Extrakorporaler Kreislauf und künstliche Unterkühlung

Zusammenfassung

Die Erweiterung operativer Eingriffe ist unter anderem begrenzt durch den Mindestsauerstoffbedarf der Zellen. Besonders in der Herz- und Hirnchirurgie sind temporäre Unterbrechungen der Blutzirkulation nur für kürzeste Zeiträume (3—4 Minuten) ohne Schäden tragbar. Versuche, diese Grenzen zu erweitern, haben zu zwei Verfahren geführt:

1. zur Umgehung des körpereigenen kleinen Kreislaufs mit einem extrakorporalen Herz-Lungen-System und

2. zur Senkung des Sauerstoffbedarfs der Zellen durch Unterkühlung des Organismus.

Auf Anregung und mit Unterstützung von Gütgemann habe ich an der Chirurgischen Universitätsklinik Bonn versucht, unsere bisherigen Kenntnisse über den extrakorporalen Herz-Lungen-Kreislauf und die künstliche Unterkühlung zu erweitern, insbesondere die nur wenig oder gar nicht erforschte Gerinnungsphysiologie, Blutchemie, Hämodynamik und pathologische Histologie bei Anwendung der genannten Verfahren zu studieren.

Die eigenen tierexperimentellen Arbeiten erstreckten sich

1. auf Untersuchungen mit dem extrakorporalen Herz-Lungen-Kreislauf und

2. auf Studien bei der Anwendung der künstlichen Unterkühlung.

Bei der Auswertung der Ergebnisse zeigt sich, daß die Problematik bei dem extrakorporalen Herz-Lungen-System in der Steuerung der Blutgerinnung und der Verträglichkeit für den peripheren, Kreislauf liegt. Eine eigene Maschine zur künstlichen extrakorporalen Blutkühlung und Arterialisation des Blutes wurde entwickelt und ihre Arbeitsweise erläutert.

Für die therapeutische Anwendung der künstlichen Unterkühlung kommen nur bestimmte Temperaturbereiche in Frage. Die „kritische Phase” von ca. + 35 bis + 30 Grad Celsius ist äußerst gefährlich, sie darf nicht benutzt werden und muß bei Tiefkühlung (Senkung der Körpertemperatur auf + 25 bis + 30 Grad Celsius) schnell durchschritten werden. Als beste Unterkühlungsmethode eignet sich nach unseren bisherigen Erfahrungen (und nach jüngsten Berichten anderer Untersucher) die extrakorporale Blutkühlung unter flacher Narkose und tiefer Ganglienblockade.

Mit dieser Methode und gleichzeitiger künstlicher Durchströmung des großen Kreislaufs ist es heute möglich, das Herz von Versuchstieren zu eröffnen und am blutleeren Herzen zu operieren. Es liegen auch bereits erste Erfahrungen über derartige Eingriffe am Menschen vor. Zur sicheren Anwendung bedarf es noch weiterer sorgfältiger Untersuchungen der stoffwechselphysiologischen, blutchemischen, hämodynaniischen, histopathologischen Folgen der künstlichen Unterkühlung und Durchströmung des Organismus, über die von uns noch an andere Stelle berichtet werden soll.

