DE19715152A1 - Anordnung zur Perfusion von Gliedmaßen in der Replantationschirurgie - Google Patents

Description

Die Erfindung kann in der tierexperimentellen Replantationsforschung und in der Replantationschirurgie Anwendung finden, vorrangig zur Verlängerung der Ischämie­ toleranzzeit bei Extremitäten mit großer Muskelmasse.

Die Erfindung dient zur Erzeugung eines in Durchfluß, Druck, Pulsfrequenz und Temperatur frei wählbaren Perfusatstromes durch eine chirurgisch oder durch Unfall amputierte Extremität.

Technische Lösungen zur Perfusion von Extremitäten sind nicht bekannt.

Aus der DD-PS 22 81 138 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines druckkonstanten Perfusat­ stromes zur Organkonservierung, vorrangig zur Nierenkonservierung, bekannt. Hier wird durch die mechanische Veränderung des Gegenlagers einer Stößelpumpe ein druckkonstanter Perfusatstrom mit konstanter Frequenz erzeugt. Das Perfusat befindet sich in einem Kreislauf Organbehälter-Pumpe-Organbehälter.

Aus dem Stand der Technik ist weiterhin ein Organperfusionsapparat bekannt, welcher in der DE-OS 22 26 482 beschrieben ist.

Weiterhin sind Organkonservierungseinrichtungen bekannt, deren Pulsfrequenz durchfluß­ abhängig ist und deren Kühlleistung ungeregelt, z. B. durch Eis, erzeugt wird.

Vorstehende Lösungen sind nur für die Konservierung von Organen, z. B. Nieren und Leber geeignet, da sich das Perfusat in einem Kreislauf befindet, sich das Organ auf Grund seines kleinen Volumens in einem geschlossenen, sterilen und isolierten Organbehälter befindet, die Perfusion druckkonstant und mit konstanter Frequenz, bzw. mit einer vom Durchfluß abhängigen Frequenz durchgeführt wird und die Temperatur nicht oder nur ungenügend beeinflußt werden kann.

Für die Perfusion von Extremitäten mit großer Muskelmasse muß die Perfusionslösung im single-pass durch die Extremität geleitet werden, da Autolyseprodukte ausgeschwemmt werden sollen. Es ist nicht möglich, die Extremität ständig in einem geschlossenen, sterilen und isolierten Behälter zu lagern, da sie zur Beurteilung der Perfusion und für chirurgische Manipulationen zugänglich sein muß.

Durchfluß und Frequenz müssen unabhängig variierbar sein.

Zur kontinuierlichen Abkühlung und Wiedererwärmung der Extremität sollte die Temperatur in einem weiten Bereich regelbar sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Perfusatstrom zu erzeugen, dessen Durchfluß, Druck, Temperatur und Pulsfrequenz variierbar sind.

Die Anordnung muß gewährleisten, daß die Extremität von einer sterilen Perfusionslösung durchströmt wird, die in Durchfluß, Druck und Pulsfrequenz den jeweiligen physiologischen Werten entspricht. Weiterhin muß die Extremität durch die Perfusionslösung auf eine gewünschte Temperatur abgekühlt oder erwärmt werden können, um die Ischämietoleranz­ zeit über die Zeitspanne zwischen Amputation und Replantation (Wiederanschluß der Gefäßbahn) hinaus zu verlängern, um die Gefahr frühzeitiger Zelluntergänge, von Infektionen und letztlich des Verlustes der Extremität zu verringern.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst und besondere Ausgestaltungen und vorteilhafte Lösungen sind Gegenstand von Unter­ ansprüchen.

Mit der vorgestellten erfinderischen Lösung wird die Perfusionslösung druckbeaufschlagt einer Wärme/Kühleinrichtung oder einer Einrichtung, die wahlweise zur Erwärmung oder Abkühlung der Perfusionslösung dienen kann, zugeführt, dem Perfusatstrom in einem nachgeordneten Pulser eine Pulsfrequenz aufgeprägt und das Perfusionssystem schließlich mit einem arteriellen Hauptgefäß der Extremität verbunden.

Die Erfindung soll an nachstehenden Ausführungsbeispielen und Zeichnungen erläutert werden.

Ausführungsbeispiel 1 Fig. 1

Das Perfusat 1 wird mittels einer Fördereinrichtung, beispielsweise einer Pumpe 3, speziell einer Schlauchpumpe, von einem Vorratsbehälter 2 in eine Wärme/Kühlvorrichtung, beispielsweise in einen Wärmetauscher 5 geleitet und auf die vorgewählte Solltemperatur gebracht. Die Kühl- oder Wärmeleistung des Wärmetauschers 5 wird in Abhängigkeit von der Temperatur des Perfusates am Ausgang des Wärmetauschers 5 geregelt. Dazu wird die Perfusattemperatur an einem Meßpunkt 6 am Ausgang des Wärmetauschers 5 gemessen und das Signal der Temperaturregeleinrichtung 15 zugeführt. Die Kühl- bzw. Wärmeenergie wird beispielsweise durch Peltierelemente erzeugt, so daß eine gute Regelcharakteristik möglich ist, da elektrische Energie direkt in Wärme- bzw. Kälteenergie umgewandelt wird.

