Myokardprotektion in der koronären Bypasschirurgie
A. Schiessler, C. Obst, F. Zartnack, AI. Kopitz
Summary
The methods of myocardial protection used in aortocoronary bypass operation are so safe and effective that an almost complete restoration
of myocardial functions occur after cardiac arrest and cardiopulmonary bypass:
in 443 consecutive patients 86% had immediate spontaneous restoration of sinus rhythm, 10% hat to he treated by electroshock, 11,3% of
them required pharmacological (in no case mechanical} circulatory support longer than 6 hours postoperatively. Operative mortality was
1,35%
These results show the effectivness of the present technique of myocardial protections that include cardioplegic coronary perfusion, profound
topical cooling and mild systemic hypothermia.
Einleitung
Die aorto-koronare Bypasschirurgie ist seit ihrer ersten
Durchführung im Jahr 1969 durch Favaloro (4) die häufig
ste Herzoperation in den meisten Herzzentren der Welt.
Obwohl nahezu 30 Jahre seit dem ersten Einsatz der Herz-
Lungen-Maschine durch Gibbon ( 5) imjahr 1953 und ihrer
ersten Anwendung in Deutschland durch Bücheri(2) 1956
Erfahrungen mit Eingriffen am offenen und stillstehenden
Herzen lieferten, bleibt der Erfolg oder das Scheitern eines
Eingriffs heute noch wesentlich durch die Qualität des
Myokardschutzes beeinflußt. Ausdruck für die Effektivität
der myokardialen Protektion ist die rasche komplette und
permanente Wiederherstellung aller Funktionen des Her
zens. Innerhalb des Herzmuskels ist das Erregungslei
tungssystem das am meisten spezialisierte Gewebe und
möglicherweise drücken sich in Herzrhythmusstörungen
am ehesten eine Myokardschädigung bzw. umgekehrt in
deren Vermeidung eine Effektivität myokardprotektiver
Maßnahmen aus. Die postischämische Erholungsphase des
Myokards läßt sich durch eine längerdauernde hämodyna-
mische Entlastung des schlagenden Herzens verbessern. Re-
perfusionszeiten von 10 – 20 Minuten scheinen bezüglich
einer ausreichenden Herzaktion zu genügen (1). Die tägli
che Praxis zeigt jedoch, daß die Reperfusionszeiten häufig
länger sind, wenn in tiefer Ganzkörperhypothermie ope
riert wurde. Eine gelungene Myokardprotektion läßt sich
deshalb aus der Nachperfusionsdauer nicht immer ablesen.
Für die vorliegende Arbeit wurden als Kriterien einer voll
ständigen Wiederherstellung der Herzfunktionen die spon
tane Aktivität des Herzens nach Entfernung der Aorten
klemme nach Fertigstellung der distalen Anastomosen, die
Rhythmusform, die Notwendigkeit pharmakologischer
Unterstützung (mit Katecholaminen) und das Verhalten
kardiospezifischer Enzyme gewertet.
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Patientengut
Im Jahr 1982 und 1983 wurden 443 konsekutive Patienten
retrospektiv studiert. Patienten mit großen ventrikulären
Aneurysmen oder gleichzeitig vorliegenden valvulären De
fekten wurden nicht berücksichtigt. Ebenso wurden Pa
tienten aus der Studie ausgeschlossen, die notfallmäßig we
gen eines akuten Infarktes zur Operation kamen.
Von den 443 Patienten waren 51 Frauen ( Durchschnittsal
ter 54 Jahre). 317 dieser Patienten hatten einen präoperati
ven Myokardinfarkt, diagnostiziert durch die einweisenden
Ärzte. Bei 348 Patienten lag eine generalisierte Koronaro-
pathie vor. 87 Patienten wiesen lediglich isolierte Einen
gungen im Bereich der linken oder der rechten Kranzarte
rie auf. 171 Patienten hatten eine normale linksventrikulä
re Ejektionsfraktion, bei 108 Patienten war sie patholo
gisch. 39 Patienten zeigten präoperativ einen stabilen Si
nusrhythmus, bei 43 Patienten lagen andere Formen der
Herzrhythmusstörung vor, vorwiegend Bradykardien mit
A V-Blockierung.
