Laseranwendung und Endoskopie in der Herz- und Gefäßchirurgie
— flexible Lichtleiter eröffnen neue therapeutische und diagnostische
Möglichkeiten —
R. Moosdorf, St. Kasseckert, W. A. Stertmann, M. Glauber
Summary:
Recent developments in flexible fibres have enlarged the applicability ofendoscopy and oflaser-energy in the cardiovasular system, for diagno­
stic as well as for therapeutic reasons.
Experimental studies have proven the applicability of laser-energy in different fields of cardiovascular diseases. In a series of different experi­
ments with an Argon-Laser we could confirm the effectiveness of the laser-energy to resolve atherosclerotic plaques and moreover to perform
vascular anastomoses in vitro and in vivo.
While clinical trials of laser-application have just started, angioscopy already is a well accepted clinical method in the analysis ofcardiovascular
diseases. We especially found it to be a helpful intraoperative control after endarterectomies in the coronary system to guarantee completeness
and a free peripheral run-off.
Sowohl die Anwendung der Laserenergie wie auch die Endosko­
pie stellen in einigen Gebieten der Medizin mittlerweile etablier­
te Verfahren dar. Auch im Bereich der Herz- und Gefäßkrank­
heiten bestand für diagnostische und therapeutische Zwecke
schon frühzeitig ein großes Interesse an diesen beiden Verfahren.
Die experimentelle Leiterentwicklungen und schließlich die kli­
nische Anwendung scheiterten jedoch zunächst an dem Fehlen
geeigneter dünnkalibriger und hochflexibler Lichtleiter, die sich
dem langstreckigen und verzweigten Gefäßsystem anpassen
konnten. Technische Verbesserungen der letzten Jahre haben
mittlerweile Möglichkeiten geschaffen, die es erlauben, Licht
verschiedenster Wellenlänge über längere Strecken hin an ver­
schiedene Stellen des kardiovaskulären Systems zu übertragen.
Historischer Überblick:
Das Prinzip der sog. light amplification by stimulated emmision
of radiation, kurz „Laser“ genannt, wurde schon 1960 von dem
New Yorker Physiker Theodore Maiman (1) entdeckt. 1963 be­
schäftigte sich McGuff (2) erstmals mit der Anwendung dieser
neuen Technologie in der Behandlung arteriosklerotischer Ge­
fäßwandveränderungen. Die Nutzung von Laserstrahlen zur in-
traluminalen Rekanalisierung stenosierter Gefäße wurde erneut
besonders aktuell durch die Erfolge der von Grüntzig und Mitar­
beitern eingeführten Methode der transluminalen Katheteran­
gioplastie. Wird dabei arteriosklerotisches Gewebe durch den
Ballon komprimiert und verdrängt, so soll die sog. Laser-
Angioplastie das stenosierende Gewebe direkt intraluminal ab­
tragen und dadurch wieder normale Fluß Verhältnisse herstellen.
Mit der Einführung flexibler Laser-Lichtleiter Ende der 70er
Jahre wurde das Prinzip der Laser-Angioplastie von Choy (18) in
New York und anderen amerikanischen Arbeitsgruppen zu­
nächst experimentell wieder aufgegriffen und mittlerweile in
verschiedenen Anwendungsbereichen auch in die Klinik einge­
führt.
Wurde die Anwendung des Lasers durch McGuff erstmals 1963
experimentell erprobt, so führten Rhea und Walker (15) schon
1913 ein starres erleuchtetes Rohr über eine Thorakotomie ins
Herz zur Darstellung erkrankter Mitralklappen. Die weitere
Entwicklung war dann allerdings gekennzeichnet durch die
schon oben geschilderten Schwierigkeiten der Laser-Technik.
