Bipolare Dissektion Entwicklung eines zeitgemäßen Prinzips für die Hochfrequenzchirurgie

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1 Aus der Universitätsklinik für Allgemeine Chirurgie Tübingen Geschäftsführender Direktor: Professor Dr. Dr. h. c. H. D. Becker Experimentelle Sektion für Minimal Invasive Chirurgie Leiter: Professor Dr. G. F. Bueß Bipolare Dissektion Entwicklung eines zeitgemäßen Prinzips für die Hochfrequenzchirurgie Inaugural-Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin der Medizinischen Fakultät der Eberhard-Karls-Universität zu Tübingen vorgelegt von Sabine Cécile Fischer aus Reutlingen 2001

2 1 1. Einleitung In der minimal invasiven Chirurgie besteht ein besonderer Bedarf an sicheren Methoden zur Blutstillung, da Ligaturen in der klassischen Form zu umständlich und Blutungen über die indirekten Zugangswege der laparoskopischen Techniken technisch schwerer zu beherrschen sind als in der offenen Chirurgie. Speziell bei Operationen, bei denen Blutgefäße durchtrennt werden, wie beispielsweise der Segmentresektion des Darmes mit Mesenterialgefäßdurchtrennung, ist eine sichere präventive Hämostase zu fordern. Ziel dieser Arbeit war es, ein Kombinationsinstrument zur verbesserten Präparation und präventiven Blutstillung zu entwickeln, mit dem Blutgefäße schnell und sicher verschlossen und durchtrennt werden können. Schnelligkeit bei minimal invasiven Operationen läßt sich unter anderem durch eine möglichst kleine Anzahl von Instrumentenwechseln (1) erreichen. Daher sollen die Funktionen Präparation, Koagulation und Dissektion in einem Kombinationsinstrument umgesetzt werden. Die Komplexität der einzelnen Funktionen bedingt eine stufenweise Umsetzung des Gesamtkonzeptes. Im ersten Schritt haben wir uns der Realisierung der schnellen und sicheren Koagulation zugewandt. Dieser Entwicklungsschritt ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Das von uns konzipierte Instrument soll später in jedem Operationssaal anwendbar und zugleich erschwinglich sein. Wir haben uns für die bipolare Hochfrequenztechnik entschieden, da die entsprechenden Generatoren in jedem Operationsaal vorhanden sind und sie gegenüber der monopolaren, den Ultraschallscherwellen und der Laserstrahlung Vorteile aufweist, die ich im folgenden Anschnitt aufzeigen werde. Ultraschalldissektoren sind derzeit die wichtigste Alternative zu den mit Hochfrequenzstrom arbeitenden Techniken. Aus diesem Grund wurde das neue Instrument im Bezug auf Schnelligkeit und Sicherheit mit drei gängigen Ultraschalldissektoren verglichen. Traditionell wird bei der Durchtrennung von gefäßführendem Gewebe proximal und distal der projektierten Durchtrennungsstelle eine Ligatur angelegt und dann zwischen beiden durchtrennt. Dieser Methode entsprechend wollen wir mit unserem neuen Instrument unter Verwendung von Hochfrequenzstrom Blutgefäße an zwei benachbarten Stellen verschliessen und dazwischen mechanisch durchtrennen. Druckversuche sollten zeigen, ob die Koagulationsstellen dicht sind. Durch die

3 2 histologische Aufarbeitung sollte eine Korrelation zwischen einer Koagulation, die durch bestimmte Parameter (Leistungseinstellung am HF-Generator, Anwendungsdauer etc.) charakterisiert ist, und dem Ausmaß der thermischen Schädigung des Gewebes hergestellt werden. Schließlich wurde der in der Entwicklungsreihe letzte, verbesserte Funktionsprototyp mit auf dem Markt befindlichen Ultraschalldissektoren verglichen, um die Vor- und Nachteile der Verwendung von Hochfrequenzstrom und Ultraschallscherwellen an diesem Beispiel darzustellen.

4 3 2. Stand der Forschung und Entwicklung Verschiedene mechanische und thermische Verfahren stehen für die Blutstillung zur Auswahl. Mechanisch werden Gefäße durch Ligaturen (2) oder Clips (3) verschlossen, während zur thermischen Hämostase Instrumente zur Verfügung stehen, die als Energiequelle Hochfrequenzstrom, Ultraschallscherwellen oder Laserstrahlung verwenden. Auf dem Gebiet der thermischen Hämostase machen sich derzeit hauptsächlich Ultraschallverfahren und die Hochfrequenztechnik Konkurrenz. Einen Sonderfall stellt ein neues, mit Hochfrequenzstrom arbeitendes Verfahren dar, das von Kennedy (4,5) zur Verschweißung von Gefäßen entwickelt wurde. Hochfrequenzchirurgie Seit einigen Jahrzehnten wird der Hochfrequenzstrom in der Chirurgie zum Schneiden und zur Blutstillung eingesetzt. Nach Haag und Cushieri wird der Hochfrequenzstrom dazu verwendet, das Gewebe und die Blutgefäße durch Erwärmung zu denaturieren und zu schrumpfen und dadurch eine Blutstillung bzw. eine Durchtrennung des Gewebes herbeizuführen (6). Sie beschreiben in ihrer Arbeit ferner, daß der Grad der Erwärmung von folgenden Faktoren abhängt: - Größe und Form der Ausgangsspannung - Stromdichte im Gewebe - Impedanz des Gewebes - Form und Größe der Elektroden - Applikationszeit Aus der Vielzahl der Elektrodenformen, die für die Hochfrequenzchirurgie entwickelt wurden, seien nur beispielhaft einige genannt: Nadeln, Haken, Platten, Kugeln. In der Hochfrequenzchirurgie wird monopolar und bipolar gearbeitet. Voraussetzung für das Fließen des Stromes ist immer ein geschlossener Stromkreis. Bei der monopolaren Technik läuft dieser Stromkreis vom Generator durch die Elektrode, durch den Patienten zur Neutralelektrode und von dort zurück zum Generator (7). Bei der bipolaren Hochfrequenzanwendung dagegen fließt der Strom nicht mehr durch den Patienten zur Neutralelektrode, sondern lediglich durch das Gewebe, das zwischen den beiden Elektroden des Applikators liegt.

