Das komplett künstliche Herz

Das TAH ist eine orthotope, pneumatisch angetriebene, pulsatile polyurethanbeschichtete Pumpe bestehend aus zwei Ventrikeln, die den menschlichen rechten und linken Ventrikel ersetzen. Drahtverstärkte Druckleitungen, die durch die Bauchdecke ausgeleitet werden, verbinden die Pumpkammern mit der Antriebskonsole. Mit dem etwa 6 kg schweren „Freedom Driver“ ist ein portabler pneumatischer Antrieb verfügbar, der dem mobilisierten Patienten maximale Freiheit und damit die Entlassung aus der Klinik ermöglicht. Das Implantat im Thorax wiegt 160 g und hat ein Gesamtvolumen von ungefähr 400 ml.

Beide Ventrikel sind gleich aufgebaut, obwohl sie sich in der Anordnung und Angulation der Inflow- und Outflow-Klappen aufgrund der unterschiedlichen anatomischen Verhältnisse für den rechten und linken Ventrikel unterscheiden müssen. Die Klappen waren bisher mechanische Pyrolyt-Carbon-Einscheibenklappen von Medtronic-Hall, sind aber von SynCardia aufgekauft worden und werden nun unter dem Namen SynHall™ produziert (Inflow-Prothese 27 mm; Outflow-Prothese 25 mm für den 70 cm³-Ventrikel).

Im Ventrikel trennt eine 4-lagige impermeable Membran die „Blutkammer“ von der „Luftkammer“. Während der Ejektionsphase wird komprimierte Luft in die Luftkammer gepresst, dadurch drückt die Membran gegen die gefüllte Blutkammer und wäscht das Blut durch die Ausflussklappe in die Zirkulation. In der Füllungsphase zieht ein Vakuum die Membran in die Gegenrichtung und ermöglicht damit die Füllung der Blutkammer über die nun geöffnete Einlassprothese. Die maximale Exkursion der Membran erlaubt damit den Auswurf von bis zu 70 ml Blut pro Zyklus, so wird ein Herzminutenvolumen von über 9 l erreicht.

Die überwiegende Zahl herzinsuffizienter Patienten mit mechanischer Überbrückung kommt mit einem linksventrikulären VAD (LVAD) aus. Einige benötigen auch eine rechtsventrikuläre Unterstützung (RVAD), diese biventrikulär unterstützten Patienten haben aber ein höheres perioperatives Risiko [8] und einen schlechteren Langzeitverlauf: Das 1-Jahres-Überleben beträgt 55 % gegenüber 80 % bei Patienten mit alleinigem LVAD [13].

Bei Vorliegen eines schweren biventrikulären Versagens ergeben sich verschiedene Optionen: einerseits die orthotope HTX als Goldstandard, andererseits die mechanische Unterstützung mithilfe biventrikulärer pulsatiler parakorporaler oder implantierbarer Systeme oder des TAH [17]. Vorteile des TAH liegen im hohen Pumpvolumen, dem Fehlen von Limitationen aufgrund von Inflow- oder Outflow-Kanülen, der sofortigen Reduktion an Inotropika bzw. Vasokonstriktiva und damit der Vermeidung deletärer vasokonstriktorischer Effekte sowie einer raschen Mobilisation des Patienten.

Nachteilig sind die Größe der Implantate, die im Querschnitt größeren Druckleitungen und der deutlich höhere Geräuschpegel der Antriebseinheit im Vergleich zu elektrischen Rotationspumpen [21].

Derzeitige Indikationen umfassen Patienten im Stadium IV nach NYHA oder im Stadium I, II oder III nach der Interagency Registry for Mechanically Assisted Circulatory Support (INTERMACS; [10]), die ein hohes Risiko haben, rasch an einem biventrikulären Herzversagen zu versterben. Weiterhin gehören alle Situationen dazu, in denen die Implantation eines univentrikulären – meist linksventrikulären – VAD kontraindiziert ist (Infobox 1), zudem auch etliche komplexe kongenitale Vitien mit terminaler Kardiomyopathie [22].

