Herz
© Urban & Vogel 2002
Kardiale Assist-Systeme – Gegenwärtiger Stand Roland Hetzer1, Michael J. Jurmann1, Evgenij V. Potapov1, Ewald Hennig1, Brigitte Stiller2, Johannes H. Müller1, Yuguo Weng1
Hintergrund: Herzversagen ist die führende Todesursache in den hoch entwickelten Ländern. Bei therapierefraktärem Herzversagen ist eine Herztransplantation oder die Übernahme der nativen Herzfunktion durch eine künstliche Blutpumpe notwendig. Obwohl die Herztransplantation ausgezeichnete Langzeitergebnisse mit 10-Jahres-Überlebensraten um 50% bietet, bleibt sie angesichts der geringen Fallzahlen eine kasuistische Therapie. Herzunterstützungssysteme: Der aktuelle Entwicklungsstand künstlicher Herzunterstützungssysteme wird repräsentiert durch die breite Verfügbarkeit elektrisch betriebener linksventrikulärer Assist-Pumpen (LVAD), die noch ein perkutan ausgeleitetes Steuerungs- und Energieversorgungskabel zur Konnektion an externe Quellen benötigen, während die Pumpe selbst intrakorporal implantiert ist. Die unlängst in die klinische Therapie eingeführten Axialflusssysteme (DeBakey-, Jarvik-2000- und HeartMate-II-LVAD) bieten bei kontinuierlichem Blutfluss durch ihre geringe Größe und Gewicht, geringen Energieverbrauch, vereinfachte Implantationstechnik
und Steuerung offenbar deutliche Vorteile gegenüber den bereits längere Zeit verwendeten pulsatilen Blutpumpen (Novacor-N100-, TCI-HeartMate-LVAD). Die ersten zum permanenten Herzersatz verfügbaren, komplett intrakorporal implantierbaren Systeme (Lion-Heart-LVAD, AbioCor-Kunstherz) sind noch zu kurzfristig in der klinischen Anwendung, um ihr Leistungspotential zu bewerten. Indikationen: Weltweit etablierte Indikationen zur Anwendung von künstlichen Blutpumpen sind das Bridge-to-Transplant-Verfahren, welches der primären Herztransplantation vergleichbare Ergebnisse liefert, und das akute Herzversagen, entweder nach Myokardinfarkt oder nach einem herzchirurgischen Eingriff. Im Säuglings- oder Kindesalter konnten mit verkleinerten Blutpumpen des Berlin-Heart-Systems gute Erfolge in der Behandlung des Herzversagens bei Myokarditis und bei dilatativer Kardiomyopathie erzielt werden. Angesichts der hohen Inzidenz von Herzversagen – vor allem bei älteren Patienten – erscheint ein langfristiger Einsatz von Blutpumpen gerechtfertigt.
Schlüsselwörter: Kunstherz · Herzinsuffizienz · Linksventrikuläre Assist-Pumpen · Herztransplantation Herz 2002;27:407–17 DOI 10.1007/s00059-002-2400-9
Cardiac Assist Devices – Present Status Background: Heart failure is the leading cause of death in the developed countries. Organ-preserving operative procedures on the failing heart like coronary artery bypass procedures or resection of left ventricular aneurysms are part of the routine care in cardiac surgery today. Terminal heart failure refractory to optimized drug therapy, however, will require a heart transplantation or the implantation of artificial blood pumps. While heart transplantation has proven to provide excellent long-term results with 10-year survival rates at 50%, it will remain a casuistic therapy, limited by the comparatively small number of procedures which can be performed. Artificial Blood Pumps: The current status of development of artificial blood pumps is represented by the broad availability of partially-implantable electric motor-driven left venticular assist devices (LVAD), which still require a percutaneous cable for energy supply and device control from external sources while the 1 2
blood pump itself resides inside the body. The recently introduced axial-flow devices (DeBakey, Jarvik 2000 and HeartMate II LVADs) deliver a continuous blood flow and obviously provide distinct advantages with regard to a reduction in size, weight and energy demands, simplified implantation technique and device control when compared to the previously available partially-implantable electric motor-driven pulsatile blood pumps (Novacor N100, TCI Heart Mate LVADs). The first systems designed for long-term or permanent use (Lion Heart LVAD, AbioCor replacement heart) are completely implantable devices featuring percutaneous energy transmission and device control. However, the latter are more complex devices and their clinical application is still limited to a small number of cases, which precludes a judgement about their potential at this time. Indications: The use of paracorporeal pneumatically accentuated blood pump systems is still indicated in cases of most se-
Abteilung für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie und Abteilung für Angeborene Herzfehler – Kinderkardiologie, Deutsches Herzzentrum Berlin.
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vere biventricular heart failure and multiorgan failure or if only short- to mid-term circulatory support is anticipated. Well established indications for utilization of artificial blood pumps are the bridge-to-transplant procedure, which yields results comparable to primary heart transplantation, and acute cardiac failure following myocardial infarction or cardiac surgical procedures. In newborns and children, encouraging results
were obtained when miniaturized blood pumps of the Berlin Heart System were utilized for heart failure in myocarditis or dilative cardiomyopathy. With advanced reliability of artificial blood pumps and in face of the high incidence of heart failure, especially in the older age group, the long-term application of artificial bloods pump appears to be justified.
