Herz-Lungen-Maschine und der menschliche Kreislauf: Akutem Herzversagen

Medizin am Abend Berlin:  Kreislaufsimulator ermöglicht bessere Versorgung schwerstkranker Patienten

Konkurrenz zwischen Herz-Lungen-Maschinen und dem menschlichen Kreislauf kann Heilung erschweren – Simulation von akutem Herzversagen im Silikon-Modell 
 
Die metallfreie Konstruktion des Kreislaufsimulators ermöglicht auch MRT-Untersuchungen.
Foto: Johannes Gehron
 
Akute und lebensbedrohliche Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind auch heute noch eine der häufigsten Todesursachen in Deutschland. 

• Reichen bei der Erstversorgung eines Kreislaufversagens konservative Maßnahmen wie Medikamente und Wiederbelebung nicht aus, so stehen in Zentren der Maximalversorgung mobile Herz-Lungen-Maschinen zur künstlichen Kreislaufwiederherstellung zur Verfügung. 

Erholt sich das Herz wieder, tritt aber die Maschine in Konkurrenz zum eigenen Kreislauf, was die Heilung erschwert. 

Erstmals wurde jetzt an der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) ein Silikon-Kreislaufsimulator präsentiert, der es ermöglicht, die genauen Zusammenhänge zu untersuchen und letztendlich die Versorgung schwerstkranker Patienten zu verbessern.

• Ähnlich wie bei einer Herzkatheter-Untersuchung wird beim akuten Herzversagen der Kreislauf der Patienten über die großen Blutgefäße der Leistengegend durch Schläuche mit der Herz-Lungen-Maschine verbunden, die mit einer Blutpumpe als Herzersatz und einem Oxygenator als Lungenersatz die Kreislaufarbeit übernimmt. 

Das erkrankte Herz-Kreislauf-System kann sich dann innerhalb der nächsten Tage erholen, da die Arbeit komplett vom externen künstlichen Kreislauf übernommen wird. 

• Dieser hat aber durch die Verbindung über die großen Leistengefäße eine Strömungsrichtung, die der natürlichen Strömungsrichtung des menschlichen Kreislaufs sogar entgegenwirkt. 

• Das erkrankte Herz muss für das entgegenströmende Blut Energie aufbringen, die es eigentlich zur Erholung benötigt. Durch die Vermischung beider Strömungen kann es außerdem zur Minderversorgung lebenswichtiger Organe wie des Gehirns kommen.

Die Richtung, Ausdehnung und Lokalisation dieser gegeneinander gerichteten und konkurrierenden Blutströmungen wurde bisher noch nicht systematisch untersucht. Dies gelingt nur mit einem Kreislaufsimulator, mit dem die gegeneinander gerichteten Strömungen ohne Auswirkung auf die Patienten künstlich simuliert und mit Ultraschallverfahren und Magnetresonanztomographie (MRT) qualitativ und quantitativ überprüft werden können.

Schon lange bestehende Simulatoren zur Testung von Kunstherzen aus starren Blutbehältern imitieren zwar den Kreislauf, sind aber nicht wie das menschliche Gefäßsystem konstruiert und scheiden deswegen zur Darstellung der aufeinandertreffenden Strömungen aus.


Die Gießener Wissenschaftler um den Biomediziner und Kardiotechniker Johannes Gehron und den Assistenzarzt Dr. Philippe Grieshaber konstruierten deswegen mit einem aus Computertomographiedaten gewonnenen Silikonmodell der großen arteriellen und venösen Körpergefäße einen Kreislaufsimulator, mit dem sie die Konkurrenz des internen und externen Kreislaufs eins zu ein darstellen können. Das originalgetreue Modell in Erwachsenengröße ermöglicht die Simulation des akuten Herzversagens und dessen Therapie durch den Anschluss einer Herz-Lungen-Maschine an den künstlichen Leistengefäßen. An der Entwicklung des Simulators sind Wissenschaftler von JLU, Technischer Hochschule Mittelhessen (THM) und der Fachhochschule Dortmund sowie Kunstkreislaufspezialisten des Universitätsklinikums Gießen beteiligt.

Durch den direkten Zugang zum offenen Gefäßsystem ohne umgebendes Gewebe werden Störungen bei den Ultraschalluntersuchungen ausgeschlossen.

Eine Konstruktion ohne Metall ermöglicht außerdem MRT-Untersuchungen zur kompletten und ausführlichen Darstellung und Messung aller konkurrierenden Strömungen im gesamten Gefäßsystem.

Alle Daten werden zusätzlich mit einer numerischen Strömungssimulation überprüft, um wichtige Voraussagen zur Strömungsbildung und Vermischung treffen zu können.




