Physiologie und Pathophysiologie
Kritische Ischämiezeit
Als «kritische Ischämiezeit» bezeichnet man die maximale Zeitdauer, die vom Gewebe bei kompletter Ischämie ertragen werden kann, ohne daß es irreversible Veränderungen erfährt.
Wird Gewebe frei transferiert, so tritt bei der Herstellung der mikrovaskulären Anastomose bereits eine Ischämiezeit auf. Kommt es nach dem Anschluß des Lappen und guter Perfusion erneut zu einer Durchblutungsstörung, so bezeichnet man die Zeit zwischen dem Sistieren der Durchblutung und Reperfusion nach Anastomosenrevision als «sekundäre Ischämiezeit», die maximal mögliche Zeitdauer als «sekundäre kritische Ischämiezeit». Nach experimentellen Untersuchungen beträgt diese nur etwa 60 Prozent der (primären) kritischen Ischämiezeit.
«No-Reflow»-Phänomen
Als «No-Reflow»-Phänomen bezeichneten Ames und Mitarbeiter 1968 das Sistieren des Blutrückflusses aus peripherem Gewebe nach experimentell erzeugter längerdauernder zerebraler Ischämie.
Dieses Phänomen konnte 1978 von May und seinen Mitarbeitern auch bei freien Lappen experimentell nachgewiesen werden: Im Kaninchenmodell wurde bei freien Lappen die Blutzufuhr unterbrochen. Während eine Ischämiezeit von 4 Stunden von allen Lappen, eine solche von 8 Stunden von 80 Prozent der Lappen toleriert wurde, war eine erfolgreiche Reperfusion nach 12 Stunden in keinem Fall mehr möglich. Histologisch zeigte sich eine mit der Länge der Ischämiezeit zunehmende Thrombosierung der kleinen Gefäße. Angiografisch sah man Farbstoffaustritte in das Interstitium bei stark verminderter Kapillarfüllung.
Schon in früheren Untersuchungen an der Haut beim Menschen fand man, daß Erythrozyten nach einer Ischämiezeit von bis zu 3 Stunden beweglich, d.h. nicht am Gefäßendothel hängen blieben. Mit Zunahme der Ischämiezeit über 3 Stunden kam es erst einige Minuten nach Aufhebung der Blutsperre wieder zu einem Blutfluß. Es bildeten sich Erythrozytenhaufen, so daß die einzelnen Erythrozyten nicht mehr abgegrenzt werden konnten. Diese brachen nur langsam auf und behinderten so den Blutfluß. An den Gefäßwänden lagerten sich Erythrozyten und Leukozyten an. Diese traten in großen Mengen auch ins umgebende Gewebe aus. Obwohl sich 24 Stunden später das Aussehen der Haut normalisiert hatte, war mikroskopisch noch eine extreme Beeinträchtigung der Mikrozirkulation festzustellen.
Weitere Untersuchungen bestätigten die pathologischen Gefäßwandveränderungen mit Schwellung der Gefäßwände und Flüssigkeitsaustritt ins Interstitium.
Zusätzlich wird die Bildung von Mikrothromben begünstigt durch eine Funktionsminderung der Endothelzellen der Gefäßwände, die Adhäsion der Mikrothromben an der Gefäßwand durch freiliegendes subintimales Kollagen gefördert.
Freie Radikale
In der Kette der pathobiochemischen Mechanismen scheinen freie Radikale eine große Rolle zu spielen: Durch die Zellatmung werden um die 98 Prozent des molekularen O2 zu H2O, die restlichen 2 Prozent reagieren über einen Zwischenschritt, bei dem ein freies O2“ Radikal entsteht. Dieses hochtoxische Radikal wird innerhalb von Mikrosekunden mittels der Superoxid-Dismutase in H2O2 verwandelt, das durch eine Katalase in H2O reduziert wird.
Sind freie Superoxid (O2_)-Radikale im Überschuß vorhanden, so kann sich bei der Reaktion mit Wasser (H2O) das noch toxischere freie Hydroxyl (OH-)-Radikal bilden. Dies wiederum kann durch DMSO (Dimethylsulfoxid) gebunden werden.
Die geringen üblicherweise anfallenden Mengen von Radikalen können durch intrazelluläre Enzyme neutralisiert werden. Treten große Mengen von Radikalen auf, so wird die Neutralisationsfähigkeit der Zelle überschritten. Dann können, ausgehend von jedem einzelnen Radikal, Kettenreaktionen mit bis zu mehreren tausend Reaktionsschritten ablaufen.
Sowohl durch das Superoxid-Radikal als auch durch das Hydroxyl-Radikal kann mittels dieser Kettenreaktionen eine Lipid-Peroxidation der Zellmembranen verursacht werden. Die so entstehende Schädigung der Endothelzellen ist eine der Hauptursachen für das «No-Reflow»-Phänomen.
Unter Ischämie weicht die Zelle auf anaeroben Stoffwechsel aus: Sie wird azidotisch und die Zellmembranen öffnen sich für Kalzium und andere Kationen. ATP wird zu Adenosin, Inosin und Hypoxanthin reduziert.
Die Xanthin-Oxidase gilt als Hauptquelle für das Sauerstoff-Radikal:
Mit der Reperfusion kommt wieder Sauerstoff in die Zelle. Dieser reagiert in der Anwesenheit von Kalziumionen mit dem vorher entstandenen Hypoxanthin. So entstehen große Mengen von Superoxid-Radikalen, die vom Puffersystem der Zelle nicht mehr abgefangen werden können.
Läuft die Glykolyse während einer Ischämie anaerob, so entsteht aus Pyruvat Laktat, das einen Abfall des Gewebs-pH verursacht. Durch die dadurch bedingte vermehrte Kapillarpermeabilität kommt es zu einem Hämatokrit-Anstieg und zu einer Abnahme der Blutviskosität: Der Blutfluß verlangsamt sich bis zum Stillstand.
Literatur
Ames, A., L. Wright and M. Komoda: Cerebral ischemia II: the no reflow phenomenon. The American Journal of Pathology 52 (1968): 437.
Bagge, U., P.-I. Branemark and M. Romanus: Vital microscopic observations of microvascular responses to ischemia. Scandinavian Journal of Plastic and Reconstructive Microsurgery, Supplementum 19 (1982): 7.
Furnas, H. and J.M. Rosen: Monitoring in Microvascular Surgery. Annals of Plastic Surgery 26 (1991): 265.
May, J.W., L.A. Chait, B.M. O’Brien and J.V. Hurley: The no-reflow phenomenon in experimental free flaps. Plastic and Reconstructive Surgery 61 (1978): 256.
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McCord, J.M.: Oxygen-derived free radicals in postischemic tissue injury. The New England Journal of Medicine 312,3 (1985): 159.
Wolff, K.D. and D. Stiller: Ischemia Tolerance of Free Muscle Flaps: An NMR-Spectroscopic Study in the Rat. Plastic and Reconstructive Surgery 91 (1993): 485.