Die Intensivmedizin
Autoren
Karl L. Kiening und Asita Simone Sarrafzadeh

Zerebrales und neurophysiologisches Monitoring

Eine zerebrale Hypoxie bzw. Ischämie, z. B. durch arterielle Hypoxämie, Blutdruckabfall oder intrakranielle Drucksteigerung, erhöht bei zerebral geschädigten Patienten das Risiko sekundärer Hirnschäden und verschlechtert dadurch das klinische Ergebnis oder Outcome.
In den letzten Jahren hat sich das Spektrum der Methoden zur Beurteilung der zerebralen Situation bei intensivpflichtigen bewusstseinsgetrübten oder intubierten und beatmeten neurologisch-neurochirurgischen Patienten erheblich erweitert. Neben dem Monitoring des intrakraniellen Drucks (ICP) und des zerebralen Perfusionsdrucks (CPP) gibt es mittlerweile etablierte Verfahren zur kontinuierlichen Messung der zerebralen Oxygenierung, des zerebralen Metabolismus sowie des regionalen zerebralen Blutflusses.
Oberstes Ziel des zerebralen Monitorings ist es, Phasen zerebraler Hypoxie oder Ischämie möglichst früh lückenlos zu erkennen und ihre Therapie zu überwachen.

Zerebrales Basismonitoring: intrakranieller Druck, zerebraler Perfusionsdruck

In einer ersten Annäherung an das diagnostische Problem der zerebralen Minderdurchblutung wurde zunächst als Messparameter der intrakranielle Druck (ICP) und später der zerebrale Perfusionsdruck (CPP) – die Differenz von mittlerem arteriellen Blutdruck und ICP – verwendet (Lundberg et al. 1965; Rosner und Daughton 1990). Der Einfluss von pathologischem ICP und CPP auf das klinische Outcome ist unstrittig. Die Einführung von interventionsbedürftigen Grenzwerten der beiden Druckgrößen (ICP >20 mm Hg; CPP <50 mm Hg) und ihre Behandlung führten zu einer Optimierung der Intensivtherapie, sodass beide Parameter heute die Grundlage des zerebralen Intensivmonitorings darstellen.
Allgemein gelten folgende interventionspflichtigen Grenzwerte
  • Intrakranieller Druck (ICP): >20 mm Hg
  • Zerebraler Perfusionsdruck (CPP): <50 mm Hg
Die Einhaltung der oben genannten Druckgrenzen garantiert aber per se nicht einen adäquaten zerebralen Blutfluss (CBF) bzw. eine ausreichende zerebrale Oxygenierung. Diese diagnostische Einschränkung wird besonders im Falle einer überschießenden zerebralen Vasokonstriktion, wie sie z. B. bei der Hyperventilationstherapie oder im Rahmen eines zerebralen Vasospasmus nach Subarachnoidalblutung auftreten kann, deutlich. Hierunter kommt es oftmals, trotz „normaler“ ICP- und CPP-Werte, zur zerebralen Hypoxie/Ischämie, sodass eine Online-Überwachung weiterer zerebraler Parameter wie z. B. der zerebralen Oxygenierung wünschenswert ist.

Monitoring der zerebralen Oxygenierung

Das Gehirn ist hinsichtlich einer drohenden O2-Minderversorgung besonders gefährdet, da es einerseits einen hohen O2-Verbrauch, andererseits keine nennenswerten O2-bzw. ATP-Speicher aufweist und auf einen vorwiegend aeroben Stoffwechsel zurückgreifen muss. Wie oben erwähnt, ist ein reines zerebrales „Druckmonitoring“ (ICP, CPP) oftmals ungenügend und bedarf der Ergänzung. Für ein Monitoring der zerebralen Oxygenierung stehen grundsätzlich drei gänzlich unterschiedliche Verfahren zur Verfügung, die im Folgenden näher erläutert werden.

