Was ist Target-Controlled Infusion (TCI)?

Target-Controlled Infusion, kurz TCI, ist ein Verfahren der intravenosen Medikamentenapplikation, bei dem pharmakokinetische Modelle die Infusionsrate automatisch berechnen, die erforderlich ist, um eine bestimmte Medikamentenkonzentration im Korper des Patienten zu erreichen und aufrechtzuerhalten.

Anstatt manuell eine Rate in mL/h einzustellen und abzuschatzen, wann das Medikament therapeutische Spiegel erreicht, legt der Anasthesist einfach eine Zielkonzentration fest. Die TCI-Pumpe berechnet in Echtzeit und passt die Infusionsrate Sekunde fur Sekunde an.

Das Drei-Kompartiment-Modell

TCI-Systeme basieren auf kompartimenteller Pharmakokinetik. Der gangigste Ansatz ist das mammillare Drei-Kompartiment-Modell, das den Korper in drei Bereiche unterteilt:

• Zentrales Kompartiment (V1) - reprasentiert das Blut und die stark durchbluteten Organe. Das Medikament gelangt bei der Injektion zuerst hierhin.
• Schnelles peripheres Kompartiment (V2) - reprasentiert gut durchblutetes Gewebe wie Muskulatur. Das Medikament bewegt sich relativ schnell zwischen V1 und V2.
• Langsames peripheres Kompartiment (V3) - reprasentiert schlecht durchblutetes Gewebe wie Fettgewebe. Das Medikament bewegt sich langsam in dieses Kompartiment hinein und heraus.

Jedes Kompartiment hat spezifische Geschwindigkeitskonstanten (k-Werte), die beschreiben, wie schnell sich das Medikament zwischen ihnen bewegt und wie schnell es eliminiert wird. Diese Konstanten stammen aus Populationsstudien, in denen Forscher die Blutmedikamentenspiegel bei Patientengruppen uber die Zeit gemessen haben.

Plasma-Targeting vs. Effect-Site-Targeting

TCI-Pumpen bieten zwei Zielmodi an:

Plasma-Targeting (Cp)

Die Pumpe zielt auf eine bestimmte Medikamentenkonzentration im Blut (zentrales Kompartiment). Das ist einfach und vorhersagbar, aber die Hirnkonzentration hinkt der Plasmakonzentration hinterher. Das bedeutet, dass der klinische Effekt Zeit braucht, um mit der angezeigten Konzentration ubereinzustimmen.

Effect-Site-Targeting (Ce)

Die Pumpe zielt auf eine bestimmte Medikamentenkonzentration am Wirkort, der bei Anasthetika das Gehirn ist. Um die Ziel-Ce schneller zu erreichen, uberschiesst die Pumpe zunachst die Plasmakonzentration, wodurch das Medikament schneller die Blut-Hirn-Schranke uberwindet. Das fuhrt zu einem schnelleren Wirkungseintritt, erfordert aber eine kurze Phase hoherer Plasmaspiegel.

Effect-Site-Targeting verwendet eine zusatzliche Geschwindigkeitskonstante namens ke0, die die Equilibrierung zwischen Plasma und Wirkort beschreibt. Verschiedene Modelle verwenden unterschiedliche ke0-Werte, weshalb dasselbe Ce-Ziel je nach gewahltem Modell unterschiedliche klinische Ergebnisse liefern kann.

Wie TCI-Pumpen die Rate berechnen

Der TCI-Algorithmus lost Differentialgleichungen, die die Medikamentenbewegung zwischen den Kompartimenten beschreiben. Bei jedem Berechnungszyklus (typischerweise alle paar Sekunden) fuhrt die Pumpe folgende Schritte durch:

1. Bestimmung des aktuellen Zustands aller drei Kompartimente (basierend auf den akkumulierten Berechnungen)
2. Ermittlung der Infusionsrate, die im nachsten Zeitschritt erforderlich ist, um die Konzentration in Richtung Zielwert zu bewegen
3. Anwendung dieser Rate und anschliessende Neuberechnung fur den nachsten Schritt

Deshalb wird TCI manchmal als "modellgesteuerte" Infusion bezeichnet. Die Pumpe fuhrt kontinuierlich eine pharmakokinetische Simulation des Patienten durch und passt die Hardware-Ausgabe entsprechend an.

Warum TCI wichtig ist

TCI bietet mehrere Vorteile gegenuber der manuellen Infusionsratensteuerung:

• Vorhersagbare Medikamentenspiegel - der Anasthesist kann in Konzentrationen (mcg/mL) statt in Infusionsraten (mL/h) denken
• Glattere Anasthesie - kontinuierliche Anpassung verhindert die Spitzen und Taler, die bei Bolus-basierten Techniken haufig auftreten
• Schnellere Titration - Effect-Site-Targeting ermoglicht eine raschere Reaktion auf wechselnde klinische Anforderungen
• Aufwachzeitprognose - das Modell kann abschatzen, wann der Patient basierend auf den aktuellen Medikamentenspiegeln das Bewusstsein wiedererlangt

Gangige TCI-Modelle

Die am haufigsten verwendeten PK-Modelle fur TCI sind:

• Marsh (1991) - Propofol-Modell, gewichtsproportional. Verwendet im ursprunglichen Diprifusor-System.
• Schnider (1998/1999) - Propofol-Modell, berucksichtigt Alter, Grosse, Gewicht und Geschlecht.
• Minto (1997) - Remifentanil-Modell, ahnlich wie Schnider mit demografischen Patientendaten.
• Eleveld (2018) - neueres Propofol-Modell, das fur ein breiteres Patientenspektrum einschliesslich Kindern und alteren Patienten konzipiert wurde.

Einschrankungen

TCI-Modelle sind populationsbasierte Schatzungen. Sie sagen vorher, was bei einem "durchschnittlichen" Patienten aus der Studienpopulation passiert. Einzelne Patienten konnen aufgrund von Faktoren wie Organfunktion, genetischer Variation, Begleitmedikation und Krankheitszustand erheblich abweichen.

Deshalb ist TCI ein Werkzeug zur Unterstutzung der klinischen Beurteilung, kein Ersatz dafur. Der Anasthesist muss stets die klinische Reaktion des Patienten uberwachen und die Zielwerte entsprechend anpassen.