Praktischer Teil

Der praktische Teil der Untersuchung bestand aus zwei unterschiedlichen methodischen Ansätzen zur Prüfung der Unabhängigkeit der Basenabweichung vom Gasgehalt der Proben. Zum einen wurden bei 20 Patienten arterielle und zentralvenöse Blutproben entnommen und mit den Analysatoren direkt (nativ) bestimmt, zum anderen wurde venöses Blut in einem Tonometer mit verschiedenen Gasgemischen definierter Zusammensetzung äquilibriert. Zusätzlich wurden Kontrollmessungen mit nativem venösem und arteriellem Blut durchgeführt.

Messung in Patientenblut

In Anlehnung an das klinisch übliche Vorgehen wurden Messungen in arteriellem und venösem Blut durchgeführt, das aus routinemäßig vor OP-Beginn angelegten Verweilkathetern entnommen worden war.

Patientenkollektiv

Die Probennahme erfolgte an 20 Patienten, die sich einer thoraxchirurgischen Operation unterziehen mußten. Das Durchschnittsalter der Patienten betrug 63,1 Jahre (maximal 75, minimal 37, Standardabweichung 12,2 Jahre). Das perioperative Risiko entsprach nach der Einteilung der American Society of Anesthesiologists den Risikograden ASA III (schwere Allgemeinerkrankung mit Leistungseinschränkung) bis ASA IV (schwere, lebensbedrohliche Allgemeinerkrankung). Die Operationen verliefen ohne besondere Komplikationen. Bei vier Patienten wurde zum Zeitpunkt der Probenentnahme die Blutversorgung mittels Herz-Lungen-Maschine aufrechterhalten.

Probenentnahme

Die Blutentnahmen erfolgten zusammen mit den für Herzoperationen typischen Laboruntersuchungen entsprechend der an der Klinik für Anästhesiologie der Universitätskliniken des Saarlandes üblichen Vorgehensweise. Die Spritzen (10 mL) für die Blutproben (Fa. B. Braun Melsungen AG, Melsungen) wurden mit etwa 0,3 mL Heparin-Natrium (5 000 I.E./mL; Liquemin N 25 000, Hoffmann La Roche AG, Grenzach-Wyhlen) gefüllt und so aufgezogen, daß die Heparinlösung die Spritzenwand vollständig benetzte; daraufhin wurden sie entleert, so daß der Totraum der Spritze luftblasenfrei mit Heparinlösung gefüllt war. Unmittelbar nacheinander wurden je 10 mL Blut aus einem arteriellen und einem zentralvenösen Verweilkatheter in diese heparinisierten Spritzen aufgezogen, nachdem zuvor je 5 mL Blut entnommen und verworfen worden waren, um mögliche Mischungseffekte mit länger im Katheter stehendem heparinisiertem Blut oder Infusionslösungen zu vermeiden.

Ablauf der Messungen

Die Messungen wurden über 3 ½ Monate in zwei Serien an je 3 bis 4 Tagen durchgeführt. Zwischen den beiden Serien wurden die Geräte Stat Profile 9 (Nova Biomedical) und ABL 500 (Radiometer) durch die Nachfolgemodelle Stat Profile Ultra (Nova Biomedical) und ABL 510 (Radiometer) ersetzt.

Die Blutproben wurden innerhalb von 10 Minuten in das Meßlabor transportiert. Bei den Patienten der ersten Serie erfolgte der Transport ungekühlt und die Spritzen wurden erst bei Ankunft im Labor in Eiswasser gelegt. In der zweiten Serie (Patienten 11-20) wurden die Proben sofort nach der Entnahme im Operationssaal in Eiswasser gelagert.

Mit einer Analyse je Gerät wurde begonnen, wenn alle Geräte kontrolliert worden waren, sich in meßbereitem Zustand befanden und keine Kalibration angekündigt war. Jede Spritze wurde direkt vor der Messung etwa fünf Sekunden zwischen beiden Handflächen des Untersuchers gerollt und dreimal vertikal um 180° gedreht. Der Inhalt des Spritzenkonus wurde aus der Spritze gedrückt und verworfen. Unmittelbar nacheinander wurde jedem der fünf gleichzeitig messenden Analysatoren die Probe insgesamt siebenmal zugeführt. Die Messungen wurden so durchgeführt, daß jedes Gerät jede Position in der Meßreihenfolge etwa gleich häufig einnahm.

