Professionelle Steuerung von Single-Needle-Dialysen

Transkript

1 Gerd Breuch Nipro Europe N.V. Weihoek 3H 1930 Zaventem Belgien Die Single-Needle-Dialyse gehört auch heute noch zu den Standardanwendungen in der Hämodialyse. Die steigende Anzahl älterer und diabetischer Patienten mit schlechten Gefäßverhältnissen und die Einführung der Einlumen-Vorhofkatheter hat eine gewisse Renaissance der Single-Needle-Anwendung angestoßen. Vermutlich werden unter der nicht unbeträchtlichen Anzahl der Patienten, die nicht den von der Qualitätssicherungsrichtlinie geforderten Kt/V von 1,2 erreichen, ein hoher Prozentsatz Single-Needle (SN) dialysierter Patienten zu finden sein (Jahresbericht Datenanalyse Dialyse für den Gemeinsamen Bundesausschuss ). Die zunehmende Automatisierung dieser Funktion in den neuen Gerätesystemen beheimatet die Gefahr, dass es zu einem schleichenden Verlust von Basiswissen hinsichtlich einer patientenindividuellen Einstellung und Steuerung dieser fast alltäglichen Funktion (SN) kommt. Insbesondere bei dieser Patientengruppe ist jedoch die individuelle Steuerung der Behandlung, orientiert an den Möglichkeiten die der Gefäßzugang bietet, von großer Bedeutung für die Effektivität der Behandlung. Dieser Artikel ist eine Art Standortbestimmung mit dem Ziel, Wissen zu bewahren, auch jenes, welches dank neuester Entwicklungen auf dem ersten Blick unnötig und überflüssig erscheinen mag. 1. Single-Needle-Systeme im technischen Vergleich 1.1. Verfahren mit einer Blutpumpe Kopp-Verfahren 1972 beschrieb Kopp ein von ihm entwickeltes Ein- Nadel-Verfahren. Dieses Verfahren arbeitet mit einer Blutpumpe, die kontinuierlich läuft. In der arteriellen Phase ist die arterielle Klemme geöffnet, die Blutpumpe förderte das Blut über den Dialysator in eine venöse Ausgleichskammer. Die venöse Klemme bleibt dabei geschlossen. Der venöse Druck steigt bis zu einem eingestellten Grenzwert an. Das Erreichen des Grenzwertes öffnet die venöse Klemme und schließt die arterielle Klemme. Die Blutrückgabe wird durch den aufgestauten Druck und die zusätzlich weiterlaufende Blutpumpe realisiert. Da die arterielle Klemme geschlossen ist, die Blutpumpe aber weiterläuft, wird nun ein Negativdruck erzeugt, der zu einem kompletten Kollabieren des Pumpsegments führt. Bei Erreichung dieses Zustands schließt die venöse Klemme und die arterielle öffnete sich. Die arterielle Blutpumpe wird nun zusätzlich durch den zuvor erzeugten Negativdruck unterstützt. Stopp-Go-Verfahren (SN Klick-Klack) Stopp-Go-Verfahren verfolgen ein ähnliches Grundprinzip wie das vorab vorgestellte Kopp-Verfahren. Der wesentliche Unterschied ist, dass die Blutpumpe bei Erreichen eines Umschaltdruckes in der venösen Luftfalle angehalten wird. Die venöse Blutrückgabe erfolgt durch den aufgebauten Systemdruck. Stopp-Go-Verfahren können über eine Zeiteinstellung oder über eine Druckeinstellung gesteuert werden. Dies führte zu dem Namen Stopp-Go-Systeme. Wesentlich geläufiger ist jedoch die Bezeichnung Klick-Klack. Diese Systeme sind auch heute noch in fast jedem Dialysegerät verfügbar. Der Vorteil dieser Systeme liegt darin, dass kein spezielles SN-System erforderlich ist und somit auch bei laufender Behandlung problemlos von einer Zwei-, auf ein Einnadelverfahren umgestellt werden kann. Diesem praktischen Vorteil steht jedoch eine Reduzierung der Dialyseeffektivität und die Gefahr der Thrombosierung, insbesondere bei hohen UF- Raten gegenüber Verfahren mit zwei Blutpumpen Verfügt ein Dialysegerät über zwei Blutpumpen, kann eine wesentlich effizientere SN-Dialyse durchgeführt werden als mit einer Blutpumpe. Je nach Gerätetyp gibt es unterschiedliche SN-Systeme. Im Folgenden werden die drei aktuellen Varianten vorgestellt. 6

