Totale künstliche Herztransplantationen: Zukunft oder abwartende Zeit? / RCSI Student Medical Journal

William MG Johnson1

Autorenzugehörigkeiten
1RCSI medical student

Royal College von Chirurgen in Irland Student Medical Journal 2011; 4 (1): 35-38.

Zusammenfassung
Künstliche Herztransplantationsmaschinen bieten jetzt praktikable Behandlungsmöglichkeiten für Herzinsuffizienz.Der Mangel an Spenderorganen hat einen Bedarf an künstlichen Transplantationsmaschinen geschaffen. Diese Maschinen zeigen zunehmende Erfolge bei der Bereitstellung einer Brücke zur Transplantation, in der ein Spenderorgan gefunden werden kann. Jetzt haben künstliche Herzen die Überlebensraten auf ungefähr 80% verbessert. Es ist möglich, dass diese Maschinen eine größere Rolle spielen, da ihre Kosten sinken und technologische Verbesserungen die Zuverlässigkeit erhöhen. Dieser Artikel beschreibt die neuesten Fortschritte bei künstlichen Herzen und die Rolle dieser Geräte bei der Behandlung von Herzerkrankungen in der Zukunft. Darüber hinaus gibt es eine kurze Diskussion über konkurrierende Technologien und deren Grenzen. Schlüsselwörter: Künstlich, Brücke zur Transplantation, Herz, Synkardie (CardioWest), Transplantation.

Einleitung

Herzinsuffizienz ist ein Syndrom, das durch die Unfähigkeit des Herzens definiert ist, genügend Blut auszustoßen, um die Anforderungen des Körpers zu erfüllen. Es betrifft etwa 20 Millionen Menschen weltweit.1,2 Behandlungsmöglichkeiten, sowohl pharmazeutische als auch nicht-pharmazeutische, haben sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt und versprechen eine Heilung. Der derzeitige Goldstandard der Behandlung in Bezug auf Herzinsuffizienz im Endstadium ist eine totale Herztransplantation (HTx).3 Da im Jahr 2008 weltweit nur 10% des gesamten Transplantationsbedarfs gedeckt wurden, ist die Folge der Mortalität für viele Patienten, die auf eine HTx warten, Realität.4 Von den ersten Herz-Lungen-Perfusionsgeräten über die moderneren linksventrikulären Hilfsgeräte (LVADs) bis hin zu totalen künstlichen Herztransplantationen (TAHs) ist dieser Zeitraum, der als Brücke zur Transplantation (BTT) bezeichnet wird, dramatisch weniger mit der Mortalität verbunden.5 Seit der Einführung des SynCardia TAH sind die Überlebensraten aufgrund von Transplantationen von 46% auf 79% gestiegen.6

In naher Zukunft können diese Geräte über ihre Verwendung hinaus nur als BTT-Geräte für eine längerfristige Therapie erweitert werden, ähnlich wie es LVADs bereits getan haben. Es wird bald eine von der FDA zugelassene permanente künstliche Herztransplantation als Zieltherapie geben.Derzeit laufen 7 klinische Studien mit dem implantierbaren AbioCor-Ersatzherz (IRH), das in einer kürzlich durchgeführten Studie sieben Patienten implantiert wurde.7 Dies kann jedoch nicht zur Erstlinientherapie werden, da kleinere LVADs, In-vitro-Organwachstum und In-situ-Zellersatztherapie erhebliche Fortschritte bei der Prävention und Behandlung von Herzinsuffizienz zeigen könnten.