Jugularvenöse Oxymetrie

Einen Meilenstein in der Entwicklung des Monitorings entsprechender Parameter stellt die kontinuierliche Messung der O2-Sättigung im Bulbus der V. jugularis interna (SjvO2) über fiberoptischer Katheter dar (Cruz et al. 1990). Die theoretischen Voraussetzungen für die Gültigkeit dieses Messverfahrens zur Beurteilung der zerebralen O2-Versorgung und des zerebralen O2-Umsatzes (CMRO2) liegen in den engen Beziehungen von CMRO2, arteriojugularvenöser O2-Differenz, O2-Konzentration im arteriellen und jugularvenösen Blut bzw. zerebralen Blutfluss (CBF) begründet, wie sie in der Fick´schen Gleichung und ihren Umformungen beschrieben werden. Durch Messung der SjvO2 können Aussagen über die globale zerebrale Oxygenierung, das Verhältnis von CBF zu CMRO 2 sowie den CBF, unter Annahme einer konstanten CMRO2, getroffen werden.

Messprinzip

Oxymetriekatheter – retrograd über die V. jugularis interna bis zur Schädelbasis vorgeschoben – benutzen Licht ausgewählter Wellenlängen aus dem Rot- und Nahe-Infrarotspektrum. Dabei wird die Lichtintensität des am Hämoglobin des Erythrozyten reflektierten Lichtanteils gemessen. Die O2-Sättigung wird dann aus der Lichtabsorption des Hämoglobinmoleküls vom Computer errechnet.

Indikationen

Ein SjvO2-Monitoring sollte, als invasive Monitoringmethode, Patienten vorbehalten sein, die einem signifikanten Risiko einer zerebralen Hypoxie bzw. Ischämie unterliegen. Dies ist bei allen bewusstlosen Patienten v. a. unter den folgenden Bedingungen der Fall:
  • zerebraler „Vasospasmus“,
  • Hyperventilationstherapie,
  • eingeschränkte bzw. aufgehobene zerebrale Autoregulation,
  • pulmonale Gasaustauschstörung,
  • Hypermetabolismus (Fieber, zerebraler Krampfanfall),
  • Blutverlust.

Aussagefähigkeit im Rahmen des Intensivmonitorings

Bei der SjvO2 können 3 Messbereiche definiert werden. Der Normalbereich erstreckt sich von 54–75 %. Werte <50 % werden als Desaturation (Schneider et al. 1998) und Werte >75 % als Hyperämie bezeichnet, die „relativ“ (normaler CBF bei reduzierter CMRO2) oder „absolut“ (erhöhter CBF bei normaler CMRO2) sein kann (Tab. 1).
Tab. 1
Einteilung jugularvenöser Oxymetrieergebnisse
Bereich
SjvO2
Normalbereich
54–75 %
Desaturation
<50 %
Hyperämie
>75 %
Klinisch und wissenschaftlich besonders wertvoll geworden ist die SjvO2-Messung durch die Beschreibung sog. Desaturationsepisoden, die das klinische Outcome ungünstig beeinflussen (Schneider et al. 1998). Eine Desaturationsepisode ist definiert als eine über mindestens 15 min anhaltende Reduktion der SjvO2 auf <50 %. Derartige Episoden beeinflussen kumulativ die Mortalität und Morbidität nach schwerem Schädel-Hirn-Trauma und treten während der Akutphase in einem entsprechenden Kollektiv bei etwa 40 % aller Patienten mindestens einmal auf (Schneider et al. 1998).
Das SjvO2-Monitoring eignet sich ferner zur Bestimmung des optimalen CPP und zur Überwachung hirndrucksenkender Maßnahmen, speziell bei kontrollierter Hyperventilation.
Einschränkungen der Aussagekraft der SjvO2 bestehen v. a. hinsichtlich der Identifizierung regionaler hypoxischer Areale, da die Methode als globales Verfahren zur Erfassung der zerebralen Oxygenierung angesehen wird.

Kontraindikationen

Kontraindikationen für die SjvO2-Messung sind hämorrhagische Diathese, vorbestehende Infektionen des Punktionsorts, instabile Verletzungen der Halswirbelsäule und jede Art der zerebrovenösen Abflussbehinderung (z. B. Sinusvenenthrombose). Die Katheterisierung bei einem gleichzeitigen Tracheostoma stellt wegen der erhöhten Infektionsgefahr eine relative Kontraindikation dar. Die Anwendung der Methode bei Kindern (<14. Lebensjahr) ist problematisch, da hierzu keine ausreichend gesicherten Daten vorliegen und im Übrigen nur unzureichende Kenntnisse hinsichtlich der Normalwerte von ICP, CPP, CBF und SjvO2 existieren.

