Laktat als Indikator der ischämisch-traumatischen Hirnschädigung

Die zerebrale Ischämie gilt als Hauptursache der sekundären Hirnschädigung nach schwerem Schädel-Hirn Trauma und bestimmt zu wesentlichen Teilen dessen Mortalität. So konnten in einer histopathologischen Untersuchung von Graham et al. an Patienten die an einem schweren Schädel-Hirn Trauma verstarben, in über 90 % der Fälle die Folgen einer zerebralen Ischämie nachgewiesen werden [1].

Eines der wichtigsten Ziele der Intensivüberwachung und -therapie ist daher die Prädiktoren einer zerebralen Ischämie zu erkennen und diese durch gezielte therapeutische Maßnahmen zu vermeiden. Zu diesem Zweck wird an neurotraumatologischen Zentren ein sogenanntes multimodales Neuromonitoring, basierend auf der kontinuierlichen Messung des zerebralen Perfusionsdruckes (CPP), der zerebrovenösen Oxymetrie und der transkraniellen Ultraschalldopplersonographie angewandt[2]. Damit ist es potentiell möglich, eine drohende globale zerebrale Minderperfusion mit dem Risiko der zerebralen Ischämie zu erkennen. Beim Gesunden besteht eine physiologische Koppelung von Hirndurchblutung (CBF) und Sauerstoffverbrauch des Gehirns (CMRO₂ = CBF × AVDO₂). So bedingt eine Abnahme des zerebralen Sauerstoffverbrauches, wie z. B. in Narkose eine proportionale Abnahme der Hirndurchblutung. Die Sauerstoffextraktion des arteriellen Blutes (AVDO₂) bleibt dabei konstant. Bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn Trauma ist diese Koppelung von CBF und CMRO₂ häufig gestört. In dieser Situation ist das Verhältnis CBF / CMRO₂ variabel. Veränderungen der Hirndurchblutung führen demnach zu reziproken Veränderungen der AVDO₂. Bei konstantem CMRO₂ kann daher durch Berechnung der AVDO₂ die Qualität der Hirndurchblutung beurteilt werden [5]. Allerdings haben klinische Studien gezeigt, daß die CMRO₂ bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn Trauma mit begleitender schwerer Ischämie und konsekutiver Infarzierung von Hirnparenchym abfällt [4]. Dies ist am ausgeprägtesten im infarzierten Areal, betrifft aber auch das angrenzende Parenchym und kann sogar die kontralaterale Hemisphäre umfassen [6]. Unter diesen Bedingungen erlaubt die AVDO₂ keine Rückschlüsse mehr auf die Hirndurchblutung.

Unterschreitet das Sauerstoffangebot den Sauerstoffverbrauch des Gehirns kommt es zu einer dramatischen Abnahme energiereicher Phosphate im Hirngewebe und einer gesteigerten anaeroben Glykolyse [7]. Zur Rückgewinnung dabei verbrauchter Reduktionsäquivalente an NAD⁺ wird Pyruvat als eigentliches Endprodukt der Glykolyse zu Laktat reduziert. Der Nachweis einer pathologischen Laktatbildung ist demnach ein Marker für eine manifeste zerebrale Ischämie [8]. Diese Akkumulation von Laktat kann in 3 verschiedenen Kompartimenten gemessen werden. Im Extrazellulärraum, im Liquor, sowie im zerebrovenösen Blut. Für wissenschaftliche Untersuchungen wird die regionale Laktatproduktion mittels eines methodisch sehr aufwendigen Mikrodialyseverfahrens direkt im Extrazellulärraum des Gehirns gemessen. Darüberhinaus kann die Laktatkonzentration im Liquor (z. B. über eine liegende externe Ventrikeldrainage) bestimmt werden. Schließlich wird Laktat aus dem Extrazellulärraum in das Blut aufgenommen. Zerebrovenöses Blut kann relativ einfach durch einen, retrograd über die Vena jugularis interna im Bulbus Venae jugularis plazierten Katheter gewonnen werden. Die jeweilige Laktatkonzentrationsdifferenz aus arteriellem und zerebrovenösem Blut repräsentiert die Laktatfreisetzung aus dem Gehirn.

