Last und Kapazität der Atempumpe während des Weanings

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1 Last und Kapazität der Atempumpe während des Weanings C C U N I V E R S I T Ä T S M E D I Z I N B E R L I N C CHARITÉ CAMPUS VIRCHOW-KLINIKUM und CAMPUS CHARITÉ MITTE Dept. of Anesthesiology and Operative Intensive Care Medicine Campus Virchow-Klinikum & Campus Charité Mitte Steffen Weber-Carstens M.S. OPERATIVE INTENSIVMEDIZIN

2 Respiratorentwöhnung beginnt mit der Intubation Esteban et al. JAMA Patienten mit Beatmung > 12h 40% - 50% der Beatmungszeit entfällt auf die Entwöhnung von der Beatmung mit zunehmender Beatmungsdauer steigt die Morbidität und Letalität 2

3 Respiratorentwöhnung: Wann beginnen? Boles et al. Eur Respir J 2007: Consensus conference on weaning from mechanical ventilation Schönhofer et al. S2-LL Prolongierte Entwöhnung, Pneumologie 2014 S2-LL Objektive Kriterien (klinisch stabil) Kardiovaskulär: HF < 140/min, RR syst mm Hg (keine o. nur geringfügige Katecholamingaben) adäquate Oxygenierung: SaO2 90% bei FiO2 < 0,4 oder pao2/fio2 150mmHg, PEEP < 8 cmh2o S2-LL Klinische Kriterien - Rückbildung der Erkrankung, die zur Intubation geführt hat adäquate Atemmechanik: AF < 35/min, VT > 5ml/kg, AF/VT (rapid shallow breathing index) < Ausreichender Hustenstoß - Keine exzessive Sekretion - Kein akuter Infekt Adäquate mentale Funktion: keine Sedierung o. adäquate Funktion unter Sedierung ( Ramsay- Score 2 alternativ RASS -1 bis 0) 3

4 Respiratorentwöhnung - Kategorien Boles et al. Eur Respir J 2007: Consensus conference on weaning from mechanical ventilation Funk et al.: Eur Respir J 2010 aus Schönhofer et al. Pneumologie 2014: Prolongiertes Weaning S2k LL N = 257, chirurgisches und internistisches Patientenkollektiv Einfache Entwöhnung: erfolgreiche Extubation nach initialem SBT Schwierige Entwöhnung: 3 SBT Versuche oder 7 Tage Beatmung nach initialem SBT Prolongierte Entwöhnung: 3SBT Versuche oder > 7 Tage Beatmung nach initialem SBT 60 % 25 % 15 % 4

5 Prolongierte Beatmung DESTATIS: 2012 wurden in Deutschland etwa Patienten beatmet während einer intensivmedizinischen Behandlung Oehmichen et al.: Der Nervenarzt Patienten: Respiratorentwöhnung in neurologische Rehabilitation Phase B Beatmungsdauer vor Übernahme 35,8 ± 30,6 Tage (Ränge Tage) Weaningdauer nach Übernahme 21 ± 20,5 Tage (Ränge Tage) Lone et al.: Crit Care 2011 Von 5552 Beatmungspatienten davon 6,3 % mit Langzeitbeatmung > 21 Tage belegen 29,1 % der ICU Bettenkapazität Cohen et al.: New Horizons 1994 verbrauchen 50% der Ressourcen 5

6 Prolongierte Beatmung: Ressourcen Zilberberg MD, Shorr AF BMC Health Services Research 2008, 8:242 Prolongierte akute maschinelle Beatmung (PAMV) = Beatmung 96 h - 1/3 aller Beatmungsfälle, 2/3 der assoziierten KH-Ressourcen - 300,000 Fälle in 2003, 7 Millionen KH-Tage, $16 Milliarden pro Jahr Anstieg von PAMV bis 2020: - 2,1 Millionen Beatmungstage - 3,2 Millionen ICU-Tage - 6,5 Millionen KH-Tage 6

7 Beatmung & Langzeitüberleben Damuth et al. Lancet Respir. Med Systematic review 124 trials included out of patients Inclusion criteria mechanical ventilation 14 days admission to specialiced ventilator weaning unit Mechanical ventilation 96 hours & tracheostomy for acute respiratory failure 40% der langzeitbeatmeten Patienten überleben 1 Jahr 7