Key Words: Artificial heart · Heart failure · Left ventricular assist device · Heart transplantation
Einleitung Herzversagen ist die Todesursache Nummer 1 in den hoch entwickelten Ländern. Die Erfolge, das akute Herzversagen zu beherrschen, verschieben die Kranken immer mehr in die Gruppe der chronisch herzinsuffizienten Patienten mit jahrelangem Siechtum. Zahlreiche Fortschritte der konservativen, medikamentösen Herzinsuffizienztherapie, der antiarrhythmischen Behandlung und Defibrillatortherapie haben enormen Gewinn an Lebenszeit und Lebensqualität bewirkt. Organkonservierende Operationen am insuffizienten Herzen haben heute einen wichtigen Platz in der Routine erlangt mit geringem Operationsrisiko und überraschend guten Langzeitergebnissen: die Koronarbypasschirurgie auch bei hochgradig eingeschränkter Kammerfunktion und ausreichend vorhandenem „Hybernating Myocardium“ und auch die Resektion ausgedehnter postinfarzieller Ventrikelaneurysmen. Andere Verfahren, in die zunächst große Erwartungen gesetzt wurden und die scheinbar überzeugenden pathophysiologischen Konzepten folgten, haben sich mittelfristig nicht hinreichend bewährt: die Kardiomyoplastie mit Skelettmuskel [5], die so genannte Battista-Operation [13], die externe Unterstützung des dilatierten Herzens (Acorn-Netz) [23], das „Myo-Splint“-Verfahren [35] usw. Allen diesen Verfahren ist zudem eigen, dass, abgesehen von ungünstigen Langzeitresultaten, auch schon das Überleben der Operation abhängig ist von einem noch stabilen Zustand der kardialen Kompensation, bei dem man auch mit medikamentösen Konzepten heute Jahre der Besserung erzielen kann. Bei fortgeschrittenem chronischen Herzversagen und erst recht beim therapierefraktären drohenden oder gar eingetretenen kardiogenen Schock bleibt nur der komplette Herzersatz oder die künstliche Übernahme der Herzfunktion durch mechanische Pumpen. Die Herztransplantation kann heute bei richtiger Indikationsstellung und in den Händen erfahrener Teams gute Langzeitergebnisse erbringen mit 10-Jahres-Überle-
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bensraten von mehr als 50%, guter Leistungsfähigkeit und Lebensqualität [21]. Im Jahr 2000 wurden in Deutschland 418 Herztransplantationen ausgeführt. Im selben Zeitraum verstarben im Lande geschätzt 100 000 Menschen an akutem und weitere 300 000 unter den Zeichen des chronischen Herzversagens. Gewiss wird man einwenden, dass darunter auch viele sehr alte Patienten sind, denen man keine große Operation mehr zumuten kann und soll. Dies trifft aber auch viele Tausende, die noch Jahre des aktiven und sozial wichtigen Lebens vor sich hätten. Die Herztransplantation kommt damit nur einzelnen Patienten zugute, die zum rechten Zeitpunkt am rechten Ort das Glück haben, ein Spenderherz zu erhalten, und bleibt damit sicher auf immer eine kasuistische Therapie. Dabei ist ihre Bedeutung als Stimulator vieler neuer Entwicklungen und als Richtschnur für andere Verfahren nicht hoch genug einzuschätzen. Die bittere Erfahrung der Transplantationsteams, dass auch junge Transplantationsanwärter geradezu unter ihren Händen versterben, erzwang geradezu die Anwendung von künstlichen Pumpsystemen, sowohl von „künstlichen Herzen“ als auch von Herzunterstützungssystemen, um Patienten am Leben zu erhalten bis zu einer späteren Transplantation. Diese erfolgte am günstigsten dann, wenn die Patienten sich schließlich von den Folgen des kardiogenem Schocks erholt hatten und wenn dann ein Spenderherz zur Verfügung stand. Dieses in den späten 80er Jahren begonnene Bridge-to-Transplant-Verfahren bot erstmals die Möglichkeit, die bis dahin schon entwickelten mechanischen Pumpsysteme sinnvoll und regelmäßig anzuwenden. Seit 1986 bis März 2002 sind am Deutschen Herzzentrum Berlin 1 253 Herztransplantationen durchgeführt worden; bei 182 dieser Patienten erfolgte die Herztransplantation, nachdem eine Wartezeit auf das Spenderorgan zwischen wenigen Tagen bis zu über 2 Jahren mit künstlichen Herzpumpen „überbrückt“ worden war.
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Unter dem Bridge-to-Transplant-Konzept wurden zahlreiche Erfahrungen gesammelt, zum einen, was die Erholungsfähigkeit des menschlichen Organismus vom Schock anbetraf, zum anderen über die originäre Pathophysiologie der künstlichen Systeme selbst. Schließlich konnten wir in mehr als 30 Fällen eine vollständige Restitution der Funktion des nativen Herzens unter temporärer Entlastung auch schwerstkranker Herzen durch eine Blutpumpe beobachten. „Bridge-to-Transplant“ löst das Hauptproblem der Transplantation nicht, nämlich die begrenzte Organverfügbarkeit. Das Herz, das einem künstlich am Leben gehaltenen Patienten transplantiert wird, „fehlt“ dann einem anderen. Es wurde sogar gemutmaßt, dass die Ergebnisse der Transplantation nach Bridging schlechter seien als diejenigen der Primärtransplantation. Dies konnte mittlerweile eindeutig widerlegt werden. Mit dem Bridging-Konzept wurde aber erreicht, dass 1. die Indikationsgrenzen für den Einsatz von mechanischen Unterstützungssystemen sichtbar und definiert wurden, 2. die Systeme sukzessiv verbessert und ihre Komplikationen verringert wurden, 3. die Behandlung der Patienten mit solchen Systemen zur Routine reifte und schließlich 4. Patienten, Ärzte und die Gesellschaft insgesamt künstliche Herzpumpen akzeptierten und zunehmend Vertrauen in diese zeigen. Viele Patienten warteten dann monate- und jahrelang mit künstlichen Herzpumpen auf ein Transplantat, zahlreiche wurden nach Hause entlassen und kamen damit gut im Leben und auch im Beruf zurecht und markieren damit den Übergang von der temporären zur quasi dauernden Anwendung der „Kunstherzen“. Entwicklung der kardialen Assist-Systeme Die Entwicklung der mechanischen Kreislaufunterstützung lief parallel mit der Entwicklung der Herztransplantation. Im Jahre 1968 verwendete M. DeBakey zum ersten Mal erfolgreich ein linksventrikuläres Unterstützungssystem (LVAD) bei einer Patientin mit einem postoperativen Myokardversagen nach einem Doppelklappenersatz [6]. 1970 begann das National Heart and Lung Institute (USA) ein Programm zur Entwicklung implantierbarer linksventrikulärer Unterstützungssysteme. Als Ergebnis dieser Bemühungen wurde 1978 das erste LVAD bei einem jungen Patienten zur Überbrückung bis zur Herztransplantation implantiert. Am Anfang stand auch die Entwicklung eines geeigneten, d.h. ausreichend gering thrombogenen Rohstoffs zur Herstellung der „Kunstherzventrikel“ [3]. In der Fol-