Ahh. I: Kühllöffel aus Silastic mit Kühlwasserzufuhr (Innenseite
des Löffels) und Kühlwasserabsaugung (Unterseite des Löffels)
Methoden
Nach Heparinisierung und Kanülierung zur extrakorpora
len Zirkulation (Aortenkanüle, venöser Zweistufenkathe
ter über das rechte Herzohr) wurde folgendermaßen vorge
gangen:
Die Füllösung der Herz-Lungen-Maschine wurde auf 10 –
20°C vorgekühlt. Nach Aufnahme der extrakorporalen
Zirkulation erfolgte eine umfassende Kühlung des Peri
kardsackes mit oiskalter Lösung. Entsprechend der von
Sbumway (9) erstmalig beschriebenen Maßnahme wurde
eine von Bücberl modifizierte Methode angewandt:
Die Hinterwand des Herzens wird durch einen Silansticlöf
fel1) vom Mediastinum isoliert. Der Löffel enthält ein dop
pelläufiges Rohrsystem, über das kalte Lösung zugeführt
und auf der dem Mediastinum zugewandten Seite wieder
abgesaugt wird. Die nach vorne liegende Herzoberfläche
wird durch eine Dusche mit kalter Lösung bespritzt ( Abb.
1,2, 3, 4). Zusätzlich erfolgt zur besseren Umwälzung der
Kühllösung eine Absaugung durch eine Kanüle, die in der
Regio jugularis plaziert wird. In dem Augenblick, wo das
Herz bradykard schlägt bzw. fibrilliert, wird die Aorta ab
geklemmt und mit ca. 180 ml Kirsch-Lösung2) durch In
jektion in die Aortenwurzel ein vollständiger Kardioarrest
herbeigeführt. Die topische Kühlung des Herzens wird
fortgeführt und nach der Kirsch-Lösung wird über die Aor
tenwurzel eine druckgesteuerte (max. 40 mm Hg) Koro
narperfusion mit kardioplegischer Perfusionslösung}) für
ca. 3 Minuten fortgeführt. Am Ende dieser Periode ist das
Herz mechanisch und elektrisch stillgestellt mit Abküh
lung auf Temperaturen septal gemessen von ca. 1 5°C. Der
linke Ventrikel wird durch einen über den Apex eingeführ
ten „Vent“ drainiert. Zwischen der Fertigstellung der ein-
1) hergestellt in der Werkstatt der Experimentellen Chirurgie,
Klinikum Charlottenburg, Berlin, Direktor: o. Prof. Dr. E. S.
Bücheri
2) Cardioplegin, Dr. Franz Köhler Chemie KG, Alsbach/Bergstr.
3) Cardioplegische Perfusionslösung Dr. E. Fresenius KG Bad
Homburg
Ahh. 2: Kanüliertes, stillstehendes Herz mit Kühlsystem: Dusche,
Absaugung und Kühllöffel
Ahh. 3: Aufgesperrter Thorax von vorne gesehen mit Dusche und
Kühllöffel an der Hinterwand des Herzens
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Ahh. 4: Querschnitt mit Ansicht des Herzens und mit Eiswasser ge
fülltem Perikardsack, Dusche, Kühllöffel und Absaugung, darun
ter Vorratsbehälter mit Kühllösung ( Pressluftförderung)
Herzstillstandszeiten
In Abb. 5 sind die Herzstillstandszeiten aufgeführt.
zelnen distalen Anastomosen am Herzen erfolgt eine neu
erliche topische Kühlung des Herzens und die Perfusion
mit kardioplegischer Lösung für etwa 1 Minute. Die proxi
malen Anastomosierungen werden unter Ausklemmung
eines Teilstücks der aufsteigenden Aorta nach Entfernen
der Aortenklemme bei schlagendem Herzen ausgeführt.
Bei allen Patienten kamen Vena Saphena-Transplantate zur
Verwendung. Arterielle, venöse Drucke und EKG wurden
kontinuierlich aufgezeichnet, dazu in ausgewählten Fällen
Pulmonalarterien- und pulmonalkapillärer Verschluß
druck.
Postoperativ wurden alle Patienten auf der Intensivstation
für 12-24 Stunden überwacht. Wenn die zirkulatorischen
und respiratorischen Funktionen stabilisiert erschienen, ka
men die Patienten auf die periphere Station. Herzspezifi
sche Enzyme wurden sowohl auf der Intensivstation wie auf
der peripheren Station bestimmt. EKG‘s wurden, wenn im
mer erforderlich geschrieben.
