DE202005014437U1

DE202005014437U1 - Vorrichtung und Mittel zur Endothel-protektiven Perfusion von Hohlorganen mit chirurgischen Perfusionslösungen

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Publication number: DE202005014437U1
Application number: DE202005014437U
Authority: DE
Original assignee: Nees Stephan Prof Drrernat
Current assignee: Biotest AG
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2015-09-14

Abstract

Vorrichtung zur Endothel-protektiven Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit, umfassend einen Spritzenstand (1), der einen Basisteil (2), eine Spritzenhalterung (7) und einen vertikal beweglichen Druckkolben (3) umfasst, wobei in die Spritzenhalterung (7) eine Spritze (4) eingesetzt und fixiert werden kann und der Druckkolben (3) ein ausreichend großes Gewicht besitzt, so dass der Spritzenkolben (5) der Spritze (4) durch das Gewicht des Druckkolben (3) heruntergedrückt wird und Perfusionsflüssigkeit von der Spritze (4) beim Öffnen des Auslassschlauches (6) mit konstantem Druck über den Auslassschlauch (6) in das Hohlorgan geleitet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und Mittel zur Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Perfusionsvorrichtung mit einer Ventilvorrichtung, einem Einwegventil sowie eine Perfusionspumpe, die zu einer gefäßerhaltenden und Endothel-konservierenden Behandlung von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeiten verwendet werden können.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gefäßerkrankungen gehören zu den am häufigsten vorkommenden Krankheiten in den zivilisierten Ländern und sind Ursache für eine Vielzahl von Organerkrankungen. Durch Arteriosklerose, Thrombose oder andere Gefäßerkrankungen beeinträchtigte Gefäße, wie Arterien und Venen, werden im Rahmen gefäßchirurgischer Operationen in großer Zahl durch autologe, d.h. körpereigene Blutgefäße der Patienten ersetzt oder mittels sogenannter "Bypass-Operationen" in den Körper implantiert, um erkrankte Gefäße zu umgehen.
Venen werden sehr häufig als arterielle Bypass-Gefäße eingesetzt. Etwa 60.000 Venen-Bypass-Operationen jährlich werden alleine in aortokoronarer Position in Deutschland und etwa 500.000 analoge Herzoperationen pro Jahr in den USA durchgeführt. Hinzu kommen jeweils alle anderen arteriellen Gefäßersatzoperationen in denen bevorzugt Venensegmente als Bypässe verwendet werden. Die operative Strategie ist dadurch begründet, dass Patienten das Herausnehmen von Venen in bestimmten Ausgangsregionen des Körpers (z.B. den Ober- bzw. Unterschenkeln, Ober- bzw. Unterarmen) im Verhältnis meist leichter tolerieren bzw. durch andere Venen in diesen Körperregionen ausgleichen können als die drohende Funktionslosigkeit erkrankter Arterien.
Eine gravierende Unterbrechung in der arteriellen Zufuhr von Sauerstoff und Nährstoffen ist für die meisten Organgewebe jedenfalls deletär im Gegensatz zu einem akuten Anstau von venösem Blut, der sich nach Explantation venöser Segmente in den abhängigen Stromprovinzen zunächst häufig ergibt. Kleine Venen können rasch die Funktion ausgefallener Venen übernehmen, kleine Arterien aber kaum kurzfristig die größerer Arterien. Trotz ihrer relativen Dünnwandigkeit tolerieren Venen mit einem intakten Endothel nach der chirurgischen Transplantation als Bypassgefäße in arterielle Kreislaufabschnitte den dort herrschenden (hohen) arteriellen Blutdruck ohne Probleme, längerfristig allerdings nur dann, wenn ihr Endothel intakt ist.
Die durch chirurgische Maßnahmen für Bypass-Zwecke verwendeten Blutgefäße bzw. Hohlorgane werden bei der bisherigen Praxis vor der Operation von dem Patienten entnommen und bis zu ihrer Transplantation gelagert, damit sie bei der anschließenden Bypass- oder Organersatzoperation sofort verfügbar sind. Da es sich um lebende Gewebesegmente handelt, muss die intraoperative Lagerung, d.h. die Lagerung des Organs bzw. des Gefäßes während der Operation, unter Bedingungen erfolgen, unter denen die explantierten Gefäße bzw. Hohlorgane möglichst wenig in Mitleidenschaft gezogen werden.
Seit kurzem ist bekannt, dass die Lebenszeit von transplantierten Gefäßen bzw. Hohlorganen drastisch gesteigert werden kann, wenn die Gefäß- bzw. Hohlorgane mit besonderen Endothel-konservierenden Perfusionslösungen behandelt bzw. inkubiert werden (siehe deutsche Patentanmeldung DE 10 326 764 ). Die Verwendung von Endothel-konservierenden Perfusionslösungen zur Behandlung von explantierten Gefäßen bzw. Hohlorganen führt zu einer Erhaltung der Endothelschicht, die die innere Wand der biologischen Gefäße bzw. Hohlorgane auskleidet, und zu einer Regenerierung von Läsionen, die in dieser Endothelschicht anzutreffen sind. Die Beeinträchtigung oder der Verlust der Endothelschicht der Blutgefäße bzw. Hohlorgane ist ein Hauptgrund für die akute Thrombosierung von Gefäßen und der damit verbundenen Restenose, die zu einem frühen Defekt des biologischen Gefäßes bzw. Hohlorgans nach deren Transplantation in den Patienten führen. Unter „Restenosierung" versteht man hierbei eine durch thrombotische oder proliferative Prozesse bedingte Verengung von Gefäßtransplantaten, was mit einem erneuten Verlust der Durchblutung im abhängigen Gewebebereich verbunden ist.
Es wurde kürzlich festgestellt, dass die ständige (chronische) Erhaltung und die Regenerationsfähigkeit von Endothel-Gewebe auch für die längerfristige Funktion der Gefäßwand und somit der biologischen Gefäße essentiell sind (siehe deutsche Patentanmeldung DE 10 326 764 ). Eine intakte und dichte Endothel-Schicht ist zur Schaffung und Aufrechterhaltung eines speziellen Milieus in der Intima zur Kontrolle der subendothelialen Zellverbände notwendig. Diese Zellverbände erstrecken sich unterhalb des Endothels als dünnes Netzwerk, das bei Gefäßwandverletzungen zwar sofort im hämostatischen Sinne reaktionsbereit ist, das Lumen aber in keinerlei Weise einschränkt. Wird das Endothel aber verletzt oder erkrankt dieses Gewebe, gelangen Wachstumsfaktoren aus dem Plasma in die tieferen Intima-Schichten, mit der Folge einer massiven und weiter zunehmenden Proliferation der subendothelialen Zellverbände. Die Folge davon ist eine langfristig ablaufende, zunehmende sklerotisierende Umformung der Wand des biologischen Gefäßes, eine zunehmende Einengung des Lumens (Restenosierung) und schließlich ein chirurgisch gefürchteter akuter Gefäßverschluss.
Bei der in der bisherigen chirurgischen Praxis durchgeführten Behandlung von explantierten Gefäßen bzw. Hohlorganen, die zur Transplantation bestimmt sind, stellt man einen erschreckend schlechten Zustand des Endothelgewebes in den Gefäßen bzw. Hohlorganen fest. Mehr als die Hälfte der häufig verwendeten Vena saphena-Segmente weist überhaupt kein Endothel mehr auf, was in Folge zu einem frühen Funktionsverlust des Gefäßes führen kann. Dies wiederum macht erneue Eingriffe und Operationen am Patienten erforderlich.
