Wertigkeit eines neu entwickelten Verfahrens zur Bestimmung der Leberfunktion in der Leberchirurgie (LiMAx-Test)

Abstract

Die Leberchirurgie hat in den letzten Jahrzehnten erhebliche Fortschritte gemacht. Durch chirurgische und anaesthesiologische Verbesserungen konnte die Mortalität und Morbidität nach Leberteilresektionen deutlich gesenkt werden, ein postoperatives Leberversagen oder eine schwere Leberinsuffizienz bleiben aber weiterhin gefürchtete Komplikationen mit einer Rate von wenigen Prozent bis zu 25% bzw. 35%. Dies ist abhängig von der Ausdehnung der Leberteilresektion und einer Lebervorschädigung. Um onkologisch sinnvolle Therapie-Strategien mit, wenn möglich, radikalen Tumorresektionen bei einschätzbarem Risiko zu entwickeln, wäre es wichtig die Leberfunktionskapazität der Leber bestimmen zu können. Bisher ist hierzu kein Testsystem zuverlässig genug in der Lage, um eine individuelle Therapiesteuerung daran vorzunehmen. Dies zeigten entsprechende Vorversuche in dieser Arbeit mit dem bekannten oralen 13C-Methacetin-Atemtest. Außerdem konnte ein weiterer (störender) Einfluss auf den ebenfalls bekannten Indocyaningrün (ICG)-Test im Tierversuch charakterisiert werden, der eine klinisch wichtige, direkte Testbeeinflussung durch eine mechanische Cholestase belegt. Ziel dieser Arbeit war es daher, ein zuverlässiges und praktikables Verfahren zu entwickeln, das eine genaue Messung der maximalen quantitativen Leberfunktionskapazität mit sofortigem Ergebnis am Patientenbett erlaubt. Dieses Verfahren, der LiMAx-Test (maximal liver function capacity based on 13C-methacetin (MA) kinetics), basiert auf einer enzymkinetischen Ansatzweise mit intravenöser Substratinjektion als Bolus. 13C-Methacetin wird in der Leber in einem einzigen Schritt über das Cytochrom p450 CYP1A2 demethyliert und 13CO2 abgeatmet. Die Bolusinjektion vermeidet Einflüsse durch orale Resorption und erlaubt eine sofortige Bolus-Anflutung des 13C-Methacetins in der Leber, was die Annahme einer möglichst guten Enzymauslastung in der Leber als Berechnungsgrundlage erlaubt. Eine intravenöse Zubereitung von 13C-Methacetin wurde hierzu entwickelt. Um eine kinetische Analyse mit genug Datenpunkten vornehmen zu können, wurde weiterhin eine Methode entwickelt, die eine Echtzeit-Messung des 13CO2 direkt am Patientenbett erlaubte. Hierzu war es nötig, ein bestehendes Messgerät mit der sogenannten nichtdispersiven isotopenselektiven Infrarot-Spektroskopie (NDIRS) zu modifizieren und eine Atemmaske zu bauen, die eine problemlose und praktikable Trennung von Ein- und Ausatemluft erlaubte. Die Echtzeit-Messung wurde mit konventionellen Messungen verglichen und evaluiert. Aus den theoretischen Überlegungen einer Enzymauslastung des CYP1A2 und der Abhängigkeit der Leberleistung vom Körpergewicht heraus, wurde die Berechnungsformel für den LiMAx-Test entwickelt, mit der die maximale Umsatzrate des CYP1A2 in µg/h/kg KG bestimmt werden kann, die repräsentativ für die ganze Leber und intraindividuell vergleichbar ist. Die Spezifität des LiMAx-Testes wurde in Messungen während der anhepatischen Phase von Lebertransplantationen nachgewiesen. Bei Messungen an 42 gesunden Probanden wurde ein Referenzbereich festgelegt (LiMAx Mittelwert 425 ± 67 µg/h/kg, Normalbereich ab 315 µg/h/kg). Der LiMAx-Test wurde evaluiert im Vergleich zum verbleibenden Rest-Lebervolumen nach Leberteilresektion und zeigte hier eine sehr hohe Korrelation von r²=0,88 (p<0,001), was eine individuelle Vorhersage für einen Patienten erlaubt. Dagegen waren die vergleichbaren Korrelationen mit dem ICG-Test (r²=0,39) und dem Faktor VII (r²=0,26) deutlich schlechter. Um die Wertigkeit des LiMAx- Testes in der Leberchirurgie zu untersuchen, wurden in einer prospektiven Beobachtungsstudie 64 Patienten untersucht, die eine Leberteilresektion verschiedenen Ausmaßes, in der Mehrheit aber erweiterte Resektionen („major resections“), erhielten. Die Patienten wurden vor und am postoperativen Tag (POD) 1, 2, 3, 5, 10 und 85 mit LiMAx-Test, ICG-Test und umfangreichen Labor untersucht. Die Untersuchung mit dem LiMAx-Test war zu jedem Zeitpunkt problemlos möglich und es traten keine unerwünschten Wirkungen auf. Es zeigte sich, dass mit dem LiMAx-Test die Leberregeneration nach Leberteilresektion zuverlässig beobachtet werden konnte: 2-3 Tage nach Leberteilresektion wird die (funktionelle) Leberregeneration stark aktiviert und dann wieder herunterreguliert bis 85 Tage nach der Operation fast die Ausgangswerte erreicht sind. Mit multivariaten logistischen Regressionsanalysen wurden alle Faktoren analysiert, die zu postoperativem Leberversagen oder schwerer Leberinsuffizienz beitragen könnten. Es zeigte sich, dass nur der LiMAx am POD 1 ein signifikanter Faktor hierfür war, was bedeutet, dass der einzig entscheidende Faktor die verbleibende Rest-Funktion nach einer Leberteilresektion ist. Alle anderen bisher beschriebenen Faktoren haben dagegen keinen unabhängigen Einfluss. Auch für die Entstehung allgemeiner Komplikationen und für die Länge von Intensiv- und Krankenhausaufenthalt spielt der LiMAx eine Rolle. Durch ROC-Analysen konnten weiterhin Schwellenwerte mit hoher Relevanz für die klinische Einschätzung des postoperativen Verlaufes anhand des LiMAx-Testes am POD 1 festgelegt werden. Da durch die Kombination des LiMAx-Testes mit einer Computertomographie- gestützten Volumetrie der Leber mit virtueller Resektionsplanung eine zuverlässige Voraussage des Wertes am POD 1 möglich erscheint, könnte die präoperative Volumen-/Funktions-Planung zukünftig ein entscheidendes Hilfsmittel im präoperativen Patientenmanagement werden.