2 SN-System der Fa. Fresenius (4008/5008) Dieses System arbeitet mit zwei großvolumigen Expansionskammern, von denen eine vor, die andere nach dem Dialysator angebracht ist. Die Blutpumpen sind dem Ganzen vor- bzw. nachgeschaltet. Abb. 1 Doppelpumpenverfahren der Fa. Fresenius Bei diesem SN-Doppelpumpen-Verfahren sind beide Blutpumpen vor dem Dialysator angebracht. In einem ersten Arbeitstakt (arterielle Phase) fördert die erste Blutpumpe (arterielle Pumpe) das Blut in eine in das Schlauchsystem integrierte Expansionskammer. Die zweite Blutpumpe (venöse oder SN- Pumpe) läuft nicht, wirkt jedoch als Schlauchabsperrklemme. Die venöse Schlauchabsperrklemme unterhalb der Luftfalle ist geschlossen. Die arterielle Blutpumpe läuft, bis ein oberer Druckwert in der Expansionskammer erreicht ist. Dieser ist individuell über das Hubvolumen (Blutvolumen pro Zyklus) einstellbar. Im zweiten Arbeitstakt (venöse Phase) befördert die zweite Blutpumpe (venöse oder SN-Pumpe) das Blut aus der Expansionskammer durch den Dialysator zurück zum Patienten. Die arterielle Pumpe steht und wirkt als Schlauchabsperrklemme. Die venöse Schlauchabsperrklemme unterhalb der Luftfalle ist geöffnet. Der Druck in der Expansionskammer fällt bis auf einen unteren Umschaltdruck, der die venöse Phase beendet und wieder auf die arterielle Phase umschaltet. In der arteriellen Phase fördert die arterielle Blutpumpe Blut in die arterielle Expansionskammer und über diese durch die Hohlfasern des Dialysators bis in die venöse Expansionskammer. Dabei wirkt die stehende venöse Blutpumpe hinter der zweiten Expansionskammer wie eine Schlauchklemme. Über einen Systemdruckaufnehmer an der venösen Expansionskammer wird der obere Umschaltdruck abgeleitet. Bei Erreichen des oberen Umschaltdruckes schaltet das System in die venöse Phase um. In der venösen Phase schließt die arterielle Quetschklemme, die die arterielle Blutpumpe stoppt und die venöse Blutpumpe beginnt bei geöffneter venöser Quetschklemme mit der Blutrückführung zum Patienten. Dabei fördert die venöse Pumpe Blut aus beiden Expansionskammern, also auch aus dem Blutkompartiment des Dialysators, zurück zum Patienten. SN-System Cross-Over, Fa. B. Braun Avitum Abb. 3 SN Cross-Over der Fa. B. Braun Avitum SN-System der Fa. Gambro / Fa. Nikkiso Abb. 2 Doppelpumpenverfahren Fa. Gambro / Fa. Nikkiso Die Kennzeichen dieses Systems sind kontinuierlich laufende Blutpumpen und eine Druck-Drucksteuerung der SN-Zyklen. Im extrakorporalen Blutkreislauf findet man auf der arteriellen und venösen Seite jeweils eine Schlauchabsperrklemme, eine Expansionskammer mit einer Druckmessung und eine Blutpumpe. Auf der venösen Seite, zwischen Dialysator und venöser Blutpumpe, ist zusätzlich noch ein Blutpumpensteuerdruck eingeschaltet. 7

3 Die Höhe des Blutflusses ist für die Effektivität einer SN-Behandlung von besonderer Bedeutung. Arterielle Phase: Während der arteriellen Phase ist die arterielle Schlauchabsperrklemme geöffnet und die venöse geschlossen. Durch die arterielle Blutpumpe (BP) wird das Blut vom Patienten über die arterielle Expansionskammer durch den Dialysator und von der venösen BP bis in die venöse Expansionskammer geleitet. Weil die venöse Schlauchabsperrklemme geschlossen ist, steigt der Blutpegel und somit auch der Druck in der venösen Expansionskammer bis zu einem voreingestellten oberen Systemdruck (z.b.: 350 mmhg), der die arterielle Phase beendet und die venöse Phase einleitet. Venöse Phase: Die arterielle Schlauchabsperrklemme schließt und die venöse Klemme wird geöffnet. Die arterielle BP fördert nun das Blut aus der arteriellen