8 Post ICU Syndrom (PICS) Needham et al. Crit Care Med

9 Neuromuskuläres Organversagen: Langzeitfolgen Herridge et al. N Engl J Med 2011 Langfristige Einschränkung der muskulären Funktion 6-Minuten-Gehtest: funktionelle körperliche Einschränkung 5 Jahre nach akutem Lungenversagen 9

10 10

11 Posttraumatische Belastungsstörung (PTSD) Inzidenz für das Auftreten einer PTB 14% - 43,5% ein oder mehr Symptome pro Kategorie länger als vier Wochen nach dem traumatischen Ereignis 11

12 Ursachen prolongierter Entwöhnung Systemische Faktoren Chronische Begleiterkrankungen, schwere der Gesamterkrankung, nicht pulmonales Organversagen, schlechter Ernährungsstatus Atemmechanische Faktoren Verstärkte Atemarbeit, reduzierte Atemmuskulatur, neuromuskuläres Organversagen, Obstruktion der oberen Atemwege Iatrogene Faktoren Fehleinschätzung der Beatmungssituation, falsche Beatmungsformen, erhöhte Atemarbeit durch Trachealkanüle, sonstige ärztliche Fehler Komplikationen Aspiration, Infektionen, Stressulcera, TVT Psychische Faktoren Sedierung, Delir, Depressionen, Angstzustände, Schlafentzug Versorgungsprozesse Fehlen von Weaning- und Sedierungsprotokollen, Mangel an Pflegepersonal, mangelnde Erfahrung 12

13 Ventilatory needs and respiratory capacity B.Schönhofer, S.Weber-Carstens, W.Müllges. DIVI Themenheft 4/2012 Major reasons for prolonged weaning Increased work load and / or decreased capacity respiratory capacity ventilatory 13

14 Der Zwerchfellmuskel 55% Typ-I Muskelfasern hohe Resistenz gegenüber Erschöpfung, relativ geringe maximale Kraft 45% Typ-II Muskelfasern - anfällig für Erschöpfung, hohe maximale Kraft Das Ausdauermuskel weist bei einer Dauerbelastung bis etwa 40% der möglichen Maximalkraft eine hohe Resistenz gegen Erschöpfung auf. Eine Belastung während maschineller Beatmung oberhalb dieser Grenze führt proportional zur schnellen Ermüdung bis hin zu strukturellen Schädigung des Zwerchfellmuskels. Beim Menschen kann eine maximale inspiratorische Belastung des Zwerchfells über eine Minute schon bei gesunden Probanden zu einer Verletzung der Sarkomerstruktur des Zwerchfells führen. 14

15 Diaphragmatic overloading & recovery Laghi et al. J Appl. Physiology

16 Muscle Wasting an early event Wollersheim et al. ICM 2014 A Early and massiv myosin loss Myosinsynthesis significantly reduced Myosindegradation upregulated B C D 16

17 Vollständige Entlastung der Atemmuskulatur Levine et al. N Engl J Med,

18 Muscle Wasting in diaphragm Hooijman et al. AJRCCM 2015 Reduction of MCSA Reduction of force 18

19 Muscle Wasting in diaphragm Hooijman et al. AJRCCM 2015 Increased levels of E3-ligases Increased activation of Ubiquitin-protesom-system 19

20 ICUAW & max. inspiratory force Tzanis et al. BMC Anesthesiology 2011 A significant correlation between maximal inspiratory pressure (MIP) and medical research council (MRC) scale 20

21 Ventilator induced diaphragmatic dysfunction Jaber et al. Critical Care

22 With intent no recommendation of specific modes for mechanical ventilation S2-LL recommendation: Between intervals of spontaneous breathing respiratory muscles have to be sufficiently relieved to be able to regenerate S2-LL recommendation: A total and continuous relieve of the respiratory muscles should be avoided 22