Linksventrikuläre Hilfsgeräte

Die erste der modernen Behandlungen für Herzinsuffizienz lag in der Entwicklung von Hilfsgeräten. Diese ebneten den Weg für die Entwicklung komplizierterer Mechanismen wie des TAH. Diese Apparate übernehmen nicht die Wirkung des Herzens, sondern reduzieren die auf das Herz ausgeübte Belastung, sodass es sich ausruhen und erholen kann. Die Entwicklung dieser Geräte beschleunigte sich in den 1960er und 70er Jahren aufgrund von Komplikationen und Mortalität im Zusammenhang mit frühen totalen HTxs.8 Die Entwicklung der Pumpentechnologie brachte zwei Haupttypen von Geräten mit sich: pulsierende LVADs, bei denen Blut über eine externe Pumpe, die die Wirkung des Herzens nachahmt, durch das interne Gerät gepumpt wird; und kontinuierliche Durchflusspumpen (axial und zentrifugal), bei denen ein magnetisch gesteuerter Rotor Blut durch das Gerät drückt. Es ist zu beachten, dass der Patient bei Implantation einer kontinuierlichen Durchflusspumpe einen abnormalen nicht pulsierenden Zustand annimmt, was Schwierigkeiten bei der klinischen Messung von Puls und Blutdruck mit sich bringt. Beide Gerätetypen werden in den Thorax implantiert und über eine Kanüle am linken und / oder rechten Ventrikel (RVAD) befestigt und schließlich in die Aorta eingeführt.8

Mechanisches Versagen ist bei diesen Geräten eine Herausforderung und betrifft in erster Linie die beweglichen Teile des Geräts. Ein neuer Ansatz wird bei Durchlaufpumpen implementiert, bei denen herkömmliche Kugellager durch hydrodynamische und magnetische Aufhängungen ersetzt werden.8 Dies ermöglicht nur ein bewegliches Teil, den Rotor, wodurch letztendlich das Auftreten eines mechanischen Versagens verringert wird. Dieser Trend zur Reduzierung der Anzahl beweglicher Teile ist bei vielen Herzgeräten zu beobachten.8 Eine weitere Komplikation, die ähnliche Herzapparate plagt, ist das Risiko einer Thromboembolie.6,8

In Zukunft werden diese Geräte voraussichtlich florieren, nicht nur als billigere Alternative zu TAHs, sondern auch, weil Verbesserungen im Design, die diese Geräte kleiner machen, sie weniger invasiv machen werden.8 Es ist absehbar, dass zukünftige Geräte in den früheren Stadien der Herzinsuffizienz eingesetzt werden und prophylaktisch wirken, um das Fortschreiten von Herzerkrankungen zu verhindern.8

SynCardia total künstliche Herztransplantation

Der SynCardia TAH (auch bekannt als CardioWest TAH) ist der einzige von der FDA zugelassene TAH auf dem heutigen Markt und wurde bisher bei etwa 850 Patienten implantiert.5 Das Gerät besteht aus zwei symmetrischen Kammern, in denen eine pneumatisch angetriebene Membran niedergedrückt und dann angehoben wird, wodurch Blut mit einer Geschwindigkeit von bis zu 9,5 l / min injiziert und ausgestoßen wird.5 Dieses System nutzt den eigenen Muskeltonus und die Körperbewegung des Patienten, um seine Auswurffraktion als Reaktion auf Bewegung um bis zu 30% zu verändern.5 Dies ermöglicht eine erhöhte Patientenaktivität im Gegensatz zu ähnlichen Systemen. Wie die pulsatilen LVADs ist das Gerät an einen externen pneumatischen Treiber angeschlossen. Dieser Treiber ist zunächst nicht mobil und kann nach der Genesung des Patienten auf ein mobiles Modell umgestellt werden, das getragen werden kann5 (Abbildung 2).

ABBILDUNG 1: Thoraxröntgenaufnahme eines Patienten mit einem implantierten SynCardia-Gerät, das den Ersatz der nativen Ventile und des pneumatischen Diaphargms des Geräts hervorhebt. Beachten Sie die vier Klappenprothesen (A), zwei Membranen (B) und die beiden spiralverstärkten Polyurethanrohre (C). (Mit freundlicher Genehmigung: Syncardia.com5) (Zum Vergrößern klicken.)

ABBILDUNG 2: Der tragbare pneumatische Treiber, der hier an einem SynCardia TAH angebracht ist, bietet dem Patienten Mobilität und ermöglicht es ihm, bis zur Herztransplantation nach Hause zurückzukehren. (Mit freundlicher Genehmigung: syncardia.com5) (Zum Vergrößern klicken.)