5 4 In der Hochfrequenzchirurgie werden klinisch am häufigsten monopolare Verfahren angewendet (8). Für monopolare Anwendungen wird im Vergleich zu bipolaren eine höhere Leistungseinstellung am HF-Generator benötigt, da der Strom bei der monopolaren Anwendung quer durch den Körper des Patienten fließen muß und dieser ein schlechter elektrischer Leiter ist. Der große Abstand von Elektrode und Neutralelektrode birgt die Verbrennungsgefahr (9,10,11,12) umliegender Strukturen (Haut, Darm usw.) bei der Anwendung monopolarer Techniken durch direkten Kontakt leitender Strukturen wie beispielsweise des Laparoskopes mit dem Instrument, kapazitive Kopplung (13) (Strom fließt trotz Isolation in naheliegendem Leiter) oder Funkenüberschlag, wenn Spannungen über 200V (14) erreicht werden. Der Operateur muß bei der monopolaren Koagulation eine kräftigere Rauchentwicklung (15) in Kauf nehmen, die bei laparoskopischem Arbeiten besonders störend wirkt. Farin warnt eindringlich vor dem Einsatz monopolaren Hochfrequenzstroms an dünnen, langgestreckten Strukturen und Organen, da es dabei zu einer lateralen thermischen Schädigung weit über den erwünschten Einwirkungsort hinaus kommen kann. Ende der 70-iger Jahre war es, wie u.a. Peterson (16) berichtet, bei laparoskopischen Tubensterilisationen zu Todesfällen durch die Verwendung monopolarer Hochfrequenztechnik gekommen. Remorgida (17) schildert, das Ausmaß lateraler thermischer Schädigung könne durch eine Plastikummantelung der Effektoren von Hochfrequenzinstrumenten reduziert werden. Er belegt dies durch histologische Bilder von Gewebe, das einmal mit einem herkömmlichen mono-, pseudobipolaren oder bipolaren Instrument koaguliert wurde, im Vergleich mit Gewebe, das mit der Plastik-ummantelten Version der Instrumente koaguliert wurde. Er vermutet, dies sei auf eine Veränderung des Verhaltens der elektrischen Ströme zurückzuführen, und bietet darüber hinaus keine Erklärung für seine Beobachtungen. Bei bipolarer Koagulation ist die thermische Schädigung auf das Gewebe zwischen den Polen begrenzt (18,19), da der Strom nur zwischen den Elektroden fließt. Daher besteht hier keine Gefahr einer kapazitiven Koppelung. Die Einwirkung des Stromes findet im Blickfeld des Operateurs statt und kann von diesem kontrolliert werden, außerhalb des Blickfeldes ist keine akzidentielle Schädigung benachbarten Gewebes zu befürchten. Die bipolare Hochfrequenztechnik wird daher in vielen Studien als die sicherste Methode angesehen (20,21), sicherer als beispielsweise die monopolare Koagulation. Die bipolare Technik stört die anderen elektrischen Geräte, wie

6 5 beispielsweise die Überwachungsgeräte der Anästhesie, im Operationssaal weitaus weniger als die monopolare Technik. Dasselbe gilt für Herzschrittmacher (6). Reidenbach (22,23) beschreibt die bipolare Koagulation als eine sehr präzise chirurgische Dissektionstechnik mit einer hohen Effizienz der Hämostase. Er schildert die Effekte der Hochfrequenzchirurgie als Resultat von Eiweißdenaturierung und Verdampfung von Gewebeflüssigkeit. Die Ausdehnung der Koagulationszone sei einerseits von der Elektrodenform abhängig, andererseits von Faktoren wie der Wärmeleitfähigkeit und der Durchblutung des Gewebes. Aufgrund seiner Anwendungserfahrungen seien symmetrisch angeordnete Elektrodenpaare allen anderen vorzuziehen, da sie sich besonders auch zur Stillung von Blutungen in parenchymatösen Organen bewährt hätten. Auch Reidenbach betont die Vorzüge der bipolaren gegenüber der monopolaren Hochfrequenzkoagulation, insbesondere sei die bipolare Technik für den Patienten risikolos und daher auch für Schrittmacherpatienten oder minimal invasive neurochirurgische Eingriffe einsetzbar. Tucker und Hollenhorst (24) betonten neben den vorgenannten Vorzügen der bipolaren Hochfrequenztechnik auch die finanziellen Vorteile. Sie schilderten, daß in den USA einige Millionen Dollar für Schäden durch monopolare Techniken an Patienten gezahlt werden mußten. Da die Anwendungshäufigkeit der Hochfrequenztechniken zunehme (1993), sei es von großer wirtschaftlicher Bedeutung, nur Verfahren wie die bipolare Hochfrequenztechnik anzuwenden, die keine Folgekosten, wie Schadensersatzansprüche, generierten. Instrumente für die Hochfrequenzchirurgie Bei Hochfrequenzinstrumenten stellt sich beim Bau eines Instrumentes die Frage, wieviel Pole das Instrument denn sinnvollerweise haben soll. Theoretisch ist von einem Pol (monopolar) bis zu beliebig vielen Polen (multipolar) alles möglich. Müller (21) stellte mono-, bi- und tripolare Hochfrequenzinstrumente nebeneinander und schilderte neben den in diesem Abschnitt bereits mehrfach zitierten Sicherheitsrisiken der monopolaren Instrumente und Vorteilen der bipolaren Instrumente Aspekte der Instrumentenkonstruktion, des Energiebedarfs und des Anwendungskomforts: von den mono- über die bi- zu den tripolaren Instrumenten steigt die Komplexität der Instrumente und damit der Herstellungsaufwand und der Preis. Ein tripolares Instrument kann mit dem dritten Pol schneiden, während die beiden anderen Pole für die Koagulation genutzt werden. Ob die Gleichzeitigkeit

7 6 nützlich ist oder nicht, ist eine andere Frage. Bi- und tripolare Instrumente zeichnen sich, nach Müller, durch einen im Vergleich zu den monopolaren Instrumenten wesentlich geringeren Energieverlust aus. Ihre Bedienung verlangt allerdings aufgrund der Komplexität Training. Tucker und Hollenhorst gaben 1993 einen Überblick über die derzeit verfügbaren bipolaren Hochfrequenzinstrumente (24): Koagulationsinstrumente, Schlingen zur Polypenabtragung, Biopsieinstrumente und Sphinkter-Oddi-Papillotome. Unter den Koagulationsinstrumenten gibt es Koagulationszangen, die z. B. von den Firmen Storz, Richard Wolf, Berchthold und Cabot Medical hergestellt werden. Everest Medical und Edward Weck bieten Koagulationszangen mit verschiedenen Zangenformen an. Everest Medical und Erbe vermarkten bipolare Hakeninstrumente, die aus zwei parallel zueinander angeordneten Haken bestehen. Diese Haken können eine L- oder J-Form haben oder gerade sein und eignen sich zum Schneiden und Koagulieren. Dann gibt es noch bipolare Scheren, z. B. von Everest Medical, deren Keramikscherblätter zum Schneiden geeignet sind und zur Koagulation je eine Elektrode integriert haben. Laparoskopische Kombinationsinstrumente stellen eine besondere Gruppe unter den Instrumenten der Hochfrequenzchirurgie dar. In den letzten Jahren haben einige Hersteller bi- bzw. multipolare Kombinationsinstrumente auf den Markt gebracht. Exemplarisch seien an dieser Stelle zwei Kombinationsinstrumente genannt: - Bipolare Zange von Everest Medical, Plymouth, MN: Dabei handelt es sich um ein 5 mm Instrument 1 mit zwei beweglichen Maulteilen, mit denen Gewebe gegriffen und bipolar koaguliert werden kann. Anschließend wird das koagulierte Gewebe mit einer im Instrument integrierten Klinge durchtrennt. Schultz und Poppe (25) sehen darin ein Instrument, mit dem gefäßführende Strukturen unter sicherer Blutstillung durchtrennt werden können. Durch die Integration werde Zeit gespart. Die abgerundeten Zangenbranchen erlaubten zudem in geschlossenem Zustand eine stumpfe Präparation von Gewebe. Das Instrument wurde bei der Fundoplikatio und der Gastrojejunostomie beim Menschen eingesetzt. Bei Watt elektrischer Hochfrequenzleistung konnten Gefäße sicher verschlossen werden und es traten keine Blutungen auf. - Bipolares Instrument nach Remorgida von Karl Storz GmbH, Tuttlingen (26,27): 1 Instrument mit einem maximalen Außendurchmesser von 5 mm