Die metallfreie Konstruktion des Kreislaufsimulators ermöglicht auch MRT-Untersuchungen.
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Die Kunstkreislaufspezialisten des UKGM möchten mit dem Modell die Entstehung der aufeinandertreffenden Blutströmungen besser verstehen und durch die Untersuchung der beeinflussenden Faktoren langfristig eine bessere Erholung des Herz-Kreislauf-Systems der Patienten ermöglichen und eine Minderversorgung wichtiger Organe vermeiden.



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Johannes Gehron und Dr. Philippe Grieshaber,
Studiengruppe Exploration of the Mixing Phenomena during Interaction of Internal and External Circulations (EMPACs)

Universitätsklinikum Gießen und Marburg GmbH, Standort Gießen; Klinik für Herz-, Kinderherz- und Gefäßchirurgie
E-Mail: Johannes.Gehron@chiru.med.uni-giessen.de;
Philippe.Grieshaber@chiru.med.uni-giessen.de
Lisa Dittrich Justus-Liebig-Universität Gießen

360° TOP-Thema: Herzklappen und Gefäße + Gewebebank

Medizin am Abend Berlin Fazit:  Steigende Nachfrage nach Herzklappen und Gefäßen

Europaweit stellt die jüngst erweiterte Gewebebank am Herz- und Diabeteszentrum NRW Transplantate zur Verfügung – Das Spendenaufkommen ist gestiegen 
 
Präzisionsarbeit im Reinraumlabor: Hier werden die Transplantate für die Kälte-Einlagerung und spätere Verwendung sorgfältig aufbereitet (Foto: Armin Kühn).
 
Aus rechtlicher Sicht sind Herzklappen und Gefäße Arzneimittel, die in Bad Oeynhausen seit mehr als zehn Jahren nach strengen Auflagen aufbereitet und bereitgestellt werden dürfen.

• Die Transplantate stammen großteils von Verstorbenen, die einer Organ- und Gewebespende zugestimmt haben, deren komplettes Herz aber nicht zur Transplantation geeignet ist. 

„Im Gegensatz zum Herzmuskel sind Herzklappen sehr widerstandsfähig“, erläutert Hermann Josef Knobl, Leiter der Herz- und Gefäßgewebebank am Herz- und Diabeteszentrum NRW (HDZ NRW).

Patienten, deren eigenes Herz entnommen und gegen ein gesundes Herz ausgetauscht wurde, bilden daher eine zweite große Spendergruppe.

• Etwa 500 Präparate von Herzklappen und Blutgefäßen werden jährlich in Deutschland benötigt. 

Das HDZ NRW verfügt über eine von insgesamt drei Einrichtungen bundesweit, in denen solche Gewebetransplantate aufbereitet werden.

• Der Bedarf steigt, zumal die sogenannten „Homografts“ gegenüber künstlichen Prothesen viele Vorteile haben. 

• Im Notfall werden sie oft benötigt, wenn infizierte Kunststoffprothesen an der Aorta oder den Körperarterien ersetzt werden müssen. Auch sind Patienten, die eine menschliche Herzklappe oder eine Bioklappe aus tierischem Zellmaterial erhalten, fortan nicht darauf angewiesen, gerinnungshemmende Medikamente einzunehmen.

In kontrolliert eingefrorenem Zustand sind die Transplantate bei minus 196 Grad Celsius nahezu unbegrenzt haltbar. 

Übergroße Lagerbestände weist die weitgehend kostendeckend tätige Gewebebank am HDZ NRW dennoch nicht auf, da Knobl vielen Anfragen nachkommen kann. 

So wurden im vergangenen Jahr 70 Herzklappen und 128 Gefäße europaweit vermittelt, darunter nach England, Holland, Spanien und Österreich. 

• Oftmals wird eine bestimmte Größe für besondere herz- und gefäßchirurgische Verfahren benötigt. 

• Als Hoffnungsträger gelten sogenannte dezellularisierte Herzklappen, deren Zellen bis auf das stützende Kollagengerüst entfernt werden und von denen man sich eine noch größere Anpassungsfähigkeit und längere Haltbarkeit verspricht.

Herzstück der Herzklappen- und Gefäß-Gewebebank im HDZ NRW ist das jetzt renovierte, abteilungseigene Reinraumlabor mit ständiger Partikel- und Keimüberwachung und sterilen Bedingungen, die weit über in einem Operationssaal herrschende Klima hinausgehen. 

• Hier werden die Transplantate sorgfältigst präpariert und 24 Stunden in einer Antibiotikalösung dekontaminiert, anschließend kontrolliert auf minus 90 Grad gekühlt und anschließend in flüssigen Stickstofftanks bei minus 196 Grad Langzeit gelagert.
• Von der Herstellung bis zur Freigabe vergehen etwa 15 Tage.