Artefakte

Bei Lichtintensitätsverlust liegt eine Katheterobstruktion vor, bei zu hoher Lichtintensität liegt der Katheter der Gefäßwand an. Der unter physiologischen Bedingungen kleine Anteil von Beimischungen extrakraniellen Blutes kann unter pathologischen Bedingungen erheblich zunehmen. Dies wurde wiederholt während Phasen der zerebralen „Einklemmung“ gezeigt. Hier findet sich, nach einem deutlichen Abfall der SjvO2, ein Anstieg der Messwerte, da nun vermehrt extrakranielles Blut retrograd in den Bulbus fließt.
Kann der Katheter sich in der Vene „aufwickeln“, kommt es zu sog. spontanen Wellen der Messwerte. Eine Röntgenkontrolle sichert die Diagnose und erfordert die Lagekorrektur bzw. die Entfernung des Katheters.

Stellenwert im Rahmen des Intensivmonitorings

Trotz des wissenschaftlich gesicherten Nutzens ist die SjvO2 in der praktischen Anwendung v. a. wegen der ihr anhaftenden vielfältigen Probleme (hoher zeitlicher und personeller Aufwand bei hoher Artefaktanfälligkeit) vom Monitoring des regionalen Hirngewebe-pO2 (ptiO2) weitgehend verdrängt worden.
So beträgt die Datenqualität auch in Zentren mit großer Erfahrung allenfalls 55–60 % zuverlässiger Messwerte. Ein weiterer, wesentlicher Nachteil der Methode liegt in ihrer relativen kurzen medianen Anwendungszeit von 2–4 Tagen, wenn auf einen Katheterwechsel über die liegende Schleuse (Infektionsgefahr!) bzw. auf eine Neupunktion verzichtet wird. Stabile Messungen bis zu 10 Tagen, z. B. nach Trauma, wären aber bei komplizierten Krankheitsverläufen wünschenswert. Abb. 1 zeigt einen Algorithmus zur Überwachung der globalen zerebralen Oxygenierung unter SjvO2-Monitoring (nach van Santbrink et al. 1996).

Komplikationen

Von Seiten der möglichen Komplikationen kann das SjvO2-Monitoring als sicher angesehen werden. Eine Jugularvenenthrombose gilt zwar als potenzielles Risiko, ist aber äußerst selten und, sofern einseitig, ohne klinische Relevanz. Goetting und Preston (1990) sahen bei 123 Patienten mit SjvO2-Katheter keine Thrombose. Akzidentelle Punktionen des Subarachnoidalraums sind vereinzelt beschrieben worden. Eine versehentliche Punktion der A. carotis liegt in der Häufigkeit bei ca. 3 %.

Nahe-Infrarot-Spektroskopie

Die Nahe-Infrarot-Spektroskopie (NIRS) ist, im Gegensatz zur jugularvenösen Oxymetrie und zur Messung des Hirngewebe-pO2 (ptiO2), eine nichtinvasive Methode zur Überwachung der zerebralen O2-Versorgung und -Utilistation und wäre somit das Monitoring der Wahl bei neurochirurgischen Intensivpatienten.
Die Entwicklung entsprechender Geräte begann 1977, als Jöbsis die relativ gute Nahe-Infrarot-Lichtdurchlässigkeit von biologischen Geweben im Bereich einiger Zentimeter, speziell von Haut, Galea, Schädelknochen, Hirnhäuten und Verdacht auf Hirnparenchym, zeigen konnte (Jöbsis 1977). Das Licht wird dabei gestreut, teils absorbiert, teils übertragen sowie partiell reflektiert.
Im Nahe-Infrarot-Wellenlängenbereich (650–1100 nm) besitzen die drei Chromophoren oxygeniertes Hämoglobin, desoxygeniertes Hämoglobin und oxydierte Zytochromoxydase aa3 , das letzte Enzym der mitochondrialen Atmungskette, O2-abhängige spezifische Absorptionsmaxima. Dadurch eröffnet sich, unter Anwendung des Lambert-Beer-Gesetzes, die theoretische Möglichkeit eines zerebralen O2-Monitorings bis hin zur mitochondrialen Ebene.
Neben den eingangs erwähnten Parametern können abgeleitete Größen, wie das Gesamthämoglobin oder die regionale O2-Sättigung (SrO2), die das Verhältnis des oxygenierten Hämoglobins zum Gesamthämoglobin in Prozent anzeigt, dargestellt werden. Ferner kann die Veränderung der optischen Dichte von linker zu rechter Hemisphäre einen Hinweis auf sekundär entstehende intra- oder extrazerebrale Hämatome geben (Gopinath et al. 1993).
Von ca. 10 Firmen, die initial mit der Entwicklung von NIRS-Reflexionsgeräten begannen, sind wenige bis zur ersten klinischen Erprobung gelangt. Die meisten Gerätetypen wurden aufgrund gravierender Mängel hinsichtlich Spezifität, Sensitivität und Reliabilität bereits wieder vom Markt genommen. Mittlerweile sind neue Geräte und Sonden in Erprobung.

