DE4317752C2 - Vorrichtung zur Unterstützung der Herzfunktion - Google Patents
Vorrichtung zur Unterstützung der HerzfunktionInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur
Unterstützung der Herzfunktion.
Bei dem Pumpversagen des Herzens handelt es sich um
eine muskuläre Schwäche der linken Herzkammer, durch
die nicht genügend Blutvolumen vom Herzen in die Haupt
schlagader ausgeworfen werden kann, so daß die Auf
rechterhaltung des Kreislaufs nicht mehr gewährleistet
ist. Die Ursachen für dieses Pumpversagen des Herz
muskels sind vielfältig; beispielsweise sind zu nennen:
Viruserkrankungen, Minderdurchblutung des Muskels, Pumpversagen nach herzchirurgischen Eingriffen etc.
Viruserkrankungen, Minderdurchblutung des Muskels, Pumpversagen nach herzchirurgischen Eingriffen etc.
Bisherige Ansätze zur Behandlung dieser in den meisten
Fällen zum Tode führenden Funktionsstörung des Herzens
sind
- 1. medikamentöse Behandlung
- 2. Behandlung mittels einer intraaortalen Bal lonpumpe
- 3. durch die Herztransplantation
- 4. durch einen sogenannten Muskelventrikel,
- 5. durch mechanische Pumpsysteme, die anstelle der linken Herzkammer in den Kreislauf ein geschaltet werden, wobei am Ende dieser Entwicklungen das sogenannte Kunstherz ste hen soll.
Eine medikamentöse Beherrschung des Pumpversagens des
Herzens ist nur bei temporären Schäden möglich, da
aufgrund der hohen Nebenwirkungen diese starken Medika
mente nur kurzzeitig zum Einsatz kommen können. Vor
allem aber sind diese Medikamente nur für leichtere
Formen des Pumpversagens einsetzbar, da auch hier nur
eine unterstützende Wirkung auf den Herzmuskel zu er
reichen ist, und ein manifest nicht mehr kontrahieren
der Muskel auch durch Medikamente nicht dazu zu veran
lassen ist. Die Steigerung der Herzleistung beträgt
dabei nur ca. 15%.
Die intraaortale Ballongegenpulsation, auch kurz IABP
genannt, die 1968 eingeführt wurde, ist eine Methode,
bei der ein Ballonkatheter in die Körperhauptschlagader
eingeführt wird. Durch rhythmisches Aufblasen und Ab
lassen des Ballons erfolgt eine Erhöhung des diastoli
schen Blutflusses in den Herzkranzarterien; durch das
erhöhte Angebot an Blut und die bessere Durchblutung
des Herzmuskels wird eine Erhöhung der Pumpfunktion der
linken Herzkammer erreicht. Bei dieser Methode kann nur
eine Verbesserung um ca. 10 bis 20% erreicht werden.
Die Nachteile dieser Methode sind zum einen die nur
minimale Verbesserung der kardinalen Pumpfunktion, zum
anderen auch die Komplikationsmöglichkeiten, die haupt
sächlich in Blutungen und Gefäßverschlüssen bestehen.
Außerdem muß aufgrund des Fremdmaterials in einem Kör
pergefäß das Blut ungerinnbar gemacht werden.
Ein weiterer Ansatz zur Behandlung ist die Herztrans
plantation. Aufgrund von Berichten der Deutschen Ge
sellschaft für Thorax-Herz und Gefäßchirurgie ist die
Zahl der Transplantationen in der Bundesrepublik
Deutschland seit 1991 relativ konstant. Die Ursache
hierfür dürfte sein, daß nicht genügend Spenderherzen
zur Verfügung stehen. Die Zahl der auf eine Transplan
tation Wartenden vermehrt sich jedoch jährlich um ca.
10%, ohne daß für dieses Problem eine Lösung gefunden
werden könnte.
Vor allem aber können bei Herztransplantationen in der
Regel nur Patienten berücksichtigt werden, die ein
chronisches Pumpversagen haben, temporäre Versagen
können mit dieser Methode praktisch nicht behandelt
werden.
