DE69231929T2

DE69231929T2 - Blutsubstitutions- und organerhaltende lösungen

Info

Publication number: DE69231929T2
Application number: DE69231929T
Authority: DE
Inventors: Paul E. Segall; Hal Sternberg; Harold D. Waitz
Original assignee: Biotime Inc
Current assignee: Lineage Cell Therapeutics Inc
Priority date: 1991-04-19
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 2002-04-11
Anticipated expiration: 2012-04-18
Also published as: CA2066374C; EP0581883A1; IL101637A0; ATE202937T1; EP0581883B1; WO1992018136A1; DE69231929D1; EP0581883A4; JP3133330B2; ES2162797T3; CA2066374A1; JPH06506950A; IL101637A; US5574019A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet von Zusammensetzungen, die als wässrige Lösungen dazu verwendet werden können, einen lebenden Patienten, der einer Perfusion bedarf, zu perfundieren. Die Lösungen gemäß der vorliegenden Erfindung stellen wirksame Blutersatzlösungen dar. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Lösung dazu verwendet werden, die biologische Unversehrtheit der Organe eines Säuger- Spenderorganismus zu bewahren, die sich durch die größere anatomische Unversehrtheit von kryokonservierten Organen und Geweben von Patienten zeigt, die mit der erfindungsgemäßen Lösung perfundiert wurden. Die Lösungen können für eine Reihe von Zwecken verwendet werden, einschließlich der Aufrechterhaltung eines partiell oder im wesentlichen vollständig blutleeren Patienten bei Temperaturen, die wesentlich niedriger sind als die normalerweise von einem Säuger aufrechterhaltenen Temperaturen.

Hintergrund der Erfindung

Perfusionslösungen und Blutersatzlösungen sind bekannt. Die Blutersatzlösungen von Collins et al., "Kidney preservation for transplantation", Lancet 1219-1222 (1969); Collins G.M., Hypothermic kidney storage, Transplant Proc. IX: 1529 (1977); Fischer et al., "Flush solution 2, a new concept for one to three day hypothermic renal storage preservation", Transplantation 39: 2, 122-126 (1985); Ross et al., "72-hour canine kidney preservation without continuous perfusion", Transplantation 21: 498 (1976); Sacks et al., Transplantation 19: 283 (1974) und Kalierhoff et al., "Effects of the preservation conditions and temperature on tissue acidification in canine kidneys", Transplantation 39: 5, 485-489 (1985) bestehen alle nur aus Molekülen mit niedrigem Molekulargewicht, die sofort das Kapillarbett des Patienten durchdringen und somit bei Verwendung in einem Säuger-Patienten allgemein keine ordentliche Ionen- oder Flüssigkeitsbalance oder ein Plasmavolumen aufrechterhalten können.
Klebanoff und Philipps, Cryobiology 6: 121-125 (1969) beschrieben die hypothermische blutfreie Perfusion von Hunden, wobei 11 von 15 Versuchstieren die Perfusion mit gepuffertem Ringers Laktat bei 7.1 bis 16ºC (44.6-60.4 Grad Fahrenheit) bis zu 95 Minuten überlebten.
Blutersatzlösungen, die zur Aufrechterhaltung des Volumens eine undurchgängige Substanz enthalten, verwenden humanes Serumalbumin oder ein Gemisch aus Plasmaproteinen als undurchgängiges Molekül zur Aufrechterhaltung des Blutvolumens. Diese sind in Wall et al., "Simple hypothermic preservation for transporting human livers long distances for transplantation", Transplantation 23: 210 (1977); Belzer et al., "Combination perfusion-cold storage for optimum cadaver kidney function and utilization", Transplantation 39: 2, 118-121 (1985), beschrieben.
Haff et al., Journal of Surgical Research 19: 1, 13-19 (1975) beschreiben die blutfreie hypothermische Perfusion von Hunden unter Verwendung zweier Lösungen: die erste Lösung ist eine Spüllösung, umfassend gepooltes delipidiertes homologes Plasma und Elektrolyte, und die zweite Lösung besteht aus gepooltem delipidiertem homologen Plasma, Elektrolyten und zusätzlich Kaliumchlorid in einer Konzentration von 10mEq/Liter. Haff et al. beschreiben auch die Verwendung ihrer Lösungen mit einem Schlagpumpen-Oxygenator und mit hypothermischer Perfusion. Sie schlagen vor, dass die Verfahren verwendet werden könnten zum Transport von Leichen von Organspendern über weite Distanzen und als Alternative zu einem hypothermischen Kreislauf-Stillstand für die blutfreie komplizierte Chirurgie.
Lösungen zur Organerhaltung, die nicht auf Plasma basieren, sind in Bishop et al., "Evaluation of hypertonic citrate flushing solution for kidney preservation using the isolated perfused rat kidney", Transplantation 25: 5, 235-239 (1978), beschrieben. Dieser Artikel beschreibt eine Perfusionslösung, die 50 g/Liter Dextran enthält. Diese Konzentration unterscheidet sich deutlich von den erfindungsgemäßen Lösungen. Zusätzlich unterscheiden sich die Elektrolyt- und Ionen-Konzentrationen deutlich von den in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Konzentrationen.
Segall et al., Federation Proceedings 44(3): 623, (1985), beschreiben, dass eine auf Ringers Laktat basierende heparinisierte Blutersatzlösung, die 6% Dextran 40 enthielt, verwendet wurde, um bei Hamstern die Körpertemperatur vor der Zirkulation von Kälteschutz- Lösungen, die nicht beschrieben sind, für 1 bis 1.5 Stunden zu senken.
Segall et al., (1987) Federation Proceedings, Seite 1338, beschreiben, dass eine Blutersatzlösung, die Dextrose (180 mg/dl) und 25 mM HEPES enthielt, verwendet wurde, einen Hund auf 3ºC zu perfundieren, als die Perfusion völlig gestoppt wurde. Die vollständige Zusammensetzung der Blutersatzlösung ist nicht angegeben.
Segall et al., US-PS 4,923,442, beschreiben eine Anzahl von Lösungen, die als Blutersatzlösungen für lebende Patienten verwendet wurden. Diese enthalten alle wenigstens eine gewisse Konzentration eines cardioplegischen Agens, gewöhnlich Kaliumion. Segall et al., US-PS 4,923,442 beschreibt auch chirurgische Verfahren, insbesondere in Bezug auf die Anordnung der Instrumente und der Kontrolle des Lungenkeildrucks (wedge pressure), der allgemein auf die Perfusion von Patienten anwendbar ist.

Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfasst ein Materialiengemisch einschließlich essentieller Elektrolyten, eines onkotischen Agens, eines einfachen Zuckers und eines physiologisch verträglichen Puffers. Als wässrige Lösung nähert sich die Osmolalität der Lösung der von Plasma an.
Die erfindungsgemäße Lösung kann für von eine Vielzahl von Anwendungen benützt werden, einschließlich für das am Leben halten eines teilweise oder im wesentlich vollständig blutleeren Patienten bei Temperaturen, die deutlich unter denen liegen, die normalerweise von einem Säuger aufrechterhalten werden. Zusätzlich können die Lösungen dazu verwendet werden, einen teilweise oder im wesentlich vollständig blutleeren Patienten bei normalen Körpertemperaturen am Leben zu erhalten. Weiterhin kann unter Zugabe von bestimmten Addukten die Lösung verwendet werden, das Leben oder die biologische Unversehrtheit eines perfundierten Patienten oder seiner Organe aufrechtzuerhalten, während er schwerwiegenden hypothermischen Bedingungen ausgesetzt ist. Die Lösung kann auch verwendet werden, einen euthermischen Patienten in einer Druck-Umgebung mit einer bis auf 100% O&sub2; erhöhten Sauerstoffkonzentration für Zeitspannen aufrechtzuerhalten, die ausreichen, eine geeignete Wiederherstellung der Blutbestandteile zu erlauben.
Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden, einen Säuger- Patienten zu perfundieren und auf Temperaturen abzukühlen, die deutlich hypothermisch zur normalen Temperatur des Patienten sind. Die Lösung kann verwendet werden, um den Patienten für lange Zeitspannen, die meistens eine Stunde überschreiten, in einer deutlichen Hypothermie aufrechtzuerhalten, und von denen sich ein gesunder Patient ohne fortdauernde Krankheitserscheinungen erholen kann.
Ein wichtiger Unterschied der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik von Segall et al., US-PS 4,929,442, besteht darin, dass die erfindungsgemäße Lösung keine vielfachen Lösungen benötigt, um wirksam an einen Patienten zum Zweck des Blutersatzes oder zur Aufrechterhaltung eines Säuger-Patienten bei niedrigen Temperaturen verabreicht zu werden.
Zusätzlich ist bei den erfindungsgemäßen Lösungen die Anwesenheit eines cardioplegischen Agens in irgendeiner der Lösungen nicht nötig, während ein cardioplegisches Agens Teil der Basislösungen und allen anderen in US-PS 4,924,442 beschriebenen und beanspruchten Lösungen ist. Die Abwesenheit eines cardioplegischen Agens, insbesondere das Fehlen von Kaliumchlorid oder eines Kaliumions als Erfordernis in der erfindungsgemäßen Lösung bewirkt, dass die erfindungsgemäße Lösung dazu geeignet ist, an eine Vielzahl von Säuger-Patienten zu einer Vielzahl von Zwecken verabreicht zu werden.
Wichtigerweise kann die erfindungsgemäße Lösung zum vollständigen Blutersatz eines Säuger-Patienten verwendet werden, ohne überhaupt ein Kaliumion in der Lösung zu verwenden. Das Weglassen des Kaliumsalzes oder -ions aus der Lösung erlaubt, dass die Lösung in Säuger-Patienten während aller Phasen des Blutersatzes verwendet werden kann, vom anfänglichen Auswaschen ("washout") des Blutes des Patienten bis zum vollständigen oder wesentlich vollständigen Ersatz des zirkulierenden Blutes, wobei die Versuchsperson in einem blutfreien Zustand aufrechterhalten wird, und schließlich während der Reperfusionsphase mit Blut.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Lösung an Primaten verabreicht wird. Rote Blutzellen von Primaten enthalten hohe Konzentrationen an Kaliumionen. Wird Primatenblut für eine beliebige Zeit gelagert, wie es bei aus Blutbanken erhaltenem Blut nahezu immer der Fall ist, führen auch geringe Lysespiegel der roten Blutzellen praktisch immer zu hohen Kaliumion-Konzentrationen aufgrund der Freisetzung von Kaliumionen aus den lysierten roten Blutzellen der Primaten. Bei der Infusion ist dieses Blut dann hyperkaliämisch. Dies ist dann kein Problem, wenn das Blut in Patienten mit ausreichend zirkulierendem Blut infundiert wird, da die hohe Kaliumion-Konzentration dann verdünnt wird. Wird Primatenblut im Gegensatz dazu in die Aufrechterhaltungslösung wie in US-PS 4,924,442 beschrieben transfundiert, die eine hohe Kaliumkonzentration enthält, kann das Kaliumion im transfundierten Blut nicht auf sichere Spiegel in einem größeren Volumen von zirkulierendem Blut mit normalen Kaliumkonzentrationen verdünnt werden. Dabei kann es zu Herzinsuffizienz kommen, die auch häufig auftritt.
Im Gegensatz dazu enthält die erfindungsgemäße Lösung kein Kalium. Die Verdünnung des Kaliumions in gelagertem transfundiertem Blut in die größere Reserve der Blutersatzlösung ist daher möglich. Daher können hohe Konzentration an Kaliumionen, und dadurch verursachte mögliche Herzarrhythmien und Herzinsuffizienz durch Verwendung der erfindungsgemäßen Lösungen einfacher kontrolliert werden.
Die vorliegende Erfindung umfasst genauer ein Gemisch von Materialien, das zur Perfusion eines Patienten, der einer Perfusion bedarf, verwendet werden kann, sobald es in wässrige Lösung gebracht wird. Die Materialien können als trockenes steriles Gemisch, zu dem steriles Wasser oder eine sterile Salzlösung zur Bildung einer wässrigen Lösung hinzugegeben werden können, bereitgestellt werden. Falls ein trockenes und steriles Gemisch vorliegt, können die Materialien in einem sterilen Behälter bereitgestellt werden, der zum Mischen mit sterilem Wasser oder steriler Saline geeignet ist. Alternativ kann das Materialiengemisch in einem sterilen Behälter als wässrige Lösung bereitgestellt werden.
Das erfindungsgemäße Materialiengemisch umfasst ein onkotisches Agens, einen physiologisch verträglichen Puffer, einen einfachen Hexosezucker, Chloridsalze von Kalzium, Natrium und Magnesium und ein organisches Natriumsalz. Wenn das Gemisch als trockenes steriles Gemisch, geeignet zur Zugabe von steriler Salzlösung, bereitgestellt wird, wird der Gehalt an Natriumchloridsalz im trockenen Gemisch in einer Menge angepaßt oder weggelassen, die der Menge an Natriumchlorid entspricht, die in der sterilen Salzlösung vorhanden ist. Wird das Gemisch als wässrige Lösung bereitgestellt, umfasst es Wasser, ein onkotisches Agens, einen physiologisch verträglichen Puffer, einen einfachen Hexosezucker, gelöste Kalzium-, Natrium- und Magnesiumchloridsalze und ein gelöstes organisches Natriumsalz. Wird das erfindungsgemäße Gemisch als wässrige Lösung bereitgestellt, wird es bevorzugt, die Lösung als sterile Lösung in einem sterilen Behälter bereitzustellen. Alternativ kann die wässrige Lösung gemäß der Erfindung als nicht-sterile Lösung bereitgestellt und nachfolgend in sterile Behälter sterilfiltriert oder autoklaviert werden.
Für Zwecke der weiteren Beschreibung der Erfindung wird das erfindungsgemäße Gemisch als wässrige Lösung diskutiert. Anhand der folgenden Beschreibung der Erfindung wird erwartet, das ein Durchschnittsfachmann dazu befähigt wird, das Gemisch als trockenes Gemisch bereitzustellen und die notwendigen Anpassungen der Mengen an Natriumchlorid und organischen Natriumsalz durchzuführen, um die Mengen an Natriumchlorid in normaler Salzlösung anzupassen, die als Verdünnungsmittel für das erfindungsgemäße trockene Gemisch verwendet werden kann.
Eine Anzahl organischer Natriumsalze kann in dem erfindungsgemäßen Gemisch verwendet werden. Solche organischen Salze umfassen Natriumcitrat, Natriumgluconat, Natriumpyruvat, Natriumsuccinat, Natriumdicarbonat und Natriumlaktat. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Natriumgluconat verwendet. Die Verwendung von Natriumcitrat ist ebenfalls in den erfindungsgemäßen Lösungen erwünscht. Im allgemein können die Pyruvat-, Laktat- und Dicarbonat-Natriumsalze weniger erwünscht sein, obwohl sie auch für die erfindungsgemäße Lösung akzeptabel sind. Die Bildung von Pyruvat und Laktat kann auf ein Versuchstier unerwünschte physiologische Wirkungen haben, einschließlich der Verursachung von Muskelkrämpfen. Natriumdicarbonat kann die Pufferkapazität der erfindungsgemäßen Lösung verändern.
Die Menge an verwendetem organischem Natriumsalz wird als Ergänzung der erhaltenen Natriumion-Konzentration berechnet, die man aus dem Natriumchlorid in der Lösung erhält, so dass die aus dem organischem Natriumsalz erhaltene Natriumion-Konzentration ausreicht, die Konzentration an Natriumion in der Lösung auf eine Konzentration oberhalb der von physiologisch normalen Plasma anzuheben, ohne zusätzlich Chloridion bereitzustellen. Deshalb liegt die Konzentration an Natriumion in der Lösung über der Natriumionkonzentration, die man in physiologisch normalem Plasma findet, wenn man die Menge oder die Konzentration an Natriumion in Betracht zieht, die man aus dem organischen Natriumsalz oder dem Natriumchlorid erhält.
Somit ist z.B. bei Verwendung von Natriumgluconat die Konzentration an Natriumgluconat ausreichend, wenn sie, zusammengenommen mit dem Natriumchlorid in Lösung, die Natriumionkonzentration in der Lösung auf eine Konzentration über der von physiologisch normalem Plasma bringt. Hinsichtlich der molaren Konzentration liegt die Konzentration an organischem Salz in der Lösung in einem Bereich von 5 mM bis 70 mM. Die Konzentration von organischem Natriumsalz beträgt vorzugsweise etwa 27 mM. Natriumgluconat wird in dem vorhergehenden Konzentrationsbereich und in der bevorzugten Konzentration verwendet.
Die erfindungsgemäße Lösung schließt auch eine Konzentration an Kalzium-, Natrium- und Magnesiumion innerhalb des Bereichs der normalen physiologischen Konzentrationen dieser Ionen im Plasma ein. Die erfindungsgemäße Lösung enthält kein Kaliumion. Allgemein wird die erwünschte Konzentration dieser Ionen von den gelösten Chloridsalzen von Kalzium, Natrium und Magnesium erhalten, und im Fall von Natrium von einem gelösten organischen Natriumsalz, welches ebenfalls in Lösung ist.
Die Natriumchloridkonzentration in der erfindungsgemäßen Lösung liegt in einem Bereich von 70 mM bis 160 mM. Bevorzugt liegt die Natriumchloridkonzentration in der erfindungsgemäßen Lösung in einem Bereich von 85 bis 95 mM. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Natriumchloridkonzentration 90 mM.
Ebenfalls in der erfindungsgemäßen Lösung liegt die Kalziumchloridkonzentration in einem Bereich von 0.5 mM bis 4.0 mM. Die Kalziumchloridkonzentration in der erfindungsgemäßen Lösung liegt bevorzugt in einem Bereich von 1.5 mM bis 3.5 mM. Insbesondere liegt die Kalziumchloridkonzentration in einem Bereich von 1.5 mM bis 2.5 mM. In der am meisten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Kalziumchloridkonzentration 2 mM.
Die Konzentration an Magnesiumchlorid in der erfindungsgemäßen Lösung liegt in einem Bereich von 0 bis 10 mM. Es ist bevorzugt, wenigstens eine kleine Menge an Magnesiumchlorid in der Lösung in einem Bereich von 0.5 mM bis 10 mM einzuschließen. Insbesondere enthält die erfindungsgemäße Lösung eine Magnesiumchloridkonzentration von etwa 2 mM. Es ist wichtig, keine übermäßigen Mengen an Magnesiumion in der erfindungsgemäßen Lösung einzuschließen, da hohe Konzentration an Magnesiumion die Stärke der kontraktilen Aktivität des Herzens negativ beeinflussen.
Die erfindungsgemäße Lösung schließt auch eine Menge eines einfachen Hexosezucker sein, beispielsweise Glukose, Fruktose und Galaktose. Während nicht-nahrhafte Hexosezucker wie Sorbitol und Xylitol in der Lösung verwendet werden könnten, sind sie nicht bevorzugt. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nahrhafte Hexosezucker verwendet. In der erfindungsgemäßen Lösung könnte ein Gemisch der Zucker verwendet werden. In der erfindungsgemäßen Lösung wird Glucose am meisten bevorzugt. Allgemein wird die Zuckerkonzentration in der erfindungsgemäßen Lösung in einem Bereich von 2 mM und 10 mM liegen. Hinsichtlich Glucose wird eine Konzentration von 5 mM bevorzugt. Es kann jedoch wünschenswert sein, die Konzentration an Hexosezucker zu erhöhen, um den Flüssigkeitsrückhalt in den Geweben eines Patienten zu erniedrigen. Somit kann die Konzentration von Hexosezucker, wenn nötig, bis auf 50 mM erhöht werden, um Ödemen in dem behandelten Patienten vorzubeugen oder sie zu limitieren.
Der pH-Wert der erfindungsgemäßen Lösung wird durch die Verwendung eines physiologisch verträglichen Puffers aufrechterhalten. "Physiologisch verträgliche Puffer" bezeichnet Puffer, die in dem Bereich des physiologischen pH zwischen 7.2 und 7.9 puffern und eine breitere Pufferspanne haben können. Allgemein wird der physiologisch verträgliche Puffer in der erfindungsgemäßen Lösung einen pKa von 7.77 bei 37ºC und ein delta pKa/ 0ºC von -0.031 aufweisen.
Zusätzlich sind diese Puffer für lebende Patienten nicht-toxisch. Insbesondere wird Tris[hydroxymethyl]methylaminomethan (TRIS) allgemein als sicher zur Verwendung in Tieren und Menschen angesehen. Andere Puffer, die zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Blutersatzlösung geeignet sind, schließen ein: N-2- Hydroxyethylpiperazin-N'-2-hydroxypropansulfonsäure (HEPES) Puffer mit einem nützlichen pH-Bereich zwischen 6.8 und 8.2; 3-(N-Morpholino) propansulfonsäure (MOPS), pH-Bereich 6.5-7.9; 2-([Hydroxy-1,1-bis(hydroxymethyl)-ethyl]amino) ethansulfonsäure (TES), pH- Bereich 6.8-8.2; 3-[N-tris(Hydroxymethyl)methylamino]-2-hydroxypropansulfonsäure (TAPSO), pH-Bereich 7.2-8.2 und 4-[2-hydroxyethyl]-1-piperazinpropansulfonsäure (EPPS), pH-Bereich 7.3-8.7. In der vorliegenden Erfindung wird TRIS bevorzugt. Die in der Lösung verwendete Konzentration an TRIS-Base zum Erreichen der gewünschten Pufferkapazität beträgt 25 mM. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Lösung wird der pH der Lösung durch Zugabe von Hydrochlorsäure auf 7.8 bei 25ºC gebracht.
"Onkotisches Agens" bezeichnet Moleküle, deren Größe ausreicht, um ihren Verlust aus der Zirkulation durch Durchdringen der Fenster des Kapillarbettes in die interstitiellen Räume der Körpergewebe zu verhindern. Als Gruppe sind onkotische Agenzien beispielweise durch Blutplasmaexpander dargestellt
Humanes Serumalbumin ist ein Blutplasmaprotein, welches zur Expansion des Plasmavolumens verwendet wird. Es sind auch Polysaccharide bekannt, im allgemeinen als Glucanpolymere charakterisiert, die als Blutplasmaexpander verwendet werden. Allgemein wird bevorzugt, dass das Polysaccharid nicht-antigen ist.
