Katheter und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Medizin

Katheter – Wie und wozu sich die moderne Medizin Zugang zum Körper verschafft

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Ein Katheter – sieht manchmal aus wie ein simpler Schlauch, hat aber wichtige Aufgaben in der Medizin und verschafft Medizinern Zugang zu Strukturen im Körperinneren (Bild: blindturtle/Fotolia)
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Man braucht sie für Herz-OPs, die Chemotherapie oder um Patienten künstlich zu ernähren: die vielseitig einsetzbaren Katheter. Sie sind weit mehr als simple Schläuche und teils regelrechte Präzisionsinstrumente. Künftig sollen sie Ärzten sogar ihre aktuelle Position im Körper melden. Bei Katheter-Eingriffen die Hygiene zu verbessern, bleibt aber eine Herausforderung.

Tim Schröder
Wissenschaftsjournalist in Oldenburg

Auf den ersten Blick sind Katheter eine simple Sache: Schläuche, die zu medizinischen Zwecken in den Körper des Menschen eingeführt werden. Wer schon einmal im Krankenhaus war, kennt diese künstlichen Zugänge vielleicht. Ein Schlauch ist ein Schlauch, könnte man meinen. Doch weit gefehlt. Heute gibt es eine Fülle verschiedener Katheter, aus Metall, Gummi oder Silikon, die viele Zwecke erfüllen. Und manche sind ausgesprochene Hightech-Werkzeuge.

Katheter helfen bei der künstlichen Ernährung

Einfache Katheter werden beispielsweise genutzt, um Menschen künstlich zu ernähren. Für den kurzfristigen Einsatz werden diese durch den Mund oder die Nase in die Speiseröhre eingeschoben. Mit einer Spritze drückt man den Nahrungsbrei in den Schlauch. Doch ein solcher Katheter ist auf Dauer störend. Muss länger künstlich ernährt werden, führen Ärzte deshalb einen Katheter vom Magen durch die Bauchdecke nach außen.

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Ein Anwendungsbereich für Katheter ist die künstliche Ernährung, die bis zur intravenösen Zufuhr von Nährstoffen zum Körper duch Infusionen gehen kann (Bild: felipecaparros/Fotolia)

Ein Klassiker unter den Kathetern ist der Blasenkatheter. Dieser wird verwendet, wenn Betroffene ihre Blase nicht mehr von allein entleeren können. Blasenkatheter benötigt man auch, wenn eine Erkrankung der Niere vorliegt. Mit ihnen wird der Urin in einen Sammelbeutel geleitet, um die Flüssigkeit regelmäßig untersuchen zu können.

Katheter gab es schon im Altertum – leider nicht schmerzfrei

In der Regel wird der Katheter über die Harnröhre zur Blase geführt. Ein Prozedere, das bereits im Altertum bekannt war. Damals verwendete man Röhrchen aus Zinn oder Bronze oder Gänsekiele, um Urin abzulassen oder die Blase zu spülen. Eine ausgesprochen schmerzhafte Prozedur. Im 19. Jahrhundert wurden dann die ersten Katheter aus vulkanisiertem Kautschuk entwickelt, die biegsam waren. Verletzungen der Harnröhre und Schmerzen beim Einführen konnten damit deutlich reduziert werden.

Was Katheter in der Krebstherapie leisten können

Und es gibt noch mehr Einsatzgebiete – zum Beispiel die Krebstherapie. Hier werden über den Katheter Chemotherapeutika gegeben. Jenen Patienten, die regelmäßig Chemotherapeutika erhalten, implantiert man heute oftmals einen festsitzenden Katheter mitsamt einem so genannten Port, einem kleinen Einfüllstutzen.

Sowohl Port als auch Katheter sitzen fest im Gewebe unter der Haut. Der Katheter verbindet den Port mit einer größeren Vene. Das Chemotherapeutikum wird dann durch die Haut in den Port gespritzt und fließt von dort über den Katheter in die Vene. Diese Implantat-Lösung hat zwei Vorteile: Zum einen muss dem Patienten nicht ständig eine Vene punktiert werden, wodurch sich Narben bilden können. Zum anderen wird der Patient bei alltäglichen Dingen nicht durch Schläuche behindert – etwa beim Duschen. Und auch die Gefahr von Infektionen sinkt.

