Künstliche Herzklappen: Funktionen und medizinischer Einsatz

Das menschliche Herz verfügt über vier Klappen, die im Zusammenspiel einen gerichteten Blutfluss durch die Herzkammern gewährleisten. Versagen eine oder mehrere dieser Klappen durch Verschleiß, angeborene Fehlbildung oder Erkrankung, drohen schwerwiegende Folgen für den gesamten Kreislauf. Künstliche Herzklappen – medizinisch als Herzklappenprothesen bezeichnet – übernehmen in solchen Fällen die Funktion der geschädigten Struktur und ermöglichen Betroffenen ein weitgehend normales Leben. In Deutschland werden jährlich mehr als 30.000 Eingriffe aufgrund von Herzklappenerkrankungen durchgeführt.

Funktion natürlicher Herzklappen und Ursachen für Ersatz

Herzklappen arbeiten als passive Rückschlagventile: Sie öffnen sich, wenn der Druckunterschied zwischen zwei Herzabschnitten dies erfordert, und schließen sich unmittelbar danach, um einen Rückfluss zu verhindern. Die vier Klappen des Herzens – Aortenklappe, Pulmonalklappe, Mitralklappe und Trikuspidalklappe – schlagen gemeinsam rund 100.000-mal täglich. Erkrankungen führen zu zwei grundlegenden Störungsmustern:

• Stenose: Die Klappe verengt sich und lässt nicht genug Blut durch, was den vorgelagerten Herzabschnitt belastet.
• Insuffizienz: Die Klappe schließt nicht vollständig; Blut strömt zurück und das Herz muss ineffizient mehr Volumen pumpen.

Die Aortenklappenstenose ist der häufigste behandlungsbedürftige Herzklappenfehler beim älteren Menschen, während die Mitralklappeninsuffizienz insgesamt die verbreitetste Herzklappenerkrankung im Alter darstellt. Ursachen sind altersbedingte Verkalkung, rheumatisches Fieber, bakterielle Endokarditis, angeborene Herzfehler sowie degenerative Prozesse.

Kernfunktionen einer künstlichen Herzklappe

Eine Herzklappenprothese übernimmt alle mechanischen Aufgaben der natürlichen Klappe. Konkret erfüllt sie folgende Funktionen:

• Gerichteter Blutfluss: Sie sorgt dafür, dass Blut nur in die vorgesehene Richtung fließt – beispielsweise von der linken Herzkammer in die Aorta.
• Druckentlastung: Durch effizientes Öffnen verringert sie den Widerstand für das pumpende Herz und reduziert damit den Sauerstoffbedarf des Herzmuskels.
• Rückflussverhinderung: Ein zuverlässiger Verschluss verhindert das Zurückströmen von Blut, das sonst zu Vorhof- oder Kammerüberlastung führt.
• Aufrechterhaltung des Herzzeitvolumens: Durch die Normalisierung des Blutflusses wird eine ausreichende Versorgung von Gehirn, Nieren und anderen Organen sichergestellt.
• Linderung der Herzinsuffizienz: Indem die Ursache der Pumpschwäche behoben wird, können sich vergrößerte oder geschwächte Herzabschnitte oft teilweise erholen.

Typen künstlicher Herzklappen

Mechanische Herzklappen

Mechanische Prothesen bestehen aus hochfestem Kohlenstoff (pyrolytisches Karbid), Metall oder Polymeren. Der heute dominierende Bautyp ist das Doppelflügelmodell (bileaflet): Zwei halbkreisförmige Flügel schwingen zwischen einem geöffneten und einem geschlossenen Winkel. Ältere Bauformen wie die Kugelkäfig- oder Kippscheibenklappe sind kaum noch in Verwendung. Mechanische Klappen zeichnen sich durch ihre außerordentliche Langlebigkeit aus – ihre Haltbarkeit wird auf 20 bis 30 Jahre oder mehr geschätzt. Der entscheidende Nachteil besteht in der erhöhten Thromboseneigung an den künstlichen Oberflächen: Betroffene müssen lebenslang blutverdünnende Medikamente (Antikoagulanzien, meist Vitamin-K-Antagonisten wie Phenprocoumon) einnehmen und regelmäßig kontrolliert werden.