Ein Grund für die beobachtete Beeinträchtigung bzw. Verlust der inneren Endothelschicht von Blutgefäßen bzw. Hohlorganen bei einer Gefäßtransplantation bzw. Bypassoperation ist die Endothel-beeinträchtigende oder zerstörende Behandlung der Gefäße bzw. Hohlorgane im Rahmen der bisher üblichen chirurgischen Praxis. So werden explantierte Gefäßtransplantate vor der Gefäßtransplantation unter starken mechanischen Beanspruchungen mit physiologischer Kochsalzlösung behandelt, um die Dichtigkeit der Gefäße zu überprüfen und die Gefäße blutfrei zu bekommen. Beispielsweise werden bei der Dichtigkeitsprüfung die einzelnen Gefäßäste der Gefäßtransplantate mit chirurgischen Klemmen lädiert und die Gefäße über eine dicke Knopfkanüle gezogen, um sie dann mit physiologischer Kochsalzlösung sowie einer angesteckten Spritze unter einem unkontrollierbaren hohen Druck "aufzublasen". Der hohe Druck, die starken mechanischen Beanspruchungen und die Verwendung von nicht optimaler Perfusionsflüssigkeit führt zu einer starken Beeinträchtigung bzw. Zerstörung der inneren Endothelschicht der Gefäße.
Ähnlich wie Venen sind auch alle anderen Hohlorgane des menschlichen oder tierischen Körpers auf den Erhalt ihrer inneren Deckgewebe (Endothelien bzw. Epithelien) angewiesen, weil auch hier die Deckschicht ganz entscheidend für die Ausprägung und die Aufrechterhaltung der speziellen Funktionen der Hohlorgane notwendig ist. Alle diese Deckgewebe sind extrem dünn und mit der restlichen Wand der Hohlorgane nur schlecht verankert, was sie empfindlich gegen unphysiologische Scherkräfte macht.
Die bisher eingesetzten Verfahren und Mittel enthalten keine Ansätze zur Applikation genau definierter und hinreichend konstant gehaltener Perfusionsdrucke während der Spülung und Dichtigkeitsprüfung der Gefäße. Diese Verfahren und Mittel sehen keine Möglichkeit der schonenden intraoperativen Lagerung der Gefäße (z.B. von Bypass-Segmenten) oder zur Vermeidung des Kollabierens der Gefäße während der Lagerung vor. Wie oben beschrieben kann eine solche Handhabung jedoch durch gegenseitiges Aneinanderreiben der Wandbereiche leicht zu Endothelläsionen führen. Auch sehen die bisher bekannten Verfahren und Mittel keine schonende Zerstückelung längerer Segmente für mehrfache Bypass-Führungen vor.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, Vorrichtungen und Mittel zur Endothel-konservierenden Perfusion von Blutgefäßen bzw. Hohlorganen bereitzustellen, die einen definierten und physiologischen Perfusionsdruck während der Spülung und Dichtigkeitsprüfung der Gefäße bzw. Hohlorgane gewährleisten und eine schonende Lagerung während der Transplantation ermöglichen. Dabei war es ein wichtiges Ziel der vorliegenden Erfindung, die methodischen und technischen Vorbedingungen so einfach wie möglich und somit in jedem Operationssaal praktikabel zu machen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der Ansprüche 1 bis 16 gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft daher in einem Aspekt eine Vorrichtung zur Endothelprotektiven Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit. Die Vorrichtung umfasst einen Spritzenstand, der ein Basisteil, eine Spritzenhalterung und einen vertikal beweglichen Druckkolben mit einem bestimmten Eigengewicht umfasst. In die Spritzenhalterung kann eine übliche Sterilspritze eingesetzt und fixiert werden. Durch das Gewicht des Druckkolbens wird der Spritzenkolben der Spritze heruntergedrückt. Dadurch wird Perfusionsflüssigkeit von der Spritze beim Öffnen eines damit verbundenen Auslassschlauches mit konstantem Druck über den Auslassschlauch in das zu behandelnde Hohlorgan geleitet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst bevorzugt weiter eine Ventilvorrichtung, die an einem Ende mit dem Auslassschlauch und am anderen Ende mit dem zu behandelnden Hohlorgan verbunden ist, wobei die Ventilvorrichtung ein Einwegventil enthält, um Perfusionsflüssigkeit gerichtet in das Hohlorgan zu leiten.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung daher eine Ventilvorrichtung zur Verwendung in der oben genannten Perfusionsvorrichtung. Die Ventilvorrichtung besteht aus einem Ventilhalter, der aus einem Grundstück und einem Kopfstück besteht sowie einem Einwegventil, das zwischen dem Kopfstück und dem Grundstück dicht abschließend angeordnet ist. Das Grundstück besteht aus ersten Greifelementen und das Kopfstück aus zweiten Greifelementen, wobei die ersten und zweiten Greifelemente zur Abdichtung und Fixierung des Einwegventils verdrehbar ineinander greifen. Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung kann in der oben genannten Perfusionsvorrichtung eingesetzt werden.
Der Verschluss der Ventilvorrichtung erfolgt durch Anpressen des Kopfstückes an das Grundstück und durch leichtes axiales Drehen des Kopfstückes um die Längsachse, so dass die einzelnen Greifelemente ineinander greifen. Durch die hervorstehenden Greifnoppen des Kopfstückes bleibt das Kopfstück fest über die Greifzapfen des Grundstückes mit dem Grundstück verbunden und presst auf diese Weise das Einwegventil fest an das eine Ende des Grundstückes zusammen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein zur Verwendung in der oben genannten Ventil- und Perfusionsvorrichtung bestimmtes Einwegventil. Das Einwegventil umfasst ein Basisteil mit einem ersten Durchmesser d1 und ein mit dem Basisteil verbundenes Oberteil mit einem zweiten Durchmesser d2, wobei das Basisteil und das Oberteil eine zentrale Öffnung besitzen und die Öffnung des Oberteils mit einer beweglichen Ventilklappe verschließbar ist. Die Ventilklappe ist hierbei bevorzugt mit dem Oberteil verbunden. Das Einwegventil besteht vorzugsweise aus einem biokompatiblen Silikonkautschuk, der unerwünschte Aktivierungsreaktionen von Thrombozyten und Granulozyten weitgehend verhindert.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Perfusionspumpe, in der das erfindungsgemäße Einwegventil zum Einsatz kommt. Mit der erfindungsgemäßen Perfusionspumpe können Hohlorgane, wie Blutgefäße, auf einfache Weise mit Perfusionsflüssigkeit in der chirurgischen Praxis und im Rahmen von Untersuchungen in vitro behandelt werden. Die Perfusionspumpe besteht aus einem zentralen, verformbaren Druckmantel aus einem implantierbaren biokompatiblen Material und umfasst ein Kopfstück und ein Endstück, wobei in dem Kopfstück und in dem Endstück jeweils ein erfindungsgemäßes Einwegventil angeordnet ist. Auf diese Weise wird nach Anlegen eines Druckes auf den Druckmantel Perfusionsflüssigkeit, die sich im Lumen des Druckmantels befindet, über das Endstück in das Hohlorgan geleitet.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der vorstehend genannten Perfusionspumpe als Herzpumpenersatz in einem menschlichen oder tierischen Organismus. Hierbei kann das Kollabieren, d.h. das Zusammendrücken des Druckmantels beispielsweise mit Hilfe von Gasdruck erreicht werden, der über in die Haut eingenähte Schläuche und eine Manschette, die den Druckmantel umgibt, alternierend ein- und abgeleitet wird und so auf die äußere Hülle des Druckmantels einwirkt. Mit steigendem Druck wird der Druckmantel zusammengedrückt und die Perfusionsflüssigkeit im Inneren des Druckmantels gerichtet in eine Richtung herausgepresst, ähnlich der Funktion des menschlichen Herzens. Anschließend kann die Pumpe durch Ausleiten des Druckgases leicht in die Ausgangsposition zurückgebracht werden und in einem neuen Zyklus erneut aktiviert werden. Verschleißteile gibt es praktisch nicht und alle verwendeten Materialien sind vorzugsweise biokompatibel. Dadurch können körpereigene Kreislaufsysteme in vielversprechender Weise zumindest vorübergehend unterstützt werden.
