Aus der Orthopädischen Klinik der Friedrich-Alexander ... · 3.1.3.2. Arteria carotis - Katheter Seite 8 3.1.3.3. Vena jugularis - Katheter Seite 9 3.1.4. Messtechnik zur Erfassung

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Aus der Orthopädischen Klinik

der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

(Direktor: Prof. Dr. med. R. Forst)

- Die periostale und kortikale Durchblutung des Knochens -

Eine intravitalmikroskopische Untersuchung zur Mikrozirkulation

des Knochens im hypovolämischen Schock

Inaugural-Dissertation

Zur Erlangung der Doktorwürde

der Medizinischen Fakultät

Erlangen-Nürnberg

vorgelegt von

Jan Rudolf Sagkob

aus Forchheim

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Gedruckt mit der Erlaubnis der Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-

Universität Erlangen-Nürnberg

Dekan: Prof. Dr. med. J. Schüttler Referent: PD Dr. med. H. Richter Korreferent: Prof. Dr. med. R. Forst Tag der mündlichen Prüfung: 05.05.2010

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Gewidmet meinen Eltern Elisabeth und Gerold Sagkob

4

Inhaltsverzeichnis

1. Zusammenfassung Seite 1

1.1. Zusammenfassung in deutscher Sprache Seite 1

1.2. Zusammenfassung in englischer Sprache - Summary Seite 3

2. Einleitung Seite 5

2.1. Ein historischer Rückblick Seite 5

2.2. Zielsetzung und Fragestellung Seite 6

3. Materials und Methodik Seite 7

3.1. Allgemeine Methodik Seite 7

3.1.1. Allgemeine Versuchsvorbereitungen Seite 7

3.1.2. Anästhesiologische Verfahren und Narkoseführung Seite 7

3.1.3. Allgemeiner mikrochirurgischer Präpärationsgang Seite 8

3.1.3.1. Tracheotomie Seite 8

3.1.3.2. Arteria carotis - Katheter Seite 8

3.1.3.3. Vena jugularis - Katheter Seite 9

3.1.4. Messtechnik zur Erfassung der Vitalparameter Seite 9

3.1.4.1. Kontrolle der allgemeinen Kreislauffunktion Seite 9

3.1.4.2. Kontrolle der Körperkerntemperatur Seite 9

3.1.5. Messtechnik zur Erfassung von Laborparametern Seite 10

3.1.5.1 Arterielle Blutgasbestimmung Seite 10

3.1.5.2. Hämatokrit – Bestimmung Seite 10

3.2. Spezielle Methodik Seite 10

3.2.1. Präpärationsgang zur mikrochirurgischen Darstellung von

Periost und Kortikalis an der Tibia des rechten Beines Seite 10

3.2.2. Die Intravitalmikroskopie Seite 13

3.2.3. Videodokumentation und Datenverarbeitung Seite 16

5

3.2.4. Versuchs - und Studienprotokoll Seite 17

3.2.4.1. Untersuchung der periostalen Durchblutung unter

physiologischen Bedingungen Seite 17

3.2.4.2. Untersuchung der kortikalen Durchblutung unter


3.2.4.3. Untersuchung der periostalen und kortikalen

Durchblutung im hämorrhagischen Schock Seite 18

3.2.5. Beschreibung der Videoauswertung Seite 19

3.2.6. Die Auswertungsparameter Seite 21

3.2.6.1. Parameter zur Beurteilung der Mikrozirkulation Seite 21

3.2.6.2. Parameter zur Beurteilung des Kreislaufes, der

peripheren Durchblutung und andere Laborparameter Seite 21

3.2.7. Statistische Auswertung der Ergebnisse Seite 22

4. Ergebnisse Seite 23

4.1. Die ossäre Mikrozirkulation unter physiologischen

Bedingungen Seite 24

4.1.1. Die periostale Mikrozirkulation Seite 24

4.1.1.1. Allgemeine Labor - und Kreislaufparameter Seite 24

4.1.1.2. Perfusionsgeschwindigkeit Seite 25

4.1.1.3. Kapilläre Flussrate (Flow) Seite 25

4.1.1.4. Kapillardurchmesser Seite 25

4.1.1.5. Funktionelle Kapillardichte Seite 25

4.1.2. Die kortikale Mikrozirkulation Seite 26

4.1.2.1. Allgemeine Labor - und Kreislaufparameter Seite 26





6

4.2. Das Verhalten der Mikrozirkulation des Knochen

bei Induktion eines 30 minütigen hämorrhagischen

Schocks Seite 27

4.2.1. Veränderungen der allgemeinen Vital – und

Laborparameter Seite 27

4.2.1.1. Blutdruckverlauf Seite 28

4.2.1.2. Verlauf ausgewählter Laborparameter Seite 29

4.2.1.3. Verlauf des Hämatokrit Seite 30

4.2.2. Veränderungen der periostalen Mikrozirkulation Seite 31





4.2.3. Veränderungen der kortikalen Mikrozirkulation Seite 35





5. Diskussion Seite 39

5.1. Diskussion der Methodik Seite 39

5.1.1. Versuchstiere Seite 39

5.1.2. Anästhesie Seite 39

5.1.3. Präpäration Seite 41

5.1.4. Erörterung des Schockmodells anhand von

ausgewählten Parametern Seite 41

5.1.5. Indirekte Ansätze zur "Quantifizierung" der

Knochendurchblutung Seite 43

5.1.6. Direkte Ansätze zur Quantifizierung der

Knochendurchblutung Seite 46

5.1.7. Die Intravitalmikroskopie: ein direktes Verfahren

7

zur Messung der Mikrozirkulation des Knochens Seite 47

5.1.7.1. Allgemeine Beurteilung des Verfahrens Seite 47

5.1.7.2. Auflicht – versus Durchlichtmethoden Seite 49

5.2. Diskussion der Ergebnisse Seite 52

5.2.1. Anatomie und Physiologie der knöchernen Blutversorgung Seite 52

5.2.2. Einflussgrößen der Perfusion Seite 54

5.2.3. Ergebnisse unter standardisierten physiologischen

Bedingungen Seite 55

5.2.3.1. Allgemeines Seite 55

5.2.3.2. Beurteilung der periostalen Mikrozirkulation unter definierten


5.2.3.3. Beurteilung der kortikalen Mikrozirkulation unter definierten


5.2.4. Ergebnisse unter pathophysiologischen Bedingungen bei

Induktion eines 30 - minütigen hämorrhagischen Schocks Seite 62

5.2.4.1. Pathophysiologie des hypovolämischen Schocks Seite 62

5.2.4.2. Veränderungen der allgemeinen Vital - und Laborparameter Seite 63

5.2.4.3. Veränderungen der periostalen Mikrozirkulation Seite 64

5.2.4.4. Veränderungen der kortikalen Mikrozirkulation Seite 67

5.3. Schlussfolgerungen Seite 70

6. Literaturverzeichnis Seite 72

7. Danksagung Seite 80

8. Lebenslauf Seite 81

1. Zusammenfassung

8

1.1. Zusammenfassung in deutscher Sprache Hintergründe und Ziele

Lange Zeit beschränkte man sich darauf, den Knochen als eine Art Werkstoff zu

betrachten, ohne die zum Knochenwachstum und zu Reparaturvorgängen im Rahmen

der primären und sekundären Knochenbruchheilung wichtige Komponente

„Durchblutung“ näher in die Überlegungen mit einzubeziehen. Dies insbesondere

deswegen, weil sich der Knochen aufgrund seiner Eigenschaften lange der Forschung

entzog. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es die für die Knochenvitalität essentielle

Perfusion unter physiologischen Bedingungen, sowie im Rahmen eines

hypovolämischen Schocks zu beschreiben.

Methoden

Mit Hilfe der Intravitalmikroskopie wurde an männliche Sprague – Dawley Ratten die

Perfusion des Kapillarbettes unter physiologischen Bedingungen sowie nach Induktion

eines dreißig minütigen hypovolämischen Schocks aufgezeichnet. Der Fokus lag hierbei

auf den zwei vaskulären Versorgungssystemen, dem Periost und den kortikalen

Strukturen. Zur Erforschung des physiologischen Ausgangsbefundes wurden für das

periostale Strombett 37 Tiere untersucht, für das kortikale 35 Tiere. Im Folgenden wurde

bei 18 Tieren die periostale Perfusion und an 16 Tiere die kortikale Perfusion in einem

hypovolämischen Schock untersucht.

Das Hauptaugenmerk lag bei den aufgezeichneten Sequenzen auf den

Flussgeschwindigkeiten und der funktionellen Kapillardichte, also dem prozentualen

Anteil perfundierter Kapillaren im Verhältnis zur Gesamtzahl der Kapillaren eines

Beobachtungsfeldes.

Ergebnisse

Unter physiologischen Bedingungen fand sich eine mittlere periostale Fluss -

geschwindigkeit von 2609,82 µm/s. Die funktionelle Kapillardichte lag bei 95,75 %

(Median). Die kortikale Flussgeschwindigkeit wurde mit 1666,57 µm/s gemessen. Die

funktionelle Kapillardichte lag bei 60 % (Median).

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Durch das angewandte mitteldruckgesteuerte Schockmodell gelang es bei den

narkotisierten Tieren einen schweren hypovolämischen Schock zu induzieren. Die

periostale Flussgeschwindigkeit verringerte sich bis auf 774,75 µm/s, die funktionelle

Kapillardichte auf 85,71%. Der kortikale Fluss wurde auf 409,65 µm/s, die funktionelle

Kapillardichte überproportional auf 40 % reduziert.

Schlussfolgerungen

Durch die Methode der Intravitalmikroskopie kann die ossäre Perfusion in ihrer

kapillären Endstrecke unter physiologischen und pathophysiologischen Bedingungen

erforscht werden. Es gelang nachzuweisen wie sehr die Perfusion und somit auch die

Versorgung des Knochens mit Sauerstoff und Nährstoffen durch das Vollbildes eines

hämorrhagischen Schocks eingeschränkt wird. Neben der Verminderung der periostalen

Perfusionsparameter kommt es noch deutlicher auf kortikaler Ebene zu einem Abfall der

Messgrößen Perfusionsgeschwindigkeit sowie der funktionellen Kapillardichte mit einer

Reduktion von 20 % versus 10% im periostalen Strombett. Ein sich im Rahmen des

Schockgeschehens ausbildendes ossäres Kompartmentsyndrom wäre hierfür ein

möglicher Erklärungsansatz.

10

1.2. Zusammenfassung in englischer Sprache - Summary Introduction

For a long time bone was seen as an inanimate material without detecting growth and

the manifold ways of regeneration. Perfusion of bone is particularly important for

primary and secondary healing of fractures. Due to this, it was the basic aim to quantify

perfusion under physiological conditions on one hand, and on the other under

circumstances of a haemorrhagic shock.

Methods

Using an intravital fluorescent microscopy in male Sprague – Dawley rats, capillary

perfusion was plotted under physiological conditions and after a thirty minutes lasting

haemorrhagic shock. In 37 animals the periostal vascularisation was investigated under

physiological conditions. In 35 animals the cortical perfusion. In 18 animals the

periostal and in 16 the cortical perfusion was analysed under circumstances of a

haemorrhagic shock.

Main focus have been capillary flow and functional capillary density, the relation

between perfused and the overall number of capillaries.

Results

Under physiological conditions there was a medial periostal speed of 2609,82 µm/s.

Functional capillary density was 95,75 % (median).

The medial cortical speed 1666,57 µm/s. Cortical functional capillary density was 60 %

(median). By courtesy of a bloodpresure – driven shockmodel it was possible to achieve

an servere haemorrhagic.

The medial periostal speed was reduced to 774,75 µm/s, periostal functional capillary

density to 85,71%. Medial cortical speed was reduced to 409,65 µm/s, cortical

functional capillary density disproportional to 40 %.

Conclusion

11

Using intravital fluorescent microscopy it is possible to determine osseous perfusion

under physiological conditions and under circumstances of a haemorrhagic shock. It was

possible to show that osseous perfusion is limited by a haemorrhagic shock and thereby

the supply with oxygen and nutrients. Cortical perfusion is far more limited in

haemorrhagic shock than periostal. Beside all parameters in cortical capillaries

functional capillary density was reduced immense. An disproportional decline from

20% in cortical capillaries versus 10 % in periostal capillaries. An intraosseus

compartment syndrom, caused by a haemorrhagic shock, would be a possible

explanation for this observation.

2. Einleitung

12

2.1. Ein historischer Rückblick

Über Jahrhunderte hinweg galt Knochen als Inbegriff des Leblosen und Toten. Zwar

wurde bereits gegen Ende des 17. Jahrhunderts durch den Engländer HAVERS (35) im

Jahre 1691 ein nutritives Gefäßsystem beschrieben und auch ALBINUS (1) gelang es

1754 am menschlichem Präparat mittels Injektionstechnik ein Gefäßbett am langen

Röhrenknochen nachzuweisen. Aufgrund der spezifischen Eigenschaften des Knochens,

d.h. seiner Härte einerseits und der Fragilität des versorgenden Gefäßsystems

andererseits schritt das Wissen um das Organsystem Knochen, im Vergleich zu anderen

Organen nur sehr langsam voran. Lange Zeit beschränkte man sich darauf, den Knochen

als eine Art Werkstoff zu betrachten, ohne die zum Knochenwachstum und zu

Reparaturvorgängen im Rahmen der primären und sekundären Knochenbruchheilung

wichtige Komponente „Durchblutung“ näher in die Überlegungen mit einzubeziehen.

Dies spiegelt sich auch im Bereich der Forschungsarbeiten um unser Skelettsystem

wieder. Zwar wurden mehrfach Versuche unternommen, die Mikrozirkulation des

Knochens zu erforschen, es blieb jedoch zumeist bei indirekten Verfahren. Als einer der

Ersten setzt BRÅNEMARK (6) aus Stockholm in den fünfziger Jahren innovativ die

Intravitalmikroskopie als direktes Untersuchungsverfahren ein. Der

Forschungsschwerpunkt lag hierbei aber im Bereich der Dentalmedizin,

unfallchirurgisch-orthopädische Aspekte wurden zumeist nicht berücksichtigt. Die

Mikrozirkulation stellt jedoch die nutritive Grundlage aller Lebensvorgänge auch am

Knochen dar.

2.2. Zielsetzung und Fragestellung

13

Fragen bezüglich Ernährung und Regeneration des Knochens sind aktueller denn je.

Zum einen häufen sich durch die gestiegene Lebenserwartung degenerative knöcherne

Erkrankungen, die in einem Ungleichgewicht aus Abnutzung und Wiederaufbau,

respektive Ernährung und Knochendurchblutung, wurzeln. (z.B. Schenkelhalsfrakturen

Wirbelkörpersinterungen älterer Menschen). Zum anderen stieg in den letzten

Jahrzehnten durch die Fortschritte in der präklinischen Rettungsmedizin die Anzahl

polytraumatisierten Patienten in unseren Ambulanzen deutlich an. Oft befinden sich

diese im tiefen hypovolämischen Schock. Es ist davon auszugehen, dass dieser auch die

Mikrozirkulation des Knochens beeinflusst und somit sich negativ auf die

Frakturheilung auswirken kann.

Es schien somit notwendig, ein geeignetes Modell zu etablieren, an dem es möglich

sein sollte, sowohl die periostale als auch davon ausgehend die kortikale Durchblutung

unter physiologischen, aber auch pathophysiologischen Rahmenbedingungen im

hypovolämischen Schock zu erforschen und exakt zu quantifizieren.

Diese Arbeit will das erarbeitete Erlanger Modell vorstellen und die Ergebnisse

periostaler und kortikaler Mikrozirkulation diskutieren. Neben physiologischer

Statuserhebung sollen dabei speziell die Auswirkungen eines dreißigminütigen

hypovolämischen Schocks auf das periostale und kortikale Gefäßbett erörtern werden.

Somit galt unser Bestreben zwei Hauptzielen:

1. Die exakte Beschreibung der periostalen und kortikalen Mikrozirkulation unter

physiologischen Bedingungen

2. Die Erforschung der Mikrozirkulation des Knochens im hypovolämischen

Schock in enger Anlehnung an das klinische Krankheitsbild polytraumatisierter

Patienten

3. Material und Methodik

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3.1. Allgemeine Methodik

3.1.1. Allgemeine Versuchsvorbereitung

Zur Genehmigung der im folgenden beschriebenen Tierexperimente wurde am

24.10.1996 bei der zuständigen Ethikkommission der Regierung von Mittelfranken ein

Tierversuchsantrag eingereicht, welcher am 03.02.1997 genehmigt wurde

(Aktenzeichen 621 – 253114 / 96)

Zur Verwendung kamen 55 männliche Ratten des Typs Sprague – Dawley

(Bezugsquelle : Charles River GmbH , Sulzfeld). Die bei Versuchsbeginn im Mittel 420

g Gramm wiegenden Tiere hatten ausreichend Zeit (21 Tage), um sich an die neue

Umgebung im Tierstall zu gewöhnen. Dabei wurden sie mit Standartfutter – Pellets

(Altromin, Lage) und freier Flüssigkeitszufuhr artgerecht versorgt .

