The Frozen Elephant Trunk. Technique for Treatment of Thoracic Aortic Aneurysms

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1 Aus der Klinik für Herz-, Thorax-, Transplantations- und Gefäßchirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover The Frozen Elephant Trunk Technique for Treatment of Thoracic Aortic Aneurysms Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Medizin in der Medizinischen Hochschule Hannover vorgelegt von Hassina Baraki aus Kabul Hannover, November 2007

2 Angenommen vom Senat der Medizinischen Hochschule Hannover am Gedruckt mit Genehmigung der Medizinischen Hochschule Hannover Präsident: Prof. Dr. Dieter Bitter-Suermann Betreuer: PD Dr. med. Christian Hagl Referent: PD Dr. med. Gerd Peter Meyer Korreferent: PD Dr. med. Thomas Becker Tag der mündlichen Prüfung: Promotionsausschussmitglieder: Prof. Dr. Jürgen Klempnauer Prof. Dr. Benno Ure Prof. Dr. Oliver Rühmann

3 Meiner Mutter gewidmet

4 Inhaltsverzeichnis I 1. Inhaltsverzeichnis 1. Inhaltsverzeichnis...I 2. Publikation... II 3. Zusammenfassung Einleitung Diskussion Zusammenfassung Literaturverzeichnis Lebenslauf Erklärung nach 2 Abs. 2 Nr. 5 und 6 Promotionsordnung Danksagung... 16

5 2. Publikation The Frozen Elephant Trunk Technique for Treatment of Thoracic Aortic Aneurysms Baraki H, Hagl C, Khaladj N, Kallenbach K, Weidemann J, Haverich A, Karck M. Ann Thorac Surg Feb;83(2):S819-23; discussion S Presented at Aortic Surgery Symposium X, New York, NY, April 27 28, 2006.

6 The Frozen Elephant Trunk Technique for Treatment of Thoracic Aortic Aneurysms Hassina Baraki, MD, Christian Hagl, MD, PhD, Narwid Khaladj, MD, Klaus Kallenbach, MD, PhD, Jürgen Weidemann, MD, Axel Haverich, MD, and Matthias Karck, MD Departments of Thoracic and Cardiovascular Surgery and Radiology, Hannover Medical School, Hannover, Germany Background. The frozen elephant trunk technique allows for single-stage repair of combined aortic arch and descending aortic aneurysms using a hybrid prosthesis with a stented and a nonstented end. This report summarizes the operative and follow-up data (mean followup: 20 months) with this new treatment. Methods. Between September 2001 and March 2006, 39 patients (15 women; mean age, 62 years) were operated on after approval by the local Institutional Review Board. Indications for operation were aneurysms in 18 patients and aortic dissections in 21. The stented end of the hybrid prosthesis was placed through the opened aortic arch under fluoroscopic control using hypothermic circulatory arrest and selective antegrade cerebral perfusion. Results. All patients survived the procedure. Five patients (12.8%) died early postoperatively, with two deaths directly related to the procedure. Symptoms of neurologic dysfunction developed in 5 patients and resolved completely in 2. In 1 patient, the descending aorta was perforated owing to misplacement of the stented end of the hybrid prosthesis. In 23 of 25 patients with postoperative computed tomography imaging (>6 months postoperatively), complete thrombus formation around the frozen elephant trunk was observed. Conclusions. This procedure is performed through a median sternotomy and combines the concepts of the elephant trunk principle and endovascular stenting of descending aortic aneurysms. Favorable intraoperative and postoperative results in the follow-up with thrombus formation around the stented descending aortic segment has encouraged us to evaluate all patients with thoracic aneurysms extending proximal and distal of the left subclavian artery for this treatment. (Ann Thorac Surg 2007;83:S819 23) 2007 by The Society of Thoracic Surgeons Patients with extensive aortic aneurysms involving the ascending aorta, aortic arch, and the descending aorta are still considered to be a challenge for many cardiovascular surgeons [1]. In this context, major concerns include the adequate protection of the heart, the management of the aortic valve, the protection of the brain, the avoidance of respiratory compromise, and the minimization of spinal cord injury and organ failure caused by prolonged circulatory arrest times. In 1983, Borst and colleagues [2] introduced the elephant trunk procedure to facilitate staged surgery for the aortic arch and the distal aortic segments. The procedure involves the prosthetic replacement of the ascending aorta and the aortic arch with an elephant trunk extension of the arch graft into the descending aorta through a median sternotomy. In a second-stage operation, the elephant trunk can be extended to the desired level through a lateral thoracotomy; however, the cumulative risk for early mortality adds up to 15% after a stage-two repair. Furthermore, many patients fail to return for the second operation; they die owing to aortic rupture Presented at Aortic Surgery Symposium X, New York, NY, April 27 28, Address correspondence to Dr Baraki, Hannover Medical School, Department of Thoracic and Cardiovascular Surgery, Carl-Neuberg-Strasse 1, Hannover, Germany; hassinabaraki@yahoo.com. during the time interval between the procedures, or comorbidities preclude another procedure through a lateral thoracotomy [3, 4]. To complete the surgical treatment during a single operation through a median sternotomy, we introduced the frozen elephant trunk procedure [5]. A prototype, hybrid prosthesis stent graft (Chavan-Haverich endograft, Curative Medical Devices GmbH, Dresden, Germany) is placed into the descending aorta in an antegrade fashion though the opened aortic arch, and the ascending aorta and the aortic arch are replaced conventionally [5]. In this article we briefly report our surgical experience with this novel combined surgical and interventional approach. Material and Methods Patients The frozen elephant trunk procedure was approved by the Institutional Review Board of Hannover Medical School. Between September 2001 and March 2006, 39 patients with combined pathologies of the aortic arch and the descending aorta were operated on using the hybrid prosthesis. Informed consent was required in each case. Mean patient age was 62 years (range, 37 to 78 years), and 11 patients were older than 70 years; 15 (38.5%) were women. SUPPLEMENT 2007 by The Society of Thoracic Surgeons /07/$32.00 Published by Elsevier Inc doi: /j.athoracsur