Die Implantation des SynCardia TAH beinhaltet die bilaterale Entfernung der Ventrikel zusammen mit allen vier nativen Klappen an den ventrikulären Klappenübergängen zwischen Vorhöfen, Lungenarterie und Aorta (Abbildung 3a). Die Vorhöfe, die Lungenarterie und die Aorta werden dann für die Befestigung am TAH konserviert (Abbildung 3b). Quick Connect-Geräte befestigen dann den TAH über Nähte an den verbleibenden Teilen des Herzens, wodurch ein Kontakt für den TAH hergestellt wird (Abbildung 3c). Schließlich wird der TAH angebracht und der Beginn der künstlichen Perfusion folgt (Abbildung 3d).5

ABBILDUNG 3: Die Reihenfolge, in der das native Herz entfernt und das SynCardia Total-Kunstherztransplantat platziert wird. (Mit freundlicher Genehmigung: syncardia.com5) (Zum Vergrößern klicken.)

ABBILDUNG 4: Anatomische Lage des SynCardia TAH und seiner pneumatischen Antriebsstränge. Die Antriebsstränge treten entlang der linken Mittelklavikularlinie etwa 5 cm unterhalb des Rippenrandes in den Patienten ein. Der TAH liegt im Mediastinum, das an den Vorhöfen, der Lungenarterie und der Aorta befestigt ist. (Mit freundlicher Genehmigung: syncardia.com5) (Zum Vergrößern klicken.)

Was den SynCardia TAH von anderen Geräten unterscheidet, ist seine Fähigkeit, ventrikuläre, Klappen- und elektrische Komplikationen wie ventrikuläre Tachykardie, Sinustachykardie und Vorhofflimmern, die bei Herzschrittmachern auftreten, zu beseitigen.9,10 Darüber hinaus weist die Vorrichtung bestimmte Vorteile gegenüber der Verwendung von LVADs auf, wie z. B. ihre Anwendung bei Patienten mit rezidivierenden intrakardialen Thromben, Shunts, strukturellen Schäden und angeborenen Defekten.11

Wie bei allen Prothesen können inhärente Komplikationen auftreten, wie in Tabelle 1 dargestellt. Eine überwältigende Anzahl von Patienten erkrankt nach dem Eingriff an Infektionen, was zu einer Sterblichkeitsrate von bis zu 9% bei infizierten Patienten beiträgt.9 Platis et al. aufgezeichnete Infektionen der Atemwege bei bis zu 40%, Infektionen des Urogenitaltrakts bei bis zu 22% und Infektionen mit pneumatischen Insertionslinien bei bis zu 14% der Patienten nach dem Eingriff.6 Andere Studien haben Infektionsraten von nur 20% verzeichnet.12 Aggressive Antibiotika-Behandlung ist die aktuelle Behandlung für diese Infektionen, aber zunehmende mikrobielle Resistenz ist eine potenzielle Herausforderung.12 Die zusammengesetzten Ergebnisse dieser Komplikationen zeigen sich bei Patienten mit multiplem Organversagen, was letztendlich zu erhöhten Mortalitätsraten geführt hat.12 Darüber hinaus stellt die Bildung intramuskulärer Thromboembolien eine ernsthafte Bedrohung für den Einzelnen dar.6 Bei der derzeitigen Behandlung mit antikoagulativer Therapie stellen postoperative Blutungen ein erhebliches Risiko für den Patienten dar.12 Die Zukunft sieht der Entwicklung von weniger thrombogenen Materialien und damit Geräten, die diese Komplikationen vermeiden können, entgegen. Die Verwendung von Membranen in zukünftigen Geräten ist vielversprechend, da weniger bewegliche Teile die Haltbarkeit erhöhen können. Bevorstehende Entwicklungen in perfusionskorrigierenden Technologien werden angekündigt, um viele Komplikationen zu reduzieren, wie sie mit Leber-, Nieren- und Mesenterialischämie verbunden sind.12

Tabelle 1. (Zum Vergrößern anklicken.)

