Durchatmen? Fehlanzeige! Das akute Lungenversagen (ARDS)

Das akute Lungenversagen ist eine lebensbedrohliche Erkrankung, die mit einer Sterblichkeit von > 40 % der Patienten beschrieben wird. Das frühe Erkennen und der zeitnahe Beginn einer spezifischen Therapie sowie supportiver Maßnahmen können die Letalität entscheidend senken. In diesem Beitrag wird ein Überblick von der Geschichte bis hin zu den aktuellen Behandlungsempfehlungen gegeben.

Historischer Rückblick

Es ist der Scham des französischen Arztes René Laënnec zu verdanken, dass wir heute ein Stethoskop zur Verfügung haben. Als er im Jahre 1816 einer jungen Frau mit vermutetem Herzleiden sein Ohr nicht auf die Brust legen wollte, rollte er ein Papierheft zusammen und benutzte dieses als improvisiertes Hörrohr [1]. Damit ließen sich die Geräusche aus dem Brustkorb sogar besser darstellen, wie er feststellte. Ihm wird auch die Prägung des Begriffs Stethoskop: stethos (Brustkorb) und skopeĩn (betrachten/beschauen) zugeschrieben. 1821 beschrieb Laënnec in seinem Werk „A Treatise on Diseases of the Chest“ ein Lungenödem, das sich nicht durch einen Herzfehler erklären ließ [2].

Bis zur ersten Verwendung des Terminus „ARDS (Acute Respiratory Distress Syndrom)“ im Jahre 1967 durch Ashbaugh et al. wurden verschiedene Begriffe für diese Art von Lungenödem verwendet (z. B. „wet lung“, „shock lung“). Ashbaugh und Petty behandelten auf ihren Intensivstationen 272 Patienten, von denen 12 Patienten ein massives Lungenversagen entwickelten, das deutliche Ähnlichkeiten zum Atemnotsyndrom bei Kindern aufwies. Die Erkenntnisse aus diesen Patienten wurden 1967 unter dem Titel „Acute respiratory distress in adults“ in Lancet [3] [4] veröffentlicht. Erst viele Jahre später, 1994, wurde durch die Amerikanisch-Europäische Konsensuskonferenz eine erste einheitliche Definition veröffentlicht, die mit der Berlin-Klassifikation 2012 die derzeit letzte Aktualisierung fand [5] [6].

Abkürzungen

ALI: acute lung injury

ARDS: Acute Respiratory Distress Syndrome

ECMO: Extra-Corporal Membrane Oxygenation

FiO₂ : Fraction of Inspired Oxygen

IBW: Ideal Body Weight

kg KG: Kilogramm Körpergewicht

NIV: Non-Invasive Ventilation

paO₂ : Sauerstoffpartialdruck

PEEP: Positive End-Exspiratory Pressure

SpO₂ : Sauerstoffsättigung pulsoximetrisch gemessen

Klinik und Pathophysiologie

Bei einem ARDS kommt es innerhalb von Stunden bis zu einer Woche nach einem auslösenden Ereignis zu einer schweren Gasaustauschstörung. Patienten weisen eine erschwerte Atmung (Dyspnoe), schnellere Atmung (Tachypnoe) und eine blaurote Verfärbung der Haut bzw. Schleimhäute (Zyanose) auf. Im Röntgenbild lassen sich zudem in beiden Lungen Infiltrate nachweisen. Bei den auslösenden Ereignissen wird zwischen einer direkten und einer indirekten Lungenschädigung unterschieden ([Tab. 1]).

Tab. 1 Beispiele für eine indirekte/direkte Lungenschädigung als Ursache eines ARDS.

indirekte Schädigung der Lunge	direkte Schädigung der Lunge
Schweres Trauma inkl. Verbrennung	Pneumonie
Massivtransfusion	Trauma (Lungenkontusion)
Pankreatitis	Aspiration
Sepsis (nicht von der Lunge ausgehend)	Inhalation toxischer Substanzen

Während der Atmung gelangt Sauerstoff von der Alveole über Diffusion ins Blut. Wie im Fickschen Diffusionsgesetz (Adolf Fick 1829–1901) beschrieben, ist die Nettodiffusion (J) abhängig vom Diffusionskoeffizienten (D) des Gases, der Größe der Austauschfläche (A), dem Konzentrationsunterschied (dC) zwischen den Austauschräumen sowie der Diffusionsstrecke (d). Im Rahmen einer Lungenschädigung werden im Körper inflammatorische Prozesse aktiviert, die zu einer Ausschüttung von Zytokinen (z. B. Interleukine, Interferone) führen. Diese Entzündungsreaktion betrifft vor allem die Alveolen sowie das Kapillarendothel und führt zu einer erhöhten Permeabilität.

Durch das massive Lungenödem wird die Diffusionsstrecke (d) deutlich vergrößert. Eine Störung der Pneumozyten Typ II in der Lunge und die damit verbundene verminderte Bildung des Surfactants (Surface active agent) führt zu einem Kollaps der Alveolen (Atelektasenbildung). Mikrothromben, die durch eine Aktivierung der Gerinnungskaskade entstehen, bewirken eine pulmonal-arterielle Hypertonie und Rechtsherzbelastung. Ein abgeschwächter Euler-Liljestrand-Mechanismus, bei dem schlecht belüftete Lungenareale infolge einer Vasokonstriktion vermindert durchblutet werden, sorgt für Erhöhung des Rechts-Links-Shunts. Dabei gelangt sauerstoffarmes Blut zum linken Herzen. Atelektasen, Mikrothromben und ein erhöhter Rechts-Links-Shunt reduzieren die Austauschfläche (A). Gemäß Diffusionsgesetz wird durch eine Verminderung der Austauschfläche (A) und die Erhöhung der Diffusionstrecke (d), die Nettodiffusion (J) massiv reduziert. Der in der Blutgasanalyse gemessene Sauerstoffpartialdruck (p_aO₂) sinkt ab und erreicht im Verlauf kritische Werte.

Einteilung

Eine Möglichkeit, den Gasaustausch zu beurteilen, bietet der Oxygenierungsindex (Horowitz-Index). Durch Division des aktuellen Sauerstoffgehalts (p_aO₂) im Blut mit der inspiratorischen Sauerstoffkonzentration (F_iO₂ = fraction of inspired oxygen) erhält man einen Wert, der eine gute Verlaufsbeurteilung erlaubt. Während ein lungengesunder Patient einen maximalen Wert von 500 mmHg erreicht, sinkt der Wert je nach Schweregrad des ARDS ab.

Schon 1994 wurde dieser Index genutzt, um die Schwere des Lungenversagens zunächst in 2 Grade einzuteilen. Aufgrund neuer Erkenntnisse erarbeitete eine Expertengruppe in Berlin („Berlin-Klassifikation“) im Jahr 2012 eine neue Einteilung ([Tab. 2]). Die wichtigste Veränderung ist der Verzicht auf den Begriff „Acute Lung Injury“ (ALI) zugunsten einer Einteilung in 3 Schweregrade. Der Oxygenierungsindex wird dabei zwingend bei einem positiven endexspiratorischen Druck (PEEP, positive end-exspiratory pressure) gemessen [7].

Tab. 2 Einteilung des ARDS nach alter und aktueller Definition.

Amerikanisch-Europäische Konsensuskonferenz 1994	Berlin-Klassifikation 2012
bilaterale diffuse Infiltrate im Röntgenbild	bilaterale diffuse Infiltrate im Röntgenbild
akuter Beginn	Beginn innerhalb einer Woche
Ausschluss einer Druckerhöhung im linken Vorhof des Herzens (Pulmonaliskatheter)	Ausschluss einer kardialen Ursache und Volumenüberladung
ALI: paO2/FiO2-Quotient < 300 mmHg	mildes ARDS: PaO2/FiO2 = 201–300 mmHg bei PEEP ≥ 5 cm H2O
ARDS: paO2/FiO2-Quotient < 200 mmHg	moderates ARDS: PaO2/FiO2 = 101–200 mmHg bei PEEP ≥ 5 cm H2O
	schweres ARDS: PaO2/FiO2 ≤ 100 mmHg bei PEEP ≥ 5 cm H2O

Erkennung

Das Erkennen eines Patienten mit ARDS gilt als der erste und somit auch wichtigste Schritt zur Einleitung einer leitliniengerechten Therapie.