Ergebnisse
Venentransplantation
160 Patienten erhielten einen ein- bis zweifachen, 83 Pa
tienten einen dreifachen Venenbypass. Bei 120 Patienten
wurden vier und bei 26 Patienten mehr periphere Anasto
mosen angelegt.
R eperfusionszeiten
Bei 92 Patienten lagen die Reperfusionszeiten unter 30 Mi
nuten, bei 224 Patienten bis 45, bei 91 Patienten bis 60, bei
35 Patienten bis maximal 120 Minuten.
Postoperative Rbytbmussituation
Bei 381 Patienten kam es nach Freigabe der Perfusion über
die Koronarostien zum Auftreten eines stabilen Si
nusrhythmus, wobei bei 95 Patienten erste Herzaktionen
unmittelbar nach Freigabe der Koronarperfusion erfolgte,
bei 67 Patienten spätestens nach 30 Sekunden, bei 1 34 Pa
tienten bis zu 60 Sekunden, bei 98 Patienten bis zu 90 Se
kunden und bei 49 Patienten über 90 Sekunden nach Re
perfusion.
46 Patienten wiesen zunächst ein Kammerflimmern auf,
welches durch Elektroschock behandelt wurde. 16 Patien
ten zeigten bradykarde Rhythmusstörungen in Form einer
AV-Blockierung und erforderten vorübergehende Stimu
lierung durch epikardial angelegte Schrittmacherelektro
den.
Enzymerböbungen
Bei 133 Patienten konnten keine Veränderungen des
Enzymverhaltens beobachtet werden. 282 Patienten zeig
ten leicht erhöhte kardiospezifische Enzyme in der postope
rativen Phase (CK, GOT, Alpha-HBDH), 16 Patienten
wiesen stark erhöhte Serumwerte der Enzyme auf. ( Tabelle
1)
Tab. 1 Kardiospezifische Enzyme
– Wertung –
leicht
erhöht
stark
erhöht
Normbereich
CK/Kreatininkinase
70 U/l
150 U/l
10 – 70 U/l
GOT/Glutamat-Oxalcetat-Transaminase
17 U/l
60 U/l
5 – 17 U/l
a-HBDH/Hydroxybutyrathydrogenase
140 U/l
300 U/l
55 – 140 U/l
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für offene Herz-Chirurgie
POLYSTAN
AD.KRAUTH
Ärzte- und Krankenhausbedarf
2000 Hamburg 70 • Postfach 70 12 60 • Telefon 040/65 88-0
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Postoperative EKG-Veränderung
Bei einer Untergruppe von 206 Patienten wurden prospek
tiv EKG-Veränderungen im Vergleich zu präoperativen
EKG-Befunden in der postoperativen Phase studiert. Bei
etwa 30% zeigten sich keine EKG-Veränderungen, bei
51% unspezifische ST- und T-Wellenveränderungen. Bei
4,3 % der Patienten (n = 9) mußte auf Grund der EKG-
Veränderungen und auch des kardiospezifischen Enzym
verhaltens von einem perioperativen myokardialen In
farktgeschehen ausgegangen werden (7).
Operationsletalität
6 Patienten wurden postoperativ verloren (1,35%). Der
jüngste Patient war 61, der älteste 71 Jahre alt. Alle Patien
ten hatten einen präoperativen Myokardinfarkt, bei 5 Pa
tienten lag eine pathologische Ruhehämodynamik vor. Als
Todesursache konnten bei 5 Patienten zirkulatorische Pro
bleme zu Grunde gelegt werden. Der älteste Patient erlag
einem akuten Nierenversagen.
Diskussion
Eine Vielzahl von Methoden der Myokardprotektion wird
während der myokardialen Revaskularisation in der Koro
narchirurgie angewandt. Die meisten Zentren wenden ir
gendeine Form des kalten karioplegischen Arrestes an. Die
kardioplegischen Losungen differieren von Zentrum zu
Zentrum. Obwohl die Operationsletalität mittlerweile sig
nifikant reduziert wurde, bleiben perioperative Infarkte,
reduzierte Herzleistung, Rhythmus- und Uberleitungsstö-
rungen ein wesentliches Problem in der postoperativen
Phase. Die Komplikationen werden chirurgischen Fehlern,
unzureichender Myokardprotektion und Koronarspasmen
zugeordnet.
