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Herz-Lungen-Maschine

Definition

Die Herz-Lungen-Maschine ist ein Gerät zur Verlagerung der Herz- und Lungenfunktion außerhalb des Körpers. Sie übernimmt die Pumpfunktion des Herzens, und die Oxygenierungsfunktion (=Sauerstoffanreicherung) der Lunge, während am Herzen operiert wird. An eine Herz-Lungen-Maschine (kurz HLM) werden verschiedene hohe medizintechnische Ansprüche gestellt, da sie in entscheidende Prozesse des Körpers eingebunden ist.

Funktionen

Die Herz-Lungen-Maschine hat mehrere Funktionen.
Erstens, ihre Hauptaufgabe, den venösen Blutrückfluss zum Herzen an den Hohlvenen abzugreifen, und an der Hauptschlagader (Aorta) in angereicherter Form (also sauerstoffreich) wieder abzugeben. Die Organe Herz und Lunge werden aus dem Blutkreislauf ausgenommen, wodurch Operationen an diesen Organen möglich werden. Man muss allerdings zwischen zwei Blutkreisläufen unterscheiden: Einerseits bewegen sich durch beide Organe pro Minute 5-6 Liter Blut (das sogenannte Zirkulationsvolumen) , andererseits werden Herz- und Lungengewebe auch selbst durchblutet, schließlich müssen sie mit Sauerstoff versorgt werden. Nur das Zirkulationsvolumen wird gekappt, die Blutversorgung der Organe selbst bleibt bestehen, da sie sonst absterben würden.

In der Herz-Lungen-Maschine kommt das sauerstoffarme, verbrauchte Blut aus dem Körper an, und wird vorerst von CO² (Kohlendioxid) gereinigt. Dieses entsteht als normales „Abbauprodukt“ in den Zellen, ähnlich wie beim Auto CO² durch Verbrennung von Energie (Benzin) entsteht. Ist dies geschehen, wird das Blut mit (also Sauerstoff) versorgt, sprich oxygeniert. An dieser Stelle ist es auch möglich, das Blut zu erwärmen , oder zu kühlen, was bei längeren Herz-OPs nötig sein kann.
Das angereicherte sauerstoffreiche Blut wird nun wieder über Schläuche von der Herz-Lungen-Maschine in den Körper, genauer gesagt in die Hauptschlagader (Aorta) zurückgepumpt. Von dort aus verteilt es sich wie sonst auch durch die Arterien in alle Bereiche des Körpers, wie Gehirn, Nieren , Muskeln, usw.
Die Herz-Lungen-Maschine steht bei Operationen meist einige Meter vom Patienten,Op-Tisch, und Operateur entfernt, und wird von einem eigens ausgebildeten Kardiotechniker bedient. Dieser überwacht während der gesamten Operation die Funktion der Herz-Lungen-Maschine, und ändert in Rücksprache mit Chirurg und Narkosearzt (Anästhesist) ihre Parameter.

Zweitens, die Herz-Lungen-Maschine bietet dem Narkosearzt die Möglichkeit Narkosegas in das Blut zu leiten, und so eine relativ genaue Steuerung der Narkose zu erzielen. Es gibt dazu extra Vorrichtungen und Ventile am Gerät.

Drittens, die Filterfunktion. Bei Patienten mit terminalem Nierenversagen kann in der Herz-Lungen-Maschine eine Filtration vorgenommen werden.Sie funktioniert dabei nach dem Prinzip eines Dialysegerätes, wäscht also das Blut. Dazu sind Filter und Membranen in den Blutkreislauf zwischengeschaltet. In gewisser Weise ist dies auch notwendig, da sich stets Plastikteile von den Schläuchen, oder Blutgerinnsel aus den Gefäßen lösen können, und Embolien (also Blutpfropfen) im Körper bilden können. Natürlich unterliegen sowohl Gerät, als auch die Schläuche höchsten medizinischen Ansprüchen und Standards, allerdings reichen schon mikroskopisch kleine Partikel aus, um zu Gefäßverschlüssen zu führen. (Näheres dazu siehe ? Risiken und Nebenwirkungen )
Außerdem können ungelöste Gasbläschen aus dem zirkulierendem Blut gefiltert werden, so wird einer Luftembolie, bei der sich eine Luftblase in den Gefäßen sammelt vorgebeugt.

