Der Pulmonalarterienkatheter (PAK) oder Swan-Ganz-Katheter stellt ein Tool zum erweiterten hämodynamischen Monitoring von kardiologischen, perioperativen oder kritisch kranken Patient:innen dar. Der PAK ist ein mehrlumiger, typischerweise 110 cm langer Katheter, der am distalen Ende mit einem Ballon (Fassungsvolumen 1,5 ml) versehen ist. Der Katheter wird über eine in eine zentrale Vene eingebrachte Schleuse mit aufgeblasenem Ballon durch den rechten Vorhof und Ventrikel in eine Pulmonalarterie eingeschwemmt. In korrekter Position können über das proximale Katheterlumen der zentralvenöse Druck, über das distale Lumen die pulmonalarteriellen Drücke sowie bei aufgeblasenem Ballon der pulmonalarterielle Verschlussdruck (der sogenannte Wedge-Druck) gemessen und damit der linksventrikuläre enddiastolische Druck abgeschätzt werden.

Während bei der ersten Generation von PAKs die Bestimmung des Herzzeitvolumens mittels intermittierender Thermodilution mit gekühlter Kochsalzlösung und computergestützter Anwendung der Stewart-Hamilton-Gleichung erfolgte, messen Katheter der zweiten und dritten Generation das Herzzeitvolumen mittels semikontinuierlicher Wärmethermodilution über eine in den Katheter eingebaute Heizspirale bzw. zusätzlich über eine Pulskonturanalyse der pulmonalarteriellen Druckkurve. Gilt die intermittierende Thermodilution immer noch als Goldstandard zur Messung des Herzzeitvolumens unter klinischen Bedingungen, erlauben Drittgenerationskatheter heute sogar eine „beat-to-beat“-Bestimmung des kardialen Schlagvolumens und somit auch die Bestimmung dynamischer Veränderungen dieses Parameters im Rahmen eines „passive-leg-raise“-Tests oder bei Applikation von Flüssigkeitsboli und spiegeln Änderungen des Herzzeitvolumens in 20-s-Intervallen wider [1]. Zusätzlich verfügbare Modalitäten des PAK ermöglichen ein rechtsventrikuläres Pacing bzw. die Messung des rechtsventrikulären Drucks, die Bestimmung der rechtsventrikulären Ejektionsfraktion und des rechtsventrikulären enddiastolischen Volumens sowie die kontinuierliche Bestimmung der gemischtvenösen Sauerstoffsättigung (SvO2).

Der PAK ist damit das einzige kontinuierliche hämodynamische Monitoring-Verfahren, das gleichzeitig die kontinuierliche bettseitige Messung der pulmonalarteriellen Drücke, des Herzzeitvolumens und der SvO2 (und damit von globalem Sauerstoffangebot und -verbrauch) erlaubt [2].

Grundüberlegungen zum hämodynamischen Monitoring

Bevor die Wertigkeit eines hämodynamischen Monitoringverfahrens beurteilt wird, gilt es zwei wichtige Grundüberlegungen zu diskutieren:

  • Erstens, das Hauptziel des hämodynamischen Monitorings ist die Sicherstellung einer adäquaten Gewebedurchblutung und nicht das Erreichen gewisser makro- oder mikrozirkulatorischer (Ziel‑)Parameter. Am Beispiel des Herzzeitvolumens abgeleitet bedeutet dies, dass die korrekte hämodynamische Fragestellung nicht lauten kann: „Wie hoch ist das Herzzeitvolumen?“, sondern lauten muss: „Reicht das Herzzeitvolumen aus, um die Organe adäquat zu durchbluten?“ Entsprechend wird klar, dass ein:e fiebernde:r, septische:r Patient:in mit einem Cardiac Index von 2,1 L/min/m2 minderdurchblutet und klinisch schockiert ist, während ein:e analgosedierte:r Patient:in nach einem herzchirurgischen Eingriff mit einem Cardiac Index von 1,8 L/min/m2 adäquat durchblutet sein kann. Andererseits kann eine Schlagvolumenvariabilität von 12 % bei einer:einem zentralisierten Patient:in auf eine wahrscheinliche Verbesserung des Herzzeitvolumens und der Gewebedurchblutung durch eine Volumengabe hindeuten, während ein:e adäquat perfundierte:r Patient:in mit der gleichen Schlagvolumenvariabilität keinerlei hämodynamischer Interventionen bedarf. Zusammenfassend muss festgehalten werden, dass jeder hämodynamische Messwert (auch der arterielle Blutdruck!) immer im Kontext des klinischen Erscheinungsbilds der Patient:innen zu interpretieren ist.

  • Die zweite Überlegung gilt dem potenziellen Vorteil, der Patient:innen durch den Einsatz eines hämodynamischen Monitorings erwächst. Da kein Monitoringverfahren per se einen direkten therapeutischen Nutzen besitzt, sondern im ungünstigsten Fall zu einer Komplikation bei seiner Anlage (punktionsassoziierte Komplikationen) bzw. Verwendung (zum Beispiel Fehlinterpretation von Messwerten bzw. Initiierung einer schädlichen Therapie) führt, kann durch die schlichte Anwendung eines bestimmten Monitoringverfahrens die Prognose einer:eines Patient:in nicht verbessert werden. Ein Behandlungsvorteil erwächst den Patient:innen nur dann, wenn die Messwerte mit geringer Fehlerabweichung bestimmt werden können, klinisch relevant sind, korrekt interpretiert werden und zu einer adäquaten therapeutischen Intervention (oder Nicht-Intervention) führen.

Diese Überlegungen gilt es bei der Interpretation von Studien zur Evaluation des Vorteils von (hämodynamischen) Monitoringverfahren, wie zum Beispiel des PAK, zu beachten.

Von der Implementierung zur Eliminierung des PAK

Kurze Zeit nach seiner Entwicklung (siehe Abb. 1 zu den historischen Fakten) und Publikation der ersten Anwendungen an kardiologischen Patient:innen [3] kam es zur rasanten Verbreitung des PAK zu diagnostischen Zwecken bei kardiologischen Patient:innen sowie als hämodynamisches Monitoringverfahren bei chirurgischen Patient:innen mit hohem perioperativem Risiko und kritisch kranken Patient:innen auf der Intensivstation. Ende der 1980er-Jahre wurden 0,5 % aller internistischen Krankenhausaufnahmen bzw. 20–40 % aller kritisch kranken Patient:innen mit einem PAK monitorisiert [4]. Bereits Ende der 1970er-Jahre wurde über Komplikationen durch den PAK berichtet. Diese umfassten nicht nur Herzrhythmusstörungen (allen voran Extrasystolen), sondern in schweren Fällen auch mechanische Komplikationen (zum Beispiel eine Verknotung des Katheters) bzw. Schäden am rechten Herzen und den Pulmonalarterien, Endokarditiden und höhergradige AV-Blockaden [5]. Erste größere Observationsstudien Mitte der 1990er-Jahre legten nahe, dass kritisch kranke Patient:innen, die mit einem PAK monitorisiert waren, mehr Komplikationen und eine höhere Sterblichkeit aufwiesen als Patient:innen ohne PAK-Monitoring [6]. Randomisiert kontrollierte Studien konnten eine solche Mortalitätssteigerung durch den PAK zwar nicht nachweisen, zeigten aber auch keinen Überlebensvorteil durch seine Anwendung bei perioperativen, nicht-kardiochirurgischen Patient:innen [7], nicht-schockierten Patient:innen mit akuter kardialer Dekompensation [8], heterogenen Populationen kritisch kranker Patient:innen [9,10,11] oder bei Patient:innen mit akuter Lungenschädigung [12].

