DE4407337C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Beurteilung von Organzuständen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beurteilung von Organzuständen, insbesondere von ischämiebedingten Schäden am Herzen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Herz-/Kreislauferkrankungen stellen bekanntlich heute eine der wichtigsten Erkrankungs-Gruppen und Todesursachen überhaupt dar, und unter diesen haben die infarktartigen Herzerkrankungen herausragende Bedeutung.

Es sind verschiedene Methoden bekannt, infarzierte Bezirke eines Herzens innerhalb eines bestimmten Zeitraums nach dem Durchblutungs-Stillstand - typischerweise bis zu 60 min - zu reversieren, d. h. wieder eine Durchblutung (Reperfusion) zu erreichen. Dazu zählen mechanische, Laser- und Enzymbehandlungsverfahren zur Zerstörung der die betroffenen Bezirke verstopfenden Blutgerinnsel (Thromben).

Es ist jedoch festgestellt worden, daß die reversierten Bezirke durch den zeitweiligen Durchblutungs-Stillstand dauerhaft geschädigt sein können und nach der Reperfusion das Herzgewebe schädigende Stoffwechselprodukte an das durchströmende Blut abgeben können, die u. U. zu einer Schädigung auch des umgebenden nicht-infarzierten Gewebes und mithin des ganzen Herzens führen können. Dies kann sich beispielsweise im Auftreten von Kammerflimmern mit u. U. letalem Ausgang äußern.

Daher ist es von erheblicher Bedeutung, die Beeinflussung gesunden Herzgewebes durch das Koronareffluat aus geschä­ digtem, insbesondere unter Ischämie gestandenem, Herzgewe­ be im einzelnen zu untersuchen.

Derartige Untersuchungen werden in vitro an Meerschwein­ chen-Herzen ausgeführt, die einer Ischämie (Durchblutungsstillstand) ausgesetzt wurden. Da die schädlichen Stoffwechselprodukte sehr kurze Halb­ wertszeiten haben, müssen die Wirkungen der aus dem venösen System des perfundierten Herzens heraustropfenden Absonderungen (des Koronareffluats) eines geschädigten Her­ zens auf gesundes Gewebe innerhalb sehr kurzer Zeit nach der Absonderung ermittelt wer­ den. Ein Auffangen, Aufbereiten (insbesondere Oxygenieren), Lagern und späteres Verwen­ den zur Perfusion eines gesunden Herzens in üblicher Weise führt daher nicht zum Erfolg.

Die US 3,877,843 beschreibt ein Perfusionssystem mit dem ein oder zwei entnommene Nie­ ren am Leben erhalten werden. Die beiden Organe befinden sich in einem Behälter und werden mittels eines pulsierenden Pumpsystems mit einem Perfusat, das Vollblut oder eine andere Nährflüssigkeit sein kann, versorgt. Dabei wird das Perfusat mittels eines Oxygena­ tors und eines Wärmetauscher oxygeniert bzw. temperiert.

In der US 5,051,352 wird eine Vorrichtung zur Erhaltung der Lebensfähigkeit eines Herzens beschrieben. Eine Perfusionsflüssigkeit, beispielsweise Plasma oder Vollblut, wird dem Her­ zen zugeleitet und in einer Kammer aufgefangen. Danach wird die aufgefangene Perfusi­ onsflüssigkeit in einem Oxygenator mit Sauerstoff angereichert und über eine Temperaturre­ gelung temperiert. Mittels elektrophysischer und elektrochemischer Einrichtungen werden die Herzparameter geregelt, gemessen und überwacht. Die Einrichtungen werden durch ei­ nen Computer gesteuert.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das die zeitnahe Ermittlung der Wirkungen des Effluats aus geschädigtem Or­ gangewebe, insbesondere ischämischem Herzgewebe, auf ein gesundes Organ, insbeson­ dere ein gesundes Herz, ermöglicht, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vor­ richtung nach Anspruch 12 gelöst.

Die Erfindung weist über die Lösung des oben erläuterten konkreten Problems insofern hin­ aus, als sie allgemein die zeitnahe Bestimmung des Einflusses von in bestimmten Organen gebildeten Stoffwechselprodukten auf andere, gleichartige, aber eine andere Vorgeschichte aufweisende Organe ermöglicht.

Die Erfindung schließt den Gedanken ein, im Zuge zweier A-B-Vergleichsmessungen zu­ nächst einen Leistungsparameter eines mit neutraler (physiologischer) Flüssigkeit perfun­ dierten Organs zu bestimmen und das Ergebnis mit dem einer gleichartigen Parameterbestimmung an demselben, mit dem Gewebseffluat des anderen Organs perfundierten Organ zu vergleichen, wobei das Gewebseffluat sofort einer Aufbe­ reitung unterzogen wird, die - vom Vorhandensein speziel­ ler Stoffwechselprodukte des Herkunftsorgans abgesehen - die (Wieder-)Angleichung seiner physikochemischen Eigen­ schaften an die der Ausgangs-Perfusionsfüssigkeit sichert.