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ge wurden Ende der 70er und in den frühen 80er Jahren des letzten Jahrhunderts mehrere mechanische Unterstützungssysteme erstmalig klinisch angewendet, meist für die Überbrückung bis zur Herztransplantation. Die erste Generation auf breiterer Basis in die klinische Anwendung eingeführter kardialer Assist-Systeme waren para- oder extrakorporale, pulsatile, pneumatisch angetriebene Blutpumpen. Im Kern bestehen pulsatile Systeme aus einer Blutpumpe, die durch Kompression eines blutgefüllten Sacks einen pulsatilen Blutfluss erzeugt. Verbunden sind die Blutpumpen mit dem Herzen über Kanülen, die in die Herzhöhlen (rechter Herzvorhof, linker Herzvorhof oder linker Ventrikel) eingebracht werden und das Blut dort abdrainieren; die Blutpumpen werfen das Blut dann in die großen zentralen Gefäße (Aorta, Arteria pulmonalis) über entsprechende Verbindungen (Kanülen, Gefäßprothesen) aus. Die Blutflussrichtung wird dabei durch in den Ein- und Auslassstutzen eingearbeitete mechanische Herzklappenprothesen bestimmt. Pneumatisch betriebene Blutpumpen erfordern die perkutane Ausleitung der mit dem Herzen verbundenen Kanülen, an welche dann die parakorporal platzierten Blutpumpen konnektiert werden. Die Bewegung des Kunstventrikels erfolgt durch Druckluft aus einer externen Steuereinheit (Kompressor, Steuerung). Bereits Ende der 70er Jahre hatte W.S. Pierce von der Pennsylvania State University in Hershey, PA, USA, ein solches pneumatisches parakorporales Pumpsystem (Pierce-Donachey-VAD) entwickelt und klinisch angewendet [30]. Seit 1982 stand das mit Pierce-DonacheyPumpen ausgestattete Thoratec Ventricular Assist Device (Thoratec Corp., Woburn, CA, USA) [11, 12] zur breiteren klinischen Anwendung zur Verfügung. Seit 1988 wurde das parakorporale Berlin-Heart-Unterstützungssystem (Berlin Heart AG, Berlin, Deutschland), vor allem als Überbrückung bis zur Herztransplantation, bei mehr als 500 Patienten angewendet [36]. Die Blutpumpen des Berlin-Heart-Systems sind seit 1994 mit einer Cameda®-Heparin-Beschichtung ausgestattet. Seit 1992 wurde das extrakorporale pneumatische System Abiomed BVS 5000 (Abiomed Inc., Danvers, MA, USA) weltweit über 5 000-mal verwendet [22]. Bei diesem System werden die Blutpumpen auf einem Ständer neben dem Patientenbett betrieben. Alle genannten pneumatisch betriebenen Systeme können als rechts- (RVAD), links- (LVAD) oder biventrikuläres (BVAD) Unterstützungssystem eingesetzt werden. Als potentiell implantierbare elektrisch betriebene Blutpumpen wurden das Novacor 1984 und HeartMate
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1986 in die Klinik eingeführt. Das System Novacor-N100LVAS (World Heart Inc., Oakland, CA, USA) [31] wurde seitdem weltweit bei über 1 200 und das TCI-HeartMate-System (Thoratec Corp., Woburn, MA, USA) [15] bei über 2 500 Patienten implantiert. Beiden Systemen gemeinsam ist die intrakorporale Position der Blutpumpe in eine hinter dem linken Musculus rectus abdominis zu schaffenden Tasche (Abbildung 1). Die perkutane Ausleitung einer kombinierten Steuerungs- und Energieversorgungsleitung, welche die implantierte Blutpumpe an die vom Patienten am Körper getragenen externen Controller und Batterie-Packs konnektiert (Abbildung 1), ist bei diesen Systemen jedoch weiter notwendig. An der Schwelle zum dritten Jahrtausend wurden Blutpumpen in die klinische Anwendung eingeführt,
die einen nicht pulsatilen kontinuierlichen Blutfluss liefern und als Axialflusspumpen charakterisiert werden: das Micromed-DeBakey-LVAD (Micromed Technology Inc., Houston, TX, USA) [7, 28] (Abbildung 2), das Jarvik-2000-LVAD (Jarvik Heart Inc., New York, NY, USA) [14, 39] und das HeartMate-II-LVAD (Thoratec Corp., Woburn, MA, USA) [16]. Die weltweit erste klinische Anwendung eines nicht pulsatilen LVAD fand 1998 mit der Implantation des DeBakey-LVAD zur Überbrückung zur Herztransplantation im Deutschen Herzzentrum Berlin statt. Die Blutbewegung erfolgt bei den drei letztgenannten Systemen im Prinzip durch eine mit hoher Umdrehungszahl rotierende Schraube (Impeller); als linksventrikuläres Assist-System wird das Blut bei diesen Pumpen vom Apex des linken Ventrikels dann je nach Implantationstechnik in die Aorta ascendens (mediane Sternotomie) oder thorakale Aorta descendens (links laterale Thorakotomie) ausgeworfen. Dieses Konstruktionsprinzip erlaubte eine im Vergleich zu den vorher genannten pulsatilen Blutpumpen sehr kompakte Bauweise mit deutlich verringerter Größe und Gewicht der
Abbildung 1. Novacor-N100-LVAS: schematische Darstellung des linksventrikulären elektrisch betriebenen Herzunterstützungssystems. Intrakorporal implantiert ist die Blutpumpe, die das Blut aus dem Apex des linken Ventrikels abdrainiert und in die aszendierende Aorta zurückführt. Eine Steuerungs- und Energieversorgungsleitung wird perkutan im rechten Mittelbauch ausgeführt und mit dem Controller (Mitte) sowie den beiden Batterie-Packs (rechts und links) konnektiert; Letztere werden vom Patienten am Körper getragen.
Abbildung 2. MicroMed-DeBakey-LVAD: Axialfluss-LVAD mit der Kanüle zur Intubation des linksventrikulären Apex (links), der eigentlichen Blutpumpe (Verdickung, Mitte) sowie der Ausflussprothese inklusive Flussmesser (Verdickung, rechts), an welche zusätzlich eine Gefäßprothese angeschlossen wird. Die Blutpumpe liegt intrathorakal, die Steuerungs- und Energieversorgungsleitung (links) wird im Oberbauch perkutan ausgeleitet.
