Extrakorporale Stoßwellentherapie der Urolithiasis

Die extrakorporale Stoßwellenlithotripsie (ESWL) ist seit 1985 ein etabliertes Therapieverfahren der Urolithiasis (Chaussy et al. 1980; Fuchs et al. 1985). Ausgehend vom Dornier HM3 hat die Entwicklung neuer Lithotriptoren mehrere Phasen durchlaufen, wobei zunächst auf alternative Stoßwellenquellen und die Integration in multifunktionelle urologische Röntgenarbeitsplätze Wert gelegt wurde (Rassweiler et al. 2005). In jüngster Zeit bestehen zunehmend Zweifel an der Effektivität des Verfahrens im Vergleich zu endoskopischen Techniken (Miernik et al. 2012). Dieser Trend wird auch dadurch unterstützt, dass Harnleitersteine, die meist notfallmäßig mit endourologischen Techniken (Stent, Ureteroskopie) behandelt werden (Knoll et al. 2011), deutlich zunehmen. Die Patienten wünschen bevorzugt die komplette Steinsanierung in einer Sitzung, statt nach mehreren ESWL-Sitzungen auf das Abgehen der Steinfragmente zu warten. In Deutschland kommt hinzu, dass nur noch eine ESWL-Sitzung pro Jahr ambulant abgerechnet werden kann (Knoll et al. 2011). Die deutliche Abnahme der ESWL im Vergleich zu anderen Verfahren betrifft vor allem Nierensteine größer 1 cm und Harnleitersteine (Abb. 1). Jüngere Studien zum Mechanismus der Steindesintegration und der Applikationstechniken der Stoßwelle haben allerdings ein erneutes Umdenken bezüglich des Stellenwerts der ESWL angestoßen (Rassweiler et al. 2011; Tab. 1).

Die ESWL, als technisch leicht zu erlernendes Verfahren, wird in der Klinik häufig vom jüngsten Assistenten ohne vorherige Vermittlung theoretischer Kenntnisse der Stoßwellenphysik durchgeführt. Aus diesem Grunde folgen zunächst Ausführungen zu den physikalischen Grundlagen.

Stoßwellen stellen eine akustische Druckwelle mit kurzer Dauer (<10 μs), steilem Anstieg und hohem Spitzendruck (30–100 MPa) gefolgt von einer Unterdruckwelle dar (Abb. 2). Aus der 3-dimensionalen Verteilung der Druckwelle lassen sich physikalische Parameter wie akustische Energie oder Energiedichte berechnen. Dabei hängt die Steindesintegration von der Stoßwellenenergie ab, während die Gewebeschädigung mit der Energiedichte korreliert.

Prinzipiell muss zunächst zwischen der initialen (binären) Fragmentation des Steins und der darauffolgenden Steindesintegration unterschieden werden (Rassweiler et al. 2011). Die initiale Fragmentation, vergleichbar der Fraktur eines zerbrechlichen Objektes kann als Prozess beschrieben werden, bei dem Bruchlinien auf Grund interner stoßwelleninduzierter Stressfelder entstehen. Die Lokalisation dieser Bruchlinien hängt davon ab, wo im Stein maximale Stresszonen entstehen, die über dem kritischen Berstungswert liegen. Die weitere Desintegration des Konkrements erfolgt durch Wachsen und Zusammenfließen (Koaleszenz) der Bruchlinien unter kontinuierlicher Stoßwellenapplikation, was auch als dynamische Ermüdung bezeichnet wird.

Jüngste Studien zur Steindesintegration belegen die Bedeutung der Fokusgröße: Dadurch werden alle Mechanismen der Steinfragmentation (Druck- und Scherkräfte, quasi-statisches Quetschen, Bersten durch Druckerhöhung im Inneren, Kavitation) im Sinne eines dynamischen Quetschens optimal genutzt (Rassweiler et al. 2013). So ermöglicht nur ein ausreichend großer Fokus das mit dem Nussknacker vergleichbare Quetschen (Abb. 3; Tab. 2).

