KARZINOMSERIE:
Zerstörung von Blasentumoren durch endoskopische
Laser-Bestrahlung
Gerd Staehler, Alfons Hofstetter, Egbert Schmiedt, Ernst Keiditsch, Wolfram Gorisch und Wolfram Weinberg
Aus der Urologischen Klinik und Poliklinik der Universität München (Direktor: Professor Dr. med. Egbert Schmiedt),
dem Pathologischen Institut des Städtischen Krankenhauses München Schwabing
(Vorstand: Professor Dr. med. Erich Langer)*)
Die radikale, transurethrale Entfernung von Harnblasengeschwülsten mit der elektrischen Schlinge ist wegen der Begrenzung der Resek- tionstiefe zur Vermeidung einer freien Perforation problematisch. Mit dem Neodym-YAG-Laser ist es möglich, Harnblasentumoren zu zer- stören, wobei mit dem uns derzeit zur Verfügung stehenden Laser konstante Nekrosetiefen zwischen 3 und 5 Millimeter erreicht werden.
Dies bedeutet, daß bis zu einer Eindringtiefe von 5 Millimeter sämt- liche Tumorzellen vernichtet werden. Überraschend hierbei ist, daß es trotz der totalen Wandnekrose zu keinen Spontanperforationen kam.
Das nekrotische Tumorgewebe wird nach wenigen Tagen abgestoßen, und der Blasenwanddefekt heilt bindegewebig aus.
Einleitung
„Laser" ist die Abkürzung von Light Amplification by Stimulated Emis- sion of Radiation. Man versteht hier- unter eine Lichtverstärkung durch induzierte Emission von Strahlung.
Beim Laser handelt es sich um einen optischen Quantenverstärker oder einen Lichtgenerator, der intensiv strahlende, monochromatische elektromagnetische Wellen erzeugt, die kohärent schwingen und scharf gebündelt sind.
Die drei wesentlichen Bestandteile des Lasers sind das laseraktive Me- dium (zum Beispiel ionisiertes Ar- gongas für den Argonlaser, neodym- dotiertes Yttrium-Alu minium-Granat
— ein Kristall — für den Neodym-YAG- Laser) sowie ein hochreflektierender Spiegel auf der einen und ein teil- durchlässiger Spiegel auf der ande- ren Seite als sogenannter Resonator
*) Mit Unterstützung des Bundesministeriums für Forschung und Technologie und der Ge- sellschaft für Strahlen- und Umweltfor- schung m. b. H. (GSF), Neuherberg.
Laser-Modell
Spiegel aktives Material
Spiegel
(teildurchlässig) Laserstrahl
L
Blasentumoren
Abbildung 1: Das laseraktive Medium wird durch intensive Lichteinwirkung (Lampen) oder durch elektrische Ent- ladungen „gepumpt". Unter Ausnüt- zung quantenoptischer Prozesse wird Licht einer bestimmten Wellen- länge verstärkt. Ein geringer Teil der Energie kann als Laserleistung durch einen teildurchlässigen Spiegel aus- gekoppelt werden
Abbildung 2 (links oben): Krater in der Blasenschleimhaut nach Bestrahlung mit dem Argonlaser (Brennfleckdurchmesser 2 Millimeter, Leistung 8 Watt, Bestrahlungszeit 2 Sekunden) im Tierversuch beim Kaninchen: Erheblicher Gewebsdefekt.
Nekrose der verbliebenen Blasenwand. Leichte Karbonisation auf dem Kratergrund - Abbildung 3 (links unten): Krater in der Blasenschleimhaut nach Bestrahlung mit dem CO 2 -Laser (Brennfleckdurchmesser 4 Millimeter, Leistung 32 Watt, Bestrahlungszeit 4 Sekunden) im Tierversuch beim Kaninchen: Der Krater unterscheidet sich nur wenig vom Argonkrater.