Artefaktverhalten und -erkennung

Ein generelles Problem bei der Validierung von NIRS-Systemen besteht darin, dass NIRS-Daten mit keiner anderen Untersuchungstechnik am lebenden Menschen überprüft werden können. Darüber hinaus enthält die NIRS-Technologie eine Reihe von Fehlerquellen, die einerseits methodisch, andererseits rein praktisch bedingt sind.
Methodische Schwierigkeiten
Folgende methodische Schwierigkeiten sind besonders zu erwähnen:
  • Eine fehlende Nullpunktkalibration bei der Reflexionsmethode verhindert quantitative Messungen. Kritische Abfälle, z. B. des zerebralen Oxyhämoglobins, können folglich nicht erfasst werden.
  • Das genaue mit NIRS erfasste Gewebevolumen ist unbekannt, ebenso wie die prozentuale Verteilung von venösem, arteriellem und kapillärem Blut im unbekannten Messvolumen.
  • Die für den „normalen“ Erwachsenenschädel entwickelten Algorithmen zur Elimination der Signale extrakraniellen Blutes treffen nur auf die wenigsten Patienten zu und sind, z. B. bei einem Kopfschwartenhämatom (traumatisch bzw. postoperativ) durch die Größenzunahme des extrakraniellen Kompartiments sicher nicht mehr korrekt. Gleiches gilt, wenn zusätzliche Medien in den Strahlengang treten (z. B. Wasser bei Schweißbildung auf der Haut, subdurale/epidurale Hämatome etc.).
  • Das Problem der Messwertveränderung durch extrazerebrales Blut ist ungelöst.
Praktische Probleme bei Anwendung
Zusätzlich gibt es praktische Probleme bei der NIRS-Anwendung, v. a. beim Langzeitmonitoring auf der Intensivstation, wie es zur Aufdeckung hypoxisch-ischämischer Episoden gefordert werden muss. Hierzu gehören:
  • Bewegungsartefakte,
  • Sensorlage mit Kontakt zum Sinus frontalis,
  • mangelnde Abschirmung von Umgebungslicht,
  • Lufteinschlüsse zwischen Sensor und Haut,
  • postoperatives Kopfschwartenhämatom.

Indikationen

Aufgrund der genannten Probleme ergibt sich derzeit, außerhalb der rein klinisch-experimentellen Anwendung, keine Indikation für ein Monitoring beim jugendlichen oder erwachsenen neurochirurgischen Intensivpatienten. Für ein zuverlässiges Monitoring der zerebralen Oxygenierung sind Systeme für die zerebrovenöse Oxymetrie bzw. Hirngewebe-pO2-Messung (ptiO2) vorzuziehen.

Hirngewebe-pO2

Die kontinuierliche Messung des Hirngewebe-O2-Partialdrucks (ptiO2) beim Menschen ist ein invasives Verfahren zur Überwachung der zerebralen Oxygenierung. Über eine Bohrlochschraube wird ein pO2-Messkatheter in das Hirnparenchym (typischerweise in die weiße Substanz) eingeführt. Der Messwert wird an dem angeschlossenen Monitor in mm Hg angegeben.
Haupteinsatzgebiet ist die Überwachung der zerebralen Oxygenierung bei Patienten nach schwerem Schädel-Hirn-Trauma (Vajkoczy et al. 2000). Auch Patienten nach Subarachnoidalblutung und/oder Hirninfarkten, bei denen die Indikation für eine intrakranielle Drucküberwachung gestellt wird, können von einer Hirngewebe-pO2-Messung profitieren.

