Extrakorporale Membran Oxygenierung (ECMO) und Extrakorporales Life Support System (ECLS)

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1 Extrakorporale Membran Oxygenierung (ECMO) und Extrakorporales Life Support System (ECLS) Extrakorporale Membran Oxygenierung (ECMO) und Extrakorporales Life Support System (ECLS) sind mittlerweile etablierte Standardverfahren an kardiochirurgischen Zentren. Die Betreuung der Geräte obliegt den Kardiotechnikern in enger Zusammenarbeit mit den behandelnden Ärzten. In universitären Krankenhäusern der Maximalversorgung erhalten die jeweiligen Fachabteilungen in der Regel ebenfalls von der kardiotechnischen Abteilung technische Unterstützung für den Einsatz dieser Systeme. Dies beinhaltet den Setaufbau, die Bereitstellung und Wartung der Konsolen, sowie das Entlüften der Systeme. Bei der Implantation beraten sie den implantierenden Arzt bei der Kanülenauswahl sowie dem Kanülierungsverfahren und nehmen das System in Betrieb. Nach Beginn der Unterstützung begleiten sie die Patienten auf Inhousetransporten und stehen bei Fragen und Personalschulungen rund um das System zur Verfügung (Beckmann A; Europ J Cardiothorac Surg 2011; 40:676). Das ECMO-Verfahren kommt typischerweise als pulmonale Unterstützung bei Patienten mit therapierefraktärem ARDS oder bei Patienten mit anderen, konservativ nicht beherrschbaren Lungenerkrankungen zum Einsatz. Die Zeit für die Unterstützung kann zwischen wenigen Tagen bis hin zu mehreren Wochen betragen. Abb. 1: Schematische Darstellung ECMO/ECLS-Set mit Entlüftungsbeutel, hier abgebildet das PLS-System Mit freundlicher Genehmigung von Maquet Cardiopulmonary AG (Rastatt, Deutschland). Das Einsatzgebiet des ECLS ist vielfältig, da es nicht nur den Gasaustausch verbessert, sondern auch den Kreislauf mit bis zu 100% des Herzzeitvolumens (HZV) unterstützen kann. Häufig wird es eingesetzt bei Postkardiotomieversagen, Links- und/ oder Rechtsherzversagen, nach Lungentransplantation, nach Reanimation oder zur Wiedererwärmung nach Unterkühlung (Schmid C; Thorac Cardiovasc Surg 2009; 57:449). Zunehmend haben in letzter Zeit niedergelassene Kardiologen Interesse an solchen Systemen gefunden, um Patienten bei sogenannten Hochrisiko- PTCA s im Notfall unterstützen zu können. Im Falle eines Zwischenfalles werden die Patienten mit einem ECLS- System versorgt und zu einem spezialisierten Zentrum gebracht (Arlt M; Artif Org 2009; 33; 9: ; Lee MS; J Invas Cardiol 2008; 20:E269; Shammas NW; J Invas Cardiol 2002; 14:756). Begriffsbestimmung Da es sehr viele verschiedene Begriffe rund um die ECMO/ECLS-Therapien gibt, diese aber oftmals irreführend und nicht einheitlich sind, haben sich die Fachgesellschaften (Beckmann A; Europ J Cardiothorac Surg 2011; 40:676) auf folgende Definitionen geeinigt: Als ECMO wird die veno-venös angeschlossene Unterstützungsform bezeichnet. Diese zeichnet sich durch eine Oxygenierung sowie CO 2 -Elimination aus dem venösen Blut aus und wird zur Therapie von konservativ nicht beherrschbarem Lungenversagen eingesetzt. Eine Kreislaufunterstützung ist mit diesem Unterstützungsverfahren aufgrund der Kanülierung nicht möglich. Als ECLS wird ein veno-arteriell angeschlossenes Sys tem bezeichnet, das nicht nur den Gasaustausch unterstützt, sondern auch das gesamte HZV des Patienten übernehmen kann. ECMO- und ECLS-Systeme Auf dem Markt stehen aktuell vier verschiedene Komplett- Systeme zur Verfügung: 1. Maquet PLS-System (PLS Oxygenator mit 14-Tageszulassung) mit Sprintercart und integriertem Normothermiegerät 2. Maquet Cardiohelp-System (HLS Modul Advanced 7,0 mit 14-Ta- 26

2 ECMO und ECLS geszulassung) mit Sprintercart und integriertem Normothermiegerät 3. Medos deltastream DP3 ECMO System (Highlight LT im Set mit 24 h-zulassung) mit Transportwagen und integriertem Hypo/ Normothermiegerät 4. SORIN SCPC ECMO/ECLS- Konsole mit Custom Set (EOS, ECC.O 5 oder Lilliput 2 jeweils mit 5-Tageszulassung) Die Systeme sind alle mit einem Akku ausgestattet, der einen Betrieb bei Stromausfall und Transporte beispielsweise innerhalb eines Krankenhauses erlaubt. Die Akkulaufzeit liegt je nach Herstellerangabe bei ca. 30 bis 60 min. Die Hypo/Normothermie- Geräte sind bei allen Konsolen, außer der SORIN-Konsole, auf dem Wagen platziert. Hierdurch sind diese kompakt und bestens für Transporte geeignet. Auch mit dem SORIN-Sys - tem sind solche Transporte möglich. Durch das separate Hypo/Normothermiegrät müssen allerdings dabei zwei Geräte bewegt werden. Abb. 2: Schematische Darstellung der ECMO mit zwei Kanülen. Mit freundlicher Genehmigung von Maquet Cardiopulmonary AG (Rastatt, Deutschland). Die Schlauchsets bestehen alle aus einer Zentrifugalpumpe, einem plasmadichten Membranoxygenator (mit Polymethylpenten (PMP) Kapillaren), mehreren Metern 3/8 Zoll Schlauch und zwei bis drei Druckmesspunkten (Abbildung 1). Die Systemdruckwerte werden vor und nach dem Oxygenator gemessen. Einige Zentren verwenden auch eine Druckmessung in der venösen Linie, um den Sog vor der Zentrifuge zu bestimmen. Abb. 3: Schematische Darstellung der ECMO-Kanülierung mit der Avalonkanüle. Mit freundlicher Genehmigung von Avalon Labaratories (Los Angeles, USA). Die Unterschiede dieser Systeme liegen vor allem in Ihren Beschichtungen. Die Sets von Maquet und Medos sind mit einer bioaktiven Heparinbeschichtung ausgestattet (Maquet: Bioline, Medos: Reoparin). Die Sets von Sorin sind biopassiv mit Physio (Phosphorylcholin) beschichtet. Im klinischen Einsatz ist nach Literaturangaben kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Beschichtungsformen zu erwarten ( Jacobs S; Perfusion 2011; 26:496, Marcoux J; Perfusion 2009; 24:307). Als Blutpumpen werden bei diesen Systemen Zentrifugalpumpen eingesetzt. Zentrifugalpumpen sind nicht okklusive Pumpen. Dies bedeutet für die Praxis, dass es bei stehender Pumpe oder zu geringer Drehzahl beim ECLS-System zu einem Rückfluss aus dem arteriellen Schenkel in den venösen kommt. Aus diesem Grund müssen die Schläuche bei stehender Pumpe immer geklemmt werden. 27

3 Kanülierungsformen Die ECMO wird peripher angeschlossen. Grundsätzlich bestehen zwei Möglichkeiten der Kanülierung (Ganslmeier P; Thorac Cardiovasc Surg 2011; 59:103): 1. Die Blut abführende Kanüle wird in die Vena femoralis eingebracht (21-25 Fr.) und die Blut zuführende Kanüle (17-21 Fr.) in die Vena jugularis interna (Abbildung 2). 2. Bei Verwendung einer Doppellumenkanüle (Avalon Elite Bi-Caval DLC Fr.) wird diese in die Vena jugularis interna eingebracht (Abbildung 3). Abb. 4: Schematische Darstellung des femo-femoralem Anschlusses der ECLS. Mit freundlicher Genehmigung von Maquet Cardiopulmonary AG (Rastatt, Deutschland). Die ECLS kann sowohl zentral als auch peripher angeschlossen werden. Insgesamt bestehen hier vier Möglichkeiten der Kanülierung (Ganslmeier P; Thorac Cardiovasc Surg 2011; 59:103; Bakhtiary F; J Thorac Cardiovasc Surg 2008; 135:382): 1. Arterieller Zufluss über eine direkte Kanülierung der Aorta ascendens (18-24 Fr.). Venös wird eine Zwei- (40/32 Fr.) oder Dreistufenkanüle (29 Fr.) durch das rechte Vorhofohr eingebracht. 2. Arterieller Zufluss peripher über die Arteria femoralis mit separater Beinperfusion: Venös wird die Vena femoralis punktiert und der abführende Katheter (19-25 Fr.) in Seldinger Technik eingebracht. Alternativ wird die Arteria femoralis punktiert und die zuführende Känule (18-22 Fr.) in Seldinger Technik eingebracht. Zusätzlich wird die Arteria femoralis nach peripher erneut punktiert und die Beinperfusionskanüle (10-12 Fr.) ebenfalls in Seldinger Technik eingebracht. (Abb. 4). 3. Arterieller Zufluss peripher über die Arteria subcalvia mit separater Armperfusion: Venös wird die Vena femoralis punktiert (Kanüle Fr.). Alternativ erfolgt der arterielle Zufluss über eine Punktion der rechten Arteria subclavia (Känule Fr.). Zusätzlich wird die Arteria Subclavia in Richtung des Armes punktiert und die Armperfusionskanüle (10-12 Fr.) eingebracht. 4. Alternativ besteht die Möglichkeit, den peripheren arteriellen Gefäßzugang chirurgisch mittels Anastomose einer 8 mm Gefäßprothese herzustellen. In diese Prothese wird dann eine 20 Fr. Kanüle eingeführt und mittels Ligatur befestigt. Um eine Hyperperfusion der entsprechenden Extremität zu verhindern, muss das Gefäß gebändelt werden. Gerinnungsmanagement Das ECMO/ECLS-System weist eine große Fremdoberfläche auf (ca. 2 qm), die zur Aktivierung des Gerinnungs- und Komplementsystems führt. Die häufigsten Komplikationen in der ECMO/ECLS-Therapie sind Blutungen, die durch die erforderliche Gerinnungshemmung bedingt sind. Da die Hemmung der Gerinnung durch die Gabe von Heparin erfolgt, sollte die Dosierung einem strengen Protokoll unterliegen (Tabelle 1). In der Regel kann die Gerinnungshemmung mit Beginn der extrakorporalen Zirkulation durch eine Bolus- 28

4 ECMO und ECLS gabe (ca i.e./kg/kg) begonnen werden und dann kontinuierlich über einen Perfusor bis zur Beendigung der Therapie fortgeführt werden. Bestehen Kontraindikationen für die Gerinnungshemmmung, z. B. bei Blutungen nach chirurgischen Eingriffen, kann initial auf die Heparingabe verzichtet werden. Die Gerinnungshemmung sollte dann ca. 6 Stunden nach dem Sistieren der Blutung begonnen werden. Die Überwachung der Gerinnungshemmung ( Monitoring ) erfolgt je nach Protokoll entweder über die ACT (Bereich sec.) oder die PTT (Bereich sec.) (Beckmann A; Eur J Cardiothorac Surg 2011, 40: ). Die Messintervalle sollten zu Beginn der Therapie engmaschig erfolgen und können im Verlauf mit Stabilisierung der Gerinnungssituation verringert werden. Zusätzlich sollte die D-Dimere täglich bestimmt werden. Über die Verlaufskurve der D-Dimere ist es möglich, eine verdeckte Gerinnungsaktivierung zu erkennen. Steigt diese im Verlauf stark an, sollte