Welche Auswirkungen haben Herzeingriffe auf das Gehirn?

Forschungsprojekt: Schonendere Herzoperationen bei Kindern

Foto Herzoperation

In Deutschland kommen jährlich etwa 6.000 Kinder mit angeborenen Herzfehlern zur Welt. Noch vor wenigen Jahrzehnten bedeutete dies oft den Tod. Heute kann die moderne Herzchirurgie vielen dieser Kinder das Leben retten.

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Eine Operation am offenen Herzen bleibt jedoch ein risikoreicher Eingriff: Die Funktion des Herzens muss von einer Herz-Lungen-Maschine übernommen, das Herz selbst für einige Zeit zum kompletten Stillstand gebracht werden.

Körper wird auf 16°C heruntergekühlt

Während solcher Eingriffe wird der Körper der kleinen Patienten auf bis zu 16°C herunter gekühlt: Der Stoffwechsel wird drastisch verringert, der Sauerstoffbedarf des Körpers und seiner Organe sinkt. Dadurch wird nicht nur das Herz selbst während seines Stillstandes geschützt, sondern auch die anderen Organe: Denn auch modernste Herz-Lungen-Maschinen können die Funktion des Herzens, also den Körper mit sauerstoffreichem Blut zu versorgen, nicht perfekt ersetzen.

Welche Auswirkungen hat die Kühlung auf das Gehirn?

Daher kann eine Operation am offenen Herzen zu Schäden des Gehirns führen. Zeichen der motorischen Entwicklungsverzögerung und Konzentrationsschwäche in der Schule sind langfristige Folgen von neurologischen Schäden, die während komplexer Eingriffe am offenen Herzen der Kinder auftreten können. Da die frühoperierten kinderkardiologischen Patienten mit den Jahren älter werden, werden diese Folgeschäden für die Lebensqualität und Therapiemöglichkeiten immer bedeutsamer.

Wirkmechanismus noch weitgehend unerforscht

Unterkühlung (Hypothermie) ist das älteste und wichtigste Verfahren zum Schutz der Organe während der Operation am offenen Herzen. Der genaue Wirkmechanismus auf zellulärer Ebene ist bis heute unklar.

Wegen der in langen Nachuntersuchungen aufgefallenen Folgeschäden ist es wichtig, den noch weitgehend unerforschten Wirkmechanismus der Unterkühlung während der herzchirurgischen Eingriffe zu verstehen. Dazu sollen Gehirnzellen in einem hohlfaserbasierten Bioreaktorsystem, dem SlideReactor, untersucht werden. Der Aufbau dieses Bioreaktors ermöglicht die kontinuierliche Versorgung der Zellen mit sauerstoffhaltigem Nährmedium unter kontrollierten Bedingungen sowie die mikroskopische Beurteilung der Zellen durch das Erstellen von Echtzeit- und Zeitraffervideos während Phasen der Kühlung. Nach Etablierung eines dynamischen Zeit-Temperatur-Protokolls sollen folgende Fragestellungen in einem SlideReactor in Analogie zu den Perfusionsbedingungen der Herz-Lungen-Maschine an Gehirnzellen von Neugeborenen bearbeitet werden:

  • Was genau passiert während des Eingriffs am offenen Herzen in den Zellen des Gehirns?
  • Welche Veränderungen im Zellstoffwechsel werden durch die Unterkühlung hervorgerufen?
  • Sind Mechanismen oder Behandlungsstrategien mit Hilfe des SlideReactors ausfindig zu machen, die unreife Gehirnzellen während Phasen der mangelhaften Durchblutung schützen?
  • Welche Wirkstoffe können eventuell dazu beitragen, den Schaden an den Gehirnzellen so gering wie möglich zu halten?

Diese Forschung soll nicht nur klinisch, sondern auch auf zellulärer Ebene genauer beleuchtet werden. Nur so ist ein effektiver Schutz zu erzielen, damit auch unsere kleinen Patienten und ihre Familien trotz der schlimmen Diagnose eines schweren angeborenen Herzfehlers ein lebenswertes Leben führen können.

Dr. med. Katharina Schmitt

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