8 7 Auch eine bipolare Zange, allerdings ein 10 mm-instrument 2, bei dem zwei 5 mm- Zangen parallel zueinander angeordnet wurden, zwischen denen eine skalpellartige Klinge vorgeschoben werden kann. Das Instrument wurde 1995 entwickelt und dient zum Fassen, Koagulieren und Durchtrennen gefäßführenden Gewebes. Einschränkend vermerkte der Hersteller, daß das Instrument bei Gewebe mit einer Dicke > 0,5 cm das darin eingebettete Gefäß möglicherweise nicht vollständig verschließen kann. Auch für sehr kleine Gefäße empfahl Storz, eine herkömmliche bipolare Zange zu verwenden. Als Vorteile des Instrumentes wurden neben einem zuverlässigen Gefäßverschluß genannt: ein fast völliges Ausbleiben von Verbrennungen und Karbonisierung bei Watt Leistungseinstellung und lateral des Instrumentes vollkommen erhaltenes Gewebe. Einsatzgebiet des Instrumentes sind Operationsschritte, bei denen ein mechanischer Gefäßverschluß nicht unbedingt erforderlich ist, wie die Vorbereitung des Mesenteriums zur Darmresektion. Dabei können, nach Remorgida, lineare Stapler und Klemmen durch das Instrument ersetzt werden. 2 Instrument mit einem maximalen Außendurchmesser von 10 mm

9 8 Ultraschallscherwellen Amaral (28) entwickelte 1994 das Harmonic Scalpel, den ersten Ultraschalldissektor auf dem Markt. Er verglich das Harmonic Scalpel mit einem monopolaren Instrument (HF-Instrument) bei der laparoskopischen Cholezystektomie am Schwein (29). Die Operationszeit war bei beiden Methoden etwa gleich, obwohl Amaral einräumte, daß der Ultraschalldissektor für eine Koagulation länger braucht als das HF-Instrument. Als Vorteile gegenüber der monopolaren Hochfrequenztechnik nannte er weniger Rauchentwicklung und weniger laterale thermische Schädigung bei hoher Verschlußsicherheit schilderte er seine Anwendungserfahrungen mit dem Harmonic Scalpel (Haken-Spatel-Applikator) an 200 Patienten bei der laparoskopischen Cholezystektomie (30). Während dieser Operationen benötigte er in 3% der ersten 100 Operationen zur Blutstillung zusätzlich ein Hochfrequenzinstrument, bei den letzten 100 Operationen nur noch in 0,5%. Amaral berichtete, daß Blutgefäße mit dem Ultraschalldissektor nur dann erfolgreich verschlossen werden konnten, wenn die breite Fläche des Applikators lange genug Kontakt mit den Gefäßen hatte. Kamen die Gefäße auf dem schmalen, scharfkantigen Teil des Applikators zu liegen und wurden schnell durchtrennt, dann blutete der Gefäßstumpf und mußte nachversorgt werden. Er subsummierte drei Vorteile des Harmonic Scalpels gegenüber der Hochfrequenzchirurgie: kein Verkleben des Gewebes mit dem Applikator (aufgrund der Vibrationen und der geringen Hitzeentwicklung), weniger Rauchentwicklung und sofortige Blutstillung durch Koaptation des Gewebes. Er hielt das Harmonic Scalpel für eine sichere Alternative, um die Anwendung monopolaren Hochfrequenzstromes bei der laparoskopischen Cholezystektomie zu ersetzen. Bei Verwendung von Ultraschalldissektoren kommt es, laut Hambley, zu einer geringeren Entzündungsreaktion als bei Hochfrequenzstrom oder Laserstrahlung (31) und damit zu geringeren Adhäsionen. Kanehira (32,33) schilderte die Anwendungsrisiken: Durchtrennung der Gefäße vor Abschluß der Koagulation, Verletzung benachbarter Strukturen durch die Rückseite des Scherblattes, Verbrennungen durch die Spitze des Instrumentes. Er verglich die beiden Ultraschalldissektoren AutoSonix (von Auto Suture) und Sono Surg (von Olympus), indem er Arterien des Mesenteriums und des Magens koagulierte und anschließend den Flüssigkeitsdruck maß, bei dem die verschlossene Seite des

10 9 Gefäßes barst. Mit dem AutoSonix Gerät wurden im Mittel schlechtere Werte (200 mm Hg) als mit dem SonoSurg Gerät (>350 mm Hg) erreicht. Kanehira beschrieb, das AutoSonix Gerät schneide mehr als daß es koaguliere, wenn es mit den höchsten Leistungsstufen betrieben wird. Er empfahl daher die Verwendung des AutoSonix Gerätes bei Stufe 2 oder 3, wenn Gefäße verschlossen werden sollen. Als Applikationszeit gab Kanehira s an. Ab 5 mm Durchmesser der Arterien sei der Verschluß unsicher geworden, daher seien Ultraschalldissektoren bis 3 mm Gefäßdurchmesser zum sicheren Gefäßverschluß zu empfehlen. Underwood beschrieb die Effektivität des Harmonic Scalpels als gleichwertig zur Anwendung bipolarer Zangen (34). Grundlage dieser Aussage ist eine Untersuchung, bei der er anhand der Nissen Fundoplikatio das Harmonic Scalpel mit bipolaren Zangen im Bezug auf Operationszeit, Häufigkeit von Blutungen und Zufriedenheit des Operateurs verglich. Die Hochfrequenztechnik sei jedoch im Vergleich zur Ultraschalltechnik preiswerter, da die dafür notwendigen Generatoren in jedem Operationssaal vorhanden sind. Gossot stellte in einer Arbeit die drei gebräuchlichen Ultraschalldissektoren nebeneinander (12): das Ultracision von Ethicon, das AutoSonix von Auto Suture und das SonoSurg von Olympus. Das SonoSurg ist das einzig wiederverwendbare Instrument, die beiden anderen sind Disposables. Das AutoSonix ist das schmalste Instrument mit 5 mm Durchmesser, während die beiden anderen bei 10 mm liegen. Gossot beschrieb das SonoSurg als das kompakteste der Instrumente. Bei den technischen Daten heben sich die Ultraschalldissektoren durch unterschiedlich große Schwingungsamplituden und Frequenzen voneinander ab. Die höchste maximale Amplitude hat das SonoSurg mit 200µm bei einer Frequenz von 23,5 khz. Gossot beschrieb mangelnde Erfahrung als Hauptrisiko für eine erfolgreiche Koagulation mit Ultraschalldissektoren, da die Leistungsapplikation zu kurz gewählt oder die Scherblätter zu schwach oder zu stark zusammengedrückt werden könnten und damit ein unzureichender Koagulationseffekt erzielt werden könne. Nachteile der Ultraschalldissektoren sah Gossot in dem hohen Anschaffungspreis der Systeme und in der Tatsache, daß die Schwingungen nur in einem geraden Applikator fortgeleitet werden können und damit gebogene Applikatoren nicht in Frage kommen.