Weitere Nachteile von Herztransplantationen Vorgehens
sind die hohen Sach- und Personalkosten. Auch müssen
sich transplantierte Patienten einer lebenslangen Im
munsuppression unterziehen, was zu einer erhöhten In
fektanfälligkeit führt. Zusätzlich sind häufige statio
näre Behandlungen mit Kontrollen des eingepflanzten
Organs notwendig, die sehr zeit- und kostenaufwendig sind.
Letztlich weiß man, nachdem sich diese Methode nun seit
einigen Jahren in der Klinik etabliert hat, daß sich
aufgrund von Transplantatabstoßungen und von arterios
klerotischen Veränderungen der Herzkranzarterien dieser
transplantierten Organe nur unbefriedigende Langzeiter
gebnisse erzielen lassen.
Bei dem sogenannten Muskelventrikel handelt es sich um
ein Operationsverfahren, bei dem der große Rückenmuskel
ab-und freipräpariert wird, dann in den Brustkorb
hinein und dort um das Herz herumgeschlagen wird. Vor
her wird dieser Rückenmuskel durch elektrische Geräte
induziert zum permanenten Schlagen angeregt, was eine
Veränderung der Muskelfasern nach sich ziehen soll.
Nachdem dieser Rückenmuskel dann um das Herz herumge
wickelt und festgenäht ist, und er sich rhythmisch
kontrahiert, wird das Herz zusammengedrückt und so ein
erhöhtes Blutauswurfvolumen gefördert. Dieser Ansatz,
der sich noch im Experimentierstadium befindet, weist
ebenfalls eine große Zahl von Nachteilen auf:
- 1. Derzeit gelingt es noch nicht vollständig und vor allem nicht für genügend lange Zeit, durch die elektri schen Umpulse eine Umformung der Muskelfasern zu er reichen.
- 2. Bei dieser Methode wird immer das gesamte Herz kom primiert, also auch Bereiche, die physiologisch eigent lich nicht komprimiert werden sollen.
- 3. Bei dieser Methode ist eine sehr große Operation notwendig, so daß temporäres Pumpversagen mit dieser Methode kaum behandelt werden.
Letztlich wird schon seit Jahren der Versuch unternom
men, ein Kunstherz zu entwickeln, das nach Entfernung
des körpereigenen Herzens an die gleiche Stelle implan
tiert und in den Kreislauf eingeschaltet wird. Dieses
Vorhaben scheitert bislang jedoch an den bisher zur
Verfügung stehenden Materialien, die zur Zeit noch eine
sehr geringe Verträglichkeit mit den Körpergeweben und
vor allen Dingen mit dem körpereigenen Blut aufweisen.
Durch den Kontakt des Blutes mit körperfremden Oberflä
chen kommt es zu schweren Eingriffen in das Gerinnungs
system, mit daraus folgenden möglichen Blutungen. Auch
die medikamentöse Beeinflussung des Blutes mittels
Heparin, das das Blut ungerinnbar macht, gibt hier im
Langzeitverlauf keinen Schutz, immer wieder gehen Blut
bzw. Blutbestandteile zugrunde, so daß dem Patienten in
regelmäßigen Zeitabständen immer wieder Fremdblut
(Übertragung von Viruserkrankungen) substituiert werden
muß. Parallel zu dieser Entwicklung des Kunstherzens
wurden Unterstützungssysteme entwickelt, die unter
Belassung des Herzens temporär in den Blutkreislauf
eingesetzt werden können. All diesen Systemen ist je
doch gemeinsam, daß sie ebenfalls mit dem Blut des
Patienten in Kontakt kommen und so zu einer Aktivierung
der Blutgerinnung an der fremden Oberfläche führen.