7 S820 AORTIC SURGERY SYMPOSIUM X BARAKI ET AL Ann Thorac Surg FROZEN ELEPHANT TRUNK 2007;83:S SUPPLEMENT Table 1. Associated Preoperative Disorders Disorder No. Patients (%) Hypertension 31 (79.5) Chronic pulmonary disease 8 (20.5) History of stroke 2 (5.1) Peripheral vascular disease 2 (5.1) Coronary artery disease 11 (28.2) Old myocardial infarction 4 (10.3) Chronic atrial fibrillation 2 (5.1) Diabetes 3 (7.7) Renal insufficiency 8 (20.5) Marfan syndrome 2 (5.1) Malignancy 2 (5.1) Redo cases 12 (30.8) Most patients presented with aortic dissection: 4 (10.3%) with an acute type A aortic dissection, 11 (28.2%) with a chronic type A dissection, 3 (7.7%) had an acute type B aortic dissection, and 3 (7.7%) had a chronic type B aortic dissection. The indication for intervention in patients with chronic dissections was aortic dilatation of mm (range, 50 to 113 mm) in chronic type A dissection and 60 5 mm (range, 55 to 65 mm) in chronic type B dissection. The second most frequent pathology, present in 18 (46.2%), was an aortic aneurysm proximal and distal to the left subclavian artery. The maximal aortic diameter in these patients was 59 8 mm (range, 47 to 73 mm). Additional cardiac pathology included severe coronary artery disease in 11 patients (28.2%) and aortic valve disease in 11 (28.2%). Comorbidities are summarized in Table 1. Endograft Design The endograft consists of a woven vascular prosthesis with stainless steel stents affixed to the inner aspects at its distal end. The diameters of the stents within the hybrid prosthesis were 30 to 46 mm, and each stent was 22 mm long. The proximal portion of the hybrid prosthesis was nonstented and consisted of a Dacron sleeve (DuPont, Wilmington, DE) for conventional surgical handling (Fig 1). The delivery system consists of a flexible 39F outer sheath, a 34F inner sheath, and a central pusher. Withdrawal of the outer sheath while holding the inner sheath and the pusher steady releases the stented portion of the hybrid prosthesis. The proximal Dacron tube is then released by pulling back both the sheaths simultaneously while the pusher is held steady. In each patient, spiral computed tomography angiography of the thoracic aorta was performed preoperatively to assess the extent of the aneurysm or dissection and to determine the appropriate size of the endograft. Surgery Cardiopulmonary bypass was used in all patients. Central cannulation of the ascending aorta and the right atrium was preferred. In 4 patients (10.3%) who underwent resternotomy, the groin vessels were cannulated before because the ascending aortic aneurysm encroached upon the sternum. Core cooling was accomplished to 26 2 C rectal temperature. After induction of cardioplegic cardiac arrest, cardiopulmonary bypass was discontinued. The aortic arch was then opened longitudinally. Selective antegrade cerebral perfusion with cold blood at a temperature of 15 C and a volume of 250 to 450 ml/min was initiated after ostial cannulation of the left common carotid artery and the brachiocephalic trunk. Afterwards, the stented portion of the hybrid prosthesis was deployed in the descending aorta. In the first 5 patients, the implantation was over an antegrade-placed superstiff guidewire. Prompted by perforation of the aortic wall with the introducer system in a patient with a tortuous descending aorta, a through-and-through transfemoral guidewire technique was used in all subsequent patients. The distal ending site of the stent graft was at or above the tenth thoracic vertebra in all patients. After deployment, the stented portion of the prosthesis was modulated onto the aortic wall with the help of an appropriately sized balloon catheter (Medtronic, Minneapolis, MN). The nonstented Dacron graft segment was sutured circumferentially to the aorta distal to the origin of the left subclavian artery. The supraaortic branches were then reimplanted en bloc into an appropriately sized window of the graft. A proximal graft-to-aortic anastomosis at any desired level of the ascending aorta completed the repair. In 23 patients (59%), the entire aortic arch and the proximal segment of the descending aorta were replaced, and in 11 (28.2%), the ascending aorta was also replaced. In 5 (12.8%) other patients whose aneurysms were limited to the proximal descending aorta, implantation of the hybrid prosthesis into the descending aorta was enabled by a limited, 3-cm to 4-cm longitudinal T-shaped incision of the aortic arch. The nonstented endograft Fig 1. The hybrid prosthesis (Chavan-Haverich endograft, Curative GmbH, Dresden, Germany) made of a woven vascular prosthesis with stainless stents affixed to the inner aspects at the distal end. The proximal end consists of a Dacron sleeve (DuPont, Wilmington, DE) ready for conventional surgical handling. (L length.)

8 Ann Thorac Surg AORTIC SURGERY SYMPOSIUM X BARAKI ET AL 2007;83:S FROZEN ELEPHANT TRUNK S821 Table 2. Concomitant Operative Procedures Procedure No. Patients (%) Coronary artery bypass graft 12 (30.8) Aortic valve repair (David procedure) 7 (17.9) Aortic valve replacement (composite) 4 (10.3) segment was sutured circumferentially distal to the level of the left subclavian artery before closure of the aortotomy. Two of the 5 patients required additional complete myocardial revascularization. In 21 patients, additional procedures were required, including aortic valve reconstruction with David procedure in 7 (17.9%), aortic valve replacement as a composite in 4 (10.3%), and myocardial revascularization in 12 (30.8%) (Table 2). Results Operative Outcome No intraoperative deaths occurred, but there were five cases (12.8%) of early death. The implantation of the prosthesis was successful in all but 1 patient. This patient had marked kinking of the descending aorta distal to the aneurysmatic segment to be excluded. The implantation was tried over an antegrade-placed guidewire, but the tip of the introducer system could not be advanced beyond the kinked segment. At this point, the aortic wall was perforated, which required surgical repair and additional transfemoral stent graft implantation to bridge the perforated and aneurysmatic segments. In one patient with chronic aortic dissection type A, the aortic wall of the false lumen directly distal to the origin of the left subclavian artery was accidentally injured during surgical preparation. Even though this laceration was sutured and the further course of the operation was uneventful, the patient died from hemorrhage into the left hemithorax 2 days postoperatively. Autopsy revealed Fig 2. Actuarial survival in months after implantation of hybrid prosthesis. Numbers in parenthesis show the patients remaining at risk at each relevant time point. Fig 3. The maximal diameter of the descending thoracic aorta at the level of the tracheal bifurcation before (clear bars) and after (striped bars) the implantation of the hybrid prosthesis. (AADA acute aortic dissection type A; CADA chronic aortic dissection type A; CADB chronic aortic dissection type B.) that exsanguination resulted from a reopening of the repaired segment. A 72-year-old patient who sustained a medial artery cerebral infarction died of hemorrhage during elective tracheotomy on postoperative day 7. A further patient died of multiorgan failure after cerebral infarction, and another from retroperitoneal hemorrhage after perforation of the iliac artery. The final patient died of respiratory failure on postoperative day 31. Among the five deaths, 2 patients had an aortic aneurysm and 3 had chronic type A aortic dissection. Three of the five were redo cases, and 3 patients needed additional coronary artery bypass grafts owing to coronary artery disease. Cardiopulmonary bypass time was minutes, aortic cross-clamp time was minutes, circulatory arrest time was minutes, and time of selective antegrade brain perfusion during circulatory arrest was minutes. Vocal cord paralysis occurred in 5 patients (12.8%), 3 of whom were redo cases. Five patients (12.8%) showed central neurologic dysfunction, and in two the symptoms resolved completely before discharge. Two of the 5 patients had a history of stroke, with correlates in the preoperative CT scan of the brain. Reexploration for bleeding was necessary in 5 patients (12.8%). Follow-Up Median follow-up was months, with an overall survival of 87% (Fig 2). Two patients were lost to followup. Postoperative CT scans were obtained in 25 (73.5%) of 34 patients, and in 23 (92%), complete thrombus formation was observed in the perigraft space around the stented segment of the hybrid prosthesis. The average diameter of the stented descending thoracic aorta decreased over time from mm (range, 47 to 113 mm) to mm (range, 39 to 74 mm; Fig 3). One patient with chronic aortic dissection exhibited a SUPPLEMENT

9 S822 AORTIC SURGERY SYMPOSIUM X BARAKI ET AL Ann Thorac Surg FROZEN ELEPHANT TRUNK 2007;83:S small endoleak into the false lumen at the origin of the left subclavian artery; otherwise, the false lumen was thrombosed. The patient refused a reintervention, so the exact etiology of the endoleak remains unclear. In the other patient with chronic aortic dissection type A, the stented segment of the graft could not be anchored successfully in a previously implanted thoracoabdominal aortic stent graft. The stent slipped proximally during and after release, giving rise to a distal endoleak. This was treated 2 weeks later by placing a commercially available endograft (Talent, Medtronic Inc) transfemorally, thus extending the hybrid endograft distally into the thoracoabdominal graft. A type III endoleak, which was reduced to a tiny contrast extravasation, was found at 6 month follow-up. Initially the patient was treated conservatively, but his thoracoabdominal aneurysm was progressive, causing conventional open repair after an interval of 3.85 years. Another patient with chronic aortic dissection type A, who was 55 years old, needed a reoperation after an interval of 2.8 years. He underwent an aortic valve replacement and replacement of the ascending aorta with a composite graft. Eleven years later, his aortic arch and his descending aorta were replaced with a hybrid prosthesis. Follow-up CT imaging showed an anastomotic aneurysm up to 58 mm, causing a re-replacement of the ascending aorta and proximal aortic arch. The patient did well and was discharged home on postoperative day 9. Comment The development of the elephant trunk procedure for aneurysm of the ascending, arch, and descending thoracic aorta has improved the repair of complex aortic lesions by facilitating the proximal anastomosis at the time of the second-stage descending aneurysm repair [2, 6, 7]. Sometimes complications with the first operation render the completion of the second operation unfeasible. The second intervention carries the cumulative risk of two major procedures, an additional risk for mortality up to 5% [8], and a spinal cord injury risk of 3% to 10% [9]. Accordingly, we have developed a single-stage transmediastinal approach with the hybrid prosthesis for patients with ascending, arch, and descending aneurysms [5]. In the conventional elephant trunk operation, the perigraft space around the elephant trunk remains perfused, thereby promoting further aneurysmatic dilatation of the aortic segment [3, 10]. In contrast, the hybrid prosthesis technique allows for progressive thrombus formation in the perigraft space in the descending aorta up to the level of the stent. Widening of the descending aorta has not been observed in our patients, regardless of complete or incomplete thrombus formation. This phenomenon suggests that the stents within the distal segment of the hybrid prosthesis are effective in preventing retrograde flow into the aneurysm. To mount the hybrid prosthesis into an adequately flexible and thin delivery system, we used thin Dacron (0.36 mm in width), which is thinner than the Dacron used in conventional aortic surgery. The hybrid prosthesis is pretreated with collagen during fabrication. In some instances, extra sealing with fibrin glue was necessary to render the graft completely hemostatic. The initial learning curve and the high incidence of concomitant procedures (Table 2) may explain the perioperative mortality rate of 12.8% [7, 11, 12]. However, groups describing one-stage surgical replacement of the thoracic aorta have also reported mortality rates of between 14% and 16% [11, 13]. A major technical improvement over time was the introduction of a guidewire through the femoral artery that helps to discriminate the true and the false lumen. The 12.8% incidence of stroke remains a concern because it is higher than expected [12]. In 2 of the 5 patients, however, symptoms resolved completely before discharge, and 2 were at higher risk owing to previous cerebrovascular incidents. Three of the 5 patients who developed recurrent nerve paralysis were redo cases. The position of the distal anastomosis is quite close to the recurrent nerve. Special attention should be paid to the preparation of the aortic arch to save the nerve. Recurrent nerve paralysis not only reduces the patient s quality of life but also survival by leading to disorders including aspiration pneumonia. Rehabilitation should therefore be performed consistently and at an early stage. SUPPLEMENT Fig 4. Contrast computed tomography reformation of a patient with aortic aneurysm after implantation of a hybrid prosthesis 26 months postoperatively. Perigraft space around the stented segment of the hybrid prosthesis is completely thrombosed.

10 Ann Thorac Surg AORTIC SURGERY SYMPOSIUM X BARAKI ET AL 2007;83:S FROZEN ELEPHANT TRUNK S823 No paraplegia caused by spinal cord injury developed in patients in our series. This rate is quite low compared with the significant paraplegia rates reported with similar open surgical approaches, but it correlates with endovascular stent graft reports of the descending aorta [14 16]. The main reason for the reduced spinal cord injury frequency in our series might be in the indication for hybrid prosthesis, which was limited to patients with an aneurysm that involved only the first half of the descending aorta, regardless of its size. Furthermore, stent graft fabrication was adjusted specifically to each patient s individual pathology. The proximal extent of the aneurysm with regard to arch involvement was not critical because the quality of the anastomosis distal to the origin of the subclavian artery is rather dependent on the condition of the aortic tissue than on the actual aortic diameter at that segment. The use of the hybrid prosthesis enables safe anchoring of its proximal vascular graft segment by a circumferential, hand-sewn anastomosis distal to the origin of the left subclavian artery. This is at the expense of a probably somewhat extended circulatory arrest time compared with the time required for antegrade implantation of a conventional stent graft with or without its fixation by internal stay sutures. Similar to observations during follow-up after endovascular stent grafting, we observed either advanced or completed thrombus formation around the frozen elephant trunk after a mean follow-up time of 22 months so far (Fig 4) [17]. In some cases, we found additional shrinkage of the thrombosed aneurysms, which is also a common finding after endovascular stent grafting [18]. Thrombus formation in the perigraft space and shrinkage of the excluded aneurysm are indicative of a reduction of aortic wall stress, thereby reducing the risk of rupture of the stented aortic segment. This finding supports the therapeutic concept of a single-stage antegrade combined open and endovascular repair of complex thoracic aortic aneurysm using a hybrid prosthesis, despite the currently relatively high mortality and morbidity rates. We believe the morbidity and mortality rates of this procedure will decrease with increased experience, making it the treatment of choice for complex aortic diseases. References 1. Svensson LG. The elephant trunk procedure: uses in complex aortic diseases. Curr Opin Cardiol 2005;20: Borst HG, Walterbusch G, Schaps D. Extensive aortic replacement using elephant trunk prosthesis. Thorac Cardiovasc Surg 1983;31: Estrera AL, Miller CC, Porat EE, Huynh TT, Winnerkvist A, Safi HJ. Staged repair of extensive aortic aneurysms. Ann Thorac Surg 2002;74:S1803 5; discussion S Schepens MA, Dossche KM, Morshuis WJ. The elephant trunk technique: operative results in 100 consecutive patients. Eur J Cardiothorac Surg 2002;21: Karck M, Chavan A, Hagl C, Friedrich H, Galanski M, Haverich A. The frozen elephant trunk technique: a new treatment for thoracic aortic aneurysms. J Thorac Cardiovasc Surg 2003;125: Borst HG, Frank G, Schaps D. Treatment of extensive aortic aneurysms by a new multiple-stage approach. J Thorac Cardiovasc Surg 1988;95: Heinemann MK, Buehner B, Jurmann MJ, et al. Use of the elephant trunk technique in aortic surgery. Ann Thorac Surg 1995;60:2 6; discussion Svensson LG, Crawford ES, Hess KR. Deep hypothermia with circulatory arrest. Determinants of stroke and early mortality in 656 patients. 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11 Zusammenfassung 1 1. Zusammenfassung 1.1. Einleitung Die chirurgische Therapie von kombinierten Pathologien des Aortenbogens sowie der Aorta descendens thoracalis stellt auch heute noch eine anspruchsvolle Operation im kardio-chirurgischen Bereich dar. Während akute Dissektionen aufgrund der hohen Frühmortalität im Rahmen eines Notfalleingriffes angegangen werden müssen, besteht die Indikation zum Aortenbogenersatz bei symptomatischen oder bei progredient wachsenden Aneurysmen ab einer Größe von ca. 5 cm. Diese Eingriffe können nur unter Zuhilfenahme der Herz-Lungen-Maschine durchgeführt werden. Um den Sauerstoffverbrauch der Organe zu reduzieren, werden in der Regel zusätzlich hypotherme Verfahren angewendet. Während des Eingriffes muss dabei auf die adäquate Protektion des Herzens sowie des für Sauerstoffmangel sehr sensiblen Hirnes geachtet werden. Darüber hinaus stellen häufig respiratorische Probleme sowie temporäre spinale Ischämien mit möglichen Paraplegien potentielle Probleme dar wurde zur Therapie solcher komplexer Aortenaneurysmata von Professor Borst ein neues zweizeitiges Verfahren etabliert (Borst 1983). Dies hängt damit zusammen, dass die proximale Aorta descendens nicht während des initialen Eingriffes über eine mediane Sternotomie erreicht werden kann. Somit wird während der ersten Operation über eine mediane Sternotomie zunächst die Aorta ascendens sowie der Aortenbogen ersetzt. Dabei flottiert der Rüssel der Bogenprothese letztlich frei in der Aorta descendens (Abbildung 1). Nach Erholung des Patienten kann dann in einem weiteren zweiten Eingriff via einer linkslateralen Thorakotomie die Aorta descendens teilweise oder vollständig ersetzt werden. Dabei kann der initial über die Mitte eingelegte, frei flottierende Prothesenschenkel direkt aufgesucht und mit der neuen Prothese anastomosiert werden. Beide Eingriffe stellen jedoch hohe Anforderungen an den Chirurgen dar und gehen mit einem durchaus substantiellen Risiko einher. In der Literatur werden Aortenbogeneingriffe über eine mediane Sternotomie mit einem Mortalitätsrisiko von 7-13 % beschrieben (Laas 1992, Svensson 1992 und 1993, Heinemann 1995). Additiv schlägt die Zweitoperation von links mit einem zusätzlichen Mortalitätsrisiko von 3-5 %