Da bei der Implantation des TAH CardioWest™ beide nativen Ventrikel und alle 4 nativen Klappen entfernt werden, eliminiert man somit auch alle Probleme, die im Zusammenhang mit links- oder biventrikulären VAD beobachtet werden können: Rechtsherzversagen, Regurgitationen bei Klappeninsuffizienzen, maligne Arrhythmien, intraventrikuläre Kommunikationen und Low-flow-Situationen [6].

Die Implantation ist chirurgisch an sich einfach, für einen Herzchirurgen aber trotzdem herausfordernd, weil das native Herz größtenteils reseziert wird und der Eingriff damit irreversibel ist. Somit scheidet auch eine „bridge to recovery“ a priori aus. Unabdingbar ist bei der Verwendung der 70-cm³-Ventrikel ein entsprechend großer Patient mit einer Körperoberfläche (KOF) > 1,7 m² und einer a.p.-Distanz zwischen hinterem Sternum und Vorderkante des zehnten Brustwirbelkörpers ≥ 10 cm, also mit einem großen Thorax [22]. Würde man das TAH CardioWest™ in einen zu kleinen Patienten implantieren, könnte dies zu einer Kompression der V. cava inferior bzw. der linken Lungenvenen und somit nach dem Thoraxverschluss zu einer massiven Füllungsbehinderung der Pumpkammern mit deletären Konsequenzen führen.

Der operative Ablauf – auf wenige, essenzielle Punkte reduziert – beginnt nach medianer Sternotomie und Etablierung der extrakorporalen Zirkulation durch eine Herz-Lungen-Maschine (HLM) mit der Resektion des irreversibel erkrankten Herzens auf der Ventrikelseite oberhalb der AV-Grube, wobei ein schmaler muskulärer Ventrikelsaum erhalten bleibt. Mitral- und Trikuspidalklappe werden bis auf einen 2-mm-Saum reseziert, Aorta und Truncus pulmonalis oberhalb der Klappen am sinotubulären Übergang quer durchtrennt. Der Koronarsinus wird an seiner Mündung in den rechten Vorhof vernäht. Filzarmiert werden nun „inflow connectors“ auf den muskulären Ventrikelsaum als atriale Cuffs aufgenäht. Mit diesen atrialen Manschetten müssen später die artifiziellen Pumpkammern konnektiert werden.

Die Ausflusstraktprothesen mit ihren Konnektoren werden in End-zu-End-Technik mit der aszendierenden Aorta und dem Truncus pulmonalis anastomosiert. Auf eine absolute Hämostase muss bei allen Anastomosen geachtet werden, da sie nach Einbringen der Pumpkammern nicht mehr einsehbar sind und potenzielle Blutungen nachträglich nur mit extremem Aufwand saniert werden können (Abb. 1).

Die mit physiologischer Kochsalzlösung gefüllten Ventrikel werden mit den atrialen Manschetten und den Ausflusstraktprothesen konnektiert (Abb. 2), zuerst die linke, schließlich die rechte Pumpkammer. Die Druckleitungen werden durch die Bauchdecke in der Regio epigastrica ausgleitet und mit dem pneumatischen Antrieb verbunden. Nach sorgfältiger Entlüftung werden die Pumpkammern niederfrequent angefahren, unter Überwachung mithilfe der transösophagealen Echokardiographie (TEE) wird über mehrere Minuten die Pumpfrequenz gesteigert, schließlich der Patient von der HLM entwöhnt. Volumen wird so verabreicht, dass ein zentralvenöser Druck von 12–15 mmHg erreicht wird und das TAH etwa 7 l/min pumpt. Die Füllung und Ejektion aus der Pumpe in den Kreislauf sind volumen- und vorlastabhängig und nehmen mit ansteigenden atrialen Drücken zu, d. h. je höher die Vorlast, desto höher das Herzzeitvolumen – ähnlich der Frank-Starling-Reaktion.