Ballonkatheter auf dem Weg zum Herzen

Vor allem Schlüssellochoperationen an den Herzkranzgefäßen und den Beinarterien wären heute ohne Katheter nicht mehr denkbar. So werden mit speziellen Kathetern verkalkte Arterien geweitet oder Stents implantiert. Die Katheter, die dabei zum Einsatz kommen, sind feinmechanische Präzisionswerkzeuge. Zum Beispiel die Ballonkatheter, mit denen sich die verengten Arterien weiten lassen.

Um ein großes Blutgefäß im Krankenhaus zu katheterisieren, reicht ein winziger Zugang (Bild: sudok1/Fotolia)

Über eine kleine Eintrittsstelle in der Leiste, wird der Ballonkatheter in die Arterie eingeführt und bis zur Engstelle im Gefäß geschoben. Anschließend wird der am Ende des Katheters sitzende Ballon mit einer Spritze und hohem Druck mit Kochsalzlösung gefüllt. Dadurch wird die verengte Arterie geöffnet und der Blutfluss wieder hergestellt.

Katheterdilatation Screenshot Youtube
Wie die Aufweitung eines Gefäßes vor sich geht, ist in einem kurzen Video auf Youtube zu sehen (https://www.youtube.com/watch?v=gVtxb6jo0is) Quelle: Leading Medicine Guide/Youtube

Zahlreiche Unternehmen bieten heute Ballonkatheter an, die zusätzlich mit Wirkstoffen beschichtet werden, damit die Arterien lange offen bleiben. Denn beim Weiten, der so genannten Dilatation, können diese leicht verletzt werden. Das kann dazu führen, dass die Zellen an dieser Stelle schneller wachsen, weil der Körper die Verletzung so zu heilen versucht. „Dadurch kann sich das Gefäß wieder verengen. Der Blutfluss verschlechtert sich“, erläutert Sonja Vogt, Marketing Managerin für Gefäßmedizin bei der B. Braun Melsungen AG in Melsungen. Um das zu verhindern, sind die modernen Ballonkatheter mit einer Substanz beschichtet, die das Zellwachstum hemmt; eine prophylaktische Maßnahme, die einen Wiederverschluss verhindern kann.

Wenn der Katheter den Stent für die Beinarterie bringt

Besonders eindrucksvoll sind Katheter, mit denen Stents in die Beinarterien implantiert werden. Diese Systeme bestehen aus einem Innenkatheter, auf den der Stent montiert ist. Dieser wird von einem beweglichen Außenkatheter überdeckt. Zunächst werden Innen- und Außenkatheter in die kranke Arterie geschoben. Dann wird der Außenkatheter zurückgezogen und der Stent freigesetzt, sodass er sich im Blutgefäß entfalten kann. Eine solche Stentimplantation ist zum Beispiel erforderlich, wenn sich das Gefäß nach einer Ballondilatation etwa aufgrund von Verkalkungen wieder soweit verengt, dass der Blutfluss erheblich beeinträchtigt wird. Solche Stents können mehr als 200 mm lang sein.

Katheter zum Platzieren von Stents
Mit speziellen Kathetern lassen sich gleich mehrere Stents in einem Gefäß platzieren (Bild: B.Braun Melsungen)

Allerdings kann ein langer Stent an stark bewegten Bereichen des Körpers zu Komplikationen führen, zum Beispiel im Kniebereich. B. Braun Melsungen hat deshalb einen Stentkatheter auf den Markt gebracht, bei dem anstelle eines langen mehrere kurze Stents auf dem Innenkatheter sitzen – den Vascuflex Multi-Loc. Damit können mehrere kurze Stents nacheinander an verschiedenen Engstellen der Arterie positioniert werden. Letztlich ist es das Ziel, den Metallanteil im Gefäß möglichst zu reduzieren, damit die Biomechanik der Gefäße erhalten bleibt.

Positionsangabe vom Katheter – bisher mit Kontrastmittel

Trotz solcher Fortschritte gibt es bei Herzoperationen noch immer technische Herausforderungen. Vor allem was die Orientierung im Körper betrifft. Die Spitzen moderner Herzkatheter sind biegsam und lassen sich durch die Kurven und Abzweigungen der Blutgefäße steuern. Führt der Arzt den Katheter in die Arterie ein, muss er sehr genau darauf achten, wo er sich befindet, um die richtige Abzweigung im Labyrinth der Gefäße zu finden – auch darf er die Arterie nicht verletzen.

Herzspezialisten orientieren sich während der Operation an einem Röntgenbild, der Angiografie. Dazu wird während des Eingriffs mehrmals pro Sekunde eine neue Röntgenaufnahme vom Brustkorb des Patienten geschossen, in dem der Katheter zu sehen ist.