12 Zusammenfassung 2 zu Buche. Gleichzeitig darf das Risiko einer Paraplegie, welches mit 5-10 % angegeben ist, nicht vernachlässigt werden (Williams 1991, Svensson 1992). Darüber hinaus weiß man, dass speziell Patienten mit reduzierter Lungenfunktion durch den Zweiteingriff extrem belastet werden. Somit lässt der Allgemeinzustand einer Reihe von Patienten gar keine weitere zweite chirurgische Intervention mehr zu. Abb. 1: Elephant-Trunk-Technik: Die Prothese wird am distalen Aortenbogen eingenäht. Der eingestülpte Anteil der Prothese wird aus der Aorta descendens herausgezogen. Danach werden die supraaortalen Äste in die Prothese reimplantiert und die antegrade arterielle Perfusion wieder aufgenommen. Im Jahre 2001 wurde in der Medizinischen Hochschule Hannover ein neues Verfahren, die sogenannte Hybridprothese entwickelt. Dieses Verfahren erlaubt die einseitige definitive Versorgung von kombinierten Pathologien der Aorta ascendens, des Aortenbogens und der Aorta descendens via einer medianen Sternotomie (Karck 2003 und 2005). Hierzu wurde eine neuartige Gefäßprothese mit Stentanteil (sog. Chavan- Haverich-Prothese) entwickelt. Während der proximale Anteil aus Dacron besteht, handelt es sich bei dem distalen Anteil um einen klassischen expandierbaren Stent, der in die Aorta descendens eingebracht werden kann (Abbildung 2). Die Prothese kann dabei individuell für den jeweiligen Patienten nach entsprechender präoperativer Diagnostik, in der Regel mittels eines Computertomogramms mit Kontrastmittel, angefertigt werden.

13 Zusammenfassung 3 Abbildung 2: Chavan-Haverich-Hybridverfahren: Nach Implantation des Stentgrafts in die Aorta descendens wird die Prothese distal der linken Arteria subclavia fixiert. Danach kann der nicht gestentete Anteil für den Ersatz des Aortenbogens und der Aorta ascendens verwendet werden. Der Eingriff wird unter Einsatz der Herz-Lungen-Maschine mit moderatem hypothermem Kreislaufstillstand bei einer Rektaltemperatur von 26 C durchgeführt. Der Aortenbogen wird dabei längs eröffnet, der Truncus brachiocephalicus und die linke Arteria carotis communis werden zur antegraden Hirnperfusion und damit optimalen Protektion selektiv kanüliert. Die Perfusion wird dabei mit kaltem Blut (14 C) druckkontrolliert mit mmhg durchgeführt. Nach Etablierung kann nun ohne Zeitdruck der gestentete Abschnitt der Chavan-Haverich-Prothese über ein Einführungsbesteck in die aneurysmatisch oder disseziierte Aorta descendens vorgeschoben werden. Die Freisetzung und Expansion des Stents erfolgt unter Bildwandlerkontrolle. Proximal wird die am Stent fixierte Prothese distal der linken Arteria subclavia zirkumferentiell in die Aorta descendens eingenäht. Anschließend kann proximal der Aortenbogen und ggfs. auch die Aorta ascendens in konventioneller Weise ersetzt werden. Der weitere Verlauf der Operation entspricht dem einer klassischen Operation an der thorakalen Aorta. In der vorliegenden Arbeit wurden die Erfahrungen mittels dieses neuen Verfahrens analysiert und ausführlich dargestellt.

14 Zusammenfassung Diskussion Die chirurgische Therapie ausgedehnter Aneurysmen und Dissektionen der Aorta bedarf eines gut ausgebildeten interdisziplinären Teams von Chirurgen, Anästhesisten und Intensivmedizinern. Wenn die segensreiche Einführung der Elephant-Trunk-Operation durch Professor Borst einer Vielzahl von Patienten das Leben rettete, wurden jedoch auch über eine Reihe von Komplikationen und Problemen mit dem Verfahren berichtet (Crawford 1990, Svensson 1992, Coselli 1995, Safi 1997, Carrel 1997, Coselli 1998). Darüber hinaus besteht beim zweizeitigen Vorgehen für die Patienten ein zusätzliches Risiko für eine Ruptur des nicht ersetzten Aortenabschnittes im Bereich der Aorta descendens. Dabei liegt das Mortalitätsrisiko im Falle einer Ruptur bei über 30 % (Estrera 2002). Interessant in diesem Zusammenhang sind die Daten von Svensson und Mitarbeitern, die zeigen konnten, dass die 3-Jahres-Überlebensrate bei Patienten nach zweizeitigem vervollständigtem Aortenersatz 75 % beträgt, während die 5-Jahres- Überlebensrate nur 34 % beträgt, falls keine Vervollständigung des Aortensatzes erfolgt war oder möglich war (Svensson 2002). Dies hat dazu geführt, dass zunehmend neue Techniken gesucht wurden, um den kompletten Aortenbogenersatz einschließlich der Aorta descendens in einem Eingriff durchzuführen. In der Literatur finden sich die Beschreibungen einer Reihe solcher Verfahren, die doch in der Mehrzahl mit erhöhten Komplikationsraten einhergingen (Massimo 1993, Westaby 1998, Kouchoukos 2001, Kuki 2002). Suto und Mitarbeiter stellten bereits 1996 eine Gefäßprothese vor, deren distales Ende aus einem Stent bestand (Suto 1996). Die Prothese wurde bei Patienten mit einem Bogenaneurysma und proximalem Descendens-Aneurysma ebenfalls über eine mediane Sternotomie implantiert. Usui berichtet in diesem Zusammenhang über 12 Patienten, bei denen über die mediane Sternotomie ein Stent unter Führung eines Pigtail-Katheters in den distalen Bogen bei Aneurysmen platziert wurde (Usui 1999). Wenig später konnte Orihashi bei 15 Patienten zeigen, dass die Aorta descendens im Kreislaufstillstand mit einem Stent versorgt werden konnte (Orihashi 2001). Die meisten dieser Versuche waren jedoch mit einer Vielzahl von Komplikationen, häufig in Zusammenhang mit den verwendeten Materialien behaftet. Die Chavan-Haverich-Hybridprothese wurde speziell für die Behandlung der komplexen, oben angesprochenen Pathologien entwickelt. Dabei wurden extreme