Diese Aufbereitung kann - je nach Organ und Problemstel­ lung - die Einstellung unterschiedlicher Parameter be­ treffen, etwa des Sauerstoffgehaltes, des pH-Wertes, des Gehaltes an anderen Inhalts- bzw. Wirkstoffen, der Tempe­ ratur usw.. Für Untersuchungen am Herzen ist die Wieder­ einstellung des Sauerstoffgehaltes auf den Wert der Ausgangs-Perfusionsflüssigkeit von besonderer Bedeutung und birgt wegen der kurzen verfügbaren Zeitspanne besonde­ re Probleme, deren Lösung Gegenstand von Ausgestaltungen der Erfindung ist.

Selbstverständlich kann die Vergleichsmessung auch mehrere Parameter einschließen, und es kann zusätzlich eine physi­ kalische oder chemische Untersuchung des Gewebseffluats des ersten und/oder des zweiten Organs erfolgen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann dahingehend ausgebil­ det werden, daß der Einfluß des Gewebseffluates eines von vornherein anormal funktionierenden Organs auf ein ge­ sundes bestimmt wird. Es können aber auch beide Organe in im wesentlichen normal funktionsfähigen Zustand extrahiert und nach dem Schritt der Bestimmung des Leistungsparame­ ters des zweiten Organs ein eine vorbestimmte Wirkung her­ vorrufender Eingriff am ersten Organ ausgeführt und an­ schließend dessen Gewebseffluat dem zweiten Organ zuge­ führt werden.

Bei den eingangs genannten Untersuchungen zum Einfluß ischämischen Myokardgewebes auf gesundes kann im Tierver­ such insbesondere der zweite Weg beschritten werden, indem zwei gesunde Herzen entnommen werden und eines durch Un­ terbrechung der Perfusion im Zuge der Verfahrensdurchfüh­ rung ischämisch geschädigt wird, wonach dessen Gewebsef­ fluat im mit Sauerstoff wieder angereicherten Zustand dem anderen Herzen zugeführt wird.

Der relevanteste physikochemische Parameter ist also hier­ bei der Sauerstoffgehalt bzw. -partialdruck, der durch laufende Oxygenierung des Gewebseffluats, insbesondere durch Zufuhr von Carbogengas (einer Mischung aus 95% O₂ und 5% CO₂), unmittelbar nach dem Auffangen eingestellt wird.

Die Herzleistung kann insbesondere auf dem Wege der Mes­ sung des systolischen und des diastolischen Drucks bei isovolumischer Kontraktion und/oder über Aufnahme eines EKG während der Perfusion mit Perfusionsflüssigkeit und während der Perfusion mit Gewebseffluat bestimmt und ver­ glichen werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausprägung des Erfindungsgedan­ kens wird das zu oxygenierende Gewebseffluat kontinuierlich in geringen Mengen auf die innere Mantelfläche eines rotierenden Hohlkörpers aufgebracht derart, daß sich auf dieser Mantelfläche ein dünner Flüssigkeitsfilm ausbildet, und dabei mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Kontakt ge­ bracht, so daß Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit in den Flüssigkeitsfilm eindiffundiert. Auf diese Weise kann die Oxygenierung in sehr kurzer Zeit und bei geringem Totraum­ volumen erfolgen, was wegen der kurzen Halbwertszeit der relevanten Stoffwechselprodukte eine Voraussetzung für die Durchführung der erwähnten Untersuchungen darstellt.

Eine zusätzliche Beschleunigung des Sauerstoffeintrags in das Gewebseffluat wird dadurch bewirkt, daß dieses in ei­ nem Strom des sauerstoffhaltigen Gases über eine Anordnung in Art einer Venturidüse dem Innenraum einer aufrechtste­ henden, um ihre vertikale Achse rotierenden Trommel mit annähernd kegelförmig ausgebildetem oder konvex gewölbtem Boden zugeführt wird. Dabei trifft das Gewebseffluat unter Verteilung in kleine Tröpfchen durch den Gasstrom annä­ hernd auf den Mittelpunkt des Bodens der rotierenden Trom­ mel auf, wird dort durch die Fliehkraft zur Trommelwand gefördert, um an dieser durch den Druck nachfolgend zuge­ führter Effluatmengen als dünner Film aufzusteigen. Hier­ bei werden die während des Zersprühens im Gasstrom ent­ standenen Blasen infolge der Zentrifugalkraft weitgehend zerstört.