Expansionskammer durch den Dialysator und die venöse BP transportiert es weiter über die venöse Expansionskammer zurück zum Patienten. Dadurch, dass die arterielle Absperrklemme geschlossen ist, sinkt der Druck in der arteriellen Expansionskammer bis zu einem vordefinierten unteren Umschaltdruck (z.b mmhg), der die venöse Phase beendet und wieder zur arteriellen Phase umschaltet. Beim SN Cross-Over-System wird das Hubvolumen als Phasenvolumen bezeichnet. Das Phasenvolumen kann nicht vorgegeben werden, sondern entsteht durch das Zusammenspiel der Druck- Drucksteuerung und der Geschwindigkeit der Blutpumpe. Das Cross Over-System ist eine Modifikation des ursprünglichen Kopp-Systems aus den 70er Jahren und steht nur an der Dialysemaschine Dialog der B. Braun Avitum AG zur Verfügung. Das wesentliche Merkmal des SN Cross-Over-Verfahrens ist, im Vergleich mit herkömmlichen SN-Systemen, dass es einen kontinuierlichen Blutfluss im extrakorporalen System zwischen arterieller und venöser Absperrklemme erlaubt. Dies bedingt relativ konstante Druckverhältnisse im Dialysator. Aber auch das SN Cross-Over-System ist, wie alle anderen SN Doppel-Pumpen-Verfahren, ein zyklisches Verfahren mit einer arteriellen Entnahmephase und einer venösen Rückgabephase. 2. Effektivität der Single-Needle- Dialyse Da heutzutage überwiegend Doppelpumpensysteme eingesetzt werden, beziehen sich die nachfolgenden Ausführungen ausschließlich auf die vorab dargestellten Systeme dieser Art. Ausschlaggebend für die Effektivität von Single- Needle-Dialysen sind: Blutfluss und Blutpumpenverhältnis Hubvolumen Rezirkulation Kanülendurchmesser (-länge) 2.1. Blutfluss Die Höhe des Blutflusses, sukzessive des kumulativen Blutvolumens ist für die Effektivität einer SN- Behandlung von besonderer Bedeutung. 1 Pumpengesteuerte Verfahren (Doppelpumpenverfahren von Fresenius, Gambro, Nikkiso) sind diesbezüglich druckgesteuerten Verfahren (SN Cross- Over B. Braun Avitum, SN Klick-Klack) überlegen. Die konstante, aktive Förderung des Blutes in der Entnahme- und Rückgabephase durch eine Blutpumpe realisiert bei optimaler Einstellung höhere Flüsse als die inkonstante, im Zyklus abfallende Förderung über positive (Rückgabephase) bzw. negative (Entnahmephase) Drücke. 1 Guy Rostocker, Mireille Griuncelli und Christelle Loridon, Improving the Efficieny of Short Term SN-Hemodialysis, Renal Failure 31: , 2009) 8

4 Berechnung des mittleren Blutflusses Da die SN-Dialyse aus zwei Phasen besteht, muss die Bestimmung der gereinigten Blutmenge aus dem Mittelwert der Blutpumpengeschwindigkeiten erfolgen. Dies ist der mittlere Blutfluss, der sich wie folgt berechnen lässt: mittlerer Blutfluss = Q B art. x Q B ven. Q B art. + Q B ven. Wenn beide Blutpumpengeschwindigkeiten (art./ ven.) nicht sehr voneinander abweichen, lässt sich der mittlere Blutfluss etwas ungenauer, dafür vereinfacht mit der nachfolgenden Faustformel berechnen: abschließend und eindeutig zu beantworten. Fest steht jedoch, dass zwei physikalische Phänomene das Hämolyserisiko beeinflussen: die Scherbelastung und die Druckbelastung der Erythrozyten. Druckbelastung der Erythrozyten: Twardowski konnte nachweisen, das bei Druckbelastungen von P ven.: 420 mmhg und P art.: mmhg keine klinisch relevante Hämolyse zu erwarten ist. 2 Scherbelastung der Erythrozyten: Innerhalb des Gefäßzugangs (Kanüle/Katheter) fließt das Blut ohne Turbulenzen (Verwirbelungen/ Querströmungen) laminare Strömung - in Schichten, die sich nicht vermischen. Die Strömungsgeschwindigkeit ist in der Strömungsmitte am höchsten und fällt in Richtung Wand bis auf 0 ab. mittlerer Blutfluss = Q B art. + Q B ven. 4 Beispiel: mittlerer Blutfluss = = 