23 V T intrinsically normalized to functional lung size Amato M. et al NEJM

24 Ventilatory needs and respiratory capacity nach MacIntyre, Respir Care 2005 partielle Unterstützung Zunahme der Kraftreserven PCV, VCV, ACV ASB, PAV, ATC, ASV, computer driven Unterstützung notwendig Load per breath adaptierte Unterstützung Scherkräfte vermindern neuromuskuläre Kapazität normale Kraftreserven Spontanatmung erhalten Atemmuskulatur entlasten V = ( 1 V / V A D T ) xamv 24

25 Capacity of spontaneous breathing Blackwood et al., BMJ 2011 Duration of mechanical 25% ventilation 25

26 SAT & SBT: 1-year surviving rate Girard TD et al., The Lancet Volume 371, Issue

27 Early deep sedation Balzer, Weiss et al. Crit Care 2015 Retrospective cohort study, adults, mech. ventilated, more than 48h on ICU Matching regarding admission-mode and APACHE II Deep sedation was defined as 85 % RASS -3 (optimum cut-off) N = 513 ds N = 510 ds Matching APACHE II/ Admission mode N = 1371 nds N = 510 nds 27

28 QI - Weaning Wegfall Indikation zur Beatmung FiO 2 0,4 spo 2 90% PEEP 8cmH 2 O (>1h) Ja tägliches Erfassen der resp. Funktion Patient in Rückenlage 30 Öberkörperhochlage Messungen unter Spontanatmung : 1- RSBI: AMV, VT, AF 2- Atemmuskulatur: MIP + MEP Ja AF 38, VT 5 ml/kg MIP -20 Spontanatmungsversuch mit PEEP 8 cm H2O über 1 Stunde, Flow Trigger 2L/m, ATC aus ASB: 5cmH 2 O aktive Befeucht. bzw. 7cmH 2 0 HME-Filt BGA + klinischer Kontrolle alles OK? Ja Extubation Kann der Patient entwöhnt werden? AMV < 15 l/min AF < 35/min Niedrigstdosiert Katecholamine Nein Nein RASS 0 oder -1 GCS 8 (Neuro/NCH) Schutzreflexe vorhanden Temperatur <38,5 C Nein? Beatmung im prolongierten Weaning Monitoring von Last und Kapazität Abbruch Entwöhnungsversuch: AF 35/min, VT < 5 ml/kg, SaO2 90%, Herzfrequenz 120/min bzw. H-Anstieg > 20% Syst. BD 180 mmhg bzw. BD-Veränderung > 20% Angst, Agitation, Verwirrtheit 28

29 Auf die Empfehlung einzelner Beatmungsmodi wurde bewusst verzichtet Beatmungsformen AC weiterhin häufigster Modus PCV gleichbleibend SIMV PSV NIV Esteban et al. JAMA 2002 Esteban et al. AJRCCM 2008 Kontrolliert Mischformen Assistiert CMV (AC/PCV VCV) SIMV BIPAP/APRV PSV (ASB) CPAP 29

30 S2-LL Graduelle Reduktion der Beatmung S2-LL Empfehlung: Sowohl eine graduelle Reduktion der assistierten Beatmung als auch intermittierende assistierte oder nicht assistierte SBT s können im Weaning eingesetzt werden. 30

31 The clinical observation Weaning failure from respiratory support Paw[mbar] 14 Paw [mbar] Flow [L/min] Flow[L/min] Vol [ml] Vol[ml]

32 The clinical observation Weaning failure from respiratory support Paw[mbar] Paw [mbar] Flow [L/min] 40 Flow [L/min] Vol [ml] Vol [ml]

33 Ventilator induced diaphragmatic dysfunction (VIDD) 5 P aw 0 15 P es 0 15 P ga 0 P di Stunde CPAP 5 cmh 2 O 33

34 Monitoring of the respiratory muscle function Doorduin et al. AMJRCCM

35 Max. inspiratory & expiratory pressure - volitional Polkey et al. Thorax 1995 Evans et al. Respir Care

36 Twitch pressure(p aw- & P di-twitch ) non-volitional Polkey al. Thorax 1995 Cattapan al. Thorax

37 Ultrasound measuring diaphragm function Goligher et al. Intensive Care Med 2015 Ultrasound measurements of diaphragm thickness is feasible and reproducible Reflects muscular contraction Thickening and electrical activity correlate 37