Messprinzip

Bei dem „derzeitigen Goldstand“ (Licox, Fa. Integra Neuroscience) wird die sog. Clark-Elektrode verwendet, die polarographisch den pO2 erfasst. Mittlerweile steht ein weiteres System, das nach dem Prinzip des sog. „oxygen quenching“ arbeitet (Neurovent-PTO, Fa. Raumedics), zur Verfügung. Die Messwerte scheinen bei den beiden Sondensystemen etwas unterschiedlich zu sein (Dengler et al. 2011).

Lage des Hirn-ptiO2-Katheters

Für die Interpretation der Hirngewebe-pO2-Messwerte ist die Lage des pO2-Mikrosensors im Verhältnis zur Läsion und Anatomie (weiße Substanz, graue Substanz) entscheidend.
Zur Überwachung der zerebralen Oxygenierung wird der Mikrosensor in der weißen Substanz positioniert. Will man den ptiO2 als Surrogat für die globale zerebrale Sauerstoffsituation verwenden, sollte der Katheter im vitalen Hirngewebe platziert werden. In. einer Kontusion oder in ihrer unmittelbaren Umgebung ist z. B. der ptiO2 erniedrigt und die O2-Reaktivität (pO2-Anstieg bei Erhöhung der F1O2) deutlich herabgesetzt – ein Hinweis darauf, dass geschädigtes bzw. nekrotisches Gewebe vorliegt und die Messwerte dann nur repräsentativ für die lokale Pathologie sind (Kiening et al. 1998).
Der überwiegende Anteil der Anwender bevorzugt für die Anlage des pO2-Katheters die typische rechts oder links frontale, präkoronare Insertionsstelle, wobei man versucht, in die Nähe des pathologischen Befundes zu gelangen, um einen besseren Überblick über die aktuellen Veränderungen im gefährdeten Gewebe zu bekommen. Die Dauer des Eingriffes, der auch bettseitig auf der Intensivstation durchgeführt werden kann, beträgt ca. 15 min.

Zerebrale Hypoxie

Der theoretische Normalwert des mittleren ptiO2 in der weißen Substanz wird mit ca. 21 mm Hg angegeben; er steigt nach kortikal bis auf arterielle Werte an. Daher ist zur Interpretation der ptiO2-Werte die korrekte Lage des Katheters zu kontrollieren. Als kritischer ptiO2 wird ein Abfall auf <10–15 mm Hg beschrieben, als „hypoxische Episode“ ein ptiO2 von <10 mm Hg, analog den sog. „Desaturationsepisoden“ (SjvO2 < 50 %). Vergleichsmessungen mit der Bulbusoxymetrie zeigen im standardisierten Versuch ein paralleles Messverhalten der beiden Oxygenierungsparameter sowie eine gute Reagibilität des ptiO2-Katheters hinsichtlich eines kritischen CPP-Abfalls (Kiening et al. 1997).