11 10 Laserstrahlung Ende der siebziger Jahre wurde Strahlung von Neodymium-Yag-Lasern zur Therapie von Magenblutungen verwendet (35,36). Die Verwendung von Laserstrahlung ist an spezielle Schutzmaßnahmen, wie beispielsweise die Einrichtung eines Laserschutzraumes, das Tragen von Schutzbrillen etc., gebunden und dadurch teuer und aufwendig. Für die Cholezystektomie verglich Hunter die Hochfrequenzchirurgie mit der Laserapplikation und hob die Hochfrequenztechnik als schneller, effektiver und ökonomischer hervor (37,38). Amaral und Chrostek (39) stellten im Tierexperiment das Harmonic Scalpel, einen mit Hochfrequenzstrom betriebenen Spatel und einen Neodymium-Yag-Laser in der Anwendung bei der laparoskopischen Cholezystektomie einander gegenüber. Bezüglich der Operationszeit ergaben sich keine Unterschiede, wohl aber in Bezug auf die Notwendigkeit Rauch abzusaugen: in 67% der Operationen, bei denen der Laser benutzt wurde, trat erhebliche Rauchbelästigung auf. Bei Anwendung des Hochfrequenzinstrumentes war das nur in 25% der Operationen der Fall und beim Harmonic Scalpel nie. Die Anwendung des Lasers führte in 92% der Operationen zu einer Perforation der Gallenblase und außerdem in 89% postoperativ zu Adhäsionen. Beim Hochfrequenzinstrument kam es in 25% der Operationen zur Gallenblasenperforation und in 50% zu postoperativen Adhäsionen. Das Harmonic Scalpel verursachte in 17% der Operationen eine Perforation der Gallenblase und in 22% Adhäsionen. Daraus leiteten Amaral und Chrostek ab, daß der Neodymium- Yag-Laser für die Anwendung bei der laparoskopischen Cholezystektomie abzulehnen sei, dagegen sei das Harmonic Scalpel dafür zu empfehlen. Lantis (40) verglich in einer Studie die Anwendung von monopolarem und bipolarem Hochfrequenzstrom mit Ultraschallscherwellen und Laserstrahlung an Kaninchengefäßen von 1,5 mm Durchmesser und bei der Splenektomie am Kaninchen. Er hielt das Ultracision, einen Ultraschalldissektor der Firma Ethicon, für die, verglichen mit den Hochfrequenzinstrumenten, sicherste und effektivste Methode zur Durchtrennung von Blutgefäßen, da die Anwendung der mit bipolarem Hochfrequenzstrom betriebenen Zange dagegen lange Applikationszeiten ergab und das monopolare Instrument mehr Gewebeschäden verursachte als die anderen Methoden. Die mit Laserstrahlung betriebene Zange, die er zum Vergleich heranzog, war ein Prototyp. Diese Zange koagulierte die Gefäße schneller und verursachte

12 11 noch weniger laterale Schädigungen als das Ultracision. Vessel Seal 1998 präsentierte Kennedy (4,5) ein neues, mit Hochfrequenzstrom arbeitendes Verfahren zur Versiegelung von Blutgefäßen bis 7 mm Durchmesser. Die Versiegelung beschreibt sie als eine Vereinigung der gegenüberliegenden Gefäßwände mit Auflösung der Grenzflächen durch thermische Energie. Das Gerät steuert den Energieeintrag in das Gewebe und die Kompression des Gewebes, inklusive der Abkühlungsphase des Gerätes. Frau Kennedy untersuchte an insgesamt 331 Gefäßen die Verschlußsicherheit nach Anwendung des Vessel Seal im Vergleich zu einem bipolaren und einem ultraschallaktivierten Instrument, des weiteren verglich sie mit Clips und Ligaturen. Sie stellte fest, daß das Vessel Seal im Bezug auf die Sicherheit des Gefäßverschlusses den mechanischen Verschlußtechniken gleichwertig und den Ultraschalldissektoren und Hochfrequenzstrominstrumenten weit überlegen war. Sie erreichte mit dem Vessel Seal einen Prozentsatz von 97% Gefäße, die bei Belastungsdrucken bis mindestens 400 mm Hg dicht blieben, nach einer Applikationszeit von 2 5 s. Als maximal erreichten Belastungsdruck gibt sie 900 mm Hg an. Sie betonte am Ende ihrer Arbeit die Anwendungsbeschränkung bipolarer Hochfrequenzinstrumente auf Gefäße bis maximal 2-3 mm Durchmesser. Einzige Alternative zu mechanischen Verschlußtechniken bei größeren Gefäßen bietet ihrer Ansicht nach das Vessel Seal. Die sanfte Koagulation Einen Überblick über die Entwicklung und Anwendung von Hochfrequenzstrom in der minimal invasiven Chirurgie gibt Farin in seinem Artikel High-Frequency Electrosurgery in Minimal Access Procedures (14). Erläutert werden die unterschiedlichen Charakteristika des Schneide- bzw. Koagulationsvorganges. Ein wichtiges Fazit dieser und anderer Arbeiten ist die Feststellung, daß Karbonisation durch übermäßige Erwärmung des Gewebes das Risiko von Verwachsungen (41,42) nach sich zieht und daher eine kontrollierte Anwendung/Erwärmung angezeigt ist. Daher sollte im Rahmen der Versuche dieser Arbeit nur sanft koaguliert werden, das heißt nur so lange, bis das Gefäß verschlossen, aber noch keine Karbonisation

13 12 eingetreten ist. Unter Verwendung der Generatorfunktion Auto-Stop (6) kann sanft koaguliert werden, da das Gerät die Koagulation nach Erreichen bestimmter Regelgrößen beendet. Diese Funktion wurde in unseren Versuchen durchgängig verwendet. Dilley (43) kommt in einer experimentellen Studie zu dem Schluß, daß bei der bipolaren Koagulation mit geringer Leistung (auch eine Art der sanften Koagulation) und hohem Anpreßdruck gearbeitet werden sollte. Allerdings rechnet er dabei mit einer Applikationszeit von 20 s. Sanfte Koagulation ist durch das Fehlen von Karbonisation und somit durch die im Gewebe erreichte Temperatur charakterisiert. Die Folgen einer Erwärmung von Gewebe lassen sich grob über die Höhe der erreichten Temperatur klassifizieren. Sie sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Thermische Effekte im Gewebe in Abhängigkeit von der erreichten Temperatur (44) erreichte Temperatur Beobachtung / Auswirkung bis ca C ab ca C ab ca C ab ca C ab ca C ab ca C keine signifikante Zellschädigung Reversible Zellschädigung Irreversible Zellschädigung Koagulation Dehydration / Desikkation Karbonisation Um sanft zu koagulieren sollte nach den oben dargestellten Erkenntnissen die Temperatur im Gewebe 100 C nicht wesentlich überschreiten, da der erwünschte Effekt der Koagulation schon ab 70 C eintritt und bereits ab 200 C mit der Karbonisation ein vollkommen unerwünschter Effekt eintreten würde. Ab 100 C klebt zudem das Gewebe in verstärktem Maße an den Branchen, was vermehrte

