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Wissenschaft im Alltag: Eine Pumpe für die Pumpe

"Linksventrikuläre Unterstützungssysteme" helfen angeschlagenen Herzen bei der Arbeit.
Herz-PumpeLaden...
Den alten Ägyptern galt das Herz als Sitz des Verstands, doch seit dem 17. Jahrhundert ist seine zentrale Bedeutung für den Blutkreislauf bekannt: Das Herz, genauer gesagt der linke Teil dieses Hohlmuskels, pumpt Blut durch den Körper und versorgt so Muskeln, Nerven und Organe mit Nährstoffen und Sauerstoff. Die rechte Hälfte ist für den Lungenkreislauf zuständig. Sie treibt venöses Blut, das vom Körper zurückströmt, in die Lunge, wo es erneut mit dem lebensnotwendigen Gas angereichert wird. Danach erreicht es die linke Herzhälfte – bereit für die nächste Runde.

Was aber, wenn die Pumpe ihre Aufgabe nicht mehr in ausreichendem Maß erfüllt? Verschiedene Erkrankungen des Herzmuskels, so genannte Kardiomyopathien, können der Grund für eine solche Herzinsuffizienz sein, ebenso wie Herzinfarkt und Myokarditis, eine Entzündung des Herzmuskels, die auch bei jungen Menschen ohne auffällige Vorgeschichte auftreten kann. Helfen weder Medikamente noch ein Eingriff, ist eine Herztransplantation das letzte Mittel.

Mechanische Pumpen entlasten das HerzLaden...
Mechanische Pumpen entlasten das Herz | Verrichtet die linke Herzhälfte ihre Arbeit nur noch ungenügend und ein Spenderorgan ist noch nicht verfügbar, helfen mechanische Pumpen, den Kreislauf aufrechtzuerhalten. In Europa bringen sie das Blut heute meist mittels Rotoren in Fluss. Die erste Gerätegeneration imitierte die Funktion des Herzmuskels durch Membranpumpen, die aber deutlich mehr Einbauraum benötigen.
Bis ein Spenderorgan zur Verfügung steht, verstreicht oft eine lange Zeit. Um sie zu überbrücken, wurden Herzunterstützungs- systeme entwickelt. Da meist die linke Hälfte betroffen ist – sie muss für den Körperkreislauf einen rund fünfmal höheren Druck aufbauen als ihr rechtes Pendant –, handelt es sich bei einem Großteil der Geräte um linksventrikuläre Unterstützungssysteme, kurz LVAD genannt (Left Ventricular Assist Device). Seit vor rund zwanzig Jahren die ersten Geräte auf den Markt kamen, ist die Entwicklung so weit fortgeschritten, dass LVADs auch für einen dauerhaften Einsatz geeignet sind; in Einzelfällen kann sogar die risikoreiche Transplantation ganz entfallen.

Jede Herzhälfte besteht aus einem Vorhof, in dem sich das Blut sammelt, und der eigentlichen Herzkammer. In der systolischen Arbeitsphase kontrahiert die Kammermuskulatur und pumpt das Blut so in die Arterien; diese Druckwelle lässt sich als Puls ertasten. Ein Ventil aus Bindegewebe, die Segelklappe, verhindert einen Rückstrom. Anschließend entspannt sich die Kammer wieder, und durch den damit einhergehenden Druckabfall wird erneut Blut vom Vorhof eingesaugt. Während dieser als Diastole bezeichneten Phase verhindern die so genannten Taschenklappen an der Öffnung zu den Arterien einen Rückfluss aus dem Körper.

Diesen Vorgang ahmen LVADs der ersten Generation nach. Die Pumpe besteht aus einer Blut- und einer Luftkammer, die eine Membran trennt; eine Heparinbeschichtung verhindert die Gerinnung. Über Einlass- und Auslasskanülen ist die Blutkammer mit Herz und Gefäßen verbunden. Ein dünner Schlauch verbindet die Luftkammer mit einem pneumatischen Antrieb, der abwechselnd Über- und Unterdruck in der Luftkammer erzeugt. Diesen Wechsel reicht die Membran an die Blutkammer weiter, die Flüssigkeit wird dadurch angesaugt beziehungsweise ausgetrieben; Ventile geben auch hier die Strömungsrichtung vor. Das rhythmische Pumpen ist bei den Patienten als Puls fühlbar, man spricht daher auch von pulsatilen Geräten. Solche Systeme brauchen aber viel Platz. Die Pumpe trägt der Patient außerhalb des Körpers, Antrieb und Energieversorgung führt er in einem Trolley mit sich.