Figure 1. Novacor N100 LVAS: schematic representation of the electric motor-driven left ventricular assist device. Implanted parts are the blood pump itself and the cannulas which drain the blood from the left ventricular apex and return it to the ascending aorta. A percutaneous driveline exits in the right abdomen and connects the blood pump to the external controller (middle) and battery packs (left and right) which are worn extracorporeally by the patient.
Figure 2. MicroMed-DeBakey LVAD: Axial flow LVAD with the cannula for intubation of the left ventricular apex (left), the blood pump (wider part, middle), and the outflow graft including flow meter (right); to the latter, a vascular graft is also attached which is anastomosed to the aorta for blood return. The percutaneous driveline (left) is brought out through the skin in the abdomen and is connected to the external controller and battery packs.
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Blutpumpen (unter 100 g), Verzicht auf in die Blutpumpe zu inkorporierende Herzklappen, geringeren Energiebedarf und eine vereinfachte Steuerung der Blutpumpe. Alle letztgenannten Systeme bedürfen gleichfalls noch der perkutanen Ausleitung einer kombinierten Steuerungs- sowie Energieversorgungsleitung, welche beim DeBakey- im Oberbauch und beim Jarvik-2000-LVAD links retroaurikulär am Hinterkopf ausgeführt und mit dem von dem Patienten am Körper getragenen Controller und Batterie-Pack konnektiert wird. Erst Ende des Jahres 2001 wurde die elektrisch beAbbildung 3. Impella Recover intrakardiales Mikroaxialfluss-LVAD: Die elektrisch betriebene miniaturisierte Blutpumpe hat einen Durchtriebene Mikroaxialflussblutpumpe Impella Recover messer von 6,4 mm. Das System besteht aus der Blutpumpe (unten (Impella Cardiotechnik AG, Aachen, Deutschland) in rechts), einer perkutan ausgeführten Steuerungsleitung und dem die klinische Anwendung eingeführt [37]. Die miniatuSpülsystem zur kontinuierlichen Durchspülung des Impellers (rechts risierte Blutpumpe (6,4 mm Außendurchmesser) liefert oben). Die Blutpumpe besteht aus der nach Implantation im Kavum des linken Ventrikels befindlichen flexiblen Kanüle (rechts unten), einen kontinuierlichen Blutfluss von bis zu 4,5 l/min bei durch welche das Blut in die Pumpe eingeleitet wird, sowie den ober32 000 Umdrehungen/min (Abbildung 3). Sie wurde als halb der Aortenklappe verbleibenden Anteilen: Impeller („Motorkurzfristig anwendbares (ca. 7 Tage Betriebsdauer) inschraube“, Mitte) und Elektromotor (weiß, links). Der Blutaustritt trakardiales linksventrikuläres Unterstützungssystem in die Aorta ascendens erfolgt an dem Schlitz zwischen Impeller und Motor. konzipiert. So wird die Blutpumpe über eine an die Figure 3. Impella Recover 100 intracardiac microaxial flow LVAD. The Aorta ascendens anastomosierte Gefäßprothese appliLVAD consists of the miniaturized electric motor-driven blood pump ziert und nach retrograder Passage der Aortenklappe (6.4 mm diameter) and cannula (bottom right) and a rising system im Kavum des linken Ventrikels platziert. Ein Kabel zur (top right) to allow for continuous flushing of the impeller with a glucose-heparin solution. The flexible cannula of the blood pump (botEnergieversorgung und Steuerung wird perkutan am tom right) is advanced into the left ventricular cavity across the aortic Thorax ausgleitet und mit einer mobilen Steuerungsvalve and drains the blood towards the impeller (middle). Blood is konsole verbunden. Die im Verlauf des Jahres 2002 ejected into the ascending aorta between the impeller and the electric durchgeführten ersten klinischen Anwendungen – vor motor (white part, bottom left). allem zur Behandlung des akuten Herzversagens nach Herzeingriffen – lassen noch keine abschließende Beurteilung ihres Leistungspotentials zu. Derzeit im Rahmen klinischer Studien verfügbar sind zwei weitere Blutpumpen, die mit dem Ziel der permanenten Herzersatztherapie entwickelt und angewandt wurden: das von der Pennsylvania State University in Hershey, PA, USA, entwickelte elektrisch betriebene permanente pulsatile Linksherzunterstützungssystem Lion Heart LVAS (Arrow Intl., Reading, PA, USA) (Abbildung 4) [26] und das Abbildung 4. Lion-Heart-LVAS: Dargestellt sind alle Komponenten des komplett implantierbavon der Firma Abiomed entwickelte ren permanenten Linksherzunterstützungssystems. Neben der Blutpumpe werden auch eine elektrisch betriebene totale Kunstherz Druckausgleichskammer samt Access-Port („Compliance Chamber“), der Controller inklusive interner Reservebatterie sowie die interne Spule („Internal Coil“) des transkutanen EnergieAbioCor Replacement Heart (Abiotransmissionssystems (TETS) implantiert. med Inc., Danvers, MA, USA) (AbbilFigure 4. Lion Heart LVAS: all components of the fully implantable electric motor-driven LVAD dung 5) [9]. Beide genannten Systeme after assembly. Toghether with the blood pump, a volume compensation device (compliance sind die ersten komplett implantierbachamber) with access port, the motor controller with internal battery pack, and the internal coil of the transcutaneous energy transmission system (TETS) are implanted. ren Kunstherzsysteme, bei denen ne-
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Abbildung 5. AbioCor Replacement Heart: Das komplett implantierbare permanente Kunstherzsystem AbioCor weist die Adapter für die Anastomosen zu den Herzvorhöfen (Hintergrund) sowie die Gefäßprothesen zur Anastomosierung an die großen Gefäße (Vordergrund) auf. Das Kunstherz wird nach Exzision des nativen Herzens orthotop implantiert; auch hier werden zusammen mit der intrathorakal liegenden Blutpumpe ein interner Controller samt Batterie sowie eine Komponente für das Energietransmissionssystem implantiert. Figure 5. AbioCor Replacement Heart: The fully implantable electric motor-driven artifical heart carries adapters for connection to the patients atria (background) as well as prosthetic grafts to be attached to the great vessels (foreground). The AbioCor is implanted in orthotopic position after excision of the native heart. Together with the artifical blood pump, a controller with internal battery and the components of a transcutaneous energy transmission system are implanted.
ben der Blutpumpe auch die Steuereinheit und eine Reservebatterie mit implantiert werden. Die Energiezufuhr erfolgt bei beiden Systemen durch ein transkutanes Energietransmissionssystem (TETS), durch welches die elektrische Energie ohne Verletztung der Haut von einer extern aufgelegten Spule zu einer darunter subkutan implantierten per Induktion in den Körper geleitet wird (Abbildung 6). Indikationen und Ergebnisse in der Anwendung mechanischer Kreislaufunterstützungssysteme 1. Akutes Herzversagen mit kardiogenem Schock Nach akutem Myokardinfarkt, infolge einer Myokarditis oder nach einem Herzeingriff kann es zum akuten Herzversagen kommen. Wird das akute Herzversagen aufgrund dieser Ursachen durch das Eintreten eines kardiogenen Schocks kompliziert, ist die Prognose überaus kritisch: Eine Mortalität zwischen 40% und 80% ist zu erwarten [27, 34, 29]. Etwa 4–6% aller Patienten mit akutem Myokardinfarkt und 0,5–2% aller Patienten nach Herzeingriffen entwickeln ein akutes Herzversagen mit kardiogenem Schock, welches unter Anwendung konventioneller Therapeutika (differenzierte Katecholamintherapie, intraaortale Ballonpulsation) refraktär bleibt. Für die Situation des postoperativen Herzversagens stellt sich die Frage der Implantation eines Kreislaufunterstützungssystems, wenn die Separation des Kranken
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Abbildung 6. Schematische Darstellung der Lage der Implantate bei Einsatz des permanenten Herzunterstützungsystems Lion-HeartLVAS; zur Erläuterung der Komponenten s. Legende zu Abbildung 5. Figure 6. Schematic representation of the intracororeal position of the implants of a fully implantable artifical blood pump system. While the drawing shows the implants of the Lion Heart LVAS, a similar setup is used for the AbioCor Replacement Heart, except for the volume compensation device (top right), which is not needed with the AbioCor. For description of the individual parts please see figure 4.
von der intraoperativ angewendeten Herz-Lungen-Maschine unter Einsatz letztgenannter Maßnahmen nicht möglich ist. Neuere Behandlungsstrategien konnten eine Verbesserung der bekannt ungünstigen Prognose [29] des postoperativen Herzversagens nachweisen [8, 18, 33] oder lassen eine Verbesserung erwarten [17]. Wurden nämlich solche Patienten in ein strukturiertes klinisches Behandlungsprotokoll eingebunden und damit ihr Management entlang nachgewiesener klinischer Ergebnisse gestaltet [18, 33] oder wurde frühzeitig der Einsatz adäquater implantierbarer Unterstützungssysteme mit zügiger Anbindung der Patienten an Herztransplantationsprogramme gewählt [8, 18], konnten die Überlebensraten von 20–30% [29] auf 43–74% verbessert werden [8, 18, 33]. Eine weitere Entscheidungshilfe liefert eine am Deutschen Herzzentrum Berlin durchgeführte retrospektive multivariate Analyse intraoperativer klinischer Befunde nach Separation der Patienten von der Herz-Lungen-Maschine und während Anwendung der intraaortalen Ballonpulsation [17]. Eine notwendige Zufuhr von Adrenalin mit mehr als 0,5 µg/kg/min, ein linksatrialer Druck von > 15 mm Hg, Diurese < 100 ml/h und eine gemischt venöse Sauerstoffsättigung < 65% waren in dieser Situation statistisch eng
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assoziiert mit Frühsterblichkeit [17]. Nur bei Abwesenheit dieser Parameter war die Überlebensrate mit > 80% zufriedenstellend; bei Persistenz von ein bis zwei Parametern lag die Überlebensrate nur noch knapp über 50%, darüber hinaus sank die Überlebensrate unter 30% [17]. Nach unserer Auffassung besteht die Indikation zur Implantation eines Kreislaufunterstützungssystems bei Persistenz von ein bis zwei der vorgenannten Parameter unter Berücksichtigung des individuellen Patientenprofils (Alter, Begleiterkrankungen). Die potentielle Regenerationsfähigkeit des Herzens bei postoperativem Herzversagen oder nach akutem Myokardinfarkt beeinflusst die Auswahl des zu implantierenden Unterstützungssystems. Gegenwärtig bevorzugen wir in diesen Situationen die Implantation des für die temporäre Anwendung (bis ca. 4 Wochen) ausgelegten extrakorporalen, pneumatisch-akzentuierten Abiomed BVS 5000i Pumpsystems [22], auch weil häufig die Pathophysiologie des Herzversagens zur Anwendung eines biventrikulären Pumpsystems Anlass gibt. Bei linksventrikulärem Pumpversagen ist in Zukunft bei diesen Fällen die Anwendung der Impella-Recover-Mikroaxialflusspumpe alternativ zu erwägen. Ist nach Implantation des Abiomed-Systems im weiteren postoperativen Verlauf eine myokardiale Erholung nicht erkennbar, so muss die Indikation zur Implantation eines langfristigen Unterstützungssystems überprüft werden. Solche weitergehenden Maßnahmen sind nur dann indiziert, wenn unter der primären Assist-Therapie eine erkennbare Erholungstendenz sekundärer Organfunktionen – auch der zerebralen Funktion – eingetreten ist. 2. Überbrückung bis zur Herztransplantation (Bridge-to-Transplant-Verfahren) Erfahren Patienten, die bereits zur Herztransplantation gelistet oder prinzipiell geeignet sind, eine weitere Verschlechterung ihrer Herzfunktion, besteht die Indikation zur Implantation eines langfristigen Herzunterstützungssystems zur Überbrückung bis zur Verfügbarkeit eines geeigneten Spenderorgans. Häufig muss die Implantation einer künstlichen Blutpumpe notfallmäßig erfolgen, wenn sich bei solchen Patienten die hämodynamische Situation trotz maximaler kardioaktiver Medikation derart rapide verschlechtert, dass innerhalb von Stunden mit dem Eintritt des Todes gerechnet werden muss. Dringlich indiziert ist die Implantation eines Kreislaufunterstützungssystems bei diesen Patienten, wenn unter stationärer Behandlung und mit optimaler medikamentöser Therapie zwar marginale, aber noch
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stabile Kreislaufverhältnisse sowie eine ausreichende Organperfusion bestehen. Diese Patienten sind durch die dauerhafte Immobilität und Hospitalisierung, das Risiko akuter kardialer Dekompensation, plötzlichen Herztod sowie die stark eingeschränkte Überlebenswahrscheinlichkeit während der Wartezeit auf eine Herzübertragung gefährdet. Weltweit liegen hinreichend klinische Erfahrungen mit dem Bridge-to-Transplant-Verfahren unter Anwendung des parakorporalen pneumatisch betriebenen Thoratec-VAD [2, 11, 12] sowie der implantierbaren elektrisch betriebenen Linksherzunterstützungssysteme Novacor N100 und TCI HeartMate vor [2, 15, 18, 31]. Regelhaft konnten etwa 65–75% aller initial mit einem Unterstützungssystem versorgten Patienten der späteren Herztransplantation zugeführt werden; etwa 70–85% der transplantierten Patienten sind Langzeitüberlebende dieser komplexen Therapieform. Am Deutschen Herzzentrum Berlin sind bis Ende des Jahres 2001 bei insgesamt 176 Patienten mit ursprünglich katecholaminpflichtigem terminalen Herzversagen und kardiogenem Schock über ein Bridgeto-Transplant-Verfahren Transplantionen durchgeführt worden. Die Frühmortalität nach Herztransplantation lag bei Patienten nach vorangegangener Implantation eines LVAD (Berlin-Heart-, Novacor-N100-, TCI-HeartMate-, DeBakey-LVAD) bei 18% und nach vormaliger Implantation eines biventrikulären Herzunterstützungssystems (Berlin-Heart-BVAD) bei 25% und damit etwas höher als nach primärer Herztransplantation. Die 1- und 5-Jahres-Überlebensraten dieser Patienten waren vergleichbar mit denen primär herztransplantierter Patienten. 3. Überbrückung bis zur Erholung der Funktion des nativen Herzens Am Deutschen Herzzentrum Berlin konnte gezeigt werden, dass bei einigen Patienten mit dilatativer Kardiomyopathie nach Implantation eines Linksherzunterstützungssystems eine weitreichende funktionelle Restitution des nativen Herzens eintritt, die es gestattet, ein zuvor bei kardiogenem Schock implantiertes LVAD zu explantieren [20]. Seit 1995 konnte bei insgesamt 31 Patienten ein zuvor implantiertes Novacor-N100-LVAS oder TCI-Heartmate- (n = 29) oder Berlin-Heart-System (n = 2) explantiert werden. Wir sahen die Indikation zur Entfernung des Unterstützungssystems als gegeben, wenn echokardiographisch der Nachweis einer linksventrikulären Ejektionsfraktion von > 45%, eines diastolischen Innendurchmessers des linken Ventrikels
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von < 55 mm und eine maximale systolische Kontraktionsgeschwindigkeit der linksventrikulären Wand von > 8 cm/s unter der Bedingung eines kurzfristigen Stopps des Unterstützungssystems erbracht werden konnte. Bei den 31 Patienten konnte in 18 Fällen eine dauerhafte Erholung der Herzfunktion bis zu jetzt 7 Jahren dokumentiert werden; in zehn Fällen erforderte eine im späteren Verlauf eintretende Verschlechterung der Herzfunktion die Durchführung einer Herztransplantation, drei Patienten verstarben aus nicht kardialer Ursache nach Explantation des Unterstützungssystems. Ein Patient erhielt bei akuter kardialer Dekompensation fast 5 Jahre nach vormaliger Explantation eines LVAD (Novacor N100) erneut eine LVAD-Implantation (Berlin-Heart-LVAD) zur Überbrückung zur Herztransplantation. Weltweit konnten diese Erfahrungen bisher nicht im geschilderten Umfang bestätigt werden [24]. Die beobachtete Reduktion des linksventrikulären Durchmessers und die Zunahme der kontraktilen Funktion des nativen Herzens förderten die Hypothese, dass die dauerhafte komplette Entlastung des linken Ventrikels mittels eines Linksherzunterstützungssystems ein „Reverse Remodeling“ des linken Ventrikels ermöglichte. In jüngster Zeit konnten Verbesserungen der kontraktilen Funktion des nativen Herzens und eine Abnahme der myokardialen Fibrosierung unter Anwendung eines LVAD auch von anderen Forschungsteams nachgewiesen werden [4, 25]. Die pathophysiologischen, biochemischen und zellulären Mechanismen, die einer solchen Restitution zugrunde liegen, sind derzeit noch unklar und sind Gegenstand weltweiter Forschungsaktivitäten. 4. Permanente mechanische Kreislaufunterstützung Wir sind heute mit einer stetig wachsenden Anzahl chronisch schwer herzinsuffizienter Patienten konfrontiert, die nach den Erfahrungen der thorakalen Transplantationsmedizin der letzten 15 Jahre nur mit vergleichsweise eingeschränkter Aussicht auf Erfolg durch eine Herztransplantation therapiert werden können: Es sind dies Patienten mit mindestens einem vorangegangenen Herzeingriff, mit einem Lebensalter jenseits von 60 Jahren und Patienten mit erheblichen Begleiterkrankungen, die im vorgerückten Lebensalter zunehmend an Bedeutung gewinnen, wie etwa eine schwere allgemeine arterielle Gefäßerkrankung, Diabetes mellitus mit sekundärer Organschädigung, Adipositas oder bestehende zerebrovaskuläre Erkrankungen. In vielen dieser Fälle besteht aufgrund einer Kombination dieser
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Probleme oder ihres individuellen klinischen Schweregrades bereits eine Kontraindikation zur Herztransplantation. Die Inzidenz der Fälle von terminalem Herzversagen in dieser Patientengruppe übersteigt die gegenwärtig mit einer Herztransplantation abzufangenden Fallzahlen bei weitem. Nach den Erhebungen der American Heart Association [1] liegt in den USA die Inzidenz von Herzversagen in der Altersgruppe über 65 Jahre bei 1% der Bevölkerung; die 5-Jahres-Überlebensrate dieser Patientengruppe liegt unter 50%, die Inzidenz des plötzlichen Herztodes ist sechs- bis neunfach erhöht im Vergleich zur Normalpopulation. Vor diesem Hintergrund wurde die Entwicklung langfristig anwendbarer und voll implantierbarer Blutpumpen vorangetrieben mit dem Ziel einer permanenten Herzunterstützungs- oder Herzersatztherapie als Alternative zur Herztransplantation. Die Ergebnisse einer in den USA prospektiv randomisierten multizentrischen Studie konnten diesen therapeutischen Ansatz stützen. Die Untersucher des unlängst veröffentlichen REMATCH-Trials (Randomized Evaluation of Mechanical Assistance for the Treatment of Congestive Heart Failure) [32] konnten belegen, dass bei Patienten mit Herzinsuffizienz die Anwendung eines Linksherzunterstützungssystems der medikamentösen Behandlung hinsichtlich aller Endpunkte der Untersuchung deutlich überlegen war (48% Reduktion der Mortalität, Verlängerung des medianen Überlebens von 408 vs. 150 Tagen, Verbesserung der physischen Leistungsfähigkeit und emotionalen Situation, Verbesserung der medianen NYHA-Klassifikation mit LVAD NYHA II vs. NYHA IV mit medikamentöser Therapie). In einer Untergruppe der untersuchten Patientenpopulation, nämlich bei Patienten mit einem Lebensalter unter 60 Jahren (n = 13), lag die 1-Jahres-Überlebensrate unter Anwendung eines Linksherzunterstützungssystems gar bei 74%, was die Untersucher zu der Schlussfolgerung veranlasste, dass die Zeit gekommen sei, eine prospektive Untersuchung der Effekte einer Langzeit-Assist-Anwendung gegen die Herztransplantation durchzuführen. Die Anforderungen an künstliche Blutpumpen, die zum permanenten Herzersatz entwickelt werden, sind höher als bei allen bisher im breiteren klinischen Einsatz befindlichen genannten Systemen: Die Konstruktion der Blutpumpe sollte im Prinzip eine störungsfreie Funktion von mindestens 5 Jahren gewährleisten. Die Pumpsysteme sollten vollständig intrakorporal implantierbar sein, um ein Maximum an Sozialisation und Mobilisation für den Patienten zu ermöglichen. Die Ener-
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gieversorgung sollte durch die intakte Haut erfolgen. Die Blutpumpen sollten eine sichere und einfache Bedienbarkeit aufweisen, da sie von den Patienten selbst im Alltagsleben bedient werden müssen. Eine weitere Größen- und Gewichtsreduktion der vom Patienten mitzuführenden extrakorporalen Komponenten ist, ausgehend vom gegenwärtigen Stand, wünschenswert. Die Leistungsdauer der implantierten Reservebatterien muss gesteigert werden. Eine Möglichkeit der elektronischen perkutanen Auslesbarkeit der Funktion der Blutpumpe und die Übertragung der gewonnenen Daten per Modem oder Satelliten an das Service- und Support-Team sind weitere Anforderungen. Die bislang gewonnen klinischen Resultate unter Einsatz der ersten dauerhaft implantierbaren Systeme, die technisch bereits weitestgehend die voranstehend geforderten Leistungsmerkmale aufweisen (LionHeart-LVAS und AbioCor-Kunstherz), lassen noch keine definitive Beurteilung ihres Leistungspotenzials zu. Das Lion-Heart-LVAS wurde seit Oktober 1999 bei jetzt 23 Patienten – vor allem in großen europäischen Herzzentren – implantiert; neun dieser Patienten leben gegenwärtig mit dem Lion-Heart-LVAS, drei Patienten bereits 1,5–2 Jahre nach LVAD-Implantation. Das AbioCor-Kunstherz wurde am 2.7.2001 erstmals in Louisville, Kentucky, USA, implantiert. Der erste Patient lebte 151 Tage und verstarb an einer intraabdominellen Blutung; zwei von insgesamt sieben Patienten leben gegenwärtig längerfristig mit dem AbioCor. Dass die bisherigen Implantationen dieser beiden Systeme nur von einem Teil der Patienten – wie angestrebt – überlebt wurden, liegt an der besonders hohen Morbidität der initialen Studienpatienten. Dabei traten keine Fälle von technischem Versagen auf. Die gute Lebensqualität bei den langfristig Überlebenden veranschaulicht, was mit diesem Konzept erreichbar ist, wenn weniger terminal und multimorbid Kranke eingeschlossen werden können. 5. Herzunterstützung bei Neugeborenen und Kindern Ein akutes Herzversagen mit kardiogenem Schock im Säuglings- oder Kindesalter tritt ein infolge akuter Myokarditis, bei dilatativer Kardiomyopathie, nach Herzeingriffen oder als Spätfolge kongenitaler Vitien. Die Kreislaufunterstützungstherapie im Neugeborenen-, Säuglings- oder Kleinkindalter war lange Zeit durch das Fehlen adäquater Systeme limitiert; statt dessen wurde vielfach die extrakorporale Membranoxyge-
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nation angewandt, eine komplexe und in der zeitlichen Dauer der Anwendbarkeit sehr begrenzte Therapieform. Im Jahr 1990 wurde die erste erfolgreiche Bridgeto-Transplant-Prozedur bei einem 8-jährigen Kind am Deutschen Herzzentrum Berlin durchgeführt; nach 8tägiger Herzunterstützung mit einem pneumatischen pulsatilen parakorporalen Berlin-Heart-LVAD konnte die Herztransplantation erfolgen [38]. Seit 1992 ist das Berlin-Heart-System mit Blutpumpen verschiedener Größen (10, 25, 30, 50, 60, 80 ml) und entsprechend adaptierten Kanülen als pädiatrisches Unterstützungssystem für diese Altersgruppe verfügbar [19]. Auch das Medos-VAD (Medos Medizintechnik AG, Stolberg, Deutschland) – gleichfalls ein pneumatisches parakorporales Pumpensystem – ist mit verkleinerten Blutpumpen zum Einsatz bei Kindern geeignet. Das pädiatrische Berlin-Heart-Unterstützungssystem wurde bis Ende 2001 bei insgesamt 85 Patienten an 15 Kliniken und in zehn verschiedenen Ländern eingesetzt, davon allein am Deutschen Herzzentrum Berlin bei 48 Patienten (31 BVAD, 17 LVAD). Die Patienten waren im Mittel 7,6 Jahre (3 Tage bis 16 Jahre) alt, die mittlere Unterstützungszeit lag bei 19 Tagen (1–111 Tage). Die günstigsten Resultate konnten wir bei akutem Herzversagen infolge Myokarditis (n = 7; einmal Herztransplantation, viermal Entwöhnung und Explantation) und bei dilatativer Kardiomyopathie (n = 22; 14-mal Herztransplantation, einmal Entwöhnung) mit Überlebensraten von 71% bzw. 68% erzielen. War ein kongenitales Vitium – regelhaft nach oft mehreren vorangegangenen Herzoperationen – oder ein intraoperatives Herzversagen der Anlass zur mechanischen Kreislaufunterstützung, waren die Überlebensraten deutlich ungünstiger. 