Aufbau und Funktion der Herz Lungen Maschine

Aufbau und Funktion einer
Herz-Lungen-Maschine
Direktor: Prof. Dr. med. M.Weyand
Herzzentrum Erlangen - Nürnberg
Universitätsklinikum Erlangen
Jedes Jahr werden auf der Welt Hunderttausende von Operationen am offenen
Herzen durchgeführt, alleine in Deutschland rund einhunderttausend. Um dies zu
ermöglichen, ist es notwendig, das Herz und die Lunge für die Dauer des Eingriffes
stillzulegen. Für diese Zeit übernimmt die Herz-Lungen-Maschine (HLM) die Funktion
des Herzens (Pumparbeit), der Lunge (Gasaustausch = Sauerstoffanreicherung bei
gleichzeitigem Kohlendioxidentzug) und reguliert die Körpertemperatur des
Patienten der Operationssituation entsprechend.
Die HLM übernimmt also in dieser Zeit drei wichtige Körperfunktionen.
1. Sie übernimmt die Herzfunktion, indem sie das Blutvolumen des Patienten durch
den Körper pumpt und somit den Kreislauf aufrecht erhält.
2. Das Blut wird während der Passage durch die HLM mit Sauerstoff gesättigt,
welches der Organismus mit seinen lebenswichtigen Organen benötigt.
Gleichzeitig wird anfallendes Kohlendioxid entzogen.
3. Zusätzlich wird die Körpertemperatur reguliert.
Welche Funktion übernimmt die HLM genau und wie ist sie aufgebaut?
Die HLM wird benötigt, um während verschiedener Herzoperationen den Blutfluss
des Patienten aufrecht zu erhalten, um dem Herzchirurgen am „stillgelegten
Herzen“ die Operation zu ermöglichen. Der Mensch hat zwei verschiedene
Kreisläufe.
Der kleine Kreislauf beginnt im rechten Herz, in dem das verbrauchte Blut
(venöses Blut) in die Lungenschlagader gepumpt wird und sich dort auf die
komplette Lunge verteilt. In der Lunge findet der Gasaustausch statt. Kohlendioxid
wird über die Atmung abtransportiert, der Sauerstoff in der Atemluft diffundiert ins
Blut und frischt es dadurch auf. Das mit Sauerstoff aufgefrischte Blut (arterielles
Blut) geht dann über die Lungenvenen in das linke Herz.
Der große Kreislauf ist zuständig für die Versorgung des Körpers und Gehirns. Er
beginnt im linken Herzen, das arteriellisierte Blut wird über die Hauptschlagader
(Aorta) in die einzelnen Organe verteilt. Die einzelnen Organe werden so mit
Sauerstoff versorgt. Das Blut, das aus den Organen wieder herausfließt, ist venöses
Blut (CO2- reich und O2- arm). Das venöse Blut fließt in zwei große Sammelvenen
(obere und untere Hohlvene), die dann direkt ins recht Herz münden.
Mit der HLM übernimmt man die Funktion des kleinen Kreislaufes, bezogen auf den
CO2- und O2- Gasaustausch, und die Funktion des großen Kreislaufes, bezogen auf
die Pumparbeit des Herzens, um das in der „künstlichen Lunge“ (Oxygenator)
angereicherte Blut in die Organe zu bringen.
Aber was benötigt man dazu?
Wie der Name schon sagt: eine Herz-Lungen-Maschine. Das ist ein Apparat, der die
beiden Funktionen des Herzes und der Lunge übernimmt. Die HLM besteht zum
einen aus einer Regel- und Kontrolleinheit und zum anderen aus einem Schlauchset
mit Oxygenator („künstliche Lunge“).
Das Schlauchset mit Oxygenator ist ein steriler Einmalartikel. Jeder Patient
bekommt ein eigenes Set. Das mit Patientenblut kontaminierte Set wird nach der
Operation entsorgt.
Herz-Lungen-Maschine
Die HLM besteht aus Saugerpumpen, die zum Entlüften des Herzens verwendet
Logo
werden, damit beim Öffnen der Aorta zur Freigabe des Blutflusses zum Körper hin
keine Luft ins Hirn gelangt. Zum anderen wird anfallendes Blut im Herzbeutel
abgesaugt, um es dem Kreislauf wieder zur Verfügung zu stellen (Verlustsauger).
Mit der arteriellen Pumpe wird das Herzzeitvolumen (das bei jedem Menschen
unterschiedlich ist) gepumpt, um die Herzarbeit ersetzen zu können.
Die sogenannte Kardioplegiepumpe mischt Patientenblut mit einer kaliumhaltigen
Lösung im Verhältnis 4:1. Diese Lösung bringt das Herz zum Stillstand und schützt
es gleichzeitig vor Schädigungen.
An dem Patientenmonitor und der Kontrolleinheit werden Patientendaten und
Operationsverlauf an der HLM online überwacht und aufgezeichnet. Für die
Steuerung und Koordination der Pumpen und Regelparameter ist der Elektronikblock
(vergleichbar mit einem Computer) zuständig. Um auch bei einem Stromausfall oder
Transport die Funktion gewährleisten zu können, ist eine Notstromversorgung für
zwei Stunden eingebaut.
Das Hyperthermiegerät ist zum Kühlen und Wärmen des Patientenblutes nötig.