Während der gesamten Zeitspanne - die nur einige Zehntel­ sekunden währt - erfolgt eine Sauerstoffdiffusion in das Effluat. Das oxygenierte und bereits weitgehend blasen­ freie Gewebseffluat wird schließlich im oberen Bereich der Trommelwandung abgeführt und in vorteilhafter Weise noch einem Puffergefäß mit einer Einrichtung zur Regelung des Flüssigkeitspegels zugeführt, wo u. U. noch vorhandene Blasen entfernt werden und von wo es in der Weise, daß das abgepumpte Volumen dem Zuflußvolumen entspricht, abgepumpt wird.

Insbesondere für eine korrekte Bestimmung von Leistungspa­ rametern des Herzens hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Schritt der Perfusion beider Organe (Herzen) ei­ nen Teilschritt der druckkonstanten Perfusion - mit dem ein "Einschwingen" der Herzen erreicht wird - und einen späteren Teilschritt der volumenkonstanten Perfusion auf­ weist und der Schritt der Perfusion des zweiten Organs mit Gewebseffluat als volumenkonstante Perfusion ausgeführt wird. Wichtig ist, daß dabei für das zweite Herz bei der Zuführung von Gewebseffluat in der zweiten Phase der Un­ tersuchung derselbe Volumendurchsatz pro Zeiteinheit einge­ stellt wird wie in der ersten Phase bei der Zuführung von reiner Perfusionslösung.

Um auf einfache Weise eine günstige Dicke des Flüssig­ keitsfilms vorgeben zu können, weist die Trommel in einer zweckmäßigen Ausbildung im oberen Bereich der inneren Man­ telfläche einen sich ins Innere erstreckenden ringförmigen Fortsatz auf, innerhalb oder oberhalb dessen die Ableitung in die Trommel mündet und dessen radiale Erstreckung somit die Dicke eines sich auf der Mantelfläche bei Rotation der Trommel ausbildenden Flüssigkeitsfilms bestimmt.

Als Perfusionsflüssigkeit findet in vorteilhafter Weise eine physiologische Nährlösung oder Vollblut Verwendung.

Zur Vermeidung eines direkten Kontakts mit metallischen oder möglicherweise zu einem Eintrag von Fremdionen füh­ renden Oberflächen (etwa Glas) besteht mindestens die Man­ telfläche des Hohlkörpers aus Kunststoff, insbesondere Piacryl.

Die Zuleitung von der Sammel- und Aufbereitungsvorrichtung für das Effluat zum zweiten Organ weist zweckmäßigerweise eine Einrichtung auf, die in Wirkverbindung mit der steu­ erbaren Vorrichtung zum Unterbrechen der Zuleitung für die Perfusionsflüssigkeit steht derart, daß bei Zufuhr von Ge­ webseffluat zum zweiten Organ selbsttätig die Zufuhr von Perfusionsflüssigkeit zu diesem unterbrochen wird.

Dazu weisen die erste und zweite Zuleitung vom Vorratsge­ fäß für die Perfusionsflüssigkeit zum ersten bzw. zweiten Organ (Herzen) jeweils einen Leitungsweg mit einer Sper­ reinrichtung (Absperrventil), aber ohne aktive Fördervor­ richtung, zur druckkonstanten Zufuhr von Perfusionsflüs­ sigkeit und einen Leitungsweg mit einer aktiven Fördervor­ richtung (etwa einer Rollenpumpe), jedoch ohne gesonder­ te Sperreinrichtung, zur volumenkonstanten Zufuhr von Per­ fusionsflüssigkeit und die dritte Zuleitung eine aktive Fördervorrichtung (Rollenpumpe) zur volumenkonstanten Zufuhr von Gewebseffluat auf.

Um auf einfache Weise eine günstige Dicke des Flüssig­ keitsfilms vorgeben zu können, weist die Trommel in einer zweckmäßigen Ausbildung im oberen Bereich der inneren Man­ telfläche einen sich ins Innere erstreckenden ringförmigen Absatz auf, innerhalb oder oberhalb dessen die Ableitung in die Trommel mündet und dessen radiale Erstreckung somit die Dicke eines sich auf der Mantelfläche bei Rotation der Trommel ausbildenden Flüssigkeitsfilms bestimmt.

Sowohl die Perfusionsflüssigkeit als auch das Gewebsefflu­ at werden in der Regel den Organen mit einer auf einen physiologischen Wert eingestellten Temperatur zugeführt, so daß zweckmäßigerweise eine Einrichtung zur Thermosta­ tierung vorgesehen ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen verfah­ rens und

Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Filmoxygenators als Bestandteil der Vorrichtung nach Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfaßt eine Zuleitung 1 mit zwei Hauptzweigen 1.1 und 1.2 von einer (nicht gezeig­ ten) thermostatierten Säule mit carbogenbegaster Perfu­ sionsflüssigkeit (Perfusat), die unter einem auf p = 600 mm Wassersäule eingestellten Druck steht, zu zwei Herzen H1 und H2, die sich in je einem trichterähnlichen Organbe­ hälter 2 bzw. 3 befinden. Beide Zuleitungs-Hauptzweige 1.1 und 1.2 verzweigen sich wiederum, und zwar jeweils in einen ein Absperrventil 4.1 bzw. 4.2 aufweisenden Leitungs­ weg 1.1a bzw. 1.2a und einen eine Rollenpumpe 5.1 bzw. 5.2 aufweisenden Leitungsweg 1.1b bzw. 1.2b, wobei diese Leitungswege 1.1a und 1.1b sowie 1.2a und 1.2b vor dem zu versorgenden Herzen 2 bzw. 3 wieder in die Hauptzweige 1.1 und 1.2 zusammengeführt werden. Stromabwärts des Zusammen­ führungspunktes sind jeweils ein Druckmesser p1 bzw. p2 sowie ein Durchflußmesser V1 bzw. V2 angeordnet, mit denen laufend Perfusionsdruck und -rate in jedem der Hauptzweige bestimmt werden können.

Weiter stromabwärts weist der Hauptzweig 1.1 einen mit ei­ nem Absperrventil 6 versehenen, mit einem (nicht gezeig­ ten) Abfluß in Verbindung stehenden Abzweig 1.1c auf. Wei­ ter stromabwärts des Abzweigungspunktes ist in der Leitung 1.1 eine weitere Absperreinrichtung (Schlauchklemme) 7 vorgesehen.

Beide Organbehälter 2 und 3 weisen je einen den Zwischen­ raum der doppelwandig ausgeführten Gefäßwandung mit einem (nicht gezeigten) Thermostaten verbindenden Zufluß 2a bzw. 3a und Abfluß 2b bzw. 3b auf. Die Organbehälter weisen ei­ nen zur Mitte hin trichterartig zulaufenden Boden auf, an dessen tiefstem Punkt eine Ausflußöffnung 2c bzw. 3c ange­ ordnet ist, über die Gewebseffluat aus den Herzen H1 bzw. H2 ablaufen kann.

Die Ausflußöffnung 2c mündet in einen (weiter unten genau­ er beschriebenen) Filmoxygenator 8, während die Ausfluß­ öffnung 3c in eine Auffangschale 9 mündet.

Mit einer das Ende der Ausflußöffnung 2c umgebenden Gasaus­ trittsöffnung 10a mündet weiterhin eine Leitung 10 zur Zu­ führung von thermostatiertem Carbogengas in den Filmoxyge­ nator 8. Dieser weist eine (ebenfalls weiter unten geanuer beschriebene) Steigrohranordnung 8a auf, der ein optischer Sensor 11 zugeordnet ist.

Der Abfluß des Filmoxygenators 8 ist über eine Leitung 12 mit einer Rollenpumpe 13, eine Sicherheits-Blasenfalle 14 und ein Absperrventil 15 mit der Leitung 1.2 verbunden, über die das zweite Herz H2 mit Perfusat versorgt wird. Die Rollenpumpe ist mit einer Steuereinheit 16 verbunden, die mit dem optischen Sensor 11 in Signalverbindung steht. Die Sicherheits-Blasenfalle 14 weist eine Entlüftungslei­ tung 14a mit einem Absperrventil 14b auf.

Die Herzen H1 und H2 sind jeweils über in den Ventrikeln befindliche (nicht gezeigte) Ballonkatheter sowie über EKG-Elektroden mit einer Meß- und Auswerteeinheit 17 ver­ bunden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Ausprägung zur Bestimmung des Einflusses des Gewebseffluates eines ischämischen Herzens auf ein gesundes Herz unter Verwen­ dung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wie folgt durch­ geführt:
In einer ersten Phase wird den in den Organbehältern 2 bzw. 3 isoliert aufgehängten Herzen H1 und H2 über die Leitungswege 1-1.1-1.1a-1.1 bzw. 1-1.2-1.2a-1.2 bei ge­ öffneten Ventilen 4.1 und 4.2 und stillstehenden Pumpen 5.1 und 5.2 als Perfusionsflüssigkeit (Perfusat) thermo­ statierte, unter dem durch die Säule vorgegebene Druck stehende, physiologische Nährlösung zugeführt. Die Nähr­ lösung wird vorab mittels Carbogengas mit Sauerstoff ange­ reichert. Dadurch werden die Herzen zunächst zum Schlagen angeregt und "eingeschwungen". Das in dieser (ca. 15 min währenden) Phase von den Herzen H1 und H2 abgegebene Ef­ fluat wird abgeleitet, ohne weiter verwendet zu werden. Die Perfusionsrate wird gemessen, während eine Druckmes­ sung in dieser Phase wegen der Druckvorgabe durch die Säu­ le nicht erforderlich ist.

Anschließend werden in die Herzkammern (Ventrikel) Ballons zur Messung des systolischen und diastolischen Drucks wäh­ rend isovolumetrischer Kontraktionen eingebracht.