Zwar konnten durch Einführung von Linsensystemen durch Al­
len und Graham (16) (1922) und Anbringen von Ballons am di­
stalen Ende des starren Angioskops zur besseren Sichtbarma­
chung (Harken, Glidden 1943) (17) gewisse Fortschritte erzielt
werden, jedoch war weiterhin ein operativer Zugang zur direk­
ten Einführung des starren Rohrsystems notwendig. Die Her­
stellung flexibler Fiberglasendoskope ermöglichte Mitte der
60er Jahre langstreckige endoskopische Untersuchungen des ar­
teriellen wie auch venösen Strombahngebietes. Mit der Weiter­
entwicklung dieser Endoskope zu immer dünneren Kalibern ist
es heute schließlich möglich, selbst periphere Gefäßaufzweigun­
gen und auch dünne Koronararterien direkt sichtbar zu machen.
Stand der Entwicklung und eigene Erfahrungen
A) Laser
In der Medizin finden heute verschiedene Laser-Systeme ihre
Anwendung. Die Wahl richtet sich dabei nach dem gewünschten
biologischen Effekt am Gewebe, der bestimmt wird durch das
unterschiedliche Vorherrschen dreier Wirkmechanismen:
1. der thermischen Wirkung,
2. der mechanisch-akustischen Wirkung und
3. der fotochemischen Wirkung.
Diese sind abhängig von der ausgesandten Wellenlänge des Lich­
tes, der angewandten Energie und Dauer der Anwendung, vom
leitenden bzw. im Gefäßvolumen durchstrahlten Medium und
von der Absorption des bestrahlten Gewebes.
Kardiotechnik 10. Jahrgang/Heft 1/1987

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14
Fortbildung
Der Neodyn-Yag-Laser (Wellenlänge 1060 nm) zeigt eine hohe
Penetranz im Wasser, relativ niedrige Absorption in Körperge­
weben und geringfügige Absorption durch Blutfarbstoffe. Der
CO2-Laser (Wellenlänge 10600 nm) zeigt demgegenüber eine
nur geringe Penetranz in Wasser, dafür aber hohe Absorption in
Körpergeweben und auch eine nur geringe Absorption durch
Blutfarbstoffe. Etwa zwischen beiden Systemen einzuordnen ist
der Argon-Laser mit einer Wellenlänge von 488 – 512 nm. Sein
sichtbares grünes Licht hat eine hohe Penetranz in Wasser, eine
nur mäßige Absorption in den meisten Körpergeweben und
wird im Gegensatz zu den beiden vorher geschilderten Systemen
von Blutfarbstoffen nahezu vollständig absorbiert. Großes In­
teresse fand in letzter Zeit der im UV-Bereich arbeitende Eximer-
XeF-Laser mit einer Wellenlänge von 350 nm, der bei hoher Ab­
sorption in Wasser und niedriger Penetranz in Geweben auch ei­
ne hohe Absorption durch Blutfarbstoffe zeigt. Im Gegensatz zu
den vorgenannten Systemen spielen bei diesem hochfrequent ge­
pulsten Laser-System neben der mäßigen thermischen Wirkung
vor allem mechanisch-akustische und fotochemische Effekte ei­
ne große Rolle. Neben den physikalischen Eigenschaften unter­
scheiden sich die genannten Laser-Systeme in der Möglichkeit
der Energieübertragung. So existieren für den Neodyn-Yag und
auch den Argon-Laser mittlerweile dünnkalibrige und flexible
Quarzfasern, die eine auch langstreckige Energieübertragung er­
möglichen. Auch für den Eximer-Laser stehen flexible Fasersy­
steme zur Verfügung, die jedoch besonders bei höheren Ener­
gien noch mit Schwierigkeiten verbunden sind. Für den CO2-
Laser sind augenblicklich noch keine flexiblen Fasersysteme im
Handel erhältlich.
Aufgrund der genannten physikalischen und technischen Gege­
benheiten haben wir uns bei unseren Versuchen für einen
Argon-Laser (Trimedyne Optilase 900) mit einer Wellenlänge
von 488 – 512 nm entschieden (Abb. 1).