Frank Münch ECCP
Herzchirurgie der Universität Erlangen-Nürnberg
Krankenhausstr. 12
91056 Erlangen
Tel. 09131/85-33242
e-mail:[email protected]
Schematischer Aufbau der HLM mit Schlauchset und Oxygenator
1. Oxygenator mit Wärmetauscher (dort wird das Blut mit Sauerstoff angereicht und das
Kohlendioxid entzogen, sowie das Blut auf gewünschte Temperatur gebracht)
2. Blut-Reservoir (Zwischenlagerung von Patientenblut)
3. Arterielle Pumpe „Zentrifugalpumpe“ (Hauptpumpe zur Verrichtung der Herzarbeit)
4. Verlustsauger (zum Absaugen von anfallendem Blut, um es dem Kreislauf wieder zur
Verfügung zu stellen)
5. Aortensauger „Vent“ (Sauger in der Hauptschlagader zum Entlüften des Herzens)
6. Kardioplegiepumpe (Mischen und Transportieren der Kardioplegie)
7. Hyperthermiegerät für die Kardioplegie
8. Wärmetauscher für die Kardioplegie (zur selektiven Kühlung der Kardioplegielösung)
9. Kardioplegielösung (kaliumhaltige Lösung, um einen künstlichen Herzstillstand
einzuleiten)
10. Blutgasüberwachung (Überwachung des Patientenblutes zu besseren Steuerung der
Perfusion)
11. Arterieller Filter (hält kleinste Luftpartikel zurück, damit sie beim Patienten keine
Embolien auslösen)
12. Überwachung des Sauerstoffverbrauchs
13. Venöse Drosselklemme (damit man geregelt dem Körper Blut zu- und abnehmen kann)
14. Hämofilter (um Wasser und Harnstoffe zu entziehen)
15. Kontroll- und Überwachungseinheit
16. Hyperthermiegerät für Wärmetauscher im Oxygenator
Ablauf einer Herzoperation mit HLM
Nachdem der Patient vom Anästhesisten in einen “künstlichen Schlaf“ (Narkose) versetzt
wurde, wird er von der OP-Schwester gelagert und das Operationsgebiet desinfiziert.
Nach Öffnen des Brustkorbes mit einer speziellen Säge (ähnlich einer Stichsäge) kommt das
Herz zum Vorschein. Nach Gabe von Heparin (ein Medikament zur Aufhebung der Gerinnung,
um die Bildung von Gerinnseln zu verhindern) werden die Nähte zum Kanülieren der
Hauptschlagader und der Sammelvenen zum Herzen gelegt. Anschließend werden die
arterielle und venöse Kanüle in das Herz bzw. in die Hauptschlagader und Sammelvenen
gesteckt und über Plastikschläuche mit der HLM verbunden. Die HLM, die vorher luftleer mit
einer wasserhaltigen Lösung (Priming) vorgefüllt war, nimmt jetzt Ihre Arbeit auf.
Vom den Sammelvenen gelangt über Schwerkraft das venöse Blut in das Reservoir (2), von
dort fließt es in die arterielle Pumpe (3) und wird in den Oxygenator (1) gedrückt. Dort
aufbereitet und auf die gewünschte Temperatur gebracht (1 und 16), wird das „hellrote Blut“
über den arteriellen Filter (11) und den Blasendetektor (10) zur Hauptschlagader (Aorta)
zurücktransportiert.
Jetzt, wo die HLM ihre Arbeit aufgenommen hat, kann der kleine Kreislauf (Lunge und Herz)
mittels Setzen einer Klemme vom großen Kreislauf abgekoppelt werden, da die
Sauerstoffversorgung und Herzarbeit gesichert ist. Allerdings kann man das Herz nicht
ungeschützt zum Stillstand bringen. Um das Herz für den Zeitraum des Eingriffs zu schützen,
wird die sogenannte Blutkardioplegie ins Koronarsystem (blutführende Gefäße im Herzen) des
Herzens eingebracht. Dies geschieht über die Kardioplegiepumpe (6). Sie mischt eine
kaliumhaltige Lösung (9) und arterielles Blut aus dem Oxygenator (1) im Verhältnis 1:4. Das
Gemisch wird dann über den „Wärmetauscher“ (8) auf ca. 8°C gekühlt und in die
abgeklemmte Seite der Hauptschlagader, die zum Herzen zeigt (Aortenwurzel),
drucküberwacht gepumpt, um einen beabsichtigten Herzstillstand herbeizuführen und so den
Herzmuskel zu schützen.
Nun ist es dem Herzchirurgen möglich, die geplante OP am ruhenden Herzen durchzuführen.
Nach Beendigung der OP wird nach Lösen der Klemme auf der Hauptschlagader der Fluss über
den kleinen Kreislauf wieder freigegeben. Meist beginnt das Herz wieder von alleine zu
schlagen. Sollte das Herz flimmern, wird es mit Hilfe eines Stromstoßes gereizt, damit es
wieder regelrecht schlägt. Nach geeigneter Erholungszeit wird der Patient von der HLM
entwöhnt. Dies geschieht, indem man mittels der venösen Drosselklemme (13) den Rückstrom
aus den Sammelvenen drosselt und gleichzeitig den Fluss an der arteriellen Pumpe (3) gegen
Null reduziert.
Nachdem das Herz wieder die komplette Arbeit übernommen hat, werden die Kanülen entfernt
und der Brustkorb mittels Drähten wieder verschlossen.
Zur Erholung und zum Aufwachen aus der Narkose wird der Patient auf die Intensivstation
verlegt.
Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg