Reperfusionstherapie und mechanische Kreislauf-unterstützung bei Patienten mit kardiogenem Schock

Zusammenfassung

Die Letalität bei Patienten mit kardiogenem Schock ist bei rein konservativ-medikamentöser Therapie extrem hoch: Sie liegt nach Literaturangaben in historischen Kollektiven bei mehr als 80%. Auch die thrombolytische Therapie hat bei Schockpatienten zu keiner eindeutigen Verbesserung der Prognose geführt. Durch die Koronarangioplastie kann nach bisher verfügbaren Daten die Prognose beim kardiogenen Schock hingegen wahrscheinlich günstig beeinflußt werden, was möglicherweise auf der mit diesem Verfahren sicher und schnell erreichbaren kompletten Rekanalisation des verscholossenen Koronargefäßes beruht.

Der Circulus vitiosus im kardiogenen Schock mit eingeschränkter Auswurfleistung, zunehmender Verschlechterung der energetischen Bilanz des Herzens und einer daraus resultierenden weiter zunehmenden Pumpschwäche kann mit Hilfe von aktiv pumpenden Unterstützungssystemen durch eine vorübergehende partielle oder komplette Übernahme der kardialen Pumpfunktion durchbrochen oder zumindest phasenweise überbrückt werden.

Folgende Kreislaufunterstützungssysteme stehen derzeit zur Verfügung: 1. intraaortale Ballongegenpulsation (IABP), 2. implantierbare Turbinenpumpe (Hemopumpe, HP), 3. perkutan applizierbarer kardiopulmonaler Bypass (PKB), 4. über Thorakotomie anschließbare Linksherz-, Rechtsherzoder biventrikuläre Bypass-Systeme, 5. intra- oder extrathorakale Kunstherzen. Von diesen Verfahren sind lediglich IABP, Hemopumpe und kardiopulmonaler Bypass perkutan implantierbar und so für einen schnellen Einsatz im Herzkatheterlabor, auf der Intensivstation und gegebenenfalls auch auf der Notaufnahmestation geeignet.

Die intraaortale Ballongegenpulsation (IABP) hat in den letzten Jahren im Bereich der Interventionskardiologie zunehmend an Bedeutung gewonnen. Mögliche Indikationen sind kardiogener Schock im Rahmen eines akuten Myokardinfarkts, Risiko-PTCA und instabile Angina pectoris. Neben einer Verbesserung der Hämodynamik und der myokardialen Energiebilanz kommt es nach neueren tierexperimentellen Befunden und ersten klinischen Untersuchungen unter IABP im kardiogenen Schock auch zu einer Verbesserung des Thrombolyseerfolgs. Vom Einsatz der IABP profitieren besonders solche Patienten, bei denen im kardiogenen Schock eine rasche Koronarrevaskularisation gelingt, und Patienten mit mechanischen Infarktkomplikationen, wie Mitralinsuffizienz und Ventrikelseptumdefekt. Wichtig ist grundsätzlich der möglichst frühzeitige Einsatz der IABP: Die Schockdauer bis zum Zeitpunkt der IABP-Implantation ist — unabhängig vom Revaskularisationserfolg — von eigenständiger prognostischer Bedeutung. Die Komplikationsrate der IABP hat in den letzten Jahren durch Verwendung dünnerer Kathetersysteme erheblich abgenommen; sie liegt bei Verwendung von 9,5-F-Kathetern und kurzer Pumpdauer (≤48 Stunden) niedriger als 5%. Grundsätzlich sind mit der IABP jedoch auch wesentlich längere Einsätze (von bis zu zwei bis vier Wochen) möglich.

Das perkutane Linksherz-Bypass-System Hemopumpe zeigte im Tierexperiment bei akuter Myokardischämie eindeutig myokardprotektive Effekte, klinisch liegen bisher jedoch nur wenige Erfahrungen — und zwar ausschließlich bei Patienten mit Risiko-PTCA — vor. Limitierend sind vor allem die geringe Förderleistung (maximal 2 l/min) sowie eine relativ hohe Komplikationsrate.

Im Gegensatz zu IABP und Hemopumpe ermöglicht der perkutan applizierbare kardiopulmonale Bypass (PKB) einen kompletten Kreislaufersatz. Das Verfahren ist daher besonders geeignet zur Überbrückung eines plötzlichen Herzstillstands. Bei therapierefraktärem Kreislaufstillstand können bei sofortigem Einsatz dieses Systems 20 bis 30% der Patienten gerettet werden. Ein Problem besteht allerdings in der bei PKB unter Herzstillstandbedingungen notwendigen simultanen linksventrikulären Entlastung. Darüber hinaus ist die Anwendungsdauer aufgrund der Dicke der Perfusionskanülen und der schädigenden Wirkung des Membranoxygenators auf die Blutpartikel auf wenige Stunden begrenzt.

Für die Interventionskardiologie stehen somit verschiedene perkutan einsetzbare Assist-Systeme zur Verfügung. Die Auswahl des Verfahrens hängt je nach klinischer Situation in erster Linie von der erforderlichen Pumpleistung ab. Bei Patienten mit kardiogenem Schock kommt der IABP unter den Assist-Systemen derzeit die bei weitem größte Bedeutung zu, in wenigen ausgewählten Fällen mit bestehendem oder drohendem kompletten Kreislaufstillstand kann der Einsatz eines perkutanen kardiopulmonalen Bypass-Systems erwogen werden.