Nach Protaminisierung und Reetablierung einer normalen Gerinnung erfolgt der Thoraxverschluss in konventioneller Weise. Mittels TEE werden konzentriert die V. cava inferior und die Mündung der linken Lungenvenen beurteilt, um eine Kompression durch die Pumpkammern zu erkennen. Indem die Position der Pumpkammern korrigiert wird, kann dieses Problem vor der Cerclage des Sternums beseitigt werden.

Als das TAH zu Beginn der 1990er-Jahre klinisch breiter implementiert wurde, war noch ein antikoagulatorischer Ansatz mit Multimedikation gefordert, den man individuell an den Patienten anpasste. Nach initialer postoperativer i.v.-Heparingabe erfolgte überlappend die Umstellung auf Vitamin-K-Antagonisten. Parallel wurde hoch dosiert Acetylsalicylsäure verabreicht, zudem als plättchenstabilisierende Substanz Dipyridamol und als antiinflammatorische Medikation Pentoxifyllin. Die Gerinnung wurde täglich mehrfach aufwendig kontrolliert, inklusive Thrombelastographie [17, 19].

Heute ist die postoperative Antikoagulation unspektakulär: In den ersten 24 h nach der Operation werden keine gerinnungshemmenden Medikamente verabreicht! Danach wird unfraktioniertes Heparin kontinuierlich i.v. appliziert und eine aktivierte partielle Thromboplastinzeit (aPTT) von 55–65 s angestrebt. Acetylsalicylsäure wird ab dem zweiten bis vierten postoperativen Tag gegeben, die erwünschte Zieldosis liegt bei 1- bis 2-mal 100 mg/Tag. Nach Entfernung aller Thoraxdrainagen wird zu Vitamin-K-Antagonisten gewechselt; der Zielwert der International Normalized Ratio (INR) liegt bei 3–3,5. Die Heparingabe wird nach Erreichen des therapeutischen INR-Bereichs beendet.

Die typischen früh postoperativen Probleme auf der Intensivstation sind identisch zu denen aller artifiziellen Blutpumpen. So können Nachblutungen auftreten, die sich durch eine schlechter werdende Füllung der Ventrikel und damit durch eine Abnahme des Herzzeitvolumens bemerkbar machen – abzulesen auf dem Display der Antriebskonsole (Abb. 3). Eventuell kommt es zu einem Anstieg des zentralen Venendrucks aufgrund der Kompression intrathorakaler Strukturen. In der bildgebenden Diagnostik bei Verdacht auf eine Tamponade kommt die TEE oder eine Computertomographie (CT) des Thorax zum Einsatz (Abb. 4).

Andererseits finden sich auch alle anderen Entitäten, die bei jedem Kollektiv schwerstkranker Patienten, oft mit entsprechenden Komorbiditäten, nach einer großen Herzoperation mit HLM beobachtet werden können, z. B. Sepsis, Multiorganversagen oder neurologische Komplikationen.

In der Frühphase nach Implantation auf der Intensivstation brauchen die Pumpkammern selbst in ihrer Ansteuerung über das Display nicht verstellt werden, alle Parameter werden am Ende der Operation an der „stationären Konsole“ (Companion II) fix eingestellt (Abb. 3.) und eigentlich nicht mehr verändert. Die Frequenz wird mit 130/min vorgewählt (Bereich: 120–140/min), die Systole mit 52 % voreingestellt, ebenso werden der pneumatische Druck und das Vakuum für den linken und rechten Ventrikel vorjustiert (Abb. 3.). Die Füllung der Ventrikel sollte bei 50–55 ml liegen, etwa 75 % des maximalen Ventrikelvolumens. Eine volumenbedingte Vorlasterhöhung führt automatisch zu einer Zunahme der Ventrikelfüllung bis zu einem Maximum von 70 ml, umgekehrt bedingt eine reduzierte Vorlast eine geringere Ventrikelfüllung unter 50 ml. Auf dem Display werden die Füllung und Druckentwicklung im Ventrikel auch graphisch in jeder Systole bzw. Diastole für beide Ventrikel angezeigt (Abb. 3). Positive Effekte der hohen Pumpfrequenz sind u. a. die Vermeidung von Stasen im Ventrikel, deren optimale Auswaschung und die Vermeidung einer Thrombenbildung bzw. Embolie.