14 13 Arbeitsunterbrechungen durch Putzen der Branchen nach sich ziehen oder gar zum Funktionsausfalls des Instrumentes führen kann. Histologische Korrelate der Koagulationsfolgen Verfahren zur thermischen Hämostase werden tagtäglich angewendet, wobei der Anwender sich meist mit der Tatsache zufrieden gibt, daß keine Blutung sichtbar ist. Im Sinne der Verschlußsicherheit müßte die Frage beantwortet werden, ob die Blutung steht, weil das Gefäß dauerhaft verschlossen wurde, oder weil momentan noch die Gefäßverformung die Blutung stoppt, was aber nur temporär halten und später zu einer Blutung führen könnte. Daher wäre es wichtig zu wissen, wie das Gefäß nach welcher Art von Koagulation an der Koagulationsstelle mikroskopisch aussieht. Neue Verfahren zur Blutstillung könnten standardisiert anhand histopathologischer sowie enzym- und immunhistochemischer Parameter validiert werden. Das Wissen um die späten Entwicklungsstadien einer Koagulationsstelle würde dazu beitragen, das Risiko einer postoperativen Nachblutung einzuschätzen und ihr vorzubeugen. Unbedingte Voraussetzung für eine gezielte Verbesserung der Techniken für eine schnelle und sichere Blutstillung ist die Kenntnis um ihre Mechanismen. Kato (45) beschreibt folgende Effekte in Abhängigkeit von der Temperatur: - Verfärbung: weißgrau bis hin zu schwarz bei der Karbonisation - Schrumpfung der Gefäßwand, die zu Längenkontraktion und Verringerung des Lumens führt - Bildung eines Koagels/Thrombus im Gefäßlumen - Bildung von intrazellulären Vakuolen Agah führt zusätzlich die Denaturierung von Kollagen (46) an. Schon in den sechziger Jahren wurde die thermische Hämostase untersucht. Sigel (47,48) hat 1965 makro- und mikroskopische Veränderungen mit Hochfrequenzstrom koagulierter Gefäße beschrieben. Seine histologische Nachbeobachtung erstreckt sich auf einen Zeitraum von 12 h bis maximal ein Jahr postoperativ. Er beschreibt den Gefäßverschluß mittels Elektrokoagulation anhand von zwei verschiedenen

15 14 Mechanismen, die er als obliterativen bzw. coaptiven Verschluß bezeichnet. Beim obliterativen Gefäßverschluß sei eine Schrumpfung des Gefäßes zu beobachten, die zur Verlegung des Gefäßlumens durch einen wandständigen Thrombus führt, der sich innerhalb von 15 d organisiert und damit das Gefäß dauerhaft verschließt. Dagegen komme der coaptive Gefäßverschluß durch ein Zusammendrücken der Gefäßwände während der Applikation des Hochfrequenzstromes zustande, gefolgt vom Verschweißen der Gefäßinnenwände mit Eiweißdenaturierung. Auch Kennedy (4,5) schildert das Abdichten von Gefäßen durch Einbringen einer definierten thermischen Energiemenge, die zum Verschweißen der Gefäßwände führt und keinen Thrombus im Applikationsgebiet zeigt. In einer Arbeit von Kato (45) wird anhand der Koagulation von Kaninchenuterushörnern gezeigt, daß der Verlust der LDH-Aktivität im Gewebe als Maßstab für das Ausmaß der Gewebeschädigung gelten kann. Kelly (49) führte Koagulationen mit einem Argon Laser an der Magenschleimhaut von Kaninchen durch und beschrieb die Kontraktion der Gefäße als ursächlich für die Hämostase, während die Thrombose nur ein sekundärer Effekt ist.

16 15 3. Material und Methodik Zur Überprüfung der Wirksamkeit eines Hämostaseverfahrens wird ein Blutgefäßsystem mit vitalem Kreislauf benötigt. Bisher gibt es noch kein Modell, mit dem ein Blutkreislauf mit Blutgerinnung etc. wirklichkeitsgetreu simuliert werden konnte. Daher wurden in dieser Arbeit Versuche an Kaninchen und Schweinen durchgeführt. Insgesamt wurden Versuche an drei toten und fünfzehn lebenden Kaninchen sowie sechszehn lebenden Schweinen durchgeführt (s. Tabelle 5). Notwendige Voraussetzungen für die Durchführung der Koagulationsversuche Das zu koagulierende Gefäß sollte auf einer möglichst langen Strecke gerade und ohne Verzweigungen verlaufen, damit eine Kanüle zur späteren Druckbelastung eingebracht und in mindestens einem Zentimeter Abstand zur Kanülenspitze koaguliert werden kann. Neben dem zu koagulierenden Gefäß muß so viel Platz sein, daß ein mindestens mm großes Fenster zum Einführen des Koagulationsinstrumentes geschaffen werden kann. Für vergleichende Untersuchungen wird eine möglichst große Anzahl in etwa gleich großer Gefäße benötigt, denn wenn gerätespezifische Faktoren modifiziert werden, dann sollten die sonstigen Versuchsbedingungen so weit wie möglich konstant bleiben. Aus Gründen des Tierschutzes sollte die Anzahl der Versuchstiere möglichst gering gehalten werden. Die Mesenterialgefäße erfüllen diese Kriterien. Beim Kaninchen sind pro Tier Koagulationen am Mesenterium möglich, beim Schwein ein vielfaches - hier wird die Anzahl der möglichen Versuche hauptsächlich durch den Operateur und den Narkoseverlauf limitiert. 3.1 Material Das Kombinationsinstrument und die Prototypen: Das zukünftige Kombinationsinstrument soll einen Haken (s. Abbildung 1) haben, mit dem präpariert werden kann. Sobald das gefäßhaltige Gewebe auf den Haken

17 16 aufgeladen wurde, soll der Haken in zwei pinförmige Hälften geteilt werden und das Gewebe zwischen den Hakenteilen aufgespannt werden (s. Abbildung 2). Für die minimal invasive Chirurgie soll ein 10 mm - Instrument 3 gebaut werden, daher bleibt für die Effektoren nicht viel Platz. Um trotzdem eine möglichst große Fläche zu bekommen, auf der koaguliert werden kann, wurde eine Halbschalenform als Gegenelektrode zum Pin gewählt. Zur Koagulation werden die Halbschalen gegen die Pins geschoben und das Gewebe dazwischen mit einem bestimmten Kraft festgehalten. Das Gewebe wird jeweils zwischen dem Pin und der Halbschale koaguliert, da zwischen diesen beiden Polen der Strom fließt. Zwischen den beiden Koagulationsstellen bleibt ein Streifen schwach bis gar nicht koagulierten Gewebes, wo zum Abschluß das Gewebe thermisch (z.b. bipolar mittels Draht) oder mechanisch (z.b. Messerklinge) durchtrennt wird. In die Konstruktion der Prototypen P3 und P4 wurden Standardelemente experimenteller Aufbauten aus der Physik integriert und damit die Grundlagen für anwendungsnahe Versuche geschaffen. Pins Abbildung 1: Mit dem Haken des Kombinationsinstrumentes soll das Gewebe präpariert werden. Abbildung 2: Sobald die Gefäßportion aufgeladen wurde, wird der Haken in zwei Pins geteilt. 3 Instrument mit einem maximalen Außendurchmesser von 10 mm

18 17 Prototyp 4 P1 (einbranchig) Hersteller: Werkstatt der Sektion für Minimal Invasive Chirurgie Dieser Prototyp wurde mit einem Pin und der dazu passenden Schale verschiedener Größen ausgestattet. Das Öffnen und Schließen der Branchen erfolgte über einen Pistolengriff (s. Prototyp P2, Abb. 6). Prototyp P2 (doppelbranchig, s. Abb. 3,5,6) Hersteller: Werkstatt der Sektion für Minimal Invasive Chirurgie Pin mit 2mm Durchmesser kleine Berührungsfläche der Branchen, um Kurzschlüsse zu vermeiden Schale (90 ) mit 2mm Abbildung 3: Prototyp P2, Skizze Der Prototyp P1 wurde durch Einbau von zwei Pins und zwei Halbschalen zum Prototyp P2 (s. Abb. 3) umgebaut. Die Pins hatten einen Durchmesser von 2 mm. Die Halbschalen wurden als 90 Ausschnitt (s. Abb. 4) aus einem Rohr mit 4 mm Außendurchmesser herausgeschnitten. 4 Mit Prototyp ist in dieser Dissertation grundsätzlich eine Version eines Funktionsmusters des neu zu konstruierenden Koagulationsinstrumentes gemeint.

