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
AnaM,n1’Oa
.
MAXIMA‘
Hollow Fiber Oxygenator
d Plow: 1″7 „tars’mlnul*
%aAl|Jrri,i!e
Care,ul|y Mor to Us».
* **» «^0rä8t »Xstelan8 t
CARDIOVASCULAR
a (|ü&h>üm JjütwicM company
Gluckensteinweg 9 • Postfach 1727 • D-6380 Bad Homburg ■ Tel.: (061 72) 8001-0
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
KRANKENHAUS
ZWECKVERBAND
AUGSBURG
(Körperschaft des öffentlichen Rechts) sucht zum nächstmöglichen Zeitpunkt für
die Herzchirurgische Klinik (Chefarzt Prof. Dr. Struck)
1 stellvertr. leitende/r Kardiotechniker/in
Das Aufgabengebiet umfaßt den Einsatz der Herz-Lungen-Maschine bei Herzope
rationen, die Fluß-Druckmessung, Intraoperative Angiographien, Kreislaufassi
stenz (laBP), Intra-Aortale-Ballonpumpe, Registrierung verschiedener Daten und
die Patientenversorgung.
Bewerber mit entsprechender Berufserfahrung werden bevorzugt.
Die Herzchirurgische Klinik ist nach den modernsten Gesichtspunkten ausgestat
tet. Die zukünftige Frequenz von Operationen am offenen Herzen soll etwa 1000
jährlich sein.
Die Kliniken des Krankenhauszweckverbandes Augsburg sind akademisches
Lehrkrankenhaus der Ludwig-Maximilians-Universität München bisher in den
Fachgebieten Innere Medizin, Chirurgie und Pädiatrie.
Wir bieten:
Bezahlung nach BAT, Rufbereitschaftsdienst-Vergütung, alle im öffentlichen
Dienst üblichen Sozialleistungen, kostenlose Schutzbekleidung, gute und preis
werte Verpflegung (Komponentenwahl), Betriebskindergarten, Wohnmöglichkeit
in den Appartements unserer Personalwohnheime bzw. Mithilfe bei der Woh
nungssuche.
Augsburg ist eine Universitätsstadt mit allen weiterführenden Schulen am Ort. Die
Großstadt mit derzeit 245 000 Einwohnern hat einen hohen Freizeitwert.
Bewerbungen mit den üblichen Unterlagen werden erbeten an den
■_______ KRANKENHAUS
KZVa ZWECKVERBAND
AUGSBURG
Personalabteilung.
Stenghnstraße.
8900 Augsburg.
Telefon 0821/400-3184
16
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