Die maschinelle Herzdruckmassage

Seit der Erfindung der Herz-Lungen-Wiederbelebung konstruieren Ingenieure Maschinen zur automatischen Kompression des Thorax. Seit einigen Jahren erleben diese eine Renaissance. Ist die Herzdruckmassage dieser „Reanimationsmaschinen" den menschlichen Thoraxkompressionen überlegen? Wie funktionieren sie überhaupt?

Geschichte der Herzdruckmassage: Wie alles begann
Vor 50 Jahren entdeckten die amerikanischen Elektroingenieure Kouwenhoven und Knickerbocker bei ihren Untersuchungen zur Defibrillation des Herzens, dass durch äußeren Druck auf den Thorax ein Blutfluss im Kreislauf entsteht. Die externe Herzdruckmassage, heute Thoraxkompressionen genannt, war geboren. Obwohl seit 150 Jahren bekannt war, dass die direkte Massage des Herzens einen ausreichenden Kreislauf produziert, konnten bis zu diesem Zeitpunkt nur Patienten wiederbelebt werden, die sich im Operationssaal befanden.

Ein Jahr später kombinierte der amerikanische Anästhesist Peter Safar die externe Herzdruckmassage mit der Mund-zu-Mund-Beatmung und schuf so die Herz-Lungen-Wiederbelebung, wie wir sie heute noch praktizieren. Im Laufe der Jahrzehnte wurden Frequenz, Eindrucktiefe und das Verhältnis der externen Herzdruckmassage zur Beatmung teilweise in Abhängigkeit von der Anzahl der Helfer mehrfach modifiziert. Bis zum Jahr 2005 wurden die Basismaßnahmen der Reanimation (BLS, Basic Life Support) als notwendiges Übel betrachtet, das ausgeübt werden muss, bis erweiterte Maßnahmen (ALS, Advanced Life Support) wie die Defibrillation, die Beatmung über einen Endotrachealtubus oder die Injektion von Medikamenten den Patienten ins Leben zurückholen.

Erst die Leitlinien zur Wiederbelebung Erwachsener des ERC (European Resuscitation Council, europäische Fachgesellschaft zur Wiederbelebung) aus dem Jahr 2005 erhöhten den Stellenwert insbesondere der Thoraxkompressionen. Untersuchungen von Reanimationsprotokollen hatten ergeben, dass in vielen Fällen mangelhafte Technik (zu geringe Eindrucktiefe, zu niedrige Frequenz) sowie lange und häufige Pausen in den Thoraxkompressionen zugunsten erweiterter Reanimationsmaßnahmen die Hauptursache misslungener Reanimationsversuche darstellen. Das Verhältnis von Thoraxkompressionen zu Beatmung wurde auf den bis heute gültigen Wert von 30 Thoraxkompressionen zu zwei Beatmungen angehoben. Statt wie bisher mit Beatmungen sollte ab 2005 die Wiederbelebung mit Thoraxkompressionen beginnen, deren Unterbrechungen zu minimieren waren.

Die ERC-Leitlinien 2010 hoben dann die Eindrucktiefe der Thoraxkompressionen von bisher 4-5 cm auf 5-6 cm und die Frequenz von bisher 100/min auf 100-120/min an und betonten erneut die Notwendigkeit, diese möglichst ununterbrochen durchzuführen.
 

Wie erzeugen Thoraxkompressionen einen künstlichen Kreislauf?
Die Entstehung eines künstlichen Kreislaufs durch Thoraxkompressionen beruht auf zwei Prinzipien.
Herzpumpenmechanismus: Zum einen wird das Herz zwischen Sternum und Wirbelsäule komprimiert. Der so erzeugte Druckgradient ermöglicht einen Blutfluss aus dem Herzen in die Aorta, die Herzklappen verhindern einen retrograden Blutfluss. In der Entlastungsphase dehnt sich das Herz wieder aus und füllt sich erneut mit Blut. Dieser Vorgang wird als Herzpumpenmechanismus bezeichnet.
Thoraxpumpenmechanismus: Zum anderen führt externer Druck auf den Thorax zur Erhöhung des intrathorakalen Drucks. Dieser Druck wird über die Thoraxgefäße in die peripheren Arterien geleitet. Dies erzeugt einen künstlichen Blutfluss. Bei Entlastung sinkt der intrathorakale Druck wieder, und es erfolgt ein Blutfluss in die thorakalen Venen. Dieser Vorgang wird als Thoraxpumpenmechanismus bezeichnet.
Koronarer Perfusionsdruck: Der Druck, der erforderlich ist, um einen suffizienten koronaren Blutfluss zu erzeugen, wird als koronarer Perfusionsdruck bezeichnet. Er errechnet sich aus der Differenz zwischen mittlerem arteriellen Druck und mittlerem zentralen Venendruck. Für eine erfolgreiche Reanimation muss mittels Thoraxkompressionen (und Vasopressoren wie Adrenalin) ein koronarer Perfusionsdruck von mindestens 15 mmHg generiert werden.