Die Nekrosetiefe ist sehr gering - Abbildung 4 (rechts oben): Bestrahlung der Blasenschleimhaut mit Neodym-YAG-Laser im Tierversuch beim Kaninchen (Brennfleckdurchmesser 2 Millimeter, Leistung 40 Watt, Bestrahlungszeit 2 Sekunden):
Kein Gewebekrater, nur oberflächliche Epithelläsion. Die gesamte Blasenwand ist im bestrahlten Bereich nekrotisch. Keine Karbonisation - Abbildung 5 (rechts unten): Zystoskop mit Laserzystoskopeinsatz. Der Laserstrahl wird durch ein Quarz- prisma unter einem festen Winkel abgelenkt, er bleibt scharf gebündelt
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Abbildungen 7a (links) und b (rechts): a. Haselnußgroßer Blasentumor (Über- gangsepithelkarzinom Grad II) vor der Bestrahlung — b. Vier Tage nach der Bestrahlung (30 Einzelschüsse mit 40 Watt und 2 Sekunden Dauer) ist der Tumor völlig nekrotisch
Abbildungen 6a bis c (links oben):
Erbsgroßer Blasentumor (Papil- lom) vor Laserbestrahlung — b (links unten): Vier Tage nach La- serbestrahlung: nekrotischer Tu- mor — c (rechts oben): Nach Abhe- ben der Nekrose bleibt ein Krater zurück, auf dessen Boden die fa- serige Struktur der Blasenwand zu erkennen ist. (Bindegewebe und Muskelfaserbündel)
(Abbildung 1. Das laseraktive Me- dium befindet sich zwischen den Spiegeln und erhält die notwendige Energie durch einen „Pumpvor- gz , ng" von außen, zum Beispiel in Form von intensiver Licht- einwirkung durch Lampen (Neo- dym-YAG-Laser) oder durch elektri- sche Entladung in verdünntem La- sergas (Argon-Ionen-Laser, CO 2-La- ser).
In der Medizin finden hauptsächlich 3 Laser Anwendung: der 00 2-Laser der Argon-Ionen-Gaslaser sowie de:
Neodym-YAG-Festkörperlaser.
Für endoskopische Zwecke ist der CO2-Laser bisher kaum einzusetzen, da seine Strahlen nicht über flexible Transmissionssysteme (Lichtleiter) geleitet werden können. Der Argon- lonen-Laser und der Neodym-YAG- Laser wurden in jüngster Zeit erfolg- reich für die endoskopische Koagu- lation von Blutungen im Bereich des oberen Verdauungstraktes einge- setzt (1, 3).
In zweieinhalbjährigen Bestrah- lungsversuchen an gesunden und tumorös veränderten Hunde- und Kaninchenblasen haben wir die Wir- kung der drei obengenannten Laser untersucht (2, 6). Dabei ergab sich, daß der Argonlaser sowohl eine ko- agulierende als auch eine gewebs- abtragende Wirkung aufweist (Ab- bildung 2). Letztere reicht jedoch nicht aus, um größere Tumoren ab- zutragen. Die Nekrosetiefe in der Blasenwand ist für tierexperimentel- le Verhältnisse zwar ausreichend, nicht aber für den Einsatz in der Humanmedizin zur Zerstörung exo- phytischer Blasentumoren oder des tumortragenden Blasenwandbezir- kes.
Der CO2 -Laser zeigt einen sehr gu- ten gewebsabtragenden Effekt (Ab- bildung 3), der es ermöglicht, auch größere Tumoren zu verdampfen.
Die Nekrosetiefe ist sehr gering, so daß hier bei vollständiger Abtragung des Tumors und der Wand eine gro- ße Perforationsgefahr beim endo- skopischen Arbeiten bestünde. Für den CO 2-Laser stehen bisher noch
keine brauchbaren Zystoskope zur Verfügung. Der Neodym-YAG-Laser zeichnet sich durch gute Eindring- tiefe und gutes Koagulationsvermö- gen bei nur gering ausgeprägtem gewebsabtragenden Effekt aus.
Daher ist er für die endoskopische Anwendung in der Urologie zur ther- mischen Zerstörung von Blasen- tumoren besonders gut geeignet (Abbildung 4).
Technische Voraussetzungen für die
endoskopische Laseranwendung 1. Zystoskope
Die endoskopische Laserapplikation in der Blase muß im gasgefüllten Organ erfolgen. Bei Wasserfüllung der Blase verursachen bereits ge- ringste Verunreinigungen (zum Bei- spiel durch Blut) eine erhebliche
Aktuelle Medizin Blasentumoren
Streuung der Strahlen und führen so zu einer Energieminderung am Ziel- ort. Außerdem schwächt der Kühlef- fekt des Wassers auf das Gewebe die Laserwirkung beträchtlich ab.
