Visualisierung der Mikrozirkulation in Verbrennungswunden mit OPS Imaging zur Bestimmung der Verbrennungstiefe - eine klinisch-experimentelle Studie -

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1 Aus der Klinik für Plastische Chirurgie und Schwerbrandverletzte, Handchirurgie-Zentrum der Berufsgenossenschaftlichen Kliniken Bergmannsheil - Universitätsklinik - der Ruhr-Universität Bochum Direktor: Univ.-Prof. Dr. med. H. U. Steinau Visualisierung der Mikrozirkulation in Verbrennungswunden mit OPS Imaging zur Bestimmung der Verbrennungstiefe - eine klinisch-experimentelle Studie - Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin einer Hohen Medizinischen Fakultät der Ruhr-Universität Bochum vorgelegt von Annette Köhlinger aus Koblenz 2006

2 Dekan: Referent: Koreferent: Prof. Dr. med. G. Muhr Prof. Dr. med. H.-U. Steinau Prof. Dr. med. Andreas Dávid Tag der Mündlichen Prüfung:

3 Meinem Liebsten gewidmet

4 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Einführung Histologie und Funktion der Haut Mikrozirkulation der Haut Epidemiologie der Verbrennung Morphologie und Gradeinteilung der Verbrennung Pathophysiologie der Verbrennung Therapie des Verbrennungspatienten Diagnostik der Verbrennungstiefe: Additive Techniken, Geschichte und Entwicklung Klinische Betrachtung Intravitale Mikroskopie Differentielle Reflektorische Photometrie Thermographie Laser Doppler Fluxmetrie Laser Doppler Scanner Ultraschall OPS Imaging Ziel der Studie iii

5 INHALTSVERZEICHNIS 2 Material und Methoden Patientenkollektiv Untersuchungsziel Beschreibung der Untersuchungseinheit und des Ablaufes OPS Imaging: Beschreibung der Technik CapImage: Auswertungsprogramm Technischer Aufbau (Hardware) Angewendete Bildanalysefunktionen Steuerung des Videorekorders Bewegungskorrektur Speichern der Messwerte Kontrastverbesserung und Bildverarbeitung Speichern und Drucken von Videobildern Zoom Handhabung des Gerätes und Untersuchungsablauf Auswertung Ergebnisse Handhabung OPS Imaging Bildqualität Mikrozirkulation der Patienten Diskussion Diskussion der Technik Diskussion des Studiendesigns Mikrozirkulation nach Verbrennungsereignis Vor- und Nachteile der Untersuchungstechniken - ein Überblick Histopathologische Untersuchung iv

6 INHALTSVERZEICHNIS Intravitalmikroskopie (IVM)mit Fluoreszenzfarbstoffen Laser Doppler Fluxmetrie Laser Doppler Scanner Ultraschalluntersuchung OPS Imaging Validierung am Tiermodell Erste Untersuchung am Menschen und direkter Vergleich mit anderen Techniken Untersuchung am Menschen Untersuchung am Verbrennungspatienten Diagnostische Problematik der Verbrennung Diskussion der Ergebnisse Anwendungsbereiche für OPS Imaging Zusammenfassung 85 Literaturverzeichnis 89 Danksagung 99 Lebenslauf 101 v

7 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen Abb. Abbildung BGA Blutgasanalyse BL Baseline (Ausgangswert) ca circa CD4, CD8 Cluster of Differenciation 4, 8 cm 2 Quadratzentimeter CO Kohlenmonoxid d Tag/ Tage d.h. das heißt FCD Funktionelle Kapillardichte h Stunde IHT Inhalationstrauma IL-1-8 Interleukin 1-8 inkl. inklusive IVM Intravitalmikroskopie kg Kilogramm KG Körpergewicht khz Kiloherz KOF Köperoberfläche mag. Magnifikation (Vergrößerung) MByte Megabyte ml Milliliter mm Millimeter mm 2 Quadratmillimeter µm Mikrometer mrna Messenger-RNA vi

8 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen n Anzahl nm Nanometer OP Operation OPS Orthogonal Polarization Spectral (Imaging) O2 Sauerstoff PAF Plättchen-Aggregierender Faktor PEG Perkutane Endoskopische Gastrostomie PGI2, PGE2 Prostaglandine PVP Polyvenylpyrolidon PU Perfusion Units RBC Red Blood Cell (Erythrozyt) RHS Retikulohistiozytäres System RP Reperfusion s Sekunde SIRS Systemic Inflammatory Response Syndrom sog. so genannt S/ W Schwarz/ Weiß TGA Targa-Format TNF-α Tumornekrosefaktor-α TXA2 Thromboxan A2 u.a. unter anderem z.b. zum Beispiel vii

