Lungenprotektive Beatmung

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1 Lungenprotektive Beatmung Michael Quintel und l Onnen Moerer Zentrum Anaesthesiologie, Rettungs- und Intensivmedizin, Georg- August-Universität Göttingen Ziele der maschinellen Beatmung sind die Verbesserung des pulmonalen Gasaustauschs und die Entlastung der Atemmuskulatur. Bis in die 90er Jahre hinein wurde dabei vorrangig das Ziel verfolgt normale oder physiologische Blutgaswerte zu erreichen, unabhängig davon, welche Einstellungen am Beatmungsgerät hierfür erforderlich waren. Der zunehmende, um fassende Einsatz maschineller Beatmung in der Intensivmedizin ging mit der Erkenntnis ein her, dass eine Überdruckbeatmung deletäre Folgen haben kann. Das Auftreten eines Ba rotraumas und die pathologischen Veränderungen nach Langzeitbeatmung, haben zur Ein führung des Begriffs VILI (ventilator induced lung injury) geführt. Allerdings hatten diese reproduzierbaren Veränderungen zunächst keine Veränderung der Konzepte maschineller Beatmung in der klinischen Praxis zur Folge. Durch Beatmung verursachte Lungenschäden wurden vielmehr lange Zeit als nicht zu verhindernde Nebenwirkung in Kauf genommen. Hickling und Mitarbeiter waren die ersten, die bei ARDS-Patienten im Vergleich zu einer his torischen Kontrolle zeigen konnten, dass eine Beatmung mit niedrigen Tidalvolumina (4 7 ml pro kg Körpergewicht (=ideal body weight, IBW) zu einer deutlichen Reduktion der Mor talität führt (10). Die Autoren akzeptierten erhöhte arterielle CO 2 -Werte und glichen auch erniedrigte ph-werte nicht aus. Das bis dato gängige Konzept, mit aller Macht physiologi sche Blutgaswerte anzustreben, wurde hiermit nachhaltig in Frage gestellt. Vielmehr liefer ten diese Studie erste Anzeichen dafür, dass es sinnvoller ist erhöhte PaCO 2 -Werte zu akzep tieren, als eine die Lunge schädigende Beatmung in Kauf zu nehmen. Der Begriff des beatmungsinduzierten Lungenschadens (ventilator induced lung injury, VILI) wurde bis in die neunziger Jahre hinein im wesentlichen im Sinne eines Barotraumas ver wendet. Dreyfuss und Saumon fassten 1998 erstmalig zusammen, dass invasive Einstellun gen der Beatmungsparameter einen akuten Lungenschadens nicht nur verschlechtern son dern selbst ein ARDS verursachen können (11). Seither konnte vielfach nachgewiesen wer den, dass ein akuter Lungenschaden durch hohe Tidalvolumina, hohe in- und end ex piratori sche Drücke, Atemfrequenzen und einer hohen inspiratorischen O 2 -Konzentration unterstützt oder verursacht werden kann. Diese Befunde bekräftigten das Konzept des VILI. Tremblay und Mitarbeiter trugen eine weitere wichtige Erkenntnis bei, wonach eine traumati sche ma schinelle Beatmung nicht nur einen direkten Lungenschaden im Sinne einer mecha nische Schädigung verursacht, sondern darüber hinaus eine inflammatorische Reaktion in duziert, die auch andere Organe schädigen und damit eine Multiorganversagen verursachen kann (12,13). Eine Beatmung mit positivem Druck induziert in einer Lunge die mechanischen Kräfte Stress und Strain, die zu einer Freisetzung pro- und antiinflammatorischer Mediatoren führen kann (14). Die gewählte Einstellung der Beatmung bestimmt, ob die induzierten Ver änderungen im Hinblick auf das Outcome eine geringe, vernachlässigbare Schädigung verur sachen, oder eine lebensbedrohliche Zerstörung von Lungenstrukturen und massiver Freiset zung von Mediatoren zur Folge haben (14). Der mechanische Stress auf das Lungengewebe während maschineller Beatmung ergibt sich aus den applizierten transpulmonalen Drücken, wohingegen der entstehende Strain vom Verhältnis des endexspiratorischen Lungenvolu mens zum 109