3.1.2. Anästhesiologische Verfahren und Narkoseführung

Die Versuchstiere wurden 12 Stunden vor den Experimenten einzeln nüchtern gesetzt

und erhielten dabei Wasser ad libitum. Bei Versuchsbeginn wird die Narkose zunächst

mittels Äther eingeleitet. Es folgt die Rasur der zwei Präperationsgebiete (ventrale

Halsseite und rechtes Bein). Nach durchgeführter Tracheotomie (siehe 2.1.3.1.) wird

ein gekürzter Venenverweilkatheter der Größe 16 G als Tubus in die Trachea

eingebracht und das Tier über diesen mit einem Kleintierrespirator (KTR–4, Hugo

Sachs, Freiburg) beatmet. Während der folgenden Versuchsdauer wird das Tier mit

Isofloran (Abbott, Bad Nauheim; Narkosegasvapor der Fa. Dräger) narkotisiert. Die

Einleitungsdosis liegt bei 5 Vol - %, die Erhaltungskonzentration bei 2,0 bis 2.5 Vol -

%. Als Beatmungsfrequenz werden 80 Hübe pro Minute bei einem endinspiratorischen

Druck von drei bis vier mm Hg eingestellt.

3.1.3. Allgemeiner mikrochirurgischer Präparationsgang

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3.1.3.1. Tracheotomie

Nach medianem Hautschnitt im Halsbereich des Tieres wird das Platysma präpariert.

Stumpf gespaltet trifft man auf das Muskelbündel des M. sternothyroideus. Beide

Bäuche des selbigen werden ebenfalls stumpf voneinander getrennt. Die dünnen Faszien

links und rechts der Trachea mit den darin verlaufenden Gefäßen des tracheo-

ösophagealen Bündels werden unter Erhalt der Gefäße unterminiert und die Luftröhre

für die Tracheotomie vorbereitet. Unter der Trachea wird jetzt ein geflochtener Faden

der Stärke 1 durchgeführt und zur Hälfte durchgezogen (Vorbereitung der Ligatur). Die

dem Cartilago cricoideus nächst liegende pars membranacea tracheae wird unter

Verwendung der Diathermie auf einem kleinen Gebiet von ca. 1mm2 koaguliert, mit

einer spitzen Mikropinzette durchstoßen und ein wenig geweitet. In das entstandene

Loch führt man den Tubus ein und ligiert diesen. Das Tier wird nun maschinell beatmet.

3.1.3.2. Arteria carotis - Katheter

Im Zwischenraum des rechten M. sternocleidomastoideus und M. sternothyroideus sucht

man das Gefäß - Nervenbündel auf. Im folgenden wird die A. carotis unter Schonung

der anderen Strukturen insbesondere des Nervus Vagus frei präpariert und leicht

mobilisiert. Im Verlauf der Arteria carotis werden kranial und kaudal Ligaturfäden der

Stärke USP 6 unter dem Gefäß vorbereitet. Kranial wird bereits jetzt ligiert, kaudal

vorgelegt. Im distalen Abschnitt klippen wir einen metallenen Mikroklipp auf die A.

carotis. Nahe der kranialen Ligatur setzt man mit der gebogenen Mikroschere eine kleine

quer zum Gefäß verlaufende Inzisur in die Gefäßwand. In die mit zwei Pinzetten

geweitete Öffnung führt man den vorbereiteten Katheter ein, hält sowohl Gefäß als

auch den darin liegenden Katheterschlauch fest, löst den Mikroclip, schiebt den Katheter

in die Arterie vor und ligiert.

3.1.3.3. Vena jugularis Katheter

16

Nachdem man die Vena jugularis interna aufgesucht und freigelegt hat, verfährt analog

dem unter 2.1.3.2. beschriebenen Präperationsgang und führt einen Katheter in die Vene

ein.

Die verbleibende Wunde verschließt man unter Ausführung der beiden Katheter und des

Beatmungsschlauches nach kranial durch kutane Einzelknopfnähte.

3.1.4. Messtechnik zur Erfassung der Vitalparameter

3.1.4.1. Kontrolle der allgemeinen Kreislauffunktion

Zur EKG – Überwachung wurden Elektroden an die rechte und linke Pfote der oberen

Extremität sowie den linken Fuß befestigt, um ein EKG in den Standardableitungen

nach Einthoven abzuleiten. Dies geschah unter zu Hilfenahme eines

Überwachungsmonitors (Sirecust 603, Fa. Siemens, Erlangen). Zusätzlich wurden

während der Experimente fortlaufenden sowohl unter physiologischen als auch

pathophysiologischen Bedingungen alle fünf Minuten mit einen Papierschreiber

(Siredoc, Fa. Siemens, Erlangen) die Befunde aufgezeichnet.

Zur Darstellung der arteriellen Druckkurve wurde der in die A. carotis eingebrachte

Katheter an ein Druckmeßsystem (DPT – 6003, pvb Medizintechnik GmbH;

Kirchseeon) angeschlossen, gegen Null abgeglichen und der Druckabnehmer mit oben

beschriebenem Überwachungsmonitor verbunden. Auch hier erfolgt die regelmäßige

analoge Dokumentation mittels Papierschreiber.

3.1.4.2. Kontrolle der Körperkerntemperatur

Um die Körperkerntemperatur stets auf physiologischem Niveau, d.h. bei zirka 37 Grad

Celsius, konstant zu halten, wird ein Temperaturfühler rektal eingeführt, welcher

kontinuierlich die Körpertemperatur mißt und je nach Bedarf die Temperatur der

Präperationsplatte durch Rückkopplung entweder erhöht oder erniedrigt. Weiterhin wird

der Rumpf des Tieres, um unnötige Wärmeverluste zu vermeiden, mit mehrlagiger

Aluminiumfolie und darrüberliegenden Kompressen bedeckt.

3.1.5. Messtechnik zur Erfassung von Laborparametern

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3.1.5.1. Arterielle Blutgasbestimmung

In den arteriellen Blutproben wurden die Parameter pH, pO2, pCO2, Standardbicarbonat,

base–excess und Sauerstoffsättigung untersucht (Instrumentation Laboratory, Mailand).

3.1.5.2. Hämatokrit - Bestimmung

Der jeweilige Hämatokrit wurde mit der Methode nach Hedin bestimmt.

3.2. Spezielle Methodik

3.2.1. Präpärationsgang zur mikrochirurgischen Darstellung von Periost und

Kortikalis an der Tibia des rechten Beines

Dem narkotisierten Tier wird in Rückenlage zwischen dem dritten und vierten

Phalangen des linken Fußes ein Haken mit Magnethalterung (Fa. Müller, Puchheim) zur

Fixierung des Beines in die Haut eingesetzt. Entlang der ventralen Tibiakante inzidiert

man die Haut, so daß die Muskelbäuche des Unterschenkels in ihren Faszien zum

Vorschein kommen. Die Faszie des M. tibialis ant. wird unter punktueller Blutstillung

eröffnet. Besonderes geschont werden beim Abheben des Muskelbauches (no - touch:

kein Zug, keine Berührung) die parallel zur medialen und lateralen Tibiakante

verlaufenden Gefäße, da diese die Hauptblutversorgung des Periost sicher stellen und

somit auch zur Ernährung der Kortikalis dienen. Zuletzt entfernt man noch die dem

Periost aufliegenden dünnen bindegewebigen Häutchen. Dies ist ohne Traumatisierung

des Periostes möglich. Man erreicht dadurch eine deutliche Verbesserung der

mikroskopischen Bildqualität. Nach Durchtrennung der distalen Sehne wird der Bauch

des M. tibialis ant. mobilisiert und durch eine Annaht nach kranial abgehoben und

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fixiert.. Während der Präparation sowie der gesamten Versuchsdauer wird das

Präparationsgebiet mit 0, 9% - iger NaCl - Lösung bei einer Temperatur von 37 Grad

Celsius feucht gehalten.

Abbildung 1: Operationssitus I – periostales Gefäßbett

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Abbildung 2: Operationssitus II – periostales Gefäßbett

Sollen auch kortikale Strukturen dargestellt werden, schneidet man mit einer

Skalpellklinge (Nr. 11) ein 3 mm2 großes türflügelartiges Fenster in das Periost, ohne die

darunter liegende Knochenmatrix zu verletzen. In dieses Fenster einblutende periostale

Gefäße können vorsichtig punktuell koaguliert werden. Das nun gelöste, frei liegende

periostale Gewebefenster kann mit einer Mikropinzette abgehoben werden. Die

freiliegende Knochenmatrix fräsen wir unter ständiger "Kühlung", das heißt, ständiger

Zufuhr einer 37 Grad Celsius warmen, 0.9 % - igen Natriumchlorid - Lösung durch eine

10 ml Spritze, unter Zuhilfenahme feiner Zahnarztbohrer und einer kleinen

Bohrmaschine des Typs (Proxon) leicht an. Anschließend wird die entstandene

aufgeraute Fläche mit dem scharf angeschliffenen Ende einer 18 G - Verweilkanüle

abgezogen.

Alternativ kann die freigelegte Kortikalis ohne Anfräsen mit der Verweilkanüle

abgezogen und das Areal der Untersuchung zugeführt werden. Auch hierbei wird jeweils

mit körperwarmer, physiologischer Natriumchlorid - Lösung gespült.

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Abbildung 3: Operationssitus III – Präpäration kortikales Gefäßbett

3.2.2. Die Intravitalmikroskopie

Bei den hier vorgestellten Untersuchungen wurde das Auflichtmikroskop Axiotech

Vario 100 HD (Zeiss, Jena) mit der Möglichkeit einer wechselnden Beleuchtung durch

eine Halogenlampe bzw. durch eine Quecksilberdampf – Kurzbogenlampe HBO 100,

verwandt. Die Beleuchtungsstärke konnte mit Hilfe eines Drehreglers individuell nach

den jeweiligen Bedürfnissen eingestellt werden. Neben einem 10 – fach vergrößernden

Okular standen drei Achroplan – Objektive mit 5-, 10- und 20– facher Vergrößerung

zur Verfügung. Durch einen Reflektorschieber können für den Einsatz im Rahmen der

Fluoreszenzmikroskopie verschiedene Filter in den Strahlengang eingebracht werden.

Die oben erwähnte heizbare Präparationsplatte konnte passgenau auf den variabel

einstellbaren Kreuztisch des Mikroskops aufgesetzt werden. Ist das Tier unter dem

Mikroskop gelagert, setzt man das Objektiv mit einer 10 - fachen Vergrößerung

vorsichtig auf die Präperationsfläche der ventralen Tibiafläche auf ohne sie jedoch

direkt zu berühren. Bedient man sich einer Wasseremersion, gelingt es bereits jetzt unter

Verwendung der vorgeheizten Quecksilberdampflampe nach Fokussierung das Periost

als Nativbild, ohne Einsetzen eines Filters, darzustellen.

21

Abbildung 4: Versuchsaufbau mit Intravitalmikroskop

Hat man einen 546 nm - Filter eingeschoben, sind die Voraussetzung geschaffen, später

verabreichtes, sich mit dem Plasma vermischendes FITC - Dextran unter dem Licht der

Quecksilberdampflampe zum Fluoreszieren anzuregen und erhält somit direkten

Einblick in die periostale oder kortikale Mikrozirkulation auf kapillärer Ebene. Hierbei

entwickeln sich zwei Möglichkeiten. Zum einen können die in Wellen anflutende und

fluoreszierende Plasmafronten zur Beurteilung der kapillären Flussgeschwindigkeit

herangezogen werden, zum anderen können auch Flussgeschwindigkeiten anhand der

sich nun in Art eines Negativkontrastes aussparenden anflutenden, nicht

fluoreszierenden Erythrozyten errechnet werden.

Injiziert man über den venösen Katheter 0, 2 ml 5 - % FITC - Dextran (Sigma – Aldrich

– Chemie GmbH, Deisendorf), kann man während der von uns als "FITC – Reaktion"

bezeichneten Anflutung des Fluoreszenzfarbstoff FITC langsam die Füllung der

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periostalen Kapillaren über den arteriellen Gefäßschenkel beobachten. Diese erste Phase

der FITC – Dextran Anflutung wurde stets zum Ausschluss allergischer Reaktionen auf

FITC – Dextran intravitalmikroskopisch beobachtet, videodokumentiert und

anschließend ausgewertet.

Sowohl während der Präperationzeit, als auch während der gesamten Versuchsdauer

verabreichten wir den Versuchstieren 1-1,5 ml physiologischer Kochsalzlösung pro

Stunde durch das arterielle Spülsystem.

Abbildung 5: FITC – Anflutung unter dem

Intravitalmikroskop

3.2.3. Videodokumentation und Datenverarbeitung

Die Aufnahme der relevanten Videosequenzen erfolgt über eine Schwarz–Weiß–Kamera

(AVT – Horn, Videosysteme für Mikroskopie, Aalen) und einem Panasonic S-VHS –

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Videorecorder (AG–7355/Panasonic, Osaka, Japan) zu den unter 2.2.5. beschriebenen

Zeitpunkten. Die erhaltenen Videoaufnahmen wurden zum einen manuell, zum anderen

mit Hilfe eines Bildanalyseprogrammes an einem Personal Computer (INTEL- Pentium

1 Prozessor, 32 M - RAM Arbeitsspeicher, Matrox Millenium Graphikkarte-4MB–H)

ausgewertet. Das verwendete Bildanalyseprogramm wurde speziell für die hier

beschriebenen Versuchsreihen in Zusammenarbeit mit der Abteilung für Experimentelle

Chirurgie der Chirurgischen Universitätsklinik Regensburg (Dipl.–Phys. G. Ackermann,

Prof. Dr. med. G. Jauch) entwickelt. Bei der Auswertung verfuhr man folgendermaßen:

Eine entsprechende auszuwertende Sequenz wurde mit dem Videorecorder angespielt

und gleichzeitig in den Arbeitsspeicher unseres Computers geladen. Daraufhin wurde

die Länge X der durchfluteten Kapillaren, sowie der Durchmesser und die Zeit, die

benötigt wurde, um die definierte Länge X zu durchströmen, ermittelt. Aus diesen

Werten konnte sowohl die Flußgeschwindigkeit (speed) als auch der Volumendurchsatz

ermittelt werden. Näheres dazu unter 2.2.5..

3.2.4. Das Versuchs- und Studienprotokoll

Den Untersuchungen galt vor allem folgender Augenmerk:

24

1. Vergleichende Untersuchung von periostaler und kortikaler Mikrozirkulation

unter physiologischen Bedingungen.

3. Vergleichende Untersuchung von periostaler und kortikaler Mikrozirkulation

während eines dreißigminütigen hypovolämischen Schocks.

3.2.4.1. Untersuchung der periostalen Durchblutung unter


In 200-facher Vergrößerung werden willkürlich fünf Betrachtungsfelder ausgewählt. Die

gesichteten Bilder bzw. Ereignisse werden mit einem Videorecorder aufgezeichnet.

Insgesamt stand am Ende jedes der Felder etwa 20 Sekunden unter Dokumentation. Auf

längere Belichtungszeiten wird wegen möglicher thermischer Schädigung des Periostes

bzw. der Kortikalis verzichtet. Die Vitalparameter wurden dabei kontinuierlich

überwacht.

3.2.4.2. Untersuchung der kortikalen Durchblutung unter


Wollte man die kortikalen Kapillaren untersuchen, verfuhr man bezüglich der zu

treffenden Vorbereitungen wie oben beschrieben, jedoch wurden hierbei nicht fünf

Felder ausgesucht, sondern das gesamte zur Verfügung stehende kortikale

Präperationsgebiet auf der Suche nach Kapillaren abgefahren .

3.2.4.3. Untersuchung der periostalen und kortikalen Durchblutung im

hämorrhagischen Schock

Zur Untersuchung der periostalen und kortikalen Durchblutung unter

pathophysiologischen Bedingungen wurde ein beliebiges Areal auf der zur Verfügung

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stehenden periostalen Präperationsfläche ausgesucht, welches während des

Versuchsablaufes dann auch immer zu weiteren Dokumentationen beibehalten wurde.

Der Schock wurde durch minütliche Entnahme von 1 ml Blut über den venösen Katheter

induziert (Schockinduktion). So entzog man dem Tier durchschnittlich 11 ml Blut bis

zum Erreichen des gewünschten Blutdruckniveaus von 35 mm Hg als mittlerer

arterieller Blutdruck bzw. 40 mm Hg. als systolischer Wert. Hatte sich der gewünschte

Zielbereich eingestellt, begann die sogenannte Schockphase (Schockbeginn), welcher

das Tier über einen Zeitraum von 30 Minuten ausgesetzt war.