9 Kapitel 1 Einleitung 1.1 Einführung Eine Verbrennung ist ein massives traumatisches Geschehen mit Veränderungen im strukturellen Aufbau der Haut. Gewebe wird in unterschiedlichem Grad nach Ausmaß der Verbrennung in Tiefe und Flächenausdehnung zerstört. Bedeutsam für die Pathologie einer Verbrennung und ihre Folgen für den Kreislauf, das Immunsystem und letztlich die Heilungschancen des Patienten, ist das Ausmaß der mikrozirkulatorischen Zerstörung. Das mikrozirkulatorische Defizit einer Wunde korreliert mit der Dauer der Wundheilung. Eine erfolgreiche Wundheilung ist essentiell mit der Rekapillarisierung und der damit verbundenen Sauerstoffversorgung einer Verbrennungswunde verknüpft (Micheels et al. 1984, Alsbjörn et al Kloppenberg et al. 2001, Watts et al. 2001, Shakespeare 2001, O Reilly et al. 1989). Bisher beruhte die Entscheidung zwischen operativer und konservativer Therapie einer Verbrennungswunde auf der klinischen Diagnose, bestehend aus Blickdiagnose, Sensibilitätstestung, Heilungsverlauf und klinischem Erscheinungsbild (Heimbach et al.1992, Jackson et al. 1953, Zawacki 1974). Die Technik OPS-Imaging bietet nun die Möglichkeit einen direkten objektiven Ein- 1

10 Einleitung blick in die mikrozirkulatorische Situation einer Verbrennungswunde zu erhalten. Integriert in einen tragbaren Handapparat, besteht mit dieser Technik ein neuartiges System für Untersuchungen der Mikrozirkulation. Es handelt sich hierbei um ein optisches Verfahren, das mittels orthogonal polarisierten Lichtes eine exakte Wiedergabe der Mikrozirkulation ermöglicht. Es wird von Hämoglobin in den Blutgefäßen absorbiert. Die erythrozytengefüllten Mikrogefäße werden positiv kontrastiert und mit dem Blutfluss auf einem Schwarz-Weiß-Bildschirm dargestellt. Ziel der Untersuchung ist die Validierung der Technik OPS-Imaging am Verbrennungspatienten und im Klinikalltag. 1.2 Histologie und Funktion der Haut Man unterteilt die Haut histologisch in 3 Schichten: eine epitheliale Epidermis, eine bindegewebige Dermis und das subkutane Fettgewebe. Die Haut erfüllt zahlreiche Schutz- und Sinnesfunktionen (Tast-, Druck- und Schmerz-empfindung). Die Schutzfunktionen sind Barrierefunktionen (Hornschicht), Schutz vor Wasserverlust, mechanischer Schutz (Kollagengeflecht der Dermis, subkutane Fettpolster), Thermoregulation (Haarkleid, Fettgewebe, dermaler Gefäßplexus, Schweißdrüsen), Schutz vor Ultraviolettstrahlung (Melanin-pigment, Hornschicht) und Infektionsschutz (symbiotische Hautflora; trockenes, saures Milieu der Hautoberfläche). Weitere Funktionen sind die eines Immun-, Entgiftungs- und Speicherorgans. Auch metabolische Aktivität besitzt die Haut in Form der Vitamin D-Synthese (Böcker et al. 2001; Thomas 1998). Die Epidermis weist je nach Lokalisation, Alter und Gesundheitszustand eine Dicke zwischen 30-50µm und ca. 200µm auf (Schiebler et al. 1997). Histologisch besteht sie aus einem mehrschichtig, verhornendem Plattenepithel mit hohem Regenerationsvermögen. Die Hauptzellpopulation stellen die Keratinozyten. Des Weiteren gibt 2

