Lithotripter

Mit Stoßwellen gegen Nierensteine

Von Gerold Lingnau
29.09.2011
, 18:00
Nierensteinbildung als eine der häufigsten Krankheiten einen großen Teil ihres Schreckens verloren - auch dank dem Lithotripter
Nierensteinbildung als eine der häufigsten Krankheiten hat an Schrecken verloren: Dank hoher Impulszahl und geringer Energiedichte ist heute eine anästhesiefreie Behandlung möglich. Der von Dornier entwickelte Lithotripter ist 30 Jahre alt.
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Wer an Nieren- oder Harnleitersteinen leidet, muss heute meist nicht mehr operiert werden. Den unerwünschten Ablagerungen kann man von außen her beikommen. Dazu hat die sogenannte extrakorporale Stoßwellentherapie oder Lithotripsie verholfen, die jetzt seit 30 Jahren in Gebrauch ist. Der Anstoß für diese Innovation ging von der Luftfahrt aus. Dort beobachtete man bei der Einführung des Kampfjets Starfighter Beschädigungen der Flugzeugstruktur, wenn er im Überschallbereich durch Regen flog. Der Tropfenschlag erzeugt eine Stoßwelle, die nicht nur an der getroffenen Stelle Schäden verursacht, sondern auch weiter innerhalb des Materials. Das Militär interessierte sich aber auch für die Wirkung von Stoßwellen auf ihrem Weg durch Muskel-, Fett- und Bindegewebe. Dabei zeigte sich, dass dort keine sichtbaren Verletzungen hervorgerufen werden - außer an Grenzflächen mit hohen akustischen Impedanzen (Widerständen).

1971 wurde die Idee, Nierensteine mit Stoßwellen zu zertrümmern, auf einem Symposion der Deutschen Physikalischen Gesellschaft mit ersten Versuchsergebnissen unterfüttert. 1974 begannen dann, mit viel Geld des Bundesministeriums für Forschung und Technologie, umfangreiche Untersuchungen einer interdisziplinären Arbeitsgruppe der Universitätskliniken München und des Flugzeugherstellers Dornier GmbH. Bald wurde der Funkendurchschlag im Wasser als Methode der Wahl für die Erzeugung von Stoßwellen zur medizinischen Anwendung erkannt. Wasser eignet sich als Übertragungsmedium deshalb so gut, weil es fast die gleichen akustischen Eigenschaften wie menschliches Gewebe hat. So treten praktisch keine schädlichen Reflexionen an der Einkoppelstelle der Stoßwelle in den Körper auf. Unter Wasser lassen sich mit Funkenentladungen aus Hochspannungs-Kondensatoren leicht Stoßwellen erzeugen, die sich kugelförmig ausbreiten. Um sie auf ihr Ziel auszurichten, plaziert man die Funkenstrecke in einem Brennpunkt eines metallenen Halbellipsoids, während sich der zu zertrümmernde Stein im zweiten Brennpunkt befindet. Auf ihn konzentriert sich dann die Stoßwellenenergie, der Stein wird in sandkorngroße Teile zerlegt. Die Dauer der Stoßwellen beträgt dabei wenige millionstel Sekunden, ihre Druckamplituden reichen bis in den Megapascal-Bereich (eine Million Pascal sind 1000 Kilonewton je Quadratmeter).