Abb. 1
figure 1

Historische Factbox

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Einige Studien fanden, dass die anfänglich postulierte Mortalitätssteigerung durch die Verwendung des PAK durch eine erhöhte Erkrankungsschwere und sehr wahrscheinlich nicht durch Komplikationen des PAK verursacht war [13]. Entsprechend zeigten Chittock et al., dass kritisch kranke Patient:innen mit einem hohen APACHE-Score eine niedrigere Krankenhaussterblichkeit aufwiesen, wenn sie mit einem PAK monitorisiert wurden [14]. Analog dazu kam eine Registerstudie an 268 Level-1-Traumazentren in den USA zu dem Ergebnis, dass die Verwendung des PAK bei schwerverletzten Patient:innen – angepasst an die Verletzungsschwere – mit einer Mortalitätsreduktion assoziiert war [15]. Weiterhin wurde berichtet, dass die Häufigkeit von PAK-assoziierten Komplikationen invers mit der Erfahrung der jeweiligen Zentren vergesellschaftet war [16]. Eine Cochrane Meta-Analyse schlussfolgerte basierend auf den publizierten Studien bis Januar 2012, dass die Verwendung des PAK keinen Einfluss auf die Mortalität und Morbidität von perioperativen oder kritisch kranken Patient:innen hat [17]. Wiederum andere Publikationen berichteten, dass die Messwerte des PAK in bis zu 67 % der Fälle falsch interpretiert wurden [18, 19] bzw. zu äußerst heterogenen Therapiestrategien führten [20]. So stand das „Red-Cap-Syndrom“ (Anmerkung: Bezeichnung der Tatsache, dass die rote Kappe, die den Anschluss des Thermistorkabels zur Messung des Herzzeitvolumens schützt, trotz Verwendung des PAK nicht abgenommen wurde) symbolhaft für die variable und teils inadäquate Nutzung des PAK [2].

Parallel bzw. als Antwort auf diese wissenschaftlichen Erkenntnisse wurden minimal-invasive Techniken zur Messung des Herzzeitvolumens entwickelt. Entsprechend kam es zu einer deutlichen Reduktion der PAK-Anwendungen nach der Jahrtausendwende [4]. In vielen Fällen wurde der PAK sogar reaktiv aus den OPs und Intensivstationen verbannt. Viele der neuen nicht- bzw. minimalinvasiven Monitoringmethoden hielten den initialen Erwartungen allerdings nicht stand bzw. lieferten neben dynamischen Vorlastparametern (z. B. Schlag- oder Pulsdruckvariabilität) lediglich Messungen des Herzzeitvolumens von variabler Reliabilität [2, 21]. Ein Nachteil aller minimalinvasiven Messmethoden zur Bestimmung des Herzzeitvolumens bleibt die Tatsache, dass mittels (kalibrierter oder unkalibrierter) Pulskonturanalyse bzw. transpulmonaler Thermodilution nicht zwischen rechts- und linkskardialer Funktion differenziert werden kann. Auch die Echokardiographie kann den PAK nicht oder nur teilweise ersetzen. Trotz ihrer fehlenden Invasivität und besonders vorteilhaften, diagnostischen Effekte zur Differenzierung der Ursachen eines Herzkreislaufversagen stellt die Echokardiographie kein kontinuierliches Monitoringverfahren dar und weist eine relevante interindividuelle Messvariabilität auf. Sie ist somit, ebenso wie die klinische Untersuchung, als essenzielle, aber komplementäre Methode zur intermittierenden Therapiesteuerung von kreislaufinstabilen Patient:innen zu betrachten [2, 21].

Aktuelle wissenschaftliche Evidenz und Leitlinien

Nachdem frühere Daten bereits auf einen potenziellen Vorteil durch die Verwendung des PAK bei schwer schockierten bzw. schwerstkranken Patient:innen hinwiesen [14, 15], zeigten zahlreiche rezent publizierte Observations- und Registerstudien sowie Metaanalysen, dass eine Steuerung der Hämodynamik mit dem PAK bei Patient:innen im kardiogenen Schock mit mehreren Vorteilen assoziiert zu sein scheint (Tab. 1). Interessanterweise fand sich ein Überlebensvorteil durch eine PAK-gesteuerte Therapie bei allen kardiogenen Schockformen bis auf jene, die im Rahmen eines akuten Koronarsyndroms auftrat [30]. Während der PAK im nichtkardiochirurgischen Setting nahezu vollständig durch weniger invasive Monitoringverfahren ersetzt wurde, stellt der PAK neben der transösophagealen Echokardiographie weiterhin ein zentrales Monitoringverfahren in der intra- und besonders in der postoperativen Betreuung von herzchirurgischen Patient:innen dar [31, 32]. Auch hier wiesen bereits ältere Daten darauf hin, dass der undifferenzierte Einsatz des PAK bei allen herzchirurgischen Patient:innen nicht vorteilhaft ist [33]. Hingegen berichteten andere Studien, dass der Einsatz des PAK bei ausgewählten herzchirurgischen Patient:innen (z. B. bei Patient:innen mit hohem perioperativem Risiko) sehr wohl zu einer Reduktion der perioperativen kardiopulmonalen Morbidität (akutes Herzversagen, respiratorisches Versagen, Blutungen), der Häufigkeit einer akuten Nierenschädigung sowie der Intensivaufenthaltsdauer führt [34]. Eine weitere Untersuchung zeigte, dass eine zielgerichtete Steuerung der Hämodynamik mittels PAK (SvO2 > 70 % und Laktatkonzentration < 2 mmol/L) bei herzchirurgischen Patient:innen sowohl die Morbidität als auch Krankenhausaufenthaltsdauer reduziert [35].