Während des gesamten Versuchs wurde auch hier Blutdruck und die Herzfrequenz

kontinuierlich aufgezeichnet. Blutgase wurden zu Versuchsbeginn, Schockbeginn, den

unten beschrieben Zwischenzeiten sowie zum Versuchsende regelmäßig kontrolliert.

Vor der Schockinduktion wurde ein Ausgangswert dokumentiert. Dies geschah ebenso

wie bei den Experimenten zur Untersuchung der Mikrozirkulation an Periost bzw.

Kortikalis unter physiologischen Bedingungen 30 Minuten nach Präperations- und

Lagerungsende. Nach der ersten Aufzeichnung wurden als nächstes zum Zeitpunkt fünf

Minuten nach Schockinduktion Werte dokumentiert.

Bei Tieren, die bereits nach zehn Minuten das angestrebte Schockniveau erreicht hatten,

wurde der Zehn - Minutenwert als Schockbeginn definiert. War dagegen der angestrebte

Blutdruckbereich zum Zeitpunkt 10 Minuten noch nicht erreicht, einigte man sich

darauf, den Zeitpunkt 15 Minuten nach Schockinduktion als Wert für den Beginn der

Schockphase (Schockbeginn) zu wählen. Weiterhin wurde vor der

Abschlußdokumentation zum Schockende ein Zwischenwert zum Zeitpunkt 15 Minuten

nach Schockbeginn aufgezeichnet. Zu jedem Versuchseckpunkt wurde eine Sequenz von

15 bis 20 Sekunden aufgezeichnet.

Zur Beschreibung des Schockgeschehens hatte man sich die oben beschriebenen

Eckpunkte des Versuchsablaufes ausgesucht, um die entscheidenden

pathophysiologischen Veränderungen aufzeigen zu können.

26

Zusammenfassend werden hier zum besseren Verständnis die gewählten

Versuchseckpunkte tabellarisch dargestellt.

Die Videodokumentationen wurden zu folgenden Zeiteckpunkten durchgeführt :

Dokumentation Zeitpunkt

1 Ausgangswert vor Schockinduktion (Physiologie)

2 5 - Minutenwert nach Schockinduktion

3 Schockbeginn (10 bzw.15 Minuten nach Schockinduktion)

4 Zwischenzeit - 15 Minuten nach Schockbeginn

5 Schockende - Abschlußdokumentation

Tabelle 1: Zeitpunkt der Messungen während der Schockphase

3.2.5. Beschreibung der Videoauswertung

Die erhaltenen Videoaufnahmen wurden zum einen manuell, zum anderen mit Hilfe

eines Bildanalyseprogrammes ausgewertet.

Die entsprechende, auszuwertende Sequenz wurde mit dem Videorecorder angespielt

und gleichzeitig in den Arbeitsspeicher des Computers geladen. Sieht man sich die

Bilder in Echtzeit an, so kann man in den Kapillaren, durch das angeregte FITC-

Dextran, hell leuchtende Plasmafronten durchfließen sehen. Diese Plasmafronten lassen

sich auch unter Zuhilfenahme eines Cursors in den jeweiligen Kapilaren vor und zurück

bewegen. Eine Winkelminute am Cursors bedeutet in der Videoaufnahme eine

Zeitspanne von 1/100 Sekunde. Somit ist es möglich, den Zeitraum, den eine derartige

Plasmafront benötigt, um eine Distanz von A nach B zu durchfließen, zu erfassen. Als

Streckenlänge wurde immer die komplette Distanz gewählt, über welche die

Plasmafront zu verfolgen war. Insgesamt wurden pro Blickfeld je fünf willkürlich und

durch Zufall ausgewählte Kapillaren ausgewertet. Bei der Auswahl der entsprechenden

27

Kapillaren wurde lediglich darauf geachtet, daß die Auswertung ohne große Probleme

vollzogen werden konnte, das heißt, es mußte möglich sein, sowohl den Fluß der

Plasmafront, als auch Länge und Durchmesser der einzelnen Kapillare klar und exakt zu

definieren. Für jede einzelne Kapillare wurden fünf Einzelmessungen durchgeführt. Für

die Schockversuche wählte man die zu untersuchenden Kapillaren nach dem selben

Prinzip aus, und behielt diese auch während der ganzen Versuchszeit bei. Dies zum

einen wegen der oben erwähnte Qualitätskriterien, zum anderen wollte man auch den

Verlauf des Mikrozirkulationsverhaltens der anfangs ausgewählten Kapillaren

beobachten. Mit Hilfe des uns zur Verfügung stehenden Bildanalyseprogrammes war es

im nun Folgenden möglich an den im Computer gespeichert Sequenzen die Durchmesser

der ausgewählten Kapillaren zu ermitteln.

Unter der Vorstellung, dass sich eine Kapillare im Durchschnitt wie ein langgezogener

Zylinder verhält lässt sich aus den ermittelten Werten wie Länge und Durchmesser das

entsprechende Volumen der untersuchten Kapillare definieren. Rechnet man noch die

Geschwindigkeit mit ein, kann man auch das durchfließende Volumen pro Zeiteinheit

berechnen. Interessant war darüber hinaus auch noch das Verhältnis der "vitalen", das

heißt mit Plasma durchfluteten Kapilaren pro Quadratmillimeter im Verhältnis zur

Gesamtzahl aller Kapillaren pro Quadratmillimeter, hier von uns als funktionelle

Kapillardichte (FCD) bezeichnet, zu ermitteln. Zusätzlich errechneten wir noch das

Verhältnis zwischen den nicht funktionierenden Kapillaren pro Quadratmillimeter und

wieder der Gesamtzahl aller Kapillaren pro Quadratmillimeter, von uns als die

Kapillardichte der nicht funktionierenden Gefäße (NFCD) definiert. Im Standbild des

Computermonitors war es erst einmal möglich die Gesamtzahl der Kapillaren zu zählen.

Hierzu wurde eine Kapillare über ihren ganzen Verlauf auf dem Monitor hinweg

verfolgt und dann als eine Kapillare gewertet. Kreuzungsstellen mit anderen Kapillaren

durch Überlagerungseffekte blieben bei unserem Modell unberücksichtigt. Auch die

dazugehörige Fläche des Blickfeldes wurde berechnet. Zur Ermittlung der funktionellen

Kapillardichte ließ man die relevante Sequenzen wiederholt abspielen und konnte auf

diese Weise exakt die Anzahl der perfundierten Kapillaren markieren.

3.2.6. Die Auswertungsparameter

28

3.2.6.1. Parameter zur Beurteilung der Mikrozirkulation

Zur Beurteilung der Mikrozirkulation untersuchte man die korpuskulär - plasmatische

Flußgeschwindigkeit in den Kapillaren (speed in µm/s), den Volumendurchsatz (flow

in mm3 x 10-3 /s), den Kapillardurchmesser (in µm) und die Anzahl perfundierter

Kapillaren in Prozent als Ausdruck der funktionellen Kapillardichte.

3.2.6.2. Parameter zur Beurteilung des Kreislaufes, der peripheren

Durchblutung und anderer Laborgrößen.

In beiden Versuchsreihen wurden zur Erfassung der Vitalparameter und Gewährleistung

konstanter Versuchsbedingungen folgende Messgrößen beobachtet.

1. Zur Kontrolle der Kreislaufsituation wurden der Blutdruck (systolischer,

diastolischer Blutdruck, arterieller Mitteldruck ), sowie die Herzfrequenz alle fünf

Minuten dokumentiert.

2. Zur Kontrolle der Oxigenierung unter Beatmung und des Säure-Basen-Haushaltes

wurden zu den oben dargestellten Meßpunkten (1 – 5) arterielle Blutgasanalysen

durchgeführt (siehe Tabelle 1).

3. Zur rheologischen Beurteilung wurde standardisiert neben den Blutgasanalysen

der aktuelle Hämatokritwert mitbestimmt.

3.2.7. Statistische Auswertung der Ergebnisse

Nach manueller Dokumentation der Daten während der Versuche und der

Videoauswertungen wurden die Meßwerte zur Berechnung der Mikrozirkulation von

29

Periost und Kortikalis zunächst in einem programmierten Excel - Worksheet (Excel

`97) gespeichert.

Die so gewonnen Daten wie Speed, Flow und funktionelle Kapillardichte wurden

zusammen mit den anderen Meßgrößen in das Programm SPSS 12.0 (Superior

Performing Software Systems) für Windows 1998 eingegeben.

Als Hardware stand hierbei ein handelsüblicher PC mit 266 MHz zur Verfügung.

Berechnet werden Median, Mittelwert, Range und Standartabweichung.

Zur graphischen Darstellung der Ergebnisse bediente man sich des sogenannten

Boxplots. Die untere Begrenzung des grauen Kastens stellt das 25., die obere das 75.

Perzentil dar. Die innerhalb des grauen Kastens sichtbare dickere Linie stellt den

sogenannten Median dar, also den Wert, bei dem 50 % der Werte darüber und 50 %

darunter liegen. Weiterhin besitzen 50 % der Fälle Meßwerte innerhalb des Kastens. Die

Wertegrenzen, also die kleinsten und größten Werte einer analysierten Gruppe liegen

innerhalb der ein Doppel - T bildenden äußeren Linien.

Auf Ausreißer (Extremwerte) wird separat, mittels Sternchen markiert, aufmerksam

gemacht.

4. Ergebnisse

Insgesamt erfolgten an 55 Tieren Untersuchungen. Die einzelnen Tiere ordneten wir wie

in Abbildung 6 dargestellt folgenden Gruppen zu.

30

Versuchsaufbau:

Abbildung 6: Gruppenzuordnung der einzelnen Versuchstiere Bei 20 Tieren aus der Physiologiegruppe erfolgte die Messung zur Erfassung der

Mikrozirkulation unter physiologischen Bedingungen. Dabei wurde zuerst die periostale

Mikrozirkulation untersucht, in einem weiteren Präperationschritt dann das kortikale

Gefäßbett dargestellt und beobachtet.

Bei 35 Tieren wurde nach Dokumentation des Ausgangszustandes, also wiederum einer

physiologischen Statuserhebung, ein hypovolämischer Schock von dreißig Minuten

gemäß Protokoll induziert. Hierbei wurde bei 19 Tieren das periostale, bei 16 Tieren das

kortikale Stromgebiet untersucht. In der Physiologiegruppe und in der Schockgruppe

Periost wurde je ein Tier aufgrund schlechter Vitalparameter zu Versuchsbeginn

ausgeschlossen.

4.1. Die ossäre Mikrozirkulation unter definierten,


4.1.1. Die periostale Mikrozirkulation

20 Messungen

Periost

20 Messungen

Kortikalis

Physiologie - Gruppe

20 Tiere

19 Tiere

Periost

16 Tiere

Kortikalis

Schock - Gruppe

35 Tiere

Gesamtzahl der Versuchstiere

55 Tiere

31

4.1.1.1. Allgemeine Labor - und Kreislaufparameter

In Tabelle 2 sind einzelne Vitalparameter aufgeführt. Diese beziehen sich auf den

Zeitpunkt, an dem auch die Mikrozirkulation (Fließgeschwindigkeit, Flow,

Kapillardurchmesser, Funktionelle Kapillardichte) unter physiologischen Bedingungen

gemessen wurde. Die Anzahl der Tiere setzt sich aus 19 Tieren der Physiologiegruppe

zum Zeitpunkt der periostalen Dokumentation und aus 18 Tieren der Schockgruppe

Periost zum Zeitpunkt 1, also vor Schockinduktion (Physiologie) zusammen (siehe

Tabelle 1).

Parameter Anzahl Median Mittelwert Minimum Maximum Range Herzfrequenz - bpm

37 360 358,06 300 420 120

RR systolisch -mm Hg

37 95 98,51 80 125 45

RR diastolisch -mm Hg

37 60 62,54 42 100 58

RR Mitteldruck - mm Hg

37 72 76,95 55 115 60

Arterieller pO2 - mm Hg

37 116 119,95 63 181 118

pH 37 7,41 7,40 7,23 7,53 ,31 HCO3 - mmol/l

37 23 23 18 26 8

Base - excess 37 -1,8 -1,66 -6 2,5 8,5 Hämatokrit - %

37 43 43,25 36 51 15

Gewicht - g 37 427 416,47 310 490 180

Tabelle 2: Vitalparameter unter physiologischen Bedingungen während der

periostalen Untersuchungsphase (n= 39 Tiere abzüglich 2 Tiere mit

Präperationversagen)

4.1.1.2. Perfusionsgeschwindigkeit

Die Fließgeschwindigkeit berechnet sich nach der Formel V = l / t . (V =

Geschwindigkeit in µm/s, l = Kapillarlänge in µm, t = Zeit in Sekunden).

32

Im Mittel lag die Perfusionsgeschwindigkeit bei 2609,82 µm/s, wobei ein großer Range

von 1397 - 5218 bei einem Median von 2313,23 µm/s beobachtet wurde.

4.1.1.3. Kapilläre Flussrate (Flow)

Die Menge des Durchflußes (Flow) wurde nach der Formel (r2 x π) x l / s berechnet.

Dabei ergab sich ein Flow von 0,185 mm 3/s im Mittel (Range :0,56 - 0,439, Median:

0,160 mm 3/s)

4.1.1.4. Kapillardurchmesser

Die Kapillardurchmesser betrugen im Mittel 9,19 µm. (Median 8,90 µm , Range 5,91 -

11,88)

4.1.1.5. Funktionelle Kapillardichte

Die funktionelle Kapillardichte spiegelt die Vitalität von Gewebe wieder und beschreibt

die Anzahl von perfundierten Kapillaren in Prozent pro mm2. Im Durchschnitt lag sie

bei 95,75 % (Median) perfundierten Kapillaren, was im Median 4,26 vitale Kapillaren

pro mm 2 entspricht.

4.1.2. Die kortikale Mikrozirkulation

33

4.1.2.1. Allgemeine Labor - und Kreislaufparameter

In Tabelle 3 sind einzelne Vitalparameter unter physiologischen Ausgangsbedingungen

während der kortikalen Untersuchungsphase aufgeführt. Die Anzahl der Tiere setzt sich

aus 19 Tieren der Physiologiegruppe zum Zeitpunkt der kortikalen Dokumentation und

aus 16 Tieren der Schockgruppe Kortikalis zum Zeitpunkt 1, also vor Schockinduktion

(Physiologie) zusammen (siehe Tabelle 1).

Parameter Anzahl Median Mittelwert Minimum Maximum Range Herzfrequenz

- bpm 35 360 364,12 300 540 240


35 95 98,66 85 140 55

RR diastolisch -

mm Hg

35 60 62,97 40 112 72

RR Mitteldruck -

mm Hg

35 73 76,66 61 126 65

Arterieller pO2 - mm

Hg

35 119 117,83 69 180 111

pH 35 7,4 7,40 7,26 7,54 0,29 HCO3 - mmol/l

35 22 22,34 19 27 8

Base - excess 35 -2,4 -2,16 -6 6 12 Herzfrequenz

- bpm 35 45 45,68 40 53 13


35 422,5 426,76 350 475 125

Tabelle 3: Vitalparameter unter physiologischen Bedingungen während der

kortikalen Untersuchungsphase (n= 35 Tiere)


34

Im Mittel lag die Perfusionsgeschwindigkeit bei 1666,57 µm/s, wobei eine großer

Range von 520,3 - 2840 bei einem Median von 1645,26 µm/s beobachtet wurde.


Nach der selben Berechnung wie unter 3.1.1.3. lag der Durchfluß (Flow) im Mittel bei

0,80 mm 3/s (Range : 0,025 - 0,96, Median : 0,80 mm 3/s ).


Der Kapillardurchmesser der kortikalen Kapillaren betrug 8,30 µm (Mittelwert), der

Median 8,52 µm bei einem Range von 6,17 - 12,67.


Im kortikalen Gefäßbett lag die funktionelle Kapillardichte bei 60 % (Median) , was

8,64 (Median) vitaler, perfundierter Kapillaren pro mm 2 entspricht.

4.2. Das Verhalten der ossären Mikrozirkulation bei Induktion eines 30

minütigen hämorrhagischen Schocks

4.2.1. Veränderungen ausgewählter Vital - und Laborparameter

Die Beurteilung der periostalen und kortikalen Mikrozirkulation im hämorrhagischen

Schock erfolgte durch das unter 2.2.4.3. beschriebene Schockmodell. Nach Erreichen

des angestrebten Zielblutdruckes von systolisch 40 mm Hg durch wiederholte

Blutentnahmen von je 1 ml wurde eine Schockdauer von 30 Minuten durchlaufen.

