Die vorliegende Arbeit setzt sich mit der klinischen Anwendung von zwei neuen Monitoringparametern - Hirngewebe-PO2 in der weißen Substanz (PtiO2), und online intrakranielle Compliance (cICC) - im Rahmen des multimodalen zerebralen Monitorings bei Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma auseinander. Bezüglich des PtiO2 konnte erstmalig eine Hypoxiegrenze von 8,5 mmHg durch vergleichende Messungen mit der jugular-venösen Oxymetrie ermittelt werden. Ferner konnte gezeigt werden, dass, bei intakter zerebraler Autoregulation, der PtiO2 bei einem zerebralen Perfusionsdruck (CPP) >60 mmHg über dem pathologischen Grenzwert liegt. Eine forcierte bzw. moderate Hyperventilation hingegen, induziert, trotz adäquatem CPP, eine Reduktion des PtiO2, die im individuellen Fall zur Unterschreitung des hypoxischen Grenzwerts führt. Das PtiO2-Verfahren ist somit v.a. dann indiziert, wenn eine Hyperventilationstherapie zur Kontrolle eines pathologisch erhöhten intrakraniellen Drucks (ICP) eingesetzt werden muss. PtiO2-Messwerte bedürfen aber einer kritischen Interpretation, sofern der PtiO2-Katheter in der Nähe einer Kontusion lokalisiert ist. Hier ist der PtiO2, als Ausdruck des perikontusionell reduzierten zerebralen Blutflusses, signifikant erniedrigt und somit nicht repräsentativ für die globale zerebrale Oxygenierung. Für die cICC konnte ebenfalls ein pathologischer Grenzwert angegeben werden (0,5 ml/mmHg). Die Dateninterpretation ist aber, durch die offensichtliche Abnahme der intrakraniellen Compliance mit zunehmendem Lebensalter, erschwert. Ferner bleibt die cICC bzgl. ihrer Datenqualität weit hinter etablierten Parametern zurück, so dass ihre routinemäßige Anwendung zum jetzigen Zeitpunkt nicht zu empfehlen ist. Basierend auf unseren Untersuchungen hat sich das PtiO2-Verfahren international als Langzeitmonitoring der zerebralen Oxygenierung etablieren können. Die cICC hingegen bedarf umfangreicher Systemänderungen, um eine frühe Risikoabschätzung bezüglich eines drohenden ICP-Anstiegs suffizient zu ermöglichen. / The aim of our clinical and experimental studies was to evaluate two new monitoring parameters -brain tissue PO2 (PtiO2) of cerebral white matter, and online intracranial compliance (cICC) - in patients with severe traumatic brain injury by using a computerized multimodal cerebral monitoring system. By comparing PtiO2 with jugular vein oxygen saturation, we were able to establish the hypoxic PtiO2-threshold of 8.5 mmHg. Moreover, we demonstrated that in case of an intact cerebral autoregulation, PtiO2 was well above the hypoxic threshold as long as cerebral perfusion pressure (CPP) stayed above 60 mmHg. However, forced or moderate hyperventilation carried an individual risk of a PtiO2 reduction below the hypoxic threshold despite an adequate CPP. PtiO2 monitoring is therefore particularly indicated, if hyperventilation therapy is necessary for control of pathologically increased intracranial pressure (ICP). However, PtiO2-values needed critical interpretation, if catheters were placed close to contusions. In these situations, PtiO2 has been shown to be significantly reduced, presumably due to low peri-contusional blood flow. Thus, such PtiO2 measurements cannot be taken as representatives of global cerebral oxygenation. In cICC monitoring, a pathological threshold was accomplished (0.5 ml/mmHg). Due to a stepwise cICC reduction with increasing age, cICC data interpretation was aggravated, and cICC data quality was significantly reduced in comparison to other established monitoring parameters. Hence, a routine use of this device is currently not advisable. Based on ours results, the PtiO2-methode has been established internationally as an ideal tool for long-term monitoring of cerebral oxygenation. On the contrary, the cICC system needs extensive alterations in order to anticipate sufficiently pathological ICP rises.