Therapie eines erniedrigten ptiO2

Die zerebrale Gewebeoxygenierung wird hauptsächlich von der Hirndurchblutung (CBF) und dem arteriellen O2-Gehalt bestimmt (Jaeger et al. 2005). Ist der CBF normal (oberhalb eines Ischämieschwellenwerts) und der paO2 > 100 mm Hg, bei einem Hb-Wert von >10 g/dl, sollte die Gewebeoxygenierung ausreichend sein, d. h. der ptiO2 in der weißen Substanz 20–30 mm Hg betragen.
Häufigste Ursache für einen Abfall des ptiO2 ist ein unzureichender CBF, verursacht durch intrakranielle Druckerhöhung, Blutdruckabfall oder durch Hypokapnie bei Hyperventilationstherapie (Abb. 2; Schmutzhard und Rabinstein).
Ähnlich dem für die SjvO2 dargestellten Algorithmus (Abb. 1) sollten die möglichen Ursachen des ptiO2-Abfalls untersucht werden.
Häufige Ursachen eines Hirngewebe-pO2-Abfalls
  • CPP- bzw. CBF-Abfall
  • Kritisch verminderter paCO2 (z. B. bei Hyperventilation)
  • Zerebraler Vasospasmus
Nach Ausschluss einer Katheterfehlmessung/-fehllage (CCT) oder Positionierung in einer Blutung (niedriger pO2) sollten als Ursachen eines pO2-Abfalls an erster Stelle ein erniedrigter CPP sowie eine zu starke Hyperventilation (paCO2 < 30–35 mm Hg) ausgeschlossen werden. Inwiefern eine Erhöhung des Hirngewebe-pO2 über eine Erhöhung der FiO2 sinnvoll ist, wird derzeit noch kontrovers diskutiert. Theoretisch ist bei ausreichendem arteriellem paO2 (>100 mm Hg) von einer weiteren FiO2-Erhöhung keine wesentliche Steigerung der transportierten Sauerstoffmenge zu erwarten, wohl aber eine verlängerte Sauerstoffdiffusionsstrecke von der Kapillare weg, wodurch insbesondere in Bereichen mit kritisch niedrigem CBF die O2-Versorgung verbessert wird.

Komplikationen, Vor- und Nachteile

Bisher sind im Zusammenhang mit der Platzierung von ptiO2-Kathetern keine Komplikationen berichtet worden (Meixensberger et al. 1997; Vajkoczy et al. 2000). Offensichtlich ist das Risiko einer Infektion bzw. Blutung deutlich niedriger als bei der Anlage einer externen Ventrikeldrainage (hier: Infektion 2–10 %, Blutung 1–2 %). Im Vergleich mit der SjvO2 erhält man wesentlich stabilere Messwerte über einen langen Zeitraum.
Der Hirngewebe-pO2-Katheter kann nur invasiv über ein Bohrloch eingebracht werden; die Messung erfolgt lokal/regional.
Der Katheter muss von einem erfahrenen Neurochirurgen platziert werden, der mögliche Komplikationen (z. B. subdurale/intraparenchymale Blutung) behandeln kann.

Kontinuierliche, quantitative Messung des zerebralen Blutflusses

Seit Anfang 2000 ist die kontinuierliche und quantitative Bestimmung des zerebralen Blutflusses (CBF) technisch umgesetzt worden (Bowman Perfusion Monitor, Fa. Hemedex) (Vajkoczy et al. 2003). Ähnlich wie beim ptiO2 handelt sich auch hier um einen Mikrokatheter, der lokal/regional den CBF durch Thermodiffusionsflussmessung (rCBFTD) online und quantitativ erfassen kann. Als kritischer Grenzwert eines ungenügenden rCBFTD wird 18 ml/100 g/min angegeben (Unterberg et al. 1997).
Vergleichsmessungen von rCBFTD mit „stable xenon-enhanced“ CT (sXe-rCBF) zeigten eine gute Korrelation beider Parameter im Bland-Altman–Diagramm (mittlere Differenz:1,1 ± 5,2 ml/100 g/min) (Vajkoczy et al. 2003).
Nach den Ergebnissen einer kleinen klinischen Kohortenstudie (n = 14) scheint der rCBFTD in der Vasospasmusdiagnostik deutlich besser abzuschneiden als die transkranielle Doppler-Sonographie, sofern der Katheter im entsprechenden Gefäßterritorium platziert wird. Bei einem rCBFTD von <15 ml/100 g/min konnten 100 % aller Vasospasmen diagnostiziert werden (Sensitivität), bei einer akzeptablen Falsch-positiv-Rate von 30 % (Unterberg et al. 1997).
In der praktischen Anwendung kritisch zu bewerten ist allerdings der Umstand, dass nach der automatisch und stündlich erfolgenden Eichung des Systems offenbar erhebliche Drifts auftreten, die die Interpretation der Daten erschweren. Bei Vorliegen von Fieber ist das CBF-Monitoring oftmals nicht möglich, da dann die Heizeletrode aus Sicherheitsgründen abschaltet (Jaeger et al. 2005).