19 18 90 Pins 4 mm Abbildung 4: Herstellung der Halbschalen aus einem Rohrstück (hier im Querschnitt) Halbschalen Abbildung 5: Prototyp P2, Maulteil Die für den Anpreßdruck verantwortliche Feder wurde über eine Schubstange (s. Abb. 6) eingestellt. Einkerbungen an der Schubstange dienten zur Abschätzung der eingestellten Kraft. Schubstange Maulteil gewinkelter Pistolengriff Abbildung 6: Prototyp P2

20 19 Prototyp P3 (s. Abb. 7) Hersteller: Werkstatt der Sektion für Minimal Invasive Chirurgie Durch den Einsatz von präzisen Führungselementen (gehärtete Stahlstangen und Gleitlager) wurde dieser Prototyp für die reproduzierbare Einstellung bzw. Messung der auftretenden Kräfte und Temperaturen konzipiert. Die Befestigung der Branchen wurde optimiert, so daß ein mechanisch stabiler Aufbau entstand. Feder Stahlstangen Abstandhalter Kugellager Maulteil Abbildung 7: Prototyp P3 mit stabilem Aufbau durch Stahlstangen, reibungsarmer Branchenführung durch Kugellager und Anpreßdruck durch Federn und Abstandhalter Halbschalen Pins Abbildung 8: Prototyp P3, Maulteil Die Pins und die Halbschalen (s. Abb. 8) wurden zunächst auf Messingblöcke geklebt, die wiederum auf Schwalbenschwanz-geschieben befestigt wurden, um die Zerlegbarkeit des Instrumentes beizubehalten (s. Abb. 9). In die Pins integriert und an die Halbschalen angeklebt wurden Thermoelemente.

21 20 A C D B Abbildung 9: A: Halbschale, B: Pin, C: Messingblock, D: Schwalbenschwanzgeschiebe Prototyp P4 (s. Abb. 10) Hersteller: Werkstatt der Sektion für Minimal Invasive Chirurgie Anzeige der Branchenabstandsmessung Temperaturmeßelement Abbildung 10: Prototyp P4 mit Meßeinrichtungen zur Messung der Branchenöffnung und der Temperatur der Branchen Der Prototyp P3 wurde durch folgende Änderungen zum Prototyp P4 umgebaut: ein mechanischer Sensor mit entsprechender digitaler Anzeige zur Bestimmung der Branchenöffnung wurde zusammen mit Thermoelementen für die oberen und unteren Branchen eingebaut.

22 Versuchstiere: Hausschweine mit einem Gewicht zwischen 65 und 80 kg stellten aufgrund ihrer Größe, die eine gewisse Gefäßgröße sowohl im Bezug auf die Länge als auch auf den Durchmesser mit sich bringt, im Sinne der Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse auf den Menschen sehr geeignete Versuchstiere dar. Für vergleichende Untersuchungen eines Parameters, wie zum Beispiel Leistung, Applikationszeit, Spannung etc., war es wichtig möglichst viele gleichartige Gefäße zur Verfügung zu haben, um nicht durch verschiedenartige Gefäße eine zusätzliche Variable zu bekommen. Das Schweinemesenterium besteht aus relativ parallel zueinander verlaufenden, sich kaum verzweigenden Gefäßen. Pro Schwein konnten zwischen 30 und 50 Koagulationen durchgeführt werden. Die Kaninchen der Rasse weißer Neufundländer mit einem Gewicht zwischen 3 und 4 kg wurden als Alternative ausgewählt, da sie Gefäße in ausreichender Größe besitzen; Ratten wären zu klein gewesen. Allerdings war die Zahl der möglichen Versuche an gleichartigen Gefäßen (Mesenterialgefäßen) auf begrenzt. Die Gefäße der Kaninchen erwiesen sich als wesentlich vulnerabler als die der Schweine, mit begrenzter Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den Menschen Narkose und Euthanasie der Versuchstiere: Die Schweine wurden im Tierstall prämediziert, im Versuchs-OP intubiert und mit einer Mischung aus Sauerstoff, Lachgas und Isofluran beatmet. Die Kaninchen erhielten intramuskulär Injektionen einer Mischung aus Rohypnol und Ketanest. Schweine und Kaninchen werden nach Versuchsende mit einer intravenösen Injektion von T61 eingeschläfert In den Versuchen verwendete Gerätschaften: 1) Bipolare Pinzetten mit Branchenbreite 2 mm und 4 mm Hersteller: ERBE Elektromedizin

23 22 2) Ultraschalldissektoren (s. Abb. 11): SonoSurg Hersteller: Olympus AutoSonix Hersteller: Auto Suture Ultracision Hersteller: Ethicon Abbildung 11: Ultraschalldissektoren 3) Hochfrequenzgenerator Erbotom ICC 350 Hersteller: Erbe Elektromedizin Dieses Gerät wurde von der Firma Erbe Elektromedizin für unsere Zwecke modifiziert. Die Leistungs-Spannungs-Charakteristik für die bipolare Koagulation wurde so angehoben, daß auch bei hoher Gewebeimpedanz die Koagulation erfolgt. Die Spannung blieb aber weiterhin auf Werte unterhalb von 190 V begrenzt, um der Entstehung von Lichtbögen vorzubeugen. 4) Dokumentationssystem (PC) mit Verbindung zum Erbotom ICC 350, Spezialanfertigung der Firma Erbe Elektromedizin Mit diesem System werden Strom und Spannung und daraus abgeleitet Leistung und Impedanz als Zeitkurven erfaßt.

24 23 5) System zur Durchführung von in-vitro Berstversuchen (s. Abb. 12) Hersteller: Werkstatt der Sektion für Minimal Invasive Chirurgie - Druckmeßeinrichtung Hersteller: Sektion für MIC - Druckbehälter Hersteller: Olympus System Ein handelsüblicher Schnellkochtopf wurde in der MIC-Werkstatt mit Anschlüssen im Deckel versehen, so daß der Druckbehälter entstand. Abbildung 12: System zur Durchführung von in-vitro-berstversuchen - Pumpe (Membranpumpe) Hersteller: Rheinelektra AG Zusätzlich beinhaltet das System für die in-vitro Berstversuche ein Glasbecken, das mit Wasser gefüllt wird. Auf der einen Schmalseite des Beckens wird eine endoskopische 30 Optik befestigt, auf der gegenüberliegenden Seite ein Spiegel, dahinter die Druckanzeige. 6) System zur Durchführung der in-vivo-druckbelastungsversuche (s. Abb. 13): (zusammengestellt von Mitarbeitern der Sektion für Minimal Invasive Chirurgie)

25 24 - Druckmeßeinrichtung Hersteller: Sektion für MIC - Druckbehälter Hersteller: Olympus System - Pumpe (Membranpumpe) Hersteller: Rheinelektra AG Abbildung 13: System zur Durchführung der in-vivo-druckbelastungsversuche Funktionsweise des Systems: Das Reservoir im Druckbehälter wird mit einem Gemisch aus Methylenblau und isotoner Kochsalzlösung gefüllt. Die Pumpe erzeugt über einen Schlauch im Druckbehälter einen Druck, der an der Druckmesseinrichtung abgelesen werden kann. Derselbe Druck wird über die Heidelberger Verlängerung auf das getestete Gefäß übertragen. 7) Digitalthermometer GTH 1200A Hersteller: GREISINGER electronic Meßbereich C

