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15.07.2017 | Ischämische Herzerkrankungen/Koronare Herzkrankheit, KHK | Nachrichten

Interventionlogie

Die Geschichte der Rotablation

Autor:
Prof. Dr. Raimund Erbel

Fortschritte und Rückschläge haben die Entwicklung der Rotablation begleitet. Bis diese Methode der Kalkabtragung in koronaren Stenosen erfolgreich wurde, war es ein mühsamer Weg, z. B. musste das Problem von Mikrokavitationen überwunden werden.

Die PTCA (perkutane transluminale Koronarangioplastie) hat neben der Gefahr eines akuten/subakuten Gefäßverschlusses den entscheidenden Nachteil, dass Restenosen in einer Größenordnung von 30–50% auftreten. Dies rief viele Wissenschaftler auf den Plan, die der Meinung waren, dass alternative Methoden zur Ballondilatation entwickelt werden müssten, um den Nachteil der PTCA zu reduzieren.

Schon Andreas Grüntzig hatte überlegt, ob nicht die Laser- oder Rotationsangioplastie genutzt werden sollten, aber diese Ansätze nicht weiter verfolgt. David Auth, Professor für Physik in Seattle, wurde mit der PTCA konfrontiert, als sein Bruder als einer der ersten Patienten in den USA eine PTCA erhielt. Als Techniker und Ingenieur war ihm bewusst, dass die PTCA nicht, wie Grüntzig zunächst suggerierte, zu einer Plaquekompression führen konnte, sondern dass plastische Gefäßverformungen auftreten mussten, um die elastischen Rückstellkräfte zu überwinden. Ihm war klar, dass aufgrund des Prinzips der schneidenden Messer nur ein Mikromesser, das ein rotierendes System darstellen könnte, in der Lage war, Kalk abzutragen.

Erfindung des Rotablators

Er verglich damals das Prinzip mit dem Makromesser, mit einer Schere, die ein Blatt oder ein Tuch durchschneidet, aber nicht in der Lage ist, Kalk abzutragen, während ein hochfrequent rotierendes System ein elastisches und weiches Gewebe nicht verletzt, aber Kalk wie Knochen und Eierschalen nach dem Prinzip des Mikromessers abfräst. Dabei war das Prinzip der hochfrequenten Rotation in der Zahnmedizin schon lange bekannt. Auth entwickelte den „Rotablator“ (Heart Technology, Seattle, USA).

Über Draht geführte Metallköpfe, die mit Kunstdiamanten von 30–50 µm Durchmesser besetzt waren, wurden über eine Welle von außen mit bis zu 180.000 U/min rotiert; das ganze System wurde pneumatisch angetrieben. Die Patientensicherheit stand für Auth ganz im Vordergrund, daher gab es im System keine elektrischen Verbindungen; der Antrieb erfolgte hydraulisch, die Rotationskontrolle fiberoptisch.

Frühzeitig unternahmen wir in Mainz alle Anstrengungen, um möglichst rasch die Genehmigung zu bekommen, das System einzusetzen. Dies hatte einen sehr großen Verwaltungsaufwand zur Folge, da nicht eine Firma, sondern ein Wissenschaftler selbst alle bürokratischen Angelegenheiten erledigen musste. Weltweit wäre der erste Einsatz in Mainz möglich gewesen, aber wie für die Stentimplantation wurde auch für die Rotablation der Brand im Gebäude der Chirurgie 1988 zum Problem. Im Herbst 1988 konnten wir nach Errichtung von OP und Intensiv-Container mit O’Neill die ersten Rotablationen durchführen, nachdem auch die Chirurgie in einen Container umgezogen war.

Unerwartete Probleme

Wie so häufig in der interventionellen Kardiologie brachte die Behandlung der ersten Patienten neue, völlig unerwartete Probleme. Die Rotablation einer Stenose des Ramus circumflexus (RCX) war erfolgreich, der Patient entwickelte aber schwerste, morphinresistente Schmerzen, die auf eine lokalisierte Perikarditis mit Ergussbildung zurückgeführt werden konnten, hervorgerufen durch die schnelle Rotablation, da es trotz kontinuierlicher Spülung zu einer Überhitzung mit lokaler Gefäßläsion und Perikarditis gekommen war.

Im Echokardiogramm wurde eine umschriebene Flüssigkeitsansammlung sichtbar. Aus dieser Beobachtung einer umschriebenen Perikardreizung ohne Perforation aber mit schwerer Schmerzsymptomatik entwickelte sich der Hinweis für diejenigen, die die Rotablation nutzten, kurze Phasen der Rotablation zu wählen und darauf zu achten, dass der 1,25, 1,5, 1,75, 2,0 oder 2,5 mm große Kopf immer frei rotiert, die Kochsalzspülung läuft, der Kopf sich nicht in Gefäßwand einer Stenose eindreht und die Durchblutung immer wieder hergestellt wird.

