Anästhesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther 2012; 47(10): 636-644
DOI: 10.1055/s-0032-1329401
Fachwissen
Intensivmedizin Topthema: Lungenersatzverfahren
© Georg Thieme Verlag Stuttgart · New York

Lungenersatzverfahren – Wenn Beatmung alleine nicht mehr reicht: Extrakorporale Lungenassistenzverfahren

If mechanical ventilation comes to its limits: Extracorporeal lung assist
Jörg Brederlau
,
Julian Küstermann
,
Markus Kredel
,
Norbert Roewer
,
Ralf Michael Muellenbach
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Publication History

Publication Date:
24 October 2012 (online)

Zusammenfassung

Extrakorporale Lungenassistenzverfahren können pumpenlos arterio-venös oder pumpengetrieben veno-venös eingesetzt werden und dienen nur der CO2-Elimination, entsprechen also einer extrakorporalen Ventilation. Die Oxygenierung als Funktion des mittleren Atemwegsdrucks muß respiratorunterstützt über die Patientenlunge sichergestellt werden.

In der Behandlung des akuten Lungenversagens werden extrakorpale Lungenassistenzverfahren eingesetzt, um im Rahmen eines multimodalen Behandlungskonzeptes die Invasivität der mechanischen Beatmung weiter zu senken. Gelänge es damit, die pulmonale und systemische Entzündungsreaktion zu reduzieren, könnte sich ein positiver Effekt auf das Outcome ergeben, da das Multiorganversagen nach wie vor die häufigste Todesursache beim akuten Lungenversagen darstellt. Eine weitere große Patientengruppe, die zukünftig möglicherweise von einer extrakorporalen Ventilation profitieren könnte, sind Patienten mit einer akuten Exazerbationen einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung.

Abstract

Extracorporeal lung assist can be performed pumpless by using the arterio-venous driving pressure or pumpdriven in a veno-venous mode. Oxygenation is maintained via the native lungs and depends mainly on mean airway pressure during mechanical ventilation.

Extracorporeal lung assist can be part of a multimodal treatment concept in patients with acute lung injury. It aims at a further reduction of the applied tidal volume and peak pressures in order to reduce the intensity of the pulmonary and systemic inflammatory response which is the main factor for the development of multi-organ failure in this group of patients. Eventually patients with acute exacerbation of a chronic pulmonary disease might also benefit from extracorporeal ventilation.

Kernaussagen

  • Insbesondere beim Vorliegen nicht rekrutierbarer Lungenareale unterhält die invasive Beatmung eine pulmonale Entzündungsreaktion.

  • Auch unter lungenprotektiver Beatmung kann das applizierte Tidalvolumen regional relativ zu hoch sein.

  • Die beatmungsassoziierte pulmonale Entzündungsreaktion kann ein Multiorganversagen auslösen oder fördern. Das Multiorganversagen ist die Haupttodesursache beim akuten Lungenversagen.

  • Mit extrakorporalen Lungenassistenzverfahren kann hocheffektiv CO2 eliminiert, also extrakorporal ventiliert werden. Dies kann arteriovenös pumpenlos oder venovenös pumpengetrieben erfolgen.

  • Der über die Membranlunge geleitete O2-Frischgasfluss bestimmt die Decarboxylierungsleistung.

  • Der maximal über die Membranlunge leitbare Blutfluss ist zu gering, um eine relevante Oxygenierung gewährleisten zu können. Die Oxygenierung während extrakorporaler Lungenassistenz muss über die vom Respirator generierte Atemmittellage sichergestellt werden.

  • Die extrakorporale Lungenassistenz zeigt Potenzial, im Rahmen eines multimodalen Behandlungskonzepts der ARDS-Therapie das Tidalvolumen weiter reduzieren zu können, ohne dass es zu einer dekompensierten respiratorischen Azidose kommt.

  • Bisher konnte bei ARDS-Patienten keine Mortalitätsreduktion durch extrakorporale Lungenassistenz nachgewiesen werden.

  • Bei Patienten mit akuter Exazerbation einer COPD könnte durch den Einsatz extrakorporaler Lungenassistenzverfahren die invasive Beatmung mit ihren deletären Folgen für diese Patientengruppe ver-mieden werden.

  • Extrakorporale Lungenassistenzverfahren sollten nur an ARDS-Kompetenzzentren eingesetzt werden.

