Einfluss von verwendetem Narkoseverfahren und Blutleeredauer auf die Ischämie und Reperfusion an der Hand bei Anwendung einer Oberarmblutleere - Untersuchung mit neuen quantitativen Messverfahren: Hyperspektralanalyse (Kent Snapshot NIR ®) und Infrarotthermografie (Flir One ® Pro)

Hintergrund und Ziele: Die Anwendung einer Oberarmblutleere oder Oberarmblutsperre stellt ein gängiges operationstechnisches Verfahren dar, das im Rahmen handchirurgischer Operationen einen blutungsfreien Situs für mikrochirurgische Präparationen ermöglicht [108]. Nach aktuellem Wissensstand geht man davon aus, dass es bei Anwendung einer Plexusanästhesie oder bei perioperativer Anlage eines Plexuskatheters zu einer Durchblutungssteigerung an der oberen Extremität durch eine sympathikotone Wirkung kommt [61] [64]. Außerdem besteht nach gängiger Lehrmeinung die Auffassung, dass die Blutsperre- oder Blutleeredauer die Durchblutung und vor allem den Verlauf der Ischämie und Reperfusion an der betroffenen Extremität beeinflusst [27] [92]. Jedoch sind pathophysiologische Untersuchungen in Bezug auf Veränderungen der Durchblutungsverhältnisse im Rahmen der Ischämie und Reperfusion während und nach Anlage einer Blutleere oder Blutsperre eher rar. Insbesondere der Einfluss des angewandten Narkoseverfahrens auf den Ischämie- und Reperfusionsverlauf sowie die Bedeutung der Blutleeredauer für die Veränderungen der Durchblutungsverhältnisse im Rahmen der Ischämie und Reperfusion nach Anlage einer Blutleere oder Blutsperre wurden bisher nur spärlich durch quantitative Messverfahren evaluiert. Ziel der vorliegenden Studie war es daher, die physiologischen Veränderungen der Durchblutung an der Hand im Rahmen der Ischämie und Reperfusion nach Anlage einer Blutleere an der oberen Extremität durch die zwei Messverfahren der Hyperspektralanalyse und der Infrarotthermografie quantitativ zu erfassen. Zudem sollte hier untersucht werden, welchen Einfluss die Art des verwendeten Narkoseverfahrens auf die Durchblutung an der Hand sowie auf den Ischämie- und Reperfusionsverlauf nach Anlage einer Blutleere an der oberen Extremität hat. Daneben sollte eruiert werden, welche Bedeutung die Dauer der angelegten Blutleere für den Ischämie- und Reperfusionsverlauf an der Hand nach Anlage einer Blutleere an der oberen Extremität hat. Aus den Untersuchungsergebnissen sollten gegebenenfalls entsprechende klinische Anwendungsempfehlungen hinsichtlich verschiedener Narkoseverfahren sowie im Hinblick auf die Blutleeredauer resultieren. Methoden: Im Rahmen der zugrundeliegenden Studie wurden insgesamt 26 Patienten, die sich einem handchirurgischen Eingriff unter Anwendung einer Oberarmblutleere an dem betreffenden Arm unterzogen, untersucht. Dabei wurden zu bestimmten Messzeitpunkten t0 (unmittelbar vor Schließen der Blutleere), t1 (unmittelbar nach Schließen der Blutleere), t2 (unmittelbar vor Öffnen der Blutleere), t3 (unmittelbar nach Öffnen der Blutleere), t4 (am 1. postoperativen Tag) und t5 (am 2. postoperativen Tag) Messungen am Handrücken der betroffenen Hand mit zwei unterschiedlichen quantitativen Messverfahren vorgenommen. Zum einen wurde als Messverfahren die Hyperspektralanalyse durch Anwendung des Snapshot NIR ® - Gerätes der Firma Kent Imaging Inc. angewandt, wobei die Gewebesauerstoffsättigung in Prozent [%] als Messparameter bestimmt wurde. Des Weiteren wurde die Infrarotthermografie als Messmethode unter Verwendung des Flir One ® Pro - Gerätes der Firma Flir Systems Inc. eingesetzt. Dabei wurde die Hauttemperatur des gemessenen Handrückens in Grad Celsius [°C] als Messparameter erfasst. Mithilfe der jeweiligen Analysesoftware wurden schließlich Messwerte der Gewebesauerstoffsättigung und der Hauttemperatur an drei im Vorfeld festgelegten Messpunkten des gemessenen Handrückens ermittelt und daraus der Mittelwert zu jedem der einzelnen Messzeitpunkte gebildet. Anschließend wurden die berechneten Mittelwerte der Messzeitpunkte t1 bis t5 jeweils mit dem ermittelten Mittelwert des Messzeitpunktes t0 als Ausgangs- und Kontrollwert hinsichtlich