Therapiestrategie

Zwei Behandlungsansätze werden zeitgleich verfolgt. Zum einen die kausale Behandlung der auslösenden Ursache (z. B. antibiotische Therapie einer Pneumonie bzw. chirurgische Infektionsherdsanierung) und zum anderen supportive Maßnahmen zur Verbesserung des Gasaustausches. Sobald der Verdacht eines ARDS im Raum steht, sind die Kriterien anhand der zurzeit gültigen Berlin-Klassifikation zu prüfen, und die entsprechende Diagnostik ist durchzuführen. Bei Erfüllung der Kriterien erfolgt neben den Basismaßnahmen die weitere Behandlung je nach Schweregrad, wie im Flussdiagramm dargestellt ([Abb. 1]).

Abb. 1 Flussdiagramm: symptombezogene Behandlungsstrategie des ARDS.

Beatmung

Die maschinelle Beatmung ist eine der essenziellen therapeutischen Maßnahmen in der konservativen Behandlung, birgt jedoch auch die Gefahr, selbst lungenschädigend zu wirken. Als Faktoren, die eine beatmungsinduzierte Schädigung der Lunge hervorrufen, gelten hohe Atemzugvolumina (Volutrauma), hohe Beatmungsdrücke (Barotrauma) und hohe Scherkräfte („driving pressure“). Stress, der durch diese 3 Faktoren auf die Lunge ausgeübt wird, sorgt für eine Entzündungsreaktion (Biotrauma), die die Ausbildung/Verstärkung des Lungenödems begünstigt. In Studien konnte bewiesen werden, dass die Reduktion des Atemzugsvolumens auf Werte von ≤ 6 ml/kg KG (IBW) zur einer Reduktion der Sterblichkeit führt [8] [9].

Einige Patienten weisen bei schwerem ARDS ein so stark verringertes belüftetes Lungenvolumen auf („baby-lung“), dass selbst Atemzugvolumina von ≤ 6 ml/kg KG (IBW) eine Lungenschädigung zur Folge haben [10]. In diesen Fällen kann eine weitere Reduktion des Atemzugvolumens auf ≤ 4 ml/kg KG (IBW) teilweise in Kombination mit einer ECMO-Therapie sinnvoll sein (ultraprotektive Beatmung).

Atelektasen werden durch einen kontinuierlichen positiven Druck am Ende eines Beatmungszyklus (PEEP) behandelt. Die Verbesserung der Oxygenierung durch den PEEP konnte bereits Anfang der 1970er-Jahre gezeigt werden [11]. Bei der Frage nach dem richtigen PEEP gilt es die Balance zwischen maximaler Öffnung der verschlossenen Alveolen und den negativen Nebenwirkungen eines überhöhten PEEP zu finden. Dazu gehören vor allem ein gesteigerter intrathorakaler Druck mit Reduktion des Herz-Zeit-Volumens durch verminderten venösen Rückfluss zum Herzen und die Abflussstörung der Jugularvenen, was einen Anstieg des intrakraniellen Drucks nach sich ziehen kann.

Im klinischen Alltag haben sich 2 Verfahren des „best peep trial“ als praktikabel erwiesen: Bei stabilen hämodynamischen Parametern (Blutdruck, Herzfrequenz) wird entweder ansteigend von niedrigen Werten bzw. abfallend von höheren Werten der PEEP variiert und die Veränderung der Oxygenierung gemessen. Der beste PEEP ist derjenige, bei dem die folgende ab- oder aufsteigende Veränderung keine Verbesserung der Oxygenierung erzielt [12]. Ist die Beatmung anhand der Vorgaben optimal eingestellt ([Tab. 3]), werden diese Einstellungen auch für den Intensivtransport zunächst übernommen. Bei Wechsel des Respirators ist ein PEEP-Verlust unbedingt zu vermeiden, da dieser zur erneuten Aktelektasenbildung führen kann. Von der Diskonnektion bis zur Rekonnektion wird der Tubus mittels einer Klemme verschlossen.

Tab. 3 Empfohlene Beatmungseinstellung bei Patienten mit respiratorischer Insuffizienz gemäß S3-Leitlinie „Invasive Beatmung und Einsatz extrakorporaler Verfahren bei akuter respiratorischer Insuffizienz“, Stand vom 04.12.2017.

