Beatmungsformen. Terminologie. Jörg Rathgeber

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1 Beatmungsformen Jörg Rathgeber 0 Während die Einstellparameter sowie die zeitlichen Verläufe von Druck, Volumen und Flow innerhalb eines Beatmungszyklus durch das Beatmungsmuster gekennzeichnet werden, beschreibt die Beatmungsform die Wechselbeziehung zwischen Patient und Beatmungsgerät. Sie bestimmt, nach welchen Kriterien die einzelnen Beatmungszyklen ausgelöst werden, ihre zeitliche Abfolge sowie die Anteile von Respirator und Patient an der Gesamtventilation. Die ersten Intensivrespiratoren in den 50er Jahren waren aufgrund technischer Unzulänglichkeiten ausschließlich für kontrollierte Formen der maschinellen Überdruckbeatmung geeignet. Spontanatmungsaktivitäten des Patienten konnten vom Respirator nicht erkannt und umgesetzt werden und mussten durch tiefe Sedierung bis hin zur Relaxierung unterdrückt werden. Moderne Respiratoren ermöglichen dagegen die bedarfsgerechte Anpassung der maschinellen Unterstützung an die aktuellen ventilatorischen Erfordernisse des Patienten. Durch Kombinationen verschiedener Beatmungsformen ist neben der totalen Übernahme der Ventilation auch die partielle Unterstützung der Eigenatmung des Patienten durch intermittierende maschinelle Beatmungszüge und/oder maschinelle Unterstützung der einzelnen Spontanatemzüge möglich ( augmentierte Spontanatmung). Der maschinelle Support und damit auch die ventilatorische Eigenleistung des Patienten sind hierbei variabel. Ein intaktes Atemzentrum ist allerdings bei allen Formen der unterstützenden Spontanatmung absolute Voraussetzung. Um Missverständnissen vorzubeugen, sollte der Begriff Spontanatmung generell nur dann verwendet werden, wenn die Gesamtventilation vom Patienten (z. B. bei CPAP-Atmung) erbracht wird. Ansonsten sollte besser von maschinell unterstützter Spontanatmung gesprochen werden. Die maschinell unterstützte Spontanatmung ist in Deutschland heute die bei Weitem vorherrschende Beatmung in der Intensivmedizin. Die Beatmungsform bestimmt die Kommunikation zwischen Patient und Respirator.. Terminologie Neue medizinische Erkenntnisse, technische Weiterentwicklungen und veränderte Beatmungsstrategien haben in den letzten Jahre zur klinischen Einführung zahlreicher neuer Beatmungsmodes geführt, die mehr oder weniger von den klassischen Beatmungsformen abweichen und sich auch von Hersteller zu Hersteller unterscheiden. Deren Klassifizierung ist außerordentlich schwierig, zumal sich die Unterschiede aus patentrechtlichen Gründen häufig lediglich auf technische Details beziehen, deren klinische Relevanz oftmals fraglich ist. Neben der Einteilung anhand technischer Spezifikationen und Steuerungsgrößen kann im Wesentlichen zwischen Grundformen der Beatmung unterschieden werden, die sich am Anteil der Maschine bzw. des Patienten an der Atemarbeit orientieren:. Kontrollierte oder mandatorische Beatmung (Continuous Mandatory Ventilation, CMV): Die Maschine übernimmt die gesamte Ventilation der Lungen, vom Patienten wird, solange er nicht gegen die Maschine atmet, keine Atemarbeit erbracht: Der Patient macht nichts, die Maschine macht alles (total ventilatory support). Der Begriff mandatorisch bedeutet, dass die Vorgabe der notwendiaus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

2 04 Beatmungsformen gen Parameter im Mandat des Bedieners liegt. Maschinelle Beatmungshübe werden der Zielgröße entsprechend entweder volumenkontrolliert (Volume Controlled Ventilation, VCV) oder druckkontrolliert (Pressure Controlled Ventilation, PCV) verabreicht. Zur exakten Beschreibung des eingestellten Beatmungsmodus hat es sich bewährt, die Art der maschinellen Volumenlieferung durch einen entsprechenden Zusatz eindeutig zu kennzeichnen, z. B. als VC-CMV (volumenkontrollierte maschinelle Beatmung), PC-CMV (druckkontrollierte Beatmung), PC-S-IMV (S-IMV mit druckkontrollierten maschinellen Beatmungshüben), PC-IRV (druckkontrollierte Inverse Ratio Ventilation) usw. Obwohl PCV im eigentlichen Sinne die Applikation des einzelnen Beatmungshubs charakterisiert, wird der Begriff im klinischen Sprachgebrauch meist als Synonym für PC-CMV verwendet. 2. Maschinell unterstützte Spontanatmung: Die Ventilation und damit die Atemarbeit wird nur teilweise von der Maschine übernommen, ein (variabler) Teil wird vom Patienten geleistet (partial ventilatory support). Die maschinelle Unterstützung der Atmung kann entweder durch Unterstützung jedes einzelnen Atemzuges oder durch intermittierende mandatorische Beatmungshübe oder beides erfolgen, wobei unterschiedliche Steuerungsprinzipien (Druck-, Flow-, -, Volumensteuerung) zur Anwendung kommen. Klassischer Vertreter dieser Gruppe ist die druckunterstützte Spontanatmung (Pressure Support Ventilation, PSV). Technische Weiterentwicklungen erlauben dem Patienten nicht nur eine ungehinderte Spontanatmung, sondern gleichzeitig eine automatische Anpassung des maschinellen Supports an seine aktuelle ventilatorische Eigenleistung. Derartige rückkoppelnde Systeme zeigen neue Wege nicht nur im Rahmen der lungenprotektiven Beatmung auf, sondern vor allem auch bei der Entwöhnung vom Respirator.. Spontanatmung (Spontaneous Ventilation, SV): Die in- und exspiratorische Atemarbeit wird allein vom Patienten erbracht: Der Patient macht alles, die Maschine macht nichts. Im Folgenden werden die Grundlagen der wichtigsten Beatmungsverfahren erläutert, wobei bewusst auf die Beschreibung technischer Spezifikationen und herstellerspezifischer Unterschiede verzichtet wird Kontrollierte Beatmungsverfahren Volumenkontrollierte Beatmung, VC-CMV VC-CMV, Volume Controlled Continuous Mandatory Ventilation CMV, Continuous Mandatory Ventilation IPPV, Intermittent Positive Pressure Ventilation CPPV, Continuous Positive Pressure Ventilation (IPPV mit PEEP) Definition. Bei der volumenkontrollierten Beatmung werden sämtliche Beatmungsparameter vorgegeben. Ziel- und Steuerungsparameter ist das Tidalvolumen (Atemzugvolumen). Die resultierenden Atemwegsdrücke sind abhängig von den eingestellten Volumina sowie den pulmonalen Gegebenheiten des Patienten (Abb..). Die Beeinflussung des inspiratorischen Beatmungsmusters durch den Patienten ist nicht möglich. Atemminutenvolumen. Die primäre Einstellung des Atemminutenvolumens orientiert sich am Körpergewicht des Patienten, wobei ein Ventilationsbedarf von ca. 00 ml Atemluft pro (idealem!) kg KG und Minute zugrunde gelegt wird. Die initialen Beatmungsfrequenzen werden auf ca. 5 pro Minute eingestellt. Das Atemminutenvolumen (AMV) resultiert aus der Höhe des eingestellten Tidalvolumens und der Beatmungsfrequenz. Hinweis Da immer die gleichen Tidalvolumina appliziert werden, wird die volumenkontrollierte Beatmung auch als volumenkonstante Beatmung bezeichnet. Inspirationsflow. Die Höhe des Inspirationsflows ist zumeist direkt wählbar oder resultiert aus der Einstellung der aktiven Inspirationsdauer. Der beatmete Patient ist nicht in der Lage, diesen mandatorischen Flow zu beeinflussen. Je nach den vorliegenden pulmonalen Gegebenheiten und der aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

