gut standardisier-ten Messungen konnte dies gezeigt werden(9). Die nachfolgend zitierte Studie konntedie Annahme belegen, dass der Metabolis-mus in einer Wunde weit höher ist als in in-takter Haut. Um eine rasche Wundheilungerzielen zu können müssen alle Werte (SO2und Flow) gemessen in der Wunde weit hö-her sein, als die vergleichbaren Normwertein intakter Haut. Tabelle 1 zeigt, dass ins-besondere der Blutfluss (Flow) die deut-lichsten Unterschiede zeigt zwischen einerWunde mit Spontanheilung gegenüber einerWunde, die nicht heilt (4).

Bei Wunden an einer Extremität kanndurch die beschriebenen funktionellen Un-tersuchungen rasch geklärt werden, ob dieWunde arteriell oder venös bedingt ist. Sin-ken die Werte (SO2 und Flow) währendHochlagerung (65 cm gegenüber Herz-niveau) unter die kritischen Werte in derWunde, so ist die Wunde primär arteriell be-dingt und entsprechend zu therapieren.

Steigen die Hämoglobinwerte (rHb)in der Wunde während des Aufsitzens starkan und sinken gleichzeitig die Werte (SO2und Flow) auf die kritischen Werte in derWunde, so ist die Wunde primär venösbedingt.

Nun kann diese Untersuchung auch be-nutzt werden, um das Optimum zu findenzwischen Hoch- und Tieflagerung der Ex-tremität mit optimalen Sauerstoff- undDurchblutungswerten in der Wunde. In glei-cher Weise kann eine optimale Kompressi-onstherapie durchgeführt werden.

Entzündungen

Liegt eine Entzündung in der Extremität miteiner Wunde und oder einem Ödem vor, soist diese vorrangig zu therapieren. Zur Ab-klärung, ob eine Entzündung vorliegt, wirdwie folgendermaßen vorgegangen: Die Un-tersuchung erfolgt im Liegen nach etwa 10Minuten Ruhe. Mit dem O2C wird die Extre-mität in einem Abstand von etwa 10 bis 20Zentimetern von der Wunde entfernt unter-sucht. Hier sollten Normalwerte detektiertwerden, die unten links in der Abbildung 10abzulesen sind. Sind jedoch alle Messwertedes O2C erhöht, deutet dies auf eine Entzün-dungsreaktion, die ja primär eine Gefäßweit-stellung bewirkt, hin. In diesem Falle sind

Messwerte wie rechts in der Abbildung 10im Gewebe zu detektieren. VergleichbareWerte finden sich in der Literatur (29).

Weitere Studien zeigten, dass die Mes-sungen mit O2C eine frühzeitige Warnfunk-tion für eine neuerliche Entzündung in derbetroffenen Extremität darstellen. Ein An-stieg in den Werten (SO2) konnte bereits et-wa 14 Tage früher nachgewiesen werden alsklinisch über die Wundgröße (31).

Kontrolle der KompressionstherapieDie Kompressionstherapie soll den venösenFüllzustand der Gefäße mit Blut verringern.Wird dieses Ziel erreicht, so verbessert sichdas Verhältnis von filtriertem zu resorbiertenWasser und die Gefahr eines Ödems wirdverringert. Zudem verbessert ein verringertervenöser Füllzustand der Gefäße immer auchdie Hämodynamik und die Mikrozirkulation.

Mit dem O2C kann mit Sonden beson-ders flacher Bauweise unterhalb der venö-sen Kompression (Bandagen, Strümpfe) ge-

Abb. 10 Detektion einer Entzündung in einer Extremität durch Zuordnung der lokal gemessenen Werte im Werteintervallvon Normalwerten oder im Intervall von Entzündungswerten (29).

Tab. 1 Werte für Wunden mit und ohne Spontanheilung nach Beckert et al. (4)

Ort der Messung in der Wundeeines diabetischen Fußulkus

Sauerstoffsättigung(post-kapillär)[%]

ohne spontane Wundheilung 50

mit spontaner Wundheilung 70

Flow(Mikrozirkulation)[AU]

20

150

rHb(Blutmenge)[AU]

50

70

Velocity[AU]

35

15

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messen werden. Hierdurch lässt sich einer-seits abklären, ob die venöse Kompressionstark genug ist und ob das arterielle Systemdurch die Kompression nicht bereits okklu-diert ist. Die Kontrolle der Kompressionwird in drei aufeinander folgenden Messun-gen überprüft:● Baselinemessung ohne Kompression im

Liegen,● Messung mit einer Sonde unter der Kom-

pression im Liegen,● der Patient wird in vertikaler Position

aufgerichtet und die Messung erfolgtweiterhin mit einer Sonde unterhalb derKompressionsbinde oder Socke.

