Venöse Insuffizienzen (Diss.)

Ralf Schüler

Neue methodische Ansätze zur Objektivierung von Diagnostik und Therapiekontrolle bei venösen Insuffizienzen der unteren Extremitäten

Zusammenfassung

Ziel dieser Arbeit war es,

  1. den bekannten methodischen Nachteil der – die Abhängigkeit der Ergebnisse von der sehr variablen arteriellen Hautdurchblutung, durch den insbesondere bei erhöhter Durchblutung falschpositive Diagnosen erfolgen können, zu beseitigen, und
  2. eine Möglichkeit zur Therapiekontrolle bei Kompressionsstrümpfen zu schaffen.

Die Nachbildung der physiologischen Vorgänge bei der durch ein mathematisches Strömungsmodell im Kapitel 3.2 demonstriert die physikalische Ursache der Abhängigkeit der LRR-Ergebnisse von der Hautdurchblutung. Die relativ kleinkalibrigen Venolen, die dem durch die erfaßten venösen Hautplexus nachgeschaltet sind, bilden einen deutlichen Strömungswiderstand, der insbesondere bei einem erhöhten Blutfluß zu einer deutlichen Druckdifferenz führt. D.h. die mit der erfaßte Auffüllung im venösen Hautplexus verläuft:

analog zur Auffüllung in den tiefen Venen,
immer wenn die venöse Auffüllung aufgrund einer venösen Insuffizienz sehr schnell erfolgt,
ebenfalls analog zur Auffüllung der tiefen Venen,
wenn keine Insuffizienz vorliegt und die Hautdurchblutung gegenüber der Gesamtdurchblutung der Extremität nicht stark erhöht ist, aber
deutlich schneller als in den tiefen Venen,
wenn die Hautdurchblutung deutlich erhöht ist.

Dieser Nachteil der ist im optischen Meßprinzip begründet und prinzipiell nur durch die Verwendung eines anderen Meßverfahrens vermeidbar.

Zur Substitution der geeignete Verfahren erfassen die Blutvolumenänderungen in der gesamten Extremität. Entsprechende Verfahren sind die aus der Anwendung zur bekannten plethysmographischen Verfahren: Dehnungsmeßstreifenplethysmographie, Luftmanschettenplethysmographie und Impedanzplethysmographie.

Vereinzelt erfolgte bereits ein experimenteller Einsatz der Dehnungsmeßstreifen- und der Luftmanschettenplethysmographie beim Muskelpumpentest. Im Kapitel 3.5 wurden diese Verfahren hinsichtlich der gestellten Anforderungen untersucht. Beide Verfahren sind prinzipiell für den Muskelpumpentest geeignet, erfüllen aber nicht die Anforderungen (siehe Kapitel 3.4)  hinsichtlich einer einfachen und unkomplizierten Handhabung.

Die Impedanzplethysmographie erfaßt die Blutvolumenänderungen direkt auf elektrischem Weg ohne mechanische Meßgrößenwandler. Durch die großen technologischen Fortschritte in der Elektronik konnte die Qualität der Impedanzmeßtechnik stark gesteigert werden. Dies ist die wesentliche Voraussetzung, die die Impedanzplethysmographie jetzt für den Muskelpumpentest potentiell geeignet erscheinen läßt, obwohl es in der Vergangenheit noch keine praktischen Ansätze hierfür gab.

Für die Anwendung der Impedanzplethysmographie beim Muskelpumpentest mußten folgende Probleme geklärt werden:

  • Die pathophysiologische Betrachtung des Wirkprinzips des Muskelpumpentests im Kapitel 3.3 ergab, daß der Meßort beim aufrechten Patienten (sitzende oder stehende Körperhaltung) möglichst weit unten (bzw. distal) sein muß. Bei proximal gelegenen Meßorten erfolgt bei Veneninsuffizienz mitunter keine Verkürzung der Auffüllzeit, da das Blut in der Auffüllphase zunächst nach distal wegsacken kann. Weiterhin ist nur eine Messung an muskelarmen Extremitätenabschnitten sinnvoll, da die Blutumverteilungsvorgänge in den zahlreichen Muskelvenen die diagnostisch relevanten Änderungen in den Transportvenen leicht überdecken können. Mögliche Meßorte sind deshalb der Mittelfuß und der Unterschenkel unmittelbar oberhalb des Knöchels. Für den impedanzplethysmographischen Muskelpumpentest mußte eine geeignete Elektrodenposition gefunden werden.
  • Die üblichen Bandelektroden können aus praktischen Gründen bei einem Arbeitsversuch wie dem Muskelpumpentest nicht verwendet werden. Als Ausweg mußte eine einfache und für einen Bewegungsversuch geeignete Elektrodenapplikation gefunden werden.

Beides gelang in der Form einer in Abbildung 4.3 auf Seite 65 dargestellten Anordnung mit herkömmlichen EKG-Klebeelektroden.