400 ml/min (BP art.) ml/min (BP ven.) 210 ml Hier zeigt sich schon, dass der mittlere Blutfluss wesentlich geringer ist, als die eingestellten Geschwindigkeiten der arteriellen und venösen Blutpumpe suggerieren. Ferner wird deutlich, dass auf Grund der hohen Geschwindigkeit, insbesondere der arteriellen Blutpumpe, das Blutangebot hoch sein muss, um einen effektiven mittleren Blutfluss zu realisieren. Moderne Dialysegeräte zeigen den mittleren Blutfluss an Hämolyse bei Single-Needle-Dialysen Auf Grund der bei Single-Needle-Dialysen notwendigen hohen Blutpumpengeschwindigkeiten und den daraus resultierenden Druckspitzen in der venösen Phase stellt sich die Frage, ab welcher Flussgeschwindigkeit eine klinisch relevante Hämolyse zu erwarten ist. Diese Frage ist sicher nicht 4 Abb. 4 Scherbelastung von Erythrozyten bei laminarem Fluss in Punktionskanülen (Polaschegg, Ulm 2011) Der Erythrozyt wird in dieser laminaren Strömung verformt, da an der Außenseite das Plasma langsamer fließt als an der Innenseite. Diese Verformung nennt man Scherung und die Kraft, die den Gegenstand in seine Ursprungsform zurück zu führen versucht, Scherkraft. Aufgrund der Reibung führen hohe Geschwindigkeiten zu hohen Scherkräften. Blut ist allerdings kein Newtonsches Fluid, was bedeutet, dass die Viskosität von Blut bei höheren Geschwindigkeiten kleiner wird. Dies liegt daran, dass das Blut bei hohen Geschwindigkeiten von einer Emulsion in eine Suspension übergeht. Bei einer Suspension sind die Scherkräfte niedriger. Die Scherspannung ist abhängig von: Blutfluss Qb Durchmesser d Kanülenlänge L 2 Twardowski ZJ., Safety of High Venous and Arterial Line Pressures during Hemodialysis. Semin Dial 2000; 13:

5 Die Anbieter von Dialysekanülen verfügen in der Regel über Listen, die den empfohlenen Blutfluss je nach Kanülendurchmesser und -länge angeben. Die Angaben sind bei allen Herstellern ähnlich. zugunsten der arteriellen Phase. Zum anderen soll eine unnötige Speicherung von Blutvolumen im extrakorporalen System vermieden werden (siehe auch Abschnitt 4.3. Systembedingte Rezirkulation). Große Kanülendurchmesser und kurze Kanülen verringern das Hämolyserisiko. Größe / Querschnitt x Länge empfohlener Blutfluss 17 G / 1,5 x 20 mm bis 250 ml/min 16 G / 1,6 x 25 mm bis 350 ml/min 16 G / 1,6 x 20 mm bis 350 ml/min 15 G / 1,8 x 20 mm bis 450 ml/min 15 G / 1,8 x 25 mm bis 450 ml/min Die Bedeutung des Kanülendurchmessers: Als engste Stelle im extrakorporalen Kreislauf tragen Dialysekanülen erheblich (bis zu 80%) zum Strömungswiderstand bei. Nach dem Gesetz von Hagen Poiseuille ist der Fluss in vierter Potenz vom Durchmesser der Kanüle abhängig. Das heißt, dass bei gleichen Druckverhältnissen durch eine 17 Gauge-Nadel (1,5 mm) nur die Hälfte der Blutmenge fließen kann, die durch eine 15 Gauge (1,8 mm) fließen würde. Zwingt man Blut mit einer hohen Geschwindigkeit durch einen geringen Durchmesser, können die hieraus resultierenden Druckbelastungen und Scherkräfte eine Hämolyse verursachen. Der Effekt wird auch durch die Länge der Kanüle beeinflusst, d.h. je länger die Kanüle, desto ausgeprägter die Scherbelastung. Die Vorteile eines großen Kanülendurchmessers und einer kürzeren Kanüle sind: Maximierung des Blutflusses Verringerung der Scherbelastung Das Blutpumpenverhältnis Nachfolgend einige wichtige Aspekte, die bei der Einstellung der Blutpumpengeschwindigkeit im Rahmen einer Single-Needle-Dialyse beachtet werden müssen: Schlechtes Blutangebot Bei einem schlechten Blutangebot ist man gezwungen, die arterielle BP-Geschwindigkeit zu reduzieren. Hier empfiehlt es sich, die Geschwindigkeit der venösen BP um bis zu 50% zu erhöhen. Mit dieser