Die Höhe des optimalen zerebralen Perfusionsdruckes nach schwerem Schädel-Hirn-Trauma wird kontrovers diskutiert. Während im sogenannten Lund-Konzept ein niedriger Perfusionsdruck angestrebt und die Gabe von Katecholaminen aufgrund potentieller zerebraler vasokonstringierender und weiterer Nebeneffekte vermieden wird, befürwortet das CPP-Konzept nach Rosner eine Anhebung des zerebralen Perfusionsdruckes, wenn notwendig unter intravenöser Gabe von Katecholaminen. Vor diesem Hintergrund galt es, in einem experimentellen Schädel-Hirn-Trauma- Modell der Ratte (Controlled Cortical Impact Injury) den Bereich des optimalen zerebralen Perfusionsdruckes nach traumatischer Hirnkontusion zu ermitteln und den Effekt von Katecholaminen auf den posttraumatischen zerebralen Blutfluss und die Entwicklung des sekundären Hirnschadens zu untersuchen. Die wesentlichen Ergebnisse dieser Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen: In der Akutphase nach Hirnkontusion liegt der Bereich des zerebralen Perfusionsdruckes, welcher die Entwicklung des Kontusionsvolumens nicht beeinflusst, zwischen 70 und 105 mm Hg. Eine Senkung des Perfusionsdruckes unterhalb bzw. Anhebung oberhalb dieser Schwellenwerte vergrößert das Kontusionsvolumen. Die Anhebung des Blutdruckes mittels intravenöser Infusion von Dopamin oder Noradrenalin führt sowohl in der Frühphase als auch in der Spätphase nach Trauma (4 Stunden bzw. 24 Stunden nach kortikaler Kontusion) zu einem signifikanten Anstieg im kortikalen perikontusionellen Blutfluss und in der Hirngewebe-Oxygenierung. Die durch Anhebung des zerebralen Perfusionsdruckes auf über 70 mm Hg induzierte Verbesserung des posttraumatischen zerebralen Blutflusses bewirkte jedoch keine Reduzierung der Hirnschwellung. Für eine Katecholamin-induzierte zerebrale Vasokonstriktion nach kortikaler Kontusion gibt es keinen Anhalt. Um die Entwicklung des sekundären Hirnschadens nach kortikaler Kontusion zu minimieren, sollte der zerebrale Perfusionsdruck nach traumatischem Hirnschaden nicht unterhalb 70 mm Hg liegen. Eine Anhebung des Perfusionsdruckes auf über 70 mm Hg erscheint nicht notwendig oder vorteilhaft zu sein. Wenn notwendig, kann sowohl in der Früh- als auch Spätphase nach Trauma der zerebrale Perfusionsdruck mittels intravenöser Gabe von Katecholaminen angehoben werden. / The optimum cerebral perfusion pressure after severe traumatic brain injury remains to be controversial. In the Lund concept a relatively low cerebral perfusion pressure is preferred, and administration of catecholamines is avoided due to potential catecholamine-mediated cerebral vasoconstriction and other side effects. In contrast, the CPP concept of Rosner recommends elevation of cerebral perfusion pressure, if needed by intravenous administration of catecholamines. Based on this, in an experimental model of traumatic brain injury of the rat (Controlled Cortical Impact Injury) the optimum range of cerebral perfusion pressure after traumatic brain contusion and the effects of catecholamines on posttraumatic cerebral perfusion and development of secondary brain injury were investigated. The most significant results can be summarized as follows: In the acute phase after brain contusion the range of cerebral perfusion pressure that does not affect the development of posttraumatic contusion volume was found to be between 70 and 105 mm Hg. Reduction of the cerebral perfusion pressure below or elevation above these thresholds increases contusion volume. Elevation of blood pressure by intravenous infusion of dopamine or norepinephrine during the early (4 hours) as well as late (24 hours) phase after trauma results in a significant increase in pericontusional blood flow and brain tissue oxygenation. The increase in cerebral blood flow by elevating cerebral perfusion pressure above 70 mm Hg did not decrease cerebral edema formation. There was no evidence of a catecholamine-induced cerebral vasoconstriction after cortical contusion. In order to minimize secondary brain injury after cortical contusion, cerebral perfusion pressure should not fall bellow 70 mm Hg. However, a further active elevation of cerebral perfusion pressure does not appear necessary or beneficial. If needed cerebral perfusion pressure can be elevated by administration of catecholamines in the early as well late phase after trauma.