50 Jahre Herzschrittmacher – Vom elektrischen Wiederbelebungsstuhl zum modernen ICD

Mittwoch, 8. Oktober 2008

Hannover – Nach Auskunft der Deutschen Herzstiftung werden in Deutschland pro Jahr mehr als 65.000 Herzschrittmacher implantiert, Tendenz steigend. Die erste Operation erfolgte am 8. Oktober 1958, vor genau 50 Jahren, in Schweden.

Die Idee, die Herzaktionen mithilfe elektrischer Ströme zu beeinflussen, ist wesentlich älter. Im Jahr 1788 schlug der Mediziner Charles Kite vor, Tote mithilfe von elektrischen Stromimpulsen aus einer Leydenschen Flasche wiederzubeleben. Das will das Mitglied der Royal Human Society of London auch bei einem Kind erfolgreich praktiziert haben, was aber aus heutiger Sicht wohl eher in den Bereich der Fiktion fällt. Immerhin hat Kite die Idee eines Kardioverters-Defibrillators vorweggenommen (auch wenn er von den physiologischen Grundlagen nichts wusste). Später entwickelt ein gewisser Doktor deSanctis sogar einen elektrischen Wiederbelebungsstuhl.  

Elektrischer Wiederbelebungsstuhl

Zur gleichen Zeit schrieb Mary Shelly die Novelle Frankenstein (1818). Die Begeisterung der Romantik für elektrische Phänomene blieb jedoch ohne jeglichen medizinischen Nutzen. Die Geschichte des modernen Herzschrittmachers begann in den 1920er-Jahren, als der australische Anästhesiologe Mark Lidwell und der amerikanische Physiologe Albert Hyman unabhängig von einander die ersten externen Herzschrittmacher konstruierten.

Beide Geräte applizierten die Stromstöße über eine in die Herzkammer gestochene Nadel. Lidwell berichtete 1929 auf einem Kongress über die erste erfolgreiche Wiederbelebung eines tot geborenen Kindes – was man glauben mag oder nicht. Von Hyman stammt die Bezeichnung „pacemaker“ für Herzschrittmacher.

Der Strom seines 1932 entwickelten externen Herzschrittmachers wurde anfangs noch durch einen per Kurbel gestarteten Motor erzeugt. Aber auch die batteriegetriebene Version wollte niemand produzieren, bis schließlich eine deutsche Firma Siemens-Halske über ihre US-Tochter Adlano den „Hymanotor“ einführte, den „Self-Starter for Dead Man’s Heart“, wie es in einem Pressebericht hieß. 
 

Pressebericht über den Hymynotor

Diese beiden Prototypen waren noch Defibrillatoren. Die ersten Herzschrittmacher im engeren Sinne wurden nach dem Krieg entwickelt. Der PM-65 des Bostoner Kardiologen Paul Zoll (1952) enthielt ein EKG-Gerät, das die Abgabe der Impulse steuerte. PM-65 war zugleich der erste Herzschrittmacher, mit welchem sich der Patient frei bewegen konnte, allerdings nur so weit wie die Verlängerungskabel reichten und die über die Haut applizierten Stromstöße wurden von dem Patienten als schmerzhaft empfunden. 

Herzschrittmacher P-65

Den ersten tragbaren Herzschrittmacher, dessen Elektroden transkutan zum Herzen geführt wurden, entwickelte der US-Ingenieur Earl Bakken, der Mitgründer von Medtronic, dem noch heute weltweit führenden Hersteller. Dieser Schrittmacher erlaubte dem Patienten eine freie Beweglichkeit: Er wurde an einer Halskette getragen und hatte vorne zwei Schalter, mit denen sich die gewünschte Herzfrequenz einstellen ließ. 

Erster externer Herzschrittmacher von Medtronic

Den ersten vollständig implantierbaren Herzschrittmacher entwickelt der schwedische Arzt und Ingenieur Rune Elmqvist. Der Schrittmacher wurde am 8. Oktober 1958, also vor genau 50 Jahren, von dem Chirurgen Åke Senning an der Karolinska Universitätsklinik in Solna dem Patienten Arne Larsson implantiert. Der Patienten litt infolge eines kompletten Schenkelblocks an bis zu 20 bis 30 Adams-Stokes-Anfällen pro Tag. 

Der erste Schrittmacher-Patient mit dem ersten Herzschrittmacher

Um unnötige Publizität zu vermeiden, erfolgte die Operation am Abend des 8. Oktober Über eine linksseitige Thorakotomie wurden zwei Elektroden mit Nähten am Herzmuskel befestigt. Sie wurden durch einen Tunnel zum Implantationsort des Schrittmachers unter der Abdominalwand geführt. Der Schrittmacher funktionierte nur wenige Stunden. Am nächsten Morgen musste er gegen ein zweites Gerät ausgetauscht werden, das nach wenigen Tagen ebenfalls versagte. Doch der Patient überlebte. Bis zu seinem Tod im Jahr 2001 im Alter von 86 Jahren erhielt Larsson 26 Herzschrittmacher. 