Zusätzlich müssen künstliche Blutgefäße zu diesen Pump
systemen geführt und von ihnen wieder zurück in den
Körper implantiert werden, bei dem Durchtritt dieser
körperfremden Anschlüsse müssen diese nach außerhalb
des Körpers austreten und bergen so eine hohe Gefahr an
Infektionen.
Aus der DE 33 07 211 A1 geht eine implantierbare Vor
richtung zur Unterstützung der Aktivität des
Myokardiums hervor, doch werden bei dieser bekannten
Vorrichtung die ausdehnbaren Membraneinrichtungen mit
einem Pumpluid betrieben, das im praktischen Einsatz
nur zu unbefriedigenden Behandlungserfolgen führte, zumal
Fluide nur schwer dosierbare Druckeinstellungen auf die
entsprechenden Herzbereiche zulassen.
Eine vergleichbare Vorrichtung geht aus der US-PS 46 90 134
hervor, die ebenfalls mit einem hydraulischem
Pumpsystem arbeitet.
Überdies erlauben die vorstehenden Vorrichtungen nur
den Einsatz bei selbstschlagenden Herzen ohne Herz
rhythmusstörungen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich
tung anzugeben, die insbesondere bei temporärem Pump
versagen die Herzfunktion wirkungsvoll unterstützen
kann.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im
Patentanspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der
Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung geht von der Idee aus, das erkrankte Herz
und hier speziell die linke Herzkammer durch mechani
schen Druck auf dieselbe zu unterstützen, um so den
Blutauswurf in die Hauptschlagader zu erhöhen und einen
normalen Kreislauf aufrechtzuerhalten.
Hierzu weist die erfindungsgemäße Vorrichtung folgende
Merkmale auf:
- - es ist ein Hohlkörper vorgesehen, dessen Innen- und Außenkontur derart ausgebildet sind, daß er in den menschlichen Brustkorb derart eingesetzt werden kann, daß er das Herz mit Ausnahme der zum Herz führenden und vom Herz weg führenden Adern um schließt,
- - in dem Hohlkörper befindet sich ein Sack, der meh rere aufblasbare Luft-Kammern aufweist, die sich am Hohlkörper abstützen,
- - eine Steuereinheit steuert einen pneumatischen Antrieb, der die einzelnen Kammern füllt und ent leert, derart, daß der Sack synchron zur Herztätig keit zumindest auf die linke Herzkammer drückt, so daß Blut in die Körperschlagader gedrückt wird,
- - die Steuereinheit weist einen Herzschrittmacher auf.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Auswurf
leistung des Herzens durch einen genau definierten
Druck auf die linke Herzkammer gesteigert. Der dabei
entstehende Gegendruck wird durch entsprechend gefüllte
Kammern gleichmäßig verteilt. Durch eine Abpolsterung
des Herzmuskels wird der Druck dabei gleichmäßig ver
teilt, so daß eine Verletzung des Herzmuskels und der
Herzkranzgefäße vermieden wird. Die Aktion des Systems
wird durch eine Koppelung der elektrischen Herzaktion
mit der mechanischen Herzaktion synchronisiert.
Die Energiequelle des Systems sowie ihre Steuereinheit
und der Antrieb sind vollständig in den Körper implan
tierbar. Da bei den meisten Herzerkrankungen, die zu
einer eingeschränkten Pumpfunktion führen, auch der
Herzrhythmus gestört ist, sieht die Steuereinheit einen
Herz-Schrittmacher vor.
Als Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber
den bisher bekannten Lösungen ist der völlig neue An
satz:
Das erkrankte Herz wird nicht aus dem Kreislauf ausge schaltet, sondern es wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unterstützt.
Das erkrankte Herz wird nicht aus dem Kreislauf ausge schaltet, sondern es wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung unterstützt.
