DE19951220A1

DE19951220A1 - Perikardiales Herzunterstützungssystem

Info

Publication number: DE19951220A1
Application number: DE19951220A
Authority: DE
Inventors: Markus Ferrari
Original assignee: Markus Ferrari
Current assignee: PPA TECHNOLOGIES AG, 07745 JENA, DE
Priority date: 1999-10-19
Filing date: 1999-10-19
Publication date: 2001-04-26
Anticipated expiration: 2019-10-20
Also published as: DE19951220B4

Abstract

Das perikardiale Herzunterstützungssystem (pericardial pressure augmentation: PPA) stellt ein mechanisches Verfahren zur Unterstützung und zum temporären Ersatz der Pumpfunktion des Herzens dar. Es wird perkutan nach Sondierung des Herzbeutels in zusammengefaltetem Zustand in den Herzbeutel eingebracht und über die rechte und linke Herzkammer geschoben. Über einen Verbindungsschlauch wird von einer externen Steuereinheit Gas in das System gepumpt und wieder heraus gesogen. Da die äußere Membran nicht elastisch ist, kommt es zu einer Druckübertragung und Kompression des Herzens über die dem Epikard aufliegende innere Membran. So wird systolisch die Auswurfarbeit der Kammern unterstützt oder bei Stillstand ihre Funktion vollständig übernommen. Durch das Leersaugen des PPA-Systems kommt es zu einem epikardialen Sogeffekt, wodurch die diastolische Füllung der Herzkammern aktiv unterstützt und gleichzeitig die Durchblutung des Herzens verbessert wird.

Description

Gegenwärtiger Stand der Technik

Für Störungen der Pumpfunktion des Herzens stehen derzeit mehrere Systeme zur Verfügung, die durch eine Eröffnung des Brustkorbes oder durch Kanülierung der großen Arterien in den menschlichen Körper eingebracht werden. Das meist verbreitetste Verfahren stellt die Intraaortale Ballon-Gegenpulsation (IABP) dar, bei der ein Ballonkatheter bis in die thorakale Aorta vorgeschoben wird und dort über eine extrakorporale Hydraulik antizyklisch zu den Herzaktionen aufgeblasen und zusammengefaltet wird. Die Ankopplung an den Herzrhythmus geschieht dabei über Ableitungen des Elektrokardiogramms (EKG) oder den invasiv gemessenen Blutdruck. Wie bei allen derzeit verfügbaren Kreislaufunterstützungssystemen tritt die Ballonpumpe in mittelbaren Kontakt mit dem Blut, mit den Nachteilen der Aktivierung des Gerinnungssystems, Schädigung der Blutzellen sowie Gefahr der Infektion mit Keimen über den Katheter. Die Turbinen- und Propellerpumpen, die im Ausflußtrakt der linken Herzkammer plaziert werden, haben ebenfalls den Nachteil des mittelbaren Blutkontakts. Auch sie können lediglich das linke Herz, jedoch nicht das rechte Herz unterstützen. Abgesehen von der Herz- Lungen-Maschine, die eine komplette Übernahme der Herz- und Lungenfunktion gewährt, gibt es bislang kein System, welches perkutan implantiert die Funktionen der linken und auch der rechten Herzkammer unterstützt.

Darstellung der Erfindung

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß ein wenig invasives (d. h. perkutan implantierbares) Kreislaufunterstützungssystem benötigt wird, welches bei Patienten mit Störungen der Pumpfunktion beide Herzkammern effektiv unterstützt. Ein System, das mit niedrigeren Druckwerten auf wenig invasive Weise das rechte Herz unterstützen kann, ist - abgesehen von Pumpen die mit großem Aufwand operativ nach Eröffnung des Brustkorbes eingesetzt werden - bislang technisch nicht realisiert worden. Ferner wird ein System benötigt, das nicht über einen direkten Blutkontakt oder die Kanülierung von Gefäßen einsetzbar ist. Dieses Problem soll durch die im Patentanspruch aufgeführten Merkmale gelöst werden.

Das perikardiale Herzunterstützungssystem (pericardial pressure augmentation: PPA) stellt ein mechanisches Verfahren zur Unterstützung und zum temporären Ersatz der Pumpfunktion des Herzens dar. Es wird perkutan nach Sondierung des Herzbeutels in zusammengefaltetem Zustand in den Herzbeutel eingebracht und dort um die rechte und linke Herzkammer gelegt. Die optimale Positionierung wird durch die dem Herzen angepaßte kelchartige Tulpenform des aus einer Doppelmembran bestehenden Systems gewährleistet (siehe Abb. 1). Mit Hilfe von Führungsdrähten kann das PPA-System, welches in deflatiertem Zustand so dünn ist, daß es in den Perikardsack eingebracht werden kann, ohne daß es zur Kompression der Nachbarorgane kommt, falls notwendig in seiner Lage korrigiert werden. Es wird das Herz so umfaßt, daß ein Herausdrücken des Herzens durch die nach oben hin sich wieder verjüngende Circumferenz verhindert wird. Gleichzeitig wirkt der äußere Perikardsack, welcher für die Implantation lediglich punktiert jedoch nicht in seiner Integrität gestört wird, stabilisierend auf die Lage des PPA-Systems. Als Material sind biokompatible, elastische Kunststoffolien oder aufbereitetes biologisches Material (Perikard, Peritoneum, Faszien oder Dura) einsetzbar. Der Umschlagrand des Doppelsacks des PPA wird bei der Implantation auf Höhe der Klappenebene (Übergang von Vorhöfen zu den Herzkammern) plaziert. Durch innere Verbindungsstege wird der Doppelmembransack in seiner dem Herzen angepaßten Form stabilisiert.