Viertens, in der Herz-Lungen-Maschine kann Blut zugegeben werden, oder auch abgezweigt und gespeichert werden. Dies ist vor allem bei Operationen mit gesteigertem Blutverlust sinnvoll. So kann zu Beginn der Operationen das zirkulierende Volumen reduziert werden, und Blut in einem Beutel in der HLM gespeichert werden. Falls es später zu verstärktem Blutverlust kommt, wird dieses Blut wieder zugeführt, und gegebenenfalls durch Spenderblut der selben Blutgruppe ergänzt.

Wie lange muss man an die Herz-Lungen-Maschine angeschlossen sein?

Wie lange man an der Herz-Lungen-Maschine angeschlossen sein muss, hängt sehr stark davon ab, welche Operation am Herzen durchgeführt wird.

Allgemein ist zu sagen, dass diese Zeit so kurz wie möglich gehalten wird, um Komplikationen bestmöglichst zu vermeiden.
Zu Beginn der Operation wird zunächst der Brustkorb geöffnet und das Herz gut dargestellt. Nach den nötigen Vorbereitungen wird das Herz an die Herz-Lungen-Maschine angeschlossen und anschließend wird durch eine kaliumreiche kardioplege Lösung das Herz künstlich zum Stilstand gebracht. Während die Herz-Lungen-Maschine die Funktion des nun stillen Herzens übernimmt, kann die Operation am Herzen stattfinden. Wurden alle Operationsschritte durchgeführt, wird das Herz wieder so stimuliert, dass es selbstständig schlägt und schrittweise wird weniger Blut durch die Herz-Lungen-Maschine geleitet, bis sie komplett entfernt werden kann.

Dieses Vorgehen ist für die meisten Operationen grob identisch, sodass die Dauer maßgeblich von der Operationsmethode abhängt und sehr unterschiedlich ausfallen kann. Zeiträume von zwei bis drei Stunden an einer Herz-Lungen-Maschine gelten als sicher, da am Herz in dieser Zeit keine bleibenden Schäden zurückbleiben.

Wie lange ist man maximal an der Herz-Lungen-Maschine angeschlossen?

Eine Herz-Lungen-Maschine kann mehrere Tage beim Patienten die Funktion des Herzens übernehmen. Dies wird eingesetzt, wenn nach den stattgefundenen Operationsschritten am Herz dieses nicht seine gesamte Pumpfunktion wieder aufnehmen kann.

Das mehrtägige Anschließen an die Herz-Lungen-Maschine unterstützt das Herz bis es wieder seine volle Funktionsfähigkeit erreicht hat. Zeiträume darüber hinaus erweisen sich als problematisch, da sie mit steigenden Nebenwirkungsraten vergesellschaftet sind.

Maximale Anschlussdauer nach Herzinfarkt

Neben der Akuttherapie kann beim Herzinfarkt in einer späteren Phase eine Bypass-OP durchgeführt werden.

Solch eine Operation wird durchgeführt, wenn drei Herzkranzgefäße stammfern oder zwei stammnahe Gefäße teilweise oder komplett verschlossen sind und dies zu Symptomen, wie zum Beispiel einen Herzinfarkt geführt hat. Unter „ maximale Anschlussdauer für eine Bypass-OP“ wird auf die Notwendigkeit der Herz-Lungen-Maschine für diese Operation näher eingegangen.

Maximale Anschlussdauer nach Bypass-OP

Eine Bypass-OP wird durchgeführt, wenn eines der Herzkranzgefäße nicht mehr ausreichend durchlässig ist, sodass die Versorgung der Herzens nicht gewährleistet werden kann. Während eine neue Arterie oder Vene auf das Herz aufgenäht und an den Stamm der Herzkranzgefäße angeschlossen wird, ist das Herz bei der klassischen Operation stillgelegt und an einer Herz-Lungen-Maschine angeschlossen. Die gesamte Operation hat eine Dauer von etwa 4-8 Stunden, welches von den verschiedensten Faktoren beeinflusst wird.

Während dieses Zeitraumes ist das Herz allerdings nicht die gesamte Zeit an der Herz-Lungen-Maschine angeschlossen, sondern nur so lange an den Gefäßen operiert wird. Neuere minimal-invasive Operationsmethoden kommen sogar ohne einen künstlichen Herzstillstand und Herz-Lungen-Maschine aus. Der zu operierende Abschnitt wird mit einem U-förmigen Bügel festgehalten und kann so stabilisiert werden, dass eine Operation an den Gefäßen möglich ist.

