Wie funktioniert eine Herz-Lungen-Maschine?

Das Herz und die Lunge sind zwei der wichtigsten Organe des menschlichen Körpers. Ohne sie kann man nicht überleben. Die Herz-Lungen-Maschine übernimmt ihre Funktion während Operationen und hält den Körper so am Leben. Wie funktioniert die HLM?

Lebenswichtiger Kreislauf

Das Herz hat die Aufgabe das Blut durch den Körper zu pumpen. So werden alle Körperregionen mit sauerstoffreichem Blut versorgt. Das verbrauchte, sauerstoffarme Blut muss wieder mit Sauerstoff angereichert werden. Das geschieht in der Lunge, die die Blutkörperchen mit den eingeatmeten Sauerstoff aus der Luft bepackt.

Wenn man am offenen Herzen operiert, wird der Körper nicht ausreichend mit Blut versorgt.

Ohne die Lunge kann das Blut nicht angereichert werden, und ohne das Herz wird es nicht transportiert. Bei Herzoperationen muss das Herz vorübergehend ausgeschaltet werden, damit man daran arbeiten kann. In dieser Zeit kann also kein Blut zur Lunge gelangen und mit Sauerstoff aufbereitet werden. Man muss die Funktion der beiden Organe also ersetzen, solange die OP dauert.

Was ist eine Herz-Lungen-Maschine?

Die Herz-Lungen-Maschine (HLM) kann für die Dauer einer Operation die Funktion von Herz und Lunge übernehmen. Wenn sie an den Blutkreislauf angeschlossen wird, pumpt sie das Blut aus dem Körper und reichert es mit Sauerstoff an. Danach wird es wieder in den Körper zurück geleitet. So kann der Patient die OP überleben, obwohl seine wichtigsten Organe vorübergehend nicht arbeiten.

Eine Herz-Lungen-Maschine der ersten Stunde von 1955.

Wer erfand die HLM?

Doch bevor man über die HLM nachdenken konnte, brauchte man eine Reihe von Voraussetzungen. 1916 entdeckte Jay McLean den körpereigenen Stoff Heparin. Er verhindert die Gerinnung des Blutes. Ohne diesen Stoff würde das Blut in den Schläuchen der HLM gerinnen und verstopfen. Außerdem benötigt man die 1934 erfundene Rollpumpe, um das Blut aus dem Körper zu befördern.

John Gibbon Jr. gelang es 1937 das Blut aus einem Menschen heraus- und angereichert wieder hineinzuführen. Am 5. April 1951 führte Clarence Dennis in den USA die erste Herzoperation mit Herz-Lungen-Maschine durch. Doch der Patient verstarb. Die erste erfolgreiche OP mit HLM gelang wiederum John Gibbon Jr. am 6. Mai 1953 mit einem Gerät der Firma IBM.

Der Sauerstoff aus dem Inneren der Membran wird mit dem CO2 aus dem Blut (rot) ausgetauscht.

Wie wird das Blut mit Sauerstoff angereichert?

Nachdem das Blut mithilfe der Rollpumpe aus dem Körper heraus gepumpt wurde, wird es über ein Schlauchsystem dem Oxygenator zugeführt. Dazu wird eine Membran aus dünnen Hohlfasern verwendet, die gasdurchlässig ist, aber keinen Flüssigkeiten Durchlass gewährt. In den Hohlfasern befindet sich Sauerstoff. Wenn nun das sauerstoffarme Blut aus dem Körper an der Außenseite der Fasern vorbei fließt, findet ein Austausch von Gasen statt.

Kohlendioxid aus dem Blut wird abgegeben, während der Sauerstoff aus dem Inneren vom Blut aufgenommen wird. Der Austausch passiert über winzige Poren, die nur die kleinen Gasteilchen passieren lassen. Die Blutmoleküle sind zu groß, als dass sie hindurch passen könnten. Nun kann das Blut wieder in den Körper zurückgeleitet werden.

Herz-Lungen-Maschinen von heute haben viele Regulatoren und Überwachungssensoren.

HLM heute

Heutzutage sind Herz-Lungen-Maschinen natürlich sehr viel moderner, effizienter und sicherer als die Modelle der ersten Stunde. Am Prinzip hat sich aber nur wenig geändert. Heute kann man mit einer Reihe von Regulatoren genau einstellen, wie viel Blut mit wie viel Sauerstoff angereichert wird. Außerdem wird ständig kontrolliert, wie es dem Patient geht, damit man richtig reagieren kann und so die Operation bestmöglichst verläuft.

Falls Dich dein Körper und seine Gesunderhaltung interessieren, dann wirf doch auch mal einen Blick in unseren WAS IST WAS-Band 50: Der menschliche Körper oder in unseren WAS IST WAS-Band 66: Die Geschichte der Medizin

04.04.2011 // Text: Jan Wrede; Bilder: Vorschau: Brian Wowk/Alcor Life Extension Foundation (cc-by-sa 2.5), OP: National Institute of Health (pd), Alte HLM: Geni (GNU 1.2, cc-by-sa 1.0, 2.0, 2.5, 3.0), Neue HLM: Jörg Schulze (GNU 1.2, cc-by-sa 1.0, 2.0, 2.5, 3.0), Grafik: eigene Arbeit (pd)

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