6. Nachsorge von Assist-Patienten: ambulante Betreuung Am Deutschen Herzzentrum Berlin werden bereits seit 1997 Patienten nach erfolgreicher Implantation von Kreislaufunterstützungssystemen und nach ausreichender Schulung in der Bedienung ihres Systems aus der stationären Behandlung in die häusliche Umgebung entlassen [10]. Gegenwärtig werden über 90% dieser Patienten in ambulanter Behandlung geführt. Dieses Vorgehen ist weitestgehend unabhängig vom implantierten Unterstützungssystem, da auch das von uns eingesetzte pneumatisch betriebene parakorporale BerlinHeart-System über einen portablen Antrieb verfügt, der eine gute Mobilität der Kranken ermöglicht (Abbildung 7). Elektrisch betriebene Unterstützungssysteme
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Abbildung 7. 56-jähriger Patient 5 Monate nach Implantation eines Berlin-Heart-BVAD als Überbrückung zur Herztransplantation bei schwerem Kreislaufversagen. Die im Oberbauch des Patienten perkutan ausgeleiteten Herzkanülen sind an die zwei Blutpumpen des Berlin-Heart-Systems konnektiert; Letztere werden über eine Druckluftleitung mit der mobilen Antriebseinheit („Excor“) verbunden. Das Foto entstand während eines kurzfristigen stationären Aufenthalts des seit mehr als 3 Monaten ambulant betreuten Patienten. Figure 7. A 56-year old patient 5 months following implantation of the pneumatically accentuated Berlin Heart biventricular assist device (BVAD) as a bridge to cardiac transplantation. The four cannulas exiting the body in the upper abdomen are connected to a mobile driving unit (“Excor”). The photograph was taken during a short hospital-stay of the patient, who had received ambulatory care for the previous three months.
wie das Novacor-N100-LVAS, das DeBakey-LVAS oder das komplett implantierbare Lion-Heart-LVAS verfügen über kleinere Kontrollaggregate und BatteriePacks, die von dem Patienten am Körper getragen werden (Abbildung 8). Diese Systeme erlauben die uneingeschränkte Mobilität des Patienten für mehrere Stunden. Die limitierte Leistungsfähigkeit der verwendeten Batterien ist hier der begrenzende Faktor. Die Patienten werden in Abständen von 2 bis zu 6 Wochen in einer spezialisierten Ambulanz betreut, wo auch eine technische Überprüfung des Unterstützungssystems vorgenommen wird. Schlussfolgerungen und Ausblick Bei therapierefraktärem Herzversagen ist eine Herztransplantation oder die Übernahme der nativen Herzfunktion durch eine künstliche Blutpumpe notwendig. Die Herztransplantation bietet ausgezeichnete Langzeitergebnisse, bleibt jedoch angesichts der geringen Fallzahlen eine kasuistische Therapie. Die unlängst in die klinische Therapie eingeführten Axialflusssysteme (DeBakey-, Jarvik-2000-, TCIHeartMate-II-LVAD) bieten bei kontinuierlichem Blutfluss durch ihre geringe Größe und Gewicht, geringen Energieverbrauch, vereinfachte Implantations-
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Abbildung 8. 60-jähriger Patient 4 Monate nach Implantation eines MicroMed-DeBakey-LVAD während eines Ambulanzbesuchs im Deutschen Herzzentrum Berlin. In der Schultertasche befinden sich der Controller sowie die Batterie-Packs, an welche das LVAD mittels eines im linken Oberbauch ausgeleiteten Kabels konnektiert wird. Figure 8. A 60-year old patient 4 months after implantation of a MicroMed DeBakey LVAD during a visit to the outpatient area at the Deutsches Herzzentrum Berlin. A percutaneuos driveline connects the device to the controller and battery packs, which are contained in the shoulder bag worn by the patient.
technik und Steuerung offenbar Vorteile gegenüber bereits längere Zeit verwendeten pulsatilen Blutpumpen. Die ersten zum permanenten Herzersatz konzipierten, komplett intrakorporal implantierbaren Systeme (Lion-Heart-LVAS, AbioCor-Kunstherz) bedürfen der erweiterten klinischen Anwendung, um ihr Leistungspotential zu bewerten. Auch der Einsatz im Vergleich kostengünstigerer pneumatisch betriebener parakorporaler Pumpsysteme ist bei schwersten Formen des biventrikulären Herzversagens mit Multiorganversagen oder bei geplanter kurz- bis mittelfristiger Anwendung weiter indiziert. Weltweit etablierte Indikationen zur Anwendung von künstlichen Blutpumpen sind das Bridge-to-Transplant-Verfahren, welches der primären Herztransplantation vergleichbare Ergebnisse liefert, und das akute Herzversagen, entweder nach Myokardinfarkt oder nach einem herzchirurgischen Eingriff. Dem langfristigen Einsatz von Herzunterstützungssystemen kommt im therapeutischen Konzept des chronischen Herzversagens eine wachsende Bedeutung zu. Literatur 1. 2.
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Korrespondenzanschrift Prof. Dr. Roland Hetzer Abteilung für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie Deutsches Herzzentrum Berlin Augustenburger Platz 1 13353 Berlin Deutschland Telefon (+49/30) 4593-2000, Fax -2100 E-Mail:
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