15 Zusammenfassung 5 Anforderungen an das Einführbesteck sowie die Dacron-Prothese gestellt, die dünner sein musste, als die in der konventionellen Aortenchirurgie verwendeten Prothesen. Darüber hinaus musste eine adäquate Blutdichtigkeit gegeben sein, um die notwendige Hämostate zu erreichen. In der vorliegenden Arbeit errechnet sich eine Mortalitätsrate von 12,8 %. Diese hängt wahrscheinlich mit der initialen Lernkurve aber auch der hohen Inzidenz zusätzlicher Prozeduren zusammen (Novick 1999). Betrachtet man in diesem Zusammenhang die Ergebnisse in der Literatur, so werden bei ähnlichem Vorgehen Mortalitätsraten von % angegeben (Bachet 1999, Minale 1994). In unseren eigenen Untersuchungen hat sich als entscheidende technische Verbesserung gezeigt, dass das Einbringen eines Führungsdrahtes über die Femoralarterie speziell bei Dissektionen hilft, das wahre vom falschen Lumen zu unterscheiden. In diesem Zusammenhang muss sicher auf die relativ hohe Inzidenz von neurologischen Komplikationen eingegangen werden. Es zeigt sich jedoch, dass zwei der fünf Patienten mit postoperativen neu aufgetretenen Neurologien bereits im Vorfeld zerebrovaskuläre Insulte aufwiesen. Dass dies grundsätzlich zu einem erhöhten Risiko bei herzchirurgischen Eingriffen führt, konnte in einer Vielzahl von Studien gezeigt werden (Kato 2002, Mizuno 2002). Das Auftreten von Rekurrenzparesen erklärt sich aus der häufig notwendigen exzessiven Präparation des distalen Aortenbogens. Aus den Erfahrungen der Stentimplantation in der Bauchaorta ist bekannt, dass Endoleaks eine unangenehme Komplikation nach Implantation darstellen können. Als Endoleak bezeichnet man die Persistenz von Blutfluss zwischen dem Stentgraft und der Aortenwand. Diese resultieren in der Regel aus distal unzureichend entfalteten, zu kurzen oder im Durchmesser zu klein bemessenen Stentgrafts. Dies kann natürlich zu einer weiteren Dilatation der Aorta und ggfs. Rupturgefahr führen. Ziel der Hybridprothese war es, die aneurysmatische Aorta descendens soweit zu stenten, dass keine Perigraft-Perfusion möglich sein sollte. Durch die Blutstase entsteht später ein Thrombus, der mit der Zeit schrumpft. In der vorliegenden Analyse traten bei 6 % der Patienten Endoleaks auf, eines konnte erfolgreich behandelt werden, eine weitere Patientin lehnte die zusätzliche Intervention ab. Grundsätzlich sehen wir jedoch die Endoleak-Rate in dem Kollektiv im Vergleich zur Literatur als tolerabel an (Dake 1994, Fattori 2003, Greenberg 2005).

16 Zusammenfassung 6 Mit der Entwicklung der Chavan-Haverich-Hybridprothese ist nach Etablierung des Elephant-Trunks durch Professor Borst eine weitere innovative Technik für eine Hochrisiko-Patientengruppe entwickelt worden. Trotz einer nicht zu vernachlässigenden Mortalität und durchaus vorhandener Morbidität des Eingriffes bietet die Hybridprothese eine Reihe von Vorteilen. Neben einer Einsparung der distalen Naht an der Aorta ascendens kann der oft notwendige Zweiteingriff vermieden werden. Somit kommen für die Therapie auch Patienten in Frage, für die ein Zweiteingriff, z. B. bei schwer eingeschränkter Lungenfunktion, nicht in Frage käme. Retrograde Dissektionen, die durchaus durch retrograde Implantation von Stents in den distalen Aortenbogen oder in die proximale Aorta descendens entstehen können, werden vermieden. Darüber hinaus können weitere Pathologien am Herzen, die bei der Patientengruppe mit einem hohen Anteil an Komorbidität häufig vorhanden sind, in der gleichen Sitzung mitversorgt werden. Einschränkend muss jedoch betont werden, dass die Hybridprothese sich nur für Patienten eignet, deren Aortendurchmesser sich oberhalb der Zwerchfellhöhe (TH10) wieder normalisiert und damit der Stent proximal des Truncus coeliacus verankert werden kann. Um die Langzeitprognose der Hybridprothese zu evaluieren, müssen regelmäßige computertomographische Untersuchungen mit Kontrastmittel durchgeführt werden. Mit zunehmender Expertise können unserer Meinung nach die Indikationen weiter ausgedehnt werden. Eine Behandlung jeder Typ A-Dissektion, die über den Aortenbogen hinaus zieht, wäre demnach durchaus vorstellbar.

17 Zusammenfassung Zusammenfassung Thorakale Aortenaneurysmen, die den Aortenbogen und die proximale Aorta descendens betreffen, haben bisher eine zweizeitige Operation erfordert. Dies umfasst in einem ersten Schritt den Ersatz der Aorta ascendens und des Aortenbogens unter Zuhilfenahme des Elephant-Trunks, gefolgt von einer im Zweiteingriff via einer lateralen Thorakotomie. Durch die Einführung der Hybridprothese, die aus einem proximalen, nicht gestenteten und einem distal gestenteten Ende besteht, kann die gesamte thorakale Aorta einseitig durch eine mediane Sternotomie ersetzt werden. In der vorliegenden retrospektiven Studie wurde anhand des Krankengutes der MHH die perioperative Mortalität und Morbidität sowie das mittelfristige Überleben der Patienten nach Implantation einer solchen Hybridprothese evaluiert. Dazu wurde zwischen 09/2001 und 03/2006 bei 39 Patienten (15 Frauen, mittleres Alter 62 Jahre) ein thorakaler Aortenersatz mittels einer Hybridprothese durchgeführt. 18 Patienten litten dabei an einer Aortendissektion, 21 wiesen ein Aneurysma auf. Es gab keinen intraoperativen Todesfall, die 30-Tages-Mortalität lag bei 12,8 %. Eine neurologische Dysfunktion konnte bei 5 Patienten nachgewiesen werden, bei 3 von Ihnen persistierten die Symptome über die Entlassung hinaus. Eine Fehlanlage des distalen Stentgrafts führte in einem Fall zu einer Perforation der Aorta descendens. Die mittlere Nachbeobachtung betrug 22 +/- 17 Monate, bei 23 von 25 Patienten zeigte sich in der postoperativen Kontrolle eine vollständige Thrombosierung des Perigraft- Raumes. Die Hybridprothese ermöglicht die Therapie von kombinierten Pathologien des Aortenbogens und der Aorta descendens während eines einzeitigen Eingriffes. Die perioperative Morbidität und Mortalität ist akzeptabel, das Langzeitergebnis scheint aufgrund der vollständigen Thrombosierung des Perigraft-Lumens vielversprechend. Folglich sollten alle Patienten mit einem thorakalen Aneurysma oder einer Dissektion bezüglich der Möglichkeit einer Hybridprothese evaluiert werden. Mit zunehmender Erfahrung scheint eine Erweiterung der Indikationen sowie eine Verbesserung der Ergebnisse möglich. Eine adäquate und lückenlose Überwachung der Patienten ist darüber hinaus substantiell.