Für die tierexperimentelle endosko- pische Argonlaserbestrahlung ent- wickelten wir gemeinsam mit der Firma Karl Storz, Tuttlingen, einen Laserzystoskopeinsatz, der neben dem Leitrohr für die Optik ein dün- nes Metallröhrchen auf der Unter- seite besitzt, dessen Ende mit einem feinen Quarzfenster verschlossen ist (6). In dieses Röhrchen kann der fle- xible Lichtleiter eingeführt werden.
Der geradlinig austretende Laser- strahl kann über einen hochreflek- tierenden, beweglichen Metallspie- gel nahezu auf jede beliebige Stelle der Blasenwand gelenkt werden.
Das Quarzfenster muß vor Verunrei- nigungen geschützt werden, da es sonst durch Absorption von Strah- len zu einem Einbrennen der Parti- kel in das Quarzfenster kommt. Es wird daher ständig über ein Anti- Fog-Röhrchen mit Luft bespült. Da der Neodym-YAG-Laser nicht über den Metallspiegel abgelenkt werden kann — seine hochenergetischen Strahlen würden durch Selbstab- sorption zu einem Anschmelzen des Spiegels führen — muß der Strahl über ein bewegliches oder festes Prisma abgelenkt werden, das an- stelle des Quarzfensters am Ende des Lichtleiterröhrchens eingelas- sen ist. Bisher haben wir fest einge- baute Prismen mit verschiedenen Ablenkungswinkeln für den Laser- strahl verwandt (Abbildung 5).
2. Transmissionssystem
Als Lichtleiter steht uns der koni- sche Quarzfaserlichtleiter nach NATH zur Verfügung (4). Durch sei- ne Transmissionsrate von nahezu 90 Prozent für Argon- und Neodym- YAG-Laser bei geringer Strahlen- austrittsdivergenz, geringer Dicke (2,5 mm) und ausreichender Länge (ca. 2,5 m), guter Flexibilität und ho- her Belastbarkeit kommt dieser Lichtleiter von allen bisher erhältli- chen Systemen den Idealforderun- gen am nächsten.
Endoskopischer Lasereinsatz beim Menschen
Wir verwenden den Neodym-YAG- Laser Medilas der Firma Messer- schmitt-Bölkow-Blohm. Die Lei- stung von 60 Watt ist ausreichend. In Allgemein- oder Leitungsanästhesie wird der Kranke in Steinschnittlage mit leichter Beckenanhebung ge- bracht. Es wird mit einem Urethrozy- stoskop Charr. 22,5 oder 24 zysto- skopiert.
Nach vollständiger Flüssigkeitsent- leerung der Blase wird der Laserzy- stoskopeinsatz unter ständigem An- spülen des Quarzprismas in den Schaft eingebracht. Durch Gaszu- fuhr (CO, oder Helium) wird die Bla- se entfaltet.
Die Blase soll nur so weit mit Gas aufgefüllt werden, wie dies zur Be- strahlung des Tumors notwendig ist.
Bei Überdehnung der Harnblase be- steht die Gefahr einer Mitbestrah- lung anliegender Darmschlingen in- folge der Verdünnung der Blasen- wand.
Wenn der gewünschte Füllungszu- stand erreicht ist, wird über ein an- geschlossenes Schlauchsystem durch Eintauchen des Schlauch- endes in ein graduiertes Wasserglas die Kapazität der Blase während der Laserbestrahlung konstant gehal- ten. Da der Neodym-YAG-Laser un- sichtbares infrarotes Licht (1060 nm) aussendet, wird zur Sichtbarma- chung des Strahles ein Pilotlaser (Helium-Neon-Laser) eingeblendet.
Die Bestrahlung erfolgt durch Ein- zelschüsse mit einer Leistung von 40 Watt und einer maximalen Einwir- kungszeit von zwei Sekunden. Am Einschußort sind zunächst eine Blaßverfärbung des Gewebes, dann eine Schrumpfung und das Auftre- ten von Verdampfungsblasen zu be- obachten. Schließlich tritt eine leichte Karbonisierung an der Ober- fläche des Tumors auf. Der gesamte Tumor einschließlich des Randge- bietes wird mit Einzelschüssen übersät, die einen Durchmesser von ca. zwei Millimeter aufweisen. Je nach Größe des Tumors sind 10-40
Einzelbestrahlungen erforderlich.