Beatmungsparameter	Einstellung
Tidalvolumen (Vt)	≤ 6 ml/kg KG (IBW)
PEEP	mind. ≥ 5 cm H2O bzw. „best peep trial“ durchführen
endinspiratorischer Druck (Pmax)	< 30 cm H2O
„driving pressure“	≤ 15 cm H2O (Differenz: Pmax – PEEP)
I:E-Verhältnis	1:1 bis 1:1,5
FiO2	so niedrig wie möglich; Ziel PaO2 von 60–80 mmHg

Muskelrelaxierung

Ob eine Muskelrelaxierung im Rahmen der maschinellen Beatmung einen Vorteil bringt, ist bis heute nicht abschließend geklärt. Ein Vorteil konnte nicht zweifelsfrei erwiesen werden, jedoch gibt es Hinweise, dass bei einem leichten bis mittelschweren ARDS eine frühzeitig ermöglichte maschinell unterstütze Spontanatmung (innerhalb der ersten 48 Stunden nach Intubation) unter anderem die CO₂-Elimination sowie die Oxygenierung verbessert. Des Weiteren bleibt die Zwerchfellaktivität erhalten, was einen Vorteil beim Weaning darstellt.

Untersuchungen im Bereich des schweren ARDS ergaben einen Überlebensvorteil einer Relaxierung innerhalb der ersten 48 Stunden. Die Autoren der aktuellen S3-Leitlinie „Invasive Beatmung und Einsatz extrakorporaler Verfahren bei akuter respiratorischer Insuffizienz“ sehen bei diesen Studien jedoch erhebliche methodische Mängel. Eine Empfehlung wird daher lediglich für die kontrollierte Beatmung im Gegensatz zur assistierten Spontanatmung beim leichten und mittelschweren ARDS gegeben. Die Relaxierung bleibt eine Einzelfallentscheidung.

Bauchlagerung

Die durch ein ARDS hervorgerufenen Veränderungen in der Lunge sind nicht homogen. Mittels Computertomografie konnte dies bei Patienten in Rückenlage dargestellt werden. Während die dorsalen Lungenabschnitte ein ausgeprägtes Lungenödem und Atelektasen zeigen, weisen ventrale Abschnitte teilweise noch intakte Lungenbereiche auf [13]. Gemäß dem 3-Zonen-Modell nach West ist die Lungendurchblutung in den unteren Abschnitten am höchsten. Diese Bereiche nehmen jedoch aufgrund ausgeprägter Veränderungen nicht am Gasaustausch teil und sorgen somit dafür, dass nichtoxygeniertes Blut in den Organismus gelangt (Rechts-Links-Shunt).

Dass eine Bauchlagerung eine Verbesserung des Gasaustausches bewirkt, ist schon seit den 1970er-Jahren bekannt, jedoch konnten die genauen Gründe erst viel später ermittelt werden. Es kommt unter anderem zu einer verbesserten Verteilung der Atemgase, der Lungendurchblutung und Atemmechanik. Dieser Effekt setzt bereits nach kurzer Zeit ein und ist abhängig von der Dauer. Ein Intervall von 16 Stunden sollte dabei möglichst nicht unterschritten werden [14].

Stickstoffmonoxyd

Inhalatives Stickstoffmonoxyd führt selektiv zu einer verbesserten Durchblutung von Lungenarealen, die gut belüftet sind. Die sich aus diesem Effekt ergebende Abnahme des Rechts-Links-Shunts hält jedoch nur ca. 24–48 Stunden an und hat keine Auswirkung auf das Überleben des Patienten. Der Verdacht, dass dieses Verfahren zu einer Nierenfunktionsstörung führen könnte, lässt es lediglich als Notfallverfahren zu, um Zeit zu gewinnen, bis eine andere Therapie greift [15].

Extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO)

Die ECMO ist ein Verfahren, das die Lungenfunktion vollständig ersetzen kann. Über 2 großlumige Kanülen wird das Blut des Patienten mittels Zentrifugalpumpe zu einem Membranoxygenator geleitet ([Abb. 2]). Dort findet über eine semipermeable Membran der Gasaustausch statt. Ziel dieses Verfahrens ist es, die Lungenfunktion so lange zu ersetzen, bis es zu einer Organerholung kommt („bridge to recovery“). Dieses Verfahren wird bei schwerem ARDS erst dann empfohlen, wenn unter Ausschöpfung aller anderen Maßnahmen die Hypoxämie (p_aO₂/F_iO₂-Quotient < 80 mmHg) weiter besteht.