Einstellung kann die arterielle BP das notwendige Hubvolumen langsamer fördern, ohne jedoch den Gesamtzyklus zu verlängern, da die venöse BP deutlich schneller läuft und somit die venöse Phase verkürzt. Überdurchschnittlich gutes Blutangebot Bei einem Shunt mit sehr großem Blutangebot, wie z.b. häufig bei einem Oberarmshunt, kann die Geschwindigkeit der arteriellen Blutpumpe sehr hoch eingestellt werden. Auf Grund des hohen venösen Rücklaufdrucks dieses Shunttyps kann die venöse BP (auch Single-Needle-Blutpumpe genannt) nicht entsprechend schnell eingestellt werden, da es ansonsten zu venösen Druckalarmen käme. Um dennoch eine hohe Dialyseeffektivität zu erreichen, ist es sinnvoll, die vorher genannte Regel zu ignorieren und die arterielle Blutpumpe schneller als die venöse BP einzustellen. Beispiel: arteriell 420 ml/min venös 240 ml/min Zusammenfassend lassen sich hinsichtlich der Einstellung der venösen Blutpumpe (Single-Needle- Pumpe) folgende Maxime apostulieren: Bei normalem Blutangebot sollte die venöse Blutpumpe gleich oder bis zu 20% höher eingestellt werden als die arterielle Blutpumpe. Bei schlechtem Blutangebot kann die venöse Blutpumpe bis zu 50% höher eingestellt werden als die arterielle Blutpumpe. Normales Blutangebot Häufig wird die Geschwindigkeit der venösen Blutpumpe (BP) bis zu 20% höher als die Geschwindigkeit der arteriellen BP eingestellt. Die Gründe dafür sind zum einen die Verkürzung der Blutrückgabe Bei gutem Blutangebot und hohem venösen Rücklaufdruck kann die venöse Blutpumpe bis zu 50% niedriger eingestellt werden als die arterielle Blutpumpe. 10

6 In den meisten aktuellen Dialysegeräten findet man eine sogenannte Auto-SN Funktion. Der Anwender steuert bei Aktivierung nur noch die arterielle Blutpumpe, die venöse Pumpe verändert sich automatisch in einem vorab festgelegten prozentualen Verhältnis. Diese Funktion führt in der Praxis zu Mainstream-SN-Dialysen, da die bei Single-Needle zwingend erforderliche Individualität der Blutpumpenjustierung außer Kraft gesetzt wird Kontinuierliche versus zyklische Blutflüsse (im Dialysator) Der zyklische Fluss bei der SN-Dialyse wird häufig ohne weiteres kritisches Hinterfragen als nachteilig für die Verfahrenseffektivität eingestuft. Dies hat zu technisch aufwendigeren und in der Steuerung für den Anwender wesentlich komplexeren SN-Verfahren (SN Cross-Over B. Braun Avitum) geführt, mit denen ein kontinuierlicher Fluss durch und konstante Druckverhältnisse im Dialysator erreicht werden sollten. Es stellt sich also die Frage: Ist dieser erhöhte technische Aufwand und die Verkomplizierung der Anwendung gerechtfertigt bzw. erhöhen sie die Verfahrenseffektivität? Polaschegg u. Wolke (1993) zeigten eindrucksvoll, dass die kleinmolekulare Clearance bei zyklischem Blutfluss von den bei kontinuierlichem Blutfluss gemessenen Werten solange nicht abweicht, wie das Schlagvolumen des SN-Systems kleiner oder gleich dem blutseitigen Füllvolumen des Dialysators ist. Dieser Umstand, der bei typischem Schlagvolumen von ml in 100% der Anwendungsfälle erfüllt ist, zeigt, dass kontinuierliche Blutflüsse bezüglich der kleinmolekularen Clearance keinen Vorteil gegenüber zyklischen Flüssen bieten. Eine Verbesserung der mittemolekularen Clearance durch einen kontinuierlichen Blutfluss ist ebenfalls nicht zu erwarten. Im Gegenteil: ein kontinuierlicher Blutfluss ist beispielsweise im SN-Cross-Over-System mit konstanteren Druckverhältnissen im Dialysator assoziiert und führt somit zu weniger interner Filtration verglichen mit einem zyklischen Fluss. Weniger interne Filtration zieht einen reduzierten konvektiven Eliminationsanteil und somit eine geringere mittelmolekulare Clearance nach sich. Summa summarum sind die Effekte konstanter Druckverhältnisse im Dialysator (bei einer SN-Dialyse) auf die Dialyseeffektivität eher negativ zu bewerten. 