Ergänzendes Material

 
  • Literatur

  • 1 Bersten AD, Edibam C, Hunt T, Moran J. Incidence and mortality of acute lung injury and the acute respiratory distress syndrome in three Australian States. Am J Respir Crit Care Med 2002; 165: 443-448
  • 2 Roupie E et al. Prevalence, etiologies and outcome of the acute respiratory distress syndrome among hypoxemic ventilated patients. SRLF Collaborative Group on Mechanical Ventilation. Societe de Reanimation de Langue Francaise. Intensive Care Med 1999; 25: 920-929
  • 3 Vincent JL, Sakr Y, Ranieri VM. Epidemiology and outcome of acute respiratory failure in intensive care unit patients. Crit Care Med 2003; 31
  • 4 Zambon M, Vincent JL. Mortality rates for patients with acute lung injury/ARDS have decreased over time. Chest 2008; 133: 1120-1127
  • 5 Pinhu L, Whitehead T, Evans T, Griffiths M. Ventilator-associated lung injury. Lancet 2003; 361: 332-340
  • 6 Ranieri VM, Giunta F, Suter PM, Slutsky AS. Mechanical ventilation as a mediator of multisystem organ failure in acute respiratory distress syndrome. JAMA 2000; 284: 43-44
  • 7 Ware LB, Matthay MA. The acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 2000; 342: 1334-1349
  • 8 The Acute Respiratory Distress Syndrome Network. Ventilation with lower tidal volumes as compared with traditional tidal volumes for acute lung injury and the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 2000; 342: 1301-1308
  • 9 O'Croinin D, Ni CM, Higgins B, Laffey JG. Bench-to-bedside review: Permissive hypercapnia. Crit Care 2005; 9: 51-59
  • 10 Terragni PP et al. Tidal hyperinflation during low tidal volume ventilation in acute respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med 2007; 175: 160-166
  • 11 Bellani G et al. Lung regional metabolic activity and gas volume changes induced by tidal ventilation in patients with acute lung injury. Am J Respir Crit Care Med 2011; 183: 1193-1199
  • 12 Grasso S et al. ECMO criteria for influenza A (H1N1)-associated ARDS: role of transpulmonary pressure. Intensive Care Med 2012; 38: 395-403
  • 13 Esteban A et al. Characteristics and outcomes in adult patients receiving mechanical ventilation: a 28-day international study. JAMA 2002; 287: 345-355
  • 14 Muellenbach RM et al. High-frequency oscillatory ventilation reduces lung inflammation: a large-animal 24-h model of respiratory distress. Intensive Care Med 2007; 33: 1423-1433
  • 15 Brederlau J et al. Extracorporeal lung assist might avoid invasive ventilation in exacerbation of COPD. European Respiratory Journal (in press) 2012;
  • 16 Bein T et al. A new pumpless extracorporeal interventional lung assist in critical hypoxemia/hypercapnia. Crit Care Med 2006; 34: 1372-1377
  • 17 von Mach MA et al. An update on interventional lung assist devices and their role in acute respiratory distress syndrome. Lung 2006; 184: 169-175
  • 18 Brederlau J et al. [The present role of interventional lung assist (ILA) in critical care medicine]. Anasthesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther 2005; 40: 74-78
  • 19 Brederlau J et al. Pumpless extracorporeal lung assist in severe blunt chest trauma. J Cardiothorac Vasc Anesth 2004; 18: 777-779
  • 20 Bein T et al. Pumpless extracorporeal removal of carbon dioxide combined with ventilation using low tidal volume and high positive end-expiratory pressure in a patient with severe acute respiratory distress syndrome. Anaesthesia 2009; 64: 195-198
  • 21 Muellenbach RM et al. Early treatment with arteriovenous extracorporeal lung assist and high-frequency oscillatory ventilation in a case of severe acute respiratory distress syndrome. Acta Anaesthesiol Scand 2007; 51: 766-769
  • 22 Zimmermann M et al. Pumpless extracorporeal interventional lung assist in patients with acute respiratory distress syndrome: a prospective pilot study. Crit Care 2000; 13
  • 23 Muellenbach RM et al. Combining "open-lung" ventilation and arteriovenous extracorporeal lung assist: influence of different tidal volumes on gas exchange in experimental lung failure. Med Sci Monit 2009; 15