Da in dieser Phase sowohl für die periostale als auch für die kortikale Gruppe gleiche

Versuchsbedingungen gelten, werden diese beiden Gruppen zur Beschreibung

allgemeiner Vitalparameter zusammen gefasst, insgesamt also 34 Tiere.

4.2.1.1. Blutdruckverlauf

35

Die systolischen Blutdruckwerte lagen zu Versuchsbeginn für die 35 gemessenen Tieren

bei einem Median von 98,50 mmHg (Range: 80-140 mm Hg), bei Erreichen des

Schockniveaus bei 37 mmHg (Median) und gegen Ende der Schockphase bei 38 mmHg

(Median). Abbildung 7 gibt den Verlauf des Mitteldrucks wieder.

Pm 1 Pm 2 Pm 3 Pm 4 Pm 5

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

140,00

23

10

33

Abbildung 7: Verlauf des Mitteldrucks (Pm) nach Induktion eines 30 - minütigen

hämorrhagischen Schocks (n = 35): Pm 1: Ausgangswert, Pm 2: 5 min

nach Schockinduktion, Pm 3: Schockniveau erreicht, Pm 4:

15 min nach Erreichen des Schockniveaus, Pm 5: 30 min nach

Erreichen des Schockniveaus = Schockende

4.2.1.2. Verlauf ausgewählter Laborparameter

36

Tabelle 4 gibt den Verlauf von arteriellem pH und des Base - Excess wieder. Angegeben

ist jeweils der Median.

Parameter Ausgangs

-wert 5 min nach Schock -induktion

Schock -niveau erreicht

15 min nach Erreichen

des Schock -niveaus

30 min nach

Erreichen des

Schock- niveaus =

Schockende

pH 7,40 X 7,22 7,32 7,29 Base-Excess

-1,2 X -6,20 -8,50 -12,35

Tabelle 4: Verlauf von pH-Wert und Base - Excess während eines 30 minütigen

hämorrhagischen Schocks (n = 35)

4.2.1.3. Verlauf des Hämatokrit

Erwartungsgemäß sank der Hämatokrit von 45 % im Median (Range: 36% - 53%) auf

schließlich 36,5% zu Versuchende (Range: 25% - 47%).

37

Hkt 1 Hkt 5

25,00

30,00

35,00

40,00

45,00

50,00

55,00

4

16

30

31

Abbildung 8: Verlauf des Hämatokrit (Hkt) durch Induktion eines 30 - minütigen

hämorrhagischen Schocks (n = 35) Hkt 1: Ausgangswert,

Hkt 5: 30 min nach Erreichen des Schockniveaus = Schockende

4.2.2. Veränderungen der periostalen Mikrozirkulation


Zur Beurteilung der periostalen Mikrozirkulation wurde wie oben beschreiben bei

insgesamt 18 Tieren das periostale Strombett untersucht. Dabei konnten wir dem

38

kontrollierten Blutdruckabfall folgend (kontrollierter hämorrhagischer Schock) eine

entsprechende Reduktion der kapillären Perfusion beobachten. Die

Flussgeschwindigkeit reduzierte sich hierbei von 2219,50 µm/s im Median (Range

1397,00 - 5218,00) vor Induktion des hypovolämischen Schocks auf 774,75 µm/s im

Median (Range 237,40 - 1663,00) gegen Ende der 30 minütigen Schockphase.

Abbildung 9 gibt den Flow - Verlauf über die Zeit wieder.

Speed 1 Speed 2 Speed 3 Speed 4 Speed 5

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

6

4

4

3

2

Abbildung 9 : Periostale Flussgeschwindigkeit (Speed) in µm/s während eines 30

minütigen hämorrhagischen Schocks (n = 18): Speed 1: Ausgangswert,

Speed 2: 5 min nach Schockinduktion, Speed 3: Schockniveau erreicht,

Speed 4: 15 min nach Erreichen des Schockniveaus, Speed 5: : 30 min

nach Erreichen des Schockniveaus = Schockende

4.2.2.2. Kapilläre Flußrate (Flow)

Der Fluß reduzierte sich kontinuierlich beginnend von 0,119 mm 3/s im Median (Range

0,056 - 0,439) auf 0,038 mm 3/s im Median (Range 0,04 - 0,138) gegen Ende der 30

minütigen Schockphase. Abbildung 10 gibt den Flow - Verlauf über die Zeit wieder.

39

Flow 1 Flow 2 Flow 3 Flow 4 Flow 5

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

4

3

3

4

Abbildung 10: Periostaler Fluss (Flow) in mm 3/s während eines 30 minütigen

hämorrhagischen Schocks (n = 18) Flow 1: Ausgangswert, Flow 2: 5

min nach Schockinduktion, Flow 3: Schockniveau erreicht, Flow 4: 15

min nach Erreichen des Schockniveaus, Flow 5: : 30 min nach Erreichen

des Schockniveaus = Schockende


Relativ konstant verhielten sich die Kapillardurchmesser in µm. Die einzelnen Größen

sind in Tabelle 5 zusammengefasst.

40

Parameter Ausgangs-wert

5 min nach Schock-

induktion

Schock-niveau erreicht

15 min nach Erreichen des

Schock-niveaus


des Schock-niveaus =

Schockende Median 8,48 8,25 8,35 8,44 8,26 Range 5,91- 11,73 6,66 - 9,93 5,13 - 9,95 6,21 - 9,53 5,98 - 9,24 Mittel-

wert 8,48 8,32 8,22 8,18 8,14

Tabelle 5: Verlauf des Kapillardurchmesser in µµµµm während eines 30 minütigen

hämorrhagischen Schocks (n = 18)


Die funktionelle Kapillardichte (FCD) bezeichnet den Anteil der perfundierten vitalen

Kapillaren in Prozent zur Gesamtzahl der Kapillaren pro mm2. Sie reduzierte sich

schockbedingt beginnend bei 95,75 % im Median auf 85,71 % im Median gegen Ende

41

der Schockphase. Der Range lag dabei unter physiologischen Ausgangsbedingungen

zwischen 88,00 - 100,00 % und 16,28 - 91,67 % zu Ende der Schockzeit.

FCD1 FCD 2 FCD 3 FCD 4 FCD 5

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

12 12

8

1 1

Abbildung 11: Funktionelle Kapillardichte (FCD) am Periost während eines 30

minütigen hämorrhagischen Schocks (n = 18) FCD 1: Ausgangswert,

FCD 2: 5 min nach Schockinduktion, FCD 3: Schockniveau erreicht,

FCD 4: 15 min nach Erreichen des Schockniveaus, FCD 5: : 30 min


4.2.3. Veränderungen der kortikalen Mikrozirkulation

In die Versuchsgruppe zur Beurteilung der kortikalen Mikrozirkulation kamen 16 Tiere

zur Auswertung. Nach Dokumentation des Ausgangszustandes (Physiologie) wurde

nach dem selben Regime ein hämorrhagischer Schock induziert und an den insgesamt

42

fünf definierten Zeitpunkten Fließgeschwindigkeit, Flow, Kapillardurchmesser sowie

die funktionelle Kapillardichte ausgewertet.


Die Flussgeschwindigkeit reduzierte sich deutlich von 1309,00 µm/s im Median ( Range

520,30 - 2840,00 ) vor Induktion des hypovolämischen Schocks auf 409,65 µm/s im

Median ( Range 0,00 - 1046,00 ) gegen Ende der 30 minütigen Schockphase. Abbildung

12 gibt den Flow - Verlauf über die Zeit wieder.

Speed 1 Speed 2 Speed 3 Speed 4 Speed 5

0,00

500,00

1000,00

1500,00

2000,00

2500,00

3000,00

Abbildung 12: Kortikale Flussgeschwindigkeit (Speed) in µm/s während eines 30

minütigen hämorrhagischen Schocks (n = 16): Speed 1: Ausgangswert,

Speed 2: 5 min nach Schockinduktion, Speed 3: Schockniveau

erreicht, Speed 4: 15 min nach Erreichen des Schockniveaus,

Speed 5: 30 min nach Erreichen des Schockniveaus = Schockende


43

Der Fluß reduzierte sich ähnlich wie bei der periostalen Gruppe kontinuierlich

beginnend von 0,050 mm 3/s im Median (Range 0,025 - 0,157) auf 0,014 mm 3/s im

Median (Range 0,00 - 0,054) gegen Ende der 30 minütigen Schockphase. Abbildung 13

gibt den Flow - Verlauf über die Zeit wieder.

Flow 1 Flow 2 Flow 3 Flow 4 Flow 5

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

0,140

0,160 1

Abbildung 13: Kortikaler Fluss (Flow) in mm 3/s während eines 30 minütigen

hämorrhagischen Schocks (n = 16): Flow 1: Ausgangswert, Flow 2: 5

min nach Schockinduktion, Flow 3: Schockniveau erreicht, Flow 4: 15

min nach Erreichen des Schockniveaus, Flow 5: : 30 min nach

Erreichen des Schockniveaus = Schockende


Auch die kortikalen Gefäßdurchmesser blieben während der Versuchszeit im

wesentlichen unverändert.

44

Parameter Ausgangs-

wert 5 min nach

Schock-induktion

Schock-niveau erreicht

15 min nach Erreichen des

Schock-niveaus


des Schock-niveaus =

Schockende Median 6,88 6,69 6,40 6,54 6,74 Range 6,17 - 9,43 6,01 - 8,27 5,69 - 8,27 5,69 - 8,38 6,12 - 8,64 Mittel-

wert 7,14 6,83 6,53 6,76 6,91

Tabelle 6: Verlauf des Kapillardurchmesser in µµµµm während eines 30 minütigen hämorrhagischen Schocks (n = 16) 4.2.3.4. Funktionelle Kapillardichte Die funktionelle Kapillardichte im kortikalen Gefäßbett verminderte sich beginnend bei

60 % im Median auf letztlich 40 % im Median gegen Ende der Schockphase. Der Range

45

lag dabei unter physiologischen Ausgangsbedingungen zwischen 40 - 100 und 0 - 100 %

zu Ende der Schockzeit.

FCD 1 FCD 2 FCD 3 FCD 4 FCD 5

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00 3 1 1

Abbildung 14: Funktionelle Kapillardichte (FCD) in der Kortikalis während eines 30

minütigen hämorrhagischen Schocks (n = 16): FCD 1: Ausgangswert,

FCD 2: 5 min nach Schockinduktion, FCD 3: Schockniveau erreicht,

FCD 4: 15 min nach Erreichen des Schockniveaus, FCD 5: : 30 min


5 Diskussion

5.1. Diskussion der Methodik

46

5.1.1. Versuchstiere

Die verwandten Sprague-Dawley-Ratten hatten 14 Tage Zeit, sich vor Versuchsbeginn

im Versuchslabor einzugewöhnen. Auch bei der Narkoseeinleitung wurde auf ein

stressfreies, ruhiges Umfeld geachtet. Somit wurde nicht nur versucht, Anforderungen

des modernen Tierschutzes gerecht zu werden, sondern auch störende sympatikotone

Einflüsse, welche unter Umständen auch die folgenden Messungen beeinflußt hätten, zu

minimieren.

5.1.2 . Anästhesie

Bei der Wahl des Anästhesieverfahrens entschied man sich für Äther zur Einleitung

(siehe auch 2.1.2.). Das durch Ätherröhrchen applizierte Narkotikum Äther zeichnet sich

durch einfache Handhabung, schnelle Induktion der Narkose durch Inhalation, sowie

weiterhin schnelle Abflutung nach Unterbrechung der Zufuhr aus. Zur

Aufrechterhaltung der Narkose wurde während des eigentlichen Versuches nach

durchgeführter Tracheotomie Isofluran verwandt. Isofluran besitzt im Gegensatz zu

anderen im tierexperimentellen Bereich gängigen Narkotika (Phenobarbital und andere

Barbiturate) sowohl ein hypnotisches als auch analgetisches Wirkspektrum.

NEUTZE (56) fand 1968 bei Versuchen mit radioaktiv markierten Tracersubstanzen

bereits ohne jegliche anästhesiologische Verfahren Mittelwertabweichungen der

Perfusionsraten am Knochen von mehr als 50% und führte dies auf die unten

beschriebene funktionelle Autonomie der Knochendurchblutung zurück. Unter

Allgemeinanästhesie wurde von DAVIS (22) 1990 ein Rückgang der Knochenperfusion

um 24 % binnen einer Stunde im Vergleich zu einem Abfall von 7 % über 4 Stunden am

wachen Tier beschrieben. Diese Ergebnisse wurden den Auswirkungen der Narkose zu

geschrieben, jedoch waren bei den wachen Tieren individuelle Schwankungen nicht so

ausgeprägt wie bei den Versuchen von NEUTZE (56).

Somit war es Ziel ein Narkotikum zu wählen, das die Mikrozirkulation so wenig wie

möglich beeinträchtigt. Isofluran zeigt eine vergleichsweise wesentlich geringere

Beeinträchtigung der Hämodynamik durch negative Inotropie und periphere

Vasodilatation als andere inhalativen Narkosegase oder intravenös applizierter

47

Narkotika. Die hepatische Metabolisierungsrate liegt mit 0,2 % sehr niedrig, so daß das

Narkosegas nahezu innert im halboffenen Narkosegerät abgeatmet wird (76, 45).

Alle Tiere wurden während der Versuchszeit kontrolliert beatmet, um so eine

gleichbleibende Ventilation zu gewährleisten. Um konstante Ventilationsverhältnisse zu

ermöglichen, entschied man sich für die Tracheotomie zur Beatmung. Somit wurden

unnötige Leckageraten, sowie die Gefahr einer Tubusdislokation vermieden.

Die bei den meisten Projekten bisher eingesetzten und empfohlenen Medikamente zur

"Anästhesie" der Tiere wie Droperidol, Hypnomidate und Diazepam, müssen kritisch

hinterfragt werden.

Zum einen existiert aus anästhesiologischer Sicht keine Analgesie, was durch Induktion

von Streß bei Schmerz durch Vasokonstriktion die Mikrozirkulation erheblich

beeinträchtigen kann (endogene Katecholaminausschüttung). Zum anderen supprimieren

repetitive Gaben von Hypnomidate die NNR-Funktion deutlich (Reduktion der

Cortisolbiosynthese ⇒ Desensibilisierung von Kathecholaminrezeptoren). Ferner kann

Droperidol als starker α - Blocker ausgeprägte RR - Abfälle mittels Vasodilatation

verursachen.

Nach dem oben Beschriebenen ist davon auszugehen, daß das hier eingesetzte

Anästhesieverfahren einen vergleichsweise geringen Einfluß auf die Hämodynamik hat.

Allenfalls ist von einem systemischen Fehler bezüglich einer geringradigen peripheren

Vasodilatation unter Inhalationsanästhetika auszugehen.

5.1.3. Präpäration

Die Präpäration erfolgte ausschließlich unter Verwendung eines Operationsmikroskops

der Fa. Zeiss - Jena. Damit gelang es nicht nur makroskopische Strukturen zu schonen,

48

sondern auch feinste Kapillargeflechte zu erhalten. Die wenig invasive

Präparationstechnik spiegelt sich in der hohen funktionellen Kapillardichte mit 95,75 %

(s. 3.2.2.4.) wieder. Ein weiterer Parameter für die atraumatische Präperation ist die

Tatsache, daß man nach Injektion von FITC keine fluoreszierende " Paravasate" im

Kapillarbett nachweisen konnte. Somit kann davon ausgegangen werden, daß es durch

die Präpäration zu keinen nennenswerten Kapillarläsionen und Schrankenstörungen

kommt. Nach BROOKES (13) erfolgt die Versorgung des Periostes unter anderem durch

Gefäße angrenzender Muskelgruppen. Die periostalen Anteile haben jedoch lediglich

einen gemeinsamen Abgang aus den Gefäßen der Muskelbäuche, die bei dem

vorgestellten Modell medial und lateral des Tibiarandes entlang verlaufen. Diese

konnten durch die mikroskopische Präperation geschont werden. Aber auch dadurch,

dass im distalen Bereich der Tibia, also unserem Untersuchungsfeld, das Periost von den

Muskeln durch eine dünne, gefäßlose Bindegewebsschicht getrennt ist und so der

entsprechende Muskelbauch ohne Schädigung des periostalen Gefäßbettes abgehoben

werden kann.

