Geschichtliche Entwicklung der arteriellen Gefäßchirurgie

Die Geburtsstunde der Gefäßchirurgie schlug mit dem ersten Versuch, ein blutendes Gefäß zu beherrschen. Die erste schriftliche Erwähnung einer Gefäßversorgung findet sich in der „Samhita“, dem chirurgischen Lehrbuch des Sushrata (Veith 1961). Sushruta lebte in Indien zirka 700 v. Chr. und gilt als „Vater der Chirurgie“. In seinem Werk beschrieb er die Verwendung von Hanf-Fäden zur Ligatur von Blutgefäßen sowie die Applikation des Brenneisens und von kochendem Öl, um Blutungen zu behandeln. Er gab auch präzise Anleitungen zu Amputationen (Friedman 2005).

Ein weiterer erwähnenswerter Therapeut der Antike war Galen („Clarissimus“), der im 2. Jahrhundert n. Chr. lebte und der neben Hippokrates als wichtigster Arzt der Antike gilt (Abb. 1). Nach seinem Studium in Pergamon wirkte er in Rom und war dort 158–161 als Chirurg der Gladiatoren tätig. Hier konnte er regelmäßig die Kunst der Blutstillung anwenden. Galen erkannte den Unterschied zwischen venösen und arteriellen Blutungen und therapierte diese differenziert: Während er venöse Hämorrhagien mit blutstillenden Mitteln behandelte, wurden arterielle Blutungen ligiert. Er benutzte leinene Fäden, Seide oder Darmsaiten (Köhler 1901). In den Lehrbüchern findet sich heute vor allem seine Lehre der Humoralpathologie („Säftelehre“). Als wesentlicher therapeutischer Bestandteil war die Evakuation und damit auch die Venae sectio anzusehen.

Antyllos, ein griechischer Arzt, über dessen Leben leider fast nichts bekannt ist, lebte vermutlich zwischen dem späten ersten und der Mitte des 4. Jahrhundert n. Chr. Seinen Ruhm erlangte er u. a. durch die Beschreibung und Behandlung der Aneurysmen: Er unterschied bereits echte („Erweiterungsaneurysma“) von falschen Aneurysmen („Aderrissaneurysma“) (Domes 2001). Mit der „Antyllos-Operation“, die in einer proximalen und distalen Ligatur samt Ausräumung des Aneurysmasackes bestand (Sachs 2000) (Abb. 2), war er seiner Zeit weit voraus. Erst Rudolph Matas wandte dieses Prinzip über 1500 Jahre später (1888) wieder an.

Als erfolgreiche Heiler waren auch die Zwillingsbrüder St. Cosmas und St. Damian bekannt. Sie wurden um 260 in Syrien geboren und behandelten viele Kranke kostenlos. Auf diese Weise bekehrten sie zahlreiche Ungläubige zum Christentum; sie starben als Märtyrer 303 in Kilikien (heutige Türkei). Berühmt ist die Legende vom Wunder von St. Damian und St. Cosmas (Zimmer 2001): Der Diakon der ihnen geweihten Kirche in Rom hatte Krebs im Bein und wurde bewusstlos. Die beiden Heiligen ersetzten das kranken Bein durch das eines frisch verstorbenen Mohren (Abb. 3). Demnach wären die beiden Brüder die ersten, die eine Gefäßanastomose bewerkstelligten und ganz nebenbei die Transplantationschirurgie begründeten.

Zwischen 303 und 1552 bestand die Gefäßchirurgie nur aus der möglichst raschen Amputation einer Extremität unter nachfolgender Anwendung des Brenneisens. Neue Behandlungsmethoden wurden erst durch Ambroise Paré (1510–1590) eingeführt. Als Militärarzt kümmerte er sich um Verletzungen durch die neuartigen Feuerwaffen und musste oft amputieren. Die Wunden kauterisierte man damals mit Brenneisen oder siedendem Öl; Paré verwendete einen verträglicheren Wundverband mit einer Mixtur aus Eidotter, Rosenöl und Terpentin. Er gilt als Erfinder der Gefäßligatur, die er 1552 bei Amputationen einführte (Köhler 1901), [Hach 2004]. Außerdem entwickelte er eine Gefäßklemme („bec de corbin“), die eigentlich zur Extraktion von Kugeln gedacht war (Baskett 2004) (Abb. 4).