Danch werden die Ventile 4.1 und 4.2 geschlossen und die Pumpen 5.1 und 5.1 eingeschaltet, wodurch das Perfusat den Herzen H1 und H2 nunmehr über die Leitungsabschnitte 1.1b bzw. 1.2b mit konstantem Durchflußvolumen (isovolume­ trisch) zugeführt wird. Dabei wird der höhere der beiden mittels der Durchflußmesser V1 und V2 in der ersten Phase ermittelten Durchflußvolumenwerte eingestellt. Das Herz, das vorher die kleinere Durchflußrate hatte, wird dadurch zunächst über-perfundiert. Nachdem sich ein stationärer Zustand (konstante Kontraktilität der Herzen) eingestellt hat, werden anhand der Meß- und Auswertungseinrichtung 17 die Herzfunktionsparameter bestimmt.

Anschließend wird - bei Aufrechterhaltung der Versorgung des zweiten Herzens H2 unter den vorherigen Bedingungen - für eine Zeitspanne von 10 . . . 30 min die Pumpe 5.1 ausge­ schaltet, wobei das Ventil 4.1 geschlossen bleibt. Dadurch wird die Perfusion des Herzens H1 unterbrochen, d. h. bei diesem eine Ischämie erzeugt.

Anschließend wird das Ventil 6, das während der vorangegan­ genen Phasen geschlossen war, geöffnet, das vorher geöffn­ te Ventil 7 geschlossen und die Pumpe 5.1 (bei weiterhin geschlossenem Ventil 4.1) wieder in Betrieb genommen. Das dadurch geförderte Perfusat drückt das während der Still­ standsphase der Pumpe 5.1 in den Leitungen verbliebene, "abgestandene" Perfusat über die Abzweigung 11c aus den mit dem Herzen H1 in Verbindung stehenden Leitungsab­ schnitten heraus, d. h. die Leitungen werden gespült.

Anschließend wird der Filmoxygenator 8 unter die Mündung der Ausflußöffnung 2c gebracht, das Ventil 6 wieder ge­ schlossen und Ventil 7 geöffnet. Dadurch wird dem - numehr ischämisch geschädigten - Herzen H1 wieder Perfusat zuge­ führt und sein Gewebseffluat in den Filmoxygenator 8 geleitet. Dort wird es (auf weiter unten genauer beschrie­ bene Weise) mittels des über die Leitung 10 zugeführten, thermostatierten Carbogengases in sehr kurzer Zeit und bei geringem Totraumvolumen un dunter minimaler Blasenbildung wieder auf die Sauerstoffkonzentration des ursprünglichen Perfusats gebracht. Das aufoxygenierte Effluat wird durch die Pumpe 13 über die Leitung 12, den Sicherheits- Blasenabscheider 14 und das nunmehr geöffnete Ventil 15 dem Endabschnitt der Leitung 1.2 zum zweiten Herzen H2 zu­ geführt. Dabei wird gleichzeitig die Pumpe 5.2 außer Be­ trieb gesetzt und das Ventil 4.2 bleibt geschlossen, so daß kein frisches Perfusat mehr zum Herzen H2 gelangt.

Die Blasenfalle 14 wird nur bei überraschend auftretender Blasenbildung im Effluat benötigt: im Normalzustand ist daher das Ventil 14b in der zugehörigen Entlüftungslei­ tung 14a geschlossen.

Das nunmehr - und zwar über Steuerung der Pumpe 13 über die Sensoranordnung 8a, 11 und das Steuerteil 16 mit glei­ cher Durchflußmenge wie vorher mit Perfusat - ausschließ­ lich mit dem Effluat des ersten Herzens H1 versorgte zwei­ te Herz H2 wird damit der Beeinflussung durch im ischämi­ schen Herzen H1 gebildete Stoffwechselprodukte unterwor­ fen. Die Erfassung und Auswertung der Herzfunktionsparame­ ter des Herzens H2 mittels der Meß- und Auswertungseinheit 17 wird fortgeführt und die nunmehr erzielten Herzfunk­ tionsparameter mit den vorher erzielten verglichen. Außer­ dem wird das Effluat des zweiten Herzens in der Schale 9 aufgefangen, und daran kann eine chemische Analyse der im Effluat vorhandenen kardiodepressiven Mediatoren ausge­ führt werden. Damit wird eine komplexe Beurteilung der Wirkung einer - hier künstlich erzeugten - Ischämie auf gesundes Herzgewebe möglich.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 der Aufbau und die Funktionsweise des Filmoxygenators 8 beschrieben:
Dieser hat eine insgesamt zylindrische Grundgestalt und weist ein Oberteil 801 mit einem trichterförmigen Einlauf­ bereich 802 für das Effluat bzw. Perfusat auf, der in ei­ nen vertikal gerichteten Rohrabschnitt 803 mündet. In die­ sen wiederum mündet die Zuleitung 10 für sauerstoffhalti­ ges Gas (Carbogengas), die einen entsprechend kleineren Durchmesser als der Rohrabschnitt 803 hat. Zwischen dem Einlauftrichter 802 bzw. dem diesen nach unten fortsetzen­ den Rohrabschnitt 803 und der Außenwandung des Oberteils 801 ist eine ringförmige Kammer 804 gebildet, die über eine Ausströmöffnung 804a mit Atmosphäre in Verbindung steht.

Das Oberteil 801 sitzt auf einem Mittelteil 805, in dessen Innerem eine im wesentlichen zylindrische Trommel 806 mit vertikaler Drehachse angeordnet ist. Diese steht über ei­ nen an die untere äußere Stirnfläche angeformten Ein­ griffsabschnitt 807 mit der Ausgangswelle 808a eines Elek­ tromotors 808 im Eingriff. Der Motor 808 ist auf einer Grundplatte 809a eines unteren Gehäuseabschnitts 809 ange­ ordnet, der das Mittelteil 805 trägt.

Die Trommel 806 hat einen konzentrisch mit der Drehachse konvex kegelförmig ausgebildeten Boden 806a und eine zy­ lindrische Innenwandung 806b und weist ein Deckel-Teil 806c auf, das den Rohrabschnitt 803 konzentrisch um­ schließt, jedoch mit diesem einen schmalen, ringförmigen Spalt 810 bildet. Der dem Deckel-Teil 806c benachbarte obere Abschnitt der Trommelwandung 806b weist, wie in der Ausschnittsdarstellung in der rechten oberen Ecke von Fig. 2 am besten zu erkennen, einen etwas geringeren Durchmesser als die übrige Trommel auf, d. h. es ist ein ringartiger Absatz 806d gebildet. In diesem oberen Bereich 806d der Wandung sind Abflußöffnungen 811 gebildet.

Die Abflußöffnungen 811 münden in einen die gesamte Trom­ mel 806 im Mittelteil 805 umgebenden Ringspalt 812. Dieser erweitert sich in Höhe der Abflußöffnungen 811 radial in einen zweiten Ringspalt 813, dessen Boden vertieft hinter einem ringförmigen Wandungsabschnitt 814 liegt und der in einen im wesentlichen zylindrischen Pufferbehälter 815 mündet. Dieser weist eine Abflußöffnung 815a auf, die in die Abflußleitung 12 nach Fig. 1 mündet.

Der die Trommel 806 vollständig umgebende Ringspalt 812 erweitert sich in Höhe des Bodens der Trommel zu einem weiteren Ringspalt 816, dessen Boden 816a vertieft hinter einem den Eingriffsabschnitt 807 und die Motorausgangswel­ le 808a umschließenden und gegen den Ringspalt 816 abdich­ tenden Ring 817 liegt. Der Boden 816a weist eine Abfluß­ öffnung 818 auf, die nach außerhalb des Unterteils 809 führt.

Das zu oxygenierende, aus der Öffnung 2c nach Fig. 1 her­ austropfende Gewebseffluat des Herzens H1 gelangt kontinu­ ierlich in geringen Mengen über den Trichterbereich 802 und den Rohrabschnitt 803 ins Innere der Trommel 806, wobei das Gewebseffluat durch die Venturi-Wirkung der Zuleitung 10 angesaugt wird und einer Verteilung in kleine Tröpfchen durch den Gasstrom unterliegt. Die kleinen Tröpfchen tref­ fen - bereits in innigem Kontakt mit dem Sauerstoff im Carbogengas - annähernd auf den Mittelpunkt des Bodens 806a der Trommel 806 auf, werden dort infolge der Znetri­ fugalkraft nach außen gelenkt und bilden gleichzeitig ei­ nen zusammenhängenden Flüssigkeitsfilm auf dem Boden 806a, der sich unter Hinzutropfen weiteren Effluats bis auf die Wandung 806b ausbreitet und dort zunächst bis zum Absatz 806d hinaufsteigt. Während der gesamten Zeit steht das Effluat in innigem Kontakt mit dem Carbogengas, so daß sich eine schnelle und effiziente Eindiffusion von Sauerstoff vollzieht. Durch die Wirkung der Zentrifugalkraft werden sowohl die während des Zersprühens des Effluats gebildeten Gasblasen weitgehend zersört als auch eine gute Benetzung der Trommeloberfläche trotz der ungünstigen Benetzungsei­ genschaften desa verwendeten Materials (Piacryl) erreicht.