Der erste Herzschrittmacher applizierte Impulse von zwei Volt bei einer Pulsdauer von 1,5 ms. Die Frequenz war auf eine Rate von 70 bis 80 pro Minute eingestellt. Den Energieverbrauch konnte Elmqvist dadurch minimieren, dass er einen der ersten Siliziumtransistoren verwendete, die nach Schweden gelangten.

Sie waren effizienter als die älteren Transistoren aus Germanium. Die Entwicklung der Transistoren war überhaupt eine wichtige technische Voraussetzung für einen implantierbaren Herzschrittmacher, der mit Röhren sicherlich nicht vorstellbar gewesen wäre. Dabei war der Schaltkreis noch relativ einfach. Elmqvist kam mit zwei Transistoren aus, um einen regelmäßig wiederholten Impuls zu generieren.  

Elektrischer Schaltkreis

Der zweite kritische Bestandteil war die Batterie, besser der Akkumulator. Denn die beiden 60 mAh-Zellen des ersten implantierten Herzschrittmachers waren wiederaufladbar. Elmqvist hatte sich für Nickel-Cadmium Zellen entschieden, die anders als die Ruben-Mallory-Zellen aus Zink und Quecksilberoxid kein Gas freisetzten. Die Batterien wurden durch magnetische Induktion über eine im Schrittmacher implantierte Antenne geladen. Dazu wurde dem Patienten einmal pro Woche für jeweils zwölf Stunden eine 25 cm lange flexible Spule auf das Abdomen geklebt. 

In vielerlei Beziehung haben es die heutigen Patienten leichter. So kann auf eine Thorakotomie verzichtet werden, seit Lagergren 1962 die Elektroden erstmals transvenös verlegte. Auch technisch sind die heutigen Schrittmacher wesentlich ausgereifter: Im Jahr 1965 wurde der Bedarfs-Schrittmacher (VVI) durch Castellanos eingeführt, 1967 folgte die Einführung des Vorhofschrittmachers (AAI), 1971 die Einführung des AV-sequenziell stimulierenden Schrittmachers (DVI) durch Berkovits, 1978 die Einführung des AV-universellen Zweikammerschrittmachers (DDD) durch Funke.

Seit den 1980er-Jahren gibt es sensorgesteuerte Schrittmacher und in den 1990er-Jahren verbesserte die Einführung der kardialen Resynchronisationstherapie (CRT) die Prognose vieler Patienten mit Herzinsuffizienz. Im weitesten Sinne zu den Herzschrittmachern zählen auch die Implantierbaren Kardioverter-Defibrillatoren (ICD), die nicht nur den Herzschlag steuern, sondern im Fall eines Kammerflimmerns einen stärkeren Impuls abgeben, der den plötzlichen Herztod abwendet.

Der erste ICD wurde bereits 1980 (noch mit Thorakotomie) implantiert. Seit einigen Jahren haben sich ICD (mit transvenös implantierter Elektrode) zunehmend als Alternative zur medikamentösen antiarrhythmischen Therapie bei Patienten mit drohendem plötzlichen Herztod etabliert.

Während der 1958 implantierte Herzschrittmacher noch stattliche Ausmaße hatte, ist der kleinste Schrittmacher für Erwachsene nur noch so groß wie eine Zwei-Euro-Münze (für Kinder sogar nur wie ein Ein-Euro-Stück). Die Batterien halten zwischen fünf und zehn Jahren. Der Trend geht nach Einschätzung der Deutschen Herzstiftung weiter in Richtung noch kleinerer und intelligenterer Geräte sowie einer längeren Batterie-Haltbarkeit.

Moderne Geräte könnten durch geeignete Sensoren verschiedenste physiologische Parameter im Organismus messen und sich dabei binnen Sekunden auf die jeweilige Körpersituation einstellen. Hinzu kämen die wachsenden Möglichkeiten der Telemedizin.

Moderne Schrittmacher können die Daten zur Herzsituation des Patienten - bei Bedarf sogar automatisch - über Handy an den behandelnden Kardiologen weiterleiten. Patienten könnte dadurch die Anreise und die Wartezeiten zu den Routineüberprüfungen erspart werden. Spätestens beim Austausch der Batterie dürfte aber auch in Zukunft noch ein Arzt-Patienten-Kontakt erforderlich bleiben. © rme/aerzteblatt.de