eines signifikanten Unterschiedes für jeweils beide Messparameter der Gewebesauerstoffsättigung und der Hauttemperatur verglichen. Des Weiteren wurden aus dem gesamten Patientenkollektiv drei Subgruppen hinsichtlich des unterschiedlich angewandten Narkoseverfahrens (Intubationsnarkose/Larynxmaskennarkose, Plexusanästhesie, Regionalanästhesie) mit Auswertung der Daten für beide Messverfahren gebildet. Zudem wurde das gesamte Patientenkollektiv mit Betrachtung einer unterschiedlich langen Oberarmblutleeredauer ebenfalls in drei Subgruppen (≤ 30 Minuten, > 30 - 60 Minuten, > 60 - 120 Minuten) eingeteilt und die Auswertung der Daten für beide Messverfahren (Hyperspektralanalyse und Infrarotthermografie) durchgeführt. Schließlich wurden die Mittelwerte der jeweils einzelnen Subgruppen hinsichtlich des unterschiedlichen Narkoseverfahrens sowie im Hinblick auf die unterschiedlich lange Blutleerezeit für jeweils beide Messparameter (Gewebesauerstoffsättigung und Hauttemperatur) zu allen einzelnen Messzeitpunkten miteinander verglichen und auf statistisch signifikante Unterschiede hin überprüft. Ergebnisse und Beobachtungen: Bei der Auswertung aller Patienten ergab sich hinsichtlich der errechneten Mittelwerte der Gewebesauerstoffsättigung zu den Messzeitpunkten t1 (nach Schließen der Blutleere) und t2 (vor Öffnen der Blutleere) erwartungsgemäß jeweils ein deutlicher Abfall der Werte im Vergleich zu den Ausgangswerten zum Messzeitpunkt t0 (vor Schließen der Blutleere) mit jeweils signifikantem Unterschied. Die gemessenen Mittelwerte der Gewebesauerstoffsättigung zu den Messzeitpunkten t3 (nach Öffnen der Blutleere), t4 (am 1. postoperativen Tag) und t5 (am 2. postoperativen Tag) lagen ähnlich hoch wie die Ausgangswerte zum Messzeitpunkt t0 und wiesen jeweils keinen signifikanten Unterschied auf. Bei Analyse der ermittelten Messwerte der Hauttemperatur des gesamten Patientenkollektivs zeigte sich zu den Messzeitpunkten t1 (nach Schließen der Blutleere) und t4 (am 1. postoperativen Tag) entgegen der Erwartung ein Anstieg der Werte mit signifikantem Unterschied zu den Ausgangswerten zum Messzeitpunkt t0 (vor Schließen der Blutleere). An dem Messzeitpunkt t2 (vor Öffnen der Blutleere) kam es erwartungsgemäß zu einem signifikanten Abfall der Werte im Vergleich zu den Ausgangswerten zum Messzeitpunkt t0 (vor Schließen der Blutleere). Dahingegen ließ sich kein signifikanter Unterschied der Mittelwerte der Hauttemperatur zu den Messzeitpunkten t3 (nach Öffnen der Blutleere) und t5 (am 2. postoperativen Tag) im Vergleich zu den Ausgangswerten zum Messzeitpunkt t0 finden. Bei Vergleich der einzelnen Subgruppen mit unterschiedlich angewandten Narkoseverfahren (Intubationsnarkose/Larynxmaskennarkose, Plexus-anästhesie und Regionalanästhesie) konnte sowohl für die Gewebesauerstoffsättigung als auch für die Hauttemperatur zu allen Messzeitpunkten t0 bis t5 kein signifikanter Unterschied der Messwerte zwischen den einzelnen Subgruppen festgestellt werden. Auch im Hinblick auf die Blutleerezeit wurde bei Vergleich der einzelnen Subgruppen (≤ 30 Minuten, > 30 - 60 Minuten, > 60 - 120 Minuten) zu allen Messzeitpunkten t0 bis t5 weder für die Gewebesauerstoffsättigung noch für die Hauttemperatur ein signifikanter Unterschied gefunden. Schlussfolgerungen: Aus den Studienergebnissen lässt sich für den Messparameter der Gewebesauerstoffsättigung und der Hauttemperatur ableiten, dass eine Oberarmblutleere mit einer Dauer von bis zu 120 Minuten keinen kurzfristigen oder im postoperativen Verlauf längerfristigen signifikanten durchblutungskompromittierenden Effekt an der Hand zu haben scheint. Weiter lässt sich aus den Studienergebnissen folgern, dass weder das angewandte Narkoseverfahren (Intubationsnarkose/Larynxmaskennarkose, Plexusanästhesie und Regionalanästhesie) noch die Dauer der angelegten Oberarmblutleere (≤ 30 Minuten, > 30 - 60 Minuten, > 60 - 120 Minuten) einen signifikanten Einfluss auf den Ischämie- und Reperfusionsverlauf an der Hand nach Anlage einer Oberarmblutleere haben. Als Anwendungsempfehlung ergibt