Unmittelbarer AV-Block

Der erste Patient, bei dem eine Stenose der RCA erfolgreich rotabladiert werden konnte, entwickelte mit Start der Rotablation unmittelbar einen AV-Block III°. Dies war völlig überraschend, weil bei der Dilatation einer RCA-Stenose entsprechende Beobachtungen selten und nicht unmittelbar, sondern höchstens im Rahmen einer Ischämie während oder nach der Dilatationsphase beobachtet wurden.

Bei der Suche nach einer Erklärung kam die Echokardiografie zu Hilfe, denn wir hatten während der Rotablation transthorakale echokardiografische Aufnahmen durchgeführt, um wie bei der PTCA zu prüfen, ob und wann myokardiale Ischämien – erkennbar an Wandbewegungsstörungen – auftreten würden. Zu unserer Überraschung stellte sich mit Start der Rotablation eine massive Kontrastierung des Myokards im Echokardiografiebild dar. Die Kontrastierung war so stark, wie wir sie sonst nur durch direkte Kontrastmittelinjektion in die Aorta zur Darstellung des Myokards gesehen hatten.

Starke Myokardkontrastierung

Eine spezielle Hochdruckkammer wurde gebaut, die eine gleichzeitige echokardiografische Untersuchung erlaubte. Frequenzabhängig nahm die Kontrastierung der Flüssigkeit (einer üblichen NaCl-Lösung) zu. Es entwickelten sich Kavitationen, die mit Stopp der Rotablation wieder in Lösung übergingen. Die Bildung des echokardiografisch nachweisbaren Kontrasts konnte vollständig unterdrückt werden, wenn ein Druck von 2,5 bar in der flüssigkeitsgefüllten Kammer aufgebaut wurde.

Bei Verwendung von Blut, das eine stärkere Kontrastierung hervorrief als destilliertes Wasser, bewirkte eine Senkung des Hämatokrits eine Verminderung der Kontrastierung, während andererseits atherosklerotisches Plaquematerial die Kontrastierung noch verstärkte. Ideen zu diesen Experimenten kamen von einem passionierten Taucher, dem das Problem der Kavitationsbildung im Sinne der Caisson-Krankheit bekannt war und der auf die gängigen Praktiken der Vorbereitung eines Tauchganges hinwies. Die hochfrequente Rotationsangioplastie rief also Mikrokavitationen hervor, deren Entstehung Rainer Zotz in vitro durch Überdruck unterdrücken konnte. In einer anschließenden Untersuchung mit einer Hochfrequenzkamera hatte Zotz die Bildung und die Bewegung der Kavitationen gefilmt, die in Wasser 90 ± 33 µm im Durchmesser aufwiesen und eine Geschwindigkeit von 0,6 ± 0,3 m/s entwickelten.

Vorhersehbare Mikrokavitationen

Die mögliche Entwicklung der Mikrokavitationen hätte vorausgesehen werden können, da physikalisch bekannt war, dass ab einer Geschwindigkeit von 14,7 m/s an Grenzflächen im Blut Kavitationen entstehen. Ein 1,25-mm-Bohrkopf erreicht bei 180.0000 U/min schnell diese Grenzgeschwindigkeit an der Oberfläche des mit Diamanten besetzten Bohrkopfs.

Auth war ob dieser Informationen völlig überrascht, er nahm einen Bohrkopf, steckte ihn ins Wasser und bemerkte zu mir gewandt: „Siehst du Bläschen?“ „Nein“. Er konnte sie nicht sehen, weil sich Mikrokavitationen bilden, die im Echokardiogramm als myokardialer Kontrast sichtbar und für Nebenwirkungen der Rotablation, wie akute AV-Blockierungen verantwortlich sind. Sie sind aber so klein, dass sie im normalen Wasserbad mit bloßem Auge nicht sichtbar werden.

Restenoserate nicht reduziert

Viele Kardiologen haben später Schrittmacher routinemäßig genutzt, um eine mögliche, durch den Rotablator verursachte passagere AV-Blockierung zu vermeiden. Die Gabe von Flüssigkeit und die Prämedikation mit Atropin waren aber für uns meistens ausreichend.

Die Hochfrequenzrotablation war aber, wie viele andere abladierende Methoden (Atherektomie, Laserangioplastie) auch, nicht in der Lage, die Restenoserate der PTCA zu reduzieren, weil letztlich der hervorgerufene Endothel- und Intimaschaden wesentlich ausgedehnter als bei der PTCA war und zu einer überschießenden Neointimabildung führte, vor allem bei unsachgemäßer ausgedehnter Bewegung des Rotablators im Koronargefäß, anstatt einer Stenose-orientierten Ablation.

Literatur