26 Methodik Bei der Koagulation waren folgende Parameter zu beeinflussen: die Mechanik des Applikators, die Anpreßkraft, die Leistungseinstellung und die Applikationszeit. Die Mechanik des Applikators: Erfahrungen mit verschiedenen Effektorengrößen im einbranchigen Prototypen P1 führten zur Konstruktion des zweibranchigen Modells P2, beide mit gleichem Handgriff und gleicher Branchenführung. Der Prototyp P3 wurde mit einer vollkommen anderen, reibungsärmeren Mechanik gebaut und durch zusätzlichen Einbau einer Meßvorrichtung für den Abstand der Branchen und einer zweiten zur Messung der Temperatur zum Prototypen P4 ausgebaut. Die Anpreßkraft wurde bei den Prototypen P1 und P2 mit einer Schubstange eingestellt. Die Leistungseinstellung erfolgte am Generator als Grenzwerteinstellung, d.h. die direkte Einstellung der tatsächlichen Leistung war nicht möglich, da der Generator über interne Regelkreise steuerte. Die Applikationszeit ließ sich durch die Auto Stop Funktion des Generators bestimmen, da sich herausstellte, daß man auf diese Weise dem Ziel, einer sanften Koagulation, am nächsten kam. Das Versuchstier erhielt eine Vollnarkose. Es erfolgte eine mediane Laparotomie. Mesenterialgefäße wurden präpariert, da sich die so gewonnenen Ergebnisse am besten auf die spätere Anwendungssituation am Menschen übertragen lassen. Die Mesenterialgefäße des Schweines sind anders angeordnet als beim Kaninchen. In unmittelbarer Nähe des Darmes stehen beim Schwein lange schmale Gefäße ohne seitliche Abgänge zur Verfügung, während die darmnahen Gefäße beim Kaninchen sehr viele Verzweigungen aufweisen. Daher verwendeten wir für unsere Versuche die wenig verzweigten Hauptäste. Jeder Versuch bestand aus Gefäßpräparation, Kanülierung, Koagulation, Durchtrennung des Gefäßes, Druckbelastung und in einem Teil der Versuche histologischer Untersuchung des Präparates.

27 26 Nach Beendigung der Versuche wurde das Versuchstier eingeschläfert Gefäßpräparation und Kanülierung Ein Gefäß wurde kanüliert (s. Abb. 13) und die Kanüle mit zwei Ligaturen versehen. Die erste Ligatur diente dazu, das Herausrutschen der Kanüle aus dem Gefäß zu verhindern, die zweite Ligatur wurde hinter der Einstichstelle um die Kanüle gelegt. Die Festigkeit der zweiten Ligatur sollte so groß sein, daß keine Flüssigkeit durch die Einstichstelle entweichen kann. Andererseits durfte die zweite Ligatur nicht so fest sein, daß die Kunststoffkanüle dabei mit abgebunden wird. Das Bindegewebe neben dem Gefäß wurde auf einer Strecke von circa 3 cm gefenstert, so daß das Koagulationsinstrument eingeführt werden konnte ohne umliegende Gefäße anzureissen und so Blutungen zu provozieren Koagulation Die Koagulation wurde in einem Abstand von mm von der Kanülenspitze entfernt durchgeführt. Die Leistungsbegrenzung 5 des Generators wurde zwischen 30 und 90 W in Zehnerschritten variiert. Variation bedeutete in diesem Fall, daß die Leistungsbegrenzung nach jeder Koagulation verändert wurde. Die Reihenfolge der Veränderungen wurde so festgelegt, daß die Reihenfolge der Veränderungen sich nie wiederholte und doch jede Leistungsstufe gleich häufig getestet wurde. Beispiel: 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 30, 50, 70, 90, 40, 60, 80, 30, 60, 90, 50, 80, 40, 70 W, usw.. Der Generator wurde im Auto-Stop Modus verwendet. Dabei überwacht der Generator Strom, Spannung und Impedanz und beendet die Koagulation sobald 5 Der Generator erhöht die Spannung so lange bis die eingestellte Leistungsbegrenzung erreicht wird. Wird der Wert überschritten, so senkt der Generator die Spannung sofort. Der am Generator eingestellte Wert ist ein Grenzwert und keinesfalls gleichzusetzen mit der tatsächlich erreichten Leistung.

28 27 bestimmte Richtwerte erreicht werden, die ab Werk in internen Regelkreisen vorgegeben sind. Anschließend erfolgte die in-vitro- oder in-vivo-druckbelastung Die in-vitro-berstversuche Ziel der Berstversuche (s. Abb. 12) war es herauszufinden, welchem Druck die verschlossene Gefäßstelle standhalten würde. Nach der Koagulation wird das Gefäß samt Kanüle entnommen und über die Kanüle an den Infusionsschlauch angeschlossen, der das Gefäß mit der methylenblaugefärbten Flüssigkeit des Druckbehälters verbindet. Das Gefäß wird so in das Wasserbecken hineingelegt, dass es sich im Sichtfeld der endoskopischen Optik und vor dem Spiegel befindet. Der Spiegel ermöglicht die Beurteilung des Gefäßzustandes auch auf der der Kamera abgewandten Seite. Über die mit der Optik verbundene Kamera wird bei jedem Versuch das Gefäß von vorne, die Ansicht des Gefäßes im Spiegel von hinten und die Druckanzeige auf Video aufgezeichnet. Die Einblendung der Versuchsnummer ermöglicht die Zuordnung des Bildmaterials zu der schriftlichen Dokumentation. Sobald die Pumpe in Betrieb genommen wird, steigt der Druck im Druckbehälter stetig und auf der Druckanzeige nachvollziehbar an. Über den Infusionsschlauch und die Kanüle wird der im Druckbehälter entstehende Druck an das Gefäß weitergegeben und die Koagulationsstelle druckbelastet. Über die Optik wird beobachtet, ab welchem Druck Methylenblau aus der Koagulationsstelle austritt und das Gefäß daran anschließend platzt. Im Wasser ist der Austritt des Methylenblaus sehr gut zu sehen. Nachteil dieser Methode war, daß durch die Gefäßentnahme direkt nach der Koagulation häufig Blutungen auftraten Die in-vivo-druckbelastung Die in-vitro-berstungsversuche wurden durch die in-vivo-druckbelastung (s. Abb. 13) ersetzt, um die Erprobung den Anforderungen der Realität anzupassen, d.h. beim Einsatz einer präventiven Blutstillungsmethode später beim Menschen interessiert uns in erster Linie, ob das so verschlossene Gefäß den Druckbelastungen eines

