Bedarfsadaptierte
automatische Infusionstherapie beim Coma diabeticum
Gerhard Berg und Dietmar Sailer
Aus der Abteilung für Stoffwechsel und Ernährung (Vorsteher: Professor Dr. Dr. h. c. Gerhard Berg) in der Medizinischen Klinik mit Poliklinik
der Universität Erlangen-Nürnberg
Das kontinuierliche Stoff- wechselmonitoringsystem mit automatischer rechnergesteu- erter Infusionstherapie erlaubt eine schnelle Erfassung und Korrektur von metabolischen Störungen. Das nachfolgen- de, von uns für Forschungs- aufgaben konzipierte System hat sich auch bei der routine- mäßigen Behandlung von
Stoffwechselentgleisungen bewährt.
Die Infusionstherapie wird im allge- meinen nach relativ groben Richtli- nien vorgenommen. Für gewöhnlich legt man einen Bedarf an Nährstof- fen, Wasser, Elektrolyten, Spuren- stoffen und Vitaminen zugrunde, wie er für den gesunden Menschen gilt. Zu berücksichtigen ist jedoch, daß intravenös zugeführte Nährstof- fe besondere Metabolisierungsraten aufweisen. Dementsprechend haben wir Dosierungsrichtlinien für die in- travenöse Nährstoffzufuhr erarbei- tet, die diesen Forderungen Rech- nung tragen (4).
Besonders schwierig gestaltet sich die Infusionstherapie bei Schwerst- kranken. In der postoperativen Pha- se ist u. a. die Glukoseverwertung gestört. Bei Patienten mit Nierenver- sagen oder eingeschränkter Nieren- funktion bieten Eiweiß- und Flüssig- keitszufuhr erhebliche Probleme.
Liegen metabolische Störungen vor, wie bei der ketoazidotischen Hyper- glykämie oder bei metabolischen Azidosen anderer Genese, so müs- sen viele Funktionsstörungen gleichzeitig berücksichtigt und überwacht werden. Der genaue Be- darf an Nährstoff, Wasser, Elektroly- ten, Spurenstoffen und Vitaminen in solchen Zuständen ist unbekannt.
Die individuelle Krankheitssituation spielt hier eine entscheidende Rolle.
Die Dosierung kann deshalb nur auf- grund von Erfahrungswerten erfol- gen. Häufige Kontrolluntersuchun- gen und Korrekturen der Therapie
sind notwendig, um die Therapie op- timal zu gestalten. Probleme erge- ben sich auch dadurch, daß zu ih- rem Beginn aktuelle metabolische Situationen nicht beurteilt werden können und daß eine längere Zeit, manchmal bis zu Stunden, vergeht, bevor daraus therapeutische Konse- quenzen gezogen werden. Zwischen Blutentnahme und therapeutischen Maßnahmen liegen der Transport- weg der Blutprobe zum Labor, der
Meßvorgang, die Rückmeldung, der Therapieentschluß, die Therapievor- bereitung und die Therapieausfüh- rung. So wünschenswert häufige Kontrollen sind, so aufwendig und so zeitraubend sind sie. Die Folge ist, daß die therapeutischen Maß- nahmen eine Situation berücksichti- gen, die häufig bis zu Stunden zu- rückliegt. Eine Verbesserung dieser Situation läßt sich vorläufig nur durch einen großen technischen Aufwand erreichen. Eine Optimie- rung wird durch automatische Bed- side-in-vivo-Analysen mit nachge- schalteter rechnergesteuerter Kor- rektur erreicht (5). An einem Modell, das ursprünglich für Forschungs- zwecke konzipiert wurde, sollen die Möglichkeiten und die zukünftigen Perspektiven aufgezeigt werden.
Wir verwenden ein automatisches Meß- und Infusionssystem (1, 6), bei dem die Behandlung nach bestimm- ten empirisch gewonnenen Pro- grammen erfolgt (Darstellung 1). Die erste Entscheidung erfolgt unter Be-
rücksichtigung der aktuellen Meß- werte, die kontinuierlich im venösen Patientenblut erhoben und als Ent- scheidungshilfen für die Infusions- therapie benutzt werden. Dann wird eine Anpassung der Infusionsthera- pie auf den jeweils aktuellsten Stand der Stoffwechselsituation vorge- nommen.
Methodik
1. Vivo-Kanüle
Zur kontinuierlichen Blutentnahme benützen wir eine doppellumige Ka- nüle, welche eine sofortige Hepari- nisierung des aspirierten Blutes er- möglicht. Die Blutnettoentnahme beträgt nur 1,2 ml/Std., so daß die Untersuchung für den Patienten auch bei Langzeitmessungen nicht belastend ist.