3 .2 Kontrollierte Beatmungsverfahren 05 Druck Flow Volumen inspiratorischer Spitzendruck inspiratorisches Plateau Inspiration Exspiration I E Flowphase Inspiration Pausenphase PEEP- Niveau Abb.. Volumenkontrollierte Beatmung mit PEEP. Zielparameter ist die Volumenkonstanz, Einstellparameter sind Flow, Beatmungsfrequenz und PEEP. Änderungen von Compliance und/oder Resistance verursachen entsprechende Veränderungen der Beatmungsdrücke. Vigilanz des Patienten werden bei volumenkontrollierten Beatmungsformen üblicherweise Flows zwischen 5 und 40 l/min eingestellt. Nach Öffnung des Inspirationsventils wird bis zum Ende der Flowphase ein konstanter Flow definierter Höhe abgegeben. Andere Flowmuster, wie dezelerierender, akzelerierender oder sinusförmiger Flow (siehe auch Abb. 2.5, S. 64), werden bei volumenkontrollierter Beatmung praktisch nicht mehr verwendet, da sie keine erkennbaren Vorteile bieten. I E Beatmungsdruck. Je niedriger die Compliance der beatmeten Lunge ist, z. B. bei schweren Erkrankungen des Lungenparenchyms im Rahmen des ARDS, desto größer sind die erforderlichen maschinellen Beatmungsdrücke, um die gewünschten Volumina zu applizieren. Anstiege der Resistance der Atemwege wie beim Status asthmaticus führen ebenfalls zur Zunahme der Beatmungsdrücke. Inspiratorische Druckbegrenzung. Bei der Einstellung der Tidalvolumina unter volumenkonstanter Beatmung muss unbedingt auf die resultierenden Beatmungsdrücke geachtet werden. Hohe Tidalvolumina verursachen hohe Atemwegsdrücke, die insbesondere bei pulmonal vorgeschädigten Patienten zur weiteren Schädigung von intaktem Lungenparenchym ( Volutrauma) beitragen können. Generell sollten beim Erwachsenen inspiratorische Beatmungsdrücke über 0 mbar dauerhaft nicht überschritten werden. Zur Vermeidung unerwünschter Druckspitzen in den Atemwegen wird die Einstellung einer inspiratorischen Druckbegrenzung dringend empfohlen. Nach Überschreiten dieses Grenzwertes wird die Inspiration automatisch abgebrochen. Hinweis Als Anhaltswert sollte der Begrenzungsdruck ca. 0 mbar oberhalb des Spitzendrucks eines normalen Beatmungshubs eingestellt werden (Abb..2). Drucklimitierte Beatmung, PLV PLV, Pressure Limited Ventilation Definition.Die drucklimitierte Beatmung (Pressure Limited Ventilation, PLV) ist eine Sonderform der volumenkontrollierten Beatmung. Das Überschreiten des eingestellten Begrenzungsdrucks führt jedoch nicht zum Abbruch der Inspirationsphase, sondern zur Abnahme des Flows (Flowdezeleration). Zielgröße bleibt das Volumen. Unabhängig vom geräteseitig eingestellten Inspirationsflow kann die gesamte Inspirationsphase für die aktive Volumenlieferung ausgenutzt werden (Abb..). Der Inspirationsflow wird erst dann abgebrochen, wenn das eingestellte Tidalvolumen vollständig appliziert (Volumensteuerung) oder die Inspirationszeit abgelaufen ist (steuerung). aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

4 06 Beatmungsformen Druck Flow a 0 mbar b inspiratorische Druckbegrenzung Flowabbruch Flow Druck a Null-Flow Begrenzungsdruck Plateaudruck b Tidalvolumen nicht erreicht Volumen Volumen Abb..2 Inspiratorische Druckbegrenzung. Die inspiratorische Druckbegrenzung sollte etwa 0 mbar oberhalb des Spitzendrucks eines normalen Beatmungshubs eingestellt werden. a Die inspiratorische Druckbegrenzung wird nicht erreicht, das eingestellte Tidalvolumen wird appliziert. b Die inspiratorische Druckbegrenzung wird überschritten (rote Markierung). Die Inspirationsphase wird durch Flowabbruch vorzeitig beendet. Die Exspiration wird eingeleitet, ohne dass das eingestellte Tidalvolumen verabreicht wurde. Beachte Das Atemvolumen bleibt konstant, solange in der Druckkurve ein Druckplateau oder in der Flowkurve eine No-Flow-Phase zwischen Inspiration und Exspiration erkennbar ist. Erst wenn die Inspirationsphase zur Applikation des Volumens nicht ausreicht, kommt es zu Volumeninkonstanz und entsprechender Alarmierung. Dies kann z. B. der Fall sein bei akuter Erhöhung der Atemwegswiderstände durch Sekretobstruktion, Pressen des Patienten usw. Vorübergehende Veränderungen von pulmonaler Compliance oder Resistance können somit durch PLV besser Abb.. Drucklimitierte Beatmung. Das Erreichen des Begrenzungsdrucks führt nicht zum Abbruch der Inspiration, sondern zur Flowreduktion und Verlängerung der aktiven Inspirationszeit. a Die Inspirationsphase reicht zur Applikation des Volumens aus, ein Druckplateau bzw. eine No-Flow-Phase ist erkennbar: drucklimitiert volumenkonstant. b Die Inspirationsphase reicht zur Applikation des Volumens nicht aus (rote Markierung). Es ist kein Druckplateau bzw. keine inspiratorische No-Flow- Phase mehr erkennbar: drucklimitiert volumeninkonstant. kompensiert werden als durch die herkömmliche starre Druckbegrenzung. Hinweis Die drucklimitierte Beatmung steht meistens nicht als eigenständige Beatmungsform zur Verfügung, sondern wird als Zusatzfunktion angeboten, z. B. in Verbindung mit VC-CMV oder S-IMV. Sofern der Respirator über eine entsprechende Funktion verfügt, sollten volumenkontrollierte Beatmungszüge, unabhängig vom eingestellten Beatmungsmodus, generell drucklimitiert appliziert werden. aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

5 .2 Kontrollierte Beatmungsverfahren 07 Klinische Bedeutung volumenkontrollierter Beatmungsverfahren Volumenkontrollierte/-konstante Beatmungsformen haben in den letzten Jahren ihre frühere Vorrangstellung in der Intensivmedizin verloren. Ursächlich war unter anderem die Befürchtung, die gelegentlich am Respirator gemessenen hohen Spitzendrücke könnten sich bis in die Alveolarregionen fortsetzen und dort zu Schädigungen führen. Dabei wurde jedoch außer Acht gelassen, dass diese vor allem durch die Atemwegsresistance hervorgerufen werden und sich kaum bis in die Alveolen fortsetzen. Von untergeordneter Bedeutung ist dabei, ob das Volumen mit akzelerierendem, dezelerierendem oder konstantem Flow appliziert wird. In jüngster erfährt die volumenkontrollierte Beatmung mit niedrigen Tidalvolumina als ein Verfahren im Rahmen der maschinell unterstützten Spontanatmung ( BiLevel-VG, druckregulierte volumenkonstante Beatmung, Volume Support, AutoFlow) unter dem Aspekt der Lungenprotektion eine unerwartete Renaissance..2.2 Assistierte Beatmung, A/C A/C, Assist-Control Ventilation IPPV/Assist CPPV/Assist S-CMV, Synchronized Continuous Mandatory Ventilation S-IPPV, Synchronized Intermittent Positive Pressure Ventilation Definition.Zur kontrollierten Beatmung im weiteren Sinne gehört auch die früher weit verbreitete assistierte Beatmung. Im Unterschied zur vollständig kontrollierten Beatmung kann der Patient den Beginn der Inspirationsphase durch seine Atemanstrengungen selbst auslösen. Druck Flow Volumen Abb..4 Assistierte Beatmung, Assist-Control (A/C). Mandatorische Beatmungszüge können getriggert werden (Pfeile), eine weitere Beeinflussung des Beatmungsmusters durch den Patienten ist nicht möglich. Steuerung. Inspirationsbemühungen des Patienten folgen getriggerte volumenkontrollierte maschinelle mandatorische Atemzugvolumina, die der Patient jedoch nicht selbst beenden kann. Werden vom Gerät keine Inspirationsbemühungen erkannt, wird der maschinelle Beatmungszug zeitgesteuert abgegeben (Assist-Control Ventilation, A/C, Abb..4). Atemarbeit. Sie ist durch die Höhe der Triggerschwelle vorgegeben und damit bei korrekter Einstellung gering. Da jede erfolgreiche Triggerung des Patienten einen vollständigen maschinellen Atemhub auslöst, kann insbesondere bei Patienten mit gesteigertem Atemantrieb eine unbeabsichtigte Hyperventilation mit Hypokapnie resultieren. Wird die Exspirationszeit zu kurz, kann es besonders bei Patienten mit obstruktiven Ventilationsstörungen (COPD, Asthma bronchiale) zur unbemerkten Lungenüberblähung durch Air- Trapping-Phänomene kommen. Hinweis Der Begriff assistierte Beatmung wird gele gent lich auch im Zusammenhang mit Beatmungs strategien verwendet, die dem Patienten ein hohes und variables Maß an ventilatorischer Eigenleistung ermöglichen, wie z. B. PSV oder BIPAP. Im Gegensatz zu diesen sog. augmentierten (unterstützenden) Spontanatmungsmodes ist die assistierte Beatmung jedoch lediglich eine vom Patienten gesteuerte getriggerte kontrollierte Beatmung, wobei der Patient nur die maschinelle Beatmungsfrequenz aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

6 08 Beatmungsformen und damit das Atemminutenvolumen mit beeinflussen kann. Da der ventilatorische Eigenanteil des Patienten vernachlässigbar ist, wird die Spontanatmung durch die klassische assistierte Beatmung weder unterstützt noch gefördert. Klinische Bedeutung einfacher kontrollierter/assistierter Beatmungsverfahren Die assistierte volumenkontrollierte Beatmung (S-CMV, A/C) gehörte früher zu den Standardverfahren in Anästhesie und Intensivmedizin, da sie durch die Möglichkeit der Patiententriggerung eine bessere Synchronisation zwischen Patient und Respirator ermöglichte. Eine Muskelrelaxation war dadurch nicht mehr zwangsläufig erforderlich und der Sedierungsbedarf war geringer. Technische Weiterentwicklungen und neue Beatmungsstrategien haben in den letzten Jahren die früher üblichen, einfachen Assist/Con troler praktisch vollständig vom Markt verdrängt. Aufgrund der zahlreichen Nachteile starrer Beatmungsmuster sollten kontrollierte bzw. assistierte Beatmungsverfahren ohne die Möglichkeit zur intermittierenden und ungehinderten Spontanatmung wenn überhaupt nur noch in Ausnahmefällen angewendet werden. Dazu gehören: Patienten mit erhöhtem intrakraniellem Druck, schwere Störung der Atemregulation, Muskelrelaxierung, Paralyse (Narkose!), Versagen der Atemmuskulatur (z. B. bei der dekompensierten COPD). Allerdings ist auch bei diesen Erkrankungen der Einsatz moderner druck- oder volumenkontrollierter Beatmungsverfahren empfehlenswert, die dem Patienten zumindest die Möglichkeit zur (zusätzlichen) ungehinderten Eigenatmung erlauben. Da alle modernen Intensivrespiratoren zumindest über die Möglichkeit zur S-IMV-Beatmung verfügen, ist S-CMV als eigenständige Beatmungsform entbehrlich. Da sie keine Vorteile bietet, aber nahezu immer die medikamentöse Anpassung des Patienten an den Respirator erfordert, sollte sie generell nicht mehr angewendet werden. Keine Indikation für S-CMV in der Intensivmedizin..2. Druckkontrollierte Beatmung, PC-CMV PC-CMV, Pressure Controlled Continuous Mandatory Ventilation PCV, Pressure Controlled Ventilation Definition. Bei der druckkontrollierten Beatmung (Pressure Controlled Ventilation, PC-CMV) dezeleriert der initial hohe Flow nach Erreichen des eingestellten inspiratorischen Druckniveaus, so dass während der Inspirationszeit ein konstanter Druck in den Atemwegen aufrechterhalten wird (Abb..5). Zielparameter und Kontrollvariable ist Druck Flow Volumen Plateau-Druck inkonstante Volumina Trigger Abb..5 Druckkontrollierte Beatmung. Zielparameter ist der Druck: Nach Erreichen des eingestellten Plateaudrucks dezeleriert der Inspirationsflow. Die applizierten Tidalvolumina hängen von Compliance und Resistance der beatmeten Lunge ab. Die mandatorischen Beatmungszüge können patientengetriggert verabreicht werden, sofern die Triggerung innerhalb des Erwartungszeitfensters erfolgt. aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

7 .2 Kontrollierte Beatmungsverfahren 09 also der Druck. Floweinstellungen am Gerät sind nicht möglich. Hinweis Ob sich durch den dezelerierenden Flowverlauf tatsächlich eine bessere intrapulmonale Gasverteilung in den Lungen erzielen lässt als durch volumenkontrollierte Beatmung mit konstantem Flow, wird seit Jahren kontrovers diskutiert. Atemvolumina. Das effektiv verabreichte Tidalvolumen hängt von der Höhe des inspiratorischen Druckniveaus, der aktiven Inspirationszeit sowie den atemmechanischen Eigenschaften der beatmeten Lunge ab. Druckkontrollierte Beatmungsformen sind daher grundsätzlich volumeninkonstant und erfordern immer das engmaschige Monitoring der Atemvolumina. Bei Undichtigkeiten im System, z. B. durch Leckagen im Beatmungsteil oder bronchopleurale Fisteln, kann die Ventilation der Lungen durch Erhöhung des Flows innerhalb gewisser Grenzen aufrechterhalten werden. Steuerung. Die Umschaltung in die Exspiration erfolgt im Gegensatz zur druckgesteuerten Beatmung zeitgesteuert. Die steuerung bezieht sich jedoch lediglich auf die Inspirationsphase: Inspirationsbemühungen des Patienten während der Exspirationsphase können einen neuerlichen druckkontrollierten Beatmungszug auslösen. In der Inspirationsphase führen Spontanatmungsbemühungen des Patienten zwar aus der Flowdezeleration heraus zu erneutem Flowanstieg, die freie Exspiration ist jedoch nicht vor Ablauf der zeitgesteuerten Inspirationsphase möglich, da das Exspirationsventil während des mandatorischen Inspirationshubes geschlossen ist. Damit ist eine ungehinderte Spontanatmung ausgeschlossen. Bei forcierter Gegenatmung oder Hustenstößen öffnet das Exspirationsventil oberhalb des eingestellten Druckniveaus und bricht die Inspiration ab: inspiratorische Druckbegrenzung (Abb..6). Freie Spontanatmung ist bei VC-PCV ausgeschlossen. Druck Flow Volumen Atemanstrengungen Abb..6 Druckkontrollierte Beatmung: Gegenatmung. Inspirationsbemühungen auf dem unteren Druckniveau können vorzeitige maschinelle Beatmungszüge auslösen, Inspirationsbemühungen auf dem oberen Druckniveau führen zu vermehrter Flowund Volumenlieferung (rote Markierungen). Freie Exspiration auf dem oberen Druckniveau ist nicht möglich, da das Exspirationsventil bis zum Ablauf der zeitgesteuerten Inspirationsphase verschlossen bleibt, reduziert jedoch die Flow- und Volumenlieferung. Gepunktete Linie: Theoretischer Druck-Flow- Volumen-Verlauf ohne Gegenatmung. Hinweis Druckbedingte Schädigungen einer oder beider Lungen, z. B. durch versehentliche Fehllage des Tubus, werden verhindert, da unerwünschte oder unbemerkte dauerhafte Anstiege der Beatmungsdrücke über das vorgewählte Niveau sicher vermieden werden können. Klinische Bedeutung druckkontrollierter Beatmungsverfahren Druckkontrollierte Beatmungsformen werden heute von vielen Intensivmedizinern gerade bei schweren Lungenerkrankungen bevorzugt. Der bislang herausragende Stellenwert der druckkontrollierten Beatmung im Rahmen der lungenprotektiven Beatmung wird derzeit allerdings in Frage aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

8 0 Beatmungsformen gestellt, da die Begrenzung der Beatmungsdrücke allein keineswegs eine Garantie für eine Beatmung mit unkritischen Tidalvolumina darstellt. So wurde bei Untersuchungen zur Frage der Umsetzung lungenprotektiver Beatmungsverfahren festgestellt, dass Patienten mit schweren Lungenerkrankungen unbemerkt zu einem hohem Prozentsatz und über längere räume mit inadäquat hohen Tidalvolumina beatmet wurden trotz Begrenzung der Beatmungsdrücke. Die druckkontrollierte Beatmung ist also nur dann lungenprotektiv, wenn sie engmaschig an Veränderungen der Compliance und Resistance angepasst wird..2.4 Beatmung mit umgekehrtem Atemzeitverhältnis, IRV IRV, Inverse Ratio Ventilation Definition. Bei der Beatmung mit umgekehrtem Atemzeitverhältnis (Inverse Ratio Ventilation, IRV) handelt es sich um keine eigenständige Beatmungsform, sondern lediglich um eine Variante der kontrollierten Beatmung, bei der die Inspirationsdauer länger gewählt wird als die Exspirationsdauer: I/E >. IRV kann sowohl im volumenkontrollierten Modus (VC - IRV) als auch druckkontrolliert (PC - IRV) durchgeführt werden. Bei VC - IRV kann die Inspirationsphase entweder durch Ausdehnung der inspiratorischen Plateauphase oder durch Reduktion der Flowgeschwindigkeit verlängert werden (Abb..7). Bei gleichen Tidalvolumina sind die endinspiratorischen Drücke bei beiden Verfahren gleich. Niedrigere Flussgeschwindigkeiten sind jedoch turbulenzärmer und bewirken damit möglicherweise eine gleichmäßigere Verteilung der Atemgase in den Luftwegen. Die im Display des Respirators angezeigten Kurvenverläufe für Druck, Flow und Volumen erlauben wichtige Rückschlüsse auf die pulmonale Situation, wie z. B. die Erkennung von intrinsic PEEP- Phänomenen (Abb..8). Druck Flow Volumen I a b c E I Abb..7 Inverse Ratio Ventilation, IRV. IRV bei volumenkontrollierter Beatmung: VC - IRV (rote Markierungen) a durch Verlängerung des Plateaus oder b Reduktion des Inspirationsflows mit Verlängerung der aktiven Inspirationsphase. IRV bei druckkontrollierter Beatmung: PC - IRV c durch Verlängerung der inspiratorischen Plateauphase. Beachte Bei extremer VC-IRV mit Atemzeitverhältnissen von : oder mehr besteht immer die Gefahr des Air-Trapping, d. h. einer allmählichen (und häufig unbemerkten) Überblähung der Lunge durch sich addierende exspiratorische Restvolumina. Bei druckkontrollierter PC-IRV ist das Risiko der dynamischen Überblähung der Lunge geringer, da eine progrediente Zunahme der pulmonalen Gasvolumina durch den eingestellten inspiratorischen Beatmungsdruck begrenzt ist. Allerdings nehmen die Tidalvolumina ab, je ausgeprägter das Air-Trapping und je höher der intrinsic PEEP werden (Abb..8). Daher ist in diesem Fall eine engmaschige Überwachung der Tidalvolumina erforderlich. E I E aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

9 .2 Kontrollierte Beatmungsverfahren Druck Flow Volumen VC-IRV PC-IRV exspiratorischer Restflow endexspiratorische Restvolumina konstante Tidalvolumina Abnahme der Tidalvolumina Abb..8 Air-Trapping durch intrinsic PEEP. Exspiratorische Restflows im Flow--Diagramm weisen auf intrinsic PEEP Phänomene hin. VC - IRV: Hohes Überblähungsrisiko der Lunge durch Applikation volumenkonstanter Tidalvolumina. PC-IRV: Geringeres Überblähungsrisiko der Lunge, aber konsekutive Abnahme der applizierten Tidalvolumina. In der Flowkurve sind die Auswirkungen des intrinsic PEEP als endexspiratorischer Restflow gut zu erkennen (Abb..8). Seine Höhe ist jedoch am Druckmanometer des Respirators nicht direkt ablesbar. Bei älteren Respiratoren, die über keine Online-Darstellung von Druck- und Flowkurven verfügen, werden intrinsic PEEP-Phänomene daher oft übersehen. Quantitativ lässt sich der intrinsic PEEP nur durch ein endexspiratorisches Okklusionsmanöver messen. Dazu werden am Ende der Exspirationsphase sowohl das In- als auch das Exspirationsventil verschlossen. Im Verlauf der wenige Sekunden dauernden Verschlusszeit findet ein Druckausgleich zwischen den Atemwegen und dem Beatmungssystem statt, an dessen Ende der Restdruck in den Atemwegen am Druckmanometer als Summe aus dem am Respirator einstellbaren PEEP und dem intrinsic PEEP abgelesen werden kann (siehe Abb. 2.4, S. 74). Der Gesamt-PEEP setzt sich somit zusammen aus externem PEEP und intrinsic PEEP. Hinweis Auch hohe exspiratorische Atemwegswiderstände (Atemwegsobstruktion, Tubusobstruktion), hohe Atemfrequenzen (Tachypnoe) und große Hubvolumina können zur Ausbildung von intrinsic PEEP beitragen. Klinische Bedeutung der Inverse Ratio Ventilation (IRV) Verlängerte Inspirationszeiten, PEEP sowie intrinsic PEEP-Phänomene erhöhen den mittleren Atemwegsdruck, der eine entscheidende Determinante bei der Verbesserung der Oxigenierung ist. Hauptindikation für IRV ist somit die schwere, therapie refraktäre respiratorische Insuffizienz im Rahmen des akuten Lungenversagens (ARDS). In Studien konnte allerdings ein klinischer Nutzen nicht nachgewiesen werden, zudem besteht das Risiko der dynamischen Überblähung der Lunge ( Volu trauma). Die Gefahr ist bei druckkontrollierter IRV zwar geringer als bei volumenkontrollierter IRV, dennoch sollte die Indikation zur Durchführung von IRV streng gestellt werden. Hohes Risiko der Lungenüberblähung und fraglicher klinischer Nutzen verbieten den unkritischen Einsatz von IRV..2.5 Fighting the respirator Definition. Bei allen volumenkontrollierten/assistierten Beatmungsformen sowie auch der klassischen druckkontrollierten Beatmung verursachen Atemanstrengungen des Patienten innerhalb der Inspirationsphase frustrane Atemexkursionen, da sie nicht durch entsprechende Anpassungen der maschinellen Flow-/Volumenlieferung beantwortet aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

10 2 Beatmungsformen Druck Flow Volumen Atemanstrengungen Begrenzungsdruck Abb..9 Volumenkontrollierte Beatmung VC- CMV: Gegenatmung. Atemanstrengungen des Patienten führen zu erhöhten Atemwegsdrücken, Volumeninkonstanz durch Überschreiten des insp iratorischen Begrenzungsdrucks und vorzeitiger Triggerung maschineller Beatmungszüge (rote Markierungen). Gepunktete Linie: Theoretischer Druck- Flow-Volumen-Verlauf ohne Gegenatmung. werden, sondern lediglich zu Druckschwankungen im Schlauchsystem führen (Abb..6 und Abb..9). Bei wachen Patienten mit intaktem Atemantrieb, z. B. in der postoperativen Phase, sind die Nachteile der starren Beatmung besonders deutlich. Sie zeigen sich u. a. in Dyspnoe, Stressreaktionen und unerwünschten kardiovaskulären Wirkungen. Forcierte Atemanstrengungen (Gegenatmen, fighting the respirator ) mit Ausbildung hoher und höchster Atemwegsdrücke können beim Versuch, die Lungen gegen geschlossene Exspirationsventile zu entleeren, zum Barotrauma führen. Dagegen kann der Unterdruck in den Atemwegen durch forcierte Inspirationsbemühungen gegen geschlossene Ventile ähnlich wie bei geschlossener Glottis durch einen Laryngospasmus ein Lungenödem verursachen. Die Möglichkeit zur Triggerung der maschinellen Beatmungszüge schafft bei wachen und/ oder agitierten Patienten keine Abhilfe: Durch die schnell aufeinander folgenden maschinellen Beatmungszüge kann es zur intermittierenden pulmonalen Hyperinflation durch sich addierende exspiratorische Restvolumina ( Air-Trapping) und damit zur Aggravierung der Situation kommen. Zur Vermeidung zusätzlicher alveolärer Gasaustauschstörungen sowie kardiovaskulärer (Hypertonie, Tachykardie) und pulmonaler Komplikationen ist die Verabreichung von Sedativa und Analgetika zur Unterdrückung des Atemantriebs und Anpassung des Patienten an den Respirator in der Regel unumgänglich. Gegenatmen gegen den Respirator gefährdet den Patienten..2.6 Wechseldruckbeatmung, PNPV PNPV, Positive Negative Pressure Ventilation Definition.Die Wechseldruckbeatmung oder Positiv-Negativ-Beatmung ist ebenfalls definitionsgemäß eine Überdruckbeatmung; die Exspiration erfolgt jedoch nicht passiv, sondern wird aktiv durch einen vom Respirator ausgeübten Sog von 6 bis 0 mbar unterstützt (Abb..0). Dadurch wird Flow Druck Volumen Abb..0 Wechseldruckbeatmung. Erläuterungen im Text. aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

11 .2 Kontrollierte Beatmungsverfahren ein niedrigerer intrapulmonaler (alveolärer) Mitteldruck als bei IPPV (Intermittent Positive Pressure Ventilation) erreicht. Der venöse Rückstrom zum Herzen wird verbessert, die ungünstigen Auswirkungen der Überdruckbeatmung auf die Herz- Kreislauf-Funktion sind entsprechend geringer. Klinische Bedeutung der Wechseldruckbeatmung Die PNPV begünstigt die Atelektasenbildung und verschlechtert damit den pulmonalen Gasaustausch, so dass diese Beatmungsform trotz gewisser Vorzüge hinsichtlich der Hämodynamik heute in der klinischen Routine nicht mehr angewendet wird. a b Externe Wechseldruckbeatmung mit dem Tankrespirator (Eiserne Lunge) Wechseldruckbeatmung war auch die vorherrschende Form bei der Behandlung atemgelähmter Patienten mithilfe des sog. Tankrespirators (Abb..). Dabei liegt der Körper des Patienten bis zum Hals komplett im Inneren eines Hohlzylinders, der Kopf bleibt außen. Das Gerät schließt am Hals luftdicht ab und erzeugt einen Unterdruck von 5 mbar oder mehr, wodurch Außenluft durch Mund oder Nase des Patienten in die Lungen eingesaugt wird. Die Ausatmung wird durch Ein leiten eines Überdrucks von ca. 5 mbar in die Patientenkammer erleichtert. Die Beatmungsfrequenzen liegen zwischen 0 und 20 Druckwechseln pro Minute. Die Eiserne Lunge wurde um 920 vom USamerikanischen Ingenieur Philip Drinker zur Beatmung lungenkranker Patienten entwickelt. Durch die Imitation der intrathorakalen Druckverhältnisse, wie sie unter normaler Spontanatmung vorliegen, erhoffte man sich eine möglichst physiologische Beatmung. Diese Hoffnungen haben sich nicht erfüllt. Während der Polio-Epidemien Anfang der 50er Jahre zeigte sich die Überlegenheit der maschinellen Überdruckbeatmung via Endotrachealtubus. Hinweis Bis heute gibt es in der ganzen Welt zahlreiche Patienten, die auf die teilweise oder vollständige Unterstützung ihrer Atmung durch einen Tankrespirator angewiesen sind. Erst kürzlich starb eine Amerikanerin im Alter von 72 Jahren, die über 60 Jahre lang in einer eisernen Lunge verbracht hatte. Als Elfjährige erkrankte sie an Poliomyelitis und war seitdem auf den 400 Kilogramm schweren Apparat angewiesen. Abb.. Tankrespirator. a Tankrespirator E 52 von Dräger aus den 50er Jahren des letzten Jahrhunderts. Durch Verschließen des durchsichtigen sog. Doms am Kopfende war bei geöffnetem Tank die Durchführung einer nichtinvasiven Positivdruckbeatmung ähnlich wie bei der modernen Helmbeatmung! möglich. b Das Schema veranschaulicht das Prinzip des Tankrespirators. aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

12 4 Beatmungsformen... Maschinell unterstützte Spontanatmung Druckunterstützte Spontanatmung, PSV Der maschinelle Support ist abhängig vom Unterstützungsdruck sowie der Compliance und Resistance der Lunge. PSV, Pressure Support Ventilation ASB, Assisted Spontaneous Breathing IPS, Inspiratory Pressure Support IFA, Inspiratory Flow Assistance IA, Inspiratory Assist PS, Pressure Support inspiratorische Druckunterstützung inspiratorischer Hilfsdruck Definition. Die druckunterstützte Beatmung ist eine Mischform aus Spontanatmung und maschineller Beatmung, die bereits 98 in die Klinik eingeführt wurde und heute in jedem modernen Respirator verfügbar ist. Ursprünglich als Mode zur Entwöhnung vom Respirator eingeführt, wird PSV heute neben anderen Spontanatmungsverfahren bei allen Erkrankungsbildern eingesetzt, die eine partielle Übernahme der Atemarbeit durch den Respirator erfordern. Funktionsprinzip PSV ist ein druckkontrollierter, patientengetriggerter und -gesteuerter Beatmungsmodus. Jede Inspirationsbemühung des Patienten verursacht nach Überwindung der Triggerschwelle einen sprunghaften Anstieg des Beatmungsdrucks auf das eingestellte inspiratorische Druckniveau. Diese Druckdifferenz löst einen dezelerierenden Flow aus, der vom initialen Maximum exponentiell abnimmt. Erfolgt keine Patiententriggerung, wird auch kein Volumen verabreicht. Die Flowdezeleration wird wesentlich durch die konstanten der Lungen bestimmt. Das resultierende Tidalvolumen ist somit nicht nur abhängig von der Höhe des eingestellten Differenzdrucks sowie der Intensität und Dauer der Inspirationsbemühung, sondern auch von der Compliance und Resistance der Patientenlungen (Abb..2). Die Exspiration wird eingeleitet, sobald der Flow auf einen vorgegebenen oder einzustellenden Prozentsatz des inspiratorischen Spitzenflows (z. B. 25 % bei Erwachsenen, 6 % in der Pädiatrie) abgesunken ist ( Flowsteuerung, Abb..2), oder alternativ wenn ein definierter, nicht veränderbarer absoluter Flow (meist zwischen 2 und 6 l/min) unterschritten wird, oder Exspirationsbemühungen des Patienten als Druckanstieg (z. B. mbar oberhalb des eingestellten inspiratorischen Unterstützungsdrucks) erkannt werden ( Drucksteuerung, Abb.2). Bei älteren Beatmungsgeräten sind die Umschaltkriterien meist fest vorgegeben. Einige neuere Respiratoren erlauben dagegen die Modifikation einzelner Variablen, z. B. des Spitzenflowprozentsatzes: Je höher dieser Wert eingestellt wird (z. B. auf 0 %), desto stärker wird die Inspirationszeit verkürzt. Aus Sicherheitsgründen wird bei manchen Geräten zusätzlich nach Ablauf einer bestimmten (z. B. 5 s) in die Exspiration geschaltet. Im Idealfall bestimmt der Patient Beginn, Verlauf und Volumen des maschinell unterstützten Atemzuges. Beachte Die Umschaltung in die Exspiration korreliert nicht notwendigerweise auch mit dem Ende der Inspirationsbemühungen des Patienten. Insbesondere bei hoher inspiratorischer Druckunterstützung wird über die vollständige Relaxation der Atemmuskulatur hinaus weiter Volumen appliziert (Abb..). Diese maschinelle Volumenlieferung erfolgt unabhängig von den In spirationsbemühungen des Patienten! Der Anteil der von der Maschine übernommenen Atem arbeit hängt somit ganz erheblich von der Höhe der eingestellten Druckunterstützung sowie auch den Umschaltkriterien ab. aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

13 . Maschinell unterstützte Spontanatmung 5 Druck a b c eingestellte Druckunterstützung Abb..2 Druckunterstützte Spontanatmung. Der Patient löst jeden Atemhub durch Triggerung aus, die Höhe der Flow-/Volumenlieferung wird durch die Höhe der Druckunterstützung (mit inspiratorischer Rampe) vorgegeben. Die Exspiration wird eingeleitet durch Unterschreiten eines definierten Prozentsatzes vom inspiratorischen Spitzenflow (a und c) oder durch aktive Exspiration des Patienten (b) (rote Markierungen). Weitere Erläuterungen im Text. Flow Volumen unterschiedliche Volumina PMuskel Druck Flow Beginn Relaxation der Atemmuskulatur Ende inspiratorischer Sog Umschaltkriterium Abb.. PSV: Atemmechanik und maschinelle Volumenlieferung. Die Flow- und Volumenlieferung nimmt trotz gleichbleibender Druckunterstützung mit zunehmenden Inspirationsbemühungen (p Muskel Pleuradruck) des Patienten zu. Die Volumenlieferung erfolgt über die vollständige Relaxation der Atemmuskulatur hinaus (rote Markierungen), da die Exspirationsphase erst nach Abfall des Spitzenflows unter 25 % (Umschaltkriterium) eingeleitet wird. Dieser Anteil der Druckunterstützung entspricht maschineller Beatmung. Volumen aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

14 6 Beatmungsformen Geräteeinstellung Die Einstellung der inspiratorischen Druckunterstützung variiert meist zwischen und 5 mbar. Niedrige Druckunterstützungen können bei intubierten und spontan atmenden Patienten sinnvoll sein, um die zusätzliche inspiratorische Resistance durch Tubus, Beatmungsfilter und Demand-Flow- System zumindest teilweise zu kompensieren. Die bessere Alternative ist jedoch die Aktivierung der automatischen Tubuskompensation (ATC), die als zusätzliche Option in neueren Beatmungsgeräten verfügbar ist. Leitparameter bei der Einstellung der Druckunterstützung in der klinischen Praxis ist das Tidalvolumen: Es sollte im Mittel 4 ml/kg KG (ideales KG) nicht unterschreiten. Andernfalls können die Atemfrequenzen ebenso wie der Anteil der Totraumventilation an der Gesamtventilation überproportional zunehmen. Umgekehrt nimmt der Anteil der Atemarbeit des Patienten ab, je höher die Druckunterstützung gewählt wird. Bei Druckunterstützungen von 0 mbar über PEEP und mehr ist von einer völligen Entlastung der Atemarbeit des Patienten auszugehen. Im Einzelfall muss die Höhe der inspiratorischen Druckunterstützung den individuellen pulmonalen und atemmechanischen Gegebenheiten des Patienten angepasst werden. Hinweis Bei korrekter Einstellung der Druckunterstützung sollten inspiratorische Kontraktionen des M. sternocleidomastoideus unter Ruheatmung gerade nicht mehr erkennbar sein (Abb..4), die Spontanatmungsfrequenzen sollten unter 0 pro Minute liegen. Der wache Patient sollte keine Atemnot verspüren. Beachte Bei einigen Respiratoren wird die Druckunterstützung in mbar über PEEP-Niveau angegeben, bei anderen wird das tatsächliche inspiratorische Druckniveau unabhängig vom PEEP eingestellt. Der absolute PSV-Druck errechnet sich hierbei aus dem eingestellten PSV-Druckniveau minus dem PEEP-Druck. Individuelle Einstellung der Druckunterstützung unter Berücksichtigung von Atemfrequenzen und Tidalvolumina. PSV und Atemarbeit Insgesamt wird die druckunterstützte Spontanatmung von den meisten Patienten als sehr komfortabel empfunden, da sie neben der Atemfrequenz nicht nur den Beginn, sondern auch den Verlauf und das verabreichte Volumen des maschinell unterstützten Atemzuges mitbestimmen können. Im Vergleich zur reinen Spontanatmung mit oder ohne PEEP vermindert PSV signifikant die Atemarbeit und den O 2 -Verbrauch der Atemmuskulatur, wobei der Patient weitgehend die Kontrolle über das Atemmuster behält. Dadurch wird der ventilatorischen Erschöpfung entgegengewirkt. Gleichzeitig kann schnelle und flache Atmung oftmals vermieden werden, wodurch sich die alveoläre Ventilation verbessert. Die Höhe des Unterstützungsdrucks muss allerdings individuell ermittelt werden; sie orientiert sich an Tidalvolumina und Atemfrequenzen. Hohe inspiratorische Druckunterstützungen entsprechen druckkontrollierter Beatmung, der ventilatorische Eigenanteil des Patienten ist nur marginal. Beachte Vor allem Patienten mit insuffizienter Funktion der Atempumpe verhalten sich bei hoher Druckunterstützung so, als wären sie assistiert beatmet. Das heißt, ihre Muskelkraft reicht gerade aus, um die Inspiration zu triggern, danach lassen sie sich passiv beatmen (Abb..4). Die Übergänge zwischen Spontanatmung und maschineller Beatmung sind somit fließend. Da der intubierte Patient zusätzliche tubusbedingte Atemarbeit leisten muss, kann bei CPAP-Spontanatmung die Einstellung einer Druckunterstützung von 5 mbar oberhalb des PEEP-Niveaus sinnvoll sein, sofern der Respirator nicht mit einer automatischen Tubuskompensation (ATC) ausgestattet ist. aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

15 . Maschinell unterstützte Spontanatmung 7 E sm a b p di p AW E di V T - Abb..4 Reduktion der inspiratorischen Atemarbeit durch inspiratorische Druckunterstützung. a Spontanatmung ohne inspiratorische Druckunterstützung. Deutliche elektrische Aktivitäten in Diaphragma (E di ) und Atemhilfsmuskulatur (hier: M. sternocleidomastoideus, E sm ). Überlagerung durch EKG. b Spontanatmung mit inspiratorischer Druckunterstützung von 0 mbar. Reduzierte elektrische Aktivitäten in der Atemmuskulatur (weiterhin Überlagerung durch EKG), deutliche Abnahme der Atemfrequenzen. Beachte die Veränderungen der intrathorakalen Druckverhältnisse (Atemwegsdrücke p AW und transdiaphragmale Drücke p di ). Die Tidalvolumina (V T ) bleiben nahezu unverändert (nach einer Originalregistrierung von Brochard et al. 989). Hohe Druckunterstützung entspricht de facto maschineller Beatmung. Hohe Spontanatmungsfrequenzen, wie sie z. B. bei agitierten Patienten auftreten, können zu Synchronisationsproblemen zwischen Patient und Respirator führen, Patient und Maschine geraten außer Phase (Abb..5). Die Folge ist, dass nicht mehr alle Inspirationsbemühungen des Patienten vom Respirator erkannt werden und der Patient gegen den Respirator atmet. Ursächlich sind neben den unvermeidlichen Triggerlatenzzeiten gelegentlich auch Intrinsic-PEEP-Effekte, die vor allem bei Patienten mit exspiratorischer Flowlimitierung (COPD, Asthma) gesehen werden. Abhilfe kann eine schrittweise Erhöhung der Druckunterstützung bringen. Intrinsic-PEEP-Phänomene lassen sich teilweise durch eine Anhebung des externen PEEP kompensieren. Häufig ist jedoch die medikamentöse Dämpfung des Atemantriebs notwendig. Hinweis Desynchronisationsphänomene treten auch bei Verwendung von Beatmungshelmen im Rahmen der nichtinvasiven Beatmung auf. Ursächlich ist meist das große kompressible Volumen des Helms, was zur erheblichen Zunahme der Triggerlatenz führt. In diesen Fällen sollte der Wechsel des Equipments zur Vollgesichtsmaske, Mund-Nasen-Maske oder Nasenmaske erfolgen. Inspiratorische Rampe Hohe geräteseitige Inspirationsflows bewirken schnelle Druckanstiege in den Atemwegen, wodurch dem ventilatorischen Bedarf des Patienten am ehesten entsprochen wird. Bei Patienten mit restriktiven Lungenveränderungen oder mit hoher Resistance in den Atemwegen kommt es jedoch zum vorzeitigen Abbruch der Inspirationsphase, da das Umschaltkriterium (Unterschreiten von z. B. 25 % des inspiratorischen Spitzenflows bzw. Erreichen der Druckgrenze) zu früh erreicht wird. Da- aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

16 8 Beatmungsformen Druck Flow Volumen Beginn Inspiration Restflow Ende Inspiration frustran P AW P pleuv P Alveol Abb..5 Isometrische Atemarbeit durch Phasenverschiebung. Dynamische Hyperinflation führt zu verzögerter Entleerung der Alveolen (P Alveol ) und endexspiratorischem Restflow, der den initialen Inspirationsbemühungen (P Pleu ) des Patienten zuwiderläuft (rote Markierungen). Der Triggerimpuls (Δt) erreicht den Respirator daher zeitversetzt, die maschinelle Druckunterstützung (P AW ) wird zeitverzögert appliziert (rote Markierungen). Bei Patienten mit eingeschränkter ventilatorischer Reserve können Gerät und Patient dadurch intermittierend außer Phase geraten, d. h., es wird nicht mehr jede Atemanstrengung maschinell unterstützt: frustrane Atemexkursionen. Durch den Abbau des intrinsic PEEP folgt der nächste Atemzug nach kürzerer Triggerlatenz mit höherem Tidalvolumen. P Pleu = Pleuradruck, P AW = Atemwegsdruck, P Alveol = Alveolardruck. Δt Δt Δt durch werden nur vergleichsweise niedrige Volumina verabreicht. Bei manchen Beatmungsgeräten kann daher die Steilheit des inspiratorischen Druckanstiegs, d. h. die bis zum Erreichen des Druckplateaus, variiert werden. Dies wird durch die Reduktion der initialen Flowgeschwindigkeit erreicht. Durch den geringeren Spitzenflow ( inspiratorische Rampe ) wird das Umschaltkriterium später erreicht, die Flowphase wird länger (Abb..6). Trotz des niedrigeren Initialflows nehmen die Atemvolumina zu. Gleichzeitig kann häufig eine bessere Anpassung der Druckunterstützung an die Spontanatmung des Patienten erreicht werden. Wird die Druckanstiegsgeschwindigkeit allerdings zu niedrig eingestellt (z. B. 2 s), resultieren unter Umständen Luftnot und vorzeitige Exspirationsbemühungen des Patienten. Hierdurch sinkt die Akzeptanz der Atemhilfe, gleichzeitig steigt die Atemarbeit des Patienten an. Letztlich kann die Rampe nur anhand klinischer Parameter, d. h. der Beobachtung der Interaktion zwischen Patient und Maschine, eingestellt werden. Faustregel Die Rampe sollte umso steiler eingestellt werden, je höher der Atemantrieb (hohes Atemminutenvolumen, Tachypnoe) des Patienten ist. Bei wachen und kooperativen Patienten kann die optimale Einstellung durch den direkten Dialog zwischen Patient und Therapeut erleichtert werden. Die inspiratorische Rampe dient der besseren Anpassung der PSV an die pulmonalen Verhältnisse und die Bedürfnisse des Patienten. Apnoefunktion Da PSV einen intakten Atemantrieb des Patienten zwingend voraussetzt, können Störungen des Atemantriebs, z. B. durch Sedativa oder opioid- aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

17 . Maschinell unterstützte Spontanatmung 9 Druck a Umschaltpunkt b Flowphase Rampe 25% des Spitzenflows Umschaltpunkt Abb..6 PSV: Inspiratorische Rampe. a Hoher Inspirationsflow, keine Rampe: Das 25 %-Kriterium (rote Markierung) wird früh erreicht. b Niedriger Inspirationsflow, inspiratorische Rampe: Das 25 %-Kriterium wird später erreicht, die Flowphase ist länger. Flow Volumen I E I E I E I E haltige Analgetika, zur Hypoventilation bis hin zur Apnoe führen. Diese Gefahr kann bei einigen Respiratoren durch Einstellen einer Sicherheitsfunktion, der sog. Apnoeventilation, vermieden werden. Dieser Back-up-Mechanismus wechselt automatisch in eine kontrollierte Beatmungsform über, sobald ein vorher definiertes Minutenvolumen oder eine Mindest-Atemfrequenz unterschritten wurden. Verfügt das Gerät über keine derartige Funktion, ist die engmaschige Überwachung der Atemvolumina, z. B. durch Kapnometrie, unerlässlich. Die Aktivierung der Apnoeventilation erhöht die Sicherheit des Patienten. Klinische Bedeutung der druckunterstützten Spontanatmung (PSV) Die PSV besitzt heute einen festen Stellenwert bei der maschinellen Beatmung respiratorisch insuffizienter Patienten, entweder als eigenständige Beatmungsform oder in Verbindung mit S-IMV, MMV oder BIPAP. Selbst Patienten mit schweren Oxigenierungsstörungen können mit PSV, kombiniert mit hohem PEEP, erfolgreich behandelt werden, sofern der Atemantrieb intakt ist. Bei der schwierigen Entwöhnung langzeitbeatmeter Patienten ist PSV in vielen Zentren der Beatmungsmodus der Wahl...2 Intermittierende mandatorische Beatmung, IMV S-IMV, Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation VC-S-IMV, Volume Controlled S-IMV (volumenkontrollierte S-IMV) PC-S-IMV, Pressure Controlled S-IMV (druckkontrollierte S-IMV) Definition. Die intermittierende mandatorische Beatmung ist seit 97 in der klinischen Routine etabliert. IMV kombiniert Spontanatmung und volumen- oder druckkontrollierte, zeitgesteuerte maschinelle Beatmung bei Patienten, deren Eigenventilation zur Sicherstellung adäquater Atemminutenvolumina nicht ausreicht. aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

18 20 Beatmungsformen Funktionsprinzip und Geräteeinstellung Frequenz, Hubvolumen und Beatmungsmuster sind geräteseitig einstellbar, wobei die mandatorischen Beatmungshübe volumen- oder druckkontrolliert appliziert werden können. Zwischen den intermittierenden Beatmungszügen kann der Patient ungehindert spontan atmen (Abb..7). Die IMV erlaubt ungehinderte Spontanatmung zwischen den maschinellen Beatmungshüben. Bei volumenkontrollierter IMV-Beatmung resultiert das maschinelle Mindest-Atemminutenvolumen aus dem Produkt aus eingestelltem mandatorischem Tidalvolumen V T und IMV-Frequenz f IMV : AMV = V T f IMV Bei druckkontrollierter IMV ist die Höhe der applizierten Tidalvolumina abhängig von der Compliance und Resistance und damit inkonstant. Die Möglichkeiten des Patienten zur Beeinflussung der Ventilation sind durch die Einstellung der IMV-Parameter limitiert. Eine inadäquate Geräteeinstellung kann die Spontanatmung sogar behindern, z. B. wenn das spontane Atemzugvolumen größer als das eingestellte IMV-Volumen ist oder der Patient während des maschinellen Beatmungszuges atmet (siehe auch Abb. 5.0, S. 204). Erwartungszeitfenster. Werden die vorgegebenen maschinellen Beatmungszüge wie heute üblich patientengetriggert zur Verfügung gestellt, spricht man von S-IMV (Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation). Die maschinellen Beatmungszüge können jedoch nur innerhalb eines bestimmten intervalls, des Erwartungszeitfensters, durch Flow- oder Drucktrigger ausgelöst werden, damit die freie Spontanatmung zwischen den Beatmungen nicht behindert wird. Wird vom Respirator innerhalb dieser definierten einheit keine Spontanatmungsbemühung des Patienten registriert, wird der mandatorische Beatmungshub unsynchronisiert verabreicht (Abb..7). Hinweis S-IMV ist nicht gleichbedeutend mit assistierter Beatmung. Der entscheidende Unterschied zur klassischen assistierten Beatmung ( S-CMV, A/C) liegt darin, dass effektive Spontanatmung zwischen den maschinellen Beatmungshüben möglich ist, da nicht jede Inspirationsbemühung mit einem maschinellen Beatmungszug beantwortet wird. Die eingestellte IMV-Frequenz und die Höhe der maschinellen Tidalvolumina ent- Druck Flow Erwartungszeitfenster Abb..7 S-IMV: Korrekte Einstellung ermöglicht Spontanatmung. Spontanatmungsbemühungen innerhalb des Erwartungszeitfensters lösen (volumen-)kontrollierte Beatmungshübe aus (rote Markierungen). Wird keine Inspirationsbemühung detektiert, wird der maschinelle Beatmungshub unsynchronisiert abgegeben. Volumen aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

19 . Maschinell unterstützte Spontanatmung 2 scheiden somit über den effektiven ventilatorischen Support des Respirators. Sie bestimmen damit auch den Anteil des Respirators an der Atemarbeit des Patienten. Bei S-IMV können maschinelle Beatmungszüge nur innerhalb des Erwartungszeitfensters ausgelöst werden. Da Spontanatmung ausschließlich zwischen den intermittierenden maschinellen Beatmungshüben und innerhalb der Erwartungszeitfenster möglich ist, schließen hohe IMV-Frequenzen oder auch volumenkontrollierte Beatmungshübe mit niedrigem Inspirationsflow eine effektive Spontanatmung nahezu aus. Die Spontanatmungsaktivitäten des Patienten reduzieren sich dann auf die Triggerung der IMV-Beatmungszüge (Abb..8). Hohe IMV-Frequenzen und niedrige Inspirationsflows verhindern eine effektive Spontanatmung. Andererseits können die spontan geatmeten Tidalvolumina zwischen den maschinellen Hüben bei insuffizienter Atemmechanik so niedrig sein, dass sie zur alveolären Ventilation nur wenig beitragen. Dies führt nicht nur zu ineffektiver und unökonomischer Atemarbeit, insbesondere bei niedrigen PEEP-Niveaus kann es auch zum vorwiegend exspiratorischen Verschluss der kleinen Atemwege durch intermittierenden FRC-Abfall ( shunt in time ) kommen, wodurch die Atemarbeit weiter erhöht wird. Bei eingeschränkter muskulärer Reserve, eingeschränkter FRC und/oder erhöhtem Ventilationsbedarf des Patienten erscheint daher die Unterstützung jedes einzelnen Atemzuges durch eine angemessene inspiratorische Druckunterstützung sinnvoll, zumal die in- und exspiratorische Atemarbeit durch zusätzliche Atemwegswiderstände wie Tubus, Demand-Ventile usw. ohnehin erhöht ist. Beachte Notwendig ist die engmaschige Nachführung der maschinellen Parameter an die aktuellen ventilatorischen Bedürfnisse des Patienten. Nachteilig ist auch, dass die maschinellen Beatmungszüge nach einem fest vorgegebenen raster appliziert werden unabhängig davon, wie hoch die ventilatorische Eigenleistung des Patienten zu diesem punkt ist. Das be- Druck Flow SV SV SV triggert Erwartungszeitfenster SV SV triggert Abb..8 S-IMV: Fehlerhafte Einstellung verhindert Spontanatmung (SV). Die effektive Spontanatmungszeit zwischen den maschinellen Beatmungszügen wird bei Einstellung niedriger Flows reduziert. Nahezu jede Inspirationsbemühung (SV) fällt in das Erwartungszeitfenster und wird mit einem maschinellen Beatmungszug beantwortet. Häufig ist die frustrane Zwischenatmung (SV) in die maschinellen Beatmungshübe (Pfeile) ohne effektive Volumenverschiebung. Volumen aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG

20 22 Beatmungsformen deutet, dass bei zu viel maschineller Unterstützung die Spontanatmungskapazität des Patienten und damit die Fähigkeit zur teilweisen Übernahme der Atemarbeit behindert wird. Bei zu wenig maschineller Hilfe bzw. zu großem Spontanatmungsanteil kann sich der Patient demgegenüber erschöpfen und in eine akute ventilatorische Insuffizienz geraten. S-IMV erfordert das ständige Nachführen der maschinellen Parameter an die aktuellen ventilatorischen Bedürfnisse des Patienten. Klinische Bedeutung der synchronisierten intermittierende mandatorische Beatmung (S-IMV) S-IMV galt lange als Standardverfahren bei nahezu allen respiratorischen Störungen in der Intensivmedizin. Am meisten verbreitet war die volumenkontrollierte S-IMV, was allerdings im Wesentlichen durch die technischen Möglichkeiten der gängigen Respiratoren bedingt war. S-IMV wurde insbesondere zur Entwöhnung von der Beatmung eingesetzt, indem die Frequenzen der maschinellen Beatmungshübe schrittweise reduziert wurden. In klinischen Studien konnte jedoch gezeigt werden, dass das Weaning schneller und erfolgreicher mit anderen Beatmungsformen wie PSV oder BIPAP durchgeführt werden kann, so dass die Bedeutung von S-IMV in den letzten Jahren stark abgenommen hat... Airway Pressure Release Ventilation, APRV Definition. Airway Pressure Release Ventilation (APRV) bedeutet Spontanatmung auf einem hohen PEEP-Niveau von 20 0 mbar, wobei das PEEP- Niveau zur CO 2 -Abatmung in regelmäßigen Abständen kurzzeitig auf 0 5 mbar entlastet wird ( pressure release ) (Abb..9). Während der kurzen der Systementlastung können schnelle Alveolen exspirieren, während langsame durch Aufrechterhaltung des intrinsic PEEP wie bei der Inverse Ratio Ventilation gebläht bleiben. Druck Flow Volumen Funktionsprinzip Entlastung und Aufbau des PEEP-Niveaus bewirken Volumenverschiebungen, die im weitesten Sinne als druckkontrollierte zeitgesteuerte maschinelle Beatmungshübe angesehen werden können. Demnach ergibt sich die ventilatorische Unterstützung aus der Release -Frequenz und der Druckdifferenz zwischen eingestelltem PEEP und Entlastungsniveau. Ziel der APRV-Atmung ist die Vergrößerung der gasaustauschenden Oberfläche durch alveoläres Rekruitment bei gleichzeitiger Erhaltung der Spontanatmungsmöglichkeit. Hinweis APRV ohne Spontanatmung ist identisch mit zeitgesteuerter, druckkontrollierter IRV-Beatmung mit extremem Atemzeitverhältnis (PC - IRV). Abb..9 APRV mit Spontanatmung. Kurzzeitige Entlastung der Atemwegsdrücke (Pressure Release) mit entsprechenden Flow- und Volumenverschiebungen bei einem spontan atmenden Patienten. APRV ermöglicht Spontanatmung auf hohem PEEP-Niveau mit kurzdauernder PEEP-Entlastung. aus: Rathgeber, Grundlagen der maschinellen Beatmung (ISBN ) 200 Georg Thieme Verlag KG