Die Mobilisation des Patienten erfolgt auf gleiche Weise wie die eines Patienten nach großer Herzoperation. Die Pflege der Durchtrittstellen der pneumatischen Druckleitungen durch die Bauchdecke und die Prävention bzw. Therapie lokaler Infektionen werden in Analogie zu den „drivelines“ der VAD durchgeführt.

Besonders wichtig für die Intensivmedizin ist die Neuanlage von zentralvenösen Kathetern auf der Intensivstation, hier ist allergrößte Vorsicht geboten, da ein zu weit vorgeschobener Seldinger-Draht oder zentralvenöser Katheter in der Inflow-Prothese des rechten Ventrikels stecken bleiben (Einklemmung) und zu einer Klappenblockade führen kann, was den Patienten in eine lebensbedrohliche Situation bringt; 3 Todesfälle sind in der Literatur beschrieben [7, 23]. Zentralvenöse Katheter dürfen bei CardioWest™-Patienten nie den rechten Vorhof erreichen!

Notabene ist eine mechanische kardiopulmonale Reanimation bei einem Patienten mit implantiertem TAH CardioWest™ nicht zielführend, ebenso wenig das Schreiben eines Elektrokardiogramms (Infobox 2)!

Unter einer INR von 3–3,5 werden entsprechend mehr Blutungen auftreten. Lebensbedrohliche intrazerebrale Blutungen am TAH müssen im Sinne einer Nutzen-Risiko-Abwägung entsprechend rigoros therapiert werden, d. h., die Antikoagulation ist im Rahmen einer gravierenden Blutungssituation zu beenden. Die hohen Flüsse von > 6 l/min (auch im rechten Ventrikel) reduzieren offensichtlich das Risiko von Thromben, Patienten tolerieren Perioden einer niedrigen Antikoagulation ohne zusätzliches thrombembolisches Risiko.

Um eine INR < 2 rasch zu erreichen, können Prothrombinkomplexgerinnungsfaktoren verabreicht werden (2000 IE initial, eventuell nachfolgend nochmals 1000 IE). Über 48 h kann dann jegliche orale Antikoagulation bzw. antiaggregatorische Therapie pausiert und eine aPTT von 40–55 s angestrebt werden; eine Beibehaltung über 4–5 Tage ist möglich. Nicht verabreicht werden sollte der rekombinante humane Blutgerinnungsfaktor VIIa (Novoseven®).

Ist es in der ersten kranialen Kontroll-CT 48 h nach Auftreten der intrazerebralen Blutung zu keiner Befundverschlechterung gekommen, beginnt man mit einer niedrig dosierten i.v.-Gabe von Heparin (300 IE/h). Nach weiteren 48 h wird eine neuerliche kraniale CT durchgeführt. Ist wiederum keine Befundverschlechterung eingetreten, kann die aPTT auf 50–55 s, später dann auf 50–60 s gesteigert werden. In Analogie gilt dies auch für alle Formen gastrointestinaler Blutungen. Alle diesbezüglichen Angaben entstammen der persönlichen Kommunikation (Deutsches Herzzentrum Berlin; Herz- und Diabeteszentrum NRW, Bad Oeynhausen; Fa. SynCardia Systems, Inc., Tuscon, AZ, USA), zitierfähige Literatur gibt es diesbezüglich derzeit noch nicht.

Die Erfahrungen mit dem TAH CardioWest™ in Österreich sind sehr beschränkt. Wir haben an der Medizinischen Universität Innsbruck im Sommer 2008 den ersten Patienten in Österreich mit einem solchen System versorgt, im September 2014 schließlich den dritten Patienten Österreichs, den ersten, der die Klinik verlassen konnte und der nach Rehabilitation in der Sonderkrankenanstalt Rehabilitationszentrum Großgmain mobil zu Hause am System verweilt.