2. pH- und pCO2-Messung
Das heparinisierte Blut wird mittels einer Rollenpumpe aspiriert. Vor der Pumpenpassage erfolgt die pH- und pCO 2-Messung in einer Durchfluß- meßeinheit. In dieser Durchflußmeß- einheit sind handelsübliche Glasmi- kroelektroden zur pH- und pCO 2- Messung fest installiert.
3. Glukosemessung
Nach Passage der Proportionie- rungspumpe wird die Serumglukose
Glucose
BZ
Glucose- I Messung
Infusomaten
11>
Rechner HP 9830 A Basislösung
BZ Insulin
Plotter Benutzer- Kommandos
z. B.
Stop !Mus.
Diagnose Meßwerte
Printer
Meßwerte
Zeit Berücksichtige
großes d (BZ)/dt
Berechne HCO3-Konz.
keine Infusion aktiviert Kalium
rr
I ,ulin
BZ
Darstellung 1: Schematische Darstellung des automatischen, rechnergesteuerten Meß- und Infusionssystems Zur Fortbildung
Aktuelle Medizin
Automatische Infusionstherapie beim Coma diabeticum
enzymatisch mit der Hexokinaseme- thodik im dialysierten Heparinblut auf einen Technicon-Autoanalyzer (AA) quantifiziert. Der zeitliche Ver- satz von der Blutentnahme bis zur vollständigen Analyse und Registrie- rung aller Parameter beträgt knapp 10 Minuten.
4. Datenverarbeitung
Die Steuerung der Anlage und die Auswahl der Meßdaten erfolgt mit einem Tischrechner, welcher eine Kernspeicherkapazität von 14 Kilo- bytes besitzt. Die analog anfallenden Einzeldaten werden mittels eines Scanners angewählt und über einen Digitalvoltmeter digitalisiert. Scan- ner und Digitalvoltmeter sind mit ei-
nem interface bus an den Rechner angeschlossen. An Peripheriegerä- ten besitzt die Anlage einen Plotter, einen Thermodrucker, als Pro- grammträger einen Floppy Disk und zur zeitgerechten Ansteuerung eine Digitaluhr. Zu erweiterten Möglich- keiten sind in dem Rechner insge- samt 6 ROM installiert.
5. Aufbau
des Auswerteprogramms
Das Auswerteprogramm wurde in der Programmsprache BASIC er- stellt und ist auf Magnetbandkasset- ten und auf Disketten abgespei- chert. Der Rechner selbst arbeitet mit einem fest verdrahteten Interpre- ter für eine firmenspezifische erwei-
terte BASIC-Version. Das erstellte Programm läßt sich in 5 Bereiche unterteilen:
5.1 Kontrollteil
In diesem Programmabschnitt wer- den alle Voraussetzungen für die Durchführbarkeit einer Meßreihe im Dialog mit dem Bediener geprüft, zum Beispiel Überprüfung der Ei- chung, des Reagenzienvorrates usw.
5.2 Dialogteil
Zu Dokumentations- und pro- gramminternen Zwecken werden wichtige Daten abgefragt. Dies sind
2580 Heft 44 vom 2. November 1978
DEUTSCHES ÄRZTEBLATT
Tabelle 1: Verteilzeit der parenteral erforderlichen Natrium-Bicarbo- natmenge in Abhängigkeit vom Blut-pH
pH 7,25 __7,15 X7,05 X6,95 <>6,95 Verteilzeit
in Stunden 1 2 3 4 5
Kalium-Substitution mval/h
• •
• •
• • pH <7.2
pH >7.2
30 —
20 —
10 — 40 —
3 4 5 6 Serum-Kalium
mval/L 2
Darstellung 2: Parenterale Kaliumsubstitution in Abhängigkeit vom aktuell gemessenen Serumkaliumspiegel vom pH
zum Beispiel Patientenkennzeichen, Körpergröße des Patienten, Körper- gewicht, Dauer der Meßreihe usw.
5.3 Meßteil
Dieser Teil des Auswerteprogramms nimmt die eigentliche Messung vor und bildet Mittelwerte der in Form von Spannungen vorliegenden pCO2, pH und Glukosekonzentra- tion. Insgesamt werden über den ausgegebenen Meßzeitraum 120 solcher Meßwerttripel digital ermit- telt. Außerdem werden die infundier- ten Mengen an Insulin, Bikarbonat, usw. ausgedruckt.