Durch die Kompression sinkt der rHb-Wertab. Die Blutflusswerte sollten im Vergleichzu den Werten ohne Kompression gemesse-nen Baselinewerten stabil bleiben. Wenn derFluss während der Kompression abnimmt,ist das arterielle System zumindest teilweiseokkludiert. Dies kann zur Hypoxie führenund sollte sorgfältig beobachtet werden.

Nun sollte der Patient aufgerichtet wer-den (Orthostaselast). Das entscheidende

Kriterium für einen ausreichenden Kom-pressionsdruck ist über den Hb-Wert zu er-fassen. Steigt dieser rHb-Wert beim Über-gang vom Liegen zum Stehen/Sitzen ummehr als 3 AU an, so ist der Gegendruckdurch die Bandage auf die venösen Gefäß-wände noch zu gering, da es noch immer zueinem Anstieg des Füllzustandes dieser Ge-fäße mit Blut kommt (36). In diesem Fallwäre eine stärkere Kompression anzuraten,solange das zweite Kriterium erfüllt bleibt,nämlich eine Erhöhung der Blutflusswertunter Kompression während desAufsitzens.Abbildung 11 zeigt einen typischen Verlaufaller Werte mit und ohne Kompression beimÜbergang vom Liegen zum Stehen.

Bestimmung der AmputationshöheVorrangiges Ziel in der Versorgung ischä-mischer Extremitäten ist der Extremitäten-erhalt und die Vermeidung der Amputation.Dennoch bleibt in bestimmten Fällen nurdie Amputation als Ultima ratio, wobei heu-te die Minoramputation angestrebt wird.

Gleichwohl sollte vermieden werden,den Patienten in kurzen zeitlichen Abstän-den erneut mit einer Operation zu belasten.Bei der Festlegung der Amputationshöhesollte zwischen optimalen Regenerations-chancen des belassenen Gewebes und mini-malem Resektionsvolumen abgewägt wer-den, um sowohl zusätzliche Re-Operatio-nen, als auch unnötige Amputationen zuvermeiden. Dazu ist es notwendig, das Po-tenzial einer Wundheilung im geplantenQuerschnitt der Amputationshöhe zu be-stimmen.

Um die Amputationshöhe festzulegen,sollte immer eine Vielzahl von Messungenan verschiedenen Stellen durchgeführt wer-den, um lokale Heterogenitäten ausreichendzu berücksichtigen. Harrison et al. (14)schlugen vor, zirkumferenziell etwa zehn-mal um die Wade zu messen und eine Serievon etwa zehn Messungen an der Unter-schenkelinnenseite entlang der Längsachsevon oben nach unten vorzunehmen (Abb.12). Die kritische Ischämie einer Extremitätdefinierte er wie folgt:

Abb. 11 Patient in horizontaler Position, während die Baselinewerte ermittelt werden sowie Auswirkung der Orthostaselast (sitzende Position) auf die lokale Sauerstoffversorgung mit(durchgezogene Linien) und ohne Kompression (gestrichelte Linien): Ohne Kompression steigt die lokale Hämoglobinmenge stark an und verursacht einen Einbruch in der Mikrozirkulationund damit auch der venolären Sauerstoffsättigung. Bei idealem Kompressionsdruck bleibt der Füllzustand auch bei Orthostaselast nahezu gleich und führt immer zu einer verbesserten Per-fusion und somit Sauerstoffversorgung.

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● Innerhalb der 20 Messpunkte (Kreis undLängsachse) zeigen eine Anzahl von15% der Messstellen (3 von 20 Messstel-len) einen Messwert der venulären Sau-erstoffsättigung (SO2) von kleiner als10% an.

● Zugleich ist der Mittelwert aller gemes-senen venulären Sauerstoffsättigungs-werte (SO2) kleiner als 30%.

Entsprechend ist in ähnlicher Art und Weisebei der Festlegung der Amputationshöhe imMittelfußbereich vorzugehen. In der kli-nischen Routine werden die 20 Messstellensequenziell mit einer Sonde abgegriffen. Ei-ne Messzeit je Punkt von etwa 20 bis 30 Se-kunden hat sich als in der Regel als ausrei-chend erwiesen.