3. Die Bedeutung des Hubvolumens Ein wichtiges Steuerelement ist das Hubvolumen, auch Schlagvolumen genannt. Das Hubvolumen ist die Menge Blut, die pro Zyklus (arterielle und venöse Phase) gefördert wird. Über das Hubvolumen wird die systembedingte Rezirkulation kompensiert. Das Füllvolumen des Zuganges stellt bei Kathetern den größten Anteil dieser Rezirkulation. Rezirkulation entsteht am Ende der venösen Phase, wenn sich schon dialysiertes Blut im Lumen des Katheters (oder auch im geringeren Maße in der Punktionskanüle) befindet. In der jetzt anschließenden arteriellen Phase wird dieses Blut wieder ins System hinein gefördert. Diese Blutmenge kann bis zu 4 ml betragen. Das bedeutet: Bei einem Hubvolumen von 30 ml entsprechen 4 ml ca. 13%. Bei einem Hubvolumen von 50 ml entsprechen 4 ml ca. 8%. Bei einem hohen Hubvolumen ist der Rezirkulationsanteil geringer, das Verhältnis von noch nicht dialysiertem Blut zu schon dialysiertem Blut ist günstiger. Eine Erhöhung des Hubvolumens führt darüber hinaus zu einer Verringerung der Single- Needle-Zyklen pro Zeiteinheit. Beispiel: Wenn der mittlere Blutfluss 150 ml/min beträgt, werden bei einem Hubvolumen von 30 ml fünf Single-Needle-Zyklen pro Minute realisiert. Bei einem Hubvolumen von 50 ml wären drei Single-Needle-Zyklen pro Minute erforderlich. Bei einem Hubvolumen von 50 ml wird bei gleichem mittleren Blutfluss (Beispielrechnung) das Rezirkulationsvolumen 2mal weniger gefördert, als bei einem Hubvolumen von 30 ml. Möchte man das Hubvolumen erhöhen, muss man die Leistungsfähigkeit des Zuganges beachten. Dauert die Förderung eines hohen Hubvolumens zu lang, kann es zu Eindickungsphänomenen kommen, insbesondere bei hohen Ultrafiltrationsraten. Hier wäre die Reduzierung des Hubvolumens sinnvoller. Bei hohem Hubvolumen ist der Rezirkulationsanteil geringer. Das Verhältnis von noch nicht dialysiertem Blut zu dialysiertem Blut ist günstiger. Bei der SN-Dialyse wirken sich konstante Druckverhältnisse im Dialysator eher negativ auf die Dialyseeffektivität aus. 11

7 4. Rezirkulation bei Single-Needle-Dialysen Bei einer Rezirkulation fließt dialysiertes Blut oder ein Teil davon wieder in den extrakorporalen Kreislauf zurück. Diese Blutmenge kann damit nicht mehr am Stoffaustausch oder Beladung in den systemischen Kreislaufgebieten teilnehmen. Die Rezirkulation vermischt sich daher mit noch nicht dialysiertem Blut und reduziert den diffusiven Gradienten des Blutes im Dialysator. Dies führt zu einem Effektivitätsverlust. Der Dialyserezirkulation liegen unterschiedlichste Ursachen zu Grunde, die einzeln oder zusammen zum Tragen kommen. Ursachen der Dialyserezirkulation sind: Fistelbedingte Rezirkulation Kardiopulmonale Rezirkulation Systembedingte Rezirkulation Bei ungünstigem Zusammentreffen dieses pulsatilen Verhaltens kann es ebenfalls zu einer Rezirkulation kommen. Dies geschieht auch dann, wenn die Blutpumpengeschwindigkeit den Fistelfluss nicht überfordert (verantwortlich sind hierbei die Phasenlage und Strömungsamplitude). Das Diagramm (Abb. 5) zeigt auf, wie das Strömungsverhalten innerhalb des Gefäßzugangs tatsächlich ist. Es ist keine konstante Strömung vorhanden, sondern sie verläuft in einer Wellenform mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die im Durchschnitt 600 ml/min ergeben. Das gleiche gilt für die Blutpumpe: die Blutentnahme ist nicht konstant bei 400 ml/min, sondern kann durchaus stärker variieren. Immer dann, wenn die blaue Linie die rote Linie überschneidet