Unter „Hohlorgan", wie hier verwendet, versteht man ein menschliches oder tierisches Organ und biologische Gefäße, die üblicherweise Bestandteil einer Transplantation und Bypass-Operation sind. Organe umfassen beispielsweise Herz, Darm, Uterus, Niere, Harnblase, Lunge, Leber und Milz. „Biologische Gefäße" umfassen Blutgefäße, wie Arterien und Venen, und Lymphgefäße.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Mittel ermöglichen eine schonende Spülung von Hohlorganen bzw. biologischen Gefäßen und erlauben eine Dichtigkeitsprüfung und eine intraoperative Lagerung für Untersuchungszwecke oder während der Transplantation. Die Applikation von definierten, konstanten Drucken, die zu einer solchen schonenden Spülung beitragen, erfolgt über einen kompakten, bedienungssicheren und vorzugsweise keimfreien Spritzenstand, mit dem das Hohlorgan in kontrollierter Weise mit Perfusionsflüssigkeit behandelt bzw. durchspült werden kann. Vorteil dieser Vorrichtung ist es, dass keine komplizierten Aufbauten notwendig sind, die Vorrichtung schnell einsatzbereit ist und unabhängig von technischen Versorgungs- und Kontrollgeräten ist. Die Vorrichtung ist einfach zu bedienen und leicht zu transportieren. Zudem gibt es kaum Materialverschleiß. Die Applikation von Perfusionsflüssigkeit erfolgt bevorzugt mit handelsüblichen Sterilspritzen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht einen physiologisch optimalen, exakt definierten Perfusionsdruck, der über eine Reihe von verschieden schweren Gewichten (Druckkolben) je nach An des zu behandelnden Hohlorgans bzw. Gefäßes eingestellt werden kann. Alternativ kann der Spritzenkolben der Sterilspritze auch auf andere Weise heruntergedrückt werden, z.B. über Gasdruck oder eine Pumpe.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Mittel ermöglichen daher auf einfache Weise, ohne großen technischen oder zeitintensiven Aufwand, Hohlorgane in der chirugischen Fraxis, z.B. im Operationssaal zu behandeln. Sie erlauben eine technische im Operationssaal praktizierbare Lösung, die einfach, seriell handhabbar und unter ausreichenden und ökonomischen Sterilbedingungen anwendbar ist. Komplizierte Kontrollgeräte zur Druckkontrolle oder elektrische Versorgungs- und Kontrollzuleitungen, wie sie z.B. bei Herztransplantationen üblich sind, sind bei der erfindungsgemäßen Perfusionsvorrichtung im Rahmen von Bypassoperationen nicht notwendig. Sie ist einfach aufzubauen, portabel und unabhängig von einer elektrischen Energieversorgung. Durch ihre praktische Bauweise ist sie schnell für ihren Verwendungszweck einsatzbereit. Nach der Verwendung sind die Reinigung und Wiederverwendung die Vorrichtungen rasch zu bewerkstelligen.
Daher eignen sich die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Mittel zum Einsatz für eine atraumatische Perfusion, Abdichtung und Lagerung von Hohlorganen, die im Prinzip für alle denkbaren Bypass- bzw. Hohlorgan-Ersatzoperationen (einschließlich prothetisches Bypass-Gefäß bzw. Hohlorgan-Prothesen) durchführbar sind. Weiter eignen sie sich zur Erzeugung pulsierender Perfusionsbedingungen, die für die Perfusion explantierter Hohlorgane schon während ihrer Lagerung und während ihres oft länger andauernden Transports, für ausgedehnte biochemische, molekularbiologische, physiologische und/oder pharmakologische Untersuchungszwecke und auch nach deren erfolgter Transplantation in situ unabdingbar sind.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen beugen somit einem intraoperativen Funktionsverlust von transplantierten biologischen Gefäßen und Hohlorganen vor, indem sie zum einen zu einer schonenden Behandlung der Gefäßinnenwand, insbesondere ihrer Endothel-Schicht beitragen. Dieses multifunktionelle, lebenswichtige Gewebe wird bei der herkömmlichen Behandlungspraxis der Gefäße bei Transplantationen häufig zerstört. Dies könnte dann, wie oben diskutiert, zu einer Thrombosierung bzw. Restenose der Gefäße und schließlich sogar zum Infarkt betroffener Organe führen. Durch die Konservierung der Endothel-Schicht und der Vermeidung von Endothel-Läsionen wird die Funktionstüchtigkeit der implantierten biologischen Gefäße bzw. Hohlorgane verlängert. Dadurch werden die mit einem Funktionsverlust verbundenen Implikationen, wie erneute chirugische Eingriffe oder eine Reimplantation für den Patienten vermieden.
Zum anderen ermöglichen die erfindungsgemäße Vorrichtungen aber auch eine auf physiologische Weise pulsierende Perfusion zur Transplantation vorgesehener Organe während ihres Transports und sogar des gesamten Körpers von Patienten, die (z.B. wegen häufiger Herzinsuffizienz) auf eine auxilliäre Unterstützungspumpe angewiesen sind.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 beschreibt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit. Gezeigt sind ein Spritzenstand (1), ein Basisteil (2), ein vertikal beweglicher Druckkolben (3) und eine Spritzenhalterung (7), wobei in die Spritzenhalterung (7) eine Spritze (4) eingesetzt und fixiert werden kann. Die Spritzenhalterung (7) umfasst Aussparungen (8), so dass die Spritze formgerecht in den Spritzenstand (1) eingesetzt werden kann. Der Druckkolben (3) drückt den Spritzenkolben (5) der Spritze (4) herunter, so dass Perfusionsflüssigkeit von der Spritze (4) beim Öffnen des Auslassschlauches (6) mit konstantem Druck in das mit dem Auslassschauch (6) verbundene Hohlorgan geleitet werden kann. Auch gezeigt sind in dieser Ausführungsform Auslassungen bzw. Schienen (9), in denen der Druckkolben (3) abgeführt werden kann. Der Auslassschlauch (6) enthält weiter einen Ventilhalter (10), der ein Einwegventil (20) enthält. Das Einwegventil (20) für zur gerichteten Einleitung von Perfusionsflüssigkeit in das Hohlorgan.