5.4 Interpretationsteil
Aus den Meßgrößen lassen sich eine Reihe von abhängigen Größen er- mitteln (z. B. die HCO 3-Konzentra- tion aus pCO 2 und pH mit Hilfe der Hendersen-Hasselbalchschen Glei- chung). Mit Hilfe der Meßgrößen und der daraus resultierenden abgeleite- ten Variablen können dann auf- grund gewisser Kriterien Interpreta- tionen der aktuellen Stoffwechselsi- tuation des Patienten erstellt und die Infusionstherapie automatisiert wer- den.
5.5 Abschlußarbeiten
Ist die Meßreihe automatisch nach Ablauf der vorgegebenen Zeit oder nach Unterbrechung seitens des Be- dieners beendet, so werden eine ab- schließende Eichung vorgenom- men, sämtliche Meßwerttripel ent- sprechend der Eichung korrigiert und in komprimierter Form tabella- risch ausgegeben. Außerdem wer- den die während des Beobach- tungszeitraums infundierten Men- gen an Insulin, Bikarbonat, Kochsalz und Glukose sowie die Kaliumsub- stitution registriert.
6. Rechnergesteuerte Infusion
Um handelsübliche Infusomaten oh- ne geräteinterne Modifikation rech- nergesteuert verwenden zu können,
werden die Infusomaten mit festen Infusionsgeschwindigkeiten betrie- ben. Die Dosierung der einzelnen Lösungen wird mit gesteuerter Ein- und Ausschaltung durchgeführt. In dem Bereich 0-500 ml/Std. liegen die relativen Fehler bei dieser Be- triebsart unter 10 Prozent.
Die fünf benützten Infusomaten sind über ein vom Rechner gesteuertes Relaisstellwerk verbunden. Über ein sechstes Relais wird ein Alarmsum- mer betrieben, der bei eventuellen Störungen im Einzel- oder Gesamt- system automatisch Alarm auslöst.
Der Rechner aktiviert eine oder mehrere folgender Lösungen:
• 0,9prozentige NaCI-Lösung mit 40 I. E. Altinsulin
E)
einmolare Natrium-Bikarbonat- lösung• 10prozentige Glukose lO Basislösung
• Basislösung plus 40 mval KCI.
Die automatische Infusion einer oder mehrerer Lösungen übernimmt der Rechner selbsttätig aufgrund programminterner Entscheidungen.
Die parenterale Insulinapplikation hängt dabei vom aktuellen pH und der Serumglukosekonzentration ab.
Für die azidotische Hyperglykämie mit einem pH < 7,2, einem pCO 2 <
0 mmHg und einem Blutzucker von über 300 mg/100 ml gilt die feste Beziehung (2):
Insulineinheiten/Stunde:
= 32,8 e 2• 179 In
Blutzucker mg-%
657,56 I>
1
5 6 7
time (hrs.)
1 1 1
1 2 3
pCO 2 mmHg 50
30 — 10
1 t 1
Insulin Rate U/h
10-
5 —
Glucose mg/100 ml 500
300
100 pH 7.5 —
7.3 — 7.1 —
1 1 Zur Fortbildung
Aktuelle Medizin
Automatische Infusionstherapie beim Coma diabeticum
Die Korrektur der metabolischen Azidose wird nach den ermittelten Werten des Basenexzesses, des pH und des Körpergewichtes festgelegt (Defizit = Basenexzeß • 0,3 • Kör- pergewicht in kg). Die Verteilzeit der Bikarbonatmenge wird von der Schwere der Azidose (charakteri- sie-rt durch den pH-Wert) abhängig gemacht. Die programmierte Appli- kation ist in Tabelle 1 dargestellt.
Liegt aufgrund der durchgeführten Messungen eine nichtazidotische Hyperglykämie vor, so wird die Insu- linapplikation nach folgender Form vorgenommen (3):
Insulineinheiten/Stunde:
= 7,539 e-0,028 .
Blutzucker mg/mg-%
429,36
Die Kaliumsubstitution erfolgt in Ab- hängigkeit der kurzfristig durchge- führten Serumkaliumkonzentratio- nen unter Berücksichtigung des ak- tuellen pH-Wertes (Darstellung 2).
Eine kontinuierliche Kaliumanalyse ist derzeit bei uns in Vorbereitung;
das Meßprinzip beruht auf der ionenselektiven Elektrodentechnik, welche jüngst wesentlich verbessert werden konnte (7).