Thoraxkompressionen mit einer Frequenz von bis zu 120/min und einer Eindrucktiefe von bis zu 6 cm durchzuführen, ist sehr anstrengend. Daher empfiehlt der ERC, den Helfer, der die Thoraxkompressionen durchführt, spätestens nach zwei Minuten abzulösen. Aus dieser Ablösung resultiert zwangsläufig eine kurze Pause in den Thoraxkompressionen.
Eine amerikanische Studie wies 2005 bei 97 innerklinischen Reanimationen nach, dass trotz optimaler Bedingungen wie der Anwesenheit von Studienärzten und dem Bewusstsein der Probanden, an einer Studie teilzunehmen, ein Drittel der Reanimationen mit Thoraxkompressionsfrequenzen von unter 80/min durchgeführt wurden.

Eine Studie aus dem Jahr 1998 zeigte anhand von Reanimations-Trainingspuppen, dass auch gut trainiertes Intensivpflegepersonal nicht in der Lage war, mehr als 60 Sekunden suffiziente Thoraxkompressionen durchzuführen.
Der hohe Stellenwert der Thoraxkompressionen für das Outcome des Reanimationspatienten sowie menschliche Unzulänglichkeiten bei der kraftraubenden Durchführung der Thoraxkompressionen legen es nahe, die Thoraxkompressionen durch dafür konstruierte Maschinen durchführen zu lassen. Dadurch lassen sich einerseits eine höhere unterbrechungsfreie Präzision bei den Thoraxkompressionen und höhere koronare Perfusionsdrücke erreichen und andererseits können menschliche Ressourcen für andere Tätigkeiten bei der Reanimation frei werden.

Mechanische Reanimationsgeräte
Mechanische Hilfen zur Thoraxkompression werden seit über 40 Jahren entwickelt, konnten sich klinisch jedoch nie durchsetzen. Seit Publikation der 2005er Leitlinien zur Reanimation des ERC erleben sie eine Renaissance.

AutoPulse
Das Gerät AutoPulse der Firma Zoll Medical besteht aus einer stabilen Bodenplatte, auf der der Patient positioniert wird, und einem breiten, semizirkulären Band, das um den Thorax des Patienten gelegt und durch Klettbänder verschlossen wird. Durch rhythmische Verkürzung des sogenannten LifeBands wird der Thorax des Patienten um etwa 20 Prozent seiner anterior-posterioren Brustkorbtiefe komprimiert. Die breite Fläche des LifeBand verteilt den Druck gleichmäßig auf den Thorax und entlastet in der Dekompressionsphase vollständig.

AutoPulse nutzt also den Thoraxpumpenmechanismus. Im Band ist eine Sicherung eingebaut, die bei zu hohem Druck reißt. Die Bodenplatte beinhaltet neben der Bedieneinheit und dem elektrischen Antrieb des Geräts einen Akku, der eine Mindestbetriebszeit von 30 Minuten ermöglicht. Der maximal zulässige Brustkorbumfang des Patienten beträgt 76-130 cm, die maximal zulässige Brustkorbhöhe 25-38 cm und das maximale Patientengewicht 136 kg.

AutoPulse ist für die Verwendung bei Erwachsenen ab 18 Jahren zugelassen und darf nicht bei Patienten mit traumatischen Verletzungen eingesetzt werden. Vor dem Schließen des LifeBands muss der Thorax des Patienten vollständig entkleidet sein und seine Achseln an den gelben Markierungen an der Bodenplatte ausgerichtet werden. Die Kompressionsfrequenz von AutoPulse ist fest auf 80/min ± 5 % eingestellt, das zeitliche Kompressions- zu Dekompressionsverhältnis auf 1:1 ± 5 %. Als Betriebsmodus können entweder 30 Kompressionen gefolgt von einer Pause für zwei Beatmungen, 15 Kompressionen und Pausen für zwei Beatmungen oder kontinuierliche Kompressionen gewählt werden. Bei Einsatz über einen längeren Zeitraum an einem Patienten kann es zu Hautirritationen kommen. Die Bodenplatte ist für Röntgenstrahlen nicht durchlässig. Zoll Medical wirbt für AutoPulse mit einer Steigerung des koronaren Blutflusses um 33 Prozent.