Koma

Die Herz-Lungen-Maschine stellt einen reinen Ersatzkreislauf dar und kann nicht über längere Zeit den Körper am Leben halten. Dieser Ersatz ist nur für die Basisfunktionen des Körpers ausreichend und wird nur während einer Narkose oder einem künstlichen Koma eingesetzt. Das Koma oder die Narkose gehören sind also fester Bestandteil der Therapie mit einer Herz-Lungen-Maschine. Betroffene werden normalerweise erst nach der Wiederaufnahme der normalen Körperfunktionen aus dem Koma erweckt.

Kontraindikation

Notfälle, welche einen Anschluss an die Herz-Lungen-Maschine nötig machen, bieten oft nicht die Zeit die Krankengeschichte des Betroffenen zu evaluieren. Die Herz-Lungen-Maschine ist eine extreme Situation für den Körper, aber für den Betroffenen oft die einzige Chance. Obwohl das Risiko erheblich ist, kann das Unterlassen viele Betroffene das Leben kosten.
Die Nutzen-Risiko-Abwägung, welche auch andere Vorerkrankungen und den Allgemeinzustand des Patienten mit betrachtet, muss bei geplanten Eingriffen sorgfältig erfolgen.

Risiken und Nebenwirkungen

Ein Eingriff am Herzen ins naturgemäß ein großer Eingriff, und birgt eine Vielzahl von Risiken. Neben den „üblichen“ Risiken, die während einer OP entstehen, besteht bei Verwendung der Herz-Lungen-Maschine weiterhin die Gefahr,

  • der Mikroembolisation: Mikroskopisch kleine Partikel lösen sich vom Gerät, oder aus der Gefäßwand, koagulieren (sprich verklumpen) , und verstopfen das Gerät, oder Gefäße im Patienten. Deshalb werden stets Filter und Gerinnunghemmer eingesetzt. Letztere machen das Blut des Patienten zwar flüssiger und weniger anfällig für Verklumpungen, bereiten aber auch dem Operateur Probleme, da sich Blutungen logischerweise schlechter stillen lassen. Hier ist also eine feine Abstimmung gefragt.

  • einer Sauerstoffunterversorgung. Während die Lunge mit ihren Milliarden von Lungenbläschen eine Gesamtfläche von knapp 200m² zur Sauerstoffanreicherung des Blutes zur Verfügung stellt, sind es in einer Herz-Lungen-Maschine bauartbedingt nur 2-10m² . Die Diffusionsfläche, an der Blut und Sauerstoff in Kontakt treten ist also wesentlich geringer, die Oxygenierungsfunktion der Lunge nur unvollständig ersetzt.

  • Einer Immunreaktion. Da Schläuche und Geräte körperfremd sind, reagiert dieser mit einer Immunantwort auf die vermeintlich schädlichen Bestandteile in seinem Kreislauf. Es werden Signalstoffe zur Bekämpfung freigesetzt, was zu einer Entzündungsreaktion, und im Ernstfall bis zum Tod führen kann.

  • Der Ödembildung. Auf Grund der Druckverhältnisse zwischen Blut und Gewebe, fließt vermehrt Wasser aus den Gefäßen ins umliegende Gewebe – das Blut dickt ein, das Gewebe quillt regelrecht auf. Man spricht von Ödemen. Nach der Operation sind die Patienten stark ödematös, haben also viel Wasser in Beine und Arme eingelagert. Erst nach Abschluss der OP kann der Körper dem Gewebe das Wasser wieder entziehen, und es zurück ins Blut schicken – welches nun plötzlich ein zu hohes Volumen bildet. Also müssen die Nieren das überschüssige Wasser aus dem Blut ausscheiden (ähnlich wie ein Trockner, der nasse Kleidung schleudert um ihr das Wasser zu entziehen), was insbesondere bei Patienten mit Niereninsuffizienz problematisch ist.

Komplikationen

Die Übernahme der Herz-Lungen-Funktion mit Hilfe der Herz-Lungen-Maschine ist ein schwerer Eingriff in den Körper und kann eine Vielzahl an Komplikationen mitbringen. Das Blut wird durch den künstlichen Kreislauf der Maschine bewegt und dieses Material ist gänzlich anders als die natürlichen Blutgefäße. Wenn das Blut nicht ausreichend medikamentös verdünnt wird, können sich Thromben bilden. Diese Thromben können in kleineren Gefäßen hängen bleiben und zu Schlaganfällen und anderen Infarkten führen.