Somit entfällt, daß das Blut des Patienten mit körper
fremden Oberflächen in Kontakt kommt; auch die Proble
me, die unter dem Oberbegriff Biokompatibilität zusam
mengefaßt werden, treten nicht auf. Ein weiterer großer
Vorteil ist, daß sämtliche Teile des Systems in den
Körper implantiert werden und durch den fehlenden
Durchtritt von Leitungen die Infektionsgefahr auf ein
Minimum reduziert wird. Daraus resultiert ebenfalls,
daß die Patienten nicht stationär im Krankenhaus gehal
ten werden müssen, sondern sie völlig frei und mobil
sind und so eine enorme Senkung der Kosten vorgenommen
werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei allen tempo
rären oder manifesten Zustandsformen angewendet werden,
bei denen der linke (oder auch der rechte) Ventrikel
aufgrund einer myokardialen Schwäche bzw. Funktionsstö
rung nicht in der Lage ist, ein zur Aufrechterhaltung
des Kreislaufs genügend großes Schlagvolumen (Blutvolu
men) mit ausreichendem Druck in die Aorta zu pumpen.
Diese Funktionsstörung ist dabei völlig unabhängig von
der Ursache.
Ausgelegt werden kann das System zunächst auf kurzzei
tige Anwendungen, bei guter Verträglichkeit können
jedoch auch Pumpfunktionsstörungen des Herzens angegan
gen werden, die einer Langzeitanwendung bedürfen, so
z. B. alle Patienten, die zu einer Herztransplantation
anstehen.
Ein weiterer Vorteil des Systems liegt darin, daß das
System anders als die meisten anderen zur Zeit angewen
deten bei Besserung der eigenen Herzfunktion, die bei
kurzzeitigen Anwendungsindikationen zu erwarten ist,
langsam reduziert und ausgeschlichen werden kann.
Die Patienten sind zusätzlich mobil, müssen nicht sta
tionär behandelt werden, womit eine drastische Kosten
einsparung erfolgt.
Bei der in den Brustkorb zu implantierenden Vorrichtung
handelt es sich bevorzugt um einen doppelwandigen Sack,
in den das Herz hineingelegt wird und der im Bereich
des Austritts der großen Gefäße aus dem Herz befestigt
wird. Die äußere Wand des Sackes besteht aus einem
festen Material, das nicht elastisch ist und den anato
mischen Gegebenheiten des Herzens angepaßt wird. Die
innere Schicht des Sackes besteht aus einem elastischen
kunststoffähnlichen Material und ist in mehrere Kammern
unterteilt. Die Druckausübung auf die linke Herzkammer
geschieht durch pneumatisch angetriebenes Aufblasen
einzelner oder mehrerer Kammern, die über der linken
Herzkammer oder auch rechten Herzkammer gelegen, diese
zusammendrücken und somit zu einem Auswurf von Blut in
die Körperschlagader führen. Der dabei auftretende
Gegendruck wird durch Füllung von der linken Herzkammer
gegenüberliegender Luftkammern aufgefangen. Der Antrieb
des Systems und die Steuerung erfolgen über zwei ge
trennte Systeme, die nach bewährter Methode subkutan
implantiert werden und mit Leitungssystemen mit dem um
das Herz sitzenden Sack verbunden werden. Das Steuerag
gregat wird zusätzlich mit einem Herzschrittmachersy
stem gekoppelt, um so bei einem eventuell ausfallenden
Herzeigenrhythmus, der aufgrund vieler Grunderkrankun
gen, die zu einem Pumpversagen führen, häufig vorkommt,
unabhängig zu sein. Über das Steuerungssystem erfolgt
durch Sensoren eine Erkennung der Herzaktion und durch
Triggern dieses Signales wird das Kammersystem während
der Herzsystole pneumatisch angetrieben aufgeblasen.
Die Stärke des Aufblasens und die Verteilung auf die
einzelnen Kammern sowie die zeitlichen Komponenten sind
dabei über bereits verfügbare telemetrische Systeme von
außen zu steuern, eine Anpassung an die akute Herzei
genarbeit ist somit gewährleistet.