18 Zusammenfassung Literaturverzeichnis Bachet J, Guilmet D, Goudot B, Dreyfus GD, Delentdecker P, Brodaty D et al. Antegrade cerebral perfusion with cold blood: a 13-year experience. Ann Thorac Surg 1999; 67(6): Borst HG, Walterbusch G, Schaps D. Extensive aortic replacement using "elephant trunk" prosthesis. Thorac Cardiovasc Surg 1983; 31(1): Carrel T, Althaus U. Extension of the "elephant trunk" technique in complex aortic pathology: the "bidirectional" option. Ann Thorac Surg 1997 Jun; 63(6): Coselli JS, Buket S, Djukanovic B. Aortic arch operation: current treatment and results. Ann Thorac Surg 1995 Jan; 59(1):19-26; discussion Coselli JS, Oberwalder P. Successful repair of mega aorta using reversed elephant trunk procedure. J Vasc Surg 1998 Jan; 27(1): Crawford ES, Coselli JS, Svensson LG, Safi HJ, Hess KR. Diffuse aneurysmal disease (chronic aortic dissection, Marfan, and mega aorta syndromes) and multiple aneurysm. Treatment by subtotal and total aortic replacement emphasizing the elephant trunk operation. Ann Surg 1990; 211(5): Dake MD, Miller DC, Semba CP, Mitchell RS, Walker PJ, Liddell RP. Transluminal placement of endovascular stent-grafts for the treatment of descending thoracic aortic aneurysms. N Engl J Med 1994 Dec 29; 331(26): Estrera AL, Miller CC, Huynh TT, Porat EE, Safi HJ. Replacement of the ascending and transverse aortic arch: determinants of long-term survival. Ann Thorac Surg 2002 Oct; 74(4): ; discussion Fattori R, Napoli G, Lovato L, Grazia C, Piva T, Rocchi G, Angeli E et al. Descending Thoracic Aortic Diseases: Stent-Graft Repair. Radiology 2003 Oct; 229(1):

19 Zusammenfassung 9 Greenberg RK, O'Neill S, Walker E, Haddad F, Lyden SP, Svensson LG et al. Endovascular repair of thoracic aortic lesions with the Zenith TX1 and TX2 thoracic grafts: intermediate-term results. J Vasc Surg 2005 Apr; 41(4): Heinemann MK, Buehner B, Jurmann MJ, Borst HG. Use of the "elephant trunk technique" in aortic surgery. Ann Thorac Surg 1995; 60(1):2-6. Karck M, Chavan A, Hagl C, Friedrich H, Galanski M, Haverich A. The frozen elephant trunk technique: a new treatment for thoracic aortic aneurysms. J Thorac Cardiovasc Surg 2003; 125(6): Karck M, Chavan A, Khaladj N, Friedrich H, Hagl C, Haverich A. The frozen elephant trunk technique for the treatment of extensive thoracic aortic aneurysms: operative results and follow-up. Eur J Cardiothorac Surg 2005 Aug; 28(2): ; discussion 290. Kato M, Kuratani T, Kaneko M, Kyo S, Ohnishi K. The results of total arch graft implantation with open stent-graft placement for type A aortic dissection. J Thorac Cardiovasc Surg 2002 Sep; 124(3): Kouchoukos NT, Masetti P, Rokkas CK, Murphy SF. Single-stage reoperative repair of chronic type A aortic dissection by means of the arch-first technique. J Thorac Cardiovasc Surg 2001 Sep, 122(3): Kuki S, Taniguchi K, Masai T, Yokota T, Yoshida K, Yamamoto K, Matsuda H. An alternative approach using long elephant trunk for extensive aortic aneurysm: elephant trunk anastomosis at the base of the innominate artery. Circulation 2002 Sep 24; 106(12 Suppl 1):I Laas J, Jurmann MJ, Heinemann M, Borst HG. Advances in aortic arch surgery. Ann Thorac Surg 1992; 53(2):