Summary

The possibility of extended operations is limited inter alia by the minimum of oxygen requirements of the cells. Particularly in heart and brain surgery, a temporary interruption of blood circulation, without causing serious damage, is possible only for very short periods (3—4 minutes). The attempts to overcome this limitation have led to two new methods: 1. Elimination of the body lesser circulation by means of an extracorporeal heart-lung system; 2. Lowering of the oxygen requirements of the cells by the application of lower temperatures. Acting on suggestions of Gütgemann and with his assistance I have tried, in the surgical department of the University Hospital Bonn, to enlarge our present knowledge of the extracorporeal heart-lung circulation and of artificially produced hypothermia, and in particular to study the almost unexplored fields of coagulation physiology, blood chemistry, haemodynamics and pathological histology in their relation to the above-mentioned processes. My own animal experiments covered: 1. Research into the extracorporeal heart-lung circulation, and 2. studies on the application of lower temperatures. Evaluation of the results obtained made it clear that the chief problems arising from the extracorporeal heart-lung system are the control of blood coagulation, and compatibility as regards the peripheral circulation. A special machine has been developed for extracorporeal refrigeration and arterialisation of the blood. Its operation is described. For the therapeutical application of hypothermia certain temperature ranges are of primary importance. The “critical phase” between approx. 35 and 30 ^°C (95 and 86 ^°F) is extremely dangerous and must not be used; it must be passed as quickly as possible when low body temperatures (25 to 30 ^°C; 77 to 86 ^°F) are used. According to our own experiences (which are confirmed by the latest reports of other investigators) the best refrigeration method is extracorporeal cooling of the blood with light anaesthesia and deep blockade of the ganglia. With the help of this method and simultaneous artificial systemic circulation it is now possible to open the heart of test animals and to operate on the blood-drained heart. The first data are now available on results obtained in surgical practice, too. Before the new method can be regarded as safe and reliable, additional careful investigations are necessary into the metabolophysiological, haemochemical, haemodynamic and histopathological consequences of artificially produced hypothermia and circulation, on which we shall report in another article.

Resumen

Circulación extracorpórea y refrigeración artificial Resultados experimentales y posibilidades de aplicación práctica

La practicabilidad de las intervenciones quirúrigcas está limitada, entre otras cosas, por las necesidades básales de oxígeno de las células. Singularmente en la cirugía cerebral y en la cirugía cardiaca, la interrupción de la circulación sanguínea sin determinar lesiones es sólo practicable durante muy corto tiempo (3—4 minutos). Las investigaciones para ampliar estos límites han seguido dos direcciones: 1. - Sustituyendo el círculo menor del paciente con un sistema corazón-pulmón extracorpóreo. 2. - Disminuyendo las necesidades de oxígeno de las células mediante refrigeración del organismo. Siguiendo las indicaciones de Gütgemann y con su ayuda, el autor ha intentado, en la Clínica Quirúrgica de Bonn, ampliar nuestros conocimientos actuales acerca de la circulación corazón-pulmón extracorpórea y de la refrigeración artificial, estudiando singularmente los aspectos apenas abordados hasta hoy de la fisiología de la coagulación y el quimismo sanguíneos, la hemodinámica y la histología patológica tras del empleo de estos procederes. Los trabajos de experimentación animal del autor comprenden: 1. - Investigaciones con la circulación corazón-pulmón extracorpórea. 2. - Estudios sobre la aplicación de la refrigeración artificial. Para valorar los resultados se indica que todo el problema de la circulación corazón-pulmón extracorpórea consiste en el control de la coagulación de la sangre y en la compatibilidad con la circulación periférica. Se explica el funcionamiento de un aparato de propia construcción para la refrigeración y arterialización extracorpóreas de la sangre. Para la aplicación terapéutica de la refrigeración artificial debe emplearse sólo determinadas temperaturas. La “fase crítica” de + 35^° a + 30^° aproximadamente es extraordinariamente peligrosa, no se debe permanecer en ella y cuando se hace una refrigeración a más baja temperatura (+ 30^° a + 25^°) se la debe pasar muy rapidamente. Según la experiencia del autor y los resultados hasta ahora comunicados por otros autores, el mejor método de refrigeración es la refrigeración extracorpórea de la sangre bajo narcosis superficial y bloqueo ganglionar intenso. Con este método y circulación artificial simultánea para la circulación mayor, hoy es posible abrir el corazón de los animales de experimentación y operar “en seco” sobre él. Se tiene ya experiencia de tales intervenciones llevadas a cabo en el hombre. Para tener seguridad en ellas se necesitan todavía cuidadosas investigaciones sobre las consecuencias de la refrigeración y circulación artificiales en la fisiología del recambio, del quimismo sanguíneo, de la hemodinámica y de la histopatología, sobre las cuales hemos hecho ya referencia en otra ocasión.