Weiterhin können die Blutbestandteile sich verändern und bestimmte Anteile können zu wenig werden. Hierzu zählen zum Beispiel die Gerinnungsfaktoren im Blut. Auch der Wasser- und Salzhaushalt kann sich unter der Therapie mit der Herz-Lungen-Maschine verschieben und lebensbedrohliche Komplikationen auslösen. Neben den bluteigenen Thromben können auch Luftbläschen in der Maschine ins Blut gelangen und ebenfalls Durchblutungsstörungen auslösen. Die Nierenfunktion und die Lungenfunktion können ebenfalls eingeschränkt sein. Der veränderte Blutstrom kann auch direkt neurologische Schäden durch eine Sauerstoffunterversorgung verursachen. Die Komplikationen hängen von dem Allgemeinzustand des Betroffenen und der Grunderkrankung ab.

Anwendungsgebiete

Die Herz-Lungen-Maschine kann bei einer Vielzahl von Operationen benutzt werden, bei der am Herzen operiert werden muss. Dazu gehören Klappenersätze (Mitral-,Aortenklappe) , Herztransplantationen, Kunstherz-Einbau,Bypässe, Herzfehlerkorrekturen und Plastiken der großen zu- und abführenden Herzgefäße. Aber auch bei einer Lungentransplantation greift man gegebenenfalls auf eine Herz-Lungen-Maschine zurück.

Kosten

In der ärztlichen Gebührenordnung wird das Nutzen einer Herz-Lungen-Maschine mit 1850€ als Grundgebühr beziffert. Je nach Therapiedauer erhöht sich die Summe. Die Behandlung wird vollständig von allen gesetzlichen Krankenkassen übernommen. Eine Herz-Lungen-Maschine ist bereits in der Anschaffung eine teure Maschine welche nur in einigen wenigen großen Kliniken vorgehalten wird. Zusätzlich zur ärztlichen Überwachung ist immer auch ein Techniker vor Ort, welcher sich mit der Maschine auskennt.

Miniaturisierte extrakorporale Zirkulation (MECC)

Hierbei handelt es sich um eine verkleinerte Version der Herz-Lungen-Maschine mit weniger Nebenwirkungen. Nachdem die Verwendung der HLM eine Reihe von Risiken birgt, entwickelte man diese weiter und bemühte sich um einen weniger invasiven, und weniger risikoträchtigen Mechanismus. Durch die Verkleinerung des Gerätes wurde auch die Fremdkörperoberfläche, die mit dem zirkulierenden Blut in Kontakt tritt minimiert, was das Risiko einer Immunantwort sinken lässt. Das Füllvolumen des MECC – Systems beträgt nur 500 ml (Herz-Lungen-Maschine mit Blutdepot : Über 2000ml), wodurch das Volumen roter Blutkörperchen weniger stark sinkt. Auch sind MECC-Systeme kleiner und portabel, im Gegensatz zu Herz-Lungen-Maschinen, die in etwa die Ausmaße eines Schreibtisches haben. Das MECC wurde primär für die koronare Bypassoperation entwickelt, da diese den Großteil der Operationen darstellt, bei denen extrakorporale Unterstützungssysteme notwendig sind. Durch die Heparinbeschichtung des Gerätes, wird das Risiko einer Verklumpung des Blutes verringert. Heparin ist ein Wirkstoff, welcher Blut verdünnt, und gehört zur Wirkstoffklasse der Gerinnungshemmer. Zusammenfassend ist das MECC eine weiterentwickelte, verkleinerte Form der Herz-Lungen-Maschine,die vor allem bei Bypass-OPs zum Einsatz kommt. Verschiedene Risiken konnten reduziert, und die Komplikationsrate verringert werden.

Geschichte

Die erste Anwendung der Herz-Lungen-Maschine fand 1937 durch amerikanischen Chirurgen John Gibbon statt. Ihm gelang eine Umleitung des Blutes aus den Hohlvenen in einen Oxygenator und eine anschließende Rückleitung des sauerstoffreichen Blutes in den Patienten. Nach vielen Misserfolgen gelang ihm am 6. Mai 1953 eine Operation an einer Patientin mit Vorhofseptumdefekt. Für den Zeitraum von 26 Minuten wurde das Blut durch die Herz-Lungen-Maschine geleitet, während Gibbon das Loch zwischen den beiden Vorhofkammern schloss. Seine Operation gilt als prägend und wegbereitend für das gesamte Fachgebiet der Herzchirurgie.

Weitere Informationen

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Qualitätssicherung durch: Dr. Nicolas Gumpert      |     Letzte Änderung: 01.03.2019
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