Das Problem: Die Adern sind im Röntgenbild nicht erkennbar. Dem Patienten muss deshalb alle paar Minuten ein Kontrastmittel gespritzt werden, das das Adergeflecht für kurze Zeit sichtbar macht. Doch schon bald ist es wieder aus dem Bild verschwunden, wenn sich das Kontrastmittel im Körper verteilt hat. Zudem ist das Bild stets nur zweidimensional, obwohl sich der Katheter tatsächlich ja durch einen dreidimensionalen Raum bewegt. Der Arzt muss sich die Lage der Blutgefäße also ein Stück weit merken und dann nach dem Bild in seinem Gedächtnis arbeiten. Das braucht viel Erfahrung und ist anstrengend.

Gefäßlandkarte ermöglicht Positionsmeldung vom Katheter

Um Ärzten künftig die Arbeit zu erleichtern, haben Medizintechnik-Spezialisten vom Fraunhofer-Institut für Digitale Medizin MEVIS in Bremen einen smarten Katheter entwickelt, der von allein weiß, wo er sich gerade befindet – und dem Arzt die aktuelle Position mitteilt. Der MEVIS-Katheter verfügt über optische Fasern, durch die Licht eingekoppelt wird. Biegt sich der vordere Teil des Katheters in eine bestimmte Richtung, ändert sich das Lichtsignal ein wenig. „Die Software kann aus der Veränderung des Lichtsignals errechnen, ob der Katheter nach links oder rechts, nach oben oder unten bewegt wird“, erklärt Entwickler Dr. Torben Pätz.

Den smarten Katheter namens  Intellicath haben Torben Pätz (links) und Jan Strehlow entwickelt (Bild: Fraunhofer MEVIS)

Doch die Forscher sind noch weiter gegangen. Ihre Software ist in der Lage, aus einer CT- oder MRT-Aufnahme, das gesamte Blutgefäßsystem eines Menschen zu extrahieren und für jedes Blutgefäß das Krümmungsprofil zu errechnen. Pätz: „Wir generieren damit zunächst für jeden Patienten einen vollständigen Überblick über alle Krümmungen seiner Blutgefäße.“

Während der Operation wird dann beides miteinander verschmolzen: der Datensatz des Patienten mit den Krümmungsinformationen und die aktuelle Bewegung des Katheters mitsamt der Information aus dem Katheter. Torben Pätz: „Da jede Krümmung der Adern charakteristisch und einzigartig ist, können wir genau feststellen, wo sich der Katheter gerade befindet, welche Krümmung oder Abzweigung er gerade nimmt.“ Dem Arzt wird die Position permanent in Echtzeit im dreidimensionalen CT- oder MRT-Bild des Patienten angezeigt.

Katheter und Hygiene – eine immer noch unendliche Geschichte

Beispiele wie dieses zeigen, wie weit die Katheter-Entwicklung heute ist. Andererseits hat man auch noch heute mit einem uralten Problemen zu kämpfen – der Hygiene und der Gefahr, dass Keime über den Katheter in den Körper eindringen. Erstaunlich ist, dass man heute keineswegs immer weiß, mit welchen Erregern man es eigentlich zu tun hat. Das sagen Katharina Maniura und Qun Ren vom Forschungsinstitut Empa im schweizerischen St. Gallen.

Die beiden Expertinnen für Biologische Grenzflächen haben in einer aufwendigen Studie erstmals untersucht, welche Bakterien sich im Patienten auf handelsüblichen Harnwegskathetern finden lassen – das war bislang nicht im Detail bekannt. Harnwegskatheter sind lange dünne Kunststoffschläuche, die zum Beispiel nach einer Harnsteinbehandlung in den Harnleiter eingesetzt werden, um das Abfließen von Harnsteinfragmenten zu erleichtern. Es zeigte sich, dass sich durch den Urin an den Stents Kalzium-Kristalle ablagern und dass diese von Escherichia coli, aber auch von anderen gefährlichen Bakterien bevölkert werden – und das bereits bei Patienten ohne Infektionssymptome, deren Katheter die Forscherinnen untersucht hatten.