oder berührt, ist eine Rezirkulation anzunehmen. Von außen lässt sich dies durch die Überwachung des extrakorporalen Systems nicht feststellen Fistelbedingte Rezirkulation Im Gegensatz zu einer Double-Needle-Dialyse wird das Blut bei der Single-Needle-Dialyse an der gleichen Stelle der Cimino-Fistel entnommen und zurückgeführt. Ist der Fistelfluss geringer als der Blutfluss, wird bereits dialysiertes Blut erneut in den extrakorporalen Kreislauf gefördert. Ferner kann auch eine Abflussstörung im Gefäßsystem, z.b. eine Stenose, zu einer verstärkten Rezirkulation führen. Die Fistel-bedingte Rezirkulation führt immer zu einer erheblich veränderten Zusammensetzung des Blutes. Die rezirkulierende Blutmenge hat keine Möglichkeit, sich in den systemischen Kreislaufgebieten erneut mit Flüssigkeit und Urämietoxinen zu beladen (siehe auch kardiopulmonale Rezirkulation). Demzufolge kommt es zu einer verminderten Dialyseeffektivität und die Gefahr der Thrombosierung im extrakorporalen System steigt. Pulsatile Strömungen des Shuntflusses und der Blutpumpe Abb. 5 Rote Linie: Strömung im Zugang ca. 600 ml/min Blaue Linie: Strömung durch die Blutpumpe ca. 400 ml/min 4.2. Kardiopulmonale Rezirkulation Die kardiopulmonale Rezirkulation entsteht vor allem in der arterio-venösen Fistel. Arterielles Blut wird über den Shunt zur Dialyse bereitgestellt und durchläuft den extrakorporalen Kreislauf. Das dialysierte Blut kehrt nicht mehr in das arterielle System zurück, sondern wird in das venöse System eingespeist, d.h. es wird dem Herz-Lungenkreislauf direkt zugeführt. In Folge dessen werden ca. 3% bis 15% des gereinigten Blutes wieder dem extrakorporalen Dialysekreislauf zugeführt 3, ohne am Stofftransport bzw. austausch im Kapillarsystem teilgenommen zu haben. Eine kardiopulmonale Rezirkulation ist bei einer Fistel immer vorhanden. Vorhofkatheter Die Blutpumpe sowie die Blutströmung innerhalb der Gefäße haben einen stark pulsatilen Charakter. 3 Krämer M., Automatische Messung der Rezirkulation im Dialysezugang,

8 sind im venösen System platziert. Aus diesem System wird das Blut für die Dialyse bereitgestellt und wieder zurückgegeben. Das dialysierte Blut kann wieder in den Organsystemen am Stofftransport teilnehmen. Daher haben venöse Katheter keine kardiopulmonale Rezirkulation (Abb. 6). rechter Ventrikel Lunge 75-97% Abb. 6 Kardiopulmonale Rezirkulation linker Ventrikel 100% 3-25% 3-15% 4.3. Systembedingte Rezirkulation Die systembedingte Rezirkulation entsteht zum einen durch den Totraum des Zuganges. Nach einer venösen Phase verbleibt in der Nadel bzw. im Katheter dialysiertes Blut zurück. Dieses Blut wird in der arteriellen Phase wieder mit in das extrakorporale System gezogen. Die Menge variiert je nach Gefäßzugang (Punktionskanülen bis zu 1 ml, bei Vorhofkathetern bis zu 4 ml). Ferner trägt auch das Blutschlauchsystem zur Rezirkulation bei. Diese systembedingte Rezirkulation nennt man auch Compliance. Bedingt durch seine Flexibilität gibt das Blutschlauchsystem einer Druckveränderung, also sowohl einer Druckerhöhung als auch einem Unterdruck, nach. Da der Durchmesser der Punktionskanüle bzw. des Katheters erheblich geringer ist als der des Blutschlauchsystems, kann das von der venösen Pumpe in der Rückgabephase geförderte Blut nicht direkt in den Gefäßzugang zurückfließen. Dies bedingt einen gewissen Rückstrom des Blutes in das arterielle Schlauchsystem bis in die arterielle Druckmessleitung. Das Blutschlauchsystem gibt dem Druck nach und speichert bereits dialysiertes Blut, welches in der arteriellen Phase wieder zum Dialysator gelangt. Die Dehnungsfähigkeit kann je nach Druck bis zu 7 ml Compliancevolumen