Abstract

Cardiogenic shock is a state of inadequate tissue perfusion due to cardiac dysfunction, which is most commonly caused by acute myocardial infarction. The pathophysiology of cardiogenic shock is characterized by a downward spiral: ischemia causes myocardial dysfunction, which, in turn, augments the ischemic damage and the energetical imbalance. With conservative therapy, mortality rates for patients with cardiogenic shock are frustratingly high reaching more than 80%. Additional thrombolytic therapy has not been shown to significantly improve survival in such patients. Emergency cardiac catheterization and coronary angioplasty, however, seem to improve the outcome in shock-patients, which most probably is due to rapid and complete revascularization generally reached by angioplasty.

In addition to interventional therapy with rapid coronary revascularization, the use of mechanical circulatory support may interrupt the vicious cycle in cardiogenic shock by stabilizing hemodynamics and the metabolic situation. Different cardiac assist devices are available for cardiologists and cardiac surgeons: 1. intraaortic balloon counterpulsation (IABP), 2. implantable turbine-pump (Hemopump^TM), 3. percutaneous cardiopulmonary bypass support (CPS), 4. right heart, left heart, or biventricular assist devices placed by thoracotomy, and 5. intra- and extrathoracic total artificial hearts. Since percutaneous application is possible with IABP, Hemopump and CPS, these devices are currently used in interventional cardiology.

The basic goals of the less invasive intraaortic balloon counterpulsation (IABP; Figure 1) are to stabilize circulatory collapse, to increase coronary perfusion and myocardial oxygen supply, and to decrease left ventricular workload and myocardial oxygen demand (Figure 2). Since the advent of percutaneous placement, IABP has been used by an increasing number of institutions (Figure 3). In addition to cardiogenic shock, the system may be of use in a variety of other indications in the catheterization laboratory and intensive care unit, including weaning from percutaneous cardiopulmonary bypass, in ischaemic left ventricular failure, in unstable angina, in high risk PTCA, and in prophylactic support in patients with myocardial infarction and successful revascularization. animal experimental data showed that IABP may improve success of thrombolysis and recent clinical data suggest that survival is enhanced and transfer for revascularization is facilitated when patients with myocardial infarction and cardiogenic shock undergo thrombolysis and IABP rather than thrombolysis alone. A lot of studies had demonstrated before, that combined use of counterpulsation and revascularization therapy (i. e. coronary bypass surgery or angioplasty) may improve prognosis in patients with myocardial infarction complicated by cardiogenic shock (Table 1). In such patients, early treatment with IABP is most important: Multivariate analysis identified early IABP-support with a duration of shock to IABP-treatment of ≥4 hours as an independent predictor of a positive short-term outcome. In shockpatients with postinfarction ventricular septal defect, IABP provides a marked hemodynamic improvement, and a significant decrease in shunt-flow (Figure 5). However, despite initial stabilization with IABP, such patients need immediate surgical repair of the septal defect to avoid hemodynamic deterioration.

The rate of complications related to percutaneous IABP was significantly attenuated by employing catheters of reduced size. Using 9.5-F catheters, a long duration of counterpulsation emerged as the most significant factor associated with complications. In our hospital, those patients with 9.5-F catheters in whom counterpulsation did not exceed 48 hours had a low complication rate of 3.9%.

The Hemopump is a catheter-mounted transvalvular left ventricular assist device intended for surgical placement via the femoral artery (Figures 6 and 7). In animal experiments, this device had been shown to unload the left ventricle, leading to myocardial protection and hemodynamic stabilization in both cardiogenic shock and regional myocardial ischemia. The 14-F Hemopump, a miniaturized pump-version for percutaneous placement, showed myocardial protective effects during acute myocardial ischemia in animal experiments. These effects were comparable to those of IABP. Clinically, there are only few experiences with the 14-F Hemopump in patients with high-risk coronary angioplasty and none in patients with cardiogenic shock, so far. During periods of cardiac arrest, the pump was able to maintain cardiac output with mean aortic pressures of nearly 50 mm Hg in patients with high risk PTCA (Figure 8). Future applications of the 14-F Hemopump in patients with cardiogenic shock, however, probably will be limited by both, small pump-rates (maximum flow rate of 2 l/min) and a significant procedure related morbidity.

The cardiopulmonary bypass support system (CPS) is the most powerful percutaneous assist device which allows flow rates of 4 to 6 l/min and, during cardiac arrest can provide complete circulatory support (Figure 9). However, during extracorporeal perfusion with CPS, the left ventricle may be adversely affected (Figure 10) and there are unresolved problems regarding left ventricular loading and the need for active simultaneous left ventricular decompression. In patients with increasing pulmonary artery pressure during CPS in cardiac arrest, artificial pulmonary valve incompetency might be a useful tool for effective pulmonary and retrograde left ventricular decompression (Figures 11 and 12). Additionally, a high morbidity rate was reported including neurovascular injury related to the perfusion cannulas in 26% of patients and 43% required transfusion of erythrocyte concentrates. Nevertheless, emergency CPS may be useful in selected patients with cardiac arrest unresponsive to conventional resuscitative measures. In such patients, survival rates of 20 to 30% have been reported with early institution of CPS, i. e. establishment of flow within 15 to 20 minutes. In summary, with the increasing complexity of techniques, circulatory support is clearly gaining importance in interventional cardiology. In patients with cardiogenic shock, intraaortic balloon counterpulsation is the most important assist device, which is an essential adjunct to facilitate early catheterization and reperfusion strategies. Use of CPS may be considered in selected patients with cardiac arrest.