  • 24 Nielsen ND et al. Apneic oxygenation combined with extracorporeal arteriovenous carbon dioxide removal provides sufficient gas exchange in experimental lung injury. ASAIO J 2008; 54: 401-405
  • 25 Brederlau J et al. The contribution of arterio-venous extracorporeal lung assist to gas exchange in a porcine model of lavage-induced acute lung injury. Perfusion 2006; 21: 277-284
  • 26 Terragni PP et al. Tidal volume lower than 6 ml/kg enhances lung protection: role of extracorporeal carbon dioxide removal. Anesthesiology 2009; 111: 826-35
  • 27 Jungebluth P et al. Optimal positive end-expiratory pressure during pumpless extracorporeal lung membrane support. Artif Organs 2008; 32: 885-890
  • 28 Kopp R et al. Hemocompatibility of a miniaturized extracorporeal membrane oxygenation and a pumpless interventional lung assist in experimental lung injury. Artif Organs 2010; 34: 13-21
  • 29 Bein T et al. Pumpless extracorporeal lung assist (pECLA) in patients with acute respiratory distress syndrome and severe brain injury. J Trauma 2005; 58: 1294-1297
  • 30 Muellenbach RM et al. [Extracorporeal membrane oxygenation and severe traumatic brain injury. Is the ECMO-therapy in traumatic lung failure and severe traumatic brain injury really contraindicated?]. Anaesthesist 2011; 60: 647-652
  • 31 Hommel M et al. Bronchial fistulae in ARDS patients: management with an extracorporeal lung assist device. Eur Respir J 2008; 32: 1652-1655
  • 32 Fischer S et al. Interventional lung assist: a new concept of protective ventilation in bridge to lung transplantation. ASAIO J 2008; 54: 3-10
  • 33 Taylor K, Holtby H. Emergency interventional lung assist for pulmonary hypertension. Anesth Analg 2009; 109: 382-385
  • 34 Aniset L, Kalenka A. [Status asthmaticus : Role of extracorporeal lung assist procedures.]. Anaesthesist 2010;
  • 35 Lange J et al. [Interventional lung assist membrane ventilator. Successful use despite heparin-induced thrombocytopenia type II]. Anaesthesist 2011; 60: 230-235
  • 36 David M, Heinrichs W. High-frequency oscillatory ventilation and an interventional lung assist device to treat hypoxaemia and hypercapnia. Br J Anaesth 2004; 93: 582-586
  • 37 Kredel M et al. High-frequency oscillatory ventilation with and without arteriovenous extracorporeal lung assist in patients with severe respiratory failure. J Crit Care 2012; 27: 182-191
  • 38 Lubnow M et al. Combination of high frequency oscillatory ventilation and interventional lung assist in severe acute respiratory distress syndrome. J Crit Care 2010; 25: 436-444
  • 39 Muellenbach RM, Wunder C, Brederlau J. High-frequency ventilation is/is not the optimal physiological approach to ventilate ARDS patients. J Appl Physiol 2008; 104: 1236-1236
  • 40 Weber-Carstens S et al. Hypercapnia in late-phase ALI/ARDS: providing spontaneous breathing using pumpless extracorporeal lung assist. Intensive Care Med 2009; 35: 1100-1105
  • 41 Muellenbach RM et al. High-frequency oscillation combined with arteriovenous extracorporeal lung assist reduces lung injury. Exp Lung Res 2010; 36: 148-158
  • 42 Dembinski R et al. Pumpless extracorporeal lung assist for protective mechanical ventilation in experimental lung injury. Crit Care Med 2007; 35: 2359-2366
  • 43 Muellenbach RM et al. Arteriovenous extracorporeal lung assist as integral part of a multimodal treatment concept: a retrospective analysis of 22 patients with ARDS refractory to standard care. Eur J Anaesthesiol 2008; 25: 897-904
  • 44 Peek GJ et al. Efficacy and economic assessment of conventional ventilatory support versus extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure (CESAR): a multicentre randomised controlled trial. Lancet 2009; 374: 1351-1363
  • 45 Brodie D, Bacchetta M. Extracorporeal membrane oxygenation for ARDS in adults. N Engl J Med 2011; 365: 1905-1914
  • 46 Kolobow T, Gattinoni L, Tomlinson TA, Pierce JE. Control of breathing using an extracorporeal membrane lung. Anesthesiology 1977; 46: 138-141
  • 47 Gattinoni L et al. Clinical application of low frequency positive pressure ventilation with extracorporeal CO2 removal (LFPPV-ECCO2R) in treatment of adult respiratory distress syndrome (ARDS). Int J Artif Organs 1979; 2: 282-283