2 ist eine Übersicht zur Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Behandlung/Perfusion von Hohlorgan mit Perfusionsflüssigkeit. 2A zeigt einen leeren Spritzenstand mit seinen Einzelelementen. 2B zeigt einen Spritzenstand mit eingesetzter steriler Spritze. 2C zeigt den Aufzug des Spritzkolbens, der bei Verwendung eines Dreiwegehahns und einer angeschlossenen Vorratsflasche zur Füllung der Spritze mit Perfusionsflüssigkeit führt. 2D zeigt das Abklemmen des Auslassschlauches mit einer üblichen Abklemmschere. 2E zeigt wie beim Öffnen der Abklemmschere Perfusionsflüssigkeit von der Spritze über das angeschlossene Einwegventil in den Auslassschlauch zur druckkonstanten Perfusion von Gefäßen bzw. Hohlorganen eingeleitet wird. Der vorstehend beschriebene Perfusionsvorgang kann mit einer Spritzenfüllung mehrmals wiederholt werden.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Ventilvorrichtung zur Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit. Die Ventilvorrichtung besteht in dieser Ausführungsform aus einem zweiteiligen Ventilhalter (10), der aus einem Grundstück (11) und einem Kopfstück (12) zusammengesetzt ist. Das Grundstück (11) kann mehrere Zwischenformen (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) mit unterschiedlichen Durchmessern zur Anpassung des Kopfstückes (12) an das Grundstück (11) enthalten. Mit Hilfe der Greifelemente (14) des Kopfstückes (12) und der Greifelemente (13) des Grundstückes (11) werden beide Teile des Ventilhalters (10) miteinander verbunden. Über einen Auslass (15) kann das Grundstück (11) mit einem Auslassschlauch verbunden werden.
4 zeigt das Kopfstück (12) des Ventilhalters (4A) und das Grundstück (11) des Ventilhalters (4B). Perfusionsflüssigkeit gelangt über ein Einwegventil (20) mit einer Öffnung (23) in das Hohlorgan. Das Kopfstück (12) enthält Greifelemente (14) mit Greifnoppen (14a), die über der Grundebene (14b) hervorragen. Dadurch wird ein ineinander greifen der Greifelemente (14) des Kopfstückes (12) mit den Greifelementen (13) des Grundstückes (11) erreicht. 4C und 4D zeigen weitere Perspektiven der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung mit deren Grund- und Kopfstück. 4E und 4F zeigen die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung im zusammengesetzten Zustand. Das Kopfstück (12) wird auf das Grundstück (11) aufgesetzt (siehe Pfeil; 4E). Die ersten Greifelemente (13) des Grundstückes (11) und die zweiten Greifelemente (14) des Kopfstückes (12) sind im zusammengesetzten Zustand miteinander verzahnt, so dass das Kopf- und das Grundstück fest miteinander verbunden sind und das Einwegventil (20) fest und abdichtend angepresst wird.
5 zeigt ein erfindungsgemäßes Einwegventil (20). Gezeigt sind ein Basisteil (21), ein Oberteil (22) und die elastische, verformbare Ventilklappe (24), die zum Verschluss der Öffnung (23) dient. Zur besseren Veranschaulichung wird in dieser Abbildung die Ventilklappe (24) mit Hilfe eines (nicht zur Erfindung gehörenden) Glasstabes (25) offen gehalten, um die Ventilklappe (24) in ihrem geöffneten Zustand zu zeigen.
6 zeigt weitere perspektivische Ansichten des erfindungsgemäßen Einwegventils (20). 6A zeigt das Basisteil (21), das Oberteil (22) und die Ventilklappe (24) in Draufsicht. d1 bezeichnet den Durchmesser des Basisteils und d2 bezeichnet den Durchmesser des Oberteils. 6B zeigt das erfindungsgemäße Einwegventil (20) von seiner Unterseite. Die Öffnung (23) ist deutlich zu sehen. 6C zeigt das erfindungsgemäße Einwegventil (20) mit geöffneter Ventilklappe (24) in Draufsicht. Zur besseren Veranschaulichung wird in dieser Abbildung die Ventilklappe (24) mit Hilfe eines (nicht zur Erfindung gehörenden) Glasstabes (25) offen gehalten, um die Ventilklappe (24) in ihrem geöffneten Zustand zu zeigen.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Einwegventils. 7A zeigt das Einwegventil im geschlossenen, 7B im offenen Zustand. Deutlich ist der Schließmechanismus des Ventils (24) zu sehen, der die Funktion von menschlichen Herzklappen imitiert. Zur Vermeidung von Aktivierungsreaktionen von reaktiven Immun- und Blutzellen, besteht das Material des Ventil aus biokompatiblen Silikonkautschuk, hier in einer eingefärbten Variante.
8 ist eine Gesamtdarstellung der Einzelteile der erfindungsgemäßen Ventilvorrichtung (10) zusammen mit einem Hohlorgan (50). Zu Demonstrationszwecken wurde als Hohlorgan ein Silkonkautschukmodell (50) verwendet, das ein biologisches Gefäß imitieren soll. 8A zeigt die Ventilvorrichtung mit deren Kopfstück (12) und Grundstück (11), das Einwegventil (20) und ein Verbindungsadapter (53), der mit dem Auslass (15) des Grundstückes und dem Gefäßimitat (50) verbunden wird. Die Seitenäste (51) des Gefäßes (50) werden mit chirurgischen Klemmen (52), z.B. zur Dichtigkeitsprüfung, abgeklemmt. 8B zeigt die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung mit ihrem zusammengesetzten Grundstück (11) und Kopfstück (12) und den Verbindungsadapter (53), der die Ventilvorrichtung (10) mit dem Gefäß (50) verbindet. 8C zeigt den zuvor beschriebenen Versuchsaufbau mit den zusammengesetzten Einzelteilen.
9 zeigt eine erfindungsgemäße Perfusionspumpe in ihrem zerlegten Zustand. In dieser Ausführungsform sind ein zylindrischer Druckmantel (30), ein Kopfstück (31) sowie ein Endstück (32) gezeigt. Das Kopf- und Endstück enthält im Inneren jeweils ein erfindungsgemäßes Einwegventil (20). Die beabsichtigte Flussrichtung der Perfusionsflüssigkeit ist mit Pfeilen dargestellt. Das Kopfstück (31) und das Grundstück (32) enthält einen Einlass bzw. Auslass in Form eines Schlussstückes (34), um einen Einlassschlauch bzw. Auslassschlauch mit der Perfusionspumpe zu verbinden.
10 zeigt, wie ein erfindungsgemäßes Einwegventil (20) in das Kopfstück (31) der erfindungsgemäßen Perfusionspumpe eingesetzt wird. 10A zeigt die Einzelteile: das Kopfstück (31) und eine durchbohrte Fixierschraube (33). An der Einlassseite der Pumpe wird das Einwegventil (20) mit seiner Ventilklappe (24) in Richtung des Druckmantel (30) eingesetzt. 10B zeigt das in das Kopfstück (31) eingesetzte Einwegventil (20). 10C zeigt, wie die Fixierschraube (33) in das Kopfstück (31) über ein Gewinde eingeschraubt wird, um so das Einwegventil (20) auf seinen Auflageflächen abdichtend zu fixieren. 10D zeigt schließlich das zusammengesetzte Kopfstück (31). Auf gleiche Weise kann auch das Endstück (32) zusammengesetzt werden, wobei die Richtung des Einwegventils (20) beachtet werden muss.