Tab. 1 Evidenzbasierte Vorteile durch die Verwendung des Pulmonalarterienkatheters bei Patient:innen im kardiogenen Schock
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Beruhend auf dieser Datenlage empfahlen die Guidelines der American Heart Association 2017 die Verwendung des PAK zu diagnostischen Zwecken sowie zum hämodynamischen Monitoring bei Patient:innen mit moderatem oder schwerem kardiogenem Schock, die nicht suffizient auf die initiale Therapie ansprechen [36]. Auch die Acute Cardiovascular Care Association der Europäischen Gesellschaft für Kardiologie schließt sich dieser Empfehlung an und unterstreicht die Notwendigkeit des früheren Einsatzes des PAK bei Nichtansprechen von kardiogenen Schockpatient:innen auf die Erstlinientherapie [37].

Wichtig für die Praxis ist dabei zu beachten, dass ein kardiogener Schock in nur einem Teil der Fälle mit einer kardiologische Grunderkrankung einhergeht. Weit häufiger ist ein kardiogener Schock bzw. ein „Low-Output-Versagen“ im Rahmen von anderen Schockzuständen bzw. Erkrankungen (z. B. septischer Schock [38], perioperativer Schock, Schock bei Patient:innen mit chronischer (Rechts‑)Herzinsuffizienz) anzutreffen.

Abschließende Beurteilung und Zusammenfassung

Minimalinvasive Verfahren sind zu einem wichtigen und unverzichtbaren Teil des perioperativen und intensivmedizinischen Kreislaufmonitorings geworden. Ebenso wie der PAK sind sie mit Komplikationen [39] und Limitationen verbunden, die ihre Indikation bestimmen. So eignen sich minimalinvasive Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Herzzeitvolumens und dynamischer Vorlastparameter, um nichtkardiochirurgische und traumatologische Patient:innen mit Hochrisikoprofil oder -Eingriffen perioperativ zu überwachen [21]. Der refraktäre Schockzustand, der hohe bzw. potenziell toxische Katecholamindosen erfordert, der kardiogene Schock – und dabei insbesondere der kardiogene Schock infolge eines Rechtsherzversagens – bleiben weiterhin die Domäne und Indikation zur Verwendung des PAK. Aus Sicht der Autoren erscheint es empfehlenswert, wann immer möglich, PAKs mit kontinuierlicher Herzzeitvolumen- und SvO2-Messung zu verwenden, da nur so ein durchgehendes und umfassendes hämodynamisches Monitoring sichergestellt werden kann.

Gerade bei Patient:innen mit kardiogenem Schock erlaubt der PAK eine genaue und insbesondere kontinuierliche Erfassung der links- und rechtskardialen Füllungsdrücke bzw. Afterloads. Dies ermöglicht zum Beispiel die genaue Steuerung pulmonalarterieller Vasodilatoren sowie der Beatmungsinvasivität bei Patient:innen mit Rechtsherzversagen [40]. Die kontinuierliche SvO2-Messung ermöglicht – gemeinsam mit anderen Indikatoren der Gewebeperfusion und allen voran der engmaschigen klinischen Untersuchung – die Reduktion der Katecholamindosen auf ein erforderliches Minimum und hilft somit, adrenerg-bedingte kardiale Nebenwirkungen zu begrenzen. Diese Strategie der perfusionsbasierten Minimierung der Katecholamintherapie (Konzept der „Dekatecholaminisierung“ [41]) steht bezeichnenderweise im diametralen Gegensatz zu früheren Therapiekonzepten, die mithilfe des PAK in älteren Studien untersucht wurden [42, 43].