Hetastarch (American Home Products) ist ein künstliches Kolloid, abgeleitet von wachsartiger Stärke, die fast vollständig aus Amylopektin besteht, in dem Hydroxyethylethergruppen in die α1→4 verbundenen Glukoseeinheiten eingebracht sind. Die kolloidalen Eigenschaften einer 6% (Gewicht/Gewicht) Hetastarch-Lösung nähern sich denen von humanem Serumalbumin an. Andere Polysaccharidderivate können als onkotische Agenzien in den erfindungsgemäßen Lösungen geeignet sein, einschließlich Hydroxymethyl α1→4 oder 1→6 Polymeren. Cyclodextrine können als onkotische Agenzien für die erfindungsgemäße Blutersatzlösung geeignet sein.
D-Glucosepolymere werden bevorzugt. Dextran, eine D-Glucose, die hauptsächlich durch α1→6 Bindung verbunden ist, ist besonders bevorzugt. Polysaccharide wie Dextran in einem Molekulargewichtsbereich von 30.000 bis 50.000 Daltons (D) werden bevorzugt. Dextran 40 mit einem Molekulargewicht von 40.000 D wird am meisten bevorzugt.
Polysaccharide mit einem hohem Molekulargewicht, wie Dextran 70 mit einem Molekulargewicht von 70.000 D sind allgemein weniger bevorzugt, da sie die Viskosität der kolloidalen Lösung erhöhen und das Erreichen hoher Flußraten verschlechtern. Solche Dextranlösungen mit hohen Molekulargewicht können jedoch bei der Verbeugung von Gewebeschwellungen wirksamer sein, aufgrund ihrer geringeren Auslaufrate aus Kapillaren. Sie können besonders hilfreich zur Behandlung cerebraler Ischämie bei hyperbarischen Sauerstoffspannungen sein, während sie gleichzeitig wirksam ein cerebrales Ödem behandeln. Unter solchen Bedingungen kann es erwünscht sein, Polysaccharide mit höherem Molekulargewicht wie Dextran in einem Molekulargewichtsbereich von 50.000 bis 70.000 D zu verwenden.
Wird Dextran 40 in den erfindungsgemäßen Lösungen verwendet, dann werden 8% Dextran 40 (Gewicht/Gewicht) oder 80 g pro Liter (1) Wasser verwendet. Die Molarität der erfindungsgemäßen Blutersatzlösung liegt in einem Bereich von 290 bis 330 mM, wobei eine Molarität von 300 bevorzugt wird. Eine Endmolarität von 298 mM wird am meisten bevorzugt.
Die Polysaccharidkonzentration in den erfindungsgemäßen Lösungen ist, zusammengenommen mit den Chloridsalzen von Natrium, Kalzium und Magnesium, dem organischen Ion des organischen Natriumsalzes und dem hier diskutierten Hexosezucker ausreichend, um kolloidale osmotische Drücke zu erreichen, die sich denen von normalem humanen Serum von 28 mm Hg annähern.
Die erfindungsgemäße Lösung kann in Patienten während Verfahren als zirkulierende Lösung in Verbindung mit Sauerstoff oder hyperbarischem Sauerstoff bei normalen Körpertemperaturen, oder mit oder ohne hyperbarischen Sauerstoff verwendet werden. Die erfindungsgemäße Lösung kann auch als zirkulierende Lösung in Patienten während Verfahren verwendet werden, bei denen die Körpertemperatur des Patienten signifikant unter die normale Temperatur des Patienten gesenkt wird. Werden warmblütige Patienten während chirurgischen Maßnahmen und bei der Organspende von Leichen bei niedriger Temperatur niedrigen Temperaturbedingungen ausgesetzt, ist es allgemein erwünscht, das Blut des Patienten mit einer kalten zirkulierenden erfindungsgemäßen Lösung zu ersetzen. Diese ist dazu entwickelt, den Patienten und seine Organe zu perfundieren und während des Verfahrens intakt aufrechtzuerhalten.
Die Lösung der vorliegenden Erfindung kann intravenös oder intraarteriell an einen euthermischen Patienten verabreicht werden, der sich in einer Druckatmosphäre einer erhöhter Sauerstoffkonzentration bis zu 100% Sauerstoff befindet oder an solch einen Patienten, der sich einem Verfahren unterzieht, währenddessen die Körpertemperatur des Patienten signifikant unter die normale Körpertemperatur des Patienten reduziert wird, unabhängig davon, ob hyperbarischer Sauerstoff verwendet wird oder nicht. Während die Lösung an den Patienten verabreicht und durch diesen zirkuliert wird, können verschiedene Agenzien, wie cardioplegische Agenzien entweder direkt in das Kreislaufsystem oder direkt in das Myokard des Patienten verabreicht werden, oder der zirkulierenden erfindungsgemäßen Lösung zugegeben werden, um die erwünschten physiologischen Effekte zu erreichen, wie die Aufrechterhaltung einer regelmäßigen kontraktilen Aktivität, den Stopp der Herzfibrillation oder die vollständige Hemmung der kontraktilen Aktivität des Myokards oder des Herzmuskels.
"Cardioplegisches Agens" bezeichnet Materialien, weiche die Myokard-Kontraktion zum Stillstand bringen. Cardioplegische Agenzien umfassen bestimmte Anästhetika wie Lidocain, Procain und Novocain und einwertige Kationen wie Kaliumion in Konzentrationen, die ausreichen, eine Hemmung der Myokard-Kontraktion zu erzielen. Kaliumion- Konzentrationen, die diesen Effekt erzielen, sind allgemein höher als 15 mM.
Während der Wiederbelebung eines Patienten nach einem Zeitraum bei einer subnormalen Temperatur oder gekühlter Aufrechterhaltung unter der Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung um den Patienten aufrechtzuerhalten, kann der Patient mit einem Gemisch aus der erfindungsgemäßen Lösung und aus Blut, das vom Patienten zurückbehalten oder von Blutspendern erhalten wurde, reinfundiert werden. Während der Aufwärmung des Patienten wird Vollblut solange infundiert, bis der Patient einen annehmbaren Hämatokritwert erreicht, wobei allgemein Hämatokritwerte von etwa 30% überschritten werden. Bei Erreichen eines annehmbaren Hämatokrits wird die Perfusion beendet und der Patient wird nach dem Verschließen von chirurgischen Wunden mit herkömmlichen Methoden wiederbelebt.
Allgemein wird die erfindungsgemäße Lösung bei normaler Temperatur des Patienten intravenös verabreicht. Ist der Patient abgekühlt, wird die Lösung mit einer Zirkulationsvorrichtung, z.B. mit einer Zentrifugalpumpe, einer Walzenpumpe, einer peristaltischen Pumpe oder anderen bekannten und erhältlichen Zirkulationspumpen verabreicht. Die Zirkulationsvorrichtung wird mittels Kanülen, die chirurgisch in geeignete Venen und Arterien eingesetzt werden, an den Patienten angeschlossen. Bei Verabreichung der Lösung an einen abgekühlten Patienten wird diese allgemein durch eine Arterienkanüle verabreicht und aus dem Versuchsorganismus durch eine Venenkanüle entfernt und verworfen oder gelagert.
Die erfindungsgemäße Lösung kann in einer Vielzahl von chirurgischen Anordnungen und Verfahren verwendet werden. Sie kann bei komplizierter Neurochirurgie nützlich sein, bei der klare chirurgische Bereiche absolut nötig sind, und bei der eine verminderte Aktivität des ZNS erwünscht sein kann, und durch Durchführung des Verfahrens an einem Patienten erreicht werden kann, dessen Kerntemperatur und/oder Gehirntemperatur wesentlich gesenkt wurde.
Die erfindungsgemäße Lösung kann verwendet werden, einen Patienten bei normaler Körpertemperatur in einer Druckumgebung bei erhöhter Sauerstoffkonzentration oberhalb der atmosphärischen Sauerstoffspannung bis zu 100% Sauerstoff aufrechtzuerhalten, bis genügend Blutbestandteile von dem Versuchsorganismus synthetisiert werden können, um Leben bei atmosphärischem Druck und Sauerstoffkonzentration zu unterstützen. Die erfindungsgemäße Lösung kann dazu verwendet werden, einen Patienten bei Temperaturen unterhalb der normalen Körpertemperatur und bei einer verminderten Stoffwechselrate nach traumatischer lebensbedrohlicher Verletzung aufrechtzuerhalten, bis geeignete lebenserhaltende oder korrigierende chirurgische Verfahren durchgeführt werden können. Zusätzlich kann die Lösung verwendet werden, einen Patienten mit einer seltenen Blut- oder Gewebegruppe aufrechtzuerhalten, bis ein geeigneter passender Spender gefunden werden kann und bis Blutersatzeinheiten oder andere Organe erhalten werden können.
Überraschenderweise wurde entdeckt, dass das zirkulierende Blut eines Säuger-Patienten im wesentlichen vollständig mit der erfindungsgemäßen Lösung ersetzt werden und der Versuchsorganismus ohne Reinfusion von Blut am Leben erhalten werden kann. Man nimmt an, dass bei einem Hämatokrit unter 10% das Blut eines Säuger-Patienten im wesentlichen vollständig ersetzt ist. Die erfindungsgemäße Lösung kann natürlich dazu verwendet werden, einen Patienten mit einem Hämatokrit höher als 10% aufrechtzuerhalten.
Das Verfahren zum im wesentlichen vollständigen Ersatz des zirkulierenden Blutes des Säuger-Patienten kann durchgeführt werden, während die Körpertemperatur des Säuger- Patienten bei im wesentlich normaler Körpertemperatur des Patienten aufrechterhalten wird. Zusätzlich kann das Verfahren mit Abkühlung des Patienten und Senkung seiner Körpertemperatur unter die normale Temperatur durchgeführt werden. Solches Abkühlen kann durch Kühlen des Versuchsorganismus in einem Eisbad oder in einer Eis-Salz- Aufschwemmung durchgeführt werden. Weiterhin kann der Patient auch durch Abkühlen der erfindungsgemäßen Lösung, bevor der Versuchsorganismus mit der Lösung perfundiert wird, gekühlt werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zum im wesentlichen vollständigen Ersatz des zirkulierenden Blutes des Säuger-Patienten wird der Patient bevorzugt in eine Überdruckkammer gesetzt. Die Überdruckkammer wird Sauerstoffdrücken mit Sauerstoffkonzentrationen von über 20%, bevorzugt 50% bis 100% Sauerstoff ausgesetzt. Während des Verfahrens wird der Druck der Überdruckkammer in einem Bereich von 0.5 psi [1 psi = 2.832 · 10&supmin;² bar] bis zum 2-fachen des atmosphärischen Drucks beibehalten.
In der bevorzugten Ausführungsform wird der Patient abgekühlt und mit der erfindungsgemäßen Lösung perfundiert. Dabei wird ein Arterienkatheter benützt, um die erfindungsgemäße Lösung in das Kreislaufsystem des Patienten einzubringen. Blut und das Perfusat werden mittels eines Venenkatheters aus dem Patienten entfernt. Auf diese Weise wird das zirkulierende Blut des Patienten im wesentlichen vollständig entfernt. Dies kann durch Messung des Hämatokrits des Ausflusses aus dem Venenkatheter bestimmt werden. Zur Durchführung des Verfahrens wird ein Patient in einer Überdruckkammer hyperbarischen Drücken von 0.02 bis etwa 2 Atmosphären [1 atm = 101325 Pa] oberhalb des atmosphärischen Drucks (0.5-30 Pfund pro Quadrat inch [psi], 1 psi = 2.832 · 10&supmin;² bar) mit 100% Sauerstoff ausgesetzt. Sobald das zirkulierende Blut des Versuchsorganismus im wesentlich vollständig entfernt ist, wird die Perfusion gestoppt, die Kanülen entfernt und die chirurgischen Wunden geschlossen. Falls erforderlich, wird der Druck der hyperbarischen Kammer während des Wundverschluss auf den atmosphärischen Druck verringert. Der Versuchsorganismus wird nachfolgend bei hyperbarischem Druck bei hoher Sauerstoffkonzentration gehalten. Der Druck wird schrittweise auf einen niedrigeren, immer noch hyperbarischen Druck vermindert. Bevorzugt wird der Druck für einige Stunden bis zu einigen Tagen unter 10 bis 5 psi (1 psi = 2.832 · 10&supmin;² bar) gehalten. Nachfolgend wird der Druck wieder schrittweise auf unter 1 psi und bevorzugt auf etwa 0.5 psi (1 psi = 2.832 · 10&supmin;² bar) gesenkt und bei diesem Druck für einen zusätzlichen Zeitraum von bis zu einem Tag oder mehr gehalten.
Die Lösung kann auch verwendet werden, um die physiologische Unversehrtheit eines Organspenders unmittelbar nach dem Eintreten des Hirntods aufrechtzuerhalten. Der Patient kann abgekühlt, das Blut entfernt und mit zirkulierender Lösung bei weniger als 37ºC ersetzt werden, oder während der Zirkulation von erfindungsgemäßer kalter Lösung. Diese Anwendung der Lösung kann die Ischämie lebenswichtiger Organe minimieren, sobald ein Organspender nicht mehr künstlich beatmet wird. Zirkulation der kalten erfindungsgemäßen Lösung durch das Kreislaufsystem des Versuchsorganismus bei niedriger Temperatur ermöglicht die Organerhaltung lebenswichtiger Organe für längere Zeiträume, mit oder ohne Platzierung des Versuchsorganismus in eine hyperbarische Sauerstoffkammer. Somit wird die Zahl der Organe, die von einem Spender für potentielle Transplantatempfänger wirksam verwendet werden können, maximiert.
In einem anderen Aspekt der Erfindung wurde entdeckt, dass die Verwendung bestimmter Addukte, insbesondere von Propandiol und hoher Glukosekonzentrationen zur Volumenerhöhung der erfindungsgemäßen Lösung, die Senkung der Temperatur von Spenderorganen, insbesondere von Spenderherzen, unter den Gefrierpunkt von Wasser (0ºC) ermöglicht. Diese können aus dem gefrorenen Zustand in einen Zustand zurückversetzt werden, in dem sie zur Aufrechterhaltung einer koordinierten Herzkontraktion fähig sind. Weiterhin war es durch Verwendung der erfindungsgemäßen Lösung mit solchen Addukten möglich, die Temperatur intakter Säuger-Spenderpatienten unterhalb den Gefrierpunkt von Wasser (0ºC) zu senken und diese aus dem gefrorenen Zustand wieder in einen Zustand zu versetzen, in dem sie zur Aufrechterhaltung einer koordinierten Herzkontraktion fähig sind. Es wird angenommen, dass auch andere Organsysteme in einem physiologischen Zustand, der Leben erhalten kann, aufrechterhalten werden können.
Die Addukte zur Lösung umfassen aliphatische Polyalkohole mit niedrigem Molekulargewicht. Diole, beispielsweise Ethylendiol, Propandiol und Butandiol werden bevorzugt. Von diesen Diolen wird insbesondere Propandiol bevorzugt. Andere Polyalkohole, die als Addukte zur Konservierung von Organen und Organspendern bei niedriger Temperatur, bei Erhaltung unter 0ºC geeignet sein können, sind Polyethylenglykole mit niedrigem Molekulargewicht. In diesem Aspekt der Erfindung wird bevorzugt, das das Addukt zur Lösung in einer Endkonzentration von zwischen 0.2 M bis 1 M zugegeben wird. Bezüglich Propandiol wird insbesondere ein Bereich von 0.2 M bis 0.6 M bevorzugt. Am besten ist eine Konzentration von 0.4 M Propandiol. 1,2-Propandiol wird als Addukt zur Lösung bei Organ- und Donorkonservierung bei niedriger Temperatur bevorzugt, während 1,3 Propandiol auch verwendet werden kann.
Die Glukosekonzentration in der Lösung, die zur Erhaltung von Organen und Organspendern unterhalb von 0ºC nützlich ist, liegt im Bereich von etwa 0.6 M bis etwa 1.4 M. Eine Glukosekonzentration von etwa 1 M ist bevorzugt.
Ein weiteres Addukt, welches für die erfindungsgemäße Lösung zur Erhaltung von Organen und Spenderorgangeweben bei niedriger Temperatur und unterhalb 0ºC nützlich ist, ist Trimethylaminoxid (TMAO). TMAO kann der unmittelbar vorstehend beschriebenen Lösung in einer Endkonzentration in einem Bereich zwischen 0.2 M und 7 M zugegeben werden. Die erfindungsgemäße Lösung mit TMAO führt, bei der Perfusion in einen Patienten, zu einer verbesserten biologischen Unversehrtheit der Gewebe. Dies zeigt sich durch die bessere anatomische Erhaltung der Gewebe.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung und ihre Verwendung veranschaulichen.