11 zeigt zwei verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Perfusionspumpe. Bei der Ausführungsform, die in der 11A gezeigt ist, wird ein punktueller mechanischer Druck auf den Druckmantel (30) ausgeübt, um Flüssigkeit im Inneren des Druckmantels herauszupressen. Bei der Ausführungsform, die in der 11B gezeigt ist, wird der Druckmantel von einer Manschette (35) umschlossen, die einen Gaseinlass (36) und einen Gasauslass (37) besitzt, so dass Gasdruck (siehe Pfeil) über den Gaseinlass (36) eingeführt werden kann. Dies führt zum Zusammenpressen des Druckmantels (35) und zum Ausströmen von Flüssigkeit in dessen Inneren.
12A zeigt die Innnenoberfläche eines Venen-Bypassgefäßes bei starker Vergrößerung. Das Gefäß wurde auf die bisher in der chirugischen Praxis üblichen Weise behandelt. So wurde das Gefäß mit 0,9%-iger Kochsalzlösung unter unphysiolgischen Drucken perfundiert und für ca. 30 min im leeren Zustand intraoperativ gelagert. Das Endothelgewebe ist durch diese Behandlung stark in Mitleidenschaft gezogen.
12B zeigt in der Übersicht (3× schwächere Vergrößerung) die Innnenoberfläche eines Venen-Bypassgefäßes, das mit einem Plasmaderivat (z.B. Biseko^TM) und unter Verwendung der erfindungsgemäßen Perfusionsvorrichtung perfundiert wurde und das für ca. 30 Minuten unter Einsatz des erfindungsgemäßen Einwegventils im gefüllten Zustand intraoperativ gelagert wurde. Das Endothelgewebe befindet sich durch diese Behandlung in einem gesunden Zustand.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Erfindung betrifft in einem Aspekt eine Vorrichtung zur Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit. 1 zeigt eine Ausführungsform einer solchen Vorrichtung. Die Vorrichtung besteht aus einem Spritzenstand (1), der einen Basisteil (2), eine Spritzenhalterung (7) und einen vertikal beweglichen Druckkolben (3) umfasst. In die Spritzenhalterung (7) wird eine Spritze (4) eingesetzt und fixiert. Dazu enthält die Spritzenhalterung (7) Aussparungen (8), so dass die Spritze (4) formgerecht in die Spritzenhalterung (7) eingesetzt werden kann. Die Spritzenhalterung (7) kann je nach Art und Größe der verwendeten Spritze angepasst werden. Mit einem Druckkolben (3) wird der Spritzkolben (5) nach unten bewegt, so dass Perfusionsflüssigkeit unter einem vorgegebenen (niedrigen) hydrostatischen Druck aus der Spritze (4) über einen Auslassschlauch (6) und ein Einwegventil (20), das sich in einem Ventilhalter (10) befindet, in das zu behandelnde Gefäß- bzw. Hohlorgan geleitet werden kann. Das Gewicht wird hierbei so gewählt, dass das Gefäß- bzw. Hohlorgan mit konstantem Druck und mit ausreichender Höhe mit Perfusionsflüssigkeit versorgt wird. Der Druckkolben (3) wird hierzu über eine Schiene (9) nach unten bewegt.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Perfusionsvorrichtung ist weiter in 2 demonstriert. Der Grundaufbau ist in 2A gezeigt. Eine Spritze (4) wird in die Spritzenhalterung (7) eingesetzt. Die Spritze wird anschließend mit einem Auslassschlauch (6) verbunden. Der Auslassschlauch (6) ist mit einem Ventilhalter (10) verbunden, das ein Einwegventil (20) enthält. Dadurch wird gewährleistet, dass Perfusionsflüssigkeit von der Spritze (4) in eine Richtung in das Hohlorgan geleitet werden kann. Das Einwegventil (20) verhindert zudem einen Rückfluss von Perfusionsflüssigkeit. Der Spritzenkolben (5) wird zur Füllung der Spritze mit Perfusionsflüssigkeit nach oben gezogen (2C). Das Aufziehen des Spritzenkolbens (5) kann manuell mit der Hand des Bedienpersonals erfolgen oder mit Hilfe auf dem Gebiet bekannten, bevorzugt automatisierten, Hebemechanismen (z.B. Druckluft oder mechanische Hebevorrichtung). Anschließend wird der Auslassschlauch (6) abgeklemmt und der Druckkolben (3) auf den Spritzenkolben (5) aufgesetzt (2D). Das Öffnen der Klemme führt zum Ausleiten von Perfusionsflüssigkeit aus der Sprite (4) über ein erfindungsgemäßes Einwegventil (20) zur druckkonstanten Perfusion von verbundenen Gefäßen (2E). Dieser Mechanismus kann mehrmals mit einer Spritzenfüllung durchgeführt werden.
Das Gewicht des Druckkolbens (3) wird so gewählt, dass ein ausreichender, aber noch im physiologischen Funktionsrahmen tolerierbarer Druck gewährleistet wird, um das Gefäß bzw. Hohlorgan mit Perfusionsflüssigkeit zu füllen und Undichtigkeiten zu erkennen. Auf diese Weise kann z.B. dessen Dichtigkeit überprüft werden. Das Gewicht des Druckkolbens (3) wird entsprechend der Art des zu perforierenden Gefäßes bzw. Hohlorgans ausgewählt. Bevorzugt soll das Gewicht so gewählt werden, dass es dem mittleren arteriellen Druck entspricht. Zu beachten ist, dass ein großes Gefäß mit dicken Gefäßwänden einen höheren Perfusionsdruck verträgt als beispielsweise eine sehr dünnwandige Vene, bei der zu hohe Drucke zu Beschädigungen der Gefäßwand oder gar der Endothelschicht führen können.
Bei Hohlorganen wiederum können höhere Drucke angewendet werden um das Hohlorgan und seine Gefäßverästelungen ausreichend mit Flüssigkeit zu füllen. Je nach Art der durchzuführenden Anwendung kann das Volumen der Perfusionsflüssigkeit in der Spritze (4) durch Auswahl von verschieden großen Sterilspritzen erfolgen.
Der Spritzenkolben der Spritze (4) kann anstelle des Gewichtes des Druckkolbens (3) auch über Gasdruck oder auf andere Weise heruntergedrückt werden. Auch ist es denkbar, dass anstelle einer Sterilspritze ein anderer Flüssigkeitsbehälter in die Perfusionsvorrichtung eingesetzt wird und die Vorrichtung Mittel umfasst, die ein gleichmäßiges Ausleiten von Perfusionsflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in das Hohlorgan ermöglicht.