Neben der Versorgung von Kriegsverletzungen durch Blutstillung und (Teil-)Amputationen bestand die Gefäßchirurgie hauptsächlich aus der Behandlung von (falschen) Aneurysmen: Diese entwickelten sich posttraumatisch oder häufig auch nach der Phlebotomie für den Aderlass. Die erste gezielte Versorgung wurde 1759 durch den Briten Hallowell vorgenommen. Dabei wurde diese Methode von ihm selbst nicht publiziert, die Nachwelt erfuhr von der Methode durch einen Brief von Richard Lambert an William Hunter, in dem er von dieser Therapie der Aneurysmen berichtet (Lambert 1762). Seine Methode wird als „laterale Arteriorrhaphie“ beschrieben. Williams Bruder John Hunter (1728–1793) war ein berühmter Anatom und gilt als Mitbegründer der wissenschaftlichen Chirurgie. Er behandelte 1785 ein Poplitealaneurysma durch proximale und distale Ligatur.

Trotz Fehlen jeglicher Narkose gelang Sir Astley Cooper (1768–1841) 1808 das Kunststück einer Ligatur eines Aneurysmas der A. carotis (Abb. 5) und 1817 sogar die Ligatur der Aorta bei einem perforierten Aneurysma der A. iliaca externa.

Die Therapie der Aneurysmen änderte sich erst 1888. Der 1860 in Louisianna, USA, geborene Rudolph Matas (1860–1957) musste einen Patienten mit falschem Aneurysma der A. brachialis nach Schusswundenverletzung behandeln. Die damalige Standardtherapie – eine Ligatur der Arterie, mit hohem Risiko des Armverlustes oder gleich die Amputation – kam nicht in Frage. Matas eröffnete den Aneurysmasack und führte die „Endoaneurysmorrhaphy“ durch (Matas 1888). Nach Publikation dieser Technik wurde Matas von Sir William Osler als der „neue Antyllos“ bezeichnet. Matas war 1923 auch der erste, der durch eine Aortenligatur erfolgreich einen Aortenaneurysma-Sack thrombosierte. Daran waren vorher viele Kollegen gescheitert: Velpau platzierte 1831 Nähnadeln im Sack, Moore implantierte 1965 24 m Draht in das Aneurysma und Corrad setzte 1879 einen solchen Draht zusätzlich unter Strom – allesamt erfolglos. 1940 ummantelte Herman Pearse (1900–1983) ein Aneurysma mit Cellophan. Diese Technik wendete auch Rudolf Nissen (1896–1981) im Dezember 1948 bei Albert Einstein an (Cohen und Graver 1990). 1955 kam es zur Ruptur. Albert Einstein lehnte eine erneute Operation mit den Worten ab: „Ich möchte gehen, wann ich möchte. Es ist geschmacklos, das Leben künstlich zu verlängern. Ich habe meinen Anteil getan, es ist Zeit zu gehen.“ Er starb fünf Tage später (Cohen und Graver 1990). Für erfolgreiche Bauchaneurysma-Operationen fehlte zum damaligen Zeitpunkt das geeignete Material.

Bis spät ins 19. Jahrhundert hinein bestanden die Haupttechniken der Gefäßchirurgie aus der Amputation und der Ligatur. Ende des 19. Jahrhunderts setzte eine Revolution (auch) in diesem Fachgebiet ein. Es war Nicolai Eck (1849–1908) in Pavlov’s Labor in St. Petersburg, der 1877 in einem Hund die erste Anastomose überhaupt anlegte: Die berühmte Eck-Fistel, der portokavale Shunt (Konstantinov 1997). Eck verwendete eine fortlaufende Naht aus Seide und war eigentlich gar nicht an der Gefäßchirurgie interessiert. In seiner Dissertation beschrieb Alexander Jassinowsky 1889 im Tierversuch reproduzierbare Nähte von Gefäßen nach Quer- oder Längsarteriotomie mit einer Offenheitsrate von 22/26 nach 100 Tagen. Die erste „klassische“ Anastomose publizierte John Murphy (1857–1916): Nach einer Operation eines Aneurysmas auf dem Boden einer Schussverletzung in der Leiste schuf er eine End-zu-End-Verbindung der A. femoralis (Murphy 1897).