Mit zunehmender Filmdicke überwindet das Effluat den Ab­ satz 806d schließlich und wird bei Erreichen der Abfluß­ öffnungen 811 durch diese hindurch radial in den Ring­ spalt 813 geschleudert: Dort sammelt es sich auf dem Boden und läuft infolge der Tangentialkomponente seiner Bewegung in den Pufferbehälter 815, wo es sich - je nach Abpump- Durchsatz - nochmals sammelt oder gleich in die Leitung 12 gelangt. Der Flüssigkeitspegel im Pufferbehälter 815 wird - wie in Fig. 1 gezeigt - durch einen optischen Sensor überwacht und zur Steuerung der Pumpe 13 genutzt. Der Puf­ ferbehälter dinet dazu, das Ansaugen von Luftblasen zu verhindern, zu dem es bei ungesteuerter Förderung durch die Pumpe 13 kommen könnte, falls zeitweilig nicht genü­ gend Effluat nachgeliefert wird.

Falls Effluat über den Ringabschnitt 814 hinweg oder unmit­ telbar an der Außenwandung der Trommel 806 entlang in den unteren Ringspalt 816 gelangen sollte, kann es von dort durch die Öffnung 818 ablaufen, ohne den Motor 808 zu gefährden.

Das in die Trommel 806 eingeströmte Carbogengas gelangt durch den Ringspalt 810, den deren Deckel-Teil 806c mit dem Rohrteil 803 bildet, in die Kammer 804 und von dort über die Ausströmöffnung 804a in die Atmosphäre, nachdem es einen Teil des Sauerstoffs an das Perfusat abgegeben hat.

Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei­ spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims (23)

1. Verfahren zur Beurteilung von Organzuständen, insbe­ sondere von ischämiebedingten Schäden am Herzen, durch in- vitro-Untersuchung der Wirkung des Gewebseffluats eines ersten Organs, insbesondere Herzens (H1), auf ein gleich­ artiges zweites Organ (H2), mit den Schritten

• - Perfusion beider Organe mit einer Perfusionsflüssig­ keit,
• - Bestimmung eines Leistungsparameters des zweiten Or­ gans (H2) während dessen Perfusion mit Perfusions­ flüssigkeit,
• - Auffangen eines bei der Perfusion des ersten Organs (H1) von diesem abgesonderten Gewebseffluats,
• - laufende Aufbereitung des Gewebseffluats des ersten Organs zur Einstellung physikochemischer Parameter, die denen der zugeführten Perfusionsflüssigkeit in vorbestimmtem Maße entsprechen, und zeitnahe Zufüh­ rung zum zweiten Organ (H2) anstelle der Perfusions­ flüssigkeit,
• - Bestimmen des Leistungsparameters des zweiten Organs (H2) während dessen Perfusion mit Gewebseffluat des ersten Organs (H1) und
• - Vergleich des Leistungsparameters des zweiten Organs (H2) während dessen Perfusion mit Perfusionsflüssig­ keit und mit Gewebseffluat des ersten Organs (H1).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß nach dem Schritt der Bestimmung des Leistungs­ parameters des zweiten Organs (H2) unter Zufuhr von Perf­ suionsflüssigkeit ein eine vorbestimmte Wirkung hervorru­ fender Eingriff am ersten Organ (H1) ausgeführt und an­ schließend dessen Gewebseffluat dem zweiten Organ (H2) zu­ geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Organe (H1, H2) Herzen von Versuchstieren, insbesondere Meerschweinchen, sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf dem Wege der Messung biophysikalischer Herzfunktionsparameter bei isovolumetri­ scher Kontraktion die Herzfunktion während der Perfusion mit Perfusionsflüssigkeit und während der Perfusion mit Gewebseffluat bestimmt und verglichen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Wirkung eine durch Unterbrechung der Perfusion bewirkte Ischämie umfaßt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der physiko­ chemische Parameter der Sauerstoffgehalt bzw. -partial­ druck ist und dieser durch laufende Oxygenierung des Ge­ webseffluats, insbesondere durch Zufuhr von Carbogengas, unmittelbar nach dem Auffangen eingestellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das zu oxygenierende Gewebs­ effluat kontinuierlich in geringen Mengen auf die innere Mantelfläche (806b) eines rotierenden Hohlkörpers (806) aufgebracht wird derart, daß sich auf dieser Mantelfläche ein dünner Flüssigkeitsfilm ausbildet, und dabei mit einem sauerstoffhaltigen Gas in Kontakt gebracht wird, so daß Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit in den Flüssigkeits­ film eindiffundiert.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Gewebseffluat in einem Strom des sauerstoffhaltigen Gases dem Innenraum einer aufrechtstehenden, um ihre Symmetrieachse rotierenden Trommel (806) mit annähernd kegelförmig ausgebildetem oder konvex gewölbtem Boden (806a) zugeführt wird, derart, daß das Gewebseffluat unter Verteilung in kleine Tröpfchen durch den Gasstrom im wesentlichen auf den Mittelabschnitt des Bodens auftrifft, und daß das oxygenierte Gewebsefflu­ at im oberen Bereich der Trommelwandung (806b) abgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das oxygenierte Gewebs­ effluat zur Entfernung von Blasen einem Puffergefäß (815) mit einer Einrichtung (11, 13, 16) zur Regelung des Flüs­ sigkeitspegels zugeführt wird, von wo es in der Weise, daß das abgepumpte Volumen dem Zuflußvolumen entspricht, abge­ pumpt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Per­ fusionsflüssigkeit eine physiologische Nährlösung oder Vollblut ist.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Perfusion beider Organe (H1, H2) einen Teil­ schritt der druckkonstanten Perfusion und einen späteren Teilschritt der volumenkonstanten Perfusion aufweist und der Schritt der Perfusion des zweiten Organs (H2) mit Ge­ webseffluat als volumenkonstante Perfusion ausgeführt wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit
einem Vorratsbehälter für Perfusionsflüssigkeit,
einer ersten und zweiten Zuleitung (1.1, 1.2) zum Zu­ führen von Perfusionsflüssigkeit aus dem Vorratsbe­ hälter zum ersten bzw. zweiten Organ (H1, H2),
einer Einrichtung (17) zum Bestimmen des Leistungspa­ rameters des zweiten Organs,
einer Vorrichtung (4.2) zum Unterbrechen der zweiten Zuleitung (1.2) bzw. des Flüssigkeitstransports in dieser,
einer Vorrichtung (2, 8) zum Auffangen und laufenden Aufbereiten von Gewebseffluat des ersten Organs (H1),
einer dritten Zuleitung (12) von der Vorrichtung zum Auffangen und Aufbereiten zu dem zweiten Organ (H2).