Zusammenfassend sind als Vorteile zu nennen:
Zunächst einmal wird das erkrankte Organ Herz nicht aus dem Kreislauf herausgenommen, vielmehr wird versucht, die fehlende Kontraktionskraft durch Druck von außen zu ersetzen und so das Herz in seiner Funktion zu unter stützen. Damit verbunden ist die Tatsache, daß an kei ner Stelle des Körpers Blut mit körperfremden Oberflä chen in Kontakt gerät und damit sämtliche schweren Probleme der Biokompatibilität entfallen. Zusätzlich sind alle Teile des Systems vollständig in den Körper zu implantieren, so daß auch die Gefahr von Infektionen auf ein Minimum herabgesetzt wird. Die Patienten sind somit mobil, müssen nicht stationär intensiv-medizi nisch überwacht werden, was zusätzlich eine drastische Kosteneinsparung bedeutet. Eine Blutverdünnung muß damit ebenfalls nicht erfolgen. Durch die von außen zu steuernde Aufblasbarkeit der einzelnen Kammer des sack artigen Gebildes erfolgt eine flexible Anpassung des Systems an die noch vorhandene Herzeigenarbeit, womit eine eventuell langsame Reduzierung und Anpassung er folgen kann.
Zunächst einmal wird das erkrankte Organ Herz nicht aus dem Kreislauf herausgenommen, vielmehr wird versucht, die fehlende Kontraktionskraft durch Druck von außen zu ersetzen und so das Herz in seiner Funktion zu unter stützen. Damit verbunden ist die Tatsache, daß an kei ner Stelle des Körpers Blut mit körperfremden Oberflä chen in Kontakt gerät und damit sämtliche schweren Probleme der Biokompatibilität entfallen. Zusätzlich sind alle Teile des Systems vollständig in den Körper zu implantieren, so daß auch die Gefahr von Infektionen auf ein Minimum herabgesetzt wird. Die Patienten sind somit mobil, müssen nicht stationär intensiv-medizi nisch überwacht werden, was zusätzlich eine drastische Kosteneinsparung bedeutet. Eine Blutverdünnung muß damit ebenfalls nicht erfolgen. Durch die von außen zu steuernde Aufblasbarkeit der einzelnen Kammer des sack artigen Gebildes erfolgt eine flexible Anpassung des Systems an die noch vorhandene Herzeigenarbeit, womit eine eventuell langsame Reduzierung und Anpassung er folgen kann.
Ausgelegt werden soll das System zunächst auf kurzzei
tige Anwendungsindikationen, bei guter Verträglichkeit
können dann jedoch durch chronische Pumpfunktionsstö
rungen des Herzens behandelt werden, womit dann eine
Vielzahl von Patienten zu behandeln wären, die heute
noch vergeblich auf eine Herztransplantation warten
müssen.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur Unterstützung der Herzfunktion mit
folgenden Merkmalen:
- - es ist ein Hohlkörper vorgesehen, dessen Innen- und Außenkontur derart ausgebildet sind, daß er in den menschlichen Brustkorb derart eingesetzt werden kann, daß er das Herz mit Ausnahme der zum Herz führenden und vom Herz weg führenden Adern um schließt,
- - in dem Hohlkörper befindet sich ein Sack, der meh rere aufblasbare Luft-Kammern aufweist, die sich am Hohlkörper abstützen,
- - eine Steuereinheit steuert einen pneumatischen Antrieb, der die einzelnen Kammern füllt und ent leert, derart, daß der Sack synchron zur Herztätig keit zumindest auf die linke Herzkammer drückt, so daß Blut in die Körperschlagader gedrückt wird.
- - die Steuereinheit weist einen Herzschrittmacher auf.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper in Art eines
aus einem festen Material bestehenden Sackes ausgebil
det ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Systems und
die Steuereinheit subkutan implantiert sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit extrakor
poral angeordnet ist, und den Antrieb über ein Tele
metriesystem steuert.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der beim Drücken auf eine
Herzkammer entstehende Druck durch eine entsprechende
Füllung der gegenüberliegenden Kammer(n) aufgefangen
wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit und der
Antrieb zweifach vorhanden sind.
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