Abb. 2 Aufbau und Funktionsweise der ECMO. Quelle: Oczenski W. Aufbau und Funktionsprinzip. In: Oczenski W, Hrsg. Atmen – Atemhilfen. 10. Aufl. Stuttgart: Thieme; 2017. doi:10.1055/b-004-140689.

Michael Gores

Facharzt für Anästhesiologie, Zusatzbezeichnung Intensiv- und Notfallmedizin, Qualifikation LNA/ÄLRD, DEGUM I Anästhesiologie, PHTLS-Provider. Michael Gores ist tätig als Oberarzt in der Abteilung für Anästhesiologie und Intensivmedizin am Evangelischen Krankenhaus Bergisch Gladbach.

Jennifer Schneck

2011–2012 RAiP, 2012–2017 Rettungsassistentin. Jennifer Schneck ist Notfallsanitäterin und Praxisanleiterin beim Malteser Hilfsdienst e. V. Leverkusen und seit Oktober 2018 Lehrkraft am Malteser Bildungszentrum Rheinland.

Interessenkonflikt

Erklärung zu finanziellen Interessen

Forschungsförderung erhalten: nein; Honorar/geldwerten Vorteil für Referententätigkeit erhalten: nein; Bezahlter Berater/interner Schulungsreferent/Gehaltsempfänger: nein; Patent/Geschäftsanteile/Aktien (Autor/Partner, Ehepartner, Kinder) an im Bereich der Medizin aktiven Firma: nein. Patent/Geschäftsanteile/Aktien (Autor/Partner, Ehepartner, Kinder) an zu Sponsoren dieser Fortbildung bzw. durch die Fortbildung in ihren Geschäftsinteressen berührten Firma: nein.

Erklärung zu nichtfinanziellen Interessen

Die Autorinnen/Autoren geben an, dass kein Interessenkonflikt besteht

• Literatur

• 1 Goddemeier C. Geschichte der Medizin: Erfinder des Stethoskops. Dtsch Arztebl International 2006; 103: 1436
• 2 Laennec RTH, Forbes JS. A treatise on the diseases of the chest: in which they are described according to their anatomical characters, and their diagnosis established on a new principle by means of acoustick instruments: with plates. London: T. and G. Underwood; 1821
• 3 Ashbaugh DG, Bigelow DB, Petty TL. et al. Acute respiratory distress in adults. Lancet 1967; 2: 319-323
• 4 Petty TL. In the cards was ARDS: how we discovered the acute respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med 2001; 163: 602-603
• 5 Bernard GR, Artigas A, Brigham KL. et al. The American-European Consensus Conference on ARDS. Definitions, mechanisms, relevant outcomes, and clinical trial coordination. Am J Respir Crit Care Med 1994; 149: 818-824
• 6 Force ADT, Ranieri VM, Rubenfeld GD. et al. Acute respiratory distress syndrome: the Berlin Definition. JAMA 2012; 307: 2526-2533
• 7 Walkey AJ, Summer R, Ho V. et al. Acute respiratory distress syndrome: epidemiology and management approaches. Clin Epidemiol 2012; 4: 159-169
• 8 Brower RG, Matthay MA, Morris A. et al. 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 Amato MB, Barbas CS, Medeiros DM. et al. Effect of a protective-ventilation strategy on mortality in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 1998; 338: 347-354
• 10 Terragni PP, Rosboch G, Tealdi A. 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 Falke KJ, Pontoppidan H, Kumar A. et al. Ventilation with end-expiratory pressure in acute lung disease. J Clin Invest 1972; 51: 2315-2323
• 12 Oczenski W. Atmen – Atemhilfen. 8.. Aufl. Stuttgart: Thieme; 2008
• 13 Sheard S, Rao P, Devaraj A. Imaging of acute respiratory distress syndrome. Respir Care 2012; 57: 607-612
• 14 Fridrich P, Krafft P, Hochleuthner H. et al. The effects of long-term prone positioning in patients with trauma-induced adult respiratory distress syndrome. Anesth Analg 1996; 83: 1206-1211
• 15 Gebistorf F, Karam O, Wetterslev J. et al. Inhaled nitric oxide for acute respiratory distress syndrome (ARDS) in children and adults. Cochrane Database Syst Rev 2016: CD002787