Die Indikation beim ersten Patienten war ein ausgedehnter transmuraler Vorderwandinfarkt mit malignen Arrhythmien und einem gescheiterten Weaning von der HLM nach 2-facher Bypassoperation. Sowohl die Implantation als auch der postoperative Verlauf gestaltete sich in Bezug auf das Kunstherz unproblematisch, am 14. postoperativen Tag verstarb der Patient jedoch bei schwerem Leberversagen.

Die Indikation bei unserem zweiten Patienten, der sehr groß und etwa 100 kg schwer ist, war ein schwerstes terminales biventrikuläres Versagen mit massiver Verkalkung des apikalen linken Ventrikels und großem intramuralem, apikalem Thrombus nach länger zurückliegendem Vorderwandinfarkt. Auch hier war die Implantation komplikationsfrei, der Patient rasch extubiert und der weitere postoperative Verlauf in Bezug auf das Kunstherz komplikationsfrei (Abb. 5). Er befindet sich nun seit mehr als 290 Tagen ohne relevante Probleme am TAH (Abb. 6) und ist seit Ende Januar 2015 zur kombinierten Herz-Nieren-Transplantation bei Eurotransplant gelistet.

Da die Parameter für die Steuerung weitgehend vorgegeben sind, sind Änderungen ähnlich den VAD kaum nötig. Die orale Antikoagulation ist einfach und standardisiert, unser Patient ist mit einem CoaguChek®-Gerät (Fa. Roche) zu Hause versorgt und in der Selbstmessung der INR bzw. der Selbstmedikation seiner oralen Antikoagulation geschult. Störend bzw. teilweise sehr belastend wird die Geräuschentwicklung des portablen Antriebs vom Patienten bzw. seinen Angehörigen empfunden.

Bisher sind weltweit mehr als 1400 CardioWest™-TAH implantiert worden. Die längste Implantationsdauer betrug 3,75 Jahre, ehe der Patient erfolgreich einer Transplantation unterzogen wurde. Insgesamt 47 Patienten befanden sich länger als ein Jahr am System, bei 72 % war eine Transplantation möglich.

In der Bridge-to-transplant-Indikation überleben 70–80 % der Patienten bis zur HTX, obwohl sie hauptsächlich zum Zeitpunkt der Implantation im Stadium INTERMACS I sind und damit zu den kränksten Patienten überhaupt zählen („crash and burn“, nur noch wenige Tage zu leben). Das 1-Jahres-Überleben nach erfolgter HTX liegt bei 80–86 % [4].

Schlaganfälle treten überwiegend in der Frühphase nach Implantation auf; die Häufigkeit liegt bei 4 %. Die Schlaganfallrate ab dem zweiten Tag nach der Implantation beträgt 8 Ereignisse auf 100 Patientenjahre bei Patienten, die keine Device-Infektion aufweisen [3], und das sind immerhin 98 %. Fatale Device-Infektionen finden sich bei 2 % der Patienten [4].

Aufgrund der Tatsache, dass bisher nur Erwachsene mit einer KOF > 1,7 m² mit einem CardioWest™-TAH versorgt werden konnten, hat die Firma SynCardia 50-cm³-Ventrikel entwickelt und klinisch implementiert. Diese können nun in kleinere Patienten mit einer KOF von 1,2–1,7 m² implantiert werden, seit Anfang 2015 sind sie CE-zertifiziert und klinisch verfügbar. Somit werden in Zukunft auch Kinder, Jugendliche und kleinere Erwachsene von dieser Form des mechanischen Herzersatzes bei irreversiblem, dekompensiertem biventrikulärem Herzversagen profitieren können.

Im Jahr 2013 wurden laut der INTERMACS-Registry in den USA 66 Patienten mit einem TAH versorgt, was 2,7 % der US-amerikanischen Population entspricht, die 2013 eine mechanische Herzunterstützung bzw. einen Herzersatz erhalten haben [14]. Durch die Implementierung einer zweiten Ventrikelgröße dürfte dieser Anteil in Zukunft deutlich zunehmen.