11 Einleitung es Melanozyten (Produktion des Hautpigments, um in Mitose befindliche Zellen vor Ultraviolettstrahlung zu schützen), Langerhans-Zellen (antigenpräsentierende Zellen, die zum Immunsystem gehören) und Merkel-Zellen (Mechanorezeptoren vor allem an Händen und Füssen). In der Epidermis gibt es keine Blutgefäße. Die Versorgung erfolgt per Diffusion aus der darunter liegenden gefäßreichen Dermis. Im histologischen Bild unterscheidet man Stratum basale, Stratum spinosum, Stratum granulosum, Stratum lucidum und Stratum corneum, von unten nach oben aufsteigend (Thomas 1998). Die Neubildung der Zellen erfolgt in der untersten Zellschicht, der Basalzellschicht. Von hier aus wandern die Zellen zur Oberfläche und verhornen zunehmend. An der Oberfläche angelangt, werden die Zellen abgestoßen. Dieser Prozess benötigt ca. 30 Tage (Schiebler et al. 1997). Die Anordnung der einzelnen epithelialen Schichten ist in Abbildung 1.1 schematisch dargestellt. Dermis und Epidermis sind dreidimensional miteinander verzapft. Die Dermis ist eine bindegewebige Schicht, die vor allem die zu- und abführenden Blutgefäße enthält, aber auch Nerven, Haarfollikel, Talg- und Schweißdrüsen. Sie unterteilt sich in das Stratum papillare und das Stratum retikulare (Thomas 1998). Physiologisch übernimmt die Dermis in der Regulation des Hautturgors eine wichtige Rolle, da sie hohe Wasserbindungskapazitäten durch reichlich vorhandene Interzellularsubstanz besitzt. Zahlreiche endokrine Reaktionen spielen sich in der Dermis ab (z.b. die Umwandlung von Testosteron in 5α-Dehydrotestosteron). Die Subkutis besteht aus septal gegliedertem Fettgewebe, das in Läppchen unterteilt ist (Böcker et al. 2001). 3

12 Einleitung Abbildung 1.1: Aufbau der Haut (mod. nach v. Donnersmarck, Verbrennungen, 2. Auflage 1998, W. Zuckerschwerdt Verlag GmbH). Zu erkennen sind die verschiedenen Hautschichten und wo sich Blutgefäße und Nervenenden befinden. 1.3 Mikrozirkulation der Haut Es gibt zwei parallel zur Hautoberfläche verlaufende Gefäßplexus, einen oberflächlichen subepidermalen und einen tiefen dermalen, wie man in Abbildung 1.2 erkennen kann. Der tiefe Plexus besteht größtenteils aus kleinen bis mittelgrossen Arterien und Venen und verläuft an der Grenze zur Subkutis. Er gibt viele, zur Oberfläche senkrecht verlaufend aufsteigende Arteriolen ab. Diese versorgen den subepidermalen Plexus, aus dem in jede Dermispapille Gefäßschlingen (Capillary loops) ziehen. Demnach 4

13 Einleitung enthält jede Dermispapille Schlingen von 0,2 bis 0,4 mm Länge. Zusätzlich gibt es in der Dermis im Bereich der Akren arteriovenöse Anastomosen, die eine Umgehung der Kapillaren ermöglichen. Mit diesen Anastomosen kann der Blutdurchfluss reguliert werden. Dieses Gefäßsystem dient neben der nutritiven Versorgung der Haut durch die Kapillarschlingen, auch der Temperatur- und Blutdruckregulation des Körpers (Braverman 1997). Abbildung 1.2: Schema der Epidermis, Dermis und Subkutis mit Gefäßplexus (aus: Jung et al., Duale Reihe, Dermatologie, 4. Auflage (1998), Hippokrates Verlag Stuttgart). Der tiefe dermale Plexus ist über Arteriolen umd Venolen mit dem subepidermalen Plexus verbunden. Zu erkennen sind Kapillarschlaufen, die in das Stratum papillare reichen. 5

14 Einleitung 1.4 Epidemiologie der Verbrennung In der Bundesrepublik Deutschland erleiden ca Menschen pro Jahr schwerste Verbrennungen, so dass eine Aufnahme und Behandlung in speziellen Zentren notwendig wird. Die Prognose eines Schwerbrandverletzten hat sich in den letzten Jahren dank der Fortschritte in der Intensivmedizin, insbesondere der Volumenersatztherapie, sowie der Einrichtung von Spezialabteilungen stetig verbessert (Germann et al.1993). Die häufigsten Verbrennungsursachen sind zu 65% häusliche Unfälle (beim Grillen, zur Weihnachts- und Adventszeit, an Sylvester), zu 15-25% Arbeitsunfälle und zu 10% Suizide (Germann et al.1993). Bei Erwachsenen dominiert die Verbrennung mit Flammen, bei Kindern die Verbrühung (Berchthold 2001). 1.5 Morphologie und Gradeinteilung der Verbrennung Die Verbrennung wird nach ihrer tiefen und oberflächlichen Ausdehnung in verschiedenen Grade eingeteilt. Auch die Art und Dauer der Hitzeeinwirkung hat einen entscheidenden Einfluss. Flammen und Explosionen, heißes Metall und Fett erzeugen tiefe Verbrennungen, während heißes Wasser und Wasserdampf Hautschäden in geringerer Tiefe verursachen (Muller et al. 1994, Heimbach et al. 1992, Berchthold 2001). Im Klinikalltag wird die Tiefe einer Verbrennung durch ihr klinisches Erscheinungsbild, die Schmerz-empfindlichkeit, die Hautstruktur bzw. Biegsamkeit und durch ihren Heilungsverlauf abgeschätzt und in entsprechende Grade eingeteilt (Heimbach et al. 1992). Abbildung 1.3 gibt schematisch die Verbrennungstiefen in Korrelation mit den ver- 6