Zerebrale Mikrodialyse

Die Mikrodialyse ermöglicht die Messung von Substanzen im Extrazellulärraum verschiedener Gewebe. Mit der Methode können bereits seit vielen Jahren im tierexperimentellen Bereich metabolische Vorgänge untersucht werden, wie sie z. B. typisch für die Entwicklung des sekundären Hirnschadens sind. Untersuchungen mit der zerebralen Mikrodialyse bei Patienten werden erst seit der Entwicklung geeigneter Mikrodialysekatheter (Beginn der 1990er-Jahre) durchgeführt (Sheinberg et al. 1992; Woodman und Roberstoan 1996). Mittlerweile steht ein Analysegerät zu Verfügung, das verschiedene Substanzen messen und in graphischer Form als Trendkurven darstellen kann (Abb. 3).
Dieses bettseitige Mikrodialysegerät steht üblicherweise auf der Intensivstation und ermöglicht eine nahezu kontinuierliche (z. B. stündliche) Messung von Substanzen des Gehirnstoffwechsels (Glukose, Pyruvat, Laktat), des exzitatorischen Neurotransmitters Glutamat sowie des Glyzerols als Marker der zerebralen Zellmembranstabilität (Tab. 2). Bei Bedarf ist die Messung weiterer Substanzen, z. B. Inflammationsmarker, offline sowie der Metabolite von mehreren Patienten gleichzeitig möglich.
Tab. 2
Bettseitige Mikrodialyse. Wichtigste derzeit mit der bettseitigen Mikrodialyse erfassbare Parameter sowie ihre Interpretation
Parameter
Interpretation
Glukose
Energiesubstrat für die Gehirnzellen
Pyruvat
Metabolit von Glukose
Laktat
Metabolit von Glukose; wird bei O2-Mangel vermehrt gebildet
Laktat/Pyruvat-Quotient
Indikator für aerobe/anaerobe Stoffwechsellage
Glutamat
Exzitatorischer Neurotransmitter, wird z. B. bei Ischämie freigesetzt, wirkt zytotoxisch; Marker des sekundären Hirnschadens
Glyzerol
Zerebral: bei Zellmembrandegradation über Phospholipasen freigesetzt – Marker für Zellschaden

Funktionsprinzip

Grundlage der Methode ist das Dialyseprinzip: Eine semipermeable Membran wird kontinuierlich von 2 Flüssigkeiten umgeben. Auf der einen Seite, innerhalb des Mikrodialysekatheters, wird eine Lösung verwendet, die keine der oben genannten Zielsubstanzen enthält, auf der anderen Seite befindet sich die extrazelluläre Flüssigkeit des Hirngewebes. Der Konzentrationsgradient führt zu einer Diffusion der Substanzen. Über eine Pumpe wird der Mikrodialysekatheter kontinuierlich mit physiologischer Lösung gespült und so der Konzentrationsgradient aufrechterhalten. Je nach Fragestellung kann die Porengröße der Membran unterschiedlich gewählt werden (z. B. für den CMA-ZNS-Katheter Porengröße <20.000 oder <100.000 Molekulargewicht). In den distalen Teil des Katheters ist ein Goldfaden (3 × 0,13 mm) eingearbeitet, wodurch die Katheterspitze im CT sichtbar wird.

Mikrodialyseeinheit auf der Intensivstation

Die auf der Intensivstation einsetzbare Mikrodialyseeinheit besteht aus dem im Hirngewebe liegenden Mikrodialysekatheter, einer Pumpe, die den Katheter mit steriler Ringerlösung perfundiert, den Auffangbehältern für das Mikrodialysat („microvials“) und dem Analysegerät (CMA Schweden bzw. einer HPLC-Einheit). Der Vorteil einer Analyseeinheit am Patientenbett ist, dass relative Veränderungen rasch erkannt werden, und so ggf. eine frühzeitige Ischämieerkennung möglich wird.

Mikrodialyse – bei welchen Patienten?