die Indikation zum Systemwechsel diskutiert werden (Gehron et al., Kardiotechnik 2/2007; 33-36). Gasflusssteuerung und FiO 2 Tabelle 1: Beispielhafte Übersicht der Gerinnungsparameter Parameter Normbereich Soll ECMO/ECLS ACT sec sec PTT sec sec INR 1 <1,3 ATIII % >90% D-Dimere <0,5mg/l kein starker Anstieg Thrombozyten μl >90000 μl Fibrinogen mg/dl mg/d Die Gasflusssteuerung entspricht im Wesentlichen den gleichen Regeln, die für die maschinelle Beatmung gelten. Zur Steuerung des PaO 2 wird der FiO 2 von 21 bis 100% eingestellt. Je höher die O 2 -Konzentration im Frischgaszufluss des Oxygenators eingestellt ist, desto mehr Sauerstoff diffundiert über die Membran des Oxygenators in das Patientenblut. Zur Steuerung des PaCO 2 wird der Frischgasfluss über die Membran des Oxygenators von etwa 1 l/min bis zu 10 l/ min eingestellt. Je höher der Gasfluss, desto mehr CO 2 kann eliminiert werden (Tabelle 2). Blutgasentnahmen Tabelle 2: Gasfluss und Veränderung der Parameter Der Ort der Blutgasentnahme ist abhängig vom gewählten Unterstützungsverfahren und der Kanülierung des Patienten. Je nach Art der Kanülierung kann es zu mehr oder weniger stark ausgeprägter Mischung von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Blut in der oberen Körperhälfte kommen. Dieser Umstand muss bei der Blutentnahme berücksichtigt werden: 1. ECMO zur Lungenunterstützung (Veno-venöser Kanülierung): In diesem Fall kann die Blutentnahme und Interpretation der Werte wie üblich aus einem arteriellen Zugang erfolgen. Änderung CO 2 O 2 Gasfluss Gasfluss - Min. 1l/min Gasfluss - Max. 10l/min FiO 2 - Min. 21% FiO 2 - Max. 100% 2. ECLS mit femo-femoralem Zugang: In diesem Fall ist der retrograde Fluss des ECLS-Systems zu beachten. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, dass das vom Herz ausgeworfene Blut aufgrund eines Lungenversagens schlecht oxygeniert ist und lediglich die Sättigung der venösen Kreislaufseite aufweist. Dies kann dazu führen, dass zwischen dem rechten und linken Arm die PaO 2, PaCO 2 und Sättigungswerte stark differieren können. Da der Ort des höchsten Mischblutanteils aufgrund der anatomischen Situation der rechte Arm ist, sollte bei diesem Systemanschluss die Blutgasentnahme auch an dieser Stelle erfolgen. Zusätzlich ist es sinnvoll, regelmäßig auch die zentralvenöse Sättigung zu bestimmen. Diese sollte >70% sein. 29

5 3. ECLS mit Femoral-Subclavia- Zugang: Bei diesem Zugang fließt das Blut durch den Truncus brachiocephalicus direkt in den Aortenbogen und generiert somit einen fast physiologischen Fluss. Der rechte Arm wird direkt über das ECLS-Sys - tem versorgt. Zur Blutgasentnahme bieten sich bei dieser Versorgung also Blutgase aus dem linken Arm sowie aus den Femoralgefäßen an. Zusätzlich ist es sinnvoll, die zentrale bzw. gemischtvenöse Sättigung zu bestimmen. 