15 Einleitung Abbildung 1.3: Darstellung der Verbrennungstiefe. Anhand der unterschiedlichen Dunkelfärbung sind die 3 unterschiedlichen Verbrennungsgrade zu erkennen. Nähere Angaben im folgenden Text (mod. nach v. Donnersmarck, Verbrennungen, 2. Auflage 1998, W. Zuckerschwerdt Verlag GmbH). schiedenen Gewebeschichten wieder. Um die Veränderungen der Haut unter Hitzeeinwirkung eingehender darzustellen, sind im Folgenden die jeweiligen Verbrennungsgrade mit einem histologischen Schnittbild dokumentiert. Zu Beginn soll ein histologisches Schnittbild der gesunden Haut gezeigt werden (Abbildung 1.4, Seite 8). Anhand des eingefügten Maßstabes ist zu erkennen, dass die Hautdicke von der Oberfläche bis zum Beginn der Subkutis ca. 2,131 mm misst. Bei diesem histologischen Schnitt durch die normale Haut am Unterarm finden sich alle wie oben schematisch dargestellten Hautschichten bis zur Subkutis. Verbrennungen I. Grades betreffen hauptsächlich die epidermalen Haut-schichten. Sie führen zu Gefäßerweiterungen mit vermehrtem Blutzustrom in die oberflächlichen Hautgefäße. Kennzeichnend sind ein schmerzhaftes Hitzeerythem und Ödem der Haut. Die meisten Verbrennungen I. Grades werden durch Sonneneinstrahlung und leichte Verbrühung der Haut mit ca. 50 C heißem Wasser hervorgerufen (Jung 7

16 Einleitung Abbildung 1.4: Histologisches Schnittbild der normalen Haut, Unterarm (Priv.-Doz. Dr. med. C. Kuhnen, Institut für Pathologie, Universitätsklinik Bergmannsheil Bochum). Der eingefügte Maßstab zeigt an, dass an dieser Stelle die Epidermis einschließlich Dermis 2,131 mm misst. et al. 1998) und heilen ohne Narbenbildung ab. Verbrennungen II. Grades zeichnen sich durch eine größere Störung der Mikrozirkulation mit einer Schädigung der Epidermis und zu geringen Teilen auch der Dermis aus. Die Läsion der Gefäßwand führt zu einer Exsudation und subepidermalen Blasenbildung. In der Abbildung 1.5, auf Seite 9 befindet sich die ausgeprägte Verquellung des Stratum retikulare. Sie zeigt die Histologie einer II Verbrennung. Unterschieden wird zwischen einer oberflächlichen (IIa ) und einer tiefen (IIb ) Verbrennung. Bei der Verbrennung IIa ist die Epidermis vollkommen zerstört und die Dermis nur bis zu ihrer papillären Schicht. Die betroffenen Areale heilen meistens 8

17 Einleitung Abbildung 1.5: Histologisches Schnittbild einer II Verbrennung, Unterarm (Priv.-Doz. Dr. med. C. Kuhnen, Institut für Pathologie, Universitätsklinik Bergmannsheil Bochum). Epidermis und Dermis sind noch weitgehend erhalten, auf Grund des Gewebeödems beginnen jedoch die Gefügestrukturen auseinander zu weichen. Es findet ein starker Einstrom von Entzündungszellen statt. folgenlos oder mit minimaler Narbenbildung in 7-14 Tagen ab. Die tiefe Verbrennung IIb dehnt sich bis in tiefe retikuläre Dermisschichten aus. Eine Heilung erfolgt durch Ausbildung von Granulationsgewebe mit starker Narbenbildung, wenn keine operative Intervention erfolgt. Als Verbrennungen III. Grades werden Hautareale mit tief reichender Nekrose bezeichnet, d.h. eine völlige Zerstörung der Epidermis und Dermis (Abbildung 1.6). Sie bedürfen einer operativen Therapie und anschließenden Hautersatztransplantation. Verbrennungen, die über die III Verbrennung hinausgehen, werden als Verkoh- 9