Mit dem Franzosen Alexis Carrel betrat ein Chirurg die Bühne, dem es gelang, noch heute gültige Grundlagen der Gefäßchirurgie zu definieren (Abb. 6). Carrel wurde 1873 in Lyon geboren und wurde ein Schüler Jaboulays. Ihn brachte ein einschneidendes Ereignis zur Gefäßchirurgie: 1894 wurde auf den Präsidenten der Französischen Republik ein Messerattentat ausgeübt. Die besten Chirurgen Frankreichs konnten die Blutung aus der Pfortader nicht beherrschen, der Präsident verblutete unter ihren Händen. Carrel war erschüttert und mochte die Hilflosigkeit nicht akzeptieren (Scheller 1906). Er beschloss, sich auf die Chirurgie der Gefäße zu konzentrieren. Sein Weg führte ihn über Chicago nach New York, wo er am Rockefeller Center forschen durfte, gemeinsam mit Charles Guthrie. Die Arbeit dieses Teams war sehr fruchtbar: von 1904–1906 veröffentlichten die beiden 35 Artikel, davon 28 zusammen. 1912 wurde Carrel für seine Arbeiten auf dem Gebiet der Gefäßchirurgie und der Organtransplantation mit dem Nobelpreis für Medizin ausgezeichnet. Gegen seinen Willen musste er 1939 in den Ruhestand treten und kehrte nach Frankreich zurück. Seine danach veröffentlichten weltanschaulichen Schriften (u. a. „Der Mensch, das unbekannte Wesen“) [(Walther 2003)] beschädigten sein Ansehen, doch bleibt festzuhalten, dass er mit seinen wegweisenden Experimenten die Grundlagen für die moderne Gefäßchirurgie gelegt hat.

Ein lange vergessener Pionier dieser Zeit ist Ernst Jeger. Er wurde 1884 als Israel Jerusalem in Wien geboren. Während seiner Ausbildung volontierte er 6 Monate lang bei Carrel in New York (Nunn et al. 1994). Bereits 1913 veröffentlichte er Tierexperimente, in denen er eine A. carotis durch eine Transplantat ersetzte. Er publizierte seine zahlreichen erstaunlichen Experimente in seinem Werk „Die Chirurgie der Blutgefäße und des Herzens“, ebenfalls 1913. Jeger wurde als Militärarzt eingezogen. Auch hier stellte er sein außerordentliches Können unter Beweis: Unter anderem gelang ihm die Replantation eines fast amputierten Arms (Staudacher 2006). Das Bild seines Patienten einige Wochen nach der Operation wurde aus der Belagerung versendet und ist der Welt erhalten (Abb. 7). 1915 starb Jeger in russischer Kriegsgefangenschaft an Typhus (Nunn et al. 1994).

Im gleichen Jahr veröffentlichte August Bier sein Werk „Chirurgie der Gefäßaneurysmen“. Den meisten operativ tätigen Ärzten ist Bier jedoch wegen anderer Leistungen bekannt: Er entwickelte die Spinalanästhesie. Angeblich testete er seine neue Methode an seinem Assistenten August Hildebrandt, indem er ihm unter anderem Schamhaare ausriss und die Hoden quetschte (Pagel 2005). Neben Bier gilt Hans von Haberer (1875–1958) als Pionier auf dem Gebiet der Aneurysmachirurgie, wobei sein besonderes Interesse den (meist traumatischen) Aussackungen der A. carotis galt. Bereits 1916 berichtete er über 71 solcher Fälle, die er meist mit Direktnaht versorgte (Monig et al. 1997).

Die ersten Versuche einer Thrombendarterektomie (TEA) von Severeanu (1880), Jianu (1909) und Delbet (1906) schlugen alle fehl (Friedman 2005). Erst mit der Entdeckung und Produktion des Heparins konnte diese Technik weiterentwickelt und schließlich eingesetzt werden. Joao Cid Dos Santos (1907–1975) nahm die erste erfolgreiche TEA 1946 vor (Dos Santos 1976). Aufgrund dieser Arbeiten setzte sich die TEA als Basistechnik in der Gefäßchirurgie durch.

Jörg Vollmar (1923–2008) führte 1963 die halbgeschlossene Ringdesobliteration mithilfe eines modifizierten Ringstrippers ein (Vollmar 1966). Noch heute hat die TEA einen festen Stellenwert in den Behandlungskonzepten und gehört zum Handwerkszeug des Gefäßchirurgen.

Joao Cid Dos Santos entwickelte auch die Phlebografie (Grainger und Thomas 1999). Damit trat er in die Fußstapfen seines Vaters, Reynaldo Dos Santos (1880–1970), der die direkte, perkutane translumbale Aortographie inaugurierte. Zwar war bereits kurz nach der Entdeckung der Röntgenstrahlen auch die Technik des Arteriogramms publiziert worden, aber erst mit der Entwicklung der besseren Kontrastmittel und der Perfektionierung der zerebralen Angiografie durch Egas Moniz (1874–1955) (Grainger und Thomas 1999) profitierten auch die Gefäßchirurgen von der Darstellung der Gefäße.