Nachdem die meisten Patienten in einem kardial kompen
sierten Zustand zur Operation gelangen, muß eine postope
rativ auftretende myokardiale Einschränkung nach erfolg
ter Verbesserung des Koronarflusses darin begründet lie
gen, daß die ischämische Toleranz des Myokards nicht aus
reichend erweitert wurde. Einigkeit besteht darin, daß eine
Hypothermie den entscheidenden Faktor darstellt. Aus die
sem Grund wird allgemein bei erwartbar längeren Eingrif
fen in allgemeiner, d. h. Ganzkörperhypothermie operiert.
Damit lassen sich lediglich Effekte, die durch den extrako-
ronären kollateralen Blutfluß (6) auftreten und Effekte, die
durch die Kanülierung des Herzens bedingt werden, redu
zieren. Bei nicht individueller Kanülierung der Venae ca-
vae, z. B: durch Verwendung eines Zweistufenkatheters,
werden die rechtsseitigen und schließlich auch die linkssei
tigen Herzhöhlen, insbesondere damit die Innenschichten
des Myokards wieder aufgewärmt. Eine linksventrikuläre
Drainage wird nicht immer diese Effekte vollständig elimi
nieren. Die Abkühlung des Myokards durch eine kardio-
plegische hypotherme Perfusion findet ihre Grenzen durch
die bestehenden koronären Stenosen/Okklusionen die eine
einheitliche Abkühlung des Myokards erschweren. Eine
zusätzliche Komplikationsmöglichkeit besteht darin, daß
durch die Koronarstenosierung, sofern nicht druckgesteu
ert perfundiert wird, Ödeme in den anderen myokardialen
Regionen entstehen können, während unzureichend per
fundierte Areale stenosierter Gefäße besonders empfäng
lich für perioperative Infarkte bleiben. Aus diesem Grunde
wurde in Klinikum Charlottenburg einer profunden topi
schen Kühlung des Herzmuskels Priorität eingeräumt. Die
vorgestellte Methode zur örtlichen Kühlung des Herzens
erbrachte bei einer klinischen Versuchsreihe folgende Er
gebnisse;
Die Myokardtemperatur, die über eine in das Septum ein
gebrachte Thermistorsonde überwacht wurde, sinkt in 1
Minute bei Umlauf eiskalter Lösung (4°C) um 1,7°C. Die
beobachtete Wiederaufwärmung des Myokards war unab
hängig vom Grad der allgemeinen Hypothermie und
gleichzeitig vorgenommener kardioplegischer Koronarper
fusion und erfolgte relativ konstant mit einer Zunahme von
0,4°C/Min. ( Abb. 6). Voraussetzung hierfür ist, daß die im
Herzbeutel zum Umlauf gebrachte Kühllösung ausrei
chend einer Konvektion unterworfen ist. Dies ist bei dem
vorgestellten System durch eine Absaugung in der Regio
jugularis und über den an der Herzhinterwand eingelegten
Kühllöffel besorgt. In der Regel werden während eines ko
ronarchirurgischen Eingriffs bis zu 70 Liter eiskalten Kühl
mittels verbraucht. Entscheidend ist, daß während der Pe
rioden der Manipulationen am Herzen der Herzbeutel völ
lig befreit wird von der Kühllösung, nachdem die Wärme
leitfähigkeit von Flüssigkeit wesentlich höher liegt als die
der umgebenden Luft. Als Regel bleibt festzuhalten, daß
während einer etwa 3 – 4 Minuten dauernden Kühlaktion
die Herztemperatur um ca. 10°C, auch in den Innenschich
ten abgesenkt werden kann und dann eine Periode von
knapp 20 Minuten verbleibt, in der das Herz wiederum die
Ausgangstemperatur erreicht. Bei gleichzeitiger hypother-
mer kardioplegischer Perfusion lassen sich damit Myokard
temperaturen, septal gemessen, von durchschnittlich 15 –
20uC sicherstellen.