5.1.4. Das Schockmodell mit ausgewählten Parametern

In der Literatur werden von verschiedenen Arbeitsgruppen unterschiedliche

Schockmodelle verwandt. Zum einen kommen volumengesteuerte Modelle zum Einsatz,

bei denen den Tieren immer ein bestimmter Prozentsatz des formell errechneten

Blutvolumens (z.B. 40 %) pro Körpergewicht entzogen wurde (4, 48). Der Nachteil

besteht darin, daß es nach unseren Erkenntnissen und Erfahrungen bei auch sonst

konstanten Versuchsbedingungen sehr unterschiedlicher Verluste des Blutvolumens

bedarf, um ein innerhalb einer Gruppe ein konstantes Schockniveau zu erzeugen. Dies

hängt sehr von den individuellen Kompensationsfähigkeiten der

einzelnen Tiere ab. Ebenso abhängig von individuellen Reserven und Reaktionen sind

Base - Excess gesteuerte Modelle (78). Dies zeigen auch die deutlichen Schwankungen

des Base - Excess bei unseren Versuchstieren. So ergab sich bei unseren Experimenten

49

ein Spannweite der Werte von – 26,4 bis lediglich – 3,3 bei einem oben erwähnten

Median von –12,35.

So entschieden wir uns wie auch YU (97) und ROCHA (71) für ein

mitteldruckgesteuertes Modell . Pathophysiologisch ist die Hämorrhagie und der damit

verbundene Druckabfall kausal für die Auswirkungen im Bereich der Mikrozirkulation

verantwortlich. Um vergleichbare Bedingungen zu schaffen, wurde ein konstantes

Schockniveau von circa 40 mm Hg systolisch angestrebt.

Dabei handelt es sich um ein etabliertes Modell, nach dem auch die Arbeitsgruppen um

MESSMER arbeiten. (89) Diese induzieren den hämorrhagischen Schock ebenfalls

durch Blutentnahme über einen Zeitraum von 10 Minuten und streben ein Druckniveau

bei insgesamt längerer Schockdauer von ca. 40 mm Hg als Mitteldruck an.

So gelang es nach der Induktionsphase den initialen Mitteldruck von 98,5 mm Hg

(Median) konstant auf circa 38 mm Hg (Median) zu senken. Der relativ geringe Abfall

des Hämatokrits (38 %) ist einerseits auf den schnellen akuten Blutverlust und

andererseits auf die relativ kurze Schockphase von 30 Minuten zurück zuführen. Dabei

gelingt es dem Organismus nicht in ausreichendem Maße interstitielle Flüssigkeit zum

Ausgleich des intravasalen Blutvolumens zu mobilisieren.

Obgleich von uns nicht als Zielparameter angestrebt, spiegeln der Abfall des Base -

Excess (-12,35) sowie der arterieller pH - Werte auf 7,29 im Median das schwere

Schockgeschehen wieder.

Die von uns erhobenen Werte decken sich mit denen anderer Säugetiere, wie sie zum

Beispiel durch ROCHA et alt. (71) im vergleichbaren hämorrhagischen Schock bei

Hunden nach Entblutung festgestellt wurden.

50

5.1.5. Indirekte Ansätze zur Quantifizierung der Knochendurchblutung

Trotz des "neuzeitlichen" Wissens um die Knochendurchblutung, beginnend mit van

LEEUWNHOEK (1674) gewann man eigentlich erst in den letzten 20 - 30 Jahren des

20. Jahrhunderts präzisere Vorstellungen über ossäre Prozesse. Die Gründe hierfür

liegen sicherlich in der schweren Zugänglichkeit des Mediums, der verbesserten

technischen Möglichkeiten, aber auch im gesteigerten Interesse an den Vorgängen im

Organsystem Knochen. Mit dem langsam wachsendem Wissen wurde man sich bewußt,

daß die Mikrozirkulation der ideale Parameter zur Beurteilung der Knochenvitalität und

Heilung ist (95, 69) und setzte viel daran, diese näher zu quantifizieren. "Blood supply

is the indispensable basis of the vitality and growth of bones" (13), so BROOKES,

neben BRÅNEMARK einer der renommiertesten Forscher auf dem Gebiet der ossären

Blutversorgung. Hierbei machte er sich vor allem im Bereich der dentalen Implantologie

verdient.

Schon früh interessierte man sich für die Quantifizierung von Kapillaren pro

Gewebevolumeneinheit. Erstmals gelang dies 1975 IRINO (39) durch Ausguss eines

Rattenfemurs mittels Methylacrylat. Diese Vorgehensweise bringt zwar beeindruckende

Plastiken hervor, moderne Ansätze zur Erforschung der Mikrozirkulation haben diese

Methode aber verlassen. Zum einen ist es bei dieser Untersuchungsmethode nur möglich

eine Momentaufnahme zu erhalten. Dynamische Betrachtungen können nicht

vorgenommen werden. Von anderen Organsystemen weiß man, dass wechselnd einzelne

Kapillaren an die Blutversorgung angekoppelt und zeitweise wieder funktionell

ausgeschaltet werden. Zum anderen birgt natürlich auch die Methode an sich

Fehlerquellen. Beim Einbringen der Polymere, sowie durch die Präperation ist davon

auszugehen, dass auch hier durch Kapillarschädigung eine Rarefizierung des kapillären

Strombettes zugunsten der eher größeren durch Vasospasmen weniger beeinträchtigte

Gefäße stattfindet, und somit nur ein Näherungswert erreicht werden kann.

Einige Forscher injizierten ihren Tieren radioaktive Stoffe, um die Emission von

Radioaktivität am getöteten, histologisch fixierten Tier messen zu können (88, 69). Dies

sind jedoch alles letztlich Untersuchungen, welche post mortem angestrengt werden.

Andere verwendeten spezielle angefertigte mikroangiographische Apparaturen zur

Quantifizierung der ossären Durchblutung (21). Auch lichtmikroskopische Versuche

51

mittels farbiger Tinteninjektion wurden eingesetzt (65, 61). Diese Methode bietet jedoch

eine ungenügende Kontrastierung und mangelnde optische Auflösung. LOUD (46) und

dann WILLIAMS (94) konnten das Problem der Tiefenschärfe lösen und nahmen

mathematische Berechnungsmodelle zur Hilfe. Dennoch wurde letztlich nur eine in

Paraffin eingebettete Momentaufnahme gewonnen. Auch bei den anderen Methoden

(Tracer-Versuche und mikroangiographische Methoden) wird klar, daß sich hierbei nur

die Makrozirkulation, beziehungsweise die Tatsache, ob ein Gebiet überhaupt

durchblutet wird, beurteilen läßt. Wir wissen heute jedoch (78), dass die wichtigen

pathophysiologischen Vorgänge sich im Bereich der Mikrozirkulation abspielen und bei

Beurteilung die Dynamik der Vorgänge im zu untersuchenden Organ eine große Rolle

spielt. Dies gilt auch für die von BROOKES favorisierte Quantifizierung der oben

erwähnten Methode mittels radioaktiv markierten Tracer bzw. mikrosphärischen

Partikeln. Die Methode basiert auf der Vorstellung, daß die Partikel nach einmaliger

Kreislaufpassage im Kapillarbett des Körpers abgefangen werden. Dann soll auf die

Durchblutung der einzelnen Organsysteme durch Bemühung einer Gammakamera

geschlossen werden. Die Formel hierfür lautet

F = CO x (N t / N inj )

F = flow per unit volume of tissue

CO = cardiac output

N t = number of particles in tissue

N inj = number of particles injected

52

KANE und GRIM (42) verwendeten markierte Glasfaserpartikel , BROOKES (11) mit

radioaktiven Eisen beladene Partikel. Nach der obigen Formel wird ein konstantes

Herzzeitvolumen voraus gesetzt. Somit ermöglicht diese Methode keine Beurteilung der

Zirkulation im akuten Schock. Zudem setzt die Methode die homogene Mischung der

Tracer im Gefäß voraus, wovon bei der empfohlenen intraarteriellen Injektion nicht

ausgegangen werden kann. Dies belegen Erfahrungen mit der kontinuierlichen

Pulskonturanalyse der Fa. Pulsion, obgleich NEUTZE (56) sowie WARREN (90) die

homogene Mischung nachweisen wollten. Eine zentralvenöse Applikation, z.B. über die

Vena jugularis interna scheidet jedoch aus, da die Tracer im Lungenstrombett

abgefangen werden würden.

Auch zeigen die mikrosphärischen Partikel im Gefäßbett die Tendenz zum

sedimentieren und haben ganz andere Fließeigenschaften als Erythrozyten. Unabhängig

davon spielt die Größe der verwandten Tracer (15,5 µm) eine relevante Rolle (43). Die

Durchmesser der Haverschen Kanäle betragen zwischen 15 und 35 µm, die der

medullären Widerstandsarteriole liegen teilweise bei nur 5µm (12). Es zeigt sich die

Schwierigkeit, Tracer der richtigen Größe einzusetzen.

Nach der beschriebenen Methode ermittelte SCHOUTENS (75) eine Perfusion von 19

ml Blut pro 100 Gramm Rattentibia, bzw. 20 ml Blut pro 100 Gramm Rattenfemur und

bezeichnete den Knochen als "high - flow"- Zone. TOTHILL und McPHERSON (86)

berechneten durch selbige Methode einen Anteil der Knochendurchblutung am

Gesamtherzzeitvolumen von 4,46 % unter Ruhe.

Auch müßten bei der intraarteriellen Gabe sowohl die Volumengabe (Tracer wird als

Suspension gelöst) als auch mögliche periphere Vasospasmen berücksichtigt werden.

Diese Details finden aber keine Berücksichtigung.

Die meisten indirekten Versuchsansätze, die im folgenden beschrieben werden,

beschränken sich auf die Erfassung des Gesamtblutvolumens einer Extremität. Es bleibt

unberücksichtigt, wie und wo sich das entsprechende Volumen verteilt (Mark, Kortex).

An Methoden sind die Perfusion mit Eisencyanoferrat und anschließender Messung der

Konzentration im in-vitro Präparat, sowie die Perfusion mittels Cr51 markierter

radioaktiver Erythrozyten zu erwähnen.

53

Letztere Methode besticht durch ihre Reproduzierbarkeit und einfaches Handling. Die

oben erwähnten Schwierigkeit bezüglich der Wahl der richtigen Tracergröße, die hohe

Erythrozytenfragilität bei Kleinsäugern und ein hoher Erythrozytenverlust bei nicht

splenektomierten Tieren (13) zeigen die Schwächen indirekter Meßansätze auf.

Ausgusspräparate, licht - und elektronenmikroskopische Aufnahmen (98) können

wichtige Momentaufnahmen bei der Untersuchung einzelner Krankheitsbilder und

Prozesse liefern. Diese sind aber, da postmortal erhoben, nicht in der Lage dynamische

Vorgänge am lebenden Knochen zu untersuchen und zu bewerten.

5.1.6. Direkte Ansätze zur Quantifizierung der Knochendurchblutung

Im Folgenden sollen einige wichtige Möglichkeiten zur direkten Quantifizierung des

ossären Blutflusses erörtert werden.

Das Durchflußmodell nach DRINKER (27), der eine Extremität mittels Pumpe und

konstantem Druck durch ein kanüliertes Gefäß perfundiert und dann austretende

Ringerlösung misst, ist als sehr invasiv, traumatisierend und wenig realitätsnah

einzuschätzen.

EDHOLM et alt. (29) untersuchten den venösen Abstrom mittels Plethysmographie. Das

Augenmerk wurde dabei auf einen Gefäßabschnitt gerichtet, der nachgeschaltet ist und

somit Werte liefert, die weit vom Ort des Geschehens entfernt liegen.

Laserflowmessungen, 1986 von SWIONTKOWSKI (83) und 1989 von NOTZLI (60)

im Bereich des Skelettsystems eingeführt, können am schwer zugänglichen Knochen

quantitative Ergebnisse gar nicht und die Dynamik nur tendenziell aufzeichnen.

Intravaskuläre Indikatordilutionsmethoden, die sich heutzutage gerade im Bereich der

Anästhesie bei gegebener Reproduzierbarkeit durchgesetzt und etabliert haben (Dilution

von Kälte, Indocyaningrün, etc.), bergen wieder das oben angesprochenen Problem, daß

man nur die Versorgung einer Extremität in toto und nicht die Versorgung einzelner

Kompartimente (Knochen und Skelettmuskulatur) erfassen kann. Zudem würden sich

die technischen Vorraussetzungen als äußerst aufwendig erweisen

5.1.7. Die Intravitalmikroskopie: ein direktes Verfahren zur Messung der

54

osseären Mikrozirkulation

5.1.7.1. Allgemeine Beurteilung des Verfahrens.

Die Intravitalmikroskopie bietet durch das oben erstmalig vorgestellte Modell die

Möglichkeit, auf minimalinvasive Weise ein reales Abbild der Mikrozirkulation am

Knochen zu erhalten. Dies vor allem unter dem Gesichtspunkt einer intakten Anatomie

und der fehlenden Wechselwirkung des eingesetzten Tracers FITC mit dem Organismus.

Zudem bietet die Methode die Möglichkeit Sequenzen und Verläufe aufzuzeichnen und

auszuwerten (dynamische Komponente).

Darüber hinaus wird der Ort beobachtet, der eigentlich für Physiologie und

Pathophysiologie entscheidend ist, das kapilläre Strombett (54), "the focal point around

which the entire operation of the cardiovascular system is organized" (7). Auch handelt

es sich um eine preiswerte und im hohen Maße reproduzierbare Technik um die

Kapillarperfusion dynamisch zu bewerten.

Ein Nachteil liegt darin, daß es nicht möglich ist, absolute Perfusionsraten zu berechnen,

d.h. keine Angaben pro Gramm Körpergewebe.

Um an die zu untersuchenden Knochen zu gelangen bedarf es der Mobilisation von

Muskelbäuchen. Zusätzlich wird auch noch durch die Narkose die Muskelpumpe außer

Kraft gesetzt. Durch das Fehlen der Muskelpumpe kommt es nach BROOKES (14) zu

einer venösen Stase. Aus klinischer Erfahrung weiß man, daß venöse Abflußstörungen

aus dem Knochen zu beschleunigter Frakturheilung (57) und auch zu überschießendem

Längenwachstum eines Röhrenknochens (77, 64, 38) führen kann. Histologisch fand

Brookes und Irving (15) eine Erweiterung des Markraumes bei erhöhter radiologischer

Transparenz der Kortikalis und vermehrter periostaler Perfusion.

55

Die Problematik ist jedoch umstritten, da GREY und CARR (33), WU (96) und

DICKSON (24) keine morphologischen Veränderungen unter venöser Stase, sowohl

kurz, als auch langfristig, fanden.

JUST-VIERRA und YEAGER (40) fanden, daß es im Experiment zu einer sehr

schnellen Ausbildung bzw. zur Rekrutierung neuer venöser Abflusswege kommt. Bei

Untersuchungen mit Radioisotopen fanden WHITE und STEIN (93) keine erhöhte

Perfusion an der Rattentibia durch Ligatur von Venen.

Möglicherweise stellt das Ausschalten der Muskelpumpe eine Beeinflussung des

venösen Abstroms dar. Sowohl klinische als auch experimentelle Ergebnisse werden

jedoch kontrovers diskutiert. Insgesamt kann die Beeinflussung der kapillären

Mikrozirkulation durch das venöse Gefäßbett aber wohl vernachlässigt werden.

FRIESENECKER (31) machte die Beobachtung, daß es nach Lichtexposition während

intravitalmikroskopischer Untersuchungen am ischämischen Gewebe zu einer Abnahme

der funktionellen Kapillardichte kommt, sofern Auflicht verwandt wurde. Er postulierte,

dass die Abnahme mit der Lichtexposition zusammenhinge und bezog sich auch auf

Arbeiten, die eine Thrombozytenaktivierung (36) bis hin zur Thrombusbildung (73),

sowie eine Endothelschädigung (67) beschreiben. Dies jedoch nur bei Beleuchtung mit

extrem hohen Lichtenergien. Die Ursachen wurden in einer Freisetzung von

Sauerstoffradikalen durch eine photochemische Reaktion vermutet.

Um diesen Vermutungen nachzugehen, führte STEINBAUER (82) ausgiebige

standardisierte Untersuchungen durch, die sich ausschließlich mit dieser Problematik

beschäftigten. Es konnten nach Induktion einer Ischämie bei den Tieren weder durch

Durchlicht noch durch Auflicht Hinweise auf einen phototoxischen Schaden gewonnen

werden. Es wurde lediglich eine geringradige Abnahme der funktionellen Kapillardichte

und Mikrozirkulation beobachtet, dies jedoch sowohl bei Applikation von Auflicht als

auch Durchlicht.

56

Auch bei den von uns verwendeten Beleuchtungsstärken und extrem kurzen

Beleuchtungszeiten der "sites of interest", konnte in Vorversuchen keine

Beeinträchtigung durch die Lichtenergie detektiert werden.

