IV 19.4 Monitoring des beatmeten Intensivpatienten

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1 Monitoring des beatmeten Intensivpatienten IV 19.4 IV 19.4 Monitoring des beatmeten Intensivpatienten W. Oczenski 1 Einleitung Die engmaschige Überwachung der Vitalfunktionen stellt die Grundlage der intensivmedizinischen Überwachung dar. Dabei liegt die primäre Aufgabe des Beatmungsmonitorings darin, akute Situationen zu erkennen, die für den Patienten potenziell gefährlich sind und über eine akustische wie auch optische Warnung das Pflegepersonal bzw. den Arzt zu einer Kontrolle und Intervention aufzufordern. Sekundär ermöglicht es, langsame Veränderungen der Beatmungssituation frühzeitig aufzudecken und das Auftreten potenziell kritischer Zustände durch entsprechende Maßnahmen zu verhindern. Definition: Unter Monitoring versteht man die Erfassung bzw. Überwachung biologischer Vorgänge (z.b. Vitalparameter) mittels nichttechnischer und technischer Hilfsmittel mitdem Ziel, potentiell kritische Situationen durch akustische und optische Warnung frühzeitig zu erfassen und ärztliches Perso- nal bzw. Pflegepersonal zu einer Intervention aufzufordern. Das respiratorische Monitoring des beatmeten Intensivpatienten ist Teil des allgemeinen intensivmedizinschen Monitorings und umfasst: Körperliche Untersuchung Inspektion (Allgemeinzustand, Hautfarbe (Zyanose), Thoraxform, Atemmuster, Atemfrequenz, Atemzugvolumen, paradoxe Atmung) Palpation (Symmetrie der Thoraxbewegung, Stimmfremitus) Perkussion (Seitenvergleich der Schallphänomene) Auskultation (pathologische Atemgeräusche, Seitenvergleich) Das Monitoring des pulmonalen Gasaustausches (= Basismonitoring ) umfasst: intermittierende arterielle Blutgasanalysen (PaO 2, PaCO 2, ph, BE, HCO 3) - kontinuierliche Pulsoxymetrie (SaO 2 ) kontinuierliche Kapnometrie/Kapnographie (etco 2 ) Klinische Symptome der (drohenden) respiratorischen Insuffizienz: Tachypnoe (Atemfrequenz > 35/min) LEITSYMPTOM! Abnahme des Atemzugvolumens Schaukelatmung ( Froschbauch atmung, paradoxe Atmung) Einsatz der Atemhilfsmuskulatur fakultativ Dyspnoe Zyanose Psychomotorische Unruhe Schwitzen erhöhter Sympatikotonus Tachykardie, Hypertonie Eckart Forst Briegel Intensivmedizin 71. Erg.-Lfg. 2/16 1

2 IV Lunge Das Respiratormonitoring ( Maschinenmonitoring ) ist ein Teil des allgemeinen intensivmedizinschen Monitorings und gliedert sich in 3 Komponenten: Volumina/Drücke/Flow Atemmechanik (Compliance/Resistance) Kapnometrie/Kapnographie Beatmungskurven (Druck-Zeit-/Flow-Zeit-/ Volumen-Zeitdiagramme, Druck-Volumen- Schleife, Flow-Volumen-Schleife ( Loops ) Folgende bildgebende Verfahren kommen im Rahmen des respiratorischen Monitorings zur Anwendung. Thoraxröntgen Computertomographie des Thorax elektrische Impedanztomographie (EIT) 2 Monitoring des pulmonalen Gasaustausches 2.1 Pulsoxymetrie Die Pulsoxymetrie ist ein nicht invasives Verfahren zur kontinuierlichen Messung der arteriellen Sauerstoffsättigung sowie der Pulsfrequenz und ermöglicht die rasche Diagnose einer arteriellen Hypoxämie. Das Verfahren beruht auf der Eigenschaft des Hämoglobins, seine Farbe in Abhängigkeit von der Sauerstoffsättigung zu ändern: oxygeniertes Hämoglobin (HbO 2 ) und reduziertes Hämoglobin (Hb) haben aufgrund ihres unterschiedlichen Lichtabsorptionsverhaltens ( unterschiedlicher Absorptionskoeffizient) eine unterschiedliche Farbe. Rotlicht mit einer Wellenlänge von 660 nm wird von oxygeniertem Hämoglobin (HbO 2 ) wesentlich weniger absorbiert als von reduziertem Hämoglobin (Hb). Das bedeutet, dass Rotlicht oxygeniertes Hämoglobin (HbO 2 ) besser durchdringt als reduziertes Hämoglobin (Hb), d.h., die Abnahme an Lichtintensität ist bei oxygeniertem Hämoglobin (HbO 2 ) geringer. Bei Infrarot- licht mit einer Wellenlänge von 940 nm ist das Absorptionverhalten von oxygeniertem und reduziertem Hämoglobin annähernd gleich. Das Pulsoxymeter besteht aus einer Lichtquelle mit zwei Dioden, die Licht zweier unterschiedlicher Wellenlängen (660 nm (Rotlicht) und 940 nm (Infrarot)) wechselweise aussenden und einer gegenüberliegenden Photozelle (Detektor), die das nicht absorbierte Licht misst und in ein elektrisches Signal umwandelt. Die Stärke des elektrischen Signals ist direkt proportional der arteriellen Sauerstoffsättigung (Abb. 1). Es wird nur die Absorption des pulsierenden (= arteriellen) Blutes gemessen (= pulssynchrone Absorption), nicht die Absorption durch Knochen, Gewebe, Haut, Pigmente und venösem Blut (= Basisabsorption). Auf diese Weise wird die arterielle Oxyhämoglobinkonzentration von der venösen Konzentration unterschieden. Der Quotient aus oxygeniertem Hämoglobin (HbO 2 ) dividiert durch das Gesamthämoglobin (Hb + HbO 2 ) ergibt die funktionelle Sauerstoffsättigung (SaO 2 funktionell ). % SaO 2 funktionell = HbO 2 / (HbO 2 + Hb) Grenzen und Fehlermöglichkeiten der Pulsoxymetrie Bedingt durch die Messmethode sind folgende Fehlerquellen möglich: Unzureichende periphere Durchblutung ( ausgeprägte Vasokonstriktion): Ursachen: Hypothermie, Hypoperfusion (hypovolämer oder kardiogener Schock), Vasopressortherapie Bewegungsartefakte: z.b. postoperatives Zittern (Shivering) Pulsationen im venösen System (z.b. Husten, Trikuspidalinsuffizienz): Die Messung erfolgt falsch niedrig, da die venösen Pulswellen vom Pulsoxymeter erfasst und mitgemessen werden. 2 Eckart Forst Briegel Intensivmedizin 71. Erg.-Lfg. 2/16

3 Monitoring des beatmeten Intensivpatienten IV 19.4 Atemzyklus. Unter endtidalem CO 2 -Partialdruck (PetCO 2 ) versteht man den CO 2 -Partialdruck am Ende der Exspiration. Abb. 1: Pulsoxymeter. Funktionsprinzip (aus Oczenski, Atmen-Atemhilfen, 9. Auflage, Thieme, 2012) Interferenzen mit abnormen Hämoglobinen (Dyshämoglobinämie): CO-Hb: Auch bei starken Rauchern kann der CO-Hb-Anteil bis über 10 % ansteigen. Die Messung erfolgt falsch hoch. Met-Hb: z.b. Applikation von Prilocain, NO-Therapie, Met-Hb-Reduktasemangel. Met-Hb wird als reduziertes Hb gemessen, sodass eine Fehlinterpretation als reduziertes Hb keine Abweichung von der tatsächlichen Sättigung bedeutet, da Met-Hb dem Sauerstofftransport nicht zur Verfügung steht. Bei ausgeprägter Methämoglobinämie > 10 % werden falsch hohe Werte gemessen! Hb-F (fetales Hämoglobin): es werden falsch hohe Werte gemessen Interferenzen mit Farbstoffen: Methylenblau: Messung erfolgt falsch niedrig, da Methylenblau als reduziertes Hämoglobin interpretiert wird. Nagellack: Falschmessung in Abhängigkeit von der Lichtabsorption des Farbstoffes (rot, blau, grün, schwarz). 2.2 Kapnometrie Kapnographie Unter Kapnometrie versteht man die Messung des CO 2 -Partialdrucks im Atemgas über den gesamten Atemzyklus. Unter Kapnographie versteht man die graphische Darstellung des CO 2 -Partialdrucks während des gesamten Die Messung erfolgt mittels Infrarot-Spektroskopie. Das Messprinzip beruht auf der Absorption von Infrarotlicht: CO 2 -Moleküle absorbieren Licht proportional der Anzahl der Moleküle. Die Absorption in der CO 2 -Messkammer wird verglichen mit der Absorption eines CO 2 -freien Gases. Arterio-endexspiratorischer CO 2 -Gradient: PaCO 2 PetCO 2 = 3 5 mmhg Diese Differenz ist auf ein physiologisches Ungleichgewicht