In der Brust ein kaltes Herz

Tom Christersons Herz hörte am 13. September 2001 auf zu schlagen. Der Patient, ein siebzigjähriger Amerikaner aus Central City in Kentucky, aber lebte weiter. Zwei Chirurgen des Jewish Hospital in Louisville hatten sein Herz durch eine pampelmusengroße Maschine aus Kunststoff und Titan ersetzt, die nun das Blut durch seine Adern pumpte. Christerson ist der Vorzeigepatient der Firma Abiomed aus Danvers, Massachusetts, die das Kunstherz Abiocor entwickelt hat. Vor der Operation war Christerson so schwach, dass er nur mit Mühe ein paar Schritte gehen konnte. Mit der rund neunhundert Gramm schweren Maschine in der Brust lebte er noch siebzehn Monate. Dann zeigte das kalte Herz erste Störungen. Abiomed bot ihm ein Austauschgerät an, doch Christerson lehnte ab. Am Tag 512 nach der Verpflanzung wurde die Maschine abgeschaltet, woraufhin der Patient starb.Bislang ist Abiocor das einzige voll implantierbare Kunstherz der Welt, das an Patienten erprobt wurde. Andere derzeit erhältliche Kunstherzen, die nicht nur als unterstützendes System gedacht sind, werden von außen durch einen Druckluftkompressor angetrieben. Das bedeutet, dass sich die Patienten immer in unmittelbarer Nähe dieses kühlschrankgroßen Geräts aufhalten müssen.Im vergangenen Jahr hat die amerikanische Gesundheitsbehörde FDA das rund 250 000 Dollar teure Abiocor zugelassen. Allerdings unter Auflagen: Es darf nur Patienten eingesetzt werden, die ohne Operation nach spätestens dreißig Tagen sterben würden und die für ein Spenderherz nicht in Frage kommen - zum Beispiel weil sie die für eine Transplantation notwendigen Medikamente nicht vertragen. Außerdem darf Abiomed pro Jahr maximal viertausend Kunstherzen verkaufen - höher schätzt die FDA den weltweiten Bedarf nicht ein. Derlei Auflagen hält die US-Gesundheitsbehörde für notwendig, weil nicht alle 14 Probanden, die während der Zulassungsstudien ein Abiocor erhielten, so viel Glück wie Christerson hatten: Zwei starben schon bei der Operation, andere nach wenigen Tagen. Keiner außer Christerson konnte die Klinik verlassen.Nun soll das Abiocor Konkurrenz aus Deutschland bekommen. Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts für Biomedizinische Technik in Aachen (HIA) arbeiten gemeinsam mit Medizinern vom Herz- und Diabetes-Zentrum Nordrhein-Westfalen in Bad Oeynhausen an einem Kunstherzen, das weniger störanfällig als sein US-Pendant sein soll. "Die größte Herausforderung besteht darin, ein Kunstherz zu entwerfen, das aus möglichst wenig beweglichen Teilen besteht", skizziert HIA-Ingenieur Thomas Finocchiaro die Aufgabe.Fünf Jahre lang - das ist die angestrebte Zeitspanne, die das Gerät überdauern soll - darf keines dieser Teile kaputt gehen. In fünf Jahren aber schlägt ein Herz mehr als 210 Millionen Mal. Finocchiaro: "Das lässt sich mit einem Auto vergleichen, das gut vier Millionen Kilometer am Stück fährt, ohne einen Ölwechsel oder eine Reparatur zwischendurch."Die Wissenschaftler haben ihr Kunstherz - sie nennen es Accor - daher mit einem speziellen Antrieb versehen, der nur wenige Teile benötigt und vor kurzem patentiert wurde (siehe Grafik). Während im Inneren des Abiocor ein elektrischer Rotationsmotor steckt, der über ein Getriebe eine hydraulische Pumpe antreibt, greifen die Aachener auf einen Linearmotor zurück. Er setzt zwei Druckplatten in Bewegung, die ähnlich wie eine Kolbenpumpe nach dem Verdrängerprinzip funktionieren. Anders als die verbreiteten rotierenden Motoren versetzt ein Linearmotor die mit ihm verbundenen Objekte nicht in eine drehende, sondern in eine geradlinige Bewegung. "Dadurch können wir auf ein Getriebe verzichten", erläutert Finocchiaro.Eine elektrohydraulische Pumpe, wie sie im Abiocor sitzt, pumpt das Blut nicht nur aus dem Herzen hinaus, sondern saugt es auch aktiv hinein. "Das aber kann das weiche Vorhofgewebe schädigen, an das das Kunstherz angeschlossen wird", sagt Finocchiaro. Bei dem Aachener Druckplattenantrieb bewegt sich in jeder der beiden nachgebildeten Herzkammern aus Polyurethan eine Platte hin und her, wodurch das Blut aus den Kammern gepumpt wird. Während der Füllphase kann die Platte frei schwingen, so dass das Blut allein durch den Druckunterschied passiv nachströmt.Ein weiteres großes Problem der kalten Herzen