Literatur

• 1 Graham DI, Ford I, Adams JH, et al. Ischaemic brain damage is still common in fatal nonmissile head injury. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry 1989: 346-350
• 2 Chan KH, Miller JD, Dearden NM, Andrews PJD, et al. The effect of changes in cerebral perfusion pressure upon middle cerebral artery blood flow velocity and jugular bulb venous oxygen saturation after severe brain injury.  J. Neurosurg.. 1992;  77 55-61
• 3 Obrist WD, Langfitt TW, Jaggi JL, et al. Cerebrak blood flow and metabolism in comatose patients with acute head injury: Relationship to intracranial hypertension.  J. Neurosurg.. 1984;  61 241-253
• 4 Robertson CS, Gossman RG, Goodman JC, Raj K, Narayan RK. The predictive value of cerebral anaerobic metabolism with cerebral infarction after head injury.  J. Neurosurg.. 1987;  67 361-368
• 5 Robertson CS, Narayan RK, Gokaslan ZL, Pahwa R, Gossman RG, Caram P, Allen E. Cerebral arteriovenous oxygen difference as an estimate of cerebral blood flow in comatose patients.   J. Neurosurg.. 1989;  70 222-230
• 6 Lenzi GL, Frackowiak RS, Jones T. Cerebral oxygen metabolism and blood flow in human cerebral ischemic infarction.  J. Cereb. Blood Flow Metab.. 1982;  2 321-335
• 7 Yang MS, Dewitt DS, Becker DP, et al. Regional brain metabolic levels following mild experimental head injury in the cat.  J. Neurosurg.. 1985;  63 617-623
• 8 Frerics KU, Lindsberg PJ, Hallenbeck JM, Feuerstein GZ. Increased cerebral lactate output to cerebral venous blood after forebrain ischemia in rats.  Stroke. 1990;  21 614-617
• 9 Landolt H, Langemann H, Mendelowitsch A, Gratzl O. Neurochemical monitoring and on line pH measurements using brain microdialysis in patients in intensive care.  Acta Neurochir. Suppl.. 1994;  Suppl. 60 475-478
• 10 Maramarou A. Intracellular acidosis in human and experimental head injury.   J. Neurotrauma. 1992;  Suppl. 9 s551-562
• 11 Katayama Y, Kawamata T, Kano T, Tsubokawa T. Excitatory amino acid antagonist administered via icrodialysis attenuates lactatae accumulation during cerebral ischemia and subsequent hippocampal damage.  Brain Res.. 1993;  584 329-333
• 12 Kawamata T, Katayama Y, Hovda DA, et al.. Administration of excitatory aminoacid antagonists via microdialysis attenuates the increase in glucose utilisation following concussive brain injury.  J. Cereb. Blood Flow Metab.. 1992;  12 12-24
• 13 Kawamata T, Katayama Y, Hovda DA, et al. Lactate accumulation following concussive brain injury : the role of ionic fluxes induced by excitatory amino acids.  Brain Res.. 1995;  674 196-204
• 14 Inao S, Marmarou A, et al. Production and clearance of lactate from brain tissue, cerebrospinal fluid , and serum following experimental brain injury.   J. Neurosurg.. 1988;  69 736-744
• 15 Nilsson P, Hillered L, Ponten U, Ungerstedt U. Changes in cortical extracellular levels of energy-related metabolites and amino acids following concussive brain injury in rats.  J. Cereb Blood Flow Metab.. 1990;  10 631-637
• 16 De Salles A, Kontos HA, Becker DP, et al. Prognostic significance of ventricular CSF lactic acidosis in severe head injury.  J. Neurosurg.. 1986;  65 615-624
• 17 Oldendorf WH. Blood brain barrier permeability to lactate.  Eur. Neurol.. 1971;  6 49-55
• 18 Zimmer R, Lang R. Rates of lactic acid permeation and utilization in the isolated dog brain.  Am. J. Physiol.. 1975;  229 432-437
• 19 Frerics KU, Lindsberg PJ, Hallenbeck JM, Feuerstein GZ. Increased cerebral lactate output to cerebral venous blood after forebrain ischemia in rats.  Stroke. 1990;  21 614-617
• 20 Cruz J, Hoffstad OJ, Jaggi JL, et al. Cerebral lactate oxygen index in acute brain injury with acute anemia: Assessment of false versus true ischemia.  Crit. Care Med.. 1994;  22 1465-1470
• 21 Biedler A, Mertzlufft F. Die Messung der Laktatkonzentration mit Elektroden.  AINS. 1995;  Suppl. 30 S24-S26
• 22 Metz CH, Holzschuh M, Bein T, et al. Moderate hypothermia in patients with severe head injury: cerebral and extracerebral effects.   J. Neurosurg. 85. 1996;  85 533-541
• 23 Andrews PJD, Murugavel S, Deehan S. Conventional multimodality monitoring and failure to detect ischemic cerebral blood flow.  J. Neurosurg. Anaesth.. 1996;  8 220-226
• 24 Stocchetti N, Paparella A, Bridelli F, et al. Cerebral venous oxygen saturation studied with bilateral samples in the internal jugular veins.   Neurosurg.. 1994;  34 38-44
• 25 Fisher M, Hossman K-A. No reflow after cardiac arrest.  Intens. Care Med.. 1995;  21 131-141