Die Peltierelemente erlauben außerdem eine kompakte Bauweise und einen geräuscharmen Betrieb der Gesamtanordnung. Dem Wärmetauscher 5 nachgeordnet ist ein Dämpfungsglied 7, in dem durch die Pumpe 3 hervorgerufene Druckschwankungen geglättet werden. Das Dämpfungsglied 7 besteht aus einer teilweise luftgefüllten Kammer.

Vom Dämpfungsglied 7 wird das Perfusat zum Pulser 8 gefördert. Hier wird dem Perfusat­ strom eine Pulskurve aufgeprägt. Entsprechend Fig. 2 besteht der Pulser 8 aus einem Stößel 17, der starr mit dem Kern 18 eines Elektromagneten 20 verbunden ist. Wird an den Elektro­ magneten 20 Spannung angelegt, klemmt der Stößel 17 den Schlauch 21, der aus Silikongummi oder Latexgummi besteht, teilweise oder vollständig ab. Zur Fixierung des Schlauches 21 wird dieser auf einer Grundplatte 23 arretiert.

Wird der Schlauch 21 abgeklemmt, baut sich in Flußrichtung vor dem Stößel 17 ein Druck auf, der sich nach Freigabe des Schlauches 21 als Pulskurve durch das Perfusionssystem 22 bis zur Extremität 11 fortpflanzt. Wird die Spannung am Elektromagneten 20 abgeschaltet, bringt die Druckfeder 19 den Kern 18 in die Ausgangslage zurück.

Die Amplitude der Pulskurve wird durch den Restquerschnitt des Schlauches 21 im abgeklemmten Zustand, durch die Dauer des Abklemmens und die Leistung der Pumpe 3 bestimmt. Diese Parameter und die Pulsfrequenz können einzeln und unabhängig voneinander eingestellt werden. Im Anschluß an den Pulser 8 erfolgt die Druckmessung 9.

Nach dem Druckmeßpunkt 9 passiert das Perfusat einen Luftdetektor 10, um das Eindringen von Luft oder Schaum in das Gefäßsystem der Extremität 11 zu verhindern. Der Luftdetektor 10 arbeitet nach den an sich bekannten Prinzipien der Ultraschallschwächung, Licht­ schwächung oder Kapazitätsveränderung. Sollte der Luftdetektor 10 Luftblasen oder Schaum registrieren, wird die Perfusatzufuhr zur Extremität 11 durch eine Abklemmvorrichtung 10a unterbrochen und die Pumpe 3 abgeschaltet.

Nachdem das Perfusat 1 die Extremität 11 durchströmt hat, passiert es einen weiteren Temperaturmeßpunkt 13 und einen oder mehrere Meßpunkte 14 für die Bestimmung von Laborwerten, speziell Stoffwechselparametern.

Alle Meß- und Steuersignale werden in einer Zentraleinheit 16 verarbeitet bzw. erzeugt. Vorgewählte Grenzwerte für Druck und Temperaturen werden überwacht. Bei Grenzwert­ überschreitungen bzw. beim Auftreten von Luft oder Schaum im Perfusionssystem 22 wird ein optisches und akustisches Signal ausgelöst und eine Logikschaltung gewährleistet durch die Erzeugung von Sicherheitsfunktionen, daß die Extremität nicht geschädigt wird.

Die Zentraleinheit 16 kann mit üblichen elektronischen Schaltungen aufgebaut werden, aber auch der Einsatz eines Mikrorechners ist möglich.

Ausführungsbeispiel 2

Die Anordnung arbeitet wie im Ausführungsbeispiel 1 beschrieben.

Zur Ergänzung der Dokumente über den Verlauf der Perfusion wird die Anordnung mit einer an sich bekannten Registriereinrichtung 23 verbunden. Die Registriereinrichtung 23 kann aus einem ein- oder mehrkanaligen Schreiber oder einem Drucker bestehen.

Ausführungsbeispiel 3

Die Anordnung arbeitet wie in den Ausführungsbeispielen 1 oder 2 beschrieben. Mittels einer Regeleinrichtung wird die Förderleistung der Pumpe 3 so geregelt, daß der Perfusatstrom vor dem Pulser 8 einen konstanten Durchfluß oder konstanten Druck aufweist, um damit den Einfluß unterschiedlicher Gefäßwiderstände auszugleichen.

Ausführungsbeispiel 4

Die Anordnung arbeitet wie in den Ausführungsbeispielen 1, 2 oder 3 beschrieben. Um ein gezieltes Abkühlen bzw. Erwärmen der Extremität zu ermöglichen, wird mittels eines Sollwertgebers die Solltemperatur am Meßpunkt 6 in Abhängigkeit von der Perfusionszeit vorgegeben. Der Sollwert folgt einer Temperatur-Zeit-Kurve.