CardioPump und ResQPOD
Ende der 1980er Jahre konnte ein herzkranker Immigrant in San Franzisko eine eigentlich notwendige Bypass-Operation nicht bezahlen und wurde konservativ therapiert. Er erlitt einen häuslichen Herzstillstand und seine Frau reanimierte ihn in Ermangelung anderer Hilfsmittel mit einer Abfluss-Saugglocke erfolgreich. Bei einem erneuten Herzstillstand einige Wochen später versuchte es sein Sohn zunächst mit Standard-Thoraxkompressionen. Als diese erfolglos blieben, griff auch er zur Abfluss-Saugglocke, was schließlich zum Erfolg führte.

Die Industrie entwickelte im Gefolge dieses Fallberichts die CardioPump (Firma Ambu): An eine Saugglocke, die auf den Druckpunkt zur Herzdruckmassage gesetzt wird, wurde ein diskusförmiger Handgriff montiert. In den Handgriff ist eine Druck- (und Unterdruck-) Anzeige integriert, die den optimalen Kompressions- und Dekompressionsdruck anzeigt. Während der Kompression werden wie bei konventionellen Thoraxkompressionen Herz- und Thoraxpumpenmechanismus genutzt. Während der Dekompression sinkt der intrathorakale Druck stark an, da die Saugglocke am Druckpunkt bleibt, während der Helfer den Handgriff nach oben zieht. Dies bewirkt eine Steigerung des venösen Blutflusses zum Herzen, was wiederum zu einer Steigerung des Herzauswurfs bei der nächsten Kompression führt.

Diese Form der Thoraxkompressionen wird Aktive Kompression-Dekompression Cardio-Pulmonale Reanimation (ACD-CPR) genannt. Der koronare Blutfluss unter ACD-CPR lässt sich noch steigern, wenn die CardioPump mit einem Atemwegsventil kombiniert wird, das ein passives Einströmen von Luft in die Atemwege während der Dekompressionsphase verhindert und so den intrathorakalen Druck noch stärker absinken lässt. Ein sogenanntes „Inspiratory impedance threshold device" ist unter dem Namen ResQPOD auf dem Markt (Firma: Procamed).
Der Vorteil des verbesserten koronaren Perfusionsdrucks durch ACD-CPR wird um einem hohen Preis erkauft, denn die ACD-CPR ist um vieles kraftraubender als konventionelle Thoraxkompressionen.

LUCAS Thoraxkompressionssystem
LUCAS (Lund University Cardiac Arrest System) kombiniert die Vorteile der ACD-CPR mit dem Vorteil der automatischen Durchführung von Thoraxkompressionen. Das Gerät besteht aus einer stabilen Rückenplatte, auf dem der Patient platziert wird, sowie einem Oberteil, dessen Kolbenstempelantrieb durch zwei Stützbeine in eine Position über dem Druckpunkt zur Thoraxkompression gehalten wird. An den Stempel des Kolbens ist ein Saugnapf angebracht, der wie bei der CardioPump auf den Druckpunkt zur Herzdruckmassage gesetzt wird.

Nach dem Einschalten von LUCAS führt das Gerät entweder kontinuierlich oder im Rhythmus 30 Thoraxkompressionen zu zwei Beatmungspausen eine ACD-CPR mit einer Eindrucktiefe von 4-5,5 cm in einer Geschwindigkeit von 102 Kompressionen pro Minute bei einem Kompressions-zu-Dekompressions-Verhältnis von 1:1 durch.

LUCAS ist sowohl mit Druckluftantrieb als auch mit elektromechanischem Antrieb (LUCAS2) erhältlich. Die Akkukapazität der elektromechanischen Version reicht für zirka 45 Minuten. Zusätzlich kann LUCAS2 mit 12-24V DC (zum Beispiel in Fahrzeugen) oder 230V/50Hz AC (über Netzteil) betrieben werden, der Einsatz ist dadurch zeitlich nicht limitiert. LUCAS kann ohne Gewichtsbeschränkung eingesetzt werden, seine Anwendung ist lediglich durch die Maße des Patienten limitiert: Thoraxhöhe 17-30,3 cm, maximale Thoraxbreite 44,9 cm. Der Hersteller (Jolife, Lund, Schweden; weltweiter Alleinvertrieb durch Physio-Control) empfiehlt das Anlegen von LUCAS unter laufenden konventionellen Thoraxkompressionen, die nur zum Unterschieben des Rückenbretts und zum Einstellen des Stempels am Patienten für weniger als zehn Sekunden unterbrochen werden müssen.

Die Rückenplatte ist für Röntgenstrahlen nicht durchlässig. Zusätzlich ist für den speziellen Einsatz bei Koronarinterventionen eine Rückenplatte aus Carbon erhältlich. Durch den frei gehaltenen Thorax des Patienten können auch unter laufender Thoraxkompressionen jederzeit Therapieelektroden positioniert werden.