BEISPIEL 1

Herstellung der Lösung: 10 Liter

1. Sorgfältige Reinigung eines großen Behälters (z.B. Nalgene Plastik Säureballon, "Carboy") mit Seife und Wasser. Dieser Behälter sollte sorgfältig kalibriert und markiert werden, indem die Höhe jedes Liter Lösung in dem Behälter kalibriert wird. In diesem Beispiel wird der Säureballon ("Carboy") in 1-Liter-Schritten bis zu 10 Litern kalibriert. Idealerweise sollte der Säureballon ("Carboy") 10-12 Liter fassen, wenn 10 Liter Lösung hergestellt werden. Vor der Verwendung wird der Behälter sorgfältig mit deionisiertem Wasser ausgespült.
2. Zugabe von zunächst 80 g/l (oder 800 g für 10 Liter) pyrogen-freiem Dextran 40 (erhältlich von Pharmachem oder Pharmacia) zu dem gereinigten und gespülten Behälter. Zugabe von deionisiertem Wasser, um das Volumen auf 2/3 bis 4/5 des erwünschten Endvolumens der herzustellenden Lösung zu bringen. Vollständiges Auflösen des Dextran 40 durch Schütteln.
3. Die verbleibenden Chemikalien, die in der Lösung enthalten sind, können in beliebiger Reihenfolge zugegeben werden, wobei jede Chemikalie vor Zugabe der nächsten komplett gelöst werden soll. Die folgenden Chemikalien können im Chemikalienhandel bezogen werden, die in diesem Beispiel aufgelisteten Reagenzien stammen von Sigma.
4. Als nächstes wird die Lösung durch die tropfenweise Zugabe von 0.25 M HCl unter Schütteln und Überwachen mit einem pH-Meter auf einen pH-Wert von 7.80 bei Raumtemperatur gebracht.
5. Die Lösung wird dann durch die Zugabe von mehr deionisiertem Wasser auf das erwünschte Endvolumen (d.h., 10 Liter) gebracht. Eine bessere Methode für eine genauere Volumenanpassung besteht darin, einen vorgewogenen Säureballon ("Carboy") (trocken) zu verwenden und das Endgewicht unter Verwendung einer empfindlichen und genauen Waage bis auf 9.98 kg über das Gewicht für 10 Liter der Lösung zu bringen (unter der Annahme, dass die Wasserdichte 0,998 g/ml beträgt). Vor dem Filtern gut schütteln.
6. Die Lösung wird schließlich durch einen 0.2 u Filter (es können Gelman, Whatman, oder idealerweise PALL Filtereinheiten benützt werden) in sterile Behälter oder Säcke gepumpt.
7. Die in Flaschen abgefüllte und verschlossene Lösung wird bis zur Verwendung auf Eis gelagert.
Die Lösung kann dann nach Gefriertrocknung unter geeigneten Bedingungen nach Schritt 7 als steriles trockenes Pulver in Behältern zubereitet werden, die zur Zubereitung von sterilen IV Lösungen geeignet sind.

BEISPIEL 2

Wiederbelebung eines Hamster nach 1 Stunde eiskaltem Blutersatz

Ein 41 g schwerer weiblicher Hamster (Mesocrietus auratus), ca. 1 Monat alt, erhielt eine i.m. Injektion von 0.04 ml Vetalar, einer 100 mg/ml Lösung des Anästhetikums Ketamin. Das Tier wurde in zerstoßenes Eis gelegt und auf eine Rektaltemperatur von 10ºC abgekühlt. Das Tier wurde aus dem zerstoßenen Eis entnommen und mit der Bauchseite nach oben so auf einem spezialgefertigten Gestell positioniert, dass bestimmte Teile des Tieres während des chirurgischen Eingriffs durch ein Stereomikroskop beobachtet werden konnten. Die Körperglieder wurden befestigt und das Tier an EKG-Leitungen und an eine rektale Telethermometer-Sonde angeschlossen.
Im rechten Leistenbereich wurde ein Einschnitt gesetzt, und in die rechte Oberschenkelvene und in die rechte Oberschenkelarterie wurden Kanülen eingesetzt. Dazu wurden speziell ausgestaltete Mikrokanülen, die mit der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung gefüllt waren, verwendet. Nach dem Einsetzen der Kanülen wurden 0,02 ml Heparin (1000 U/ml) in die Lösung aus Beispiel 1 in das Tier durch die Venenkanüle injiziert, welche dann mit einem Deckel verschlossen wurde.
Nach Einsetzen der Kanüle in die rechte Oberschenkelarterie wurde die Kanüle an ein Luer- Spitzensegment eines sterilen Plastikschlauchs angeschlossen, das an einen Absperrhahn angeschlossen war, angebracht an das Operationsgestell. Der Absperrhahn war an ein weiteres Schlauchsegment angeschlossen, welches wiederum an ein breiteres, dickeres und angenehmeres Schlauchsegment angeschlossen war, welches durch das Kopfstück einer Walzenpumpe ging. Das Ende dieses breiteren Schlauchsegments enthielt ein Röhrchen, um Flüssigkeit aus einem Reservoir aufzuziehen. Dieses Röhrchen zum Aufziehen von Flüssigkeit aus einem Reservoir, genannt "pick-up", war vom Luer-Ende einer 18 G subkutanen Nadel ausgestaltet. Dieses "pick-up" wurde mit einem Blutfiltermaterial bedeckt, welches durch einen kleinen O-Gummiring befestigt war. Das "pick-up" wurde in ein Reservoir der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung eingesetzt, enthalten in einem Zentrifugenröhrchen, welches in zerstoßenes Eis eingetaucht war. Zur Lösung (15 ml) wurden 0,06 ml 1 M KCl zugegeben, um eine molare Konzentration von etwa 4 mM KCl zu erzielen. Die Leitung wurde unter Verwendung des Absperrhahns geschlossen, um ein Zurückbluten in die Arterienkanüle zu verhindern.
Der Hamster wurde mit zerstoßenem Eis umgeben und auf 4ºC abgekühlt. Dann wurden 0.2 ml 1 M KCl in den Absperrhahn injiziert, der geöffnet wurde, um die injizierte Lösung in die Leitung fließen zu lassen, die eine Verbindung zur Arterienkanüle herstellte, und von dort in die Oberschenkelarterie des Tieres. Das Herz des Hamsters blieb stehen. Das Tier wurde weiter abgekühlt und durch die Arterienkanüle mit 8 ml der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung, die zusätzlich 4 mM KCl enthielt, perfundiert. Der Ausfluss, der den größten Teil des Blutes des Hamsters enthielt, wurde aus der Venenkanüle gesammelt. Nachdem der Hämatokrit unter 5 gefallen war, wurde die Walzenpumpe für 67 Minuten ausgeschaltet.
Der Hamster wurde dann durch die Arterienkanüle mit 8 ml der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung ohne KCl perfundiert, gefolgt von 8 ml Heparin-behandeltem Blut, welches von anderen Hamstern durch Herzpunktion entnommen wurde. Aus der Venenkanüle wurde die entsprechende Menge an Ausfluss aufgefangen. Nachdem der Hämatokrit 40% überschritten hatte, wurde die Perfusion mit Vollblut beendet und die Kanülen entfernt.
Der Hamster wurde mit einer Tischlampe erwärmt, bis er Reaktionen auf Reize zeigte. Die Kanülen wurden entfernt, offene Blutgefäße ligiert und Einschnitte verschlossen. Das Erwärmen wurde fortgesetzt. Das Tier erholte sich vollständig und lebt seit dem Experiment einige Wochen weiter.