Messungen an tonometriertem Blut

Diese Versuche erfolgten in zwei Serien an je einem Tag im Abstand von 2 Tagen. Für jede Serie wurden 80 mL venöses Blut von gesunden Probanden entnommen. Nach der venösen Blutentnahme erfolgte am zweiten Versuchstag eine Entnahme von 20 mL arteriellem Blut aus der Arteria femoralis. Die Blutentnahmen erfolgten mit 21 G Standardkanülen in 10 mL Spritzen (Fa. B. Braun, Melsungen), die wie oben beschrieben heparinisiert worden waren. Mit Ausnahme der Spritze für die initialen venösen Kontrollmessungen wurden alle Spritzen sofort nach der Blutentnahme in Eiswasser gelagert.

Probenbereitung mit Hilfe des Tonometers IL 237

Die Blutproben wurden für beide Tonometer-Meßserien mit vier verschiedenen Prüfgasen äquilibriert (siehe Tabelle 1). Dazu wurde das Tonometer IL 237 (Instrumentation Laboratory GmbH, Kirchheim bei München) verwendet. Die Kammer, in der sich die zu diesem Gerät gehörige Küvette befand, war von einem Wasserbad umgeben, dessen Temperatur durch ein eingebautes Thermostat geregelt und durch ein Thermometer kontrolliert wurde. Vorliegend betrug die Temperatur konstant 37 °C bei weniger als 0,1 K Abweichung.

In das Tonometer wurden die in Tabelle 1 aufgelisteten trockenen Gasgemische zertifizierter Zusammensetzung (Fa. AGA, Neunkirchen) eingeleitet. Die Gase wurden im Tonometer mit Wasserdampf aufgesättigt. Die Tonometrierzeit betrug 15 Minuten bei 300 mL Gasfluß pro Minute.

Tabelle 1: Zum Tonometrieren verwendete Gasgemische (gerundet)

Gas Nr.	CO2-Anteil	O2-Anteil	N2-Anteil
1	5 %	95 %	0 %
2	5 %	20 %	75 %
3	10 %	0 %	90 %
4	8 %	92 %	0 %

Zum Ansaugen des Blutes aus dem Tonometer wurde eine 2-mL-Spritze über einen Luer-Adapter mit einem 4,5 cm langen Kunststoffschlauchstück verbunden (Fa. B. Braun, Melsungen). Das freie Ende des Kunststoffschlauches (Innendurchmesser 4 mm) war angeschrägt, um eine größere Öffnung beim Ansaugen nach senkrechtem Einführen des Schlauches zu gewährleisten. Vor der Probenentnahme wurde die Spritze und das zum Ansaugen angeschlossene Schlauchstück durch zweimaliges langsames Aufziehen und Entleeren der Spritze mit dem Prüfgas gefüllt und anschließend, bei nicht rotierendem Tonometer, durch gleichmäßiges Herausziehen des Kolbens über das Schlauchstück mit 1 mL Blut befüllt.

Ablauf der Tonometer-Meßreihen

An jedem der fünf Geräte wurden vor Beginn jeder der beiden Meßserien je 8 Messungen mit dem frisch entnommenen, noch warmen venösen Blut durchgeführt. Die Beschickung der Geräte fand in gleicher Weise wie bei den Messungen an Patientenblut statt. Aus einer Küvettenfüllung wurden je Analysator 6 Messungen durchgeführt. Messungen, die aufgrund von Gerätefehlern nicht in der geplanten Reihenfolge durchgeführt werden konnten, wurden sobald wie möglich nachgeholt. Meßergebnisse mit Fehlermeldungen (z.B. "Inhomogene Probe" oder Kennzeichnung von Meßwerten durch Fragezeichen) wurden nicht berücksichtigt. Die Reihenfolge der Äquilibrierung mit den 4 Gasgemischen wurde an den beiden Meßtagen unterschiedlich festgelegt (siehe Tabelle 2). Nach Abschluß der Messungen mit tonometriertem Blut wurden je Gerät drei Messungen an Blut durchgeführt, das seit der Entnahme durchgehend in Eiswasser gelagert war. Die am zweiten Tag zusätzlich entnommene arterielle Blutprobe wurde mit fünf Einzelmessungen je Gerät jeweils nach den venösen Messungen analysiert.

 

Abbildung 1:Tonometer IL 237

 

Alle BE-Berechnungen erfolgten unter Verwendung des Mittelwerts der an derselben Probe von den Geräten ABL 510 (Radiometer) und Stat Profile Ultra (Nova Biomedical) gemessenen Hämoglobinkonzentrationen.