20 Zusammenfassung 10 Massimo CG, Presenti LF, Favi PP, Crisci C, Cruz Guadron EA. Simultaneous total aortic replacement from valve to bifurcation: experience with 21 cases. Ann Thorac Surg 1993 Nov; 56(5): Minale C, Splittgerber FH, Wendt G, Messmer BJ. One-stage intrathoracic repair of extended aortic aneurysms. J Card Surg 1994 Sep; 9(5): Mizuno T, Toyama M, Tabuchi N, Wu H, Sunamori M. Stented elephant trunk procedure combined with ascending aorta and arch replacement for acute type A aortic dissection. Eur J Cardiothorac Surg 2002 Oct; 22(4): Novick RJ, Stitt LW. The learning curve of an academic cardiac surgeon: use of the CUSUM method. J Card Surg 1999 Sep-Oct; 14(5): ; discussion Orihashi K, Sueda T, Watari M, Okada K, Ishii O, Matsuura Y. Endovascular stentgrafting via the aortic arch for distal aortic arch aneurysm: an alternative to endovascular stent-grafting. Eur J Cardiothorac Surg 2001 Nov; 20(5): Safi HJ, Miller CC, Iliopoulos DC, Letsou GV, Baldwin JC. Staged repair of extensive aortic aneurysm: improved neurologic outcome. Ann Surg 1997 Nov; 226(5): Suto Y; Yasuda K; Shiiya N; Murashita T; Kawasaki M; Imamura M; Takigami K; Sasaki S; Matsui Y; Sakuma M: Stented elephant trunk procedure for an extensive aneurysm involving distal aortic arch and descending aorta. J Thorac Cardiovasc Surg 1996 Nov;112(5): Svensson LG. Rationale and technique for replacement of the ascending aorta, arch, and distal aorta using a modified elephant trunk procedure. J Card Surg 1992; 7(4): Svensson LG, Crawford ES, Hess KR, Coselli JS, Raskin S, Shenaq SA et al. Deep hypothermia with circulatory arrest. Determinants of stroke and early mortality in 656 patients. J Thorac Cardiovasc Surg 1993; 106(1):19-28.

21 Zusammenfassung 11 Svensson LG, Kaushik SD, Marinko E. Elephant trunk anastomosis between left carotid and subclavian arteries for aneurysmal distal aortic arch. Ann Thorac Surg 2001 Mar; 71(3): Svensson LG, Nadolny EM, Kimmel WA. Multimodal protocol influence on stroke and neurocognitive deficit prevention after ascending/arch aortic operations. Ann Thorac Surg 2002 Dec; 74(6): Usui A, Fujimoto K, Ishiguchi T, Yoshikawa M, Akita T, Ueda Y. Cerebrospinal dysfunction after endovascular stent-grafting via a median sternotomy: the frozen elephant trunk procedure. Ann Thorac Surg 2002 Nov; 74(5):S ; discussion S Westaby S, Katsumata T. Proximal aortic perfusion for complex arch and descending aortic disease. J Thorac Cardiovasc Surg 1998 Jan; 115(1): Williams GM, Perler BA, Burdick JF, Osterman FA, Jr., Mitchell S, Merine D et al. Angiographic localization of spinal cord blood supply and its relationship to postoperative paraplegia. J Vasc Surg 1991; 13(1):23-33.

22 Lebenslauf Lebenslauf Name: Hassina Baraki Anschrift: Domagkweg Hannover Tel.: 0511/ hassinabaraki@yahoo.com Geburtsdatum: 29. August 1974 Geburtsort: Kabul, Afghanistan Familienstand: ledig Schulbildung: 01/79-08/86: Schulklasse in Taif/Saudi Arabien 08/86-09/88: Schulklasse in Bad Karlshafen/Hessen 09/88-06/94: Wilhelm-Filchner-Schule in Wolfhagen, Allgemeine Hochschulreife Medizinische Ausbildung: 10/94-05/01: Studium der Medizin an der Georg-August-Universität Göttingen 09/96: Ärztliche Vorprüfung 09/97: Erster Abschnitt der Ärztlichen Prüfung 10/98: United States Medical Licensing Examination step 1 04/00: Zweiter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung 01/01: Test of English as a Foreign Language (TOEFL) 04/01: United States Medical Licensing Examination step 2 05/01: Dritter Abschnitt der Ärztlichen Prüfung 04/00-04/01: Praktisches Jahr: 1. Tertial: Chirurgie im Evangelischen Krankenhaus Weende in Göttingen 2. Tertial: Innere Medizin an der Tulane University in New Orleans, USA 3. Tertial: Neurologie im Klinikum der Georg-August-Universität Göttingen Berufliche Tätigkeit: 7/2001 heute: Assistenzärztin in der Klinik für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie der MHH Sonstiges: : Stipendiatin der Friedrich-Ebert-Stiftung : Stipendiatin des Evangelischen Studienwerkes Villigst e.v. Sprachkenntnisse: Persisch, Arabisch, Englisch, Latein, Schulkenntnisse in Französisch Hannover, den

23 Erklärung Erklärung nach 2 Abs. 2 Nr. 5 und 6 Promotionsordnung Ich erkläre, dass ich die der Medizinischen Hochschule Hannover zur Promotion eingereichte Dissertation mit dem Titel The Frozen Elephant Trunk Technique for Treatment of Thoracic Aortic Aneurysms in der Klinik für Herz-, Thorax-, Transplantations- und Gefäßchirurgie der Medizinischen Hochschule Hannover unter der Betreuung von Herrn PD Dr. med. Christian Hagl ohne sonstige Hilfe durchgeführt und bei der Abfassung der Dissertation keine anderen als die dort aufgeführten Hilfsmittel benutzt habe. Ich habe bisher an keiner in- oder ausländischen medizinischen Fakultät ein Gesuch um Zulassung zur Promotion eingereicht, noch diese oder eine andere Arbeit als Dissertation vorgelegt. Hannover, den

24 Danksagung Danksagung Ganz besonders danke ich meinem Lehrer Herrn Prof. Dr. Axel Haverich, der die Idee zu dieser Arbeit hatte und mir die Möglichkeit gegeben hat, diese Studie durchzuführen und mich bei meiner wissenschaftlichen und klinischen Arbeit stets großzügig unterstützt und inspiriert hat. Mein größter Dank gilt meinem Doktorvater Herrn PD Dr. Hagl und Herrn Prof. Dr. Karck für ihre hervorragende chirurgische Arbeit an der Hybridprothese, deren Anleitung, die anregenden Diskussionen und die Betreuung meiner Studie. Ihre kompetente Unterstützung bei der Auswertung und schließlich der Beurteilung der Ergebnisse war eine wertvolle Hilfe. Für die Unterstützung bei der Datenerhebung und -eingabe bedanke ich mich ganz herzlich bei Frau Ilona Meading. Ihre Fachkompetenz war mir eine große Hilfe. Zum Schluss möchte ich ganz besonders meiner gesamten Familie für ihre grenzenlose Geduld sowie liebevolle und unermüdliche Unterstützung herzlich danken, vor allem meiner Mutter, der ich alles, was ich bin und was ich habe, verdanke.