BEISPIEL 3

Herzerhaltung nach Lagerung unter 0ºC

Ein nüchterner weiblicher Hamster (hatte über Nacht kein Futter erhalten), 40 g schwer, erhielt eine i.m. Injektion von 0.02 ml des Anästhetikums Ketamin (100 mg/ml). Der Hamster wurde in zerstoßenes Eis gelegt und eingetaucht, bis seine Körpertemperatur auf +14ºC gesunken war. Er wurde dann auf ein chirurgisches Gestell gelegt und an EKG-Leitungen und eine rektale Temperatursonde angeschlossen. Die Hauptschlagader (Arteria carotis) und die Halsvene wurden chirurgisch freigelegt, während die Körpertemperatur des Tieres zwischen 10-14ºC aufrechterhalten wurde. In die Arterie und in die Vene wurden Kanülen eingesetzt. Die Arterienkanüle wurde an einen mit einer peristaltischen Pumpe verbundenen Schlauch angeschlossen. Der Schlauch wurde mit der Lösung aus Beispiel 1 gefüllt, die zusätzlich 20 mM KCl enthielt. Die Venenkanüle wurde mit einem Deckel verschlossen, bis die Körpertemperatur des Tieres durch Verwendung von zerstoßenem Eis und einem auf -1.0ºC eingestellten Gestell auf 5ºC gesunken war.
Die Atmung des Tieres setzte von selbst aus, als die Körpertemperatur unter 10ºC sank. Es wurde mit der Beatmung mit 100% O&sub2; begonnen. Bei 5ºC wurde der Deckel von der Venenkanüle entfernt. 3,5 ml der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung wurden bei einer Flußrate von etwa 0.3 ml/Minute in die Arterie gepumpt. Danach wurden 4.5 ml einer Kälteschutzlösung infundiert, bestehend aus der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung mit zusätzlich 4 mM KCl, 1.0 M Glukose, 4% Propandiol (d.h. 1,8 g Glukose und 0.4 g Propandiol pro 10 ml Lösung). Während der Perfusion wurde der Ausfluss aus der Vene gesammelt. Die Temperatur des Tieres wurde während der Perfusion schrittweise auf 0ºC abgesenkt. 5 Minuten nach dem Beginn der Perfusion wurde die Beatmung unterbrochen. Zu diesen Zeit waren mehr als 30% des Blutes des Patienten entfernt. Das Herz schlug weiter, bis es plötzlich aussetzte. Nach Perfusion mit der im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Kälteschutzlösung wurde das Tier in einen NaCl-Matsch (0.6 M) mit einer Temperatur unter 0ºC gegeben. Dieser wurde über Nacht in eine Gefriertruhe gegeben, deren Temperatur durchschnittlich -5ºC betrug. 15 Minuten nachdem das Tier in die Gefriertruhe gegeben wurde, sank seine Rektaltemperatur von 0 auf -1ºC. 12 Stunden später betrug die Rektaltemperatur -2.5ºC. Das Tier wurde dann in einer "Quasar"- Küchenmikrowelle mit 7 Sekunden-Impulsen bei der Einstellung "warm" auf eine Temperatur von 2,5ºC erwärmt. Die Impulse wurden in 1-minütigen Abständen erzeugt. Um das Tier aufzutauen, waren 18 Impulse nötig.
Das Tier wurde wieder auf das chirurgische Gestell gelegt und an EKG-Leitungen und an eine Telethermometer-Sonde angeschlossen. Es wurden 3.5 ml der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung bei einer Flußrate von ca. 0.2 ml/min in die Halsschlagader perfundiert. Die Körpertemperatur des Tieres wurde bei unter 5ºC aufrechterhalten. Der Hamster wurde dann mit Vollblut perfundiert und schrittweise erwärmt.
Nach Infusion von 2 ml Blut, und nachdem die Temperatur des Tieres auf 13ºC gestiegen war, wurden rhythmische EKG-Signale entdeckt. Mit fortschreitender Perfusion und Erwärmung stieg die Amplitude der Signale, und die Frequenz nahm zu. Nach Infusion von 5,5 ml Blut und Erwärmung des Tieres auf 25ºC wurde der Brustraum des Tieres eröffnet und ein regelmäßiger Herzschlag festgestellt.

BEISPIEL 4

Synthetische Ersatzlösungen für Blut in einer hyperbarischen Kammer

Ein nüchterner Hamster (hatte über Nacht kein Futter erhalten), Gewicht 40 g, erhielt i.m. eine Injektion von 0.03 ml Ketamin (100 mg/ml). Der Hamster wurde in zerstoßenes Eis gelegt, bis seine Körpertemperatur auf unter 15ºC gefallen war. Der Hamster wurde aus dem Eis genommen und mit der Bauchseite nach oben auf ein Temperatur-reguliertes Gestell gesetzt und zur Mikrochirurgie unter ein Stereomikroskop positioniert. Die Temperatur des Hamsters wurde zwischen 12-15ºC aufrechterhalten.
Nach einem Einschnitt im rechten Leistenbereich wurden die rechte Oberschenkelvene und -arterie freigelegt. Die Oberschenkelvene wurde mit Kanülen versehen und 0.1 ml Heparin (1000 U/ml) wurden injiziert. Die Kanüle wurde mit einem Deckel verschlossen, um Bluten zu verhindern.
Dann wurde an die rechte Oberschenkelarterie eine Kanüle angelegt. Die Kanüle wurde kurz an einen Schlauch angeschlossen, der mit der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung gefüllt war. Der Schlauch wurde durch das Kopfstück einer peristaltischen Pumpe eingefädelt. Ein kleines Volumen der Lösung (ca. 0.3 ml) wurde infundiert, um die Arterienkanüle frei von Blut zu halten. Sowohl die Venen- als auch die Arterienkanüle wurden mit einer chirurgischen Naht an dem Tier befestigt.
Die Arterienkanüle wurde mit einem Deckel verschlossen und das Tier wurde auf das Gestell in einer hyperbarischen Sauerstoff-Kammer (HBP) gegeben. In das Rektum wurde eine Temperatursonde eingeführt.
Die Arterienkanüle wurde an einen Schlauch angeschlossen, der durch eine peristaltische Pumpe und in ein Reservoir reichte. Der Schlauch und das Reservoir waren mit der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung gefüllt, die zusätzlich 4 mM KCl enthielt.
Der Deckel wurde von der Venenkanüle entfernt, die HBO-Kammer geschlossen und unter Druck gesetzt. Die peristaltische Pumpe wurde angeschaltet. Das Tier wurde mit Lösung perfundiert, die fast das gesamte Blut ersetzte. Das Blut lief als Ausfluss aus der Vene aus dem Tier heraus. Der Endkammerdruck betrug 1.5 atm (1 atm = 1013325 Pa) über atmosphärischem Druck, der konstant gehalten wurde. Die Flußrate der Lösung in das Tier hinein betrug etwa 0.3 ml/min. Der Hamster wurde unter Verwendung des Temperaturregulierten Gestells, auf dem der Hamster in der HBO-Kammer lag, bei 14-16ºC aufrechterhalten.
Herzaktivität und Atmung wurden während dieses Zeitraums während der Perfusion aufrechterhalten. Nachdem 15 ml der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung mit zusätzlich 4 mM KCl in den Hamster unter Ersatz des Blutes perfundiert waren, wurde der Druck in der Kammer schrittweise erniedrigt.
Die Kammer wurde geöffnet und eine Hämatokritprobe entnommen. Der Hämatokrit betrug 5%. Die Venen- und Arterienkanüle wurden mit einem Deckel versehen, die Kammer verschlossen und ein Druck von 1.5 atm [1 atm = 101325 PA] über dem atmosphärischen Druck angelegt.
Das Tier atmete in der Kammer für 4 Stunden nach Entfernung seines Blutes selbständig weiter. Nach dieser Zeit wurde der Kammerdruck schrittweise erniedrigt. Gleichzeitig wurde das Tier auf 12ºC abgekühlt. Die Kammer wurde geöffnet und das Tier auf ein anderes chirurgisches Gestell gelegt. Das Tier wurde mit Eis bedeckt und Vollblut bei einer Flußrate von 0.2 ml/min in das Tier perfundiert, wobei die Lösung als Ausfluss aus der Vene herauslief.
Nach der Infusion von 1 ml Blut wurde das Eis entfernt. Die Körpertemperatur des Hamsters betrug 4ºC. Das Tier wurde schrittweise erwärmt, während der Hämatokrit durch kontinuierliche Blutinfusion angehoben wurde.
Nach der Reinfusion von 1 ml Blut wurde mit der künstlichen Beatmung begonnen. Das Herz des Tieres hörte nie auf, rhythmisch zu schlagen. Bei 21ºC atmete das Tier selbständig. Die künstliche Beatmung wurde beendet und die Erwärmung und die Blutinfusion fortgesetzt, bis die Körpertemperatur des Tieres 25ºC erreichte. Der gemessene Hämatokrit betrug 40%. Die Perfusion wurde beendet, die Kanülen entfernt, Blutgefäße ligiert und chirurgische Einschnitte geschlossen.
Eine Stunde nach dieser Prozedur war das Tier sehr aktiv und aufmerksam. Vier Stunden nach dem Experiment aß und trank das Tier. 24 Stunden nach Abschluß der vorstehend beschriebenen Prozedur erschien das Tier im Hinblick auf Haltung und Verhalten völlig normal und lebt seit dem Experiment für Wochen weiter.

BEISPIEL 5

Ein Hamster mit 46 g Gewicht, ca. 1 Monat alt, erhielt eine i.m. Injektion von 0.02 ml Vetalar, eine 100 mg/ml Ketaminlösung. Das Tier wurde mit zerstoßenem Eis umgeben, bis seine Rektaltemperatur 12ºC betrug. Das Tier wurde dann aus dem Eis genommen und mit der Bauchseite nach oben auf einen Operationstisch gelegt, der das Tier gekühlt hielt und sich unter einem Stereomikroskop befand. Die Körperglieder wurden befestigt und das Tier an EKG-Leitungen und an eine Rektal-Telethermometer-Sonde angeschlossen.
Ein Einschnitt in die rechte Leistenregion wurde vorgenommen. In die rechte Oberschenkelvene wurde eine Kanüle eingesetzt, und 0.02 ml Heparinlösung (250 U/ml) wurden durch die Kanüle in das Tier injiziert, welche dann mit einem Deckel versehen wurde. Danach wurde in die rechte Oberschenkelarterie eine Kanüle gelegt. Die Kanüle wurde an ein Segment eines Plastikschlauches mit einer Luer-Spitze angeschlossen, und der Schlauch wurde durch eine peristaltische Walzenpumpe und in ein Reservoir gesteckt, welches die in Beispiel 1 beschriebene Lösung mit zusätzlich 0.05 M Glukose enthielt. Am Ende des Schlauchs wurde eine 18 G subkutane Nadel eingesetzt, an der ein Netz- Biutfiltermaterial am Mittelpunkt durch einen O-Gummiring angebracht war. Die Pumpe wurde eingeschalten und Flüssigkeit aus dem Reservoir wurde durch den Schlauch in die Oberschenkelarterie des Tieres gepumpt. Sobald die Temperatur des Tieres unter 9ºC sank, wurde die Beatmung mit 100% Sauerstoff (bei 20 Atemzügen/Minute) begonnen. Das Tier wurde weiter bis auf eine Rektaltemperatur von 4ºC abgekühlt und 0.2 M KCl wurde in den 24 G "Angiocath" injiziert, der in die Oberschenkelvene eingesetzt war. Diese Injektion führte zum Herzstillstand und die EKG-Signale verschwanden. Die Pumpe wurde eingeschalten und die vorstehend in diesem Beispiel beschriebene Lösung wurde bei ca. 0.2 ml/min in die Arterie perfundiert, während der Ausfluss aus der Vene gesammelt wurde. Während der Perfusion sank die Temperatur des Tieres auf nahe 1ºC. Nachdem 4 ml Lösung in das Tier perfundiert worden waren, wurde die Pumpe ausgeschaltet und das Tier bei Kreislaufstillstand für 2 Stunden in zerstoßenem Eis gehalten. Dann wurde das Tier mit etwa 7 ml Vollblut perfundiert (welches von anderen Hamster-Blutspendern stammte), während das Tier schrittweise mit einer Tischlampe erwärmt wurde. Während der Perfusion wurde Ausfluss aus der Vene gesammelt. Dasselbe Volumen, welches in die Vene gepumpt wurde, wird als Ausfluss aus der Vene gesammelt. Nachdem das Tier 3 Stunden und 11 Minuten einen Herzstillstand hatte, wurden bei 10ºC Herzschläge zunächst bei der Überwachung von EKG-Signalen bemerkt. Die Beatmung (6 Atemzüge /Minute) des Tieres wurde dann mit 100% Sauerstoff begonnen. Bei weiterer Erwärmung des Tieres wurden die Herzschläge stärker und schneller, so dass die Rate auf 15 Atemzüge /Minute erhöht wurde. Als die Temperatur des Tieres über 28ºC betrug, begann das Tier selbständig zu atmen und reagierte auf Reize. Die Perfusion wurde beendet (der Hämatokrit betrug 44%), die Kanülen entfernt und chirurgische Wunden geschlossen. Dieser Hamster hat seit diesem Experiment für viele Wochen bei offensichtlicher Gesundheit weitergelebt.