Verwendete Analysatoren und deren Meßparameter

Verwendet wurden 7 Geräte von 5 Herstellern (siehe Anhang B). Alle Geräte wurden durch Servicetechniker der jeweiligen Firmen in Betrieb genommen und für die Messungen freigegeben. Die Wartung erfolgte entsprechend den Herstellerangaben, Unregelmäßigkeiten im Betrieb wurden dokumentiert und in Absprache mit dem Hersteller unverzüglich behoben.

Die jeweilige Konstellation der vorgehaltenen Parameter ist in Tabelle 2 dargestellt.

 

Tabelle 2:Reihenfolge der Messungen mit tonometriertem Blut an den beiden Meßtagen.

Meßtag 1 (Serie 1)	Meßtag 2 (Serie 2)
1.venöse Ausgangsmessungen	1.venöse und arterielle Ausgangsmessungen
2. Tonometermessungen	2. Tonometermessungen
a)Gas 1 (5% CO2, 95 % O2, 0% N2)	a)Gas 3 (10% CO2, 0 % O2, 90% N2)
b)Gas 2 (5% CO2, 20 % O2, 75% N2)	b)Gas 4 (8 % O2, 92% CO2)
c)Gas 3 (10% CO2, 0 % O2, 90% N2)	c)Gas 1 (5% CO2, 95 % O2, 0% N2)
d)Gas 4 (8 % O2, 92% CO2)	d)Gas 2 (5% CO2, 20 % O2, 75% N2)
3.venöse Kontrollmessungen	3.venöse und arterielle Kontrollmessungen

 

Tabelle 3:Mögliche Meßparameter der verwendeten Analysatoren, jeweils mit '·' gekennzeichnet. Zur Berechnung der Basenabweichung werden die Parameter pH und pCO₂ verwendet.

Parameter	AVL Compact 2 (AVL)	ABL 500 (Radio-meter)	ABL 510 (Radio-meter)	C 860 (Ciba-Corning1)	IL 1620 (Instrumen-tation Laboratory)	Stat Profile 9 (Nova Bio-medical)	Stat Profile Ultra C (Nova)
pH	·	·	·	·	·	·	·
CO2-Partialdruck	·	·	·	·	·	·	·
pO2-Partialdruck	·	·	·	·	·	·	·
Luftdruck	·	nicht aus-gegeben	nicht aus-gegeben	·	·	·	·
Hämoglobin			·
Hämatokrit						errechnet2	errechnet3
Sauerstoffsättigung	errechnet	errechnet	·	errechnet	errechnet	errechnet	·
Natriumionen				·			·
Kaliumionen				·			·
Calciumionen				·			·
Chloridionen				·
Magnesiumionen							·
Glucose				·			·
Lactat				·			·

Alle Geräte sind sowohl zur Verwendung von Spritzen als auch für Proben an Kapillaren geeignet.

¹ Jetzt Bayer Diagnostics.² Aus dem Leitwert errechnet.³ Aus Leitwert und Natriumkonzentration errechnet.

 

Luftdruckmessung

Zur Kalibrierung der pO₂- und pCO₂-Elektroden ist der Luftdruck erforderlich, der bei jedem der Analysatoren über ein integriertes Barometer gemessen wird. Vor Beginn des Untersuchungsablaufes wurden die integrierten Barometer aller Geräte mit einem vom Wetteramt Saarbrücken geeichten Präzisionsbarometer ("Digital Barometer GDH 12AN", Fa. Greisinger Electronic, 93128 Regenstauf) auf 1 mmHg genau kalibriert und während der Dauer der Untersuchung wöchentlich auf eine mögliche Abweichung kontrolliert und bei Differenzen von mehr als 1 mmHg korrigiert.

Meßbereiche für pCO₂,pH und pO₂

Alle verwendeten Analysatoren messen gemäß Angaben in den Benutzerhandbüchern Sauerstoffpartialdrücke im Bereich zwischen 0 und 740 mmHg und Kohlendioxidpartialdrücke im Bereich zwischen 8 und 200 mmHg. Der pH-Bereich von 6,5 bis 8,0 ist bei allen Geräten zulässig (siehe Tabelle 4).

 

Tabelle 4:Von den Herstellern der fünf verwendeten Blutgasanalysatoren laut Handbuch vorgesehene Meßbereiche für pO₂ und pCO₂.