Die Flüssigkeitszufuhr geschieht un- ter Beachtung des zentralen Venen- drucks. Üblicherweise werden in der 1. Stunde 500 ml und in den ersten 6 Stunden mindestens 2000 ml infun- diert. Bezüglich der Infusionszufuhr besteht jederzeit über das Keyboard die Möglichkeit des externen Zugriffs.
Erfahrungen und Beispiele
Die gesamte benötigte Insulinmenge bis zur vollständigen Rekompensa- tion des entgleisten Kohlenhydrat- stoffwechsels ist gegenüber dem konventionellen Behandlungsre- gime äußerst gering. In der Regel werden hierfür nicht mehr als 60 Einheiten benötigt. Einen weiteren Vorteil unseres Systems sehen wir darin, daß bislang gegenregulatori- sche Glukoseinfusionen nicht not- wendig waren. Die maschinelle Be- handlungszeit lag im Durchschnitt bei 6 bis 10 Stunden, in Ausnahme- fällen waren Meßzeiten bis 14 Stun- den erforderlich. Von dem automati- schen Kontroll-Infusionssystem wird der Patient erst abgehängt, wenn ei- ne völlige Stabilität der Stoffwech- sellage erzielt werden konnte.Diabetic ketoacidosis Pat. G. D. 20y.
Insulin: 59 U.
Sodium bicarbonate: 750 mEq Potassium: 190 mEq
Time: 7 hrs.
Darstellung 3: Automatische, rech- nergesteuerte Behandlung eines ke- toazidotischen Coma diabeticum — Ketoazidotisches Coma diabeticum:
Pat.: G. D. , 20 Jahre; Insulin: 59 U;
Natriumbikarbonat: 740 mval; Ka- lium: 190 mval; Behandlungszeit:
7 Stunden
2582 Heft 44 vom 2. November 1978 DEUTSCHES ÄRZTEBLATT
Als Kriterien hierfür gelten: ..,.. Völlig klare Bewußtseinslage; ..,.. ausgeglichener
Haushalt;
Säure-Basen-
..,.. stabile Blutzuckerwerte von 150-200 mg/100 ml über minde- stens 2 Stunden
..,.. und Serumkaliumspiegel von über 3,6 mval/1.
Abbildung 3 zeigt die Plotterausga- be bei einer 20jährigen Patientin, welche im Praecoma diabeticum mit einem Blutzucker von 438 mg/
100 ml, einem Blut-pH von 7,06 und einem pC02 von 13 mmHg zur Auf- nahme kam. Innerhalb von 7 Stun- den gelang der Ausgleich der völlig entgleisten Stoffwechselsituation. Insgesamt waren nur 591. E. Altinsu- lin nötig. Bei Verlegung betrug die Blutzuckerkonzentration 175 mg/
100 ml, das Blut-pH 7,42 und das pC02 32 mmHg. Neben dem Flüssig- keitsarsatz wurden insgesamt 190 mval Kalium sowie 750 mval Na- trium-Bikarbonatlösung substitu- iert.
Unser zunächst für die Forschung entwickeltes Modell ist vielfältig, be- sonders aber in der lntensivmedizin, verwendbar. Der relativ groß dimen- sionierte Rechner dient der Entwick- lung von Programmen zur Steue- rung der automatischen lnfusions- therapie. Für die Praxis können sehr viel einfachere und billigere Rech- ner diese Funktion übernehmen. Zur Behandlung der Azidose sind derar- tige Programme mit entsprechen- den Geräten von uns in Vorberei- tung.
Die Entwicklung ionensensitiver Elektroden läßt erwarten, daß die Meßgeräte sehr viel kleiner werden.
Dies gilt vor allem für die Glukose- messung (8). Hinzu kommt, daß mit solchen Elektroden auch Elektrolyte gemessen werden können, so daß das Angebot meßbarer Stoffwech- selparameter größer wird. Gerade die Beurteilung benötigter Elektro- lytmengen ist praktisch unmöglich,
da der Gehalt an Kalium in der Zelle beispielsweise auch mit dieser Me- thode nicht meßbar.ist. Die Bestim- mung der ausgeschiedenen Elektro- lyte läßt aber weitere Rückschlüsse bezüglich des Bedarfs zu. Die konti- nuierliche Messung von Stoffwech- selmetaboliten, etwa des Laktats, würde es ermöglichen, den Umsatz von Kohlenhydraten beurteilen zu können.
Literatur
(1) Berg, G., Sailer, D.: Experience in glucose
metabolism monitoring. ln: J. D. Kruse-Jarres, G. D. Molnar (Eds): Blood glucose monitoring.