Reanimationshilfen: Vorteile, aber noch Evidenzmängel
In den ERC-Leitlinien 2010 werden mechanische Hilfsmittel zur Reanimation folgendermaßen bewertet: Für alle mechanischen Hilfmittel zur Thoraxkompression konnten Verbesserungen in der Hämodynamik von Reanimationspatienten mit verbesserten koronaren und zerebralen Perfusionsdrücken und teilweise auch höheren Raten von Wiedereinsetzen eines Spontankreislaufs und Vorteilen beim Kurzzeitüberleben nachgewiesen werden. Dennoch konnte bisher keine Untersuchung einen eindeutigen Vorteil mechanischer Hilfsmittel beim Langzeitüberleben von Reanimationspatienten gegenüber der konventionellen manuellen Anwendung von Thoraxkompressionen zeigen.
Aktuell untersuchen zwei große prospektive, randomisierte, multizentrische Studien die Anwendung von AutoPulse und LUCAS,dessen Ergebnisse mit Spannung erwartet werden. Trotz des Evidenzmangels sieht auch der ERC für AutoPulse und LUCAS Indikationen in diversen Reanimationsszenarien. Automatisierte mechanische Thoraxkompressionshilfen sind immer dann sinnvoll, wenn über einen längeren Zeitraum reanimiert werden muss. Dies ist der Fall, wenn der Grund für die Reanimationspflichtigkeit in einer potenziell reversiblen Ursache gefunden wird, deren Therapiewirkung Zeit erfordert: Lysetherapie bei Lungenembolie, Dekontamination bei Vergiftungen, Wiedererwärmung bei Hypothermie, Korrektur von Elektrolytverschiebungen. Auch Koronarangioplastien bei Myokardinfarkten sind mit AutoPulse und LUCAS ohne Strahlenexposition menschlicher Helfer möglich.

Obwohl automatisierte mechanische Thoraxkompressionshilfen den Nachweis der Verbesserung des Langzeitüberlebens von Reanimationspatienten schuldig geblieben sind, können diese insbesondere in Reanimationssituationen, in denen reversible Ursachen therapiert werden müssen, sinnvoll angewendet werden. Vorausetzung für eine erfolgreiche Anwendung dieser Geräte ist allerdings ein eingespieltes, gut trainiertes Team, das in der Lage ist, diese unter minimalen Thoraxkompressionsunterbrechungen schnell am Reanimationspatienten anzubringen.


Literatur:
Deakin, Nolan et al.: Erweiterte Reanimationsmaßnahmen für Erwachsene (advanced life support), Notfall + Rettungsmedizin 7/2010, Springer Verlag
Fischer, Ihli, Messelken: Mechanische Reanimationsgeräte, Notfall + Rettungsmedizin 3/2010, Springer Verlag
Simonis, Strasser, Schmeißer: Mechanische Reanimationshilfen: Neue Entwicklungen und erste Ergebnisse, Kardiologie up2date 4/2008, Thieme Verlag
Schewe, Heister, Hoeft, Krep: Notarzt und AutoPulse - ein gutes Duo im Rettungsdienst?, Der Anästhesist 6/2008, Springer Verlag
Richter, Poloczek: Mechanische Maßnahmen in der Reanimatologie, Rettungsdienst 6/2004, SK-Verlag
Lindner, Wenzel: Neue mechanische Methoden der kardiopulmonalen Reanimation (CPR), Der Anästhesist 3/1997, Springer Verlag
Herzdruck_AutoPulse_00001046
AutoPulse®: Der Körper des Patienten wird auf das flache Gerät gelegt und mit dem
Kompressions-Band „angeschnallt". Auf Knopfdruck beginnt die „handfreie" Kompression



Herzdruck_CardioPump_00001046
CardioPump®: An eine Saugglocke, die auf den Druckpunkt zur Herzdruckmassage gesetzt wird,
ist ein diskusförmiger Handgriff montiert. Dieser wird vom Helfer nach oben gezogen



Herzdruck_ResQPOD_00001046
ResQPOD®: Wird Cardio Pump® mit einem Atemwegsventil kombiniert, das ein passives
Einströmen von Luft in die Ate9mwege während der Dekompressionsphase verhindert,
lässt sich der koronare Blutfluss unter ACD-CPR noch steigern


Herzdruck_Lucas2_00001046
LUCAS®2: Das Gerät wurde entwickelt, um Kompressionen gemäß der ERC- und
AHA-Leitlinien durchzuführen. Der Patient wird dabei mit der richtigen Frequenz
und Tiefe reanimiert