Analysator	Kohlendioxidpartialdruck	pH	Sauerstoffpartialdruck
ABL 500 / 510 (Radiometer)	5,0 - 250,0 mmHg	6,3 - 8,0	0,0 - 753,0 mmHg
AVL Compact 2 (AVL)	4,0 - 200,0 mmHg	6,0 - 8,0	0,0 - 742,9 mmHg
C 860 (Ciba-Corning)	5,0 - 250,0 mmHg	6,0 -8,0	0,0 - 800,0 mmHg
IL 1620 (Instrumentation Laboratory)	8,0 - 200,0 mmHg	6,4 - 8,0	0,0 - 800,0 mmHg
Stat Profile 9 / Ultra C (Nova)	3,0 - 200,0 mmHg	6,5 - 8,0	0,0 - 800,0 mmHg

 

 

Die Meßergebnisse werden für beide Partialdrücke auf 0,1 mmHg genau angegeben, ausgenommen der "IL 1620", der den pO₂ auf 1 mmHg genau ausgibt. Der pH-Wert wird von allen Geräten auf 3 Dezimalstellen genau ausgegeben. Der Barometerdruck wird von den Geräten von Ciba-Corning und IL auf 1 mmHg, von den Geräten von Nova Biomedical und AVL hingegen auf 0,1 mmHg genau ausgegeben.

Meßzyklus

Bei allen geprüften Analysatoren ist der Meßzyklus definiert als der Zeitbedarf vom Beginn einer Messung bis zur Möglichkeit der nächsten Messung. Die Dauer ist nicht nur von der eigentlichen Messung abhängig, sondern auch von Spül- und Kalibrationsvorgängen, die im Anschluß an jede Messung automatisch durchgeführt werden. Er dauert bei allen betrachteten Analysatoren im regulären Betrieb unter 2 Minuten. Falls keine Störungen vorlagen, wurden die Messungen im Rhythmus von etwa zwei Minuten durchgeführt. Wenn einer der Analysatoren wegen Kalibrierung oder technischer Fehler länger nicht meßbereit war, wurden auch die anderen Geräte nicht mit der Blutprobe beschickt, um eine möglichst gleichzeitige Probenzuführung und Analyse sicherzustellen.

Kalibrierung der Elektroden

Meßtechnisch werden pH, pCO₂ und pO₂ bei allen vorliegend betrachteten Geräten aus elektrischen Spannungen (unter Berücksichtigung der Körpertemperatur) berechnet, wobei im Falle der Sauerstoffelektrode vorher noch eine Umsetzung des Elektrodenstroms in eine dazu proportionale Spannung erfolgen muß. Um die Beziehung zwischen einer gemessenen Spannung und dem entsprechenden zu messenden Parameter zu ermitteln, wird eine sogenannte 2-Punkt-Kalibrierung durchgeführt. Diese erfolgt in allen Analysatoren automatisch und gleichartig. Für die pH-Kalibrierung verwenden die Analysatoren je zwei Pufferlösungen mit festgelegtem pH. Zur Kalibrierung der Gaselektronden werden in die Meßkammer nacheinander zwei Gasgemische bekannter Zusammensetzung geleitet. Die Sauerstoff- und Kohlendioxidpartialdrücke dieser Gase werden unter Berücksichtigung des gleichzeitig gemessenen Barometerdruckes errechnet. Wird in einer folgenden Messung mit unbekanntem Meßgut erneut eine Spannung gemessen, so kann dieses unter der Annahme einer linearen Beziehung zwischen der Spannung und dem Logarithmus des Partialdrucks bzw. der Ionenaktivität in ein Meßergebnis umgerechnet werden.

Die Ergebnisse einer Kalibrierung werden mit der vorausgegangenen Kalibrierung verglichen. Bei starken Abweichungen zur vorherigen Kalibrierung wird je nach Software des Gerätes eine Meldung ausgegeben, und es erfolgt entweder eine erneute Kalibrierung oder das Steuerungsprogramm fordert zur Kontrolle der entsprechenden Elektrode auf.

Veränderungen an den Elektroden oder an anderen Teilen der Meßkette, die sich auf die beiden gemessenen Spannungen bei der 2-Punkt-Kalibrierung in gleicher Weise auswirken (sogenannte Elektrodendrift), werden bei den verwendeten Elektroden als meßtechnisch bedeutsamer angesehen als Veränderungen, die sich bei den beiden Referenzmessungen unterschiedlich auswirken und die damit die sogenannte Steilheit der Elektroden verändern würden. Unter der Annahme einer unveränderten Steilheit genügt damit eine Referenzmessung, um die Beziehung zwischen gemessener Spannung und dem entsprechenden Meßergebnis neu festzulegen. Dieses vereinfachte Verfahren wird als 1-Punkt-Kalibrierung bezeichnet. Sie benötigt etwa die Hälfte an Zeit und Reagenzien einer 2-Punkt-Kalibrierung.