des Ventilations-/Perfusionsverhältnisses zurückzuführen. Ursachen für einen erhöhten PaCO 2 -PetCO 2 - Gradienten: Hypoperfusion der Lunge infolge von Blutdruckabfall Kreislaufschock unterschiedlicher Genese Pulmonalembolie Herz-Kreislaufstillstand Dynamische Überblähung der Lunge (COPD) Maschinelle Beatmung mit endinspiratorischer Überdehnung von Alveolen und konsekutiver Kompression von Lungenkapillaren. PaCO 2 PetCO 2 > 5 mmhg erhöhte alveoläre Totraumventilation Mit der Kapnometrie und der Kapnographie werden Ventilation und Hämodynamik gleichzeitig erfasst. Die endexspiratorische CO 2 -Konzentration (etco 2 ) ist von folgenden Faktoren abhängig: CO 2 -Produktion (Metabolismus) CO 2 -Elimination: Diese ist abhängig von der Lungenfunktion (Ventilation) Eckart Forst Briegel Intensivmedizin 71. Erg.-Lfg. 2/16 3

4 IV Lunge Herz-/Kreislauffunktion (Perfusion) Respiratoreinstellung (Atemhubvolumen und Frequenz) Ursachen für einen plötzlichen Abfall des etco 2 auf beinahe Null: Diskonnektion des Beatmungssystems komplette Tubusobstruktion (z.b. Sekretpfropf) Dislokation des Tubus (Cave: Umlagerung Tubus im Hypopharynx!) Funktionsstörung des Respirators Ursachen für einen plötzlichen Abfall des etco 2 auf niedrige Werte: Undichtigkeit im Beatmungssystem (Leckage) partielle Tubusverlegung Ursachen für einen exponentiellen Abfall des etco 2 : plötzlicher Blutdruckabfall (z.b. akute Blutung) Pulmonalembolie ( Luft, Thrombus, Fett) Herz-Kreislaufstillstand Ursachen für einen allmählichen Abfall des etco 2 : Abnahme der pulmonalen Perfusion (z.b. Hypovolämie) Hyperventilation Hypothermie Ursachen für einen Anstieg des etco 2 : Hypoventilation Fieber/Hyperthermie Applikation von Na-Bikarbonat Intraoperativ: laparoskopische Operationen abnehmende Narkosetiefe Rückatmung maligne Hyperthermie Für die Interpretation der Kapnographie werden folgende Abschnitte der etco 2 -Kurve analysiert (Oczenski 2012): Exspirationsphase/Inspirationsphase Form des etco 2 -Plateaus Amplitude der exspiratorischen etco 2 - Kurve Zusätzliche Informationen kann man aus der Trenddarstellung gewinnen ( Dynamik der etco 2 -Veränderung) (Oczenski 2012): Schrägstellung des etco 2 -Plateaus: Zeichen für exspiratorische Flusslimitierung ( Atemwegsobstruktion) Kleine Amplitude bei horizontalem Plateau: Zeichen für ein erniedrigtes etco 2 infolge einer pulmonalen Perfusionsstörung ( Hypoperfusion durch hypovolämen oder kardiogenen Schock, Lungenembolie, funktionelle Totraumventilation durch Überdehnung von Alveolen und Kompression von Lungenkapillaren). V-förmige Zacke im etco 2 -Plateau: Zeichen, dass der Patient während der maschinellen Exspiration eine Inspirationsbemühung macht. Schulter im etco 2 -Plateau: Zeichen für ungleichmäßige Entleerung beider Lungen (z.b. Seitenlagerung, Kyphoskoliose) oder partielle Leckage im Beatmungssystem. Auftreten eines inspiratorischen CO 2 - Plateaus bei gleichzeitiger Zunahme der expiratorischen Amplitude: Zeichen für CO 2 -Rückatmung (z.b. erschöpfter Atemkalk ) 3 Respiratormonitoring Beim respiratorischen Monitoring werden primär die respiratorischen Parameter Druck Fluss (Flow) Volumen 4 Eckart Forst Briegel Intensivmedizin 71. Erg.-Lfg. 2/16