Liver surgery has improved markedly in the last years. However, postoperative liver failure is still a major threat with a rate of up to 35%. This depends on the extend of liver resection and a possible existing liver injury. To optimize oncological strategies with radical tumor resection it would be important to know the exact liver function capacity. Until now no known test system has the ability to determine valid results for individual prediction and therapeutic decisions. Initial pilot studies in this work using oral 13C- methacetin were not successful. In addition, another competing influence by an acute obstructive jaundice on the known indocyanine green test (ICG test) was characterized. Thus, aim of this work was to develop a valid, reliable and feasible test system allowing determining the maximal liver function capacity directly at the patient’s bedside. This method, the LiMAx test (maximal liver function capacity based on 13C-methacetin kinetics) is based on a enzymatic approach using intravenous substrate injection. 13C-methacetin is metabolized in one single step in the hepatocyte by the cytochrome p450 CYP1A2 and emerging 13CO2 is exhaled. Intravenous bolus injection avoids adverse influenced by resorption and secures immediate appearance at the liver. A new intravenous formulation for this purpose was developed. In addition, a method for an online measurement of the 13CO2/12CO2 ratio at the patient’s bedside based on the known isotope selective infrared spectroscopy (NDIRS) method was developed. This new online method was evaluated in comparison with conventional measurements. From the theoretical aspect of enzyme kinetics of the CYP1A2 and a dependence of the liver function capacity by the body weight a new formula for the calculation of the LiMAx test was designed. By use of this formula the maximal metabolic capacity of the CAP1A2 system in µg/h/kg can be determined which is representative for the whole liver function and is intraindividually comparable. The specificity of the LiMAx test for the liver was investigated in measurements during the anhepatic phase in liver transplantation. Measurements wit h42 healthy controls resulted in a reference range of 425 ± 67 µg/h/kg (normal range higher than 315 µg/h/kg). The LiMAx test was evaluated in comparison to the resected liver volume with a high correlation of r²=0.88 (p<0.001) allowing an individual prediction for a single patient. In contrast the same comparison using the ICG test (r²=0.39) or the factor VII (r²=0.26) resulted in worse correlations. For determination of the predictive value of the LiMAx test in liver surgery 64 patients undergoing liver resection (mainly major resections) were investigated in an observational prospective study. The patients were investigated preoperatively and at postoperative day (POD) 1, 2, 3, 5, 10 and 85 with the LiMAx test, ICG test and conventional laboratory values. Performance of the LiMAx test was possible in every clinical situation and no adverse events were observed. Liver regeneration could be monitored validly after resection. Multivariate logistic regression analysis revealed that only the LiMAx value at POD 1 was a significant predictor of liver failure or severe liver insufficiency. Thus, the only relevant factor after liver resection is the remaining liver function capacity. All factors described until now had no independent influence. Additional ROC analyses allowed the determination of cut-off values with high relevance for clinical assessment of the postoperative course. Combination of the LiMAx test with CT-volumetry and a virtual resection planning (volume/function analysis) will allow the calculation of the future remnant liver function capacity resulting in a important tool for evaluation of patients before hepatectomy in the future.