Sowohl die Intervalle der automatischen Kalibrierung als auch die Toleranzen der vom Gerätakzeptierten Elektrodendrifts und Empfindlichkeitsdifferenzen sind bei den Analysatoren veränderbar. Im folgenden Untersuchungsablauf wurde mit den von den Herstellern standardmäßig voreingestellten Bedingungen gearbeitet (Tabelle 5) und zusätzlich am Beginn der Messungen jedes Tages eine 2-Punkt-Kalibrierung manuell durchgeführt.

 

Tabelle 5:Von den Herstellern voreingestellte Zeitintervalle für die automatische pO₂- und pCO₂ -Kalibrierung der verwendeten Analysatoren.

Analysator	Intervall für 1-Punkt-Kalibrierung	Intervall für 2-Punkt-Kalibrierung
ABL 500/510 (Radiometer)	4 h	8 h
AVL Compact 2 (AVL)	12 h	12 h
C 860 (Ciba-Corning)	30 min	120 min
IL 1620 (Instrumentation Laboratory)	20 min (und nach jeder Probe)	4 h
Stat Profile 9/Ultra C (Nova)	30 min	2-6 h (ohne nähere Angaben)

 

Probenzuführung

Die Zuführung der Blutproben erfolgte ausschließlich aus Polypropylenspritzen (Injekt, Fa. Braun Melsungen AG, 34209 Melsungen) mit 2 und 10 mL Nenninhalt. Zur Lagerung der Proben wurden nur 10-mL-Spritzen verwendet (Injekt, Fa. Braun Melsungen AG). In Tabelle 6 ist das von den Analysatoren für die vorliegend verwendeten Zufuhrarten des Probematerials (Einsaugen, Einspritzen) notwendige Probenvolumen angegeben. Bei den Analysatoren von AVL und IL besteht die Wahl zwischen Einspritzen und Einsaugen der Blutprobe, vorliegend wurde das weniger bedienerabhängige automatische Ansaugen verwendet (s. Tabelle 6).

Die Analysatoren von IL, Nova und Ciba-Corning entnehmen das Probenvolumen beim Ansaugen über eine Stahlnadel. Bei IL und Nova wurde darauf geachtet, daß dies immer etwa aus der Mitte des Blutvolumens geschah; beim Gerät von Ciba-Corning wurde die Spritze wie vorgesehen in die Entnahmevorrichtung eingespannt und die Steuerung des Geräts wählte selbst die Entnahmetiefe in der Spritze. Bei den Geräten von Radiometer und AVL, die über keine Nadel verfügen, sondern das Probevolumen über den Spritzenkonus entnehmen, wurde durch entsprechendes Vorschieben des Stempels unmittelbar vor der Beschickung des Geräts erreicht, daß sich immer frisches Blut aus dem zuvor geschüttelten Hauptvolumen der Spritze im Konus befand. Das dabei austretende Blut wurde von neben den Geräten liegenden Baumwollkompressen aufgesaugt. Zusammen mit diesem verworfenen Probenvolumen betrug das für je eine Messung an allen Geräten benötigte Probenvolumen etwas über 1 mL.

 

Tabelle 6:Vorliegend verwendete Probenzufuhr und Meßverfahren in Abhängigkeit vom Probengefäß. Die Möglichkeit, das Probenvolumen durch spezielle Einstellung vor der Messung zu reduzieren wurde bei IL und Ciba-Corning nicht genutzt.

Analysator	Einbringen der Probe	Zufuhrweg	erforderlichesMindest-volumen
AVL Compact 2 (AVL)	Ansaugen	Spezieller elastischer Kunststoffring zum Aufsetzen von Spritzen oder Kapillaren.	55 µL
ABL 500/510 (Radiometer)	Einspritzen	Spezieller elastischer Kunststoffring zum Aufsetzen von Spritzen oder Kapillaren.	85 µL
C 860 (Ciba-Corning)	Ansaugen	Vorrichtung zum Einspannen der Gefäße; Art, Füllgung und Größe werden automatisch erkannt.	125 µL (95 µL als Microprobe)
IL 1620 (Instrumentation-Laboratory)	Ansaugen	Wahl zwischen Aufsetzen auf Kuststoffring und Ansaugen über Stahlnadel.	90 µL (70 µL als Microprobe)
Stat Profile Ultra C (Nova)	Ansaugen	Ansaugen über Stahlnadel oder aus Kapillaren durch Aufsetzen auf Kunststoffring	225 µL