5 Monitoring des beatmeten Intensivpatienten IV 19.4 Abb. 2: Diese Abbildung zeigt Beispiele für typische pathologische Kapnographiekurven (aus Oczenski. Atmen-Atemhilfen, 9. Auflage, Thieme 2012) als Funktion der Zeit dargestellt und entweder gleichzeitig oder wahlweise auf dem Respiratordisplay zur Darstellung gebracht. Das Respiratormonitoring ( Maschinenmonitoring ) gibt Informationen über die Atemmechanik des Patienten Nachweis einer erniedrigten Compliance bzw. einer erhöhten Resistance Veränderungen der endexspiratorischen CO 2 -Konzentration (Kapnometrie/Kapnographie) Nachweis einer erhöhten funktionellen Totraumventilation und/oder verminderten Lungenperfusion durch atemmechanische oder hämodynamische Veränderungen). Airtrapping Nachweis eines intrinsischen (okkulten) endexspiratorischen Drucks (PEEPi) Interaktion zwischen Patient und Respirator Nachweis einer Patient-Respirator- Asynchronie Drohendes Weaning-Versagen Messung der Entwöhnungsindizes RSBI und P 0,1 am Beginn und am Ende eines CPAP-trials. Energiebedarf des Patienten (Metabolisches Monitoring) Messung des energetischen Grundumsatzes durch indirekte Kalorimetrie Berechnung des Sauerstoffverbrauchs (VO 2 ) und der Kohlendioxidproduktion (VCO 2 ). 3.1 Informationen aus Druck-Zeit- Diagrammen und Flow-Zeit- Diagrammen Interpretation typischer Druck-Zeit- Diagramme bei volumenkontrollierter Beatmung Abbildung 3 zeigt ein Druck-Zeit-Diagramm bei normaler Compliance und Resistance unter volumenkontrollierter Beatmung (VCV). Druck-Zeit-Diagramm bei Zunahme der Resistance des respiratorischen Systems Bei Zunahme des inspiratorischen Atemwegswiderstandes steigt der Spitzendruck, der Plateaudruck bleibt gleich, d.h. die Differenz Abb. 3: Druck-Zeit-Diagramm und Flow-Zeit-Diagramm unter VCV. Normale Atemtechnik (Dräger Evita 4) Eckart Forst Briegel Intensivmedizin 71. Erg.-Lfg. 2/16 5

6 IV Lunge Abb. 4: Druck-Zeit-Diagramm und Flow-Zeit-Diagramm unter VCV. Erhöhung der Resistance des resp. Systems (Dräger Evita 4) Abb. 5: Druck-Zeit-Diagramm und Flow-Zeit-Diagramm unter VCV. Erniedrigung der Compliance des resp. Systems (Dräger Evita 4) aus Spitzendruck minus Plateaudruck nimmt zu (Abb. 4) (Oczenski 2012, Santanilla et al. 2008) Interpretation typischer Flow-ZeitDiagramme bei druckkontrollierter Beatmung Zunahme der Resistance Zunahme des Spitzendruckes, Plateaudruck = Abnahme der Resistance Abnahme des Spitzendruckes, Plateaudruck = Druck-Zeit-Diagramm bei Abnahme der Compliance des respiratorischen Systems Bei Abnahme der Lungencompliance steigt der Spitzendruck und der Plateaudruck um den gleichen Wert der Druckdifferenz Δp, da der Plateaudruck ein Maß für die Compliance des respiratorischen Systems darstellt (Abb. 5) (Oczenski 2012, Santanilla et al. 2008). Abnahme der Compliance Zunahme von Spitzendruck und Plateaudruck Zunahme der Compliance Abnahme von Spitzendruck und Plateaudruck 6 82 Da bei druckkontrollierter Beatmung (PCV) die Höhe des inspiratorischen Flows eine variable Größe (Freiheitsgrad) ist und von den atemmechanischen Eigenschaften der Lunge abhängt, lassen sich Veränderungen von Compliance und Resistance sowohl an der inspiratorischen als auch an der exspiratorischen Flowkurve nachweisen. Demgegenüber können Veränderungen der Atemmechanik unter volumenkontrollierter Beatmung nur an der exspiratorischen Flowkurve nachgewiesen werden, da das Atemgas während der Inspiration mit konstantem Flow appliziert wird. Flow-Zeit-Diagramm bei Erhöhung der Resistance des respiratorischen Systems Eine Zunahme der Resistance führt zu einer Abnahme des inspiratorischen und exspiratorischen Spitzenflows und zu einer flacher verlaufenden inspiratorischen und exspiratorischen Flowkurve (Abb. 6). Im Extremfall zeigt die exspiratorische Flowkurve einen fast rechtwinkeligen Verlauf als Ausdruck eines endexspiratorischen Bronchiolenkollapses mit konsekutivem Air trapping. Ein eventuell Eckart Forst Briegel Intensivmedizin 71. Erg.-Lfg. 2/16