Beispiel 6

Ein nüchterner Hamster (hatte über Nacht kein Futter erhalten) mit 45 g Gewicht erhielt eine i.m. Injektion von 0.03 ml des Anästhetikums Ketamin (100 mg/ml). Der Hamster wurde in zerstoßenes Eis eingetaucht, bis sich seine Körpertemperatur auf 14ºC gesenkt hatte. Das Tier wurde dann auf eine chirurgische Plattform gelegt und an EKG-Leitungen und an eine Rektal-Telethermometersonde angeschlossen. Die Halsschlagader (Arteria carotis) und die Halsvene wurden unter Verwendung eines Stereomikroskops chirurgisch freigelegt. Die Körpertemperatur des Tieres wurde zwischen 10-14ºC aufrechterhalten. In die Halsschlagader und die Halsvene wurden Kanülen gelegt. Die Arterienkanüle wurde an einen Schlauch angeschlossen, der durch eine peristaltische Pumpe in ein Reservoir reichte, welches eine Kälteschutzlösung enthielt, die aus der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung bestand, mit zusätzlich 11 mM KCl, 1,0 M Glukose und 4% Propandiol. Die Venenkanüle wurde anfänglich mit einem Deckei versehen, bis die Temperatur des Tieres unter Verwendung von zerstoßenem Eis und einer bei nahe -1ºC Temperaturregulierten Plattform auf 5ºC vermindert war.
Das Tier hörte, sobald die Körpertemperatur unter 10ºC gefallen war, von selbst mit der Atmung auf. Zu dieser Zeit wurde das Tier bei 15 Atemzügen pro Minute mit 100% Sauerstoff beatmet. Sobald die Temperatur des Tieres auf 5ºC gesunken war, wurde der Deckel von der Venenkanüle entfernt und die Pumpe bei einer Flussrate von 0.20 ml/Minute eingeschalten. 21 Minuten später hörte das Herz des Tieres zu Schlagen auf. Die Beatmung wurde 5 Minuten nach dem Beginn der Perfusion beendet. Während der Perfusion wurde Blut als Ausfluß aus der Vene gesammelt. Ca. 4 ml der vorstehend in diesem Beispiel beschriebenen Kälteschutzlösung wurden in das Tier infundiert. Dann wurde das Tier mit einer Eis-Salz-Aufschwemmung umgeben, deren Temperatur -2.0ºC betrug. Der Behälter, der die Aufschwemmung und das Tier enthielt, wurde in ein auf bei -5ºC eingestelltes Temperaturbad gestellt. Die Rektaltemperatur des Tiers erniedrigte sich schrittweise auf -3.4ºC am morgen (18 h Stunden nachdem das Tier in das Kühlbad gesetzt wurde). Der Behälter wurde aus dem Kühlbad entnommen. Die Aufschwemmung war festgefroren und wurde unter Verwendung von eiskaltem Wasser geschmolzen. Nach Entfernung der Aufschwemmung fühlte sich das Tier gefroren an. Das Tier wurde dann in eine Küchenmikrowelle gesetzt. Die Mikrowelle wurde 7 Sekunden auf die Einstellung "warm" gestellt. Das Tier wurde über einen 20-minütigen Zeitraum Heizzyklen von 20,7 Sekunden ausgesetzt. Das Tier wurde dadurch aufgetaut und die Rektaltemperatur auf 2ºC erhöht.
Das Tier wurde wieder auf die chirurgische Plattform gelegt und erhielt eine Infusion mit der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung in die Halsschlagader. Die Kälteschutzlösung wurde als Ausfluß aus der Vene gesammelt. Etwa 3 ml der Lösung gemäß Beispiel 1 wurden in das Tier bei einer Flussrate von 0.15 ml/Minute perfundiert. Blut von Hamsterblutspendern wurde dann mit derselben Flussrate in das Tier perfundiert. Nachdem 2 ml Blut in die Arterie des Hamsters perfundiert wurden, wurde der Hamster langsam mit einer Tischlampe erwärmt. Bei andauernder Perfusion mit Blut und Erwärmung stieg die Temperatur des Tieres über 15ºC und starke rhythmische EKG-Signale wurden aufgezeichnet. Nach chirurgischer Thorakotomie wurden tatsächliche Herzschläge beobachtet.

BEISPIEL 7

Synthetische Lösungen als Ersatz für Blut in einer hyperbarischen Sauerstoffkammer

Ein nüchterner, 43 g schwerer weiblicher Hamster (hatte über Nacht kein Futter erhalten) erhielt eine i.m. Injektion von 0.02 ml Ketamin (100 mg/ml). Der Hamster wurde in zerstoßenes Eis gegeben, bis sich seine Körpertemperatur auf 14ºC gesenkt hatte. Der Hamster wurde dann mit der Bauchseite nach oben auf ein Temperatur-reguliertes Gestell gelegt, das für die Mikrochirurgie unter einem Stereo-Mikroskop positioniert wurde. Die Temperatur des Hamsters wurde zwischen 12-15ºC aufrechterhalten. Nach einem Einschnitt in den rechten Leistenbereich wurden die rechte Oberschenkelvene und -arterie freigelegt. in die Oberschenkelvene wurde eine Kanüle gelegt, 0.1 ml Heparin (250 U/ml) wurden injiziert und die Kanüle wurde, um Blutung zu verhindern, mit einem Deckel versehen. Dann wurde eine Kanüle in die rechte Oberschenkelarterie gelegt und die Kanüle wurde an einen Schlauch angeschlossen, der durch eine peristaltische Pumpe und in ein Reservoir reichte, das mit der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung gefüllt war.
Ein kleines Volumen der Lösung (d.h. 0.2 ml) wurde infundiert, um die arterielle Leitung frei von Blut zu halten. Sowohl die Venen- als auch die Arterienkanülen sind am Tier befestigt. Die Arterienkanüle wurde mit einem Deckel versehen und das Tier auf das Temperatur- regulierte Gestell einer hyperbarischen Sauerstoff (HBO)-Kammer überführt. Die rektal gemessene Temperatur des Tieres wurde zwischen 13-18ºC aufrechterhalten. Den Hamster in diesem Temperaturbereich zu halten hatte den folgenden Zweck: die Aktivität des Tieres sollte niedrig gehalten werden, während gleichzeitig sichergestellt wird, dass das Tier selbst atmete, leicht anästhetisiert war und auf Stimuli reflexartig reagierte.
Die Arterienkanüle war an einen Schlauch angeschlossen, der außerhalb der Kammer durch eine peristaltische Pumpe und in ein Reservoir reichte (innerhalb der Kammer), das die in Beispiel 1 beschriebene Lösung und 2.5 mM KCl enthielt. Der Deckel der venösen Kanüle wurde entfernt und die Pumpe bei einer Flussrate von 0.2 ml/min eingeschalten. Während der Perfusion der Lösung in das Tier wurde der venöse Ausfluss (Blut) des Tieres gesammelt. Die Kammer wurde schnell verschlossen und schrittweise wurden Drücke von 20-24 psi (100% Sauerstoff) angelegt. Nach 1 Stunde Perfusion unter Druck wurde die Kammer schrittweise über einen Zeitraum von 1 Stunde vom Druck befreit. Die Perfusion wurde beendet. Insgesamt wurden 13 ml Lösung in das Tier perfundiert. Nachdem zur Bestimmung des Hämatokrits eine Probe des venösen Ausflusses entnommen wurde, wurden die Kanülen mit Deckeln verschlossen. Das Tier wurde wieder auf eine chirurgische Plattform gelegt, die Kanülen entfernt und die Wunden verschlossen. Während dieser Zeit zeigte das Tier minimalste Reflexaktivität, obwohl das Tier kaum Blut hat und Raumluft atmete. Das Tier wurde schnell in eine Schachtel innerhalb der Kammer gesetzt, an die schrittweise Drücke von bis zu 20 psi angelegt wurden. In die Kammer wurden Futter und Wasser für den Hamster gegeben. Eine Wärmelampe wurde dazu verwendet, die Kammer und das Tier zu wärmen. Der Druck in der Kammer wurde schrittweise (über einen Zeittraum von 1 Stunde) auf 5 psi vermindert. Die Aktivität des Tieres nahm während des Zeitraums von 1 Stunde zu, bis es ziemlich aktiv wurde. Das Tier wurde für 16 Stunden in der Kammer bei 5 psi belassen. Der Druck wurde dann schrittweise auf 0.5 psi (1 psi = 2.832 · 10&supmin;² bar) (100% Sauerstoff) erniedrigt und für 24 Stunden beibehalten. Dann wurde das Tier aus der Kammer genommen und in einen normalen Käfig gesetzt. Das Tier blieb für viele Wochen nach dem Experiment völlig normal.