Blutungen treten dabei nicht auf;
bereits vorher bestehende leichte Sickerblutungen werden sicher ko- aguliert. Bei einiger Übung dauert der Eingriff im allgemeinen nicht länger als 5-15 Minuten. Bei kleinen Tumoren ist der transurethrale Ka- theter entbehrlich, bei flächenhaften Bestrahlungen belassen wir den Ka- theter für vier Tage.
Krankengut
Endoskopische Bestrahlungen mit dem Neodym-YAG-Laser haben wir bisher bei 18 Kranken (elf Männer, sieben Frauen) im Alter zwischen 46 und 72 Jahren vorgenommen. Dabei wurden insgesamt 24 Tumoren be- strahlt. Viermal handelte es sich um ein Papillom Grad 0 (WHO), zehnmal um ein Übergangsepithelkarzinom Grad I, achtmal um ein Übergangs- epithelkarzinom Grad II, zweimal um ein Karzinom Grad III. Die Größe der Tumoren reichte von Erbs- bis maxi- mal Haselnußgröße.
Ergebnisse
Bei allen Patienten wurde vier Tage nach der Operation erneut zystosko- piert, weitere Kontrollen erfolgten in vierwöchentlichen Abständen. Vier Tage nach der Laserapplikation wa- ren alle Tumoren nekrotisch (Abbil- dungen 6 und 7). Bei Berührung mit dem Zystoskop fiel die Nekrose ab, stehengebliebenes Gewebe konnte mit der Probeexzisionszange leicht abgehoben werden.
Zurück blieb ein Krater, auf dessen weitgehend nekrotischem Grund Faserstrukturen zu erkennen waren, die teils Muskulatur und teils binde- gewebigem Stützgewebe entspra- chen (Abb. 7 c).
Biopsien aus dem Tumorgrund und dem Kraterrand erwiesen sich histo- logisch als tumorfrei. Rezidive ha- ben wir bisher an der Bestrahlungs- stelle nicht beobachtet, in fünf Fäl- len war es jedoch zum Auftreten von Rezidivtumoren an anderen Stellen der Blasenwand gekommen.
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Diskussion
Unsere tierexperimentellen Untersu- chungen zeigen, daß bei hohen Neo- dym-YAG-Laserleistungen und län- gerer gesamter Bestrahlungszeit Nekrosen der Darmschleimhaut auf- treten können, wenn diese der Bla- senwand unmittelbar anliegt. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Bla- senwand der Versuchstiere wesent- lich dünner ist als die des Men- schen. In der Humanmedizin wand- ten wir lediglich Dosen an, die im Tierversuch auch bei ungünstigeren Bedingungen keine Nekrosen un- mittelbar anliegender Darmschlin- gen verursachten.
Wegen seiner guten Eindringtiefe in das Gewebe scheint der Neodym- YAG-Laser besonders dazu geeig- net, in der Tiefe der Blasenwand ver- streut liegende Tumorzellnester zu zerstören. Für die endoskopische Anwendung des Neodym-YAG-La- sers in der Urologie sprechen fol- gende Vorzüge:
• Verminderung der Perforations- gefahr durch fehlenden gewebsab- tragenden Effekt und Erhaltenblei- ben der Faserstrukturen der Blasen- wand ähnlich wie beim Herzinfarkt.
O Radikale Tumorzellvernichtung in der Tiefe der Blasenwand. Bei transurethralen Resektionen sind oft mehrere Sitzungen und Nachresek- tionen bis zur gezielten Perforation erforderlich, um alle Tumorbezirke zu entfernen.
• Eine flächenhafte Bestrahlung der Tumorränder ist möglich.
• Wegen seiner gefäßkoagulieren- den Wirkung (3) treten während und nach der Operation keine Blutungen auf.
O Das Einlegen eines transurethra- len Dauerkatheters ist bei kleinen Tumoren überhaupt nicht, bei grö- ßeren nur für kurze Zeit erforderlich.
Damit wird die nosokomiale Infek- tionsgefahr beträchtlich verringert.