18 Einleitung Abbildung 1.6: Histologisches Schnittbild einer III Verbrennung (Priv.-Doz. Dr. med. C. Kuhnen, Institut für Pathologie, Universitätsklinik Bergmannsheil Bochum) Man erkennt den massiven Struktur- und Gefügeverlust der Hautarchitektur. Epidermis und Dermis fehlen. Die tiefer liegenden Schichten weichen auf Grund des Verbrennungsödems auseinander. lung der Haut bezeichnet. Sie entstehen unter besonders starker Hitzeeinwirkung. Ab einer intrakutanen Temperatur von 45 C entstehen Erytheme, ab 55 C kommt es zu Blasenbildung und bei Temperaturen von mehr als 60 C kommt es infolge von Eiweißdenaturierung zu Nekrosebildung (Zhi-yang et al. 1992). 1.6 Pathophysiologie der Verbrennung Die Pathophysiologie der Verbrennungswunde ist eine komplexe Reaktion, die, durch die lokale Hautverletzung ausgelöst, erst zu lokalen und dann zu systemischen Verände- 10

19 Einleitung rungen und damit zu behandlungsbedürftigen, teilweise lebensbedrohlichen Ereignissen führt. Multiorganversagen und SIRS (Systemic Inflammatory Response Syndrom) können die Folge einer Verbrennung sein (Huang et al. 1998). Durch die starke Hitzeeinwirkung kommt es zu Denaturierung von Proteinen und Zerstörung des Gewebes (Koagulationsnekrose). Die veränderten Proteine haben antigene und toxische Eigenschaften (Demling und La Londee 1989; Riede und Schäfer 1995). Man kann die Verbrennung in 3 Zonen einteilen. Zentral entsteht eine Nekrosezone, um die sich eine Zone der Vasokonstriktion bildet (sog. Stasezone mit verminderter Perfusion). Im äußeren Bereich entsteht mediatorinduziert eine Zone der Vasodilatation. Aufgrund der verminderten Mikrozirkulation in der Stasezone, u. a. durch Mikrothromben (Abbildung 1.7) und Endothelzellverquellung, kann es in dieser Zone zu weiterem Gewebeuntergang kommen. Die Nekrosezone vergrößert sich. Gründe für eine Verschlechterung der Mikrozirkulation können u. a. auch Hypovolämie, Gewebeödem, vasokonstriktorische Medikamente und Infektionen sein. Auch der Ischämie-/ Reperfusionsschaden kann durch Endothelzellveränderungen und Leukozytenadhäsion zu einer verminderten Perfusion führen (Zimmermann et al. 1992, Menger et al. 1993, Das et al. 1994, Goertz et al.2002). Durch das Verbrennungstrauma verliert die Haut viele ihrer Schutzfunktionen. Es besteht kein Infektionsschutz, kein Schutz vor Ausdunstung mehr. Zudem dient die entstandene Nekrose als idealer Nährboden bakterieller Besiedlung. Freigesetzte Toxine und Mediatoren gelangen in den Körperkreislauf und wirken systemisch. Sie verursachen neben dem lokalen Verbrennungsödem auch systemische Veränderungen: Hypovolämie, Hämokonzentration, Hypotonie, Hyponatriämie, Hypoalbuminämie, systolische Vasokonstriktion und intravasale Gerinnungsstörungen (Sanchez 2002). Sie führen zu einem generalisierten Kapillarschaden mit erhöhter Permeabilität und dem gesteigerten Ausstrom von Plasmaproteinen ins Interstiti- 11

20 Einleitung Abbildung 1.7: Histologisches Schnittbild eines thrombosierten Gefäßes (Priv.-Doz. Dr.med. C. Kuhnen, Institut für Pathologie, Universitätsklinik Bergmannsheil Bochum). Neben der thrombosierten ist eine freie Kapillare mit Erythrozyten zu erkennen. Das umliegende Gewebe ist von Entzündungszellen infiltiert. um. Diese wirken wieder osmotisch und führen zu einem ausgeprägten interstitiellem Ödem. Der exzessive Wasserverlust entsteht zum einen durch den Verlust der oberen Hautschichten über Verdunstung und zum anderen aus dem entstandenen Kapillarschaden (capillary leak) (Post et al. 1996, Massberg et al. 1998). Es kommt zu einem hypovolämischen Schock. Durch die große Flächenausdehnung einer Verbrennung können invasive Infektionen entstehen. Auf die Hitzeeinwirkung reagieren die Zellen der Haut (Keratinozyten, Endothelzellen, Neutrophile) mit einer überschießenden inflammatorischen Antwort, was dann 12