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Einrichtung (4.1) zum Erzielen einer vorbestimmten Wirkung am ersten Organ (H1) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (2, 8) zum Auffangen und Aufbereiten einen Filmoxygenator (8) zur Realisierung geringster Oxygenierungsvolumina und -zeiten aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Filmoxygenator (8) einen rotierenden Hohlkörper (806) mit einer inneren Mantelflä­ che (806b), eine Zuleitung (803) zur Zuführung von Geweb­ seffluat des ersten Organs (H1) sowie eine Zuleitung (10) zur Zuführung sauerstoffhaltigen Gases ins Innere des Hohlkörpers und eine Ableitung (811, 813, 12) zur Abfüh­ rung von oxygeniertem Gewebseffluat im Bereich der inneren Mantelfläche aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Hohlkörper (806) eine aufrechtstehende, um ihre vertikale Achse rotierende Trommel mit annähernd kegelförmig ausgebildetem oder kon­ vex gewölbtem Boden (806a) ist und die Zuleitung (803) ei­ ne im wesentlichen mit der vertikalen Achse ausgerichtete Austrittsöffnung aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trommel (806) im oberen Bereich der inneren Mantelfläche (806b) eine sich ins In­ nere erstreckende ringförmigen Erhebung (806d) aufweist, innerhalb oder oberhalb derer die Ableitung (811) in die Trommel (806) mündet und deren radiale Erstreckung somit die Dicke eines sich auf der Mantelfläche (806b) bei Rota­ tion der Trommel infolge der Zentrifugalkraft ausbildenden Flüssigkeitsfilms bestimmt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens die Mantelfläche (806b) des Hohlkörpers aus Kunst­ stoff, insbesondere Piacryl, besteht.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorrichtung (2, 8) zum Auffangen und Aufbereiten und der dritten Zuleitung (12) zur Entfernung von Blasen im aufbe­ reiteten Gewebseffluat ein Puffergefäß (815) mit einer Einrichtung (11, 13, 16) zur Regelung des Flüssigkeitspe­ gels vorgesehen ist.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Zuleitung (12) eine Einrichtung aufweist, die in Wirk­ verbindung mit der Vorrichtung (4.2) zum Unterbrechen der zweiten Zuleitung (1.2) steht derart, daß bei Zufuhr von Gewebseffluat zum zweiten Organ (H2) die Zufuhr von Perfu­ sionsflüssigkeit zu diesem unterbrochen wird.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Zuleitung (1.1, 1.2) jeweils einen Leitungsweg (1.1a, 1.2a) mit einer Sperreinrichtung (4.1, 4.2), aber ohne aktive Fördervorrichtung, zur druckkonstanten Zufuhr von Perfusionsflüssigkeit und einen Leitungsweg (1.1b, 1.2b) mit einer aktiven Fördervorrichtung (5.1, 5.2), jedoch ohne gesonderte Sperreinrichtung, zur volumenkonstan­ ten Zufuhr von Perfusionsflüssigkeit und die dritte Zulei­ tung (12) eine aktive Fördervorrichtung (13) zur volumen­ konstanten Zufuhr von Gewebseffluat aufweisen.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Einrich­ tung zum Erzielen der Wirkung eine Vorrichtung (4.1) zum Unterbrechen der ersten Zuleitung (1.1) bzw. des Flüssig­ keitstransports in dieser aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, ge­ kennzeichnet durch eine Einrichtung zur Thermostatierung der Perfusionsflüssigkeit sowie des Gewebseffluats.