„Gewebespenden verbessern die Lebensqualität von Patienten erheblich“, betont Hermann Josef Knobl. 

„Wie bei Organen auch kann die Bereitschaft zur Spende mit einem Organ- und Gewebespendeausweis dokumentiert werden. 

Um dem steigenden Bedarf nachzukommen, sind wir aber auch auf eine gute Zusammenarbeit mit Spendekliniken, Gewebebanken und Transplantationszentren in Deutschland und Europa angewiesen.“ 

Hermann-Josef Knobl, Leiter der Herz- und Gefäß-Gewebebank im Herz- und Diabeteszentrum NRW, Bad Oeynhausen (Foto: Armin Kühn).

Hintergrundinformation:

Als erste und lange Zeit einzige Einrichtung in Deutschland erhielt die Gewebebank am Herz- und Diabeteszentrum NRW (HDZ NRW), Bad Oeynhausen, im Jahr 2003 die Erlaubnis zur Herstellung menschlicher Herzklappen. Mit dem Ziel einer bedarfsgerechten, qualitätsgesicherten, transparenten und kostengünstigen Versorgung von Patienten mit Gewebetransplantaten wurde diese Erlaubnis nach der Umsetzung der EU Richtlinie „Gewebebank, Herstellung und Abgabe“ 2007 ersetzt durch neue Erlaubnisse zur Gewinnung von Herzklappen und Blutgefäßen sowie deren Verarbeitung und Lagerung. Hinzu erteilte das Paul-Ehrlich-Institut als oberste Bundesbehörde die Genehmigung zur Abgabe der hergestellten Herzklappen und Blutgefäße an andere Kliniken.

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Das Herz- und Diabeteszentrum Nordrhein-Westfalen (HDZ NRW), Bad Oeynhausen, ist ein international anerkanntes Zentrum zur Behandlung von Herz-, Kreislauf- und Diabeteserkrankungen. Mit 37.000 Patienten pro Jahr, davon 14.700 in stationärer Behandlung, ist das HDZ NRW ein führendes Spezialklinikum in Europa. Unter einem Dach arbeiten vier Universitätskliniken und Institute seit 30 Jahren interdisziplinär zusammen. Das HDZ NRW ist Universitätsklinik und zugleich Akademisches Lehrkrankenhaus der Ruhr-Universität Bochum.

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TAVI- und MitraClip-Verfahren in Berlin und bundesweit

Medizin am Abend Berlin Fazit:  Interdisziplinäre Team-Entscheidungen bei endovaskulären Verfahren

Vortrag Privatdozent Dr. med. Wolfgang Harringer, Vizepräsident der Deutschen Gesellschaft für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie (DGTHG); Chefarzt der Klinik für Herz-, Thorax und Gefäßchirurgie, Städtisches Klinikum Braunschweig, anlässlich des 133. Kongresses der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie am 27. April 2016 in Berlin: 

Medizin am Abend Berlin ZusatzFachLink: TV - Blutfluss 

 
Neben den konventionellen offenen Operationen am Herzen haben sich in den letzten Jahren zunehmend sogenannte kathetergestützte Eingriffe etabliert.

Dabei werden über verschiedene Gefäßzugänge, unter Verwendung von Kathetern, Herzklappen- oder Gefäß-Implantate eingebracht.

Diese neuen Entwicklungen haben ohne Zweifel die Möglichkeiten der Behandlung von Herzklappenerkrankungen, aber auch von Aneurysmen (Aufweitungen) der Hauptschlagader, wesentlich erweitert.

• Insbesondere sind Patientinnen/Patienten, die früher wegen zu hohen Alters oder wesentlicher Begleiterkrankungen nur bedingt einer chirurgischen Therapie zugänglich waren oder gar ausgeschlossen werden mussten, nun behandelbar.

Beispielhaft zu nennen sind hier die kathetergestützte Aortenklappen-Implantation (TAVI) zur Therapie der schweren Aortenklappenstenose (Verengung der Hauptschlagader-Klappe durch Verkalkung), das kathetergestützte Mitralklappen-Clipverfahren (MitraClip) bei Undichtigkeit der linksseitigen Vorhof-Kammerklappe und die Ausschaltung von Aussackungen (Aneurysmen) der Hauptschlagader im Brustkorb- und/oder Bauchbereich durch Einbringen innerer Gefäßstützen (sogenannter „gecoverter Stents“).

Gerade die TAVI hat in den vergangenen fünf Jahren in der Bundesrepublik eine rapide Zunahme in der Patientenversorgung durchlaufen. Während in diesem Zeitraum die Zahl der isoliert durchgeführten Aortenklappenersatz-Operationen mit circa 10.000 Fällen nahezu konstant blieb, hat die Zahl der TAVI-Prozeduren bis zum Jahr 2014 auf circa 13.000 Eingriffe zugenommen.