4. Bei zentraler Kanülierung kann an beiden Armen sowie an den Femoralgefäßen die Blutentnahme erfolgen. Technische Probleme und Notfallmaßnahmen Technische Probleme mit den Systemen sind aufgrund ihrer Einfachheit und Zuverlässigkeit selten. Am häufigsten treten Gerinnungsprobleme mit Bildung von Thromben und Fibrinablagerungen auf. Diese können je nach Ausbildung das Tauschen einzelner Komponenten bis hin zum ganzen System inklusive Kanülen notwendig machen. Der Ausfall von Gerätekomponenten wie der Hypo/Normothermiegeräte, dem Pumpenkopf, der Pumpensteuerung mit Akku und Netzeinheit oder des Gasblenders können einen Komponententausch notwendig machen. Fällt beispielsweise der Pumpenantrieb oder die Steuerung aus, muss der Betrieb der Einheit vorübergehend bis zum Komponententausch mit einer Handkurbel aufrechterhalten werden. In diese Maßnahme muss jeder eingewiesen sein, der den Patienten betreut. Gelegentlich kann es durch Manipulationen am Patientenbett zu mechanischen Beschädigungen des Systems z. B. durch Abreißen des arteriellen Schlauches vom Oxygenator oder der Kanülen aus dem Patienten kommen. Diese Komplikationen sind in der Regel mit einem hohen Blutverlust des Patienten und einer hypotonen Kreislaufsituation bis hin zu einem Kreislaufstillstand verbunden. Als Sofortmaßnahme sollte in einem solchen Fall das System arteriell wie venös mit Schlauchklemmen geklemmt werden, um weitere Blutverluste sowie Luftembolien zu verhindern. Die ggf. nötige Reanimation sollte eingeleitet werden und fachkundige Hilfe zur Neuimplantation bzw. Entlüftung und Wiederanschluss des Unterstützungssystems (z. B. durch Kardiotechnik und Chirurgen) gerufen werden. Da es beim Einsatz der ECMO/ ECLS-Systeme immer wieder zu lebensbedrohenden peripheren und auch zentralen Gefäßkomplikationen und anderen Zwischenfällen kommen kann, empfiehlt die Arbeitsgruppe EKZ der Deutschen Gesellschaft für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie, sowie die Deutsche Gesellschaft für Kardiotechnik (DGFK) den Einsatz dieser Systeme nur in Zentren, die über die entsprechende Expertise verfügen, um die Kanüle sicher in Seldinger und/oder chirurgischer Technik zu platzieren, Gefäßkomplikationen kathetertechnisch und/oder chirurgisch beheben zu können sowie eine Notfallthorakotomie und den Einsatz der EKZ durchführen zu können. Für den Kardiotechniker werden die Ausbildungsansprüche des European Board of Cardiovascular Perfusion (EBCP) vorausgesetzt (Beckmann A; Europ J Cardiothorac Surg 2011; 40: 676). Die Systeme sollten nur in Zentren eingesetzt werden, die über eine Herz- und Gefäßchirurgie verfügen oder mit diesen eng kooperieren, um ein Kompetenzteam bilden zu können, das potentielle Komplikationen sicher beherrscht. Dieses Team sollte aus dem implantierenden Arzt, dem Anästhesisten, dem Kardiotechniker, dem betreuenden Arzt der Intensivstation sowie der entsprechenden Pflegeperson bestehen. Zudem sollten schriftliche Standards bestehen, aus denen die Zielwerte der Therapie hervorgehen, die alle Beteiligten kennen und darauf zugreifen können. An diesen Standards sollten sich die Therapie der Patienten sowie die Personalschulung der Ärzte und des Pflegepersonals orientieren. Die zentrale Rolle der Patienten- und Systembeobachtung kommt dem Pflegepersonal der Intensivstation zu. Dieses betreut 24 Stunden am Tag den Patienten und bemerkt somit als erstes Veränderungen, Funktionsstörungen oder Ausfälle des Systems und kann nötige Schritte zur Behebung umgehend einleiten. Interessenskonflikte: Keine Christian Klüß Stv. Leitung Kardiotechnik Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie Deutsches Herzzentrum München kluess@dhm.mhn.de 30