ist, dass sich in ihnen leicht Blutgerinnsel bilden. "Blut hat die unangenehme Eigenschaft, an Fremdoberflächen zu verklumpen", sagt Reiner Körfer vom Herz- und Diabeteszentrum Nordrhein-Westfalen. Gelangt ein Gerinnsel ins Hirn, verstirbt der Patient womöglich an einem Schlaganfall. Ein solches Schicksal habe gleich mehrere Abiocor-Probanden ereilt, berichtet Körfer. Am HIA ist daher geplant, die Oberfläche des Accor mit einer speziellen Beschichtung zu versehen. "Dabei wäre der blutverdünnende Wirkstoff Heparin an die Oberfläche gebunden, so dass er ganz langsam ans Blut abgegeben wird und Gerinnsel auf diese Weise verhindert", erläutert Finocchiaro.Auch die Form der künstlichen Herzkammern soll beim Accor optimiert werden. Das geschieht am Computer mithilfe eines Simulationsprogramms. "Wir müssen die Kammern so konstruieren, dass sie optimal durchströmt werden - damit das Blut nirgendwo lange verweilt und verklumpt", sagt Finocchiaro.Darüber hinaus soll das Aachener Kunstherz um einiges kleiner ausfallen als das US-Gerät. "Abiocor kann aufgrund seiner Größe nur 20 Prozent der infrage kommenden Patienten eingepflanzt werden", sagt Herzchirurg Körfer. "Unser Herz soll sich für 80 Prozent der Patienten eignen."Das Unternehmen Abiomed tüftelt derzeit allerdings ebenfalls an einem Nachfolgemodell. "Abiocor II wird etwa dreißig Prozent kleiner sein als sein Vorgänger und deutlich weniger bewegliche Teile enthalten", verspricht Firmensprecherin Heather Nevers. Wie das gelingen soll, will sie aber noch nicht verraten.Sowohl das US-Modell als auch das Aachener Kunstherz werden durch ein Set von Lithium-Ionen-Akkus am Laufen gehalten, die in den Bauchraum implantiert werden. Die Akkus werden über Induktionsspulen durch die geschlossene Haut hindurch aufgeladen. Eine Spule sitzt im Brustkorb, die andere befindet sich direkt darüber auf der Haut. Sie ist an eine Batterie angeschlossen, die der Patient am Gürtel trägt. Dadurch ragen aus dem Körper keine Kabel heraus, was das Infektionsrisiko verringert. Zudem ist der Patient drei bis vier Stunden lang vom Stromnetz unabhängig.Ebenfalls in den Bauchraum implantiert wird beim Abiocor eine knapp handtellergroße Steuereinheit, die regelt, wie viel Blut durch den Körper gepumpt wird. Wenn der Patient zum Beispiel Treppen steigt oder Fahrrad fährt, erhöht die Steuerung automatisch die Schlagfrequenz. Hierzu befinden sich an den Innenwänden der künstlichen Herzkammern Sensoren, die permanent den Druck in den Kammern messen.Auch das Accor soll seine Pumpfrequenz einmal automatisch an die Bedürfnisse des Patienten anpassen können. "Wir werden dazu mehrere Systeme testen", sagt Finocchiaro. Neben Drucksensoren seien Bewegungs- und Temperatursensoren denkbar. "Denn wenn sich der Patient bewegt oder seine Körpertemperatur steigt, muss ebenfalls mehr Blut durch seinen Körper gepumpt werden." Gerade haben der Ingenieur und sein Team von der Deutschen Forschungsgemeinschaft die Förderung eines Dreijahresprojekts bewilligt bekommen, um eine solche automatische Regelung der Frequenz zu entwickeln.Denkbar sei allerdings auch, dass der Patient die Schlagfrequenz zunächst einmal selber einstelle, sagt Herzchirurg Körfer. Vorher muss jedoch ein Tierexperiment erfolgreich abgeschlossen werden, bei dem die aktuelle Version des Kunstherzens an Kälbern getestet wird. Körfer: "Wenn die Tiere zwei Monate lang überleben, können wir darüber nachdenken, das Gerät auch beim Menschen einzusetzen."------------------------------Grafik: Außerhalb des Körpers befindet sich nur das externe Kontrollgerät des Kunstherzens Accor. Es wird an Gurten am Körper getragen. In den Brustkorb implantiert wird das Kunstherz mit den beiden Kammern und der Antriebseinheit sowie im unteren Rippenbereich der Volumenkompensator. Er sorgt dafür, dass in den geleerten Herzkammern zwischendurch kein Unterdruck entsteht. Zwei Induktionsspulen (eine sitzt unter der Haut, die andere außen) übertragen die Energie für den Motor.------------------------------Foto: Das Aachener Kunstherz Accor ist noch im Entwicklungsstadium. Sofern es sich im nächsten Jahr in Tierversuchen bewährt, könnten erste Tests am Menschen folgen. Die kleine Maschine aus Kunststoff und Titan ist voll implantierbar und kommt ohne externe Kompressoren aus.