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Systemische Hyperinflammation bei herzchirurgischen Patienten

Etwa 1,5 Millionen offene Herzoperationen werden jedes Jahr weltweit durchgeführt, davon ca. 500.000 Eingriffe in Europa und weitere ca. 500.000 Eingriffe in den USA [1]. Allein in Deutschland wurden im Jahr 2014 ca. 84.000 Eingriffe am offenen Herzen unter Verwendung eines kardiopulmonalen Bypasses (CPB) durchgeführt [2].

Trotz bedeutender Fortschritte der Perfusions-Technologien und biokompatiblen Materialien, die bei CPB verwendet werden, haben Patienten, die sich komplexen Verfahren in der Herzchirurgie unterziehen, wie z. B. Wiederholungseingriffen für koronaren Bypass (Redo-CABG), multiple Interventionen, Aortenchirurgie, Klappenersatz aufgrund von Endokarditis oder hypothermen Kreislaufstillstand, ein deutlich höheres Komplikationsrisiko, angefangen von kurzfristigen Organdysfunktionen bis hin zu Multiorganversagen und Tod.

Faktoren wie das Trauma des chirurgischen Eingriffs, nicht-pulsatiler Blutfluss, Ischämie- Reperfusionsschäden sowie Blutkontakt mit Luft und den Fremdoberflächen des CPB Systems können zu einer Aktivierung des Komplementsystems und zur Stimulierung der inflammatorischen Zytokin-Produktion führen. Die Konzentration dieser inflammatorischen Mediatoren korreliert direkt mit der Komplexität, Länge und Invasivität des Eingriffs und kann zu einem postoperativen systemischen Hyperinflammation und damit verbundenen Komplikationen führen wie z. B. akutes Nierenversagen, Atem- und Kreislaufversagen.

Des Weiteren können Scherkräfte sowie die Kardiotomieabsaugung eine Hämolyse verursachen, was zur Freisetzung von freiem Hämoglobin führt, eines wichtigen Risikofaktors für postoperatives Nierenversagen [3]. Einmal freigesetzt, ist freies Hämoglobin ein potenter Fänger von Stickstoffmonoxid (NO), und kann zu einer verminderten Nierendurchblutung, pulmonalem Hypertonus und erhöhtem systemischen Gefäßwiderstand führen und somit Stress auf das Herz ausüben. Außerdem ist das Eisen des freien Hämoglobins auch ein potenter Generator von Sauerstoffradikalen, die Zellmembranen beschädigen und zusätzliche Nierentubulusschäden verursachen können.

Eine akute Nierenschädigung (AKI) tritt bei bis zu 30% der Patienten in der On-Pump Herzchirurgie auf und ist mit Mortalitätsraten im Bereich von 7% bis 38% verbunden [4]. Zwischen einem und 5% dieser Patienten werden ein dialysepflichtiges Nierenversagen mit einem deutlich höheren Sterberisiko von 50% bis 90% entwickeln [4]. Zusätzlich zu dem erhöhten Mortalitätsrisiko steigert die post-operative AKI die direkten Kosten für die Krankenhausversorgung um bis zu 42%, vor allem durch die Kosten einer erhöhten Auslastung der Intensivstation sowie für Medikamente, Labor- und Radiologieleistungen[4].

Daher stellt die Reduzierung der Entzündungsmediatoren wie Zytokine und freies Hämoglobin durch CytoSorb® einen Ansatz dar, post-operative Komplikationen und Kosten zu verringern. In vivo- und in vitro Daten zeigen die Fähigkeit von CytoSorb® eine breite Palette an Zytokinen, C3a und C5a, sowie freies Hämoglobin zu entfernen. Bis heute wurde CytoSorb® bei mehr als 2.000 Herzeingriffen intra-operativ im Bypass einer Herz-Lungen-Maschine sicher verwendet.

CytoSorb® wurde auch mehrere tausend Male mit Standard-Dialysemaschinen verwendet, um eine postoperative systemische Hyperinflammation als Folge einer Herz-OP zu behandeln.

Diese Flexibilität bei der Anwendung von CytoSorb® erlaubt die Behandlung einer großen Vielfalt von Herzchirurgie-Patienten, die entweder einem hohen Risiko ausgesetzt sind (intraoperative Anwendung) oder die bereits postoperative hyperinflammationsbedingte Komplikationen (postoperative Anwendung) entwickelt haben.

Zusammenfassend sprechen folgende Therapieziele für eine perioperative Anwendung von CytoSorb® in der Herzchirurgie:

  • Effektive Reduzierung von überschießenden Zytokinen und aktiviertem Komplementsystem
  • Reduzierung des freien Hämoglobins
  • Vermeidung oder Verminderung eines Kapillarlecksyndroms
  • Verbesserung der Hämodynamik (Makro- und Mikrozirkulation) mit verringertem Bedarf an Vasopressoren und/oder post-operativer extrakorporaler Membranoxygenation (ECMO)
  • Vermeidung oder Verringerung von Zytokin- und Entzündungsmediator- induzierten Organschäden
  • Andere mögliche Vorteile wie verbesserte Myokardfunktion, Leberfunktion und verringertes Auftreten von kognitiver Dysfunktion

Herzchirurgie-Patienten mit einem hohen Risikoprofil bzw. Patienten, die sich langen, komplxen Eingriffen unterziehen müssen, können besonders von einer präemptiven (intraoperativen) Anwendung von CytoSorb® profitieren:

  • Endokarditis mit operativem Klappenersatz
  • Aortendissektion
  • Herztransplantation
  • Komplexe Kombinations- und Wiederholungseingriffe
  • Eingeschränkte Leber- und/oder Nierenfunktion

Die intraoperative Anwendung von CytoSorb könnte auch für Patienten mit niedrigem primärem Risiko, aber unerwarteten intraoperativen Komplikationen (z. B. Entwicklung systemische Hyperinflammation,  Verlängerung der CPB Zeit) von Vorteil sein.

* Prozentsatz bezieht sich auf die Gesamtaltersverteilung herzchirurgischer Eingriffe

** Prozentsatz bezieht sich auf die Gesamtzahl der offenen Herzoperationen unter extrakorporaler Zirkulation

Referenzen

[1] Importance of monitoring blood viscosity during cardiopulmonary bypass.

Holsworth RE Jr, Shecterle LM, St Cyr JA, Sloop GD.
Perfusion. 2013 Jan;28(1):91-2.

[2] Cardiac Surgery in Germany during 2014: A Report on Behalf of the German Society for Thoracic and Cardiovascular Surgery.

Beckmann A, Funkat AK, Lewandowski J, Frie M, Ernst M, Hekmat K, Schiller W, Gummert JF, Cremer JT
Thorac Cardiovasc Surg. 2015 Jun;63(4):258-69.

[3] Hemolysis during cardiac surgery is associated with increased intravascular nitric oxide consumption and perioperative kidney and intestinal tissue damage.

Vermeulen Windsant IC, de Wit NC, Sertorio JT, van Bijnen AA, Ganushchak YM, Heijmans JH, Tanus-Santos JE, Jacobs MJ, Maessen JG, Buurman WA
Front Physiol. 2014 Sep 8;5:340.

[4] Economic consequences of renal dysfunction among cardiopulmonary bypass surgery patients: a hospital-based perspective.

Callahan M, Battleman DS, Christos P, Efimba M, Whitelaw G
Value Health. 2003 Mar-Apr;6(2):137-43.