2 applizierten Tidalvolumen bestimmt wird. Hieraus lässt sich ableiten, dass ein niedriges Tidalvolumen, das der Elastance des respiratorischen Systems Rechnung trägt (Re duktion der resultierenden transpulmonalen Drücke) in Kombination mit einem adäquaten endexspiratorischen Druck und damit einem optimierten Verhältnis von endexpiratorischem Lungenvolumen zum angewandten Tidalvolumen zu einer verminderten Lungenschädigung führen sollte. Dieses Konzept, beatmungsassoziierte Schäden zu verhindern, wird als lun genprotektive Beatmung bezeichnet. Eine Vielzahl klinischer Studien untersuchte den Effekt eines protektiven Beatmungsregimes, mit dem Ziel, eine Verbesserung des Outcome nachzuweisen (15,16,17). So konnten Amato et al. zeigen, dass Beatmung mit 6 ml/kg IBW (mittlerer PEEP 16 cmh 2 O) im Vergleich zu 12 ml/kg (mittlerer PEEP 8,7 cmh 2 O) zu einer Reduktion der 28-Tage- Sterblichkeit führt. Wei tere Untersuchung zeigte weniger eindeutige oder keine positiven Ergebnisse, weshalb eine groß angelegte Studie des amerikanischen ARDS-Netzwerkes (ARDS-Net) aufgelegt wurde die Beatmungsstrategie mit niedrigem Tidalvolumen (6 ml/ kg IBW) mit einer konventionellen Einstellung (12 ml/kg IBW) verglich (18). Die Studie wurde nach Einschluss von 861 Patien ten gestoppt, weil die lungenprotektive Strategie zu einer signifikanten Reduktion der Letali tät führte (31,0% vs. 39,8%). Villar und Mitarbeiter applizierten bei einem Patientenkollektiv ein Tidalvolumen von 5 8 ml/kg idealem Körpergewicht und stellten den PEEP anhand einer Druck-Volumen- Kurve 2 cm H 2 O oberhalb des unteren Inflektionspunktes ein. In der Kontrollgruppe wurde mit 9 11 ml/kg beatmet und ein PEEP 5 cmh 2 O eingestellt (19). Die Studie wurde vorzeitig gestoppt, weil die Gruppe mit dem niedrigeren Tidalvolumen und dem höheren PEEP eine deutlich re duzierte Sterblichkeit zeigte. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass eine zunehmende Evidenz dafür vorliegt, dass eine protektive Beatmung, die eine hohe mechanische Belastung vermeidet, zu einer Reduk tion der Beatmungsdauer und sekundären Organdysfunktionen sowie zu einer Verbesserung der Überlebensrate bei Intensivpatienten mit ALI/ARDS führt. Die Empfehlung zur Verwen dung niedriger Tidalvolumina bei Patienten mit ALI/ARDS kann als gesichert gelten. Die Ap plikation eines höheren PEEP hingegen, die das Ziel verfolgt einen zyklischen alveoläre Kol laps zu verhindern und die dadurch bedingten Scherkräfte zu minimieren, ist weiterhin Ge genstand der Diskussion. Gattinoni und Mitarbeiter konnten in einer kürzlich publizierten Untersuchung bei Patienten mit ALI/ARDS zeigen, dass ein erhöhter PEEP bei Patienten, bei denen sich keine Lungenareale rekrutieren lassen, nicht von einer Erhöhung des PEEP profi tierten, wohingegen bei Patienten, bei denen eine Rekrutierung möglich ist, eine höheren PEEP wahrscheinlich sinnvoll ist (20). Zwei kürzlich publizierte Studien konnten zeigen, dass das ARDS-Net Konzept nicht bei allen Patienten eine protektive Beatmung bewirkt. Ranieri und Mitarbeiter zeigten bei 30 ARDS Patienten, dass es bei ca. einem Drittel zu Überblähung von Lungenarealen mit konsekutiver inflammatorischer Reaktion kommt, wenn die Einstellungen aus der ARDS- Net-Studie ver wendet wurden. Betroffen waren Patienten mit signifikant höherem Anteil nicht belüfteter Lungenregionen (21). Grasso und Mitarbeiter applizierten Tidalvolumina von 6 ml pro kg ide ales Körpergewicht und randomisiert einen PEEP entweder nach der ARDS-Net Tabelle oder adjustiert ihn anhand des Stressindex (eine Variable, die Anhand atemmechanischer Para meter berechnet werden kann und die Trennung zwischen alveolärem Kollaps und Überblä hung erlaubt) zwischen 0,9 and 1,1 (21). Diese Untersuchung zeigte ebenfalls eine unzurei chende Lungenprotektion bei Beatmungseinstellungen nach ARDS-Net Protokoll. Beide Stu dien geben eine klaren Hinweis darauf, dass zumindest bei einigen Patienten das bisher gän gige Konzept der lungenprotektiven Beatmung, das 110

3 im wesentlichen aus der Reduktion des Tidalvolumens besteht, nicht ausreichend ist, um einen sicheren Schutz vor einem beat mungsassoziierten Lungenschaden sicherzustellen. Die Suche nach weiteren Lösungen und alternativen Interventionsmöglichkeiten, um die Schäden durch eine maschinelle Beatmung zu begrenzen bleibt auch in der Zukunft eine kli nische und wissenschaftliche Herausforderung. Die Beibehaltung des Konzepts einer lun genprotektiven Beatmung auch dann wenn unter diesen Bedingungen kein ausreichender Gasaustausch erzielt werden kann, öffnet die Frage nach alternativen Behandlungsstrategien und deren Effektivität. Nachdem die Versuche, die Lungen mittels extrakorporaler Membra noxygenierung (ECMO) mehr oder weniger vollständig zu ersetzen, in der Anfangsphase eher frustran verliefen (4,5), erfahren diese Techniken in den letzten Jahren eine Renaissance. Der Grund für die anfänglichen Misserfolge liegt möglicherweise auch darin begründet, dass mit dem Einsatz von ECMO nicht automatisch eine lungenprotektive Strategie verfolgt wurde. In der Regel wurde also Beatmungseinstellungen beibehalten, die wir heute für die Unter haltung oder Entstehung eines ARDS verantwortlich machen. Eine kritische Neubeurteilung erscheint deshalb dringend erforderlich, bei einer solchen Neubeurteilung sollte die Lunge protektiv - mit niedrigen Tidalvolumina und adäquatem PEEP - beatmet und der Gasaustausch via ECMO sichergestellt werden. Darüber hinaus konnte die angewandte Technik umfassend verbessert werden. So stehen heute Oxygenatoren und Schlauchsysteme zur Verfügung, deren Biokompatibilität durch Beschichtung verbessert wurde. Kanülen, Pumpensystem und Oxygenatoren sind grundlegend optimiert worden, das Primingvolumen der Systeme konnte deutlich reduziert werden. Von diesen neuen Techniken kann erwartet werden, dass sie die verfahrensbedingte Komplikationsrate zukünftig deutlich reduzieren. Neben der klassischen ECMO stehen mittlerweile weitere passive (pumpenlose) Verfahren zur Verfügung, die über die arteriovenöse Druckdifferenz zur CO 2 -Elimina tion eingesetzt werden können (24,25,26). Die Möglichkeit einer Oxygenierung ist allerdings limitiert, da nur im Falle einer sehr niedrigen arteriellen Sauerstoffsättigung ein erhöhter Sauerstofftransfer über ein solches arteriovenöses System stattfindet. Das als interventional lung assist (ILA, Novalung, Talheim) beschrieben Verfahren wurde mittlerweile in verschie denen Studien untersucht (27,28,29,30). Aktuell läuft eine randomisierte multizentrische Studie, in der der Einsatz der ILA bei ARDS-Patienten mit einem ultra lungenprotektiven Beatmungsregime (Tidalvolumen < 5 ml pro kg ideales KG) verglichen wird. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der Stellenwert lungenprotektiver Beatmungsstrategien gesichert ist, dennoch bedürfen viele Fragen, wie zum Beispiel die nach einem optimalen PEEP, weiterer Untersuchungen. Sollte ein ausreichender pulmonaler Gas austausch mit einem herkömmlichen Beatmungsregime nicht erreicht werden können, er scheint es logisch, den Gasaustausch dann mittels extrakorporaler Verfahren (ECMO, ILA) sicherzustellen und von einer Erhöhung der Invasivität der konventionellen Beatmung Ab stand zu nehmen. Über die Rolle einer ultra protektiven Beatmungsstrategie kann bisher nur spekuliert werden. Zukünftige Untersuchungen müssen zeigen, ob sich die bislang rein obseravtionellen Daten in großen klinischen Studien bestätigen lassen und wie die Indika tiongrenzen definiert werden können, ab denen eine Erweiterung um ein extrakorporales Verfahren sinn voll und effektiv erscheint. 111

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