21 Einleitung Abbildung 1.8: Schematische Darstellung der vielfältig ineinander verwobenen systemischen Effekte einer schweren Verbrennung auf Metabolismus, Immun-, Gerinnungs- und Gefäßsystem (in Anlehnung an Germann et al. 1993) zu einer generalisierten systemischen Immunantwort führt. Die Freisetzung von Mediatoren wie z.b. Endothelin, Histamin, Bradykinin, Serotonin, Katecholamine, Vasopressin, Prostaglandin, TNF-α, Zytokine, Nitrogene und Monoxide, bzw. die Förderung dieser Freisetzung ist die Folge. Eine schwere verbrennungsinduzierte Immunsuppression (Riede und Schäfer 1995, Demling und La Londee 1989, Harnsborough et al 1990, Monafo 1992) in Verbindung mit einer systemischen Entzündungsreaktion kann zu Multiorgan-nen mit Herz-, Leber-, Lungen- und Nierenversagen führen. Abbildung 1.8 zeigt schematisch welche Reaktionen und Kaskaden auf ein Verbrennungstrauma hin ausgelöst werden. 13

22 Einleitung Abbildung 1.9: Therapiekonzept der Verbrennung modifiziert nach Germann et al Therapie des Verbrennungspatienten Noch vor 30 Jahren endeten Verbrennungen von 50% der Körperoberfläche in einer Population von 15 bis 35 jährigen Patienten in ca. 50% der Fälle tödlich. Mittlerweile ist die Sterberate in dieser Population auf 15% gesunken (German et al.1993). In den Bereichen der Antibiotika- und Volumenersatztherapie, Ernährung, frühzeitigen operativen Therapie und den Hautersatzverfahren haben seit 1940 Verbesserungen entscheidend dazu beigetragen, die Letalität zu senken. Zusätzlich wurden spezielle Verbrennungszentren (SV-Zentren) eingerichtet (Demling und La Londee 1989; Muir et al. 1987; Alexander 1986; Hummel 1982). Die Abbildung 1.9 zeigt den Umgang mit einem Verbrennungspatienten. An erster Stelle nach Auffinden eines Verbrennungspatienten steht immer noch die Kaltwasserbehandlung. Sie führt zu einer Schmerzlinderung des Patienten und verringert die Mediatorfreisetzung, somit auch die Ödembildung und den Nachbrenneffekt. Eine Unterkühlung des Patienten ist zu vermeiden. Auch eine medikamentöse Therapie zur Analgesie und Sedierung wird schnell eingeleitet (Kombinationen von Opiaten (Morphin, Pethidin) oder Ketamin mit Benzodiazpinen (Diazepam, Midazolam)) (Bisgwa et al. 1995). Höchste Priorität hat zu Beginn die Behandlung des Verbrennungsschocks. Durch 14

23 Einleitung Stabilisierung des Kreislaufs und ausreichende Perfusion kann ein Multiorganversagen verhindert werden. Essentiell ist daher eine ausreichende Flüssigkeitssubstitution in den ersten Stunden nach dem Trauma, zudem eine frühe Abtragung nekrotischer Haut, um einer weiteren Ausdunstung und Keimbesiedlung mit der Gefahr einer Sepsis vorzubeugen. Um den Flüssigkeitsverlust auszugleichen, müssen bei einem Grundbedarf von 30ml/kg KG/Tag pro Prozent KOF ca. 3-5ml Flüssigkeit/kg KG/Tag zur Aufrechterhaltung des hämodynamischen Gleichgewichts zugeführt werden. Dies ergibt bei einem 70kg schweren Patienten mit einer 40%-igen Verbrennung einen Bedarf von ca. 11 Litern in den ersten 24 Stunden nach dem Trauma. Verschiedene Schemata zur Flüssigkeitssubstitution wurden entwickelt, die sowohl mit kolloidalen als auch mit kristalloiden (Parkland-Formel (Baxter/ Shires-Schema)) Lösungen arbeiten. Andere Schemata benutzen Eiweiß/ Plasma-Produkte in Kombination mit kristalloiden Lösungen, wie das Schema nach Muir und Barclay (Muir et al. 1987, Germann et al. 1992). Die pulmonale Ventilation muss vor allem bei Verdacht auf ein Inhalationstrauma (IHT) gesichert und überwacht werden. Die Diagnosesicherung des IHT erfolgt mittels Bronchoskopie und durch physiologische Parameter. Kommt eine 24 Stunden bestehende Gasaustauschstörung hinzu, spricht dies für ein schwer gradiges IHT (Germann et al. 1992). Die frühe enterale Versorgung des Patienten (Sondenernährung über eine PEG) wirkt sich entscheidend auf den weiteren Verlauf der Behandlung aus. Es besteht eine verbesserte Substratverwertung und hat einen protektiven Effekt der Dünndarmschleimhaut zur Folge. Auf diese Weise lassen sich Translokationsphänomene und Ileussymptomatik vorbeugen (Gietz et al. 1984; Demling 1983). Die Abwehrlage des Patienten ist in dem Ausmaß seiner Verbrennung geschwächt, wodurch der Patient vielen Komplikationen ausgesetzt ist. Auch heute noch ist die 15