Bewertung der Kosten für die Gesundheitssysteme

Derzeit wird die Mehrheit der TAH-Transplantationen privat finanziert.13 Der aktuelle Preis einer SynCardia-TAH-Transplantation beträgt ungefähr 150.000 US-Dollar, verglichen mit den Kosten eines LVAD im Bereich von 100.000 US-Dollar, je nach Land.13 Der zunehmende Druck auf öffentliche Gesundheitszentren, die beste verfügbare Behandlung zu erhalten, steht in vielen Ländern im Widerspruch zu Haushaltszwängen. Es scheint pragmatisch, praktikablere Ansätze für Herzinsuffizienz zu verfolgen, wie z. B. den Einsatz weit verbreiteter, weniger wirksamer medikamentöser Behandlungen. Solche Behandlungen umfassen diuretische Regime, die nur eine bescheidene Auflösung der Patientensymptome bieten.2 Angesichts des wachsenden Interesses vieler Prothesenentwicklungsunternehmen und der steigenden Nachfrage nach künstlicher Herztransplantationstechnologie erscheint es plausibel, dass Geräte erschwinglicher werden.8 Dennoch ist es unrealistisch zu sagen, dass diese Technologie in Zukunft für alle Patienten mit Herzinsuffizienz verfügbar sein wird.

Zukünftige Fortschritte

Derzeit wird TAH eher als BTT-Behandlung als als Zieltherapie implementiert. Komplikationen im Zusammenhang mit thromboembolischen Ereignissen und Thrombusbildung an den atrialen Ansätzen müssen jedoch behoben werden, bevor sie auf dem Markt und von Fachleuten zugelassen werden.6,7 Dieses neue Gerät bietet ein transkutanes Energieübertragungssystem (TET) und ein Funkkommunikationssystem, wodurch die Verwendung von Lüftungsschlitzen und intraabdominalen Anschlüssen vermieden wird. Weitere Merkmale sind die automatisierte Überwachung und Steuerung von Motordrehzahlen, Pumpenleistung und Durchflussbilanz mittels eines intraabdominalen Sensorsystems.7 Zukünftige Modelle von LVADs und TAHs werden diese Merkmale der transkutanen Stromübertragung als Mittel zur Stromversorgung von Geräten verwenden, wodurch die Notwendigkeit einer intraabdominalen Linienplatzierung entfällt und die Linieninfektion reduziert wird.7,14

Andere in der Entwicklung befindliche Technologien beruhen auf der Erhöhung der Nachlast des Herzens durch Verengung der Aorta. Das C-Pulse-Gerät (Sunshine Heart Inc, Tustin, CA) basiert auf einer aufblasbaren Manschette, die sich intermittierend um den Umfang der aufsteigenden Aorta ausdehnt und dadurch das Herzzeitvolumen erhöht.15 Die Verwendung von intraabdominalen Linien kann jedoch zu einer Liniensepsis führen, die verheerende Folgen haben kann und zum Tod von etwa 1% beiträgt.9 Dies wurde in der Fallstudie von Mitnovetski et al.15

Mit der aktuellen Technologie ist es plausibel, dass der Einsatz von TAHs zunehmen wird, ebenso wie die Entwicklung von Geräten mit geringeren mechanischen Fehlern, mehr systemischer Kontrolle, erhöhter Patientenfreiheit und weniger Gesamtkomplikationen. Künstliche Herztransplantationsmaschinen bieten praktikable Behandlungsmöglichkeiten für Herzinsuffizienz, so dass dieser medizinische Bereich weitere Forschung und Entwicklung erfordert, um mit der aufkommenden Technologie Schritt zu halten.

Danksagung

Ich möchte allen meinen Kollegen im St. Vincent’s Private Hospital, Sydney, Australien, danken und einen besonderen Dank an Dr. Frank Junius für seine Hilfe und Betreuung aussprechen.

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