Methodology and clinical application of con- tinuous in vivo glucose analysis. Horm, Metab.
Res., Sup~l. 7 (1977) 41 - (2) Kellner, R., Sailer, D:, Eberlem, W., Berg, G.: Nomogramm und Richtwerte für die rechnergesteuerte Therapie bei der azidotischen Hyperglykämie, Verh.
Dtsch. Ges. lnn. Med. 83 (1977) 1424 - (3) Kellner, R., Eberlein, W., Sailer, D., Berg, G.:
Grundlagen der rechnergeleiteten slow-doses Insulintherapie bei der diabetischen Hyper- glykämie, 12. Jahrestagung der Deutschen Diabetes-Gesellschaft Hombu rg/Saar, 19.-21. 5. 1977- (4) Matzkies, F.: Untersuchun- gen zur Pharmakakinetik von Kohlenhydraten als Grundlage ihrer Anwendung zur parentera- len Ernährung, Z. Ernährungswiss. 14 (1975) 184 - (5) Pfeiffer, E. F., Kerner, W., Herfarth, Ch., Giemens, A. H.: Das künstliche endokrine Pankreas in Experiment und Klinik, Dt. Ärzte- blatt 75 (1978) 547- (6) Sailer, D., Kellner, R., Berg, G.: Kontinuierliche bedside-Überwa- chung der Stoffwechselgrößen Glucos'e, pH und pC02 beim dekompensierten Diabetes
mellitus, Intensivmedizin 14 (1977) 352 - (7)
Schmdler, J. G., Riemann, W., Schäl, W.: Ka- liumselektive Scheiben-Elektrode mit Valino- mycin für Durchflußmessungen, Biomed.
Techn. 21 (1976) 135 - (8) Schindler, J. G., Riemann, W., Sailer, D., Berg, G., Schäl, W.: Ein Durchflußmaßsystem zur 02-sensitiv-enzymati- schen Glucose-Analyse. J. Clin. Chem. Clin. Biochem. 15 (1977) 709
Anschrift der Verfasser:
Professor Dr. med. Dr. h. c.
Gerhard Berg
Dr. med. Dietmar Sailer Abteilung für
Stoffwechsel und Ernährung in der Medizinischen Klinik . mit Poliklinik
der Universität Erlangen-Nürnberg Krankenhausstraße 12
8520 Erlangen
Magenschleimhaut bei familiärer Polyposis coli
Bei der familiären Polyposis coli fin- den sich bekanntlich unzählige Po- lypen im gesamten Dickdarm. Bei dieser autosomal dominant vererb- ten Erkrankung wurden bei 22 Pa- tienten aus 15 Familien auffallend häufig Magentumoren gefunden, und zwar in 15 von den 22 Fällen (68,2 Prozent). 9 Patienten hatten multiple Magenadenome, aus- schließlich in der Pylorusregion. Po- lypen fanden sich dagegen im Be- reich der Fundusdrüsen in einer Häufigkeit von 40 Prozent (6 von 15 Patienten).
Histologisch waren die Polypen aus normal strukturierter Fundus- schleimhaut aufgebaut. Bei 3 der 15 Patienten mit familiärer Adenomato- sis coli hatten sich im Magen Karzi- nome entwickelt. ln einem dieser 3 Fälle wurden 14 Mikrokarzinome in der Magenschleimhaut nachgewie- sen. ln den beiden anderen Fällen waren es je 2 beziehungsweise 3 Karzinome. Schließlich wurden bei 2 Patienten auch noch Karzinoide be- obachtet. Zwischen dem Schwere- grad der Polyposis coli und den Ver- änderungen der Magenschleimhaut bestand eine positive Korrelation.
Die 7 Patienten aus dem Untersu- chungsgut, bei denen keine Magen- veränderungen nachgewiesen wer- den konnten, wiesen alle eine nur mäßiggradige Ausprägung der Ade- nomatosis coli auf. Bei den Patien- ten mit massiver Adenomatosis coli fanden sich dagegen in allen Fällen auch multiple Tumoren im Magen.
..,.. Für die Praxis wichtig: Bei jedem Polyposis-coli-Fall den Magen be-
achten! Res
Watanabe, H.; Enjoji, M.; Yao, T.; Ohsato, K.:
Gastric Iasions in familial adenomatosis coli, Their incidence and histologic analysis, Hum.
Pathol. 9 (1978) 269-283, Second Department of Pathology, Faculty of Mediclne, Kyushu Uni- versity 60, 3-1-1, Maidashi, Higashi-Ku, Fukuo- ka 812, Japan