24 Einleitung bakterielle Sepsis für ca. 75% der Todesfälle auf Verbrennungsstationen verantwortlich (Harnsbrough et al. 1990). Die beste Sepsisprophylaxe ist daher die frühzeitige Exzision aller verbrannten Areale und die stabile Deckung mit autologer Haut, um eine Infektion des avitalen Gewebes zu verhindern (Heimbach 1987). Bei der Wundbehandlung unterscheidet man zwischen konservativer und operativer Therapie. Verbrennungen vom Schweregrad I und IIa werden konservativ behandelt. Verbrennungsblasen sollten steril punktiert und als biologischer Verband belassen werden. Nach 4-7 Tagen können sie abgetragen werden. Ein weiteres Verfahren verwendet bei IIa Verbrennungen allogene Haut als biologischen Verband und Infektionsschutz, der auch eine schnellere Reepithelisierung erlaubt. Als antibakterielle Oberflächentherapeutika werden PVP-Jod, Silbersulfadiazin, Ceriumsilbersulfadiazin, Gerbungsverfahren und Lavasept 0,2% (Hydroxyethylcellulose) in Verbindung mit sterilen Fettgazeverbänden verwendet oder primäre Folienverbände angelegt. Oberflächliche Verbrennungen sollten innerhalb von 14 Tagen weitgehend verheilt sein. Kleine zirkumskripte Areale die im III. verbrannten Bereich liegen können, durchaus auch konservativ, z.b. mit einer Badetherapie, behandelt werden (Mac Millan 1978). Die tangentielle Exzision der verbrannten Areale wird ab dem 3. Tag durchgeführt. In der gleichen operativen Sitzung werden die exzidierten Areale mit autologer Spalthaut gedeckt. Im Allgemeinen können in einer Sitzung ca % KOF exzidiert und gedeckt werden. An Extremitäten können durch Operation in Blutsperre auch größere Flächen operiert werden. Im Bereich des Stammes und der proximalen Extremitäten kann es gerade durch die tangentielle Exzision zu starken Blutverlusten kommen (Demling und La Londee 1989; Mac Millan 1978; Janzekovic 1970). Ist die verbrannte Oberfläche zu groß oder zu tief, wird die epifasziale Exzision durchgeführt. Die primär schlechtere Kosmetik und Niveauunterschiede im Vergleich zur 16

25 Einleitung tangentiellen Exzision sind im lebensbedrohlichen Fall zu vernachlässigen (Heimbach 1987; Thompson et al. 1987). Die Deckung der exzidierten Areale erfolgt mit Spalthauttransplantaten. Im Bereich der Hände werden Sheet Grafts verwendet (Boswick 1974). Große Hautdefekte werden mit so genannten Mesh Grafts gedeckt. Die Anwendung gezüchteter Haut ( Mono-Layer (Teepe et al. 1990) ist mittlerweile möglich. Auch die Deckung mit Spenderhaut und späterer Übertransplantation mit Eigenhaut (Overgrafting) wird praktiziert (Hickerson et al. 1994). Durch die frühe operative Therapie verkürzen sich Beatmungs- und Intensivphase des Patienten, was eine frühe Wiedereingliederung in den Alltag und Mobilisierung nach sich zieht. Nach einer stabilen Einheilung der Transplantate muss eine Versorgung mit Kompressionsverbänden erfolgen, um einer hypertrophen Narbenbildung entgegenzuwirken (Demling und La Londee 1989). 1.8 Diagnostik der Verbrennungstiefe: Additive Techniken, Geschichte und Entwicklung Es wird angenommen, dass die Mikrozirkulation die Pathophysiologie der Verbrennungswunde entscheidend beeinflusst (Post et al. 1996, Massberg et al Somit wurden zahlreiche Techniken entwickelt, um die Mikrozirkulation und pathophysiologischen Vorgänge in der Haut genauer zu charakterisieren und visuell darzustellen. Das folgende Kapitel gibt einen kleinen Überblick über die Vielfalt dieser Techniken. Es zeigt das stete Bemühen der Untersucher, Techniken mit unterstützender Aussage zur operativen Entscheidung zu finden. 17