38 Yoshida et al. Crit Care.2012 & Crit Care Med

39 Assynchrony & transpulmonary pressure (P TP ) Akoumianaki et al. AJRCCM

40 Neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) Sinderby C, et al.: Neural control of mechanical ventilation in respiratory failure. Nat Med Dec;5(12): Edi x NAVA Level Paw 40

41 Diaphragma compound muscle action potential Edi Sinderby C, Nat Med 1999 Netter. Atlas of human anatomy 41

42 Neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) 35 Airway pressure (cmh 2 O) Diaphragm electrical activity (EAdi; a.u.) Mit freundlicher Genehmigung: Jennifer Beck, Toronto 42

43 Neurally adjusted ventilatory assist (NAVA) 35 Airway pressure (cmh 2 O) Diaphragm electrical activity (EAdi; a.u.) 0 Mit freundlicher Genehmigung: Jennifer Beck, Toronto 43

44 Anesthesiology 2015 Slightly decreased P tp with NAVA Increased respiratory variability with NAVA 44

45 Ventilation on ECMO - spontaneous breathing male, 24 years of age History of drug abuse HIV, pneumocystis carinii pneumonia ARDS 60 days ECMO treatment 45

46 Spontaneous breathing in ARDS pco 2 : 85 mmhg RASS: PAW double triggering Pes P L neg. P L in endexpiration 46

47 Spontaneous breathing in ARDS pco 2 : 43 mmhg RASS: PAW Pes P L 47

48 Spontaneous breathing in ARDS pco 2 : 43 mmhg RASS: -2 PAW Pes P L 48

49 Inspiratory muscle training 69 Patienten mit weaningfailure während Standardtherapie 4 x 6-10 Trainingsatemzüge an 5 Tagen/Woche Maximaler Inspiratorischer Druck -44.4± 18.4 vs ± 17.8 p<

50 Early mobilisation guidelines Early mobilisation within 72 hours Step wise approach towards mobilisation Implementation of a protocol or algorithm 50

51 Early mobilisation where are we? The TEAM Study investigators, Crit Care 2015 Early mobilization of patients receiving mechanical ventilation was uncommon 51

52 Intensive Care Unit acquired Weakness Early Mobilization PRO CONTRA 52

53 Protocol based physiotherapy Wollersheim et al preliminary data 53

54 Physiotherapy per protocol cross sectional area size of Typ IIb- muscle fibers p<0,001 control spt n=19, ppt=11, ppt+ems =9 Wollersheim et al preliminary data 54

55 Physiotherapy per protocol functional ability 12 month after ICU discharge: improved handgrip strength Reduced endurance, six minute walking test reduced to 72% 55

56 Zusammenfassung Evaluation wann ein Patient entwöhnt werden kann Protokollbasierte Entwöhnung von Sedierung & Beatmungstherapie gilt insbesondere für Kategorie 1+2 Gleichgewicht zwischen Be- und Entlastung der Atemmuskulatur Graduelle Reduktion der Beatmungstherapie diskontinuierlich vorteilhaft Suffizientes Sekretmanagement nach Extubation Physiotherapie verringert den Muskelabbau und erhält Atemmuskelpumpe 56

57 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Charité Klinik für Anästhesiologie m.s. operative Intensivmedizin Prof. Dr. Claudia D. Spies den MitarbeiterInnen der Station 8i + 1i AG: Acquired Neuromuscular dysfunction Prof. Dr. Steffen Weber-Carstens Dr. Tobias Wollersheim Niklas Carbon Julius Grunow Dr. Susanne Koch Dr. Martin Krebs Kurt Haas allen DoktorandInnen PD Dr. Jens Fielitz Prof. Dr. C. Birchmeier Experimental and Clinical Research Center (ECRC) - KFO 192 eine gemeinsame Einrichtung des Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin und der Charité Universitätsmedizin Berlin Prof. Dr. Simone Spuler Dr. Joanna Schneider Dr. Michael Boschmann Medizinische Klinik für Endokrinologie, Diabetes und Ernährungsmedizin Prof. Dr. Joachim Spranger Dr. Anke Assmann Evangelisches Geriatriezentrum Berlin, Stoffwechselambulanz Prof. Dr. Elisabeth Steinhagen-Thiessen 57