Noch ein weiter Weg

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Bis zur Anwendung am menschlichen Körper mussten noch viele Details geklärt werden. So meinte man anfangs, Steine mit einem einzigen Impuls zerstören zu können, und bemühte sich um das Erreichen entsprechender Energien. Untersuchungen des Zertrümmerungsvorgangs bei Steinen unterschiedlicher Zusammensetzung ergaben neue Erkenntnisse. Die Kondensatoren, die mechanisch anfälligen Elektroden und die piezoelektrische Druckmesstechnik mussten optimiert, der Zusammenhang zwischen Kondensatorkapazität und Stoßwellenintensität studiert werden. Zur optimalen Auslegung der Stoßwellenapparatur gehörte die präzise Ortung der Steine, für die man den nicht belastenden Ultraschall favorisierte; dessen Genauigkeit war aber nicht zufriedenstellend. Das galt auch für die herkömmliche Röntgentechnik. Sie konnte aber den Anforderungen angepasst werden und wird bis heute verwendet. Die Forschungsergebnisse führten zu einer praxisnäheren Konfiguration: 50 bis 300 Stoßwellen im Sekundentakt, mit geringer Energie (bis 0,02 Millijoule) und einer Geschwindigkeit von 0,4 Meter je Sekunde, zerlegen die Steine feiner als ein starker Impuls und belasten die Niere weit weniger.

So entstand der erste Lithotripter, HM1 mit Namen, für den Einsatz im Institut für Chirurgische Forschung des Münchner Klinikums Großhadern. Die ersten "echten" Behandlungen gelangen von Februar 1980 an, zunächst unter Vollnarkose, doch bald mit der weniger belastenden lokalen Betäubung im Rückenmark (Periduralanästhesie). Je nach Steingröße wurden 500 bis 1500 Stoßwellen ausgelöst, nach jeweils 50 bis 100 wurde der Fortschritt der Zertrümmerung geprüft. Anfangs dauerte der komplette Vorgang etwa 90 Minuten, das konnte dank haltbarerer Unterwasserelektroden auf 30 bis 45 Minuten reduziert werden. Ortung und Zwischenkontrollen erforderten jeweils 60 bis 90 Sekunden Röntgenexposition. Der HM1 kam auf insgesamt 221 Lithotripsien an 206 Patienten. Es wurden keine gravierenden Beschwerden nach der Behandlung oder durch den Abgang der Steinreste beobachtet. Der HM2 brachte Verbesserungen bei der röntgenologischen Bildqualität im Wasserbad, die Strahlenintensität konnte generell verringert werden. Das erste Seriengerät aus der Fertigung von Dornier, der von 1983 an eingesetzte HM3 zum Stückpreis von rund zwei Millionen Euro, hatte dann eine Behandlungstiefe von 13 Zentimeter und eine Schalldämmung, die den Knall beim Erzeugen der Wellen erträglicher machte.

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Krankheit hat an Schrecken verloren

1985 wurde das Gerät in den Vereinigten Staaten zugelassen und hat sich schnell in der ganzen Welt verbreitet. Die Behandlungsstrategien wurden in den folgenden Jahren bis heute weiter verbessert, die Stoßwellenzahl präziser der Steingröße angepasst, neue Anästhesieverfahren angewendet. Es wurde erkannt, dass die Kavitation (Bildung und Implosion von Dampfblasen) im Stoßwellenpfad zu Nebenwirkungen beim Patienten (Nierenhämatomen) führen kann; sie gilt es zu unterdrücken. Geräte der zweiten Generation kamen Ende der 1980er Jahre auf den Markt, neben die elektrohydraulische Erzeugung der Stoßwellen traten die elektromagnetische und piezoelektrische, die "Badewanne" beim HM3 wurde durch ein Wasserkissen ersetzt und die Ultraschallortung mit verbesserten Verfahren reaktiviert. Als größter Fortschritt wurde später die anästhesiefreie Behandlung erreicht, dank höherer Impulszahl mit geringerer Energie.

Heute sind auf der Welt mehr als 5000 Lithotripter im Einsatz, mit denen jährlich weit über eine Million Behandlungen ausgeführt werden. So hat die Nierensteinbildung als eine der häufigsten Krankheiten einen großen Teil ihres Schreckens verloren. Der Lithotripter, eine Innovation, die durchaus einen medizinischen Nobelpreis verdient hätte, wurde in Deutschland - wie schon zuvor die Dialysegeräte - vom Kuratorium für Heimdialyse in Neu-Isenburg auf den Weg gebracht und hat seither vielen Menschen Schmerzen, Folgeschäden und Operationsrisiken erspart.

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Quelle: F.A.Z.
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