sich daraus, dass sowohl die Wahl eines bestimmten Narkoseverfahrens als auch die Dauer einer angelegten Blutleere von bis zu 120 Minuten keine wesentliche Rolle für den Ischämie- und Reperfusionsverlauf nach Anlage einer Oberarmblutleere zu spielen scheint.Background and objectives: The use of an upper arm tourniquet is a common surgical technique, that enables a bleeding-free situs for microsurgical preparations in the context of hand surgery [108]. According to the current state of knowledge, it is generally assumed that the use of plexus anesthesia or the perioperative placement of a plexus catheter leads to an increase in blood flow to the upper extremity due to a sympathetic effect [61] [64]. In addition, according to the current teaching, there is the perception that the duration of tourniquet application affects blood flow and especially the course of ischemia and reperfusion of the affected extremity [27] [92]. However, pathophysiological examinations regarding changes in blood flow conditions in the context of ischemia and reperfusion during and after the use of tourniquet are rather rare. Particularly, the influence of the type of anesthetic procedure on the course of ischemia and reperfusion as well as the importance of the duration of tourniquet use for changes in the blood flow conditions in the context of ischemia and reperfusion after tourniquet use hitherto have been evaluated only sparsely by quantitative measurement methods. Therefore the aim of the present study was to quantify the physiological changes in blood flow to the hand in the context of ischemia and reperfusion after the use of a tourniquet on the upper extremity using the two measurement methods of hyperspectral analysis and infrared thermography. In addition, the influence of the type of anesthesia procedure on blood circulation of the hand as well as on the ischemia and reperfusion course after using a tourniquet on the upper extremity should be evaluated. Apart from that, the importance of the duration of an upper arm tourniquet for the course of ischemia and reperfusion on the hand after the use of a tourniquet on the upper extremity should be investigated. Based on the results of these examinations, appropriate clinical application recommendations with regard to various anesthetic procedures and with regard to the duration of tourniquet use were to be discussed. Methods: As part of the present study, a total of 26 patients who underwent a hand surgical operation using an upper arm tourniquet on the affected upper extremity were examined. At certain measuring times, t0 (just before closing the tourniquet), t1 (just after closing the tourniquet), t2 (just before opening the tourniquet), t3 (just after opening the tourniquet), t4 (on the 1st postoperative day) and t5 (on the 2nd postoperative day) measurements were taken on the back of the affected hand using two different quantitative measurement methods. On the one hand, hyperspectral analysis was used as measurement method by using the Snapshot NIR® device from Kent Imaging Inc. and by determing the tissue oxygen saturation in percent [%] as measurement parameter. Furthermore, infrared thermography was used as a measurement method by using the Flir One ® Pro device from Flir Systems Inc. The skin temperature in degrees Celsius [°C] of the measured back of the hand was recorded as a measurement parameter. With help of the respective analysis software, measured values of tissue oxygen saturation and skin temperature were finally captured at three measuring points of the measured back of the hand, which were fixed in advance, and the mean value from each of the individual measuring times was calculated. Then the calculated mean values of each measurement time t1 to t5 were compared in each case with the determined mean value of the measurement time t0 as starting and control value with regard to a significant difference for each of the two measurement parameters (tissue oxygen saturation and skin temperature). Furthermore, three subgroups were formed from the