Einfluss von Lagewechsel und Wirbelsäulenkonfiguration auf die intrathekale Ausbreitung hyperbarer Lokalanaesthetika im Spinalkanalmodell

Abstract

Die vorliegenden Modellversuche evaluieren die Auswirkungen von Kopftieflagen (KT) und unterschiedlichen Wirbelsäulenkonfigurationen auf das Ausbreitungsverhalten hyperbarer Lokalanaesthetika (LA). In zwei Spinalkanalmodellen wurde ein Subarachnoidalraum mit Medulla spinalis, Filum terminale und Liquor nachgebildet. Ein Wärmemantel sorgte für konstante Versuchsbedingungen. Modell I hatte eine gerade Form, Lendenlordose und Brustkyphose blieben in der Konstruktion unberücksichtigt. Es diente dem Vergleich der Ausbreitungshöhe von Bupivacain 0,5% hyperbar (BUP) und Mepivacain 4% hyperbar (MEP) in horizontaler Lage, 5° und 10° KT. In Modell II wurden durchschnittliche Wirbelsäulenkrümmungen einbezogen und das Verteilungsverhalten von BUP in Rückenlage, 5°, 10° und 15° KT ermittelt. Dabei wurden mittels digitaler Bildbearbeitung und Farbskalen an definierten Messpunkten innerhalb des Modells Konzentrationsgefälle bestimmt. Die in Modell I und II erhobenen Datensätze wurden zur Klärung des Einflusses der Lordosesteilheit auf die Ausbreitung hyperbarer LA verglichen. In Modell I zeigten beide LA, trotz des höheren spezifischen Gewichts von MEP, in horizontaler Lage sowie in 10° KT ähnliche Ausbreitungsmuster. In horizontaler Lage scheinen demnach bei hyperbaren LA Diffusionsvorgänge für das Ausbreitungsverhalten maßgeblich zu sein, bei 10° KT sind Gravitationskräfte dominierend über Dichteunterschiede. Nur bei 5° KT fanden sich beim Vergleich beider LA signifikante Unterschiede. Hier überwog der Einfluss des spezifischen Gewichts. Aus den Untersuchungen in Modell II ging hervor, dass erst ab einer KT von 15° die Steigung der Lordose überwunden, und somit ein Übertreten des sakralen LA-Pools nach thorakal möglich wird. Mit zunehmenden Grad der KT reichert sich an tiefen Punkten der Brustkyphose auch in ventralen Anteilen des Spinalkanalquerschnitts LA an. Ausgehend von der Gegenüberstellung beider Modellversuche ging hervor, dass die Ausbreitungshöhe nicht durch die mit der Steilheit der Lordose zunehmenden Fließgeschwindigkeit, sondern durch die initial bidirektionale Verteilung bestimmt wird: je flacher die Lordose, desto leichter kann durch eine KT das sakral gepoolte LA ausfließen. Der Einfluss interindividueller Unterschiede der Wirbelsäulenkonfiguration (z.B. Lebensalter, Schwangerschaft) auf die Ausbreitungsdynamik hyperbarer LA wird so erklärbar. The effect of Trendelenburg position and variations in spinal configuration on the spread of hyperbaric spinal anaesthetics was examined by in vitro modeling techniques. Two models of the subarachnoid space were constructed. Both included replications of the spinal cord, filum terminale and were filled with Ringer s solution. A thermal jacket ensured a constant temperature. Model I had a straight shape, ignoring simulations of the lumbar lordosis and thoracic kyphosis. It was made to compare fluid dynamics and spread of hyperbaric bupivacaine 0.5 % (BUP) and hyperbaric mepivacaine 4 % (MEP) in horizontal position, 5° and 10° head down tilt. Model II included reconstructions of average spinal curvatures and served for closer analysis of intrathecal spread of hyperbaric BUP in both simulated supine position and Trendelenburg position of 5°, 10° and 15°. Within the model, gradients of concentrations were calculated by means of digital image processing technique and calibrated colour scales. Data of both models were compared to gain evidence over the effect of lumbar lordosis on fluid dynamics of hyperbaric solutions. Measurements of modeI I did not reveal any difference in cephalad spread of both MEP, though having a higher specific gravity, as well as BUP neither in the horizontal nor Trendelenburg position. Diffusion processing represents the decisive factor for distribution patterns of hyperbaric anaesthetics in supine position. When tilted 10° head down gravitation prevailed over differences in density. Only the 5° head down tilt demonstrated the influence of the specific gravity of a local anaesthetic, as the cephalad spread of BUP and MEP differed significantly. Analysis of model II detected that a 15° head down tilt is a prerequisite for the local anaesthetic solution to spill over lumbar lordosis and effuse into thoracic regions. At lowest points of the spinal curvature, with increasing degree of head down tilt, the local anaesthetic solution was also detectable in ventral parts of the spinal canal. By means of the comparison of both spinal canal model investigations we concluded that the extent of spread does rather depend on bidirectional distribution of the local anaesthetic than on increasing flow rate due to the slope of lumbar lordosis: the more the lumbar lordosis is flattened the more of the initially sacrally pooled solution effuses into thoracic parts of the spinal canal. Based on these observations, the influence of variations in spinal curvature (e. g. due to pregnancy or age) on fluid dynamics of hyperbaric solutions is clarified.