Zur Überprüfung der praktischen Eignung wurden Simultanmessungen von LRR und Impedanzplethysmographie durchgeführt. Dabei wurden folgende Eigenschaften des impedanzplethysmographischen Muskelpumpentests festgestellt:

  • Die abgeleiteten Kurvenformen von LRR und Impedanzplethysmographie unterscheiden sich in den folgenden Punkten:
    • Bei der Impedanzplethysmographie sind die Artefakte während der Bewegung im Vergleich zur erreichbaren Volumenreduktion bedeutend größer als bei der LRR.
    • Die Form der Wiederauffüllkurve unterscheidet sich ebenfalls. Bei der Impedanzplethysmographie konnte in jedem Fall die Form einer verzerrten Exponentialfunktion reproduziert werden. Kurz nach Ende der Bewegungsübung kommt es zunächst zu einer schnellen Volumenzunahme, die dann schnell abflacht und allmählich in die Ruhelage übergeht. Die gemessene Kurvenform entspricht der theoretisch im Kapitel 3.2 aufgrund des mathematischen Strömungsmodells vorhergesagten Form als eine durch die nichtlinear veränderliche Compliance verzerrte Exponentialfunktion.
  • Die durch die Bewegungsübung (hier maximale Dorsalflexionen) erreichten Volumenabsenkungen lagen in der Größenordnung von 0.4 und 1.65 %. Der jeweilige Wert konnte individuell bei größerem zeitlichen Abstand der Messungen nur schlecht reproduziert werden. Dies deutet auf einen physiologisch relativ stark schwankenden Venentonus hin. Obwohl die Amplitudenparameter prinzipiell quantifizierbar sind (in Bezug auf das Extremitätenvolumen in mlBlut/100mlGewebe), kann eine diagnostische Verwertung nur bedingt erfolgen.
  • Die langsame Übergangsphase in die Ruhelage erschwert die Bestimmung des Auffüllungsendes und ist für eine entsprechende Streuung der Auffüllzeiten im direkten Vergleich mit der LRR verantwortlich.
  • Es wurde festgestellt, daß die Ruhelage nach Ende der Auffüllzeit häufig höher lag als vor der Messung. Dies bedeutet, daß die Stimulation während der Messung (durch die Bewegung bzw. zeitweise Druckabsenkung) eine deutliche Reaktion im Ruheblutvolumen hervorruft. Dies muß bei der Bewertung der Messung und vor allem bei einer automatischen Auswertung berücksichtigt werden.

Messungen bei einer forcierten Hautdurchblutung zeigten, daß – selbst wenn die LRR bereits deutlich pathologische Werte liefert – die Impedanzplethysmographie keine oder eine nur unwesentlich verkürzte Auffüllphase zeigt. Die diagnostische Zielstellung, die die Motivation zur Suche nach einem Ersatzverfahren war, wurde hiermit voll erreicht.

Die Impedanzplethysmographie konnte hinsichtlich der praktischen Anwendbarkeit stark verbessert werden, ist aber gegenüber der LRR prinzipiell etwas aufwendiger. Das potentielle Einsatzgebiet ist deshalb in der spezialisierten phlebologischen Praxis plaziert, zumal diese Methode in Verbindung mit der ggf. vorhandenen impedanzplethysmographischen keinen apparativen und somit finanziellen Mehraufwand bedeutet.

Das zweite Ziel dieser Arbeit war die Schaffung einer Methode zur objektiven Kontrolle der individuellen hämodynamischen Wirksamkeit von Kompressionsstrümpfen.

Der Muskelpumpentest ist prinzipiell gut geeignet, um hämodynamische Änderungen aufgrund des Tragens von Kompressionsstrümpfen nachzuweisen. Dafür muß das verwendete Meßverfahren eine Erfassung der Blutvolumenänderungen bei angezogenem Kompressionsstrumpf ermöglichen. Da die Messung praktisch nur unmittelbar bei der individuellen Auswahl des Kompressionsstrumpfes (beispielsweise in einem Sanitätshaus) sinnvoll ist, werden besondere Anforderungen hinsichtlich einer möglichst einfachen und effektiven praktischen Handhabung gestellt (siehe Kapitel 5.1

Eine Erfassung der hämodynamischen Änderungen aufgrund eines Kompressionsstrumpfes ist prinzipiell sowohl mit der Dehnungsmeßstreifen- als auch der Luftmanschettenplethysmographie möglich, da hier die Meßfühler ohnehin nur mechanisch außen anliegen. Diese Methoden sind aufgrund der schwierigen und fehlerträchtigen praktischen Handhabung aber bereits für den normalen Muskelpumpentest nicht praxisgerecht anwendbar und scheiden daher für die Anwendung mit Kompressionsstrümpfen aus.

