Hämokompatibilität einer neuartigen bioaktiven Oxygenator-oberfläche im HLM-Modell

Abstract

In der vorliegenden Studie werden im HLM-Modell die Effekte der Heparinbeschichtung auf die Blutaktivierung untersucht. Verwendet werden 5 unbeschichtete und 5 heparin-beschichtete Membranoxygenatoren der Firma TERUMO-CORPORATION, Tokyo, Japan. Es werden vergleichende Untersuchungen beider Oxygenatoren in Bezug auf das Adsorptions- und Aktivierungsverhalten von Plasmaproteinen an Fremdoberflächen und die daraus resultierenden Zellaktivierungen durchgeführt. Es erfolgte die qualitative Bestimmung von 7 nachfolgend genannten Adsorptionsproteinen mittels der Methode des Western-Blotting. (Fibrinogen, AT III, HMWK, CD 41, C-1INH, C-3 Komplement und Hsp 70) Als richtungweisende Parameter sind Leukozyten, Thrombozyten, Hämolyse, freies Hämoglobin, PMN-Elastase, (beta)-Thromboglobulin, Faktor XII, Heparin, SC 5b-9 (TCC) und TAT-Komplex bestimmt worden. Bei sich kaum unterscheidenden Hämolysewerten, konnten deutlich erhöhte Plättchenzahlen und geringere Freisetzung von (beta)-Thromboglobulin bei der Verwendung von heparin-beschichteten Oxygenatoren beobachtet werden. Es konnte kein schützender Effekt der mit Heparin vergüteten Oberfläche bezüglich mechanischer Schädigung der Thrombozyten festgestellt werden. Die Ergebnisse zeigen weiterhin, dass eine geringere Thrombozyten-adhäsion und -aggregation beim beschichteten Oxygenator stattgefunden hat. Die Thrombozytenfunktion war während CPB bei heparin-beschichteten Oxygenatoren deutlich verbessert. Der Anstieg der Heparinkonzentrationen im Plasma bei den beschichteten Oxygenatoren kann mit dem sog. Auswaschprozess der Heparinbeschichtung interpretiert werden. Da nur geringe Mengen des wandständigen Heparins ausgewaschen werden, ist eher von einer minimalen systemischen Wirkung auszugehen. Die verstärkte Anlagerung von HMWK und C1-INH an die heparin-beschichteten Oxygenatoren, sind ein deutliches Zeichen für bessere Hämokompatibilität dieser Beschichtung. Bei heparin-beschichteten Oberflächen konnte mehr adsorbiertes AT III als bei Unbeschichteten festgestellt werden. Dies lässt auf eine geringere Aktivierung des Gerinnungssystems schließen, welches durch verschiedene andere Parameter wie beispielsweise (beta)-TG und höhere Thrombozytenzahlen bestätigt wird. Es wird stark vermutet, dass u. a. die verstärkte Adhäsion von AT III an heparin-beschichteten Oberflächen, der zugrunde liegende Mechanismus für die reduzierte Aktivierung des Blutgerinnungssystems im Vergleich zu unbeschichteten Oberflächen ist. Die Ergebnisse dieser Untersuchung zeigen aber auch, dass sowohl immobilisiertes Heparin als auch zugesetztes Heparin nicht in der Lage sind eine Gerinnungsaktivierung vollständig zu verhindern.

BACKGROUND: An inflammatory response to cardiopulmonary bypass (CPB) caused by bioincompatibility of extracorporeal circuits is one of the major clinical issues in cardiac surgery. Recently a new coating material with heparin was developed to improve the biocompatibility of blood contacting surfaces. METHODS: In a simulated cardiopulmonary bypass model, using fresh human whole blood, 10 membrane oxygenators (Capiox SX18, Terumo Corp., Tokyo, Japan) were compared. Five of them had a heparin-coated surface and five had no surface treatment. Blood samples were taken at several time-points during a 90 minute circulation period. Changes in coagulation, complement and blood cell alteration factors were measured. RESULTS: Platelet adhesion was significantly reduced in the heparin-coated circuits. Release of platelet activation marker beta-thromboglobulin was significantly higher in the uncoated control group (p < 0.01). CONCLUSIONS: Heparin-coated CPB surfaces in an in vitro experimental model showed an improved thrombogenicity and less platelet activation.