Selbst auf antimikrobiellen Kathetern siedeln Bakterien

Im nächsten Schritt wollen die Forscherinnen herausfinden, welche Bakterienflora sich in Kathetern von Patienten ablagert, bei denen sich der Harntrakt entzündet hat. „Auf dem Markt sind heute bereits einige Medizinprodukte und auch Katheter, deren Oberfläche antimikrobiell wirken soll“, sagt Katharina Maniura. „Doch zeigt sich in der Praxis, dass sich die Infektionsrate damit kaum verringern lässt.“

Empa Qun Ren analysiert Biofilm auf Katheter
Empa-Forscherin Qun Ren analysiert mikrobiologische Proben aus Harnleiter-Stents in einer Mikrofluidik-Strömungskammer unter dem Mikroskop (Bild: Empa)

Das habe unter anderem auch einen einfachen Grund: Viele Studien, in denen man die Produkte testet, werden mit handelsüblichen Zucht-Bakterienstämmen im Labor durchgeführt und unter Bedingungen, die nicht der Alltagssituation entsprechen – bei diesen Stämmen schlägt die antimikrobielle Wirkung voll durch. In der Praxis habe man es oft mit anderen Stämmen zu tun, die anders auf die antimikrobiellen Oberflächen reagieren – und nicht immer absterben, weiß Qun Ren.

Neue Materialien für Katheter sind das Ziel

Die beiden Empa-Forscherinnen wollen jetzt weiter untersuchen, mit welchen Erregern man es bei den Kathetern zu hat und wie die Besiedlung der Katheter abläuft. Ihr Fernziel ist klar: Neue Katheter-Materialien entwickeln, um künftig eine bakterielle Besiedlung zu verhindern.

Als „erfolgreichste WG der Welt“ könnte man die Bakteriengemeinschaften bezeichnen, die sich in Biofilmen ansiedeln (Bild: Kateryna Kon/Fotolia)

Auch Barbara Gärtner, Professorin für Mikrobiologie und Hygiene an der Universität Saarbrücken, kennt die Gefahren, die heute noch von Kathetern ausgehen. „Ein Problem besteht darin, dass durch sie Keime in den ansonsten geschlossenen Körper eindringen.“ Zum anderen seien die Katheter selbst Fremdkörper. An jenen Stellen, an denen ein Katheter auf ein Blutgefäß treffe, könne es daher zur Blutgerinnung kommen, sodass sich gefährliche Gerinnsel bilden können. Port-Katheter etwa werden deshalb zwischen zwei Chemotherapien mit einer Speziallösung gefüllt, damit sie feucht bleiben und die Blutgerinnung am Übergang zur Vene verhindert wird.

Wie andere Forscher auch sieht Barbara Gärtner ein Problem in der Besiedlung der Katheter durch Bakterien – vor allem bei Kathetern, die länger im Körper verbleiben. „Die Bakterien bilden schon nach wenigen Tagen eine Art Kolonie, einen festen Film, die so genannte extrazelluläre Matrix, in der sie siedeln.“ Diese kann von Medikamenten kaum mehr durchdrungen werden. Noch schlimmer: Von der extrazellulären Matrix können Stückchen abreißen und an anderer Stelle den Keim für eine neue Siedlung bilden.

Hygiene rund um den Katheter bleibt ein wichtiges Thema

„Bei der Bekämpfung von Bakterien kommt es also vor allem darauf an, das Anheften der Bakterien zu verhindern. Entsprechende Produkte sind bereits auf dem Markt“, sagt Barbara Gärtner. Etwa antibiotisch beschichtete Katheter oder Katheter mit Edelmetallen, die antibakteriell wirken. „Wir Krankenhaushygieniker haben die Aufgabe, für die verschiedenen Patientengruppen die richtigen Produkte und das richtige Hygieneprozedere auszuwählen, vor allem aber auch einzuschätzen, ob bestimmte Produkte tatsächlich die gewünschte Wirkung entfalten können.“ Statt zu Spezialkathetern zu greifen, helfe zum Beispiel oftmals schon ein desinfizierendes Pflaster, um Keime daran zu hindern, über den Katheter in den Körper einzudringen.

Die Expertin betont aber auch, dass Infektionen etwas völlig Normales seien. Der Mensch trage unendlich viele Keime auf seiner Haut, vor allem in den Talg- und Schweißdrüsen seien diese gut verborgen. Selbst wenn man die Haut mehrmals täglich mit antibakterieller Lösung wasche, ließe sich nicht ausschließen, dass Keime über den Katheter in den Körper gelangten. Auch Lebensmittel im Krankenhaus erhielten von Natur aus verschiedenste Keime. „Wir haben die Pflicht durch effizientes Hygienemanagement dafür zu sorgen, Infektionen durch Keime zu verhindern. Ich plädiere aber dafür, nicht bei jeder Infektion nach einem Schuldigen zu suchen. Infektionen durch Katheter wird man nie ganz ausschließen können. Trotz aller Fortschritte bei der Entwicklung.“

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