Für die Impedanzplethysmographie wurde im Kapitel 4.5 eine Variante für eine Messung durch den Kompressionsstrumpf hindurch vorgestellt, bei der die Elektroden mit normalem Leitungswasser durch den (lokal befeuchteten) Strumpf elektrisch angekoppelt werden.

Die Anwendung der zur Messung unmittelbar bei der individuellen Anprobe der Strümpfe ist zwar möglich, die praktische Handhabung aber immer noch etwas zu aufwendig.

Die praktischen Anforderungen erfüllt am besten die , deren Arbeitsbereich für die Messung mit angezogenen Kompressionsstrümpfen jedoch erheblich erweitert werden muß.

Unter Berücksichtigung dieser Zielstellung erfolgte im Kapitel 5.2 zunächst die Analyse des herkömmlichen LRR- (bzw. D-PPG-) Verfahrens mit Hilfe eines Modells der Haut. Dabei wurde für folgende Teilbereiche eine mathematische Beschreibung herausgearbeitet:

  • die Faktoren, von denen die Amplitude der LRR-Kurve abhängt,
  • den Arbeitsbereich eines LRR-Gerätes und
  • die Einflußfaktoren auf das Signal-Rauschverhalten.

Das auf Basis dieses Modells entwickelte neue Verfahren zur Kompensation und Arbeitspunkteinstellung erweitert den Arbeitsbereich des LRR-Gerätes um den Faktor 100 bis 1000. Die Voraussetzung für die Implementierung des neuen Verfahrens ist die Einfügung eines Dividiergliedes in den Signalweg, was auf dem heutigen Stand der Technik vorteilhaft durch eine digitale Signalverarbeitung geschehen kann.

Eine zusätzliche Erweiterung des Arbeitsbereiches um den Faktor vier gelang durch einen neuen Sensor, der vier unabhängig steuerbare Gruppen von Leuchtdioden enthält. Damit das Signal-Rauschverhältnis nicht verschlechtert wird, müssen sich die einzelnen LED-Gruppen getrennt zuschalten lassen.

Die Modellbetrachtungen zur LRR zeigten, daß diese neue Ausführung eines LRR-Gerätes hinsichtlich der Meßergebnisse vollständig kompatibel zur sogenannten quantitativen oder digitalen Photoplethysmographie nach [33] ist.

Ein weiteres Ergebnis der Modellbetrachtungen ist die Herleitung der physiologischen Abhängigkeiten für die Amplitude des LRR-Signales. So wurde begründet, daß bei Messungen mit Kompressionsstrümpfen die Amplituden der LRR-Signale nicht ausgewertet werden können, da der Andruck der Kompressionsstrümpfe die als Referenz zur Quantifizierung dienende Vorfüllung des venösen Hautplexus beeinflußt.

Eine erste Studie zeigte die praktische Relevanz der individuellen Kontrolle der venösen Hämodynamik mittels :

  • Die Messungen mit zeigen deutliche, durch Kompressionsstrümpfe bedingte, Änderungen in der venösen Hämodynamik.
  • Anhand der LRR-Messungen gelingt erstmals ergänzend zur Größe eine individuelle Auswahl des Kompressionsstrumpfes nach hämodynamischen Gesichtspunkten.
  • Die Anforderungen hinsichtlich der Handhabbarkeit werden voll erfüllt.

Anhand einer theoretischen Analyse der pathophysiologischen Änderungen der Hämodynamik, die durch Kompressionsstrümpfe hervorgerufen werden, im Kapitel 6.2 wurde vorhergesagt, daß geringe Andruckvergrößerungen durch den verwendeten Kompressionsstrumpf große hämodynamische Verbesserungen bewirken können, falls hierdurch die Venenklappen wieder schließen. Dies wurde auch experimentell bestätigt.

Die objektive Kontrolle der hämodynamischen Änderungen mittels LRR bei der Auswahl eines passenden Kompressionsstrumpfes brachte ca. einem Viertel der an der Studie beteiligten Patienten entscheidende Verbesserungen.

Bisher konnte die Wirkung eines Kompressionsstrumpfes nur anhand der Symptomverbesserungen nach ein bis zwei Wochen Tragzeit abgeschätzt werden. Die Frage nach einer Verbesserung mit einem anderen Strumpftyp/-modell stellte sich praktisch nicht. Durch das neue Meßverfahren ist es erstmals möglich, bei der Kompressionstherapie eine fundierte Qualitätssicherung aufgrund objektiv zu bestimmender Parameter einzusetzen. Für den Patienten erhöht sich dadurch deutlich die Qualität der Versorgung. Aufgrund der geringen Kosten und der potentiellen Einsparmöglichkeiten für das gesamte Gesundheitswesen dürfte die Anwendung der LRR zudem auch finanziell attraktiv sein.


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Die Arbeit ist meine Dissertationsschrift zum Dr.-Ing und kann auch als Buch (Paperback A5, ca. 160 Seiten) über jede Buchhandlung unter Angabe der ISBN-Nummer 3-932633-61-X bezogen werden.

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