TEMPERATURVERLAUF WAHREND EINER HERZOPERATION
Ahh. 6: Temperaturverlauf während einer Herzoperation ( HLM =
Herz-Lungen-Maschine)
Mit dieser Art der Myokardprotektion lassen sich gute Er
gebnisse erzielen: Operationsletalität und perioperative In
farktrate sind niedrig. Die Reperfusionszeiten sind in aller
Regel dadruch bedingt, daß in allgemeiner Hypothermie
operiert wurde und mit Hilfe der Herz-Lungen-Maschine
(Wärmetauscher) physiologische Temperaturen zum Ende
der Operation angestrebt wurden. Nur in wenigen Fällen
war die Nachperfusionszeit aus Gründen einer noch ver
minderten Herzleistung erforderlich. In keinem Falle wur-
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de eine intraaortale Gegenpulsation oder extrakorporale
Kreislaufunterstützung erforderlich. Bezüglich des ersten
Auftretens der Herzaktion bleibt folgendes festzustellen:
Nach kurz vorangegangener topischer Kühlung des Her
zens und kardioplegischer Perfusion wird nach Freigabe
der Perfusion über die Koronarostien infolge Entfernung
der Aortenklemme regelmäßig ein späteres Auftreten beob
achtet (Ausdruck einer tiefen Abkühlung) – in aller Regel
Sinusrhythmus. Defibrillation und Kardioversion respekti
ve die Notwendigkeit eines Aufbringens von Schrittma
cherelektroden sind eine Seltenheit.
Diese Maßnahmen zeigen keine Abhängigkeit von der
Dauer des Kardioarrestes. Allerdings ließ sich nachweisen,
daß Patienten, die ein höheres präoperatives Risiko mit
brachten (pathologisch veränderte Hämodynamik im klei
nen Kreislauf, Myokardinfarkte, Alter über 60Jahre) insge
samt ein ungünstigeres postoperatives Auskommen bezüg
lich Rhythmusstörungen haben. Darüber hinaus zeigte
sich, daß in dieser Patientengruppe häufiger postoperativ
Katecholamine gegeben werden mußten, in der Regel be
schränkte sich die Katecholaminzufuhr ( Dopamin) auf die
ersten postoperativen Stunden.
Die vorgestellten Ergebnisse erlauben den Schluß, daß die
Methoden zur Myokardprotektion, die im Klinikum Char
lottenburg durch Bücberlentwickelt wurden, folgendes si
cherstellen:
5. Gibbon, H. H.: Application of a mechanical heart and lung apparatus to car
diac surgery. Minn. Med. 37, 171, 1954
6. Hetzer. R„ Warnecke. H.. Wittrock, H.. Engel. H.J.. Borst, H. G.: Extracoro
nary collateral myocardial blood flow during cardioplegic arrest. Thorac.
Cardiovasc. Surgeon 28, 191, 1980
7. /ohn. T. A.: Persönliche Mitteilung. Universitätsklinikum Charlottenburg
Berlin, 1984
8. Kuan, P„ Bernstein, S. B„ Ellestad, M. H.t Coronary Artery Bypass Surgery
Morbidity J. A. C. C. 3: 1.391, 1984
9. Shumway, N. E., Lower R. R.: Topical cardiac hypothermia for extended pe
riods of anoxic arrest. Surg. Forum 10, 563, 1959
Anschrift des Verfassers
Dr. med. Arnulf Schiessler
Chirurgische Universitätsklinik und Poliklinik
Klinikum Charlottenburg der Freien Universität Berlin
Spandauer Damm 130
1000 Berlin 19
1. eine rasche Herstellung eines mechanisch und elektrisch
stillstehenden Herzens,
2. eine einfache Methode zur topischen Kühlung des Her
zens – auch der Innenschichten des Myokards –
3. eine einfache Technik kardioplegischer Perfusion.
Diese Maßnahmen, zusammen mit einer moderaten allge
meinen Hypothermie (28° – 30°C) bedingen eine Myokard
protektion mit einer akzeptablen Sicherheit bezüglich der
erwartbaren Operationszeiten, kaum ungünstige Effekte
auf das Myokard, sei es Ödem oder Verletzung des erre
gungsbildenden Apparates und damit rasche Wiederher
stellung einer ausreichenden Herzaktion nach Aufhebung
des elektromechanischen Arrestes.
Der Erfolg dieser Bemühung mag darin erkannt werden,
daß im Klinikum Charlottenburg ungünstigere Ergebnisse
nach aortocoronarer Bypasschirurgie bei Frauen und älte
ren Patienten über 70 Jahre genauso wie Patienten mit
schlechter linksventrikulärer Funktion, wie anderswo be
richtet (3, 8), nicht beobachtet werden konnten.
Literatur
1, Breischneider, H.J.: Myocardial protection. Thorac. Cardiovasc. Surgeon 28,
295,1980
2 Bücheri, E. S.:Ja