5.1.7.2. Auflicht - versus Durchlichtmethoden

Generell wird bei der Intravitalmikroskopie zwischen Auflicht und Durchlichtverfahren

unterschieden. Der Vorteil der Durchlichtverfahren besteht darin, dass sie mit einer

deutlich geringeren Lichtenergie auskommen. Es kann aber nur bei transparenten, per

Licht "durchleuchtbarem" Geweben verwendet werden. Zudem ist die Kontrastierung

wegen der schlechten Tiefenschärfe nur mangelhaft.

Abbildung 15: Schematische Darstellung einer

Durchlichtmikroskopie (P.I. Brånemark - 9)

57

1928 wurde die Kaninchenohrkammer, in der heterotop transplantierte vitale Knochen

mikroskopiert wurden erstmalig beschrieben (2).

Erstmals stellte 1959 BRÅNEMARK (8) ein orthotopes Modell zur Messung der

Erythrozytenfließgeschwindigleit in ossären Kapillaren vor. Bei dem verwendeten

Durchlichtverfahren musste die Kortikalis und Gegenkortikalis (siehe Abbildung 15) bis

auf zwei dünne transparente Knochenlamellen abgeschliffen werden. Zwar konnte er

damit reproduzierbare Ergebnisse liefern, jedoch die Methode an sich muß wegen der

massiven Beeinträchtigung der umgebenden Perfusion als sehr invasiv betrachtet

werden.

Andere Arbeitsgruppen u.a. unter BRÅNEMARK bedienen sich einer hohlen, im

Gewinde mehrfach perforierten Titanschraube, in welche über einen Zeitraum von 4 - 6

Wochen Knochengewebe einwächst. Durch die Öffnungen der Schraube ist es so

möglich intravitalmikroskopische Untersuchungen anzustrengen. Hierbei wollte man

nicht physiologische Basiswerte erheben, vielmehr stand das Wachstumsverhalten von

Knochen an Implantatgrenzflächen (Titanschrauben) im Mittelpunkt der Forschung.

Der Vorteil liegt darin, daß mit diesem Modell Verlaufsbeobachtungen über einen

langen Zeitrahmen hinweg gemacht werden können und zur Beobachtung nur eine

geringe Sedierung und Analgesie (Morphin) der Tiere, nicht jedoch eine Vollnarkose

nötig ist. Somit ist von einer geringeren Beeinflussung der Mikrozirkulation auszugehen

(95). Der Nachteil liegt darin, daß es sich bei dem untersuchten Gewebe gewissermaßen

um Regenerationsgewebe handelt und physiologische Ausgangsbefunde somit nicht

erhoben werden können. Dies belegen Experimente von McCUSKEY (51). Er

untersuchte nach Schraubenimplantation das Knochenmark bezüglich Blutversorgung

und Hämatopoese. Sie fanden dabei allein durch die Anwendung zweier verschiedener

Schraubentypen gravierende Unterschiede hinsichtlich der histologischen Ergebnisse. Je

nach Regenerationsgrad fand man entweder nur noch gelbes oder andererseits

hochreaktives rotes Mark vor, ohne dabei eine Systematik erkennen zu können.

Auch WINET (95) bestätigt, daß man unter Einsatz der Schraubentechnik nicht einmal

gewöhnliches Regenerationsgewebe findet, da das Gewebe durch das Gewinde vorerst

58

von einer möglichen Vaskularisation abgeschnitten ist. Somit entwickelt sich im

Zylinder auch ein spärlich ausgebildeter Knochen, nach ALBREKTSSON (2) ein

"fibrovaskuläres Gewebe" aus.

In der unten stehenden Tabelle wird eine Übersicht der unterschiedlichen

Untersuchungsmethoden vorgestellten.

Indirekte Untersuchungsmethoden Direkte Untersuchungsmethoden

Untersuchung mittels radioaktiven Tracern,

z.B. radioaktives Eisen und Chrom

( Mikrosphären, Erythrozyten)

Intravitalmikroskopie

Durchlichtmethode

Auflichtmethode

Tinteninjektion

Mikroangiographie - postmortal Mikroangiographie - am lebenden Tier

Untersuchung mittels Glasfaserpartikeln Dilutionsmethoden (Thermo - bzw.

Farbstoffdilution)

Tabelle 7: Direkte und indirekte Methoden zur Quantifizierung der knöchernen

Mikrozirkulation

59

5.2. Diskussion der Ergebnisse

5.2.1. Anatomie und Physiologie der knöchernen Blutversorgung

Funktionelle Baueinheit des reifen Lamellenknochens ist das Osteon. Dieses setzt sich

aus longitudinal angelegten knöchernen Schalen, 5-20 an der Zahl (Durchmesser: 4-10

µm) zusammen, die zentral einen langen bindegewebigen Kanal, den sog. Haversschen

Kanal umhüllen. Zwischen den Lamellen liegen die Osteozyten (700 - 900/ mm 3 ),

welche durch die Substantia compacta perforierende (Volkmannsche Kanäle) nutritive

Gefäße versorgt werden. Die einzelnen Haversschen Systeme werden gleich der

Verbundbauweise, wie sie auch im Stahlbetonbau ihre Anwendung findet, durch

verbindende bzw. bündelnde General- bzw. Schaltlamellen verbunden. (72, 95).

Das unsere Knochen umhüllende Periost besteht aus zwei Schichten. Dem äußeren,

faserreichen Stratum fibrosum und der inneren gefäßreichen Kambiumschicht. Letztere

ist auch maßgeblich bei der Knochenbruchheilung beteiligt (72) und trägt zur

Knochenbildung und Regeneration bei.

Generell setzt sich der afferente Schenkel der Blutversorgung aus epiphysären und

diaphysären Arterien sowie den sogenannten nutritiven und periostalen Arterien

zusammen. Letztere versorgen nach gängiger Meinung via Periost das äußere Drittel der

Kortikalis, während die anderen zum einen über den Konfluens der medullären

Marksinusoide und dann über kortikale Kapillaren, zum anderen vor allem aber über

direkt von den Aa. nutritivae ausgehenden parallel geschalteten kortikalen Gefäße die

inneren zwei Drittel der Compacta ernähren. Untersuchungen, die nur einen

zentrifugalen Fluß zeigten, wurden ausschließlich an fetalen oder sehr jungen Tieren

durchgeführt. (16). Andererseits konnte bei älteren Menschen (17) sowie älteren Tieren

ein Umkehrung der Ratio Markraum - Periost nachgewiesen werden. Dies deckt sich

auch mit unseren Beobachtungen, daß bei der initialen Applikation von FITC zuerst das

Periost angefärbt wird, davon dann ausgehend Kapillaren in die Tiefe (Kortikalis)

60

abtauchen. Erst dann wird auch aus der Tiefe das vom Markraum angeflutete gefärbtes

Plasma mit in die periostalen Kapillaren eingespeist.

Wir finden somit parallel eine zentrifugale als auch zentripedale Strömung in einem.

Gleich welchen Prozentsatz die einzelnen Versorgungsgebiete bei der Perfusion haben,

so bietet das hier vorgestellte Modell wegen der oben beschriebenen Perfusionswege die

Möglichkeit, auch durch die Untersuchung des periostalen Gefäßbettes eine Aussage

über die kortikale Durchblutung zu treffen.

1904 erkannte SOULIE (81) mittels Mikroangiographie, daß es sich bei den vom

Markraum in den Kortex ausgehenden Kapillaren um funktionelle Endarterien handelt.

BROOKES (13) führte dazu ein interessantes Experiment durch. Er ligierte isoliert eine

femorale diaphysäre Arteria nutritiva bei einem jungen Kaninchen, das daraufhin durch

Mitversorgung von anderen Gefäßen ein Wachstumsdefizit von nur 3 % zeigte. Dies

bedeutet, daß innerhalb des Knochens durch Angioneogenese bzw. Ausbildung

alternativer Perfusionswege ein enormes Kompensationspotential liegt.

Der venöse Abfluß erfolgt über den Arterien benachbarte Venensysteme. Einer Arterie

sind verschiedene venöse Abflußwege zugeordnet.

Bei den kortikalen Kapillaren handelt es sich mit wenigen Ausnahmen um mit einem

einlagigem Epithel ausgekleidete Röhren. Der Durchmesser schwankt hier unter

physiologischen Beobachtungen bereits zwischen 15 und 30 µm an Kaninchen (70, 25).

Die eigenen Vermessungen an Ratten ergaben einen Durchmesser von 9,19 µm im

Mittel (Median 8,90 µm , Range 5,91 - 11,88).

5.2.2. Einflussgrößen der Perfusion

61

Für die Perfusion eines Hohlraumes ist eine Druckdifferenz zwischen A und B bei

gegebener Resistance nötig. Der Widerstand wird weitestgehend über das Hagen -

Poiseuille`sche Gesetz beschrieben. Eine laminare Strömung voraus gesetzt.

Hagen - Poiseuille`sche Gesetz:

R = Fließwiderstand

τ = Schubspannung

r = Innenradius der Kapillare

Π = Konstante Pi

l = Länge der Kapillare

Ersichtlich ist, daß der Durchmesser eine entscheidende Rolle spielt. Dieser scheint in

gewissen physiologischen Grenzen durch eine vaskuläre Autoregulation bedarfsadaptiert

gesteuert zu werden (8). Die Viskosität wird durch den Hämatokrit und den damit

veränderlichen Scherkräften ausgedrückt. Beschriebenes Gesetz gilt jedoch nur für

laminäre Strömungen. Mit Reduktion der Perfusion steigt die Viskosität per se an. Wird

der Knochen nach heutiger Auffassung zum Hochdrucksystem im Gesamtkreislauf

gerechnet (41, 66), entwickelt sich nach Induktion des hämorrhagischen Schocks eine

ausgeprägte Low- bis Minimal- Flow Situation mit Anstieg der Viskosität. Die Länge l

wird als anatomisch gegeben hingenommen. Der Perfusionsdruck wird zum einen durch

die intravasalen Druckverhältnisse bestimmt. Er liegt im Mark bei etwa 45 - 60 mm Hg,

in periostalen Arterien etwa bei 12 - 15 mm Hg (19).

5.2.3. Ergebnisse unter standardisierten , physiologischen Bedingungen

R = 8 x ττττ x l / ΠΠΠΠ x r 4

62

5.2.3.1. Allgemeines

Eine suffiziente Durchblutung des Knochens ist Grundlage für die Versorgung mit

Substraten und Sauerstoff zum Aufbau und Erhalt der Knochensubstanz. Neben anderen

Faktoren ist sie ein gewichtiger Parameter für die strukturelle Stabilität unseres

Skelettsystems, zum anderen bietet unser Skelett ein Reservoir an Mineralstoffen und

Spurenelementen (55). Das Mark der langen Röhrenknochen, sowie einiger anderer

Knochen bietet zudem zeitlebens Raum für das hämatopoetische System.

5.2.3.2. Beurteilung der periostalen Mikrozirkulation unter definierten


Nach BROOKES stellt „beim jungen Knochen das Periost eine wichtige

Versorgungsreserve für den Kortex und immer einen venösen Abflußweg des kortikalen

Blutes dar". (13)

Bei der Ratte nimmt die Durchblutung des Knochens in etwa 4,46 % bis 10 % des

gesamt HZV ein (86). Dies entspricht in ca. 12 ml Perfusion pro 100g Knochenmasse

pro Minute (20). Davon fallen wohl 30 % auf das Mark selbst und insgesamt 70 % auf

die Kortikalis (44). BRANEMARK ermittelte 1959 in seinem Durchlichtmodell folgend

Größen. Die Fließgeschwindigkeit im Bereich der Kortikalis bezifferte er mit 0,1 - 0,8

mm/sec. (8), in den Kapillaren des Markes mit 0,5 mm/sec. (9).

Bei unseren Experimenten lag die Perfusionsgeschwindigkeit im Mittel wie oben

erwähnt bei 2609,82 µm/s, wobei auch bei uns ein großer Range von 1397 µm/s - 5218

µm/s bei einem Median von 2313,23 µm/s beobachtet wurde. Daraus ergibt sich ein

Flow von 0,185 mm3/s im Mittel (Range: 0,056 - 0,439 mm3/s, Median: 0,160 mm3/s).

Die Kapillardurchmesser betrugen im Durchschnitt 9,19 µm. (Median: 8,90 µm, Range:

5,91 - 11,88 µm)

63

Die Ergebnisse Brånemark`s können hierbei nicht mit unseren verglichen werden, da

seine Daten, bedingt durch den Versuchsaufbau, an vorher stark traumatisierten

Knochen erhoben wurden. (siehe auch 4.1.8.2.)

Abbildung 16: Darstellung des periostalen

Untersuchungsfeldes

Ein wichtiges Aussagekriterium der kapillären Perfusion stellt die Messung der

funktionellen Kapillardichte dar. Sie lag im Durchschnitt bei 95,75 % (Median)

perfundierter Kapillaren, was 4,26 (Median) vitaler Kapillaren pro mm 2 entspricht.

Diese repräsentiert die Vitalität des Gewebes.

Unter der sogenannten funktionellen Kapillardichte (FCD) werden gemeinhin die

summierten Längen der mit Erythrozyten perfundierten, also "red cell perfused",

alternativ mit Plasma perfundierten Kapillaren pro Beobachtungsquadratzentimeter

verstanden. Sie spiegelt direkt die unterschiedliche Versorgung verschiedener

Organanteile mit dem Nähr- und Informationsmedium Blut unter physiologischen sowie

pathophysiologischen Bedingungen wie zum Beispiel dem hämorragischen Schock

wieder und gilt gleichzeitig neben anderen Parametern (z.B. Durchmesser) als einer der

64

Regulationsgrößen der peripheren Mikrozirkulation (80, 87, 58, 59). Zahlreiche

Untersuchungen legen dar, daß die funktionelle Kapillardichte als funktioneller

Parameter ein wichtiger Eckpfeiler für die Vitalität eines Organsystems ist. Aus ihr kann

nicht nur auf eventuell durch die Präparation entstandene Schäden bzw. die

Unversehrtheit des Gewebes geschlossen werden, sondern es können auch Rückschlüsse

auf den Zustand eines Gewebes unter verschiedenen Untersuchungsbedingungen

gezogen werden.

Untermauert wird die Aussagekraft dadurch, daß verschiedene Autoren bei einzelnen

Organsystemen reproduzierbar Kapillardichten beschreiben (59). Die oben dargelegte

hohe und reproduzierbare periostale FCD zeugt für einen wenig traumatischen

Präparationsgang.

Der Fluss einzelner Erythrozyten korreliert mit dem der Gesamtblutsäule und

umgekehrt. Es besteht eine lineare Abhängigkeit der Veränderungen der

Geschwindigkeit und des Volumendurchsatzes. "Red cell flow in microcirculation gives

an indication of the aerobic metabolic activity of the corresponding tissue" (18). Da

morphologisch bedingt durch die hohen Perfusionsgeschwindigleiten (high-flow-

System) einzelne Erythrozyten ossär nicht zu beobachten sind, mussten wir uns darauf

beschränken, plasmadurchflutete Kapillaren und Erythrozytencluster zu beurteilen.

Angemerkt werden muss, dass es jedoch wohl Situationen geben kann, in denen

Kapillaren unter Schockbedingungen nur noch mit Plasma perfundiert werden, nicht

jedoch mit sauerstoffbeladenen Erythrozyten. Technisch ist es jedoch auch unter

physiologischen Bedingungen zur Zeit nicht möglich, einzelne fließende Erythrozyten

zu identifizieren .

Zur Berechnung der funktionellen Kapillardichte im herkömmlichen Sinn werden im

Wesentlichen zwei Verfahren zur Anwendung gebracht.

Das erste Verfahren, eine manuelle Methode, beruht auf der stereologischen

Vorstellung, daß statistisch von einem kleinen bekannten Ausschnitt eines

geometrischen Körpers auf sein Ganzes geschlossen werden kann. Praktisch wird zu

65

jedem Untersuchungszeitpunkt ein imaginäres Gitternetz auf das Beobachtungsfeld

gelegt. Unter Ermittlung der Kreuzungspunkte von perfundierten sowie von der

Perfusion abgekoppelter Kapillaren kann auf die funktionelle Kapillardichte geschlossen

werden. Dies unter Berücksichtigung der Gesamtlänge der Gitternetzlinien. Die

detalierte mathematische Herleitung dieser Näherungsrechnung wurde von WEIBEL

(91, 92) dargelegt.

Bei dem zweiten Verfahren handelt es sich um eine computerunterstützte

Auswertungsmethode, welche auf dem sogenannten pythagoreischen Prinzip beruht.

Durch Addition der einzelnen Teillinien zwischen zwei benachbarten Punkten der X -

bzw. Y - Achse auf dem Bildschirm unter Einsatz eines "Faktors", der den statistischen

Unterschied zwischen virtuell errechneter und real existierender Länge ausgleicht, kann

auf die Kapillardichte zurück geschlossen werden (59).

