GMS German Medical Science (Jun 2012)
A novel, non-invasive diagnostic clinical procedure for the determination of an oxygenation status of chronic lower leg ulcers using peri-ulceral transcutaneous oxygen partial pressure measurements: Results of its application in chronic venous insufficiency (CVI) [Ein neues, nicht-invasives, klinisch-diagnostisches Verfahren zur Ermittlung eines Sauerstoff-Status chronischer Unterschenkelgeschwüre mit peri-ulzeralen transkutanen Sauerstoffpartialdruck-Messungen: Ergebnisse der Anwendungen bei chronisch-venöser Insuffizienz (CVI)]
Abstract
[english]<br> The basis for the new procedure is the simultaneous transcutaneous measurement of the peri-ulceral oxygen partial pressure (tcPO), using a minimum of 4 electrodes which are placed as close to the wound margin as possible, additionally, as a challenge the patient inhales pure oxygen for approximately 15 minutes. In order to evaluate the measurement data and to characterise the wounds, two new oxygen parameters were defined: (1) the oxygen characteristic (K-PO), and (2) the oxygen inhomogeneity (I-PO) of a chronic wound. The first of these is the arithmetic mean of the two lowest tcPO measurement values, and the second is the variation coefficient of the four measurement values. Using the K-PO parameter, a grading of wound hypoxia can be obtained. To begin with, the physiologically regulated (and still compensated) hypoxia with K-PO values of between 35 and 40 mmHg is distinguished from the pathological decompensated hypoxia with K-PO values of between 0 and 35 mmHg; the first of these still stimulates self-healing (within the limits of the oxygen balance). The decompensated hypoxia can be (arbitrarily) divided into “simple” hypoxia (Grade I), intense hypoxia (Grade II) and extreme hypoxia (Grade III), with the possibility of intermediate grades (I/II and II/III).Measurements were carried out using the new procedure on the skin of the right inner ankle of 21 healthy volunteers of various ages, and in 17 CVI (chronic venous insufficiency) wounds. Sixteen of the 17 CVI wounds (i.e., 94%) were found to be pathologically hypoxic, a state which was not found in any of the healthy volunteers. The oxygen inhomogeneity (I-PO) of the individual chronic wounds increased exponentially as a function of the hypoxia grading (K-PO), with a 10-fold increase with extreme hypoxia in contrast to a constant value of approximately 14% in the healthy volunteers. This pronounced oxygen inhomogeneity explains inhomogeneous wound healings, resulting in the so-called mosaic wounds. The hypoxia grades found in all of the chronic wounds was seen to be evenly distributed with values ranging from 0 to 40 mmHg, and therefore extremely inhomogeneous. In terms of oxygenation, chronic wounds are therefore inhomogeneous in two respects: (1) within the wound itself (intra-individual wound inhomogeneity) and (2) between different wounds (inter-individual wound inhomogeneity). Due to the extreme oxygen inhomogeneity, single measurements are not diagnostically useful. In healthy individuals the oxygen inhalation challenge (see above) results in synchronised tcPO oscillations occurring at minute rhythms, which are not seen in CVI wounds. These oscillations can be interpreted as a sign of a functioning arterial vasomotor system.The new procedure is suitable for the routine characterisation of chronic wounds in terms of their oxygen status, and correspondingly, their metabolically determining (and limiting) potential for healing and regeneration. The oxygen characteristic K-PO can furthermore be used as a warning of impending ulceration, since the oxygen provision worsens over time prior to the demise of the ulcerated tissue, thus making a controlled prophylaxis possible.[german]<br> Basis des neuen Verfahrens ist die simultane transkutane Messung des peri-ulzeralen Sauerstoff-Partialdrucks (tcPO) mit wenigstens jeweils möglichst nahe am Wundrand; während der Messung wird von uns zusätzlich eine etwa 15-minütige Sauerstoff-Inhalation durchgeführt.Zur Auswertung der Messdaten und zur Charakterisierung der Wunden werden 2 neue Sauerstoffgrößen definiert: (1) Die Sauerstoff-Kenngröße (K-PO) und (2) die Sauerstoff-Inhomogenität (I-PO) einer chronischen Wunde. Erstere ist das arithmetische Mittel der beiden niedrigsten tcPO-Messwerte, letztere der Variationskoeffizient der 4 Messwerte.Mit Hilfe der Größe K-PO wird eine Graduierung der Wund-Hypoxie festgelegt. Unterschieden wird zunächst die physiologisch-regulative (noch kompensierte) Hypoxie mit K-PO-Werten zwischen 35 und 40 mmHg von der pathologischen (dekompensierten) Hypoxie mit K-PO-Werten zwischen 0 und 35 mmHg; erstere stimuliert noch die Selbstheilung (im Rahmen der Sauerstoff-Balance). Die dekompensierte Hypoxie unterteilen wir (willkürlich) in die (einfache) Hypoxie (Grad I), in die starke Hypoxie (Grad II) und in die extreme Hypoxie (Grad III), mit möglichen Zwischenstufen (I/II und II/III).Es wurden an 21 Gesunden verschiedenen Alters die Haut des rechten Innenknöchels und an 17 CVI-Wunden die Messungen mit dem neuen Verfahren durchgeführt. 16 der 17 CVI-Wunden (d.h. 94%) erwiesen sich als pathologisch hypoxisch, keiner der Gesunden war dies. Die Sauerstoff-Inhomogentät der einzelnen chronischen Wunde (I-PO) nimmt mit dem Hypoxie-Grad (K-PO) exponentiell zu und verzehnfacht sich bei extremer Hypoxie gegenüber dem Wert Gesunder von etwa 14%. Diese enorme Sauerstoff-Inhomogenität erklärt inhomogene Heilungen, so genannte Mosaik-Wunden. Die Häufigkeit der Hypoxiegrade aller chronischen Wunden war von 0 bis 40 mmHg gleich verteilt und daher extrem inhomogen. Somit sind chronische Wunden in zweifacher Weise Sauerstoff-inhomogen: (1) die Wunden in sich (intra-individuell) und (2) die Wunden untereinander (inter-individuell). Wegen der extremen Sauerstoff-Inhomogenität sind Einzelmessungen diagnostisch nicht brauchbar.Während einer inhalativen O-Provokation (s.o.) treten bei den Gesunden synchronisierte tcPO-Oszillationen im Minuten-Rhythmus auf, an den CVI-Wunden dagegen nicht. Diese Oszillationen können als Zeichen eines intakten regulatorischen arteriellen Vasomotions-Systems interpretiert werden. Das neue Verfahren ist geeignet, chronische Wunden routinemäßig bezüglich ihres Sauerstoffstatus, und damit ihrer metabolisch determinierten (und limitierten) Abheil- und Regenerationspotenz, zu charakterisieren. Darüber hinaus kann die Sauerstoff-Kenngröße K-O als Warngröße vor drohenden Ulzerationen dienen, denn die Sauerstoffversorgung verschlechtert sich zeitlich vor einem ulzerierenden Gewebeuntergang. Somit eröffnet sich die Möglichkeit einer kontrollierten Prophylaxe.
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