erzeugen (-200/+300 mmhg bei den Standard-SN-Verfahren). Eine zusätzliche arterielle Absperrklemme reduziert die Compliance des arteriellen Blutschlauchsystems erheblich. high flux 5. Blut-Luftkontakt (Antikoagulation) Der ausgeprägte Blut-Luftkontakt im extrakorporalen System, insbesondere bei SN-Systemen mit zwei großen Expansionskammern, erhöht die Gerinnungsneigung des zirkulierenden Blutes und führt zu unnötig hohen Gaben an Antikoagulantien. Diese sind sowohl medizinisch als auch ökonomisch als negativ zu bewerten. Zu klein gewählte interne Expansionsgefäße oder gar gänzlich fehlende interne Expansionsgefäße zwingen die Hersteller zu exorbitant großen externen Expansionskammern ( ml) im Blutschlauchsystem. Dies führt zu höheren Kosten (Schlauchsysteme + Antikoagulation) und zu einem vermeidbaren Ausmaß des Blut-Luftkontaktes. 6. Single-Needle und Dialysatoren Bei der Auswahl des geeigneten Dialysators für eine Single-Needle-Dialyse sind insbesondere zwei Aspekte zu beachten: Ein kleineres Hubvolumen als das Blutfüllvolumen des Dialysators führt letztendlich dazu, dass das Blutvolumen des Dialysators in einem Zyklus (Entnahme oder Rückgabe) nicht komplett ausgetauscht wird. Es verbleibt ein Rest von dialysiertem Blut im Filter. Je größer diese Differenz ist, desto größer ist die Gefahr eines Clottings im Dialysator. Eine neue Dialysatorengeneration hält Einzug in die Dialyse. Bei diesen Dialysatoren wurde die Membrangeometrie verändert, d.h. der Innendurchmesser der einzelnen Kapillaren ist verringert. Üblicherweise liegt der Innendurchmesser zwischen 200 bis 250 µm. Die neue Generation zeichnet sich durch eine Reduzierung des Innendurchmessers auf 190 bis 185 µm aus. Diese Reduzierung fördert bewusst die interne Filtration, um den konvektiven Stofftransport und somit die mittelmolekulare Clearance zu verbessern. Der Einsatz dieser Dialysatoren im Rahmen einer Single-Needle-Dialyse kann auf Grund der hohen zyklischen Blutflüsse zu sehr hohen Dialysatoreingangsdrücken führen. Zu kleine oder fehlende interne Expansionsgefäße zwingen die Hersteller zu großen externen Expansionskammern im Blutschlauchsystem. Eine zusätzliche arterielle Absperrklemme reduziert die Compliance des arteriellen Blutschlauchsystems. 13

9 7. Schlussfolgerungen Es sollte immer der maximal mögliche arterielle und venöse Blutfluss eingestellt werden, um möglichst hohe kumulative Blutvolumina zu erreichen. Die Aktivierung von Auto-SN-Funktionen ist kritisch zu betrachten. Eine klinisch relevante Hämolyse scheint selbst bei hohen Blutflüssen und daraus resultierenden hohen arteriellen und venösen Drücken nicht einzutreten. Pumpengesteuerte Entnahme- und Rückgabephasen fördern höhere Blutvolumina als Druck-Druck gesteuerte Phasen. Die Blutpumpengeschwindigkeiten müssen dem möglichen Blutangebot und dem venösen Rücklaufdruck angepasst werden. Tradierte Weisheiten wie Die venöse Pumpe muss immer 20% höher eingestellt werden als die arterielle Pumpe gehören über Bord. Das höchst mögliche Hubvolumen ist anzustreben. Für die Shuntpunktion sollten möglichst großlumige (und kurze) Kanülen verwendet werden. Weniger und kleinere Expansionsgefäße im extrakorporalen System verringern die Gerinnungsneigung des zirkulierenden Blutes. Die Effekte konstanter Druckverhältnisse im Dialysator (bei einer SN-Dialyse) auf die Dialyseeffektivität sind eher negativ zu bewerten. Literaturverzeichnis: Dialyseverfahren in Klinik und Praxis ; Hrsg. W. H. Hörl, C. Wanner; 6. Auflage; Thieme Verlag Fachpflege Nephrologie und Dialyse ; Hrsg. G. Breuch; 4. Auflage; elsevier, urban & fischer Verlag Single-Needle-Dialyse ; Fresenius Medical Care Deutschland GmbH 14