Lungenersatzverfahren – Einsatz und Management extrakorporaler Lungenersatzverfahren

Zusammenfassung

Trotz lungenprotektiver Beatmungsstrategien und erweiterter Maßnahmen wie Lagerungstherapie, selektive pulmonale Vasodilatation oder Verfahren zur extrakorporalen CO₂-Elimination (extrakorporale Lungenassistenz) kann der Gasaustausch im schweren akuten Lungenversagen (ARDS) therapierefraktär eingeschränkt bleiben. Um sowohl die Oxygenierung als auch die Ventilation in dieser lebensbedrohlichen Situation zu sichern, müssen extrakorporale Lungenersatzverfahren, auch extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) genannt, eingesetzt werden. Technische Verbesserungen sowie die Miniaturisierung der extrakorporalen Systeme haben sowohl die Sicherheit als auch die Bedienbarkeit revolutioniert. So kann beispielsweise aufgrund der Heparinbeschichtung der Systeme auf eine therapeutische Antikoagulation verzichtet und somit das Risiko von Blutