ARDS Herten, Dr. Karen M. Kämpf St. Elisabeth-Hospital Herten ggmbh Im Schloßpark 12, Herten

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1 Herten, Dr. Karen M. Kämpf St. Elisabeth-Hospital Herten ggmbh Im Schloßpark 12, Herten 1

2 Historie 1967 erstmals von Ashbaugh und Pitty als adult heute besser als acute respiratory distress syndrome (ARDS) im Lancet beschrieben mit den Symptomen Dyspnoe, Tachypnoe und Zyanose. 2

3 Klinik Trotz hoher F i O 2 ausgeprägte Hypoxie infolge intrapulmonaler R-L-Shunt und Störung des Ventilations- /Perfusionsverhältnisses Erniedrigte pulmonale Compliance mit wet lung (Zunahme des extravaskulären Lungenwassers (normal: 5ml/kg; ARDS:>15ml/kg) Erhöhter Atemswegsdruck Lungenthorax: bilaterale diffuse Lungeninfiltrate (durch nichtkardiales Lungenödem) Vollbild weiße Lunge (Herzgröße unverändert, keine Pleuraergüsse) 3

4 Definition 1992 von amerikanisch-europäischer Consensus-Konferenz (AECC) durch 4 Kriterien charakterisiert : akutes Auftreten der Erkrankung p a O 2 / F i O 2 (Horovitz)-Quotient<200mmHG unabhängig vom verwendeten PEEP bilaterale Infiltrate im a.p.-röntgen-thoraxbild Pulmonal-kapillärer Verschlussdruck (PCWP)<18mmHG Ausschluss eines kardialen Lungenödems, ggfs. auch mittels transösophagealer Echokardiographie (TEE) Kritikpunkte bzgl. der Definition ARDS: o Bei Beurteilung Oxygenierung Höhe des angewandten PEEP s nicht berücksichtigt o Erhöhte Wedgedrücke bei ARDS Patienten mit septischer Kardiomyopathie und Linksherzinsuffizienz oder nach übermäßiger Volumentherapie möglich 4

5 Ursachen des ARDS Direkte und indirekte Schädigung von Lungenparenchym Indirekte Lungenaffektionen: Die häufigsten Ursachen eines ARDS nach Hudson et al. sind o SIRS / Sepsis (ca. 41% der SIRS-Fälle) und die o Massivtransfusion (TRALI = transfusion-related acute lung injury), definiert als >15EK in 24h (ca. 36%) sowie o Polytrauma seltener o Pankreatitis o verschiedene Schockformen o Verbrennungen o Verbrauchskoaglopathie o Operationen mit langer kardiopulmonaler Bypasszeit o Fruchtwasser- oder Fettembolie o Intoxikationen (organische Phosphate, Kokain, Heroin) o Extrakorporale Zirkulation 5

6 Ursachen des ARDS Direkte Lungenaffektionen (Pneumonie häufigste Ursache): o Diffuse pulmonale Infektionen (Bakterien, Viren, Pilze, Protozoen) parapneumonisches ARDS o Lungenkontusion (ca. 22%) seltener o Säure-, Salz- und Süßwasseraspiration o Beinahe-Ertrinken o Toxisches Inhalationstrauma o Höhenödem und hypoxisches Lungenödem o Chemische Agenzien mit intrapulmonaler Verteilung (Paraquat, Cordarex, Bleomycin) 6

7 Verlauf Die Erkrankung beginnt relativ rasch Die meisten Fälle entwickeln sich innerhalb von 24h nach der initialen Schädigung Das klinische Bild besteht aus Tachypnoe angestrengtem Atmen Zyanose Hypoxämie 7

8 Inzidenz des ARDS Nach Lewandowski (Berlin): 1,5-3,0 Fälle pro Einwohner In Europa (1989 auf Las Palmas): 1,5-4,5 Fälle pro Einwohner In USA (in Utah): 4,8-8,3 Fälle pro Einwohner bzw. je nach Grunderkrankung 12-36% bei Pneumonie und 11-38% bei Sepsis. Inzidenz der ALI nach Rubenfeld et al. 64 Fälle pro Einwohner 8

9 Letalität Sehr unterschiedliche Zahlenangaben bzgl. der Letalität (bis 53 +/- 22%), Letalitätsrate in den letzten 10 Jahren leicht fallend! nach Milberg et al. hatte das ARDS eine Überlebensrate von 47% im Jahr 1983, welche bis zum Jahr 1993 auf 64% anstieg! Im Jahr 1997 veröffentlichte Zahlen von der Berliner Arbeitsgruppe um Lewandowski zeigten eine Gesamtüberlebensrate von 75% geringere Letalität in Zentren Merke! Die Letalität des ARDS ist abhängig von Patientenalter Grunderkrankung Anzahl der Organdysfunktionen der begleitenden Sepsis Jüngere Trauma-induzierte ARDS-Patienten haben z.b. eine bessere Prognose als ältere Sepsispatienten mit ARDS! 9

10 Schweregrad des ARDS Einteilung nach dem Murray-Scoresystem, LIS (lung injury score) Leichtes bis mäßig ausgeprägtes ARDS: Score-Wert<2,5 Schweres ARDS: Score-Wert>2,5 10

11 Lung Injury Score (LIS) von Murray (1988) Ziel des Scores ist die Beurteilung der Lungenfunktion z.b. beim ARDS 4 Kriterien: Röntgenbefund der Lunge Beurteilung nach der Anzahl der Quadranten mit alveolärer Verschattung 0 4 Hypoxämie / Oxygenierungsstörung beurteilt nach Horovitz-Index p a O 2 / F I O 2 PEEP Compliance ARDS >= 300mmHg mmhg mmhg mmhg < 100 mmhg <= 5 cm H 2 O 6-8 cm H 2 O 9-11 cm H 2 O cm H 2 O >= 15 cm H 2 O >= 80 ml/cm H 2 O ml/cm H 2 O ml/cm H 2 O ml/cm H 2 O <= 19 ml/cm H 2 O Beurteilung nach der Summe der Gruppenwerte dividiert durch die Anzahl der beurteilten Gruppen: Punkte 0 0,1-2,5 > 2,5 Keine Lungenschädigung Leichte bis mäßige Lungenschädigung Schwere Lungenschädigung (wie z.b. ARDS) 11

12 Differentialdiagnosen Kardiales Lungenödem Primär bakterielle oder virale Pneumonien Hypersensitive oder eosinophile Pneumonien Idiopathische fibrosierende Alveolitiden Medikamenteninduzierte Lungenveränderungen (Amiodaron-Lunge) acute lung injury (ALI) mit p a O 2 / F i O 2 < 300mmHG akute Lungenembolie (LE) 12

13 Pathophysiologie Mediatorenaktivierung Im Rahmen des ARDS kommt es zu einer unkontrollierten Aktivierung verschiedener Kaskadensysteme: Mediatoren: IL-1, TNF, IL-6, IL-8 Aktivierung der Phospholiphase A 2 mit konsekutiver Freisetzung von Arachidonsäure, die durch die Cyclo- und Lipooxygenase vermehrt Thromboxan A 2, LTB 4 und PAF entstehen lässt starke Aktivierung von neutrophilen Granulozyten mit konsekutiver Freisetzung von O2-Radikalen und Proteasen sowie Substanzen mit vasokonstringierendem Effekt (TxA 2 ) Kallikreinsystem Komplementsystem: C3b, C5b Neutrophile Granulozyten konsekutive Elastasefreisetzung Erhöhte Zytokin-Konzentrationen (IL-1, IL-6, α-tnf, γ -INF) und Kollagenasenaktivität (Mitursache für die Permeabilitätserhöhung der pulmonalen Gefäße) konnten in der BAL-Flüssigkeit nachgewiesen werden Pathophysiologische Charakteristika des ARDS: Erhöhung der pulmonalen Kapillarpermeabilität alveoläres Ödem (mit entzündlichem Infiltraten) Denaturierung des Surfactant Atelektasen, Reduktion der funktionellen Residualkapazität (FRC) Spätstadium Fibroblasteninfiltration und Kollagenproliferation fibrosierende Alveolitis, mikrovaskuläre Obstruktion Lungencompliance, pulmonalarterieller Druck, intrapulmonaler Rechts-Links-Shunt, AaDO 2 13

14 Morphologie der ARDS-Lunge Erstmaliger Nachweis von bilateralen dorsobasal gelegenen Atelektasen bei 22 ARDS-Patienten durch Gattinoni aus Mailand mit Hilfe einer thorakalen computertomographischen Untersuchung im Jahr Durch Anwendung eines hohen PEEP-Niveaus von 15cm H 2 O konnten diese atelektatischen Lungenbezirke zum größten Teil geöffnet werden. 14

15 ARDS-Lunge zeigt eine morphologische Dreiteilung: 1. dorsal gelegene atelektatische Bezirke, in denen aufgrund alveolärer und vaskulärer Okklusion kein pulmonaler Gasaustausch stattfindet und die somit die wesentlichen Komponenten des intrapulmonalen Shunts darstellen als Zone D (diseased) bezeichnet werden 2. im mittleren Bereich befindet sich eine Übergangszone mit potentiell für den pulmonalen Gasaustausch rekrutierbarem Lungegewebe Zone R (recruitable) 3. ventral gelegen befindet sich im Volumen stark reduziertes gesundes Lungengewebe mit normaler Compliance und nichtpathologischem Ventialtion/Perfusionsverhältnis Zone H (healthy) Merke: Das gesunde, am Gasautausch teilnehmende Lungengewebe ist im Rahmen des ARDS auf etwa 20-30% seines Ausgangsvolumens reduziert. Gattinoni prägte für diese Lungenmorphologie den Begriff der baby lung. 15

16 Therapie möglichst Therapie der auslösenden Ursache/Erkrankung bei zunehmender Oxygenierungsstörung frühzeitig CPAP-Therapie oder maschinelle Beatmung mit PEEP und andere additive Maßnahmen 16

17 Behandlungsziele Aufrechterhaltung einer adäquaten Gewebsoxygenierung z.b. durch Beatmung mit verlängerter Inspirationszeit (IRV), PEEP-Beatmung, alveoläres Recruitmentmanöver mit hohem Beatmungsdruck und nachfolgender PEEP-Beatmung ( Open the lung and keep the lung open ), kinetische Therapie, NO- Beatmung, ECMO, Surfactant- etc.) Vermeidung einer weiteren, iatrogen ausgelösten Lungenschädigung mittel Anwendung reduzierter Tidalvolumina, permissiver Hyperkapnie (PHC, pco2 ca. 65mmHg), möglichst geringen inspiratorischen O 2 -Konzentration (F i O 2 <0,6) Beachtung des baby lung concept Reduktion des extravaskulären Lungenwassers bzw. Dehydrierung des Patienten nach dem Motto keep the lung dry and avoid hypovolaemia (Diurektika-Therapie, kontinuierliche extrakorporale Nierensatzverfahren [CVVHF oder Hämodialyse]) Cave: die aggressive Dehydrierung kann zu einer Reduktion des HZV bzw. O2- Angebotes führen und somit die Prognose eines ARDS im Rahmen eines MOV weiter verschlechtern Reduktion der systemischen Entzündungsreaktion durch antiinflammatorische Therapieansätze ( deren Effektivitätsnachweis muss noch in großen kontrollierten Studien noch nachgeweisen werden) 17

18 Diskutiert werden Glucokortikoide (niedrig dosiert) Ibuprofen Ketoconazol Pentoxifyllin + Lisofyllin N-Acetylcystein (Antioxidantien) 18

19 Aktuelles Beatmungskonzept beim ARDS die dorsobasal gelegenen Atelektasen durch geeignete Beatmungsformen und PEEP-Anwendung zu rekrutieren und gleichzeitig die ventral gelegenen gesunden Lungenbezirke mit ihrer auf ca % reduzierten Atemoberfläche nicht weiter zu schädigen Vermeidung von beatmungsinduzierten Lungenschäden durch die Anwendung des Konzeptes der lung protective ventilation nach Amato et al. (1998) (VILI = ventilation induced lung injury oder VALI = ventilation associated lung injury) 19

20 Aktuelles Beatmungskonzept beim ARDS Reduktion des Atemzugvolumens (VT) nach dem Empfehlungen des American College of Chest Physicians (ACCP) aus dem Jahre 1993 bei ARDS auf 5-6 ml/kg Körpergewicht (im Vergleich zu einem Zugvolumen von 8-10 ml/kg bei der Beatmung nicht geschädigter Lunge) Limitierung des Atemwegplateaudrucks bei normaler Lungen-/Thoraxcompliance auf unter 30-35cmH 2 O Beatmung im Bereich der optimalen Compliance des gesamten respiratorischen Systems (steilster Kurvenverlauf der statischen Druck- Volumen-Kurve) -> beste Beatmungsform zur Einhaltung dieser Richtlinien: drucklimitierte oder besser druckkontrollierte Beatmungsform mit PEEP und dezelerierendem Flow Durch druckkontrollierte Beatmungsformen mit reduzierten Atemzugvolumina können weitere beatmungsinduzierte Lungenschäden vermieden werden. Zu diesen zählen das durch hohe Atemzuvolumina und den daraus resultierenden hohen Scherkräften ausgelöste Volutrauma, sowie das durch hohe Beatmungsdrücke induzierte Barotrauma Da die Lungenschädigung letztendlich durch den Transfer von exogener Energie induziert wird, wurde für das Volu- und Barotrauma vor kurzem (von Pison) der Begriff Ergo-Trauma eingeführt 20

21 PEEP eingeschränkte Oxygenierung durch PEEP verbessert werden -> Erhöhung der FRC Die Höhe des einzustellenden PEEP-Niveuas richtet sich nach dem Best-PEEP von Suter: PEEP-Niveau, bei dem die besten kardiopulmonalen Funktionen vorhanden sind: o Maximaler O 2 -Transport (HZV * C a O 2 ) o Kleinstmögliche Totraumfraktion o Größtmögliche totale statische Compliance Oder nach den Best-PEEP-Kriterien nach Gallagher o PEEP, der den Shuntanteil auf 15% reduziert oder einen Anstieg des p a O 2 /F I O 2 -Quotienten auf >300mmHG bewirkt -> PEEP sollte jedoch zur Vermeidung eines Barotraumas <15mmHG betragen Oder nach den Best-PEEP-Kriterien nach Murray o PEEP, der zur maximalen Rekrutierung der Alveolarbezirke führt und somit den kleinsten p a CO 2 - p et CO 2 Gradienten erzeugt -> bei PEEP induzierter Hyperinflation steigt der oben genannte Gradient als Ausdruck einer zunehmenden Totraumventilation wieder an 21

22 Beatmungsreg ime nach Stewart und Slutsky Therapieformel für das ARDS P 2 R 2 Protect the ventilated lung, Prevent oxygen toxicity, Recruit the atelectatic, infiltrated and consolidated lung, Reduce the anatomic and alveolar dead space 22

23 Zusätzliche Strategien zur Reduktion des Beatmungstraumas und Verbesserung des Gasaustausches: Beatmungskonzept nach Lachmann PHC (permissive Hyperkapnie Inverse-Ratio-Ventilation (IRV) Reduktion der FiO2 Augmentierende Beatmungsformen Seitengetrennte Beatmung bei unilateraler Lungenschädigung Kinetische Therapie (Bauchlage) Trachealgasinsufflation ECMO Flüssigkeitsventilation mit Perfluorcarbonen Inhalation von NO ARDS Prostacyclininhatation Surfactantsubstitution 23

24 Beatmungskonzept nach Lachmann ( Open lung -Konzept von 1992) Rekrutierung der dorsal gelegenen Atelektasen durch PEEP-Einsatz Open the lung and keep the lung open ( Beatmungskonzept beginnt mit einem hohen Druckniveau (bis 80mmHG!) mit PEEP jedoch nur für wenige Atemzyklen, um dann rasch in den Normalbereich reduziert zu werden) Beim erneuten Kollabieren von Lungenbezirken > kurzfristig Repetition des hohen Beatmungsdruckniveaus Reduktion der Indikation zur Bronchialtoilett e auf ein Minimum (intratracheales Absaugen nur bei Verlegung der Atemwege durch Schleim) -> durch dieses Konzept kann erwiesenermaßen die Traumatisierung von gesundem Lungengewebe auf ein Minimum reduziert werden 24

25 Permissive Hyperkapnie ARDS Geringe Atemzugvolumina und angestrebter Beatmungsspitzendruck von max. 30 cmh 2 O Infolge geringer Atemzugvolumina resultierende nicht nachteilige alveoläre Hy poventilation mit pco 2 -Werten mit durchschnittlich 62 mmhg Erfolgreiches Beatmungskonzept bei ARDS 25

26 Inverse-Ratio-Ventilation Längere Kontaktzeit der Atemgase in der Alveole Aufbau eines Intrinsic-PEEP (Offenhalten der Alveole) Reduktion der FiO2 (Vermeidung von Resorptionsatelektasen oder Surfactantschädigung) 26

27 Reduktion der inspiratorischen O2- Konzentration Zielgröße pao mmhg bzw. SaO %, ph größer 7,30 Augmentierte Beatmungsformen (am besten BIPAP) Seitengetrennte Beatmung bei unilateraler Lungenschädigung Kinetische Therapie (Bauchlage) 50% der Patienten profitieren; 20% ohne Effekt; 30% Verschlechterung Trachealgasin sufflation experimentelle Beatmungsform mit intratrachealem Zusatzfluss 27

28 ECMO (ultima ratio) ARDS Spielen aufgrund von verbesserten Beatmungsstrategien eine immer geringere Rolle beim ARDS. 89%ige Überlebensrate im Patientenkollektiv, das ohne ECMO-Einsatz konventionell mit druckkontrollierter PEEP- Beatmung, permissiver Hyperkapnie, negativer Flüssigkeitsbilan zierung und optionaler kinetischer Therapie, DLV oder NO-Beatmung behandelt werden konnte und 55%ige Überlebensrate im Patientenkollektiv, das infolge der massiven Lungenfunktionseinschrä nkung sich einer ECMO- Therapie unterziehen musste! 28

29 Flüssigkeitsventilation mit Perfluorcarbonen neue experimentelle Beatmungsform (TLV und PLV) 29

30 Inhalation von NO ARDS Oxygenierungsverbesserung beim ARDS (Shuntabnahme bzw. Umverteilung des Blutflusses zu ventilierten Alveolen) NO in kleinsten Dosen wirksamer Vasodilatator NO in hohen Dosen toxisch(methämogobinämie) 2 Indikationen: 1. ARDS mit schwerer Hypoxämie, welche therapierefraktär ist 2. schweres Rechtsherzversagen inhalatives NO scheint bei Sepsis weniger wirksam zu sein, in der Sepsis massive Ausschüttung endogenen NOs, verminderte Wirkung von exogenem NO Gabe kontinuierlich, da kurze HWZ teuer, da Medizingas Fazit: Mortalität nicht durch NO zu senken, lediglich weitere Möglichkeit Beatmungsinvasivität zu reduzieren 30

31 Prostacyclininhalation führt zur Reduktion intrapulmonaler Shunts infolge der Dilatation pulmonaler Gefäße i n ventilierten Alveolen Wirkdauer länger als NO geringere Toxi zität Dosierung schwieriger als NO weitere Studien notwendig 31

32 Surfactantsubstitution Große placebo-kontrollierte multizentrische Studie an 725 ARDS-Patienten mit aerolisierten synthetischen Surfactant zeigte keine Verbesserung der Überlebenrate, Liegedauer, Beatmungsdauer oder pulmonalem Gasaustausch (Anzueto.A. Baughman RP, Guntupalli KK et al., 1996) Gregory et al. + Walmrath et al. Positive Effekte nachgewiesen -> vor kurzem veröffentlichte Studie konnte keinen Benefit nachweisen 32

33 Flüssigkeitshaushalt (Strategie der Flüssigkeitszufuhr beim ARDS) kontrovers diskutiert restriktive Flüssigkeitszufuhr forcierte Diurese die kontroversen Interessen zwischen der Lunge einerseits und der Mikrozirkulation der Niere andererseits müssen abgewogen werden (cave: Hypovolämie) 33

34 Weaningaspekte beim ARDS nicht das eigentliche Problem, wie z.b. bei COLD (Ausnahme critical illness polyneuropathie ) im Vordergrund steht beim ALV die schrittweise Reduktion von FiO2 und PEEP/CPAP 34

35 Präventive Therapieansätze Rasche und effektive präklinische Behandlung(v.a. Schocktherapie) Rasche Beseitigung auslösender Ursachen Infektionsprophylaxe und rationale Antibiotikaprophylaxe (besonders bei Traumapatienten) 35

36 Literatur: Refresher Course, Aktuelles Wissen für Anästhesisten, Nr. 33, Mai 2007 Refresher Course, Aktuelles Wissen für Anästhesisten, Nr. 32, Mai 2006 AINS, 11-12; Seite , 42. Jahrgang, 2007 Repetitorium Intensivmedizin, Fresenius, Heck, 2001 Sepsis und MODS, Werdan, Schuster, Müller-Werdan, 2005 Infektiologie 2003/2004, Heimann, Kljucar, Heizmann 36