entire patient collective with regard to different types of anesthetic procedure (intubation anesthesia/ laryngeal mask anesthesia, plexus anesthesia, regional anesthesia) and the data for both measurement methods were evaluated. In addition, the entire patient collective was divided into three subgroups of different duration of upper arm tourniquet (≤ 30 minutes, > 30 - 60 minutes, > 60 - 120 minutes) and the data was evaluated for both measurement methods (hyperspectral analysis and infrared thermography). Finally, the mean values of the individual subgroups were compared with regard to the different types of anesthetic procedure and with regard to the different duration of tourniquet use for both measurement parameters (tissue oxygen saturation and skin temperature) at all individual measurement times and were checked for statistically significant differences. Results and observations: When evaluating all patients, the calculated mean values of tissue oxygen saturation at measurement times t1 (just after closing the tourniquet) and t2 (just before opening the tourniquet) arised a significant drop of the values compared to the starting values at measurement time t0 (just before closing the tourniquet), each with a significant difference. The measured mean values of tissue oxygen saturation at the measurement times t3 (just after opening the tourniquet), t4 (on the 1st postoperative day) and t5 (on the 2nd postoperative day) were similar to the initial values at the measurement time t0 and showed no significant difference. When analyzing the determined values of skin temperature of the entire patient collective, at the measurement times t1 (just after closing the tourniquet) and t4 (on the 1st postoperative day), contrary to expectations, the values arised an increase with a significant difference to the initial values at the measurement time t0 (just before closing the tourniquet). As expected, at the measurement time t2 (just before opening the tourniquet) there was a significant drop in the values compared to the starting values at the measurement time t0 (just before closing the tourniquet). On the other hand, there was no significant difference between the mean values of skin temperature at measurement time t3 (just after opening the tourniquet) and t5 (on the 2nd postoperative day) compared to the initial values at measurement time t0. When comparing the individual subgroups with different types of anesthetic procedures (intubation anesthesia/laryngeal mask anesthesia, plexus anesthesia and regional anesthesia), there was no significant difference in the measured values between the individual subgroups for tissue oxygen saturation and skin temperature at each measuring time t0 to t5. Also no significant difference was found for tissue oxygen saturation or for skin temperature with regard to duration of tourniquet use, when comparing the individual subgroups (≤ 30 minutes, > 30 - 60 minutes, > 60 - 120 minutes) at each measuring time t0 to t5. Conclusions: Regarding the measurement parameters of tissue oxygen saturation and skin temperature, it can be deduced from the study results that the use of an upper arm tourniquet with duration of up to 120 minutes does not appear to have a significant short-term or in the postoperative course a significant longer-term blood circulation-compromising effect on the hand. Furthermore, it can be concluded from the study results that neither the type of anesthetic procedure (intubation anesthesia/laryngeal mask anesthesia, plexus anesthesia and regional anesthesia) nor the duration of upper arm tourniquet use (≤ 30 minutes, > 30 - 60 minutes, > 60 - 120 minutes) exerts a significant influence on the course of ischemia and reperfusion of the hand after using an upper arm tourniquet. As a recommendation for clinical practice, both the choice of a particular anesthetic procedure and the duration of upper arm tourniquet use up to 120 minutes do not seem to have a significant effect on the course of ischemia and reperfusion after using an upper arm tourniquet