() Verkürzung des Krankenhaus- aufenthaltes
Als Nachteile stehen dem der große apparative Aufwand und die hohen Kosten der Geräte gegenüber. Das Transmissionssystem (Lichtleiter), die Quarzfenster und die Prismen besitzen eine erhebliche Störanfäl- ligkeit. Außerdem können noch nicht alle Stellen der Blasenwand — zum Beispiel der Bereich des Blasenauslasses — transurethral mit dem durch Prismen abgelenkten La- serstrahl erreicht werden.
Eine weitere Einschränkung des La- sereinsatzes ergibt sich aus der Un- möglichkeit, große Tumoren mit den jetzigen Laserleistungen völlig zu zerstören. Hier muß eine Kombina- tionsbehandlung zwischen dem konventionellen Verfahren der transurethralen Resektion und der Ausbestrahlung des verbliebenen Tumorbettes mit dem Laser erfolgen.
Dieses Verfahren hat zudem den Vorteil, daß genügend Gewebe zur histologischen Untersuchung an- fällt. Bei den bisher von uns be- strahlten Tumoren war vor dem Ein- griff immer eine Probeexzision zur Gewinnung von histologischem Ma- terial erforderlich.
Unsere bisherige Fallzahl von 18 Kranken bei einem relativ kurzen Beobachtungszeitraum von fünfein- halb Monaten erlaubt noch kein ab- schließendes Urteil über den Wert der Laserbestrahlung von Blasen- tumoren.
Wir glauben aber, daß das Spektrum der transurethralen Operationen durch die Kombination von trans- urethraler Resektion und endosko- pischer Laserbestrahlung sinnvoll erweitert werden kann.
Zusammenfassung
An der Urologischen Universitätskli- nik München wurden erstmals endo- skopische Laserbestrahlungen von Blasentumoren mit Neodym-YAG- Laser durchgeführt. Tumoren von Erbs- bis Haselnußgröße konnten total zerstört werden. Lokale Rezidi- ve wurden in einem bisher noch kur-
zen Beobachtungszeitraum nicht festgestellt. Für Bestrahlung größe- rer Blasentumoren ist der Laser al- lein nicht geeignet. Hier erscheint eine Kombination von konventionel- ler transurethraler Resektion und Ausbestrahlung des verbliebenen Tumorbettes mit dem Neodym-YAG- Laser als sinnvolle Erweiterung des transurethralen operativen Behand- lungsspektrums.
Literatur
(1) Frühmorgen, P., Demling, L., Bodem, F., Reidenbach, H., Brand, H., Kaduk, B.: Erste endoskopische Laser-Koagulation im Gastro- intestinaltrakt des Menschen, Dtsch. med.
Wschr. 100 (1975) 1678 — (2) Hofstetter, A., Staehler, G., Keiditsch, E., Siepe, W.: Morpho- logische Veränderungen der Kaninchen-Harn- blase bei endoskopischer Argon-Laser-Be- strahlung, Fortschr. Med. 94 (1976) 1679 — (3) Kiefhaber, P.: Endoskopische Blutstillung mit Laserstrahlen, Fortschr. Med. 94 (1976) 656 — (4) Nath, G., Gorisch, W., Kiefhaber, P.: First Laser-Endoscopy in a fiberoptic transmission system, Endoscopy 5 (1973) 200 — (5) Staehler, G., Hofstetter, A., Gorisch, W., Keiditsch, E., Müßiggang, H.: Endoscopy in Experimental Urology using an Argon-Laser-Beam, Endo- scopy 8 (1976) 1 — (6) Staehler, G., Gorisch, W., Hofstetter, A.: Ein Laser-Zystoskop, aktuelle Urologie 7 (1976) 363
Anschriften der Verfasser:
Dr. med. Gerd Staehler
Privatdozent Dr. Alfons Hofstetter Professor Dr. Egbert Schmiedt Urologische Klinik und Poliklinik der Universität
Thalkirchnerstraße 48 8000 München 2 Dr. Ernst Keiditsch
Pathologisches Institut des Kran- kenhauses München-Schwabing, Kölner Platz 1
8000 München 40 Dr. W. Rother
Fa. Messerschmidt-Bölkow-Blohm 8012 Ottobrunn
Diplomphysiker Wolfram Gorisch Diplomphysiker Wolfram Weinberg Gesellschaft für Strahlen- und Um- weltforschung m. b. H.
8042 Neuherberg