Über einen Verbindungsschlauch steht der luftdicht abgeschlossene Raum zwischen den beiden Membranen mit einer externen Hydraulik (Steuereinheit) in Verbindung, über die Gas (Helium oder CO₂) in das System gepumpt und wieder heraus gesogen wird. Die externe Hydraulik ist ähnlich aufgebaut wie die Steuereinheiten der IABP, jedoch mit dem Unterschied, daß eine Inflation des PPA-Systems in der Systole und die Deflation in der Diastole erfolgt. Für den Langzeiteinsatz sind kleine, tragbare Steuereinheiten denkbar, die eine Mobilisation des Patienten unter PPA-Unterstützung ermöglichen können.

Da die äußere Membran nicht elastisch ist, kommt es zu einer Druckübertragung und Kompression des Herzens über die dem Epikard aufliegende innere Membran. So wird das Blut aus der rechten Herzkammer in die Pulmonalarterie und gleichzeitig aus der linken Kammer in die Aorta ausgetrieben oder bei vorhandener Pumpfunktion die systolische Auswurfarbeit des Herzmuskels unterstützt (vergl. Abb. 2).

Je nach Größe des Herzens kommen individuell mehrere Größen des PPA-Systems zum Einsatz. Die Auswahl der geeigneten Größe kann z. B. nach vorheriger echokardiographischer Ausmessung der Ventrikeldimensionen erfolgen.

Durch das Leersaugen des PPA-Systems kommt es zu einem epikardialen Sogeffekt, wodurch die diastolische Füllung der Herzkammern aktiv unterstützt und gleichzeitig die Durchblutung des Herzens verbessert wird (siehe Abb. 2). Durch dünne Drainagen innerhalb des Doppelbeutels kann das gleichmäßige Leersaugen erleichtert werden.

Über interne Drucksensoren oder über Ableitungen des Elektrokardiogramms (EKG) wird bei vorhandener Pumpfunktion das PPA-System mit der Herzaktion synchronisiert (Abb. 3). Kommt es zu einem Herzstillstand, kann durch eine rhythmische Inflation und Deflation das System den Kreislauf vorübergehend aufrecht erhalten (vollständige Übernahme der Pumpfunktion). Hat sich die Pumpfunktion des Herzens (z. B. nach erfolgreicher Behandlung eines Herzinfarktes) erholt, kann das PPA-System perkutan wieder durch Leersaugen und Herausziehen entfernt werden, ohne daß ein operativer Eingriff notwendig wird.

Bei Patienten, die am Herzen operiert wurden, kann das PPA-System intraoperativ direkt in den Herzbeutel eingelegt werden.

Gegenüber den bisherigen Herzunterstützungssystemen zeichnet sich die Erfindung dadurch aus:

1. Daß das Herz von perikardial unterstützt wird.
2. Daß das System in zusammengefaltetem Zustand perkutan, d. h. ohne operative Eröffnung des Brustkorbes implantiert werden kann.
3. Daß es ohne direkten Blutkontakt oder Kanülierung von Blutgefäßen arbeitet.
4. Das die Ausrichtung des Systems durch die vorgegebene Form als umschließende Hülle um beide Ventrikel erfolgt.
5. Daß eine Unterstützung des rechten Herzens gegeben ist.
6. Daß neben der Unterstützung der Herzfunktion auch eine unabhängige Übernahme der gesamten Pumparbeit möglich ist.
7. Daß neben der Auswurfarbeit auch aktiv die diastolische Füllung der Kammern augmentiert wird.
8. Neben der perkutanen Implantation auch eine problemlose Entfernung ohne operativen Eingriff möglich ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Abb. 1-3 dargestellt

Abb. 1: Durch Inflation und Deflation überträgt das zwischen parietalem und viszeralem Perikard zu plazierende System die Pumpenergie auf die Oberfläche der Herzkammern. Das PPA-System besteht aus zwei ineinander geschlagenen, kelchförmigen Membranen, deren Umschlagrand auf Höhe der Klappenebene plaziert wird. Durch innere Verbindungsstege wird die Tulpenform stabilisiert. Die elastische innere Membran liegt direkt der Oberfläche der Kammern auf. Die Äußere Membran ist nicht dehnbar, so daß bei der Inflation mit Gas (z. B. Helium) keine Ausdehnung nach außen hin möglich ist, und die gesamte Energie auf die Herzkammern übertragen wird.

Abb. 2: In der Diastole wird aktiv die Füllung der Ventrikel mit Blut unterstützt. In der Systole werden die Kammern von außen komprimiert und das Blut in die Arterien aufgeworfen.

Abb. 3: Die Implantation in den Perikardbeutel erfolgt über perkutane Kanülierung ohne Eröffnung des Brustkorbes. Über interne Drucksensoren oder Ableitung des Elektrokardiogramms (EKG) wird bei vorhandener Pumpfunktion das PPA-System mit den Herzaktionen synchronisiert. Neben dem apikalen Zugang ist alternativ eine parasternale Sondierung des Herzbeutels denkbar.

Claims

1. Perikardiales Herzunterstützungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Doppelmembran besteht, die beide Herzkammern umschließt und im Perikardbeutel dem Herzen direkt aufliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das es perkutan d. h. ohne operative Eröffnung des Brustkorbs und ohne Kanülierung von Blutgefäßen implantiert werden kann. Eine Anlage nach offener Herzoperation soll auch direkt möglich sein.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Inflation und Deflation durch eine externe Steuereinheit erfolgt, welche Gas in den doppelwandigen Beutel des Systems pumpt und es wieder heraus saugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß eine perkutane Implantation und eine nicht-operative Explantation möglich sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß eine Augmentation bei vorhandener Pumpfunktion wie auch eine biventrikuläre Kreislaufunterstützung bei erloschener Herzaktion möglich sind.