Drei Verfahren der Stoßwellenerzeugung haben sich klinisch bewährt. Sie unterscheiden sich aber wesentlich in ihren physikalischen Daten (Tab. 3).

Der Erfolg der ESWL hängt ganz entscheidend von der Qualität der Applikation ab (Bhojani und Lingeman 2013). Anders als bei der relativ einfachen Handhabung des Dornier HM3 mit komplettem Wasserbad und aufwändigem, aber komfortablem doppeltem Bildwandlersystem, sind Ankopplung mittels Wasserkissen und Steinortung durch drehenden, meist isozentrischen Röntgen-C-Bogen komplizierter geworden.

Im Wesentlichen muss man zwischen intra-, peri- und postoperativen Komplikationen bzw. Nebenwirkungen unterscheiden. Bezüglich der direkt mit der Stoßwellenapplikation verbundenen Nebenwirkungen sind neben Hautläsionen (Ekchymosen), die je nach Stoßwellenquelle und Qualität der Ankopplung in 5–35 % auftreten können, natürlich das stoßwelleninduzierte Nierentrauma zu nennen (Skolarikos et al. 2006). Selten kann es auch zu einem Milz- oder Leberhämatom kommen (Abb. 13).

Betrachtet man die gerade überarbeiten Leitlinien der EAU (Türk et al. 2012), so ist die ESWL in erster Linie bei folgenden Situationen indiziert:Hierbei kann die computertomografische Messung der Steindichte hilfreich zur Beurteilung der Erfolgsaussichten der ESWL sein: Zwar ist mit der Steindichtemessung außer im Falle von Zystin- und Harnsäuresteinen keine sichere Diagnose der Steinzusammensetzung möglich, aber bei HU (Hounsfield-Unit) kleiner als 970 liegt die Steinfreiheitsrate bei 96 % versus nur 38 % bei HU über 970 (Ouzaid et al. 2012). Wichtig ist aber auch, die Ergebnisse unterschiedlicher Lithotriptoren zu vergleichen.

Jüngste Studien zur Steindesintegration belegen die Bedeutung der Fokusgröße, um alle Mechanismen der primären Fragmentation (Druck- und Scherkräfte, quasi-statische Kompression [Quetschen, Squeezing], Bersten durch Druckerhöhung im Inneren [Spalling], Kavitation) im Sinne einer dynamischen Kompression (Quetschen, Dynamic Squeezing) optimal auszunutzen. So ermöglicht nur ein ausreichend großer Fokus das mit dem Nussknacker vergleichbare Quetschen. Hier könnten die bisher nur in China im klinischen Einsatz befindliche selbstfokussierende elektromagnetische Stoßwellenquelle (Xinin XX-ES), aber auch neuere elektrohydraulische Lithotriptoren (Lithogold 380) interessant werden:Ein vielversprechender Ansatz für die Zukunft der ESWL stellt die „BURST“ Stoßwelle da. Es handelt sich hierbei um drei piezoelektrisch fokussierte Ultraschallwandler, welche mit Frequenzen von 10–100 Hz sinusoidale Pulswellen erzeugen können und so in kürzester Zeit eine verbesserte Steinfragmentierung erreicht werden kann. In einem Schweinemodell konnte bereits eine Fragmentierung der Steine ohne relevante Nierenparenchymläsionen gezeigt werden. Erste klinische Versuche zeigen eine erfolgreiche Steinfragmentierung in einer Sitzung unter 10 Minuten (Harper et al. 2020).

Ein ähnlicher Ansatz verfolgt die elektrohydraulische Hochfrequenz-Stoßwelle, welche durch eine Modifikation des Ladegenerators (Zündkerze) eine schnelle Pulsfolge erzeugt und so Frequenzen von bis zu 100 Hz erreichen kann. Der Unterschied zur BURST Stoßwelle ist vor allem, dass die gleiche Pulsamplitude in schnellerer Abfolge dazu führt, dass die Gesamtdosis schneller appliziert werden kann. Keine sinusoidale Wellen wie bei der BURST. Erste Modellversuche zur Steinfragmentierung zeigen kleinste Fragmente in kürzester Zeit. Ebenso konnte in einem Modell mit der perfundierten Schweineniere keiner relevanten Nierenparenchymläsionen dargestellt werden (Rassweiler et al. 2020).