29 28 gesunden menschlichen Organismus standhält oder nicht. Ob der Gefäßverschluß bei hohen, im menschlichen Organismus nie zu erreichenden Drücken irgendwann einmal nicht mehr dicht hält, ist dabei sekundär. Die Mindestanforderung wurde daher auf 350 mbar ( entspricht 263 mm Hg) festgesetzt Dokumentation 1. OP-Protokoll: Auf dem OP-Protokoll werden allgemeine Daten des Versuchs wie Datum, Versuchsdauer, Versuchsteilnehmer, Daten des Versuchstiers (Gewicht, Nummer), der Anästhesie (Zeitpunkt und Menge der injizierten Narkotika) und Angaben über die verwendeten Instrumente gemäß 9a des Tierschutzgesetzes (50) notiert. 2. Protokoll der Koagulationen mit nachfolgendem Berstungsversuch bzw. nachfolgender Druckbelastung: Für jede Koagulation wird dokumentiert, welche Leistung am Gerät eingestellt, welches Gefäß koaguliert und ob die Koagulation vom Operateur als erfolgreich betrachtet wurde. Weiter wird der Berstungsdruck vermerkt, bzw. bei in situ druckbelasteten Gefäßen, ob sie der Belastung mit 350 mbar standhielten oder bei welchem Druck es zur Undichtigkeit des Gefäßes kam. Für die Versuche, bei denen Temperatur und Abstand der Branchen gemessen wurden, wurde ein gesondertes Protokoll benutzt. 3. Protokolle der Koagulationen mit den Vergleichsinstrumenten: Für die Versuche mit den Ultraschalldissektoren, sowie den mono- und bipolaren Instrumenten wurden die Werte der Leistungseinstellungen und die Druckbelastungsergebnisse auf gesonderten Protokollblättern festgehalten. 4. ICC-Com-Programm von Erbe (Doku-System): Leistung, Stromstärke, Impedanz und Spannung werden während der Koagulation automatisch aufgezeichnet und als Zeitkurven dargestellt. 5. Datenbank: Die unter 3) und 4) ermittelten Daten werden in Microsoft Access/Excel Tabellen eingetragen. 6. Videodokumentation der Berstungsversuche, Koagulationen und Druckbelastungen: Die Numerierung der Koagulationen durch das ICC-Com- Programm wird im Protokoll vermerkt, im Video eingeblendet und auf die Behälter mit den histologischen Präparaten übertragen.

30 Histologische Untersuchung Nach der Druckbelastung wurde das Gefäßstück samt Kanüle entnommen und in ein kleines Plastikgefäß mit Formaldehyd gegeben. Die Kanüle erleichtert dem Pathologen die Lokalisierung der Koagulationsstelle. In der pathologischen Abteilung wurde das Gefäß teils längs, teils quer geschnitten, in Paraffin eingebettet, mit Hämatoxylin-Eosin gefärbt und begutachtet. Da die Kapazität der pathologischen Abteilung nur in sehr begrenztem Umfang zur Verfügung stand, konnte nur ein Teil der Gefäße von Schwein und Kaninchen histologisch aufgearbeitet werden. Ziel der histologischen Untersuchung war es, mikroskopisch nachweisen zu können, warum ein Gefäß an der Koagulation dicht ist oder nicht. Erwartet wurde, daß sich Zeichen thermischer Schädigung wie Vakuolen oder gar Hinweise auf ein Verkleben der Gefäßwände auffinden lassen. 3.3 Inhalte der Versuchsphasen Vorversuche an Kaninchenleichen Die Versuche an den toten Kaninchen wurden durchgeführt, um den geplanten Versuchsaufbau zu testen (Vorversuche, s. Tabelle 5). Dieser Versuchsaufbau sah vor, daß Gefäße verschiedener Durchmesser im Kaninchen (Gefäße des Magens, der Milz, der Nieren, des Mesenteriums, Vena cava und Aorta) präpariert, kanüliert und auf ihren Berstdruck untersucht werden Vorversuche an lebenden Kaninchen Die Inhalte der Versuche mit Pinzetten und mit dem Prototypen P1 bauen auf den Ergebnissen der Versuche an toten Kaninchen auf Versuche mit Pinzetten Im Rahmen der strategischen Vorversuche wurde die optimale Branchenbreite durch Koagulationsversuche mit bipolaren Pinzetten der Firma ERBE erprobt. Gefäße

31 30 wurden präpariert. Dann wurde bei der Koagulation mit der schmalen (2 mm) bzw. breiten (4 mm) Pinzette beobachtet, ob eine Koagulationswirkung zu sehen (Dampfentwicklung) oder zu hören (Zischen) war. Anschließend wurde untersucht, ob die jeweiligen Gefäße sich verschließen ließen, das heißt, ob nach Durchtrennung des Gefäßes hinter der koagulierten Stelle Blut austrat oder nicht. Einige koagulierte Gefäßstücke wurden histologisch untersucht. In-vitro-Druckbelastung Einzelne Gefäße wurden nach der Koagulation mit den Pinzetten in vitro druckbelastet, um das System für die in-vitro-druckbelastung zu testen. Der Versuchsablauf bestand aus: Kanülierung, Koagulation und Druckbelastung. Zur Funktionsüberprüfung der Pin-Halbschalen-Kombination wurde ein einbranchiger Prototyp gebaut (P1). Pins und Halbschalen verschiedener Größe wurden im Koagulationsversuch unter der Fragestellung getestet: Wie klein dürfen die Effektoren werden, so daß trotzdem noch eine komplikationslose Koagulation möglich ist? Versuche mit P1 Mit diesem 1. Prototypen (eine Halbschale + ein Pin) wurden im Anschluß Versuche mit verschiedenen Pin- / Halbschalen-Kombinationen gemacht. Dabei kamen drei verschiedene Kombinationen zum Einsatz: A. Pin mit 2 mm und Halbschale (90 Ausschnitt aus Kreis mit 4 mm ) B. Pin mit 3 mm und Halbschale (160 Ausschnitt aus Kreis mit 5 mm ) C. Pin mit 3 mm und Halbschale (90 Ausschnitt aus Kreis mit 5 mm ) Zunächst wurden Gefäße präpariert und anschließend das Koagulationsverhalten des Prototypen beobachtet. Einige Gefäße wurden histologisch untersucht.

32 31 In-vitro- und in-vivo-druckbelastung Die Verschlußsicherheit wurde im in-vitro-druckversuch als zusätzliches Kriterium für die Entscheidung für die optimale Branchenkombination eingesetzt. Im Verlauf der strategischen Vorversuche wurde die in-vitro- durch die in-vivo- Druckbelastung ersetzt Grundlagenversuche mit den Prototypen P2 und P3 Die Erfahrung mit dem Prototypen P1 hatte das Problem der Kurzschlüsse aufgeworfen (siehe hierzu die Darstellung im Ergebnisteil S. 46ff). Bei den Grundlagenversuchen stand die Frage im Vordergrund, wie eine schnelle und sichere Koagulation ohne Kurzschlüsse erreicht werden könnte. Der Versuchsablauf der Grundlagenversuche war immer: Gefäßpräparation, Kanülierung, Koagulation, Druckbelastung. Einige Gefäße wurden histologisch untersucht Versuche mit P2 Der zweibranchige Prototyp P2 wurde dem Ergebnis der Versuche mit P1 entsprechend ausgestattet (s.): Pin mit 3 mm und Halbschale (160 Ausschnitt aus Kreis mit 5 mm ). Die für den Anpreßdruck verantwortliche Feder wurde über eine Schubstange eingestellt. Einkerbungen an der Schubstange dienten zur Abschätzung der eingestellten Kraft. Allgemeines Ziel: Kurzschlüsse vermeiden durch Auswahl genügend großer Gewebeportionen. Aus den Ergebnissen der vorherigen Versuchsphase ergaben sich folgende Arbeitshypothesen für eine erfolgreiche Koagulation, die mit P2 überprüft wurden: Arbeitshypothese 1: Je höher die Leistungseinstellung gewählt wird, desto kürzer ist die Zeit, die zum Verschluß des Gefäßes benötigt wird.