BEISPIEL 8

Verwendung der mit Kaliumchlorid angereicherten Lösung zum Blutersatz in Primaten

In diesem Beispiel erhielt ein 8 kg schwerer jugendlicher männlicher Pavian der Spezies Papio anubis i.m. eine Injektion von 60 mg Ketamin. Ein "22 gauge x1 ¹/&sub4; inch"-Katheter wurde in die rechte Kopfvene eingesetzt und 3 ml 2.5% Pentothal i.v. injiziert. Der Affe erhielt dann einen Endotrachealtubus, wurde auf einem Operationstisch gelegt und mit einem 0.7-2.5% Gemisch aus Flether in 100% Sauerstoff beatmet, wobei das Gemisch hinsichtlich der Aktivität des Tieres titriert wurde. Die Augen wurden zum Schutz mit "Lacrylube" bedeckt.
Der Ventilator wurde auf 18 Atemzüge pro Minute (bpm) eingestellt, sein Schlagvolumen betrug 240 ml, und das inspiratorische/expiratorische Verhältnis betrug 37%. Der Atemwegsdruck wurde bei ca. 10 mm Hg gehalten. Das mit jedem Atemzug gelieferte Volumen wurde durch Untersuchung der Aufzeichnung des Atemwegsdrucks auf einem CRT oder einem Stripchart-Rekorder überprüft. Der Atemwegsdruck wurde online mittels Computer überwacht.
Das Tier wurde rasiert, und an einen i.v. Tropf mit Ringers Laktatlösung mit einer Flussrate von 1-3 ml/Minute angeschlossen, wobei die Flussrate auf den arteriellen Blutdruck des Tieres titriert wurde. Terramycin wurde verabreicht.
Der extrakorporale Kreislauf bestand aus einem Blut-Oxygenator, einem Blutreservoir und einer Pumpe. Der extrakorporale Kreislauf war so konstruiert, dass sich ein sekundärer Hitzeaustauscher in Linie so nah wie möglich am Tier befand. Weiterhin war er mit einem externen Eiswasser-Reservoir ausgestattet. Das Eiswasser-Reservoir besass eine Pumpe zur Versorgung des in den Oxygenator eingebauten Hitzeaustauschers und des sekundären Hitzeaustauscher mit zirkulierendem Eiswasser. Alle mit Blut oder Blutersatzfösung in Kontakt kommenden Schläuche waren steril. Das Oxygenator-Reservoir und der Kreislauf waren mit 2 Liter der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung gefüllt.
Zu den 2 Litern der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung in dem Oxygenator Reservoir und in dem "Bypass"-Kreislauf wurde KCl (4 ml, 2.0 M) zugegeben. Dadurch wurde eine KCl- Konzentration von 4 mM erreicht. Ein "5F NIH"-Katheter zur Überwachung des Arteriendrucks wurde in die linke Armarterie eingeführt. Daran angeschlossen befand sich ein 3-fach Absperrhahn (um alle 10-60 Minuten während des gesamten Vorgangs die Untersuchung des arteriellen Bluts zu erlauben). In jeder Probe wurden Blutgase, pH-Wert, K+ und der Hämatokrit gemessen, in einigen Fällen auch Elektrolyte und Enzyme. Der Katheter wurde an einen Druckaufnehmer angeschlossen. Dieser Aufnehmer wurde zur Überwachung des zentralen Arteriendrucks (CAP) an einen Computer angeschlossen. Andere Temperatur- und Druckparameter wurden ebenfalls online an diesem Computer gemessen.
In den distalen Arm der linken Armvene wurde ein "6F NIH"-Katheter eingesetzt, um eine Computer-Überwachung des zentralen Venendrucks (CVP) zu ermöglichen. Eine Thorakotomie wurde durchgeführt und ein "6F"-Herzkatheter in das linke Atrium eingeführt, um den linken atrialen Druck zu messen.
In die linke Oberschenkelarterie wurde eine "10 F"-Arterienkanüle und in die linke Oberschenkelvene eine "15 F" Venenkanüle eingesetzt. Methylprednisolon (80 mg) wurde i.v. verabreicht. Es wurden eine Ösophagussonde eingeführt und 3 ml Maalox verabreicht. Die Ösophagussonde wurde an einen Wärmefühler (Thermistor) angeschlossen, um die Temperatur tief im Ösophagus aufzuzeichnen.
Aufgrund der extensiven chirurgischen Maßnahmen verbrachte der Pavian etwa 5 Stunden unter Einfluss von Anästhetika. Nachdem die EKG-Leitungen am richtigen Ort waren, wurde das Tier in eine Netzschlinge gelegt, in eine isolierte Eiskiste abgesenkt und in zerstoßenem Eis untergetaucht. Nach 1 Stunde und 6 Minuten Abkühlung in zerstoßenem Eis sank die Körpertemperatur auf 23ºC. Eine Infusion mit Nipride (25 mg Natriumnitroprussid in 500 ml 5 % wässriger Dextrose) wurde bei einer Rate von 6 ml/Stunde begonnen. Das Tier wurde 17 Minuten später auf "Bypass" gesetzt, als die Temperatur auf 21ºC abgesunken war.
Zu diesem Zeitpunkt wurden aus dem Pavian 200 ml Vollblut als venöser Ausfluß entnommen. Die Klemmen, die den Kreislauf des Affen von dem "Bypass"-Kreislauf trennten, wurden gelockert und 2 Liter der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung, der 2 ml 2 M KCl (Endkonzentration 2 mM KCl) zugegeben wurden, als Blutersatzlösung in das Tier eingebracht. Danach wurde das Herz durch i.v. Verabreichung von 15 ml 2 M KCl zum Stillstand gebracht.
Ein Blut-Blutersatz-Gemisch wurde kontinuierlich als venöser Ausfluss entfernt, bis 4 Liter der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung (der 22 ml 2 M KCl zugegeben worden waren) die zirkulierende Lösung ersetzten. Nach 50 Minuten gekühltem Blutersatz war die Temperatur des Primaten auf 3ºC abgesunken. Der Fluß durch das Tier schien gut und hinsichtlich des Lungenarterien-Keildrucks (wedge pressure) gab es nur eine geringe Tendenz zur Erhöhung während der Perfusion der Oberschenkelarterie. Der erhöhte Fluss und das relativ schnelle Voranschreiten der Temperatursenkung können möglicherweise mit der Verwendung von Nitroprussid und auch der sparsamen Anwendung von Anästhetika während der Abkühlung zusammenhängen. Dies führte dazu, dass das Tier bei der Abkühlung etwas aktiver war.
Nach dem Blutersatz wurde das Tier für eine Stunde und 40 Minuten in einen Zustand des Kreislaufstillstandes versetzt. Am Ende des Stillstands wurden 2 Liter der in Beispiel 1 beschriebenen eiskalten Lösung dem Kreislauf zugegeben. Diese ersetzten 2 Liter, die als venöser Ausfluss entfernt wurden. Die niedrigste aufgezeichnete Körpertemperatur betrug 2.8ºC. Dann wurde mit dem Aufwärmen begonnen. Nach 13 Minuten Erwärmung erreichte die Körpertemperatur des Tieres 10ºC. 800 ml eines 1 : 3 Gemisch aus Blut und Blutersatz, gefolgt von 450 ml eines 1 : 1 Gemisches und schließlich ca. 1 Liter Vollblut wurden dem Kreislauf zugegeben und ersetzten die in Beispiel 1 beschriebene Lösung.
Sofort nachdem das Blut in das Tier eingebracht wurde, wurde Herzschlag nachgewiesen. Während der nächsten Stunde und 22 Minuten wurden i.v. 40 ml NaHCO&sub3; injiziert. Die mechanische Beatmung wurde begonnen und ein Dopamin-Tropf (200 mg in 250 ml) wurde bei einer Rate von 30 ml/Stunde verabreicht. CaCl&sub2; wurde ebenfalls i.v. injiziert. Etwa 1 Stunde später, als die Temperatur nahezu auf den Normalwert stieg, wurde das Tier von dem "Bypass" genommen und an einen Vollblut-Tropf angeschlossen. Die Blutgase und Blutdrücke des Tieres stabilisierten sich innerhalb des Normalbereiches.
Eine Stunde später wurden die Kanülen entfernt. Da dem Tier nach einer Thorakotomie Katheter gelegt worden waren, wurde eine Entscheidung gegen eine Langzeit-postoperative Behandlung des Tieres getroffen. Dies war zurückzuführen auf Verhaltensprobleme, die sich beim Bändigen eines ungezähmten Pavians während der Behandlung möglicher Brustinfektion ergeben. Nachdem die Beatmung nach einer weiteren Stunde ausgesetzt wurde, zeigte das Tier Bewegungen der Agonie und erlitt einen Herzstillstand. Da sich jedoch die Blutdrücke und Blutgase des Affen stabilisiert hatten, ist klar ersichtlich, dass das Tier das Potential besass, nach einem Blutersatz bei unter 10ºC (tief im Ösophagus gemessene Temperatur) für 2 Stunden und 30 Minuten zu überleben.

BEISPIEL 9

Verwendung der Lösung ohne Anreicherung zum Blutersatz bei Primaten

Zusammenfassung

in diesem Beispiel wurde ein 8 kg schwerer jugendlicher männlicher Pavian der Spezies Papio anubis abgekühlt. Das Blut wurde bei einer Temperatur von unterhalb 10ºC für eine Stünde und 22 Minuten ersetzt. Vor der Abkühlung und dem Blutersatz wurde ein "4F 60 cm Swan-Ganz Arrow wedge" Katheter über die rechte Oberschenkelvene in die Lungenarterie eingesetzt. Dies erlaubte die Messung des Lungenarterien-Keildruckes ohne Durchführung einer Thorakotomie.
Eine leichte Anästhesie des Tieres und die Verwendung von Nitroprussid, sobald die Temperatur unter 28ºC fiel, verbesserten den Fluß durch den "Bypass"-Kreislauf. Obwohl der gesamte Vorgang gut ablief, führte eine i.v. Injektion von 50 mg Calciumchlorid nach der Infusion von citrathaltigem Blut während der Erwärmung zu einer massiven Gerinnselbildung und rief ein Ende des Experiments hervor. Zu diesem Zeitpunkt war das kardiovaskuläre System frei von Heparin.