Es bleibt abzuwarten, ob sich eine dieser neuen Techniken durchsetzt.

Schließlich muss sich die ESWL auch dem veränderten Anforderungsprofil anpassen (Lorber et al. 2010). Hier ist es keinesfalls gegeben, dass die Therapie des Harnleitersteins eine Domäne der Endourologie (DJ-Anlage [Doppel-J-Anlage] und URS) darstellt. Es sind schon erste Ansätze einer Notfall-ESWL publiziert worden. Hier ist der diensthabende Arzt zwar vielleicht etwas länger am Patienten gebunden als bei der DJ-Anlage. Der Aufwand ist aber deutlich geringer (kein Anästhesist, kein Instrumentarium etc.). Somit sollte die Harnleiterschienung nur für Fälle mit möglichen septischen Komplikationen verbleiben.

In diesem Zusammenhang sollte man aber auch betonen, dass die Hersteller sicherlich die multifunktionellen Einsatzmöglichkeit des Lithotriptors, z. B. Lithoskop technisch gut gelöst haben.

Allerdings konnte selbst nach 30 Jahren Entwicklungsarbeit der ideale Lithotriptor noch nicht entwickelt werden. Eigentlich sollte es klar sein, dass ein solches Gerät eine hohe desintegrative Effektivität mit minimalen Nebenwirkungen verbinden sollte. Wichtig ist, dass die ESWL keinesfalls von Assistenzpersonal durchgeführt werden sollte.

Extrakorporale Stoßwellenlithotripsie (ESWL) mit Dornier HM3 sehr erfolgreich, basierend auf:Weiterentwicklung der Lithotriptoren fokussiert folgende Aspekte:Vergrößerung der Apertur des Stoßwellensystems ermöglichte schmerzarme Applikation, führte aber zwangsläufig zur deutlich kleineren Fokusgröße bei deutlich erhöhten Stoßwellendrucken. Nachteilige Entwicklung für die ESWL:Qualität der endoskopischen Instrumente entscheidend verbessert. Für jungen Assistenzarzt attraktiver, URS durchzuführen als ESWL. ESWL trotzdem verantwortungsvolle Behandlungsalternative für Patienten, wenn instrumentelle Therapie erspart werden soll.

Applikationsparameter von Bedeutung:Häufig behauptet, dass Desintegrations- und Steinfreiheitsrate des Dornier HM3 unübertroffen ist; tatsächlich durch Einsatz des Wasserkissens etwa 15 % der Stoßwellenenergie absorbiert, aber entscheidender korrekte Ankopplung. Bei exakter Ausführung, können mit elektromagnetischen Stoßwellenquellen praktisch identische Ergebnisse gemessen am Effizienzquotienten EQ zum HM3 erzielt werden. Patienten kann mit >90 %iger Sicherheit garantiert werden, dass Fragmente komplikationslos, ohne Koliken abgehen.

Zahl der Wiederbehandlungen hat trotz „verbesserter“ Stoßwellenquellen zu genommen (von 6–14 % auf 11–36 %). Kleine Fokusgrößen mit entsprechend hohen Stoßwellendrucken sind problematisch:Jüngste Studien zur Steindesintegration belegen Bedeutung der Fokusgröße, um alle Mechanismen der primären Fragmentation (Druck- und Scherkräfte, quasi-statisches Quetschen, Bersten durch Druckerhöhung im Inneren, Kavitation) im Sinne eines dynamischen Quetschens optimal auszunutzen. Nur ausreichend großer Fokus ermöglicht das mit dem Nussknacker vergleichbare Quetschen.

Perspektiven der ESWL:ESWL sollte keinesfalls von Assistenzpersonal durchgeführt werden: hoch technisiertes Verfahren, das physikalisches Basiswissen erfordert und integraler Bestandteil des urologischen Curriculums bleiben muss!