Zur Überbrückung verletzter oder krankhaft veränderter Gefäße brauchte man Ersatzmaterial. Heute werden in der Gefäßchirurgie im Wesentlichen der venöse Autograft und alloplastische Materialien verwendet. In Ausnahmesituationen werden noch heterologe (meist boviner Herkunft) und allogene Leichenarterien, die in speziellen Gewebebanken gelagert werden, implantiert.

Die Wiege der perkutanen endovaskulären Therapie findet sich in Schweden. Waren die Arterien zuvor immer direkt mit den Nadeln punktiert worden, so hatte Sven-Ivar Seldinger (1921–1998) 1952 die Idee, Katheter perkutan zu platzieren (Seldinger 1953). Nach diversen frustranen Versuchen mit Draht, Nadel und Katheter erlebte er „a severe attack of common sense“: mit einem Mal war ihm klar, wie man diese Hilfsmittel anwenden muss: „needle in, guide-wire in through the needle, needle out, catheter in over the wire and finally removal of the guide wire“ (Varon und Nyman 2007). Die von ihm entwickelte Technik stellt noch heute die Grundlage des perkutanen Zugangs (nicht nur) zu den Gefäßen dar (Abb. 10). Neben dieser bahnbrechenden Arbeit entwickelte er noch weitere Techniken wie die perkutane transhepatische Cholangiographie.

Die endoluminalen Therapieverfahren sind wesentlich auf die Arbeiten von Thomas Fogarty (geb. 1934) und Charles Dotter (1920–1985) zurückzuführen. Beide waren Anfang der 1960er-Jahre an der University of Oregon in Portland tätig. Allerdings rieten die älteren Kollegen Fogarty von einem näheren Umgang mit Dotter ab – er sei so exzentrisch (Friedman 2005). Der von Fogarty entwickelte Katheter war bereits vor 1962 im Menschen eingesetzt worden. Interessanterweise wurde die Erstpublikation mit der Beschreibung der Embolektomie 1963 (Fogarty et al. 1963) von drei (!) führenden chirurgischen Zeitschriften abgelehnt (Friedman 2005). Ebenso hatten zahlreiche Firmen die Herstellung des Katheters abgelehnt, bevor Lowell Edwards 1962 die Bedeutung erkannte. Innerhalb eines Jahres lief die Massenproduktion an. Jörg Vollmar teste den Fogarty-Katheter, der 1965 auf den Markt kam, fand ihn aber ungenügend, um festsitzende Plaques zu entfernen. Er entwickelte die Rififi-Technik, bei der der Fogarty-Katheter beim Ringstripping die Arterie retrograd abdichtet und so verhindert, dass Gerinnsel dabei weiter ins Gefäß geschoben werden (Vollmar et al. 1963).

Auch Charles Dotter experimentierte mit Ballons. Mit 32 war er der jüngste Leiter einer radiologischen Abteilung in den USA geworden. Seine ersten Versuche mit Kathetern basierten auf Vinylkabeln, Gitarrenseiten und Kabeln aus Geschwindigkeitsmessern (Friedman 2005). Erst nach einem Treffen mit Bill Cook konnte die industrielle Produktion der entsprechenden Katheter in die Wege geleitet werden. Nach post-mortem-Versuchen und einer mehr zufälligen Rekanalisierung eines Iliaka-Verschlusses im Rahmen einer Aortographie, gelang Dotter die erfolgreiche Behandlung einer Patientin mit peripherer Gangrän durch Dilatation einer Femoralisstenose. Erstmalig berichtete er darüber am 10. Juni 1963 auf dem Tschechoslowakischen Radiologiekongress in Prag. In der Folgezeit entwickelte er das Prinzip der perkutanen transluminalen Angioplastie (PTA) mit konisch zulaufenden Dilatationskathetern. Dotter und sein Assistent Melvin Judkins berichteten 1964 über ihre Erfahrungen mit der neuen Methode (Dotter und Judkins 1964). Seither gilt Dotter als Vater der interventionellen Therapie in der Gefäßmedizin (Dotter und Judkins 1989). Es war ebenfalls Dotter, der die arterielle Embolisation einer Blutung und auch die Verwendung von Stents beschrieb. 1978 wurde er für seine Arbeiten für den Nobelpreis nominiert.

1958 floh der in Dresden geborene Andreas Grüntzig (1939–1985) in die Bundesrepublik Deutschland, nachdem man ihm nach seinem Abitur 1957 eröffnete, dass er Maurer werden solle. 1971 wandte er die Dotter-Technik in der radiologische Abteilung des Kantonsspitals Zürich erstmals an. Weil das antegrade Bougieren häufig zu embolischen Komplikationen und Nachblutungen führte, entwickelte er einen Ballon, der durch die zentrifugal auf die Stenose wirkende Kraft die embolischen Probleme vermeiden sollte. Die erste Ballon-PTA führte Grüntzig am 12. Februar 1974 erfolgreich durch. Ein Jahr später folgte die Weiterentwicklung doppellumiger Ballonkatheter, die eine Passage über einen Führungsdraht ermöglichten.