• Die beiden anderen genannten Eingriffsarten unterliegen bislang keiner gesetzlich vorgeschriebenen Qualitätssicherung nach Paragraf 137 SGB V, so dass keine verlässlichen Daten und Fakten hierzu vorliegen.

Diese Entwicklung hat auch dazu beigetragen, die bereits bei anderen Eingriffen bewährte Vorgehensweise des sogenannten Herzteams auch in diesem Bereich obligat zu etablieren.

• Dies bedeutet ein noch näheres Zusammenrücken der beteiligten Fachgebiete Herzchirurgie, Kardiologie und auch Anästhesie. Das Herz-Team bezieht sich dabei auf Indikationsstellung, Eingriffsplanung und Durchführung, sowie die umfassende postprozedurale Nachbehandlung gleichermaßen.

• Korrekte Indikationsstellung bedeutet hierbei, das für den Patienten geeignete und sicherste Verfahren unter Berücksichtigung der Langzeitergebnisse auszuwählen. 
• Gerade der letzte Aspekt wird gelegentlich vernachlässigt. 

Für den klassisch-operativen, herzchirurgischen Aortenklappenersatz liegen in der wissenschaftlichen Literatur Publikationen zu Zeiträumen von bis zu 15 bis 20 Jahren nach der Erstoperation vor. Dadurch ist die Sicherheit des Verfahrens nachvollziehbar dokumentiert, während die Langzeitsicherheit, und insbesondere auch Haltbarkeit der implantierten Prothesen, des nun seit knapp fünf Jahren in größerer Breite eingesetzten TAVI-Verfahrens gegenwärtig noch als nur bedingt geklärt angesehen werden können und bei der gemeinsamen Aufklärung der Patienten im Team Berücksichtigung finden müssen.

Während das MitraClip-Verfahren, mit Verbindung der zwei Klappensegel meist in der Mitte der Klappe, als provisorische Lösung anzusehen ist, können viele Fälle von Mitralklappenundichtigkeit herzchirurgisch im anatomischen Sinn vollständig korrigiert werden, und damit als heilbar angesehen werden.

Gerade bei Patienten mit sehr hohem Operationsrisiko, stellt das neue Verfahren eine gute Alternative dar, um die Symptome der Patienten zu lindern.

Die Bedeutung des langen Atems in der medizinischen Wissenschaft zeigte sich wieder erst kürzlich auf dem Kongress der amerikanischen Kardiologen (ACC 65th Annual Scientific Session and Expo, April 2–4, 2016; Chicago).

So trugen die Autoren der sogenannten STICH-Studie vor, dass ein Überlebensvorteil der Bypasschirurgie gegenüber medikamentöser Therapie bei Patienten mit schwerer koronarer Herzerkrankung und eingeschränkter Herzleistung, der sich nach fünf Jahren nur angedeutet hatte, nach zehn Jahren dann tatsächlich auch statistische Signifikanz erreichte.

Für das TAVI- und MitraClip-Verfahren wurden die notwendigen Voraussetzungen im Juli 2015 durch eine Richtlinie des Gemeinsamen Bundesausschusses (G-BA) geregelt.

Diese Verfahren dürfen zu Lasten der gesetzlichen Krankenversicherungen nur noch in Einrichtungen erbracht werden, die in der Richtlinie für minimalinvasive Herzklappeninterventionen dezidiert festgelegte Struktur-, Prozess- und Personalvoraussetzungen erfüllen.

Hierbei ist ein funktionierendes Herzteam der wesentlichste Faktor.

Die stets eingeräumte Übergangsfrist endet am 30. Juni 2016. 

Dabei ist anzumerken, dass bereits vor Inkrafttreten dieser Richtlinie über 95 Prozent dieser Eingriffe entsprechend internationaler Gepflogenheiten unter Herzteam-Bedingungen erfolgten.

Es ist ohne Zweifel durch die konsequente Umsetzung des Herzteam-Ansatzes in der Herzmedizin und die möglichst enge Kooperation der Fachgebiete bei den invasiven Verfahren eine weitere Verbesserung der Patientensicherheit und auch der Therapieergebnisse zu erwarten.

Die Deutsche Gesellschaft für Thorax-, Herz- und Gefäßchirurgie e.V. (DGTHG) vertritt als medizinische Fachgesellschaft die Interessen der über 1.000 in Deutschland tätigen Herz-, Thorax- und Kardiovaskularchirurgen im Dialog mit der Politik, Wirtschaft und Öffentlichkeit.


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