Wir haben mit diesem System zunächst frisch entnommene ar­
teriosklerotisch veränderte Aortensegmente mit unterschiedli­
chen Energien und unterschiedlichen Expositionszeiten be­
strahlt, um die Wirksamkeit zu überprüfen. Dabei zeigte sich ei­
ne befriedigende Abtragung bzw. Durchdringung arteriosklero­
tischer Plaques, so daß wir anschließend an frisch entnomme­
nen Leichenherzen stenosierte Herzkranzgefäße mit dem
Quarzlichtleiter über das originäre Koronarostium sondierten
und die stenosierten Abschnitte zu rekanalisieren versuchten.
Dabei zeigte sich zunächst, daß es mit den von uns verwendeten
dünnen Quarzlichtleitern (Durchmesser 0,6 mm) gut möglich
Abbildung 1: Argon-Laser-System für experimentelle und klinische An­
wendungsbereiche (Trimedyne Optilase 900).
ist, auch periphere Koronargefäßabschnitte zu erreichen. Bei
sehr geschlängelten Gefäßverläufen oder bei exzentrischen Ste­
nosen besteht unter Verwendung ungeschützter Quarzfasern die
Gefahr von Gefäßwandperforationen. Diese kann reduziert
werden durch den Einsatz von an der Spitze metallummantelten
Quarzfasern (sog. hot-tips), die eine kontrollierte« Abgabe der
rein thermischen Energie ermöglichen, die zusätzlich verbessert
werden kann durch Flüssigkeitsperfusion (Blut, Kardioplegie
oder ähnliches) des Koronargefäßes, womit die umgebende
Wand geschützt und lediglich der vor Kopf liegende Plaque ange­
griffen wird. Wir halten auf diesem Gebiete noch einige weitere
Voruntersuchungen, insbesondere bezüglich der Abheilung der
gelaserten Gefäßwand für erforderlich, bevor eine routinemäßi­
ge, zunächst intraoperative und im weiteren auch katheterge­
führte klinische Anwendung möglich ist. Unsere ersten Unter­
suchungsergebnisse in dieser Richtung sind jedoch vielverspre­
chend.
Ein weiteres, in letzter Zeit in den Vordergrund drängendes An­
wendungsgebiet des Lasers sind Anastomosen im Gefäß- und
Atemwegsbereich. Bisher an unserer Klinik durchgeführte in vi­
tro und tierexperimentelle Untersuchungen mit dem Argon-
Laser und einer ungeschützten Quarzfaser haben gute Ergebnis­
se bei der Anlage von Gefäß- und Trachea-Anastomosen ohne
Anastomoseninsuffizienzen oder nahtbedingte Stenosen erge­
ben. Besonders im Bereich der Trachea und kleiner Gefäße sehen
wir hier eine interessante zusätzliche Anwendungsmöglichkeit
des Lasers (Abb. 2a + b).
Abbildung 2: Laser-assistierte arteriovenöse Anstomose
a) Seitenansicht mit über die Anastomose geführter Sonde
b) Innenansicht nach Längseröffnung der Arterie
Kardiotechnik 10. Jahrgang/Heft 1/1987

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AUGSBURG
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Fortbildung
B) Endoskopie
Flexible, dünnkalibrige Endoskope werden mittlerweile auf
dem Markt von verschiedensten Firmen angeboten. Die Bildü­
bertragungerfolgt dabei über Fiberglasbündel mit je nach Dicke
unterschiedlicher Fasermenge und -dicke. Neben den sehr dün­
nen Einkanal-Endoskopen zur Darstellung peripherer Gefäß­
aufzweigungen und Koronararterien, die lediglich der Sichtbar­
machung dienen, existieren Mehrkanalsysteme, bei denen
gleichzeitig ein Spülkanal zur Verbesserung des Sichtfeldes und
ein Arbeitskanal z. B. zum Einführen eines Laserlichtleiters und
der Laserangioplastie unter Sicht mit in das Endoskop integrier­
te sind. Wir verwenden ein System der Fa. Trimedyne, wobei wir
im klinischen Bereich ein Einkanal-Endoskop (Durchmesser 1,7
mm) zur intraoperativen Kontrolle während koronarchirurgi­
scher Eingriffe verwenden. Dieses System hat sich insbesondere
nach Durchführung langstreckiger Endarteriektomien be­
währt, da mit seiner Hilfe unter zentraler kardioplegischer Per­
fusion des Venentransplantates und des anschließenden Koro­
narsystems die endarteriektomierte Gefäßstrecke gut beurteilt
und evtl. Intimalefzen oder Stufenbildungen identifiziert wer­
den können. Gleichzeitig können die Anastomosennaht und die
innere Oberfläche der Transplantatvene mit inspiziert werden.