Wegen der geschilderten Bedeutung der funktionellen Kapillardichte als solche wurde

angestrebt, einen modifizierten Parameter zu schaffen, der sich sowohl mit den

morphologischen Anforderungen als auch den versuchstechnischen Gegebenheiten

vereinbaren ließ und natürlich aber auch der Aussagekraft der bisherigen Definition von

funktionellen Kapillardichte sehr nahe kommt. Dies war notwendig, da man kein

Kammersystem anwenden kann und somit nicht immer exakt die selbe Länge der

Kapillaren angefahren werden kann. Dafür beinhaltet das oben vorgestellte Erlanger

Modell am Knochen ebenfalls die Option, ein und dieselbe Kapillare im Verlauf zu

beobachten.

Als FCD wurde letztlich hierfür die Anzahl von perfundierten Kapillaren in Prozent zur

Gesamtzahl der Kapillaren pro Beobachtungsfeld definiert. Aufgrund der besonderen

Morphologie, speziell des Periostes, war die Beurteilung einer Kapillare bezüglich

Vitalität nur innerhalb einer dynamischen Bildsequenz möglich. (Hohe Gesamtzahl an

vielfältig verzweigten, heterogenen Kapillaren; im Schock zudem teilweise extrem

niedrige Perfusionsraten mit Schwierigkeiten eine Kapillare als vital bzw. avital

einzuordnen). Zum anderen behinderten trotz Lagerungsmaßnahmen der präparierten

Extremität regelmäßig fortgeleitete Atemexkursionen des beatmeten Tieres eine

66

fehlerfreie manuelle Berechnung der Gesamtkapillarlängen und auch eine

computergestützte Berechnung.

Aufgrund der hier dargestellten technischen Probleme, konnten die oben beschriebenen

herkömmlichen Modelle nicht angewandt werden, so dass letztlich eine vereinfachende

Modifikation, nicht zuletzt wegen der großen Menge an zu verarbeitenden Daten,

erforderlich war .

Zwar stellt die Verwendung der funktionellen Kapillardichte als Anzahl perfundierter

Kapillaren einen gewissen Informationsverlust dar, da die zurückgelegte Kapillarstrecke

wohl auch gleich versorgender Diffusionsstrecke- bzw. fläche ist, jedoch wurde in

unseren Experimenten morphologisch beobachtet, daß zum Beispiel im

hämorrhagischen Schock nicht speziell Kapillaren eines bestimmten Längenverlaufs

oder Durchmessers von der Perfusion abgekoppelt werden bzw. sich avital zeigen.

Somit ist an den regulativen Perfusionsvorgängen im Kapillarbett offenbar eine

heterogene Gruppe von Kapillaren beteiligt (Länge sowie Durchmesser), so dass sich

im Allgemeinen der hier verwandte Begriff der funktionelle Kapillardichte sehr wohl ein

funktioneller Parameter mit Aussagekraft bezüglich der kapillären Mikrozirkulation

darstellen läßt. Da die Untersuchungen an dynamischen Bildsequenzen durchgeführt

wurden, konnte, wie sich in Blindversuchen auch zeigte, eine minimale Abweichung der

ausgezählten Kapillaren von Untersucher zu Untersucher (1% - 2%) erreicht werden.

Nachfolgend mag noch die Hypothese aufgestellt werden, dass durch Abschottung

einiger kapillärer Abschnitte der Perfusionsdruck in den verbleibenden perfundierten

Gefäßen auf einem höheren Niveau gehalten wird, der dem Organ als Ganzes ein

Überleben eines kurzfristigen Schockereignisses ermöglicht. Somit wird durchaus

wieder die Anzahl perfundierter Kapillaren als funktionellen Kapillardichte pro Fläche

und nicht nur die Kapillarlänge an zum sich Spiegel der Mikrozirkulation.

Wie deutlich wird, unterliegen die Ergebnisse trotz konstanter Versuchsbedingungen

bereits unter physiologischen Bedingungen interindividuellen Schwankungen.

Dieses Beobachtung konnten wir, ebenso wie auch anderen Arbeitsgruppen, zum

Beispiel McGRORY (52) im Jahre 1994, machen. Bei dem eingesetzten, oben

67

beschriebenen Mikrosphärenverfahren (Injektion radioaktiv markierter Mikropartikel,

welche daraufhin im jeweiligen Kapillarbett abgefangen werden) zeigten sich

Schwankungen zwischen 23 % und 38 %, je nach eingesetzter Dosis an Mikropartikeln.

Je mehr Mikrosphären eingesetzt wurden, desto niedriger die Schwankungen. Trotz der

beschriebenen Anfälligkeit der Methode scheinen bei gegebenen systematischem Fehler

die gemessenen Schwankungen realistisch und decken sich mit unseren Ergebnissen.

5.2.3.3. Beurteilung der kortikalen Mikrozirkulation unter definierten


Im kortikalen Gefäßbett lag die Perfusionsgeschwindigkeit im Mittel bei 1666,57 µm/s,

wobei auch hier ein großer Range von 520,3 - 2840 (Median: 1645,26 µm/s) beobachtet

wurde. Der Durchfluß (Flow) lag bei 0,80 mm3 /s (Range : 0,025 - 0,96, Median :

0,80).Der Kapillardurchmesser der kortikalen Kapillaren betrug 8,30 (Mittelwert), der

Median 8,52 bei einem Range von 6,17 - 12,67.

Die erhaltenen Ergebnisse zeigen bei beschriebener Variabilität eine weitestgehende

Übereinstimmung mit den Ergebnissen anderer Autoren (8). Brånemark bediente sich

dabei der Durchlichtmikroskopie. Dazu schliff er Kortikalis und Gegenkortikalis ab

(Abbildung 15). Wenn sein Versuchsaufbau generell auch als sehr traumatisierend zu

betrachten ist, gelingt es durch den Schliff dennoch, die vornehmlich aus dem Mark

versorgten inneren kortikalen Kapillaren darzustellen. Diese wurden durch den

Materialabtrag wohl nur geringfügig beeinträchtigt. Demgegenüber schleifen wir die

Kortikalis unter weniger Substanzverlust an. Es gelang uns aber ebenso, die vom

Markraum versorgten Kapillaren darzustellen und zu untersuchen. Hieraus resultieren

die übereinstimmenden Ergebnisse.

Im kortikalen Gefäßbett lag die funktionelle Kapillardichte bei 60 % (Median), was

8,64 (Median) vitaler, perfundierter Kapillaren pro mm 2 entspricht.

68

Die deutlich geringere Dichte in der Kortikalis lässt sich wie folgt begründen. Beim

Periost handelt es sich stets um ein dreidimensionales Gefüge, das leicht ohne

Informationsverlust durchfokusiert und erfasst werden kann.

In der Kortikalis erhalten wir materialbedingt und wegen der geringeren Kapillardichte

durch den Schliff ein eher „zweidimensionales “ Sichtfeld. Mehrere Ebenen können im

kortikalen Gefäßbett nicht wie am Periost synchron untersucht werden. Erst beim

Durchfokusieren erkennt man in der Tiefe Kapillaren als vital, die in der Ausgangsebene

bedingt durch die Unschärfe noch avital schienen. (Siehe Abbildung 17 – Darstellung

eines kortikalen Untersuchungsfeldes gegenüber Abbildung 16 – Darstellung des

periostalen Gefäßbettes)

Abbildung 17: Darstellung eines kortikalen

Untersuchungsfeldes

Diese können jedoch gerade bei den Verlaufsbeobachtungen während des

hämorrhagischen Schocks aus praktischen Gründen nicht mit in die Berechnung

einbezogen werden und bleiben somit unberücksichtigt.

69

5.2.4. Ergebnisse unter pathophysiologischen Bedingungen bei Induktion

eines 30 minütigen hämorrhagischen Schocks

5.2.4.1. Pathophysiologie des hypovolämischen Schocks

Unter dem Überbegriff Schock wird ein pathophysiologisches Zustandsbild verstanden,

bei dem es zu einer Sauerstoffminderversorgung des Organismus kommt. Im Fall des

hypovolämischen Schocks liegt ursächlich ein Volumenmangel vor. Es folgen

konsekutiv eine Reduktion der Sauerstofftransportkapazität und der peripheren

Mikrozirkulation. Zusätzlich herrschen noch eine durch Endothelödem hervorgerufene

Diffusionsstörung sowie durch hypoxische Gewebeschädigung bedingte

Utilisationsstörung vor. Im Folgenden sollen die wichtigsten pathophysiologischen

Zusammenhänge dargelegt werden.

Die durch Blutverlust hervorgerufene Reduktion des Herzzeitvolumens führt zur

exzessiven Ausschüttung endogener Katecholamine. Diese bewirken am Herzen durch

Stimmulation β-adrenerger Rezeptoren eine Steigerung des Herzzeitvolumens. In der

Peripherie dominiert die α1-adrenerge Stimulation. Diese führt initial zu einer

Vasokonstriktion von Arterien, Arteriolen und Venolen. Nach einiger Zeit folgt die

Dilatation der präkapillären Sphinkteren, während die Sphinkteren der Venolen noch

eng gestellt sind. Es folgen periphere Mangeldurchblutung und zusätzlich, bedingt durch

Membranschädigung, hydrostatischer Flüssigkeitsübertritt in das Interstitium. Durch die

hypoxische Schädigung des kapillären Endothels wird der Flüssigkeitsübertritt noch

verstärkt und somit die Viskosität des Blutes erhöht. Bei niedrigem Flow

(Volumendurchsatz) bzw. Fließgeschwindigkeit stellt die Fließfähigkeit (Kehrwert der

Viskosität) des Blutes den limitierenden Faktor für die Höhe und die Perfusion im

Kapillargebiet dar (54). Längerfristig kommt es durch die beschriebene Eindickung zur

sogenannten Sludge - Bildung (Aggregation) von Erythrozyten. Bedingt durch die

Endothelschädigung kommt es zur wandständigen Thrombozytenaggregation.

Mikroembolien und das Auslösen einer disseminierten intravasalen Koagulopathie

können die Folge sein. Letztlich kommt es durch Anhäufung von sauren

70

Stoffwechselmetaboliten auch noch zur Dilatation der venösen Sphinkteren mit weiterer

Senkung des arteriellen Mitteldruckes.

Während der Initialphase des Schocks zeigt sich durch die oben beschriebenen

Mechanismen eine ausgeprägte Zentralisation des zirkulierenden Blutvolumens

zugunsten von Gehirn und Herz. Dabei findet man eine verstärkte Minderperfusion in

anderen Organen, wie Haut, Muskulatur und Knochen.

5.2.4.2. Veränderungen der allgemeinen Vital - und Laborparameter

Wie unter 4.1.4. aufgeführt, galt es ein standardisiertes Schockmodell zur Anwendung

zu bringen. Aufgrund der obigen Überlegungen entschied man sich für ein Blutdruck

gesteuertes Modell. Es gelang, die Tiere durch repetitive Blutentnahmen in einen

kontrollierten tiefen hämorrhagischen Schock zu versetzten.

Die systolischen Blutdruckwerte, initial bei 98,50 mm Hg gelegen (Median), sanken mit

Erreichen des Schockniveaus auf 37 mm Hg (Median) und lagen gegen Ende der

Schockphase immer noch bei 38 mm Hg (Median).

Der Hämatokrit sank von 45 % im Median (Range: 36% - 53%) auf schließlich 38% zu

Versuchsende (Range: 25% - 47%). Der relativ geringe Abfall des Hämatokrits liegt

daran, daß auf Grund der Schockdauer kaum Zeit für Kompensationsmechanismen wie

Flüssigkeitsmobilisation aus dem Interstitium nach intravasal vorhanden ist. Dies darf

jedoch nicht über die Tiefe des Schocks hinwegtäuschen, wie es durch die pH - und

Base – Excess -Werte untermauert wird.

So sank der arterielle pH - Wert im Versuchsverlauf von 7,4 auf 7,29, der Base - Excess

gar von -1,2 zu Versuchsbeginn auf -12,35 (jeweils angegeben der Median) gegen Ende

der Experimente.

71

5.2.4.3. Veränderungen der periostalen Mikrozirkulation

Trotz dessen, dass die Viskosität durch den erniedrigten Hämatokrit abnimmt, kommt es

durch die Abnahme des Herzzeitvolumens zu einer massiven Erniedrigung der

Flußgeschwindigkeit. Sie sinkt von 2219,50 µm/s im Median (Range 1397,00 - 5218,00

µm/s) vor Induktion des hypovolämischen Schocks auf 774,75 µm/s im Median (Range

237,40 - 1663,00 µm/s) gegen Ende der 30 minütigen Schockphase. Also auf etwa 35 %

des Ausgangswertes (Median).

Der Volumendurchsatz reduziert sich ebenso deutlich von 0,119 mm3/s im Median

(Range 0,056 - 0,439 mm3/s) auf 0,038 mm3 /s im Median (Range 0,04 - 0,138 mm3 /s)

gegen Ende der 30 minütigen Schockphase. Eine Abnahme auf 32%.

Setzten wir die Werte in Beziehung zum systolischen Blutdruck, der sich seinerseits

durch die Schockinduktion um 39 % senkt, erkennen wir deutliche Übereinstimmungen.

Von Interesse ist die Frage, in wie weit ein hypovolämischer Schock, bzw.

Sauerstoffmangel die Osteozyten beeinflußt und somit der Knochen ein durch Schock

funktionell schädigbares Organsystem ist ?

1904 erkannte SOULIE (81), wie erwähnt mittels Mikroangiographie, daß es sich bei

den vom Markraum in den Kortex ausgehenden Kapillaren um funktionelle Endarterien

handelt. Jede der Kapillaren ist ein umschriebenes Versorgungsgebiet zugeordnet. (30,

74).

Die Folgen für den Knochen sind offenkundig. Trotz vorhandener

"Überlappungsgebiete", kann es im Bereich von schockbedingter Minderperfusion

(Hypotonie, Sludge- und Mikrothrombenbildung) zu Osteonekrosen kommen. Dies

demonstrierte BERGMANN (5) durch Injektion von suspensierten, partikulären

Tracern, welche dann im Endstrombereich der Kapillaren Okklusionen verursachten.

Bei den vom Mark aus versorgten Kapillaren handelt es sich um periphere

Widerstandsgefäße. Deren Sympatikotonus wird durch in der Gefäßadventitia

mitlaufende sympathische Nervenfasern (84) und den sich daraus im Mark um die

Sinusoide generierende „sympathische“ Plexus (62) gesteuert. Bei Stimulation sinkt

72

durch periphere Vasokonstriktion der medulläre Blutfluß deutlich ab (28,47). Die

Vorgänge sind aber bisher noch zu komplex, als dass sie gänzlich verstanden werden.

Es wird auf knöcherner Ebene eine physiologische Autoregulation vermutet, die

innerhalb bestimmter Grenzen unabhängig von externen Stimuli aktiv wird.

Deutlich wird aber auch, daß die Minderperfusion des Knochens im Schock nicht nur

durch einen systemischen Blutdruckabfall bedingt ist, sondern auch durch lokale

Faktoren beeinflußt wird, auch wenn durch den schockbedingten pH-Abfall die

Funktion der Vasomotoren eingeschränkt wird. Darüber hinaus zeigte bereits im Jahre

1983 TONDEVOLD (85), dass zwischen systemischen Blutdruck und kapillären

Perfusionsdruck im Mark keine direkte proportionale Beziehung herrscht. Die Perfusion

an sich beobachtete er jedoch nicht.

Wie oben dargelegt, zeigt sich jedoch auf periostaler Ebene ein deutlicher

Zusammenhang zwischen Makro- und Mikrozirkulation.

BRÅNEMARK wies 1959 (10) nach, daß im Knochenmark physiologische arterio-

venöse Shunts bestehen. Unklar bleibt, da auch durch unsere Methode nicht fokusierbar,

ob es im Schock, gleich welcher Ursache, zur deutliche Steigerung des Shuntvolumens

kommt, obgleich analog zu anderen Organen (z.B. der Lunge) ein derartiger

Mechanismus zu vermuten wäre.

Der kapilläre Blutfluß wird durch eine große Anzahl von Faktoren auf makro- und

mikrozirkulatorischer Ebene bestimmt. Beide Ebenen greifen eng ineinander, so daß

zum Beispiel gefördertes Herzzeitvolumen und systemisch-arterieller Blutdruck in

direkter Interaktion mit Vorgängen auf kapillärer Ebene (Elastizität, Viskosität,

Kontraktilität, Veränderungen des Durchmessers) treten. Nur in gewissen Grenzen

gelingt es dem kapillärem Strombett, die Schwankungen des Blutdruckes zu

kompensieren. Einige der kapillären Regulationsmechanismen finden im Folgenden kurz

Erwähnung (87).