Vorgehen

Der Pavian erhielt eine i.m. Injektion von 70 mg Ketamin. In die linke Vena cephalica wurde ein "22 gauge · 1 ¹/&sub4; inch" Katheter eingesetzt. 3 ml 2.5% Penthotal wurden i.v. injiziert. Dem Affen wurde ein Endotrachealtubus gelegt. Der Affe wurde in den Röntgenraum gebracht. Er wurde auf einen Röntgentisch gelegt und mit einem 1% Gemisch aus Isoflourane (Flether) in 100% O&sub2; beatmet. Durch die rechte Oberschenkelvene wurde ein "4F 60 cm arrow wedge" Katheter in die Lungenarterie implantiert.
Das Beatmungsgerät wurde auf 20 Atemzüge pro Minute gesetzt, und sein Schlagvolumen betrug 200 ml. Das inspiratorische/exspiratorische Verhältnis betrug 37%. Der Atemwegsdruck wurde bei etwa 10 mmHg aufrechterhalten und das mit jedem Einatmen transportierte Volumen wurde durch Untersuchung der Atemwegsdruck-Aufzeichnung auf einem CRT oder Strip-Chart-Rekorder überprüft. Der Atemwegsdruck wurde online auf dem Computer überwacht.
Das Tier wurde rasiert und ein i.v. Tropf mit Ringers Laktat mit eine Flussrate von 1-3 ml/Minute wurde angeschlossen, wobei diese Rate auf den arteriellen Blutdruck des Tieres titriert war.
Der extrakorporale Kreislauf entsprach dem im vorstehenden Beispiel beschriebenen. Das Oxygenator Reservoir und der Kreislauf waren mit 2 Litern der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung gefüllt.
In die rechte Oberschenkelvene wurde zur Computerüberwachung des zentralen Venendrucks (CVP) ein "20 gauge Hydromer" Katheter eingesetzt. Um die Probenentnahme zu ermöglichen, wurde ein 3-Wege-Absperrhahn in Linie geschaltet. Zur Überwachung des Arteriendruckes wurde ein "20 gauge Hydromer" Katheter in die rechte Armarterie eingesetzt. Daran angeschlossen befand sich ein 3-Wege-Absperrhahn (um alle 10-60 Minuten während der gesamten Prozedur arterielle Blutentnahme zu ermöglichen). in jeder Probe wurden Blutgase, pH-Wert, K+ und der Hämatokrit gemessen, in einigen Fällen auch Elektrolyte und Enzyme. Der Katheter war an einen Druckaufnehmer angeschlossen. Dieser Aufnehmer wurde zur Überwachung des zentralen Arteriendrucks (CAP) an einen Computer angeschlossen. Mit demselben Computer wurden auch andere Temperatur- und Druck- Parameter online gemessen.
In die linke Oberschenkelvene wurde eine "14 F" Venenkanüle und in die linke Oberschenkelarterie eine "10 F" Arterienkanüle eingesetzt. Nach dem Einsetzen der Venenkanüle wurden 2,6 ml Heparin i.v. injiziert. Eine Ösophagussonde wurde eingesetzt und 3 ml Maalox verabreicht. Zur Aufzeichnung der tiefen Ösophagustemperatur wurde an die Ösophagussonde ein Wärmefühler angeschlossen. Methylprednisolon (80 mg) wurde i.v. verabreicht. Die Augen wurden zum Schutz mit "Laycrylube" bedeckt. Da das Tier nur leicht betäubt war, wurde 1 ml Pentothal i.v. verabreicht.
Nach Anschluß an das EKG wurde das Tier in eine Netzschlinge gelegt und in eine isolierte Eiskiste abgesenkt. Es wurde dann in zerstoßenes Eis eingetaucht. Nach 29 Minuten Kühlung in zerstoßenem Eis sank die Körpertemperatur auf 28ºC. Das Tier wurde unter leichter Betäubung gehalten. Sobald die Temperatur unter 30ºC fiel, wurde Flether weggelassen. Die Nipride-Infusion (Natriumnitroprussid, 25 mg in 500 ml einer 5% wässrigen Dextrose) wurde bei einer Rate von 20 ml/ Stunde begonnen und auf eine Rate von 40 ml/ Stunde gesteigert. Über die nächsten 20 Minuten wurde der Niprid-Tropf sporadisch ab- und angeschalten, sobald Blutdruck und die Temperatur sanken. Er wurde schließlich endgültig abgeschaltet, als das Tier 27 Minuten später auf "Bypass" gesetzt wurde und die Temperatur auf 23ºC gesunken war. Zu dieser Zeit wurden die Klemmen, die den Kreislauf des Affen von dem "Bypass"-Kreislauf trennten, gelockert und 2 Liter der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung konnten das Blut des Tieres ersetzen. Vollblut und verdünntes Blut wurden als Ausfluss aus der Vene entfernt und für die Wiederbelebung aufgefangen. Danach wurde durch eine i.v. Verabreichung von 10 ml 2 M KCl der Herzstillstand des Affen verursacht.
Ein Blut-Blutersatz-Gemisch wurde kontinuierlich als Venenausfluss entfernt, bis 4 Liter der in Beispiel 1 beschriebenen Lösung die zirkulierende Lösung ersetzt hatten. Nach 39 Minuten gekühltem Blutersatz war die Temperatur des Primaten auf unter 4ºC gesunken. Der Fluß durch das Tier war schnell. Der im Lungenkreislauf gemessene Druck zeigte, dass die Zirkulation gut war und das der Keildruckkatheter gut platziert war.
Nach 50 Minuten Blutersatz bei unter 10ºC wurden als minimale Temperatur 2.9ºC gemessen. Es wurde mit dem Aufwärmen begonnen, und nach 28 Minuten Aufwärmen hatte die Körpertemperatur des Tieres 10ºC erreicht. Dem Kreislauf wurden 750 ml Vollblut zugegeben, welche die in Beispiel 1 beschriebene Lösung ersetzten.
8 Minuten nach Reinfusion von Blut in das Tier wurde Herzschlag nachgewiesen. Während das Tier über die nächsten 30 Minuten erwärmt wurde, wurden i.v. 10 ml NaHCO&sub3;, 50 mg CaCl&sub2; und 80 mg Methylprednisolon injiziert.
Innerhalb weniger Minuten nach Zugabe von CaCl&sub2; kam es zu einer massiven Gerinnselbildung. Es wurde angenommen, dass das mit Citrat antikoagulierte Blut wegen der Zugabe von CaCl&sub2; koagulierte. Das Experiment wurde abgebrochen.
In diesem Experiment erschien die Rate des Flusses der Blutersatzlösung durch das Tier und durch den, Bypass"-Kreislauf hoch, während der linke atriale Druck annehmbar niedrig blieb. Man nahm an, dass zu diesem Ergebnis die Verwendung von Nitroprussid und die Aufrechterhaltung einer leichten Betäubung während des Abkühlvorgangs beigetragen haben. 1-2 ml Heparin werden dem Blut vor der Wiedereinführung in den Körper des Tieres zugegeben werden. Es wird angenommen, dass die Heparinbehandlung vor der Wiedereinführung des Blutes die massive Gerinnung verhindern wird, die ein unerwartetes Ende dieses Experimentes hervorriefen.
Die vorstehend beschriebene und beanspruchte Erfindung verkörpert neue Lösungen, die in einer Vielzahl von Verfahren nützlich sein können. Der Durchschnittsfachmann wird angesichts der Lehre der Beschreibung und der Ansprüche in der Lage sein, bestimmte Erweiterungen und Modifikationen der Erfindung auszuführen, ohne jedoch vom Kern der beschriebenen Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Wässrige Lösung, umfassend einen onkotischen Polysaccharid-Wirkstoff, einen physiologisch verträglichen Puffer, einen einfachen Hexosezucker, gelöste Chloridsalze von Calcium, Natrium und Magnesium und gelöstes Natriumgluconat oder andere gelöste organische Salze von Natrium, wobei die Ionenkonzentration der Kationen im Bereich normaler physiologischer Konzentrationen der Ionen im Plasma liegt, die Osmolarität der Lösung etwa der von physiologisch normalem Plasma entspricht und die Lösung kein Kaliumion oder Kaliumsalz enthält.

2. Lösung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eines oder mehrere der nachstehenden Merkmale:

(a) der einfache Hexosezucker ist aus Glucose, Fructose und Galactose ausgewählt;

(b) der physiologisch verträgliche Puffer ist aus Tris-, Hepes-, Mops-, Tham- und Eps-Puffern ausgewählt;

(c) das Polysaccharid ist Dextran;

(d) das Polysaccharid ist Dextran mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht in einem Bereich von 30 000 bis 70 000;

(e) das Polysaccharid ist Dextran mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht in einem Bereich von 30 000 bis 70 000 in einer Menge von 8% der Lösung auf einer Gewicht/Volumen-Basis;

(f) das organische Natriumsalz ist Natriumgluconat in einem Konzentrationsbereich von 5 mM bis 70 mM.

3. Lösung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei entweder

(a) die Konzentration von Calciumchlorid in einem Bereich von 1,5 mM bis 3,5 mM liegt und/oder

(b) die Konzentration von Magnesiumchlorid in einem Bereich von 1 mM bis 10 mM liegt;

oder

(a1) die Konzentration von Calciumchlorid 2 mM beträgt und/oder

(b1) die Konzentration von Magnesiumchlorid 2 mM beträgt.

4. Lösung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend eines oder mehrere der nachstehenden Merkmale:

(a) der physiologisch verträgliche Puffer besitzt einen pKa von 7,77 bei 37ºC und einen delta-pKa/0ºC von -0,031;

(b) die Konzentration von Tris-Base beträgt 25 mM;

(c) der pH der Lösung beträgt etwa 7,8 bei 25ºC;

(d) die Molarität der Lösung liegt in einem Bereich von 290 mM bis 330 mM und beträgt gegebenenfalls 298 mM;

(e) die Konzentration von Hexosezucker liegt in einem Bereich von etwa 2 mM bis 200 mM;

(f) die Konzentration von Hexosezucker beträgt 200 mM;

(g) die Lösung ist steril und befindet sich in einem sterilen Behälter.

5. Lösung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend eines oder mehrere der nachstehenden Merkmale:

(a) die Lösung umfasst ein aliphatisches Diol von geringer Molekülmasse oder einen anderen Polyalkohol;

(b) die Lösung umfasst einen Polyalkohol, ausgewählt aus Ethylendiol, 1,2- Propandiol oder einem anderen Propandiol und Butandiol;

(c) der Polyalkohol liegt in einem Konzentrationsbereich von 0,2 M bis 1 M vor;

(d) der Polyalkohol ist Propandiol in einem Konzentrationsbereich von 0,2 M bis 0,6 M und gegebenenfalls in einer Konzentration von 0,4 M.

6. Lösung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner umfassend eines der nachstehenden Merkmale:

(a) die Lösung umfasst Trimethylaminoxid;

(b) die Lösung umfasst Trimethylaminoxid in einem Konzentrationsbereich von 0,2 bis 7 M;

(c) die Lösung umfasst Trimethylaminoxid in einer Konzentration von etwa 1 M.

7. Trockenes steriles Gemisch, umfassend die nicht-gelösten Komponenten einer wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definierten Lösung, wobei ein steriler Behälter gegebenenfalls das Gemisch enthält.

8. Wässrige Lösung wie in einem der Ansprüche 1 bis 6 definiert für die Verwendung als Arzneimittel.

9. Verwendung einer wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definierten Lösung für die Herstellung eines Arzneimittels für die Verwendung in einem Verfahren zur Perfusion eines für eine Kreislaufperfusion vorbereiteten Patienten, der einer derartigen Behandlung bedarf.

10. Verwendung wie in Anspruch 9 definiert, wobei das Verfahren umfasst:

(a) die Schritte der Senkung der Temperatur des Patienten auf eine Temperatur unter den Normalwert und über 0ºC, zum Stillstandbringen der Herztätigkeit des Patienten durch Verabreichung eines kardioplegen Stoffs, Zirkulation der Lösung in den Patienten und darauffolgende Reinfusion von warmem Blut in den Patienten; oder

(b) die Schritte der Senkung der Temperatur des Patienten auf eine Temperatur unter den Normalwert und über 0ºC, Bringen des Patienten in eine Sauerstoffüberdruck-Atmosphäre und Zirkulation der Lösung in den Patienten.

11. Verwendung einer wie in Anspruch 5 oder Anspruch 6 definierten Lösung für die Herstellung eines Arzneimittels für die Verwendung in einem Verfahren zum Einfrieren eines Patienten, der für eine Kreislaufperfusion vorbereitet wurde und einer derartigen Behandlung bedarf.

12. Verwendung wie in Anspruch 11 definiert, wobei das Verfahren umfasst: die Schritte der Senkung der Temperatur des Patienten auf eine Temperatur unter den Normalwert und über 0ºC, zum Stillstandbringen der Herztätigkeit des Patienten durch Verabreichung eines kardioplegen Stoffs, Zirkulation der Lösung in den Patienten, weitere Senkung der Temperatur des Patienten bis auf eine Temperatur unterhalb von 0ºC, Erhöhung der Temperatur des Patienten auf mehr als 0ºC und darauffolgende Reinfusion von warmem Blut in den Patienten.

13. Verwendung wie in Anspruch 12 definiert, wobei nach Erhöhung der Temperatur des Patienten auf mehr als 0ºC und vor der Reinfusion von warmem Blut in den Patienten der zusätzliche Schritt der Zirkulation einer wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definierten Lösung in den Patienten erfolgt.

14. Verwendung einer wie in einem der Ansprüche 1 bis 4 definierten Lösung für die Herstellung eines Arzneimittels für die Verwendung in einem Verfahren zur Aufrechterhaltung eines für eine Kreislaufperfusion vorbereiteten Patienten, der einer derartigen Behandlung bedarf.

15. Verwendung wie in Anspruch 14 definiert, wobei das Verfahren umfasst: die Schritte des Bringens des Patienten in eine Sauerstoffüberdruck-Atmosphäre, der Zirkulation der Lösung in den Patienten und des Belassens des Patienten in der Sauerstoffüberdruck- Atmosphäre für einen Zeitraum, der ausreichend ist, dass der Patient Aktivität bei normalem Atmosphärendruck wiedererlangt.