Unterstützungssysteme der zweiten und dritten Generation hingegen sind mit einem Rotor ausgestattet, der das Blut kontinuierlich fließen lässt. Ein Puls ist dann freilich nicht mehr tastbar, allenfalls noch schwach, je nach verbleibender Eigenleistung des Herzens. Der Vorteil: Die Geräte sind wesentlich kleiner, mitunter nur noch zwölf Zentimeter lang und drei Zentimeter im Durchmesser. Daher lassen sich diese linksventrikulären Unterstützungssysteme vollständig implantieren. Nur Batterien und Steuergeräte liegen noch außerhalb des Körpers, sie passen in eine Umhängetasche. Bei diesen moderneren, aber auch teureren Systemen passiert das vom Herzen kommende Blut zunächst ein Vorleitrad. Das leitet es in den Rotor ein, der sich rund 5000- bis 10 000-mal pro Minute dreht und die eigentliche Pumpleistung erbringt. Das Blut bekommt dadurch aber einen Drall, ein Nachleitrad gleicht dies wieder aus. Es erzeugt außerdem zusätzlichen Druck und leitet das Blut über die Auslasskanüle in die Aorta.

Eine weitere Verbesserung bringt die dritte Gerätegeneration. Der Rotor schwebt in einem Magnetfeld und dreht sich dank dieser Lagerung ohne Reibungswiderstand. Es entsteht keine Wärme und die Abnutzung wird minimiert. Derart ausgestattete Geräte lassen sich über Jahre hinweg verwenden.

In Sachen LVAD hat Europa im Vergleich zu den in der Hochtechnologie oft tonangebenden USA die Nase vorn. Während in den Vereinigten Staaten gerade mal ein Teil der Geräte der zweiten Generation zugelassen ist, profitieren Patienten in Europa bereits von modernsten Geräten der dritten Generation. Der deutsche Hersteller Berlin Heart erhielt schon im Jahr 2003 die Zertifizierung für die bislang einzige Pumpe mit magnetischem Rotor.



Wussten Sie schon?

  • Herzunterstützungssysteme sind keine Kunstherzen. Nur wenn das natürliche Organ gar nicht mehr arbeitet oder zu große Bereiche des Gewebes abgestorben sind, wird es vollständig entnommen und bis zur Transplantation durch eine künstliche Pumpe ersetzt. Solange das Herz noch eine Restleistung erbringt, darf es weiter schlagen und wird maschinell unterstützt. So bricht der Blutfluss bei einem Gerätedefekt auch nicht völlig zusammen. Außerdem kann der Einsatz eines Unterstützungssystems in einigen Fällen – insbesondere bei Herzmuskelentzündungen - dazu führen, dass sich das Pumporgan vollständig erholt und wieder selbstständig arbeiten kann.

  • Für Patienten mit rechtsseitiger Herzinsuffizienz, einem sehr seltenen Krankheitsbild, stehen derzeit noch keine Geräte zur Verfügung, die den linksventrikulären Unterstützungssystemen der zweiten und dritten Generation entsprechen. Hier herrscht noch die Technik der Membranpumpen vor. Solche Systeme kommen außerdem bei sehr kleinen Patienten zum Einsatz, deren Brustkorb zu wenig Platz für ein implantierbares LVAD bietet, also beispielsweise bei Kindern.

  • Bereits 1952 gelang erstmals eine mechanisch assistierte Kreislaufunterstützung. Es handelte sich dabei um einen kardiopulmonalen Bypass, mit dem das Blut – etwa während eines chirurgischen Eingriffs am Herzen – an Herz und Lunge vorbeigeleitet wurde. Für längere Überbrückungszeiten sind solche Systeme jedoch nicht geeignet. 1965 wurde die erste intraaortale Ballonpumpe eingesetzt: Ein zylindrischer Kunststoffballon wurde in die Brustschlagader vorgeschoben, rhythmisches Aufblasen mit Helium und anschließendes Ablassen des Gases unterstützte die Pumpleistung des Herzens. Über den erfolgreichen Einsatz eines LVADs und die Überbrückung der Zeit bis zur Transplantation wurde erstmals 1985 berichtet.

  • In Deutschland erhalten heute rund 200 Patienten pro Jahr ein LVAD, europaweit sind es etwa 500.
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