Neue Erkenntnisse scheinen zu bestätigen, daß präkapilläre Sphinktermechanismen

sowohl für die Regulation des peripheren Widerstandes als auch für den Blutfluß im

kapillären Strombett verantwortlich sind. Der Sphinktertonus wiederum wird einerseits

73

durch eine Vielzahl endogener Botenstoffe (Prostaglandine, Katecholamine)

mitbestimmt, andererseits greifen auch aus dem unterschiedlichem Blutfluß

resultierende metabolische Veränderungen wie z.B. eine Azidose (49) verändernd in die

kapilläre Perfusion mit ein. Die schockbedingte Ursache scheint nach MAZZONI (50)

die Hauptursache für ein endoluminales Ödem und die dadurch bedingte Okklusion des

Gefäßes zu sein. Dennoch muß auch dies kritisch gesehen werden, da ohne

elektronenoptische Auswertung eventuell in das Lumen hinein ragende geschwollenen

Endothelzellen nicht nachweisbar sind.

Von Natur aus besteht, wie auch in anderen Geweben, eine hohe Variabilität der

einzelnen Gefäßdurchmesser (87). Dies zeigt sich auch bei unseren Vermessungen

sowohl unter physiologischen Bedingungen (Range: 5,91 µm - 11,73 µm) als auch im

hypovolämischen Schock (Range: 5,98 µm - 9,24 µm). Insgesamt kommt es zu einer

leichten Reduktion der Kapillardurchmesser. Ob diese meßtechnisch oder

vasokonstriktorisch bedingt ist, kann nicht verifiziert werden.

Wie auch an der quergestreiften Muskulatur, sehen wir im Vergleich zu den

Ausgangswerten unter Minderperfusion den deutlichen Abfall der funktionellen

Kapillardichte, hervorgerufen entweder durch Okklusion oder Hypovolämie.

Am glatten Muskel konnte SLAAF (80) eine Abnahme des Durchmessers um 8 %

nachweisen. Unsere Ergebnisse zeigen, daß die funktionelle Kapillardichte sich

schockbedingt beginnend bei 95,75 % im Median auf letztlich 85,71 % im Median

gegen Ende der Schockphase reduzierte. Eine Reduktion also von ebenso 10 %.

Obgleich eine Reduktion von 10 Prozent im ersten Moment nicht relevant erscheint, sei

nur darauf verwiesen, daß diese Reduktion mit einer dramatischen Verschlechterung der

Sauerstofftransportkapazität (CaO2 = Hb x SpO2 x 1,34 + PaO2 x 0,03) durch den

hypovolämischer Schock assoziiert ist und die Auswirkungen respektive

Gewebeschädigung (Endothelschwellung mit "capillary leak" und Vergrößerung der

Diffusionsstrecke für Sauerstoff) verstärkt.

Interessant ist die Beobachtung, daß sich während der dreißigminütigen Schockphase

einzelne Kapillaren intermittierend an der Perfusion beteiligen. So erkennt man je nach

74

Beobachtungszeitraum eine wechselnde Teilnahme oder eine Abkopplung eines

bestimmten Gefäßes an der Perfusion. Auch die Quantität scheint zu variieren. Eine Art

temporären Recruitments.

Auch Slaaf stellte am quergestreiften Muskel schon unter physiologischen Bedingungen

ein intermittierendes an- und abkoppeln von der Mikrozirkulation fest (80). SECOMB

bestätigte diese Erkenntnis (79). Dabei scheinen neben Endothelveränderungen

hauptsächlich präkapilläre Sphinkter, sowie steuerbare arteriovenöse Shunts beteiligt zu

sein (34).

5.2.4.4. Veränderungen der kortikalen Mikrozirkulation

Unter physiologischen Bedingungen wird ein Großteil der Kortikalis über den

Markraum versorgt. Einige Arbeiten wie die von HUGGINS und WIEGE (37), sowie

von De MARNEFFE (23) legen die fatalen Folgen einer Ischämie des Knochens dar. Sie

ligierten abrupt die Arteria nutritiva und fanden folgende drei Phasen: Zu erst kommt es

durch abnorme Dilatation der Marksinusoide zu einer "reaktiven Hyperämie" des

Knochenmarkes. Diese ist nach neueren Erkenntnissen bedingt durch ein

Außerkraftsetzen von Gefäßsphinkteren (siehe auch 4.2.4.1.). Dann setzt die

Infarzierung der Gefäße ein und letztlich kommt es zum Kollabieren der Sinusoide mit

Ausbildung von Osteonekrosen. Unklar bleibt ob die Untersuchungen an der Markhöhle

auch auf die, damals aber nicht untersuchten Veränderungen der kortikalen Perfusion zu

schließen ist. Die Untersuchungen beschränkten sich auch nur auf eine schlagartige

Ligatur der Arterie, nie wurde jedoch das Modell eines systemischen hämorrhagischen

Schocks verwandt. Ausgehend von der unten nochmals beschriebenen ausgeprägten

Reduktion von Fluss und auch funktioneller Kapillardichte ist kortikal von ähnlichen

Mechanismen auszugehen, welche die lebenswichtige Zufuhr von der Sauerstoff und

Nährstoffen vermindert. Unklar bleibt dabei auch die Rolle der periostalen

Blutversorgung in einer solchen Situation. Welchen veränderten Anteil übernimmt das

Periost an der Gesamtversorgung. Natürlich ist zu bemerken, dass es bei Ligatur der

75

Arteria nutritiva zu einer Perfusionsdruckumkehr nach kortikal kommen kann

(druckpassiv). Dieses Problem fällt beim systemischen Abfall des Blutdruckes weg.

Nach BROOKES (12) und REVELL (68) ist trotz konstanter Versuchsbedingungen

davon auszugehen, daß es zu einer kompensierenden Übernahme der kortikalen

Versorgung durch das Periost kommt. Im hämorrhagischen Schock ist diese jedoch auch

reduziert.

Am Ende des Umwandlungsprozeßes nach langfristigen lokalen Ischämien (Ligatur

einer A. nutritiva) kann es zur Ausbildung von Kollateralen zwischen periostalen und

medullären Arterien kommen. Auch durchsetzten einige Arterien die Kortikalis direkt,

um die Marksinusoide erneut zu perfundieren (3).

Von Interesse ist der Sachverhalt, in welchen Rahmen sich die kortikale

Mikrozirkulation während der Schockphase verändert. Ob diese entsprechend der

periostalen Perfusion sinkt oder es gar zu einem überproportionalen Abfall kommt.

Reduzierte sich die periostale Flußgeschwindigkeit auf 35 % des Ausgangswertes, kam

es in den kortikalen Kapillaren zu einem Abfall auf 31 %, dies ausgehend von 1309

µm/s im Median ( Range: 520,3 µm/s - 2840µm/s).

Der Volumendurchsatz reduzierte sich beginnend von 0,050 mm3/s im Median (Range

0,025 mm3 /s - 0,157 mm3/s) auf 0,014 mm3 /s im Median (Range 0,00 mm3 /s - 0,054

mm3 /s) gegen Ende der 30 minütigen Schockphase.

Der kortikale Flow erniedrigte sich somit auf 28 % des Ausgangswertes. Der periostale

Abfall lag bei 32 %.

Deutlicher reduziert sich die funktionelle Kapillardichte ausgehend von 60 % auf

letztlich 40 % des Ausgangswertes. Der augenscheinlich niedrige Ausgangswert wurde

unter 4.2.3.3. diskutiert. Deutlicher als bei den Werten Flußgeschwindigkeit und

Volumendurchsatz zeigt sich hier die Abnahme kortikaler Perfusionsparameter im

hypovolämischen Schock.

Dies ist ein Indiz dafür, daß das Endothel der Knochenkapillaren reagibel ist und ein

intraosseäres Ödem (26), eventuell sogar aufgrund der starren Matrix Knochen ein

intraosseäres Kompartmentsyndrom, sich entwickeln kann. Legt man die Ergebnisse

76

zugrunde, welche DOEHLER (26) ermittelte und geht davon aus, dass es im Schock

durch endogene oder exogen zugeführte Katecholamine zu erhöhten Adrenalinspiegeln

kommt, ferner durch Hyopoxie ein intrazuellulärer ATP-Mangel anzunehmen ist, kann

man einen derartigen Pathomechanismus vermuten. Obgleich DOEHLER keine

Experimente mit hämorrhagischen Schocks vornahm, zeigte sich bei ihm bereits nach

Adrenalininjektion zumindest eine ödematöse Endothelverdickung, durch die eine

Diffusionsstörung anzunehmen ist. Obwohl das Lumen unter Adrenalin im

Anwendungsversuch etwas erweitert ist, ist es unklar wie sich das Lumen im zeitlichen

Verlauf verändert. Unter Umständen könnten die obigen Faktoren wegbereitend für das

intraossäres Ödem sein. Obige Aspekte sind durchaus im Zusammenhang mit den

erhöhten Katecholaminspiegel im Schockzustand zu sehen.

An extraossären Organen, wie zum Beispiel dem Skelettmuskel, ist der Effekt einer

Ischämie bzw. schockinduzierten Endothelschwellung hinreichend bekannt (53, 32)

In unseren Ergebnissen sehen wir eine leichte Veränderungen der Kapillardurchmesser

im Schock. Auch kortikal reduzierten sie sich von 6,88 µm (Median) auf 6,74 µm

(Median). Nach TSAI (87) gibt es jedoch in bestimmten Grenzen, wohl neben

vasokonstriktorischen Komponenten, zusätzlich geringe druckpassive

Durchmesserveränderungen. An Hand unseres Modells können etwaige Ursachen

jedoch nicht differenziert werden.

MAZZONI (49) untersuchte 1994 das Verhalten von kapillären Endothelzellen sowohl

unter reduzierter Perfusion (Schocksimulation), als auch unter systemischer, intravenös

induzierter Azidose an quergestreifter Muskulatur. Seinen Erkenntnissen bestätigten,

daß die durch Hypoxie induzierte Azidose für eine Endothelschwellung mit

Lumeneinengung der Kapillaren verantwortlich ist.

Fest zu halten ist abschließend, dass die kortikale Mikrozirkulation im Vergleich zur

periostalen deutlich sensibler auf eine hypovolämes Schockgeschehen reagiert.

Um genaue Erkenntnisse bezüglich Pathomechanismus und Auswirkung auf die

kortikale Mikrozirkulation zu erhalten, sollten diesbezüglich jedoch in weiteren

Experimenten elektronenmikroskopische Untersuchungen erfolgen.

77

5.3. Schlussfolgerungen

Trotz großer Fortschritte im Bereich der Orthopädie und Unfallchirurgie stellen sowohl

verzögerte Frakturheilung (Pseudarthrosenbildung, Sequesterbildung) als auch

aseptische Knochennekrosen nach wie vor ein Problem dar. Es zeigt sich immer mehr,

daß die Ursachen hierfür im Bereich einer gestörten Mikrozirkulation zu suchen sind.

Bisher wurden ausgiebige Untersuchungen angestrengt, wie sich die Mikrozirkulation

langfristig an einem "heilenden" Knochen verhält. Wie erwähnt brachte hierzu Winet

(95) einen Titanzylinder durch Kortikalis und Mark hindurch in den Knochen ein,

wodurch es ihm möglich war, Phänomene wie Knochenremodelling und

Grenzflächenbildung zu beobachten. Sie waren die Ersten, die ein direktes Verfahren

zur Darstellung der Durchblutung am vitalem Knochen entwickelten. Andererseits ist ihr

Versuchsaufbau als sehr traumatisierend zu werten, so dass keine physiologischen

Ergebnisse erhoben werden können.

Man vernachlässigte den physiologische Ausgangszustand der Mikrozirkulation als

Basis für einen vitalen Knochen. Unbeachtet blieben auch Aspekte der Akutphase eines

pathophysiologischen Geschehens. So zum Beispiel die Auswirkungen eines

hypovolämischen Schockgeschehens, wie sie in der hier vorliegenden Arbeit dargelegt

werden.

Neben viszeralen und cerebralen Verletzungen dominieren bei polytraumatisiereten

Patienten knöcherne Verletzungsmuster, die oft mit einem hypovolämischen Schock

vergesellschaftet sind. Da die Sicherung der Vitalfuktionen Vorrang besitzt, wurde bei

den bisherigen Studien das Organsystem Knochen vernachlässigt. Hat der Patient jedoch

erst einmal die kritische prähospitale und perioperative Phase überstanden, hat die

Integrität des Skelettappperates eine überproportionale Bedeutung bezüglich

Rehabilitation, gesellschaftliche Wiedereingliederung und Lebensqualität.

Die Diskussion der Ergebnisse konnte zeigen, wie sehr die Mikrozirkulation, sowohl

periostal als auch kortikal, durch einen akuten hypovolämischen Schocks in

Mitleidenschaft gezogen wird. Damit konnte die oben vertretene These bestätigt

78

werden, dass der Knochen, als vitales Gewebe durch einen hypovolämischen Schock

sehr empfindlich beeinträchtigt wird.

Neben der Verminderung der periostalen Perfusionsparameter kommt es noch deutlicher

auf kortikaler Ebene zu einem Abfall der Meßgrößen Perfusionsgeschwindigkeit

(Reduktion auf 31 % des Ausgangswertes) und Volumendurchsatz (Reduktion auf 28

%). sowie der funktionellen Kapillardichte mit einer Reduktion von 20 % versus 10%

im periostalen Strombett.

Die Problematik zeigt auf, daß neben Akutversorgung des traumatisierten Patienten,

Unfallchirurg und Anästhesist gleichsam gefordert sind, durch

mikrozirkulationsverbessernde Maßnahmen die langfristige Prognose der Patienten zu

optimieren.

Zur Verbesserung der Mikrozirkulation trägt sicherlich eine adäquate bedarfsgerechte

Volumentherapie mit bei. Durch sie wird es möglich, die Wiederherstellung eines

ausreichenden systemischen Perfusionsdruckes zu erreichen und somit den

Pathomechanismus "Schock" zu durchbrechen. Neben Kristalloiden und Kolloidalen

Lösungen sollte eine ausreichende Substitution mit Erythrozytenpräperaten als

Sauerstofftransportmedium gewährleistet sein.

Die gewonnen Forschungsergebnisse decken sich mit Erfahrungen aus dem klinischen

Alltag, wo gewebeschonende, minimalinvasive Operationstechniken mit einer besseren

Knochenheilung vergesellschaftet sind.

Es wäre wünschenswert, darüber hinaus Therapiestrategien zu entwickeln, die sich um

eine Steigerung der Mikrozirkulation des Knochens bemühen und somit die

Heilungserfolge im Fachgebiet der Orthopädie und Traumatologie weiter verbessern

könnten.

79

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7. Danksagung

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Mein besonderer Dank gilt Herrn Privatdozent Dr. H. Richter für die freundliche

Überlassung des Themas und die fachliche Unterstützung bei der Durchführung der mir

gestellten Aufgabe.

Weiter möchte ich mich herzlich bei Herrn Dr. R. Schwille, Herrn Prof. Dr. Forst, sowie

Herrn Prof. Dr. Schwille herzlich für die mir in vielfältigerweise zuteilgewordene Hilfe

bedanken.

Zudem gilt mein Dank der Privatdozentin A. Altendorf-Hofmann und Frau D. Eckert.

8. Lebenslauf

88

Name

Geburtsdatum

Geburtsort

Eltern

Konfession

Familienstand

Staatsangehörigkeit

Schulbildung

Zivildienst

Hochschulstudium

an der Friedrich – Alexander

Universität Erlangen

Nürnberg

Assistenzzeit

Jan Rudolf Sagkob

27.01.1972

Forchheim

Gerold Sagkob, Techniker

Elisabeth Sagkob, Arzthelferin

römisch - katholisch

ledig

Deutsch

1978 – 1982 Grundschule, Forchheim

1982 – 1991 Ehrenbürg–Gymnasium Forchheim

1991- 1992 Pflegedienst in der Chirurgischen

Universitätsklinik

10/1992 – 03/2000 Studium der Humanmedizin

05/1995 Ärztliche Vorprüfung

05/1996 Erster Abschnitt der ärztlichen Prüfung

03/1999 Zweiter Abschnitt der ärztlichen Prüfung

03/1999 Dritter Abschnitt der ärztlichen Prüfung

07/2000 – 01/ 2005 Assistenzarzt an der Klinik

für Anästhesiologie an der Friedrich–Alexander

Universität Erlangen Nürnberg

01/2005 – 06/2006 Assistenzarzt im chirurgisch -

orthopädischen Versorgungszentrum Forchheim

Dres. Bundgaard und Kollegen

Seit 07 / 2005 Assistenz in der Klinik für Innere

Medizin am Waldkrankenhaus St. Marien Erlangen -

Fachbereich Kardiologie

Documents

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