Mikrozirkulation und Sauerstoffversorgung des Rattencolons. Komparative Evaluation dreier Messmethoden: \- Intravitalmikroskopie \- Mikrolichtleiter- Spektroskopie \- Polarographische Sauerstoffsonde

Abstract

Hintergrund: Die vorliegende Studie untersucht das Mikrolichtleiter- Photospektrometer EMPHO auf seine Eignung zur Erforschung der Mikrozirkulation und Sauerstoffversorgung des Gewebes. Dazu wird das EMPHO mit dem „Goldstandard“ für Messungen der Mikrozirkulation, der Intravitalmikroskopie (IVM) verglichen. Eine Evaluation des EMPHO ist interessant, weil es im Gegensatz zur IVM klinisch einsetzbar ist und nicht invasiv misst. Neben dem direkten Vergleich von IVM und EMPHO am selben Messpunkt werden Referenzmessungen mit einer polarographischen Sauerstoffsonde (LICOX) durchgeführt. Die drei Methoden werden ausführlich theoretisch und auf Grund der experimentellen Ergebnisse diskutiert.

Methoden: Mit dem EMPHO wird die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins (HbSatO2 [%]), mit der IVM der kapillare Blutfluss (CBF [nl/min]) sowie Flusscharakteristika und mit dem LICOX der Sauerstoffpartialdruck im Gewebe (pmucO2 [mmHg]) an der Mukosa des Colon descendens von Ratten bestimmt. Die genannten Messungen werden in fünf verschiedenen Versuchsgruppen zu je 8 Ratten durchgeführt: 1. Kontrolle, 2. Hypovolämie, 3. Gefäßclamping, 4. Hypoxie und 5. Colitis.

Ergebnisse: Alle drei Methoden reagieren auf die pathologischen Veränderungen mit tendenziell der gleichen signifikanten Erniedrigung ihrer Messwerte. Nur unter Hypoxie kann mittels IVM keine Veränderung gegenüber der Kontrollgruppe nachgewiesen werden. IVM und EMPHO korrelieren im gesamten Messbereich gut (r = 0,89) außer unter Hypoxie (r = 0,12). IVM und LICOX korrelieren mit r = 0,96 (außer unter Hypoxie, wo r = 0,04) und EMPHO und LICOX korrelieren mit r =0,87. Die HbSatO2 (EMPHO) korreliert mit dem partO2 (BGA) mit r = 0,78. Die HbSatO2 (EMPHO) korreliert auch mit der Perfusionsdichte (IVM). An Messfeldern mit intermittierendem Fluss in der Mikrozirkulation werden periodische Schwankungen der HbSatO2 nachgewiesen.

Schlussfolgerungen: Das EMPHO spiegelt die Sauerstoffversorgung des Gewebes zuverlässig wider und kann sogar die Mikrozirkulation indirekt abbilden. Doch es kann die IVM nicht in allen Fragestellungen ersetzen. Intrakapillare Phänomene korrelieren nicht immer mit der Sauerstoffversorgung des Gewebes. Das EMPHO liefert klinisch wichtige Informationen, die mit der IVM nicht erfasst werden. Weitere Vorteile des EMPHO sind: klinische Einsetzbarkeit, non-invasive Messung, gute Standardisierbarkeit, hohe zeitliche und örtliche Auflösung, geringe Untersucherabhängigkeit, einfache Handhabung. Das EMPHO wäre gegenüber der IVM zur Untersuchung der Mikrozirkulation und Sauerstoffversorgung des Gewebes zu favorisieren, müsste man sich auf eine der beiden Methoden beschränken. Klinische Studien mit dem EMPHO scheinen gewinnbringend, nachdem sich das EMPHO im Tierexperiment als probate Methode gezeigt hat.

Background: This study investigates whether the micro-light guide spectrometer EMPHO is suited to explore microcirculation and oxygen supply to tissue. For this purpose EMPHO is compared to intravital microscopy (IVM), which is the “gold standard” for microcirculatory measurements. In contrast to IVM, EMPHO is clinically applicable and measurement is non-invasive. Therefore it is worth to take EMPHO into consideration. Measurements with EMPHO and IVM are taken at identical sites of interest. Additional reference measurements with a polarographic oxygen probe are carried out by a LICOX-apparatus. The three methods are discussed in detail theoretically and on the basis of experimental data.

Methods: By EMPHO haemoglobin oxygen saturation (HbSatO2 [%]) is measured. By IVM capillary blood flow is quantified and flow patterns can be observed. By LICOX mucosal oxygen partial pressure (pmucO2 [mmHg]) is detected. Measurements are carried out at the mucosa of the descendent colon in rats under five different conditions (n = 8 each): 1. control, 2. hypovolaemia, 3. vessel clamping, 4. hypoxia, 5. colitis.

Results: In pathological groups parameters of all three methods decrease significantly and with a similar behaviour compared to the control group. But under hypoxia IVM fails to show a change. There is good correlation (r = 0.89) between EMPHO and IVM in the entire measurement range except under hypoxia (r = 0.12). IVM and LICOX correlate by r = 0.96 (but not under hypoxia, where r = 0.04). EMPHO and LICOX correlate by r = 0.87. HbSatO2 (EMPHO) correlates with partO2 (BGA) by r = 0.78. HbSatO2 (EMPHO) correlates with the perfusion density (IVM). In regions of interest with intermittent blood flow in the microcirculation HbSatO2 exhibits an oscillatory behaviour.

Conclusions: EMPHO reflects oxygen supply reliably, and moreover, may represent microcirculation indirectly. But it cannot replace IVM for all objectives. Intracapillary phenomena do not correlate necessarily with oxygen supply of tissue. EMPHO provides clinically important information which is not detected by IVM. Other advantages of EMPHO are: clinical applicability, non- invasive measurement, allows good standardisation, high temporal and spatial resolution, low dependency on the investigator, easy handling. If one is restricted to one method, EMPHO should be favoured. This animal study demonstrates that EMPHO is a qualified method for the investigation of microcirculation and oxygen supply to tissue. Thus, clinical studies using EMPHO are promising.