Der auf die Spritze aufgesetzte Auslassschlauch (6) kann nach dem Auffüllen der Spritze mit Perfusionsflüssigkeit mit üblichen chirurgischen Klemmen (z.B. Klemmscheren) abgeklemmt werden und einen Dreiwegehahn umfassen, der ein kontrolliertes, gerichtetes Aufsaugen neuer Perfusionsflüssigkeit zulässt.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung zur Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit eine Ventilhalterung (10), wie sie in 3 und 4 gezeigt ist. Die Ventilhalterung (10) dient zur Aufnahme eines Einwegventils (20). Der erfindungsgemäße Ventilhalter 10 besteht aus zwei Einzelkomponenten: Einem Grundstück (11) und einem Kopfstück (12). Das Einwegventil (20) wird zwischen dem Grundstück (11) und dem Kopfstück (12) angeordnet. Dadurch ist es möglich, das Einwegventil (20) auf einfache, sichere und praktikable Weise in die Ventilhalterung (10) einzusetzen. Um eine sichere Abdichtung durch das Einwegventil zu ermöglichen, befinden sich an dem Grundstück (11) erste Greifelemente (13), die mit den zweiten Greifelementen (14) des Kopfstückes (12) ineinander greifen können, um so das Kopfstück mit dem Grundstück fest zu verbinden und das Einwegventil (20) abdichtend anzupressen. Die Greifelemente (14) des Kopfstückes (12) sind deutlich in 4A zu sehen. Die Greifnoppen (14a) ragen deutlich von der Grundebene (14b) heraus. Dadurch können die Greifelemente (14) des Kopfstückes (12) mit den Greifelementen (13) des Grundstückes (11) fest ineinander greifen. Hierbei wird das Kopfstück manuell an das Grundstück gedrückt. Das ineinander greifen der Greifelemente (13, 14) erfolgt bevorzugt durch Drehung des Kopfstückes (12) um vorzugsweise etwa 30 Winkelgrade relativ zu dem Grundstück (11). Auf diese Weise wird das Grundstück (11) mit dem Kopfstück (12) fixiert und gleichzeitig ist es möglich das Einwegventil auf einfache Weise einzusetzen und, wenn notwendig, auszutauschen. Der Ventilhalter (10) besteht in der hier gezeigten, gefrästen Ausführungsform bevorzugt aus Polycarbonatmaterialen, die Erfindung ist jedoch nicht auf die Verwendung bestimmter Materialien beschränkt, insbesondere sind auch zum Spritzguss geeignete und/oder biokompatible Materialen zweckmäßig.
Das Einwegventil (20) besteht aus einem Basisteil (21) und einem Oberteil (22) sowie einer Ventilklappe (24) (5 bis 7). Die Abdichtung des Einwegventils (20) erfolgt über eine dauerelastische Ventilklappe (24), die die Ventilöffnung schon bei kleinsten Druckgradienten (> 2 mm Hg) abdichtet. Da im Falle der Abdichtung von Bypass-Gefäßen Druckgradienten in einer Höhe von ungefähr 100 mm Hg auftreten, wird eine zuverlässige Abdichtung durch das erfindungsgemäße Einwegventil (20) sichergestellt. Die Ventilklappe (24) ist an einem Ende mit dem Oberteil (22) verbunden während das andere Ende sich in eine Richtung öffnen lässt.
Weiter besteht das Einwegventil (20) bevorzugt aus einem dauerelastischen, verformbaren Silikonkautschuk was die Aktivierung von Immun- und Blutzellen, wie Blutplättchen und Granulozyten, verhindert bzw. vermindert. Eine Aktivierung von Blutplättchen oder Granulozyten der Brennstoffe kann zu einer unerwünschten Beeinträchtigung bzw. Zerstörung der Endothelschicht von Gefäßen bzw. Hohlorganen. Durch Verwendung von biokompatiblen Materialien, wie biokompatibler Silikonkautschuk, werden solche Aktivierungsreaktionen der Blutplättchen und Granulozyten effizient unterdrückt, so dass auch bei stundenlangem Kontakt von Blut mit dem Werkstoff keine an der Immunabwehr beteiligte Zellen durch diese Fremdstoffe aktiviert werden. So wurde beispielsweise festgestellt, dass Spuren von Weichmacher, die in vielen üblichen Kunststoff materialien vorkommen, Endothelkulturen geschädigt werden können, während durch Verwendung von biokompatiblem Silikonmaterial Endothelkulturen nicht erkennbar geschädigt werden. Insofern ist der Einsatz von biokompatiblen Materialien in der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. deren Vorrichtungen besonders bevorzugt.
Das dauerelastische, nach dem Prinzip kardialer Segelklappen arbeitende erfindungsgemäße Einwegventil (z.B. Silikonkautschukventil) zeichnet sich durch nahezu unbegrenzte Flexibilität und erstaunliche mechanische Stabilität aus. Außerdem kann es chemisch durch hochenergetische Strahlung oder im übersättigten Wasserdampf bei einer Temperatur von 112°C sterilisiert werden. Das Einwegventil verhindert einen Rückfluss von Perfusionsflüssigkeit, was insbesondere bei der Dichtigkeitsprüfung von Gefäßen oder Hohlorganen unerwünscht wäre.
Bevorzugte biokompatible Materialien für den erfindungsgemäßen Einsatz für das Einwegventil bzw. den Druckmantel der Perfusionspumpe sind Silikonkautschuk oder Polyurethan. Möglich sind auch Derivate dieser hydrophoben Polymeren, die Zusatzstoffe enthalten, welche die Thromboresistenz erhöhen: z.B. Cu(II)-Liganden (Reynolds M.M.: Nitric oxide-releasing hydrophobic polymers preparation, characterization, and potential biomedical applications. J.Vasc. Surg., October, 2004; 40(4):803-11)]. Für den erfindungsgemäßen Ventilhalter sind Metalle bevorzugt, wie z.B. Edelstahl oder Aluminium oder Kunststoffe wie Acrylglas oder Polycarbonat. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Teile gefräst werden sollen. Für die Spritzgußherstellung würden sich Acrylglas, Polyvinylchlorid oder Polymethacrylat besonders eignen.
Bevorzugt für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise ein von der Firma Wacker Chemie GmbH, München, Deutschland, produzierter Silikonkautschuk der "Elastosil^®"-Reihe nach den Ansprüchen der USP Class VI.
Bevorzugt wird das Einwegventil durch ein Spritzgussverfahren hergestellt, so dass der Basisteil (21), das Oberteil (22) und die Ventilklappe (24) aus einer Gussform entstehen. In einer anderen Ausführungsform können das Basisteil (21) und das Oberteil (22) sowie die Ventilklappe (24) Einzelkomponenten sein.
Es ist bevorzugt, dass der Durchmesser d1 des Basisteils (21) größer ist als der Durchmesser d2 des Oberteils (22). In einer Ausführungsform entspricht der Durchmesser d1 dem Durchmesser d2. In einer anderen Ausführungsform ist der Durchmesser d2 größer als der Durchmesser d1. Vorzugsweise ist der Durchmesser d1 ungefähr 10 mm und d2 ist kleiner als 10 mm.
Der Fachmann wird darüber hinaus erkennen, das die Form des Einwegventils angepasst werden kann, um in entsprechende Ventilhalterungen aufgenommen werden zu können. Die hier gezeigte Form und Struktur des Einwegventils (20) bestehend aus einem Basisteil (21) und einem Oberteil (22) ist nur eine denkbare Ausführungsform (5, 7).
Die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung und das Einwegventil können zur Perfusion von explantierten Hohlorgane in vitro oder in situ mit Hilfe der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Perfusionsvorrichtung verwendet werden.