26 Einleitung Klinische Betrachtung Sie ist die am häufigsten angewandte und flexibelste Methode. Die Beurteilung basiert auf dem äußeren Erscheinungsbild der Wunde und die Einteilung erfolgt nach allgemein bekanntem Standard in die Verbrennungsgrade. Da sie jedoch auch auf den Erfahrungswerten des Einzelnen beruht, bleibt die Beurteilung individuell und kann daher auch nie einheitlich erfolgen (Heimbach et al. 1992). Zur visuellen Betrachtung einer Verbrennungswunde gehört auch die Prüfung der Sensibilität mittels eines Nadelstiches. In der Literatur findet man mehrere Studien, die besagen, dass nur ca. 75% aller mit dem Auge diagnostizierten Fälle bezüglich der Fragestellung nach operativer oder konservativer Therapie eine diagnostische Übereinstimmung zeigen (Hlava et al. 1983, Heimbach et al. 1984). Allein diese Tatsache macht die Notwendigkeit einer klinisch einsetzbaren Technologie deutlich Intravitale Mikroskopie Diese Technik besteht aus einem Mikroskop, das auf einem schwenkbaren Arm montiert ist. Er ermöglicht es, dem Untersucher verschiedene Verbrennungs-areale mit dem Mikroskop zu erreichen und einzusehen. Um die Körperoberfläche und die superfaszialen Blutgefäße zu untersuchen, wird sie mit einem dünnen Film, meist flüssiges Paraffin oder Salzlösung, überzogen. Diese Technik ist mittlerweile eine unverzichtbare Methode im Tierversuch geworden, um die Mikrozirkulation in verbranntem Gewebe zu untersuchen, und um kapilläre Abnormitäten im Zusammenhang mit Gewebeschäden zu beschreiben. Es kann entweder das ganzheitliche System der Blutgefäße der Oberfläche darstellen, oder die Fließeigenschaften der individuellen Kapillaren. Die beste Aussagekraft der Intravitalmikroskopie zeigt sich in Verbindung mit Fluoreszenzmarkern, die jedoch bislang 18

27 Einleitung nur für Tierexperimente zugelassen sind, wie z.b. für Verbrennungsstudien mit Beurteilung der mikrozirkulatorischen Veränderungen am Ohrmodell der haarlosen Maus (Barker et al 1989). Eine weitere Studie (Goertz et al. 2002) untersuchte mit Hilfe der IVM die Perfusion, die Interaktion zwischen Leukozyten und Kapillarendothel und die Revaskularisierung nach Verbrennungstrauma an der haarlosen Maus Differentielle Reflektorische Photometrie Diese Methode macht von dem Einfluss der Wellenlänge des natürlichen Lichtes bezüglich seiner Transmission und reflektorischen Eigenschaften innerhalb der Haut Gebrauch. Die optimale Reflektion einer Verbrennungswunde wird in dem roten, grünen und nahe dem infrarotem Bereich gemessen. Die Reflektionen werden dann als Algorithmus benutzt, um die Wahrscheinlichkeit der Heilung in den untersuchten Arealen zu überblicken. Eine computergeführte Wahrscheinlichkeits-Karte der Wunde wird erzeugt, anhand der man, zusammen mit der Blickdiagnose, die Möglichkeit einer spontanen Ausheilung ablesen kann. Der Chirurg muss dann die Entscheidung zur Operation selbst treffen, anhand der wahrscheinlichen Höhe oder Tiefe. Eine Übereinstimmung der Diagnose mit der tatsächlichen Tiefe der Verbrennung besteht in 79% der Fälle (Afromowitz et al. 1988). Es gibt jedoch einige Probleme. Zum einen verursacht die Hintergrundbeleuchtung im Untersuchungszimmer Unsicherheiten bei der Erstellung der Wahrscheinlichkeitskarte, zum anderen stellt die normale Beschaffenheit der Haut ein Problem dar. Die Haut des Menschen bietet eine variable Pigmentierung, so dass keine Standardeinstellung des Gerätes möglich ist Thermographie Mit Hilfe einer Thermographischen Kamera kann man genau und bequem die Köperoberflächentemperatur über ausgedehnte Areale messen. Alle Gegenstände emittieren 19

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