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AG Hämorheologie und Mikrozirkulation

Hintergrund

Die Hämorheologie befasst sich mit den Fließeigenschaften von Blut, einer Nicht-Newtonschen Flüssigkeit. Die Vollblutviskosität beschreibt die Interaktion der einzelnen Blutkomponenten auf der Basis ihres Strömungswiderstands. Sie ist abhängig von Gefäßdurchmesser, Hämatokrit, Plasmaviskosität, Form und Verformbarkeit der roten Blutkörperchen, Leukozytenzahl, Erythrozytenaggregation, der Interaktion der Blutzellen mit dem Plasma und den auf die Zellen wirkenden Scherkräften. Bei Erwachsenen ist eine erhöhte Vollblut und Plasmaviskosität bei zahlreichen kardiovaskulären Erkrankungen (arterielle Hypertonie, Typ II Diabetes, Hypertriglyceridämie, metabolisches Syndrom) und Hyperviskositätssyndromen wie dem M. Waldenström ein entscheidender Einflussfaktor der Pathophysiologie. Auch bei Neugeborenen sind viele Erkrankungen wie die Polyglobulie, das Feto-Fetale Transfusionssyndrom, Sepsis oder Asphyxie mit erheblichen Veränderungen der Fließbedingungen im zirkulatorischen System und der Mikrozirkulation assoziiert. Bedingt durch die niedrigen Scherraten im Niederdrucksystem des Fetus, Früh- und Neugeborenen sind die hämorheologischen Eigenschaften und pathologischen Veränderungen des mikrozirkulatorischen Systems dieser Gruppe von besonderer Bedeutung.

Forschungsprojekte

Das LS 300 Viskosimeter (Rotationsviskosimeter, ProRheo©) ermöglicht es die entstehenden Scherkräfte einer Flüssigkeit bei frei wählbaren Scherraten zu ermitteln. Die so ermittelte Fließkurve erlaubt die Berechnung der Viskosität Nicht-Newtonscher Flüssigkeiten wie Vollblut oder Plasma. Mit dieser Technik wurde zunächst die Viskosität Neugeborener und Frühgeborener über den gesamten physiologischen Scherbereich bestimmt und die Unterschiede zu den Fließeigenschaften Erwachsener herausgearbeitet. Neu – und Frühgeborene zeigen eine signifikant niedrigere Vollblutviskosität, Plasmaviskosität und Erythrozytenaggregation, die Erythrozytenverformbarkeit ist dagegen höher als bei Erwachsenen. Die Fließkurve der Kinder lässt sich am besten nach dem mathematischen Modell nach Ostwald approximieren, während die Fließkurve Erwachsener sich nach Casson, das heißt mit einer Fließgrenze beschreiben lässt. Zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Mikrozirkulation bei physiologisch niedrigeren Blutdruckwerten sind diese Eigenschaftenvon großer Bedeutung. Weitere Projekte stellen nun pathologische Veränderungen der Viskosität Neu- und Frühgeborener in den Mittelpunkt.  So sind unter Hypothermie bei Asphyxie essentielle rheologische Veränderungen zu erwarten. Die Transfusion Neu- und Frühgeborener mit dem Blut Erwachsener Spender sowie die rheologischen Veränderungen durch die Lagerung der Blutkonserven könnten die Fließeigenschaften der Neu- und Frühgeborenen und damit die optimale Mikrozirkulation ebenfalls beeinträchtigen.

Veränderungen auf zellulärer Ebene  des Blutes wie beispielsweise des Einflusses von Endotoxinen (LPS) auf die mechanischen Eigenschaften  roter Blutkörperchen in einem Sepsis Modell unter Anwendung der Flicker Spectroscopy in einer Mikroflusskammer in Kooperation mit dem physikalisch chemischen Institut (Prof. Tanaka) sind ein weiterer Forschungsschwerpunkt.

Kooperationen  

  • Prof. Motomu Tanaka –Physikalisch chemisches Institut Heidelberg
    Science: Cell Biophysics and Physical Modelling of Cell/Tissue Contacts    

Mitarbeiter

Arbeitsgruppenleiterin

Projektmanagement

Alumni

Prof. Dr. med. Peter Ruef, Klinik für Kinder- und Jugendmedizin/Perinatalzentrum, SLK-Kliniken Heilbronn GmbH, Am Gesundbrunnen 20-26, 74078 Heilbronn (ehem. AG Leiter, Kooperation, Chefarzt Kinderklinik Heilbronn)

Dr. med. Elisa Bauknecht (abgeschlossene Promotion)

Greta Thater (cand. med.)

Ausgewählte Publikationen

The new low shear viscosimeter LS 300 for determination of viscosities of Newtonian and non – Newtonian fluids Gen.
Physiol. Biophys. 2014; 33: 281 – 284 P.
Ruef, J. Gehm, L. Gehm, C. Felbinger, J. Poeschl, N. Kuss

Determination of whole blood and plasma viscosity by means of flow curve analysis Gen. Physiol. Biophys.
2014; 33. 285 – 293
P. Ruef, J. Gehm, L. Gehm, C. Felbinger, J. Poeschl, N. Kuss

Determination of whole blood and plasma viscosity in healthy newborn using flow curve measurement with the LS 300
Kuss N, Bauknecht E, Felbinger C, Gehm J, Gehm L, Pöschl J, Ruef P.
Clin Hemorheol Microcirc. 2015 Oct 6; 63(1):3-14. doi: 10.3233/CH-152008. PMID: 26444620

Whole blood viscosity of preterm infants – differences to term neonates
Kuss N, Bauknecht E, Felbinger C, Gehm J, Gehm L, Pöschl J, Ruef P.
Clin Hemorheol Microcirc. 2015; 61(2):397-405. doi: 10.3233/CH-152007. PMID: 26444619

Quantification of the Influence of Endotoxins on the Mechanics of Adult and Neonatal Red Blood Cells.
Ito H, Kuss N, Rapp BE, Ichikawa M, Gutsmann T, Brandenburg K, Pöschl JM, Tanaka M.
J Phys Chem B. 2015 Jun 25; 119(25):7837-45. doi: 10.1021/acs.jpcb.5b01544. PMID: 26024425