Darüber hinaus können die erfindungsgemäße Ventilvorrichtung und das Einwegventil auch in einer erfindungsgemäßen Perfusionspumpe eingesetzt werden. Um eine schnelle und pulsierende Perfusion von Perfusionsflüssigkeit zu erreichen, ist daher ein weiterer Aspekt der Erfindung eine Perfusionspumpe, die es ermöglicht, Hohlorgane entweder durch manuellen Druck oder durch Gasdruck mit Flüssigkeit durchzuspülen (9). Die Perfusionspumpe umfasst einen zentralen, verformbaren Druckmantel (30), der aus biokompatiblem, implantierbarem Material besteht, ein Kopfstück (31) und ein Endstück (32), wobei sowohl das Kopfstück als auch das Endstück jeweils ein erfindungsgemäßes Einwegventil (20) beinhalten, so dass nach dem Anlegen eines Druckes auf den Druckmantel (30) Perfusionsflüssigkeit im Inneren des Druckmantels über das Endstück (32) herausgepresst wird.
Der Druckmantel (30) besteht bevorzugt aus dauerelastischem verformbaren biokompatiblen Material, vorzugsweise ein Material wie oben zuvor für das Einwegventil (20) beschrieben. Vorzugsweise hat der Druckmantel (30) eine zylindrische Form oder die Form einer Hohlkugel. Die beiden Einwegventile werden an den beiden Enden so eingesetzt, dass der Flüssigkeitsstrom in eine Richtung gerichtet erfolgt. Damit erhält die Perfusionspumpe ein Einstrom- und Ausstromende. Die Perfusionsflüssigkeit wird unter dem vorgegebenen (angepassten) hydrostatischen Druck über eine Schlauchleitung in das Lumen des Druckmantels appliziert, so dass die Flüssigkeit im am Auslassende ausgesetzten Schlauch bis zum Niveau des Vorratsgefäßes ansteigt. Wird nun ein mechanischer Druck auf den Druckmantel ausgeübt, z.B. mit Hilfe einer sich exzentrisch drehenden Scheibe, kommt es zur Verdrängung der im Lumen des Druckmantels gespeicherten Flüssigkeit in den Auslassschlauch. Dabei baut sich ein hydrostatischer Gegendruck auf, der durch die Höhe des Ausführendes des Schlauches bzw. eines dort mechanisch auf andere Art eingestellten Widerstandes definiert wird.
Das von der Perfusionspumpe entwickelte Druckprofil ist bei einer sich exzentrisch drehenden Scheibe abhängig von deren Geometrie und den mechanischen Eigenschaften des Druckmantels. Die Frequenz der Pumpimpulse kann variieren und nach Bedarf entsprechend eingestellt werden, indem beispielsweise die Umdrehungsgeschwindigkeit der exzentrischen Scheibe vorgegeben wird. Auf diese Weise lassen sich selbst für einen menschlichen Organismus typische Druckprofile in den verschiedenen Kreislaufabschnitten genau imitieren. Dadurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Perfusionspumpe nicht nur für den Einsatz zur Perfusion von Hohlorganen in vitro bzw. in situ zu verwenden, sondern auch als Ersatz der Pumpfunktion des menschlichen oder tierischen Herzens. Der Druck kann hierbei so eingestellt werden, dass der Organismus ausreichend mit dem nötigen Flüssigkeitsvolumen und der notwendigen Pumpfrequenz versorgt wird. Das Flüssigkeitsvolumen ist durch Auswahl des Volumens des Druckmantels entsprechend regulierbar und einstellbar.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Einwegventile in der Perfusionspumpe der vorliegenden Erfindung ermöglicht darüber hinaus eine Simulation der menschlichen bzw. tierischen Herz- und Gefäßklappen im Kreislauf. Die Ventilklappe (24) hat hierbei eine ähnliche Funktion beim Aufbau der Druckprofile wie beispielsweise Herz- und Gefäßklappen, da sie in der Lage sind, entsprechend des Druckprofils auf- und zuzugehen.
In einer weiteren Ausführungsform kann anstelle eines mechanisch ausgeübten Druckes auf den Druckmantel (30) auch auf andere Weise erzeugte Drucke appliziert werden (11). Beispielsweise kann das zum Pumpen notwendige Kollabieren des Druckmantels auch mit Hilfe von Gasdruck erzeugt werden. Hierzu kann mit Hilfe einer geeigneten Kunststoff- oder Metallmanschette (35) die zuvor beschriebene Perfusionspumpe an den Stirnenden der Manschette (35) über einfache Dichtungsringe in abgedichteter Weise eingeschoben werden. Anschließend wird in kontrollierter Weise ein ausreichend hoher Gasdruck in pulsartiger Frequenz über eine Gaszufuhr (36) in das Innere der Manschette (35) appliziert, während der Gasauslass (37) zunächst verschlossen bleibt. Dies führt zu einem "Kollabieren", d.h. Eindrücken des Druckmantels (30) und damit zu einem Aufbau eines Druckes im Inneren des Druckmantels, was das Ausfließen von Perfusionsflüssigkeit in das Endstück (32) bewirkt. Anschließend lässt man das zuvor eingeführte Gas über das Ausführende wieder entweichen. Dieser Zyklus kann in pulsartiger Weise beliebig oft wiederholt werden.
Darüber hinaus ermöglicht dieses Pumpprinzip auch, bei Auswahl entsprechender gewebefreundlicher Manschettenmaterialien, die Pumpen im lebenden Organismus von außen (ex vivo) zu betreiben. Hierbei könnte die Perfusionspumpe selbst vorübergehend in den Patienten transplantiert werden, während die Pumpwirkung von nach außen führenden Gasschläuchen mittels Gasdruck bewirkt wird. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße Perfusionspumpe für die Umwälzung von Blut bei herzinsuffizienten Patienten verwendet werden. Selbstverständlich kann die Perfusionspumpe auch ex vivo betrieben werden.
Bevorzugte Perfusionslösungen zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Mittel sind in der Patentanmeldung Nr. DE 10 326 764 beschrieben. Die verwendbaren Perfusionslösungen umfassen eine physiologische Elektrolytlösung, mindestens 0,1 Gew.-% natives Albumin und 0,5 bis 10 mM L-Glutamin. Als physiologische Elektrolytlösung wird vorzugsweise eine den normalen anorganischen Salzbestandteilen des gesunden humanen Blutplasmas entsprechende Elektrolytlösung verwendet (z.B. 100–150 mM NaCl; 1–15 mM KCl; 0,1–4 mM MgSO₄; 0,5–2 mM KH₂PO₄; 24–48 mM Histidin-Cl und 1–3 mM CaCl). Vorzugsweise enthalten die Perfusionslösungen 1–10 Vol-% hämolysinfreies und antikoaguliertes bzw. Gerinnungsfaktor-freies oder autologes Plasma, mit einer Endkonzentration von mindestens 0,1 Gew.-% Albumin.
Zur Energieerhaltung des endothelialen Stoffwechsels sind in der physiologischen Elektrolytlösung Energiesubstrate, vorzugsweise 2–10 mM Glukose und 1–10 mM Pyruvat, enthalten. Diese Energiesubstrate alleine ermöglichen eine vollkommen ausreichende Bereitstellung von Stoffwechselenergie für das Endothelgewebe, selbst unter nahezu hypotoxischen Bedingungen ((pO₂ ≥ 10 mm Hg). Bevorzugte Konzentrationen der Energiesubstrate sind 8 mM Glukose und 2 mM Pyruvat. Die physiologische Elektrolytlösung enthält bevorzugt Heparin in einer gerinnungshemmenden Konzentration. Übliche gerinnungshemmende Konzentrationen für hochmolekulares Heparin sind 0,2–0,6 U/ml, vorzugsweise 0,4 U/ml im Falle von Humanblut. Weiterhin können jeweils 50–100 mM Harnsäure und/oder Ascorbat als exogene Reduktionsmittel gegen reaktionsfreudige Sauerstoffverbindungen (Antioxidantien) zugesetzt werden.