Ein neurochemisches Monitoring ist sinnvoll bei allen Patienten, die neurologisch nicht oder nur eingeschränkt beurteilbar sind und bei denen die Gefahr einer zerebralen Ischämie und Hypoxie besteht. Es ist allerdings ein regional messendes Verfahren, das nur invasiv, d. h. nach Eröffnung von Schädelkalotte und Dura, eingesetzt werden kann.
Die Methode wird daher v. a. bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma angewandt, die den Mikrodialysekatheter zusammen mit der intrakraniellen Druckmessung in einem operativen Eingriff erhalten. Eine weitere Indikation besteht für Patienten mit einer höhergradigen aneurysmatischen Subarachnoidalblutung (SAB). Der Mikrodialysekatheter wird überwiegend intraoperativ, nach Clipping des Aneurysmas, in das Hirnparenchym eingelegt.
Bei Patienten, die eine endovaskuläre Aneurysmaausschaltung erhalten, ist in der Regel nur eine Messung des Stromgebietes der A. cerebri anterior möglich. Hierbei kann der Mikrodialysekatheter ggf. über ein gemeinsames Bohrloch zusammen mit einer Ventrikeldrainage gelegt werden. Ziel ist die Früherkennung eines zerebralen Vasospasmus sowie die Überwachung der Effektivität einer Triple-H-Therapie. Die bisherigen Untersuchungen zeigen, dass die Mikrodialyseparameter die Schwere der SAB anzeigen mit signifikanten pathologischen Veränderungen im Energiestoffwechsel (z. B. hoher Laktat/Pyruvat-Quotient) und einen Anstieg des extrazellulären Glutamats bei klinisch-neurologischer Verschlechterung des Patienten im Rahmen eines sog. „delayed ischemic neurological deficit (DIND)“ (Sarrafzadeh et al. 2002). Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Kontrolle der Insulintherapie und der zerebralen Glukosespiegel bei neurochirurgischen Intensivpatienten (Schmutzhard und Rabinstein 2011).
PET-Untersuchungen bei dieser Patientengruppe haben gezeigt, dass die hohen Glutamat- und Glyzerolwerte mit einem kurzfristig erniedrigten regionalen CBF korrelieren, der Laktat/Pyruvat-Quotient hingegen erst nach längerer Ischämie (>6 h) ansteigt (Sarrafzadeh et al. 2004b). In einer Studie an 131 SAB-Patienten war der Laktat/Pyruvat-Quotient der aussagekräftigste prognostische metabolische Parameter für das 12-Monats-Outcome (Sarrafzadeh et al. 2004a).
Weitere Untersuchungen liegen vor für Patienten mit Hirninfarkten (Berger et al. 2005) sowie bei Epilepsie, M. Parkinson und Hirntumoren (Hillered et al. 2005).

Vorteile und Nachteile der Methode

Vorteile

Die bettseitige Mikrodialyse ermöglicht erstmals eine nahezu kontinuierliche zerebrale Messung neurochemischer Parameter, die Rückschlüsse auf die zerebrale Stoffwechsellage und mögliche Zellschäden zulassen. Die Handhabung ist technisch relativ einfach, und die Analyseergebnisse sind auf dem Monitor gut verständlich dargestellt. Der sinnvollste Einsatz dieser Methode besteht bei bewusstlosen Patienten, die ein hohes Risiko für eine klinisch schwer zu diagnostizierende Ischämie aufweisen, wie insbesondere komatöse Patienten nach einer höhergradigen Suabarachnoidalblutung.

Nachteile

Der Mikrodialysekatheter muss invasiv, d. h. über ein Bohrloch oder im Rahmen eines neurochirurgischen Eingriffs (z. B. Aneurysma-Clipping, Anlage einer Ventrikeldrainage), eingeführt werden und ist daher mit gewissen Risiken verbunden (Blutung, Infektion). Der Mikrodialysekatheter erfasst nur regionale Stoffwechselveränderungen und kann daher nicht als Überwachungsmethode der globalen zerebralen Situation verwendet werden. Zur Lagekontrolle des Katheters ist immer eine Bildgebung (CT) erforderlich, um die Daten adäquat interpretieren zu können. Zudem ist ein gewisser personeller Aufwand mit dieser Methode verbunden (Wechseln der Mikrodialysatbehälter, Austausch der Reagenzien und Pumpenflüssigkeit etc.). Die Methode ist für die regionale Ischämieerkennung geeignet und wird nur in wenigen spezialisierten neurointensivmedizinischen Zentren eingesetzt.
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