Biologische Herzklappen (Bioprothesen)

Bioprothesen werden aus tierischem Gewebe hergestellt: Am häufigsten kommen Schweineaortenklappen (porzine Bioprothesen) oder aus dem Rinderherzbeutel (bovines Perikard) gefertigte Klappensegel zum Einsatz. Das Gewebe wird chemisch vorbehandelt, um eine Abstoßungsreaktion zu minimieren. Biologische Klappen ahmen die natürliche Anatomie gut nach, sind mit geringerem Thromboserisiko verbunden und erfordern in der Regel keine dauerhafte Antikoagulation. Ihr wesentlicher Nachteil ist die begrenzte Haltbarkeit: Durch unvermeidliche Verkalkungsprozesse müssen Bioprothesen nach durchschnittlich zehn bis fünfzehn Jahren ausgetauscht werden. Sie werden bevorzugt bei Patienten über 65–70 Jahren eingesetzt, da das Risiko einer erneuten Operation im verbleibenden Lebenszeitraum geringer ist.

Homografts und Ross-Operation

Eine Sonderstellung nehmen Homografts ein – konservierte menschliche Herzklappen von Organspendern. Sie bieten hervorragende hämodynamische Eigenschaften und ein niedriges Infektionsrisiko, sind jedoch aufgrund ihrer begrenzten Verfügbarkeit selten. Bei der Ross-Operation wird die erkrankte Aortenklappe durch die patienteneigene Pulmonalklappe ersetzt, während die Pulmonalklappe wiederum durch einen Homograft rekonstruiert wird – ein aufwendiges Verfahren, das vor allem bei jüngeren Patienten angewendet wird.

Implantationsmethoden

Konventioneller chirurgischer Klappenersatz

Beim offenchirurgischen Herzklappenersatz wird der Brustkorb durch eine Sternotomie geöffnet. Das Herz wird vorübergehend stillgelegt und durch eine Herz-Lungen-Maschine ersetzt. Nach Entfernung der erkrankten Klappe wird die Prothese eingenäht. Dieser Eingriff gilt als etabliertes Standardverfahren mit guten Langzeitergebnissen, erfordert aber eine mehrtägige Intensivpflege und eine längere Rehabilitation.

Kathetergestützter Klappenersatz (TAVI / TAVR)

Die Transkatheter-Aortenklappenimplantation (TAVI) hat die Behandlung der Aortenklappenstenose revolutioniert. Dabei wird eine zusammengefaltete biologische Klappe über einen Katheter – meist über die Leistenarterie – direkt in die verkalkte, noch vorhandene Aortenklappe eingesetzt, wo sie sich entfaltet und die alte Klappe verdrängt. Ein Öffnen des Brustkorbs ist nicht erforderlich. TAVI wird heute nicht nur bei Hochrisikopatienten eingesetzt, sondern zunehmend auch bei Patienten mit mittlerem Operationsrisiko. Im Jahr 2026 hat sich die Anwendung von Bewusstsedierung statt Vollnarkose für TAVI weitgehend durchgesetzt, was Komplikationen reduziert und die Erholungszeit verkürzt. Für Mitral- und Trikuspidalklappe existieren analoge kathetergestützte Verfahren (TMVR, TEER), die noch intensiv weiterentwickelt werden.

Leben mit einer Herzklappenprothese

Nach der Implantation hängt die Nachsorge stark vom Prothesentyp ab. Träger mechanischer Klappen benötigen eine lebenslange, engmaschig kontrollierte Antikoagulation und müssen bei Eingriffen (etwa beim Zahnarzt) besondere Vorsichtsmaßnahmen treffen. Infektionen der Prothese (Prothesenendokarditis) sind eine seltene, aber ernste Komplikation bei beiden Klappentypen. Regelmäßige echokardiografische Kontrollen sichern die Funktion der Prothese und erkennen frühzeitig Zeichen von Verschleiß oder Fehlfunktion.

Aktuelle Entwicklungen und Ausblick 2026

Ein zukunftsweisendes Forschungsfeld ist die Entwicklung bioanalog-funktionaler Herzklappen mithilfe von Tissue Engineering und 3D-Druck. Forscherinnen der TU München unter Prof. Petra Mela haben ein Verfahren namens Melt Electrowriting genutzt, um die komplexe, heterogene Faserstruktur natürlicher Herzklappensegel dreidimensional nachzudrucken. Das poröse Trägergerüst aus dem bioresorbierbaren Kunststoff Polycaprolacton (PCL) soll nach der Implantation von körpereigenen Zellen besiedelt werden und sich anschließend schrittweise abbauen – zurück bliebe ausschließlich patienteneigenes Gewebe. Dieses Konzept zielt vor allem auf Kinder und jüngere Patienten ab, bei denen eine mitwachsende Klappe die Notwendigkeit mehrerer Reoperation entfallen lassen könnte. Präklinische Studien im Tiermodell sind der unmittelbar nächste Schritt.

Häufig gestellte Fragen

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