Überwachung des GehtrainingsMit dem O2C kann die Effektivität einerTherapie mit Gehbelastungen am Patientendargestellt werden. Der Patient sollte dabeibis zum Abbruch aufgrund von Ischämie-schmerzen auf dem Laufband gehen, wäh-rend mit einer O2C-Sonde, die an der Wadebefestigt ist, die objektive Ischämie der Wa-denmuskulatur bestimmt wird. Diese gibtdie Rückmeldung an den Patienten, dassnun der Stimulus (Hypoxie, SO2 kleiner als10%) für Gefäßwachstum vorhanden ist. Eskann objektiv unterschieden werden zwi-schen einem ischämiebedingten Abbruchund einem nicht ischämiebedingtenSchmerz. Die Rückkopplung des Trainings-erfolgs objektiviert durch die Sonde kannauf Patienten positiv motivierend wirken.

Detektion der PolyneuropathieEine Studie am Deutschen Diabetes For-schungsinstitut in Düsseldorf zeigte, dass esmit dem O2C über eine Provokation sehr ein-fach möglich ist, eine Polyneuropathie in einerExtremität nachzuweisen (37). Dabei dientdie sympathisch vermittelte periphere Vaso-konstriktion während eines tiefen Atemzugesder Überprüfung der Funktionsfähigkeit derperipheren sympathischen Nervenfasern.

Nach einer Baselinemessung über 20 Se-kunden an unbehaarter Haut (idealerweise

an denAkren) wird der Patient aufgefordert,10 Sekunden lang möglichst tief ein- undauszuatmen. Während diese Provokationbeim Gesunden zu einem mindestens50%igem Durchblutungseinbruch (geringerEinbruch in der Sauerstoffsättigung und inder lokalen Hämoglobinmenge) für etwa15-20 Herzschläge führt, kommt es bei ei-nem Typ-2-Diabetiker mit Polyneuropathienur zu einem 20%igen Durchblutungsein-bruch (SO2 und rHb zeigen keine signifi-kanten Änderungen). Weitere feine Abstu-fungen sind zurzeit Gegenstand von Studi-en.

Weitere AnwendungsgebieteDas Bemühen, die Durchblutung- und Sau-erstoffversorgung zu erhöhen oder zumin-dest wieder in ein physiologisches Niveauzurück zu führen, steht in nahezu allen kli-nischen Disziplinen im Mittelpunkt vielerTherapien und chirurgischer Maßnahmen(z. B. Transplantate, Kompartmentsyn-drom, Intensivmonitoring).

In der plastischen Chirurgie wird O2Cverwendet, um mikrovaskuläreTransplanta-te intra- und postoperativ zu überwachen(17). Von besonderer Bedeutung ist dieFrühwarnfunktion des O2C für venös ge-

staute Lappen und die sofortige Alarmfunk-tion bei arteriellen Verschlüssen. Das Glei-che gilt für Organtransplantate. Hier spieltjedoch die Überwachung des Metabolismuseine große Rolle, um frühzeitig Absto-ßungsreaktionen erkennen zu können denenimmer eine sich verringernde Organfunk-tion (Metabolismus) vorausgeht.

Sowohl beim intraintestinal als auchbeim muskulären Kompartmentsyndrom istnicht eine Messung des Druckes entschei-dend, sondern die Messung der tatsächlichvorhanden Perfusion des Gewebes und derRestsauerstoffsättigung unter den sich ver-schlechternden Bedingungen des intraintes-tinal oder intramuskulären Druckanstiegs.

In der Intensivmedizin kommt O2C zu-sammen mit einer Mikrosonde zum Einsatz,die im Magen oder Darm an der Mukosaappliziert wird. Mit dem O2C eröffnet sichhier erstmals die Möglichkeit des regiona-len Monitorings. So kann beispielsweise dieKatecholamindosierung selektiv an der mu-kosalenVersorgung orientiert werden. Nochunveröffentlichte Studien regen sogar an,das Monitoring des Cardiac-Output bzw.des Volumenstatus des Patienten nicht inva-siv mit einer O2C-Sonde im Mundraum(bukkal appliziert) zu bestimmen.

Abb. 12 Bestimmung der Amputationshöhe nach Harri-son et al. mit je 10 Messpositionen zirkumferenziell um dieWade und an der Unterschenkelinnenseite entlang derLängsachse von oben nach unten

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