Die problemlose Anwendbarkeit und der nur kurze Zeitauf­
wand von ca. 5 Minuten pro Untersuchung lassen die routinemä­
ßige Anwendung, zum mindestens nach langstreckiger Endarte­
riektomie, für sinnvoll erscheinen (Abb. 3a, 3b).
Abbildung3a: Angioskopiesystem für den Operationssaal mit Kaltlicht­
quelle, Videokamerasystem und Sofortbildmonitor.
Abbildung3b: Intraoperative Anwendung, das Angioskop ist über einen
Seitenast in das Venentransplantat eingeführt bei zentraler Kardioplegie-
perfusion
Experimentell verwenden wir zusätzlich ein Dreikanal-System
mit einer über den Arbeitskanal eingeführten Quarzfaser zur di­
rekten intraluminalen Laseranwendung unter Sicht.
Diskussion
Sowohl die Anwendung des Lasers wie auch der Endoskopie
werden sich in der Behandlung von Herz- und Gefäßkrankhei­
ten in der weiteren Entwicklung zunehmend mehr etablieren.
Die von uns geschilderten Erfahrungen sowie erste klinische Er­
folge anderer Arbeitsgruppen (11, 12, 13) zeigen bezüglich der
sog. Laser-Angioplastie vielversprechende Ergebnisse. Aufgabe
weiterer experimenteller Arbeiten wird einerseits die Untersu­
chung der Heilungsvorgänge und damit der Langzeitverlauf,
insbesondere im Vergleich zu anderen intraluminalen Rekanali-
sierungsverfahren, wie der Angioplastie, sein. Andererseits wird
die Entwicklung verbesserter Laser-Systeme, mit denen es in Zu­
kunft auch möglich sein wird, über Absorptionsanalysen gesun­
de von erkrankten Wandabschnitten zu unterscheiden und da­
mit die Energie noch gezielter einzusetzen, in absehbarer Zu­
kunft weitere Fortschritte ermöglichen. Die Laser-
Anastomosentechnik stellt ebenso eine vielversprechende neue
Möglichkeit im Rahmen chirurgischer Techniken und Behand­
lungsverfahren dar. Von besonderem Interesse sind auch hier
Langzeitstudien über die Abheilung und insbesondere über die
Wachstumspotenz derartiger Anastomosen ohne Verwendung
von Nahtmaterial.
Die Gefäßendoskopie hat sich mittlerweile schon einen etablier­
ten Platz in der klinischen Anwendung gesichert. Nach unseren
Erfahrungen stellt sie vor allem eine technisch leicht handhabba­
re und wenig Zeit erfordernde Alternative zu anderen intraope­
rativen Kontrollverfahren, insbesondere der intraoperativen
Antiographie im Rahmen koronarchirurgischer Eingriffe, dar.
Zu wünschen ist hier in weiterer Zukunft eine Verbesserung der
endoskopischen Systeme, insbesondere eine weitere Durchmes­
serreduktion, um damit auch noch weiter peripher gelegene