Die Entwicklung der endoluminalen Gefäßstützen (Stents) beginnt 1969 erneut mit Dotter. In den Femoral- oder Poplitealarterien von insgesamt 19 Hunden implantierte er tubuläre undurchlässige endovasale Prothesen aus Polyethylen, Polyamid, Silastic und Teflon; bei allen diesen Prothesen ergab sich jedoch nach 24 h eine Stentokklusion durch Thromben. In weiteren Tierversuchen verwendete er Metallspiralen aus rostfreiem Stahl. Während die umhüllten Prothesen alle nach 24 h verschlossen waren, blieben 2 von 3 nicht umhüllten Prothesen nach 2½ Jahren offen. Dotter schloss aus diesen Versuchen, dass nackte Prothesen eher offen bleiben. Außerdem lässt sich ein um einen Zentraldraht gewickelter Stent durch auseinanderziehen leichter einsetzen und anpassen. Damit hatte Dotter die wichtigsten konstruktiven Eckpunkte der heutigen Stents beschrieben: Metall, offenes Design und Expandierbarkeit.

Unabhängig voneinander erkannten Dotter und Andrew Cragg 1983 die Vorteile der Formgedächtnislegierung Nitinol, das bei Erwärmung über die Sprungtemperatur – zwischen Martensit- und Austenit-Phase – eine bei hohen Temperaturen eingeprägte Form wieder einnimmt. Dotter verwandte noch Nitinol mit einer Sprungtemperatur zwischen 54 und 60 °C und brachte den weiterhin spiralförmigen Stent mit 60 °C warmer Kochsalzlösung über den zentralen Führungskatheter zur Expansion. Cragg dagegen verwendete Nitinol-Spiralen mit einer Sprungtemperatur von 25–38 °C. Bis der Spiral-Stent korrekt platziert war, musste er ihn mittels Dauerinfusion von auf 10 °C gekühlter Kochsalzlösung unter der Sprungtemperatur halten. Cragg beschrieb bereits die Möglichkeit, durch die Variation des Verhältnisses von Nickel und Titan eine variable Sprungtemperatur einzustellen und schlug 36–38 °C als ideal vor. Das Prinzip der selbstexpandierenden Stents aus Formgedächtnis-Materialien hat sich in der heutigen interventionellen Therapie breit durchgesetzt.

Die Weiterentwicklung der endovaskulären Verfahren ist insbesondere zwei Argentiniern zu verdanken: Julio Palmaz (geb. 1945) und Juan Parodi. Die Idee für ein Geflecht zum Offenhalten einer Angioplastie hatte Palmaz 1978, als er Ballonangioplastie lernte (Medscape_Radiology 2004). Der erste periphere Stent wurde 1987 in Freiburg platziert, und kurze Zeit später folgte die erste Applikation in einer Koronararterie. Eine offizielle Zulassung erteilte die FDA erst 1991. Inzwischen wurde das Stentdesign mehrfach verbessert.

Parallel zu Palmaz Therapie der Verschlüsse bzw. der Stenosen entwickelte Juan Parodi 1983 die transfemorale Implantation einer Prothese zur Ausschaltung von Aortenaneurysmen. Er finanzierte seine Forschung selbst und hatte das Glück, dass seine drei Brüder Ingenieure waren (Friedman 2005). Nach einem Vortrag von Palmaz 1987 beschloss Parodi, dessen Stents als Vehikel zu verwenden, eine Idee, die Palmaz übrigens ablehnte. 1990 wurde erstmals eine solche Prothese angewendet. Ein 75-jähriger Patient erschien für das offene Vorgehen inoperabel, so dass er die Prothese am 07.09.1990 erstmals und erfolgreich eingesetzte wurde (Parodi et al. 1991). Heute wissen wir, dass der Ukrainer Nikolay Volodos schon früher die endovaskuläre Therapie vorantrieb. Volodos entwickelte Anfang der 80er-Jahre inspiriert von Dotter einen „Z-Stent“ mit und ohne Ummantelung. Diese Endoprothesen wurden 1984 in der Sowjetunion patentiert. 1987 schaltete er auf diese Art sowohl ein falsches Aneurysma der Aorta descendens, als auch ein abdominelles Aneurysma aus [(Volodos 2013)].