Die Füllung eines Hohlorgans mit einer solchen Perfusionslösung unter Anwendung physiologischer Drucke verhindert sowohl eine Überdehnung als auch das Kollabieren des Gefäßes während seiner intraoperativen Lagerung und eventuellen, operationsgerechten Zerstückelung in zuverlässiger Weise. Die Lagerung erfolgt am besten in speziell zugeschnittenen Stahlschalen bei Zimmertemperatur, bei speziellen Anwendungen auch bei Körpertemperatur in geeigneten Inkubatoren oder unter anderen Temperaturbedingungen. Beim Abschneiden von Teilsegmenten vor ihrer unmittelbar darauf folgenden Implantation schneidet man nach vorherigem Versetzen der Arterienklemme distal so ab, dass der druckdefinierte Füllungszustand des Reststücks bei dessen noch fortgeführter Lagerung erhalten bleibt.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Mittel, wie die die erfindungsgemäße Ventilhalterung oder das Einwegventil, konnte man eine hervorragende Erhaltung der Architektur des Endothel-Gewebes in den behandelten Gefäßen feststellen (siehe 12). Auf die übliche Weise behandelten Gefäße zeigen eine Beschädigung der Endothelschicht, was zu den oben beschriebenen Folgewirkungen führen kann (12A). In diesem Beispiel wurden Venen-Bypassgefäße unter unphysiologischen Druck mit 0,9% Kochsalzlösung behandelt.
Im Gegensatz dazu, führt der Einsatz der erfindungsgemäßen Perfusionsvorrichtung und den erfindungsgemäßen Mitteln zu einer Schonung bzw. Erhaltung des Endothelgewebes (12). Dies zeigt, dass ene Beschädigung des Endothels durch zu starkes „Aufblasen" der Organe, wie es bisher bei der Dichtigkeitsprüfung üblich ist, durch deren Einsatz vermieden wird. Somit trägt die Erfindung für eine Konservierung und Schonung der Organe bei der operativen Lagerung und Transplantationen bei. Nicht zuletzt wird dadurch die Funktionstüchtigkeit des implantierten Organs verlängert, was auf die schonende, Endothel-erhaltende Behandlung der Gefäße zurückzuführen ist.

Claims

Vorrichtung zur Endothel-protektiven Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit, umfassend einen Spritzenstand (1), der einen Basisteil (2), eine Spritzenhalterung (7) und einen vertikal beweglichen Druckkolben (3) umfasst, wobei in die Spritzenhalterung (7) eine Spritze (4) eingesetzt und fixiert werden kann und der Druckkolben (3) ein ausreichend großes Gewicht besitzt, so dass der Spritzenkolben (5) der Spritze (4) durch das Gewicht des Druckkolben (3) heruntergedrückt wird und Perfusionsflüssigkeit von der Spritze (4) beim Öffnen des Auslassschlauches (6) mit konstantem Druck über den Auslassschlauch (6) in das Hohlorgan geleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Ventilhalter (10), der an einem Ende (11) mit dem Auslassschlauch (13) und am anderen Ende (12) mit dem zu perforierenden Hohlorgan (50) verbunden ist, wobei der Ventilhalter (10) ein Einwegventil (20) umfasst, um Perfusionsflüssigkeit gerichtet in das Hohlorgan zu leiten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Ventilhalter (10) aus einem Grundstück (11) und einem Kopfstück (12) besteht und das Einwegventil (20) zwischen dem Kopfstück (12) und dem Grundstück (11) dicht abschließend angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Grundstück (11) aus ersten Greifelementen (13) und das Kopfstück (12) aus zweiten Greifelementen (14) besteht und die ersten und zweiten Greifelemente (13, 14) zur Abdichtung und Fixierung des Einwegventils (20) verdrehbar ineinander greifen.
Ventilvorrichtung zur Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit, umfassend einen Ventilhalter (10), der aus einem Grundstück (11) und einem Kopfstück (12) besteht und einem Einwegventil (20), das zwischen dem Kopfstück (12) und dem Grundstück (11) dicht abschließend angeordnet ist, wobei das Grundstück (11) aus ersten Greifelementen (13) und das Kopfstück (12) aus zweiten Greifelementen (14) besteht und die ersten und zweiten Greifelemente (13, 14) zur Abdichtung und Fixierung des Einwegventils (20) verdrehbar ineinander greifen.
Einwegventil zur Perfusion von Hohlorganen mit Perfusionsflüssigkeit, umfassend ein Basisteil (21) mit einem ersten Durchmesser d1 und ein mit dem Basisteil (21) verbundenes Oberteil (22) mit einem zweiten Durchmesser d2, wobei das Basisteil (21) und das Oberteil (22) eine zentrale Öffnung (23) besitzen und die Öffnung mit einer beweglichen Ventilklappe (24) verschließbar ist, wobei die Ventilklappe (24) mit dem Oberteil (22) verbunden ist, und wobei das Einwegventil aus einem biokompatiblen Kunststoff besteht, der Aktivierungsreaktionen von Thrombozyten und Granulozyten weitgehend verhindert.
Einwegventil nach Anspruch 6, wobei das Basisteil (21) und das Oberteil (22) rundförmig ausgebildet sind.
Einwegventil nach Anspruch 6, wobei der zweite Durchmesser d2 kleiner ist als der erste Durchmesser d 1.
Einwegventil nach Anspruch 6, wobei die Ventilklappe (24) segelförmig ausgebildet ist.
Perfusionspumpe, umfassend einen zentralen, verformbaren Druckmantel (30) aus implantierbarem biokompatiblen Material, ein Kopfstück (31) und ein Endstück (32), wobei in dem Kopfstück und dem Endstück jeweils ein Einwegventil (20) nach Anspruch 6 angeordnet ist, so dass nach Anlegen eines Druckes auf den Druckmantel (30), Perfusionsflüssigkeit, die sich im Lumen des Druckmantels (30) befindet, über das Endstück (32) herausgepresst wird.
Perfusionspumpe nach Anspruch 10, wobei der Druckmantel (30) von einer Manschette (35) umgeben ist, die einen Gaseinlass (36) und Gasauslass (37) umfasst, um den Druckmantel zusammenzupressen, so dass die Flüssigkeit aus dem Lumen des Druckmantels herausgepresst wird.
Perfusionspumpe nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Druckmantel zylinderförmig oder kugelförmig ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Hohlorgan um Arterien oder Venen handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Perfusionspumpe nach Anspruch 10, wobei die Perfusionsflüssigkeit folgende Bestandteile umfasst: 100–150 mM NaCl; 1–15 mM KCl; 0,1–4 mM MgSO₄; 0,5–2 mM KH₂PO₄; 24–48 mM Histidin-Cl und 1–3 mM CaCl und 1–10 Vol-% hämolysinfreies oder autologes Serum mit mindestens 0,1 Gew.-% Albumin.