Ausführungsbeispiel 5

Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt dadurch, daß der Pulser 8 anstelle des Elektromagneten von einem Motor mit Exzenterscheibe angetrieben wird.

Ausführungsbeispiel 6

Eine andere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt dadurch, daß der Pulser 8 anstelle der in den Ausführungsbeispielen 1 und 5 beschriebenen Varianten aus einer Pumpe mit variablem Hub besteht. Dabei kann die Pumpe als Kolbenpumpe oder als Schlauchpumpe mit Kegelventilen ausgeführt sein.

Diese Pumpe fördert diskontinuierlich mit der vorgewählten Pulsfrequenz ein zusätzliches Perfusatvolumen in das Perfusionssystem 22. Dieses führt zu einer pulsartigen Druck­ steigerung im System. Über das zusätzliche Volumen kann die Pulsamplitude beeinflußt werden. Das zusätzliche Volumen kann aus dem Vorratsbehälter 2 oder einem separaten Gefäß entnommen werden.

Ausführungsbeispiel 7

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt dadurch, daß in Flußrichtung nach dem Vorratsbehälter ein zweiter Luftdetektor 4 zum Einsatz kommt. Dieser Luftdetektor 4 verhindert, daß bei entleertem Vorratsbehälter 2 Luft in das Perfusions­ system 22 eindringt.

Ausführungsbeispiel 8

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt dadurch, daß die Extremität während der Perfusion auf einem Wägesystem 12 gelagert wird, um den Flüssigkeitseinstrom in das Gewebe und damit die Ödembildung kontrollieren zu können.

Die Anwendung der Erfindung bringt weiterhin folgende Vorteile:

• - Durch die Grenzwertüberwachung bzw. Regelung von Temperaturen und Druck kann es nicht zur Schädigung der Extremität durch zu hohen Perfusionsdruck oder zu hohe oder zu niedrige Perfusattemperatur kommen.
• - Das Perfusionssystem ist einfach und billig herzustellen und kann deshalb als Einmal­ gebrauchsartikel ausgeführt werden.
• - Bei Verwendung einer entsprechenden Energiequelle, z. B. einer Fahrzeugbatterie, kann die Anordnung auch mobil eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist anwendbar in der Human- und Veterinärmedizin und besonders geeignet für offene Fahrweise.

Claims (13)

1. Anordnung zur Perfusion von Gliedmaßen, gekennzeichnet dadurch, daß einem durch eine Fördereinrichtung (3), einer Pumpe, erzeugten Perfusatstrom, der durch eine Wärme/Kühlvorrichtung (5), welche als Wärmetauscher ausgebildet ist, auf Solltemperatur gebracht wird, mittels einer als Pulser (8) arbeitenden Vorrichtung eine entsprechende Pulsfrequenz aufgeprägt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Perfusattemperatur am Wärmetauscher (5) zur Temperaturregelung und nachdem es die Extremität (11) durchströmt hat, zur Temperaturregistrierung, gemessen wird, wobei die Kühl- bzw. Wärmeleistung des Wärmetauschers (5) durch Peltierelemente erzeugt wird.

3. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß mindestens ein Luftdetektor (10 und 4) das Eindringen von Luft oder Schaum in das Gefäßsystem der Extremität (11) verhindert.

4. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß durch die Förderpumpe (3) erzeugte Druckschwankungen in einem Dämpfungsglied (7) geglättet werden.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß alle Meß- und Steuersignale in einer Zentraleinheit (16) verarbeitet bzw. erzeugt werden und eine Logikschaltung bei Überschreitung von Druck- und Temperaturgrenzwerten und bei Auftreten von Luft oder Schaum im Perfusions­ system einen optischen und/oder akustischen Alarm auslöst und Sicherheits­ funktionen in Kraft treten, wie Abschalten der Förderpumpe (3) und Abklemmen des Perfusionssystems.

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Zentraleinheit (16) mit üblichen elektronischen Schaltungen, aber auch mit einem Mikrorechner aufgebaut werden kann.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß Meßwerte und Steuersignale auf eine Registriereinrichtung (23) ausgegeben werden können, wobei die Registrierung analog oder digital erfolgen kann.

8. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Pulser (8) aus einem Elektromagneten (20) und einem Stößel (17) besteht, der einen Schlauch (21) ganz oder teilweise im Rhythmus der Pulsfrequenz abklemmt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß der Pulser (8) anstelle des Elektromagneten (20) von einem Motor mit Exzenter­ scheibe angetrieben wird.

10. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Pulser (8) aus einer Schlauchpumpe mit Kegelventilen oder einer Kolben­ pumpe besteht, die im Rhythmus der Pulsfrequenz ein zusätzliches Volumen in das Perfusionssystem (22) fördert.

11. Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß der Temperatursollwert einer Temperatur-Zeit-Kurve folgt.

12. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Förderleistung der Pumpe (3) so geregelt wird, daß entweder der Durchfluß oder Druck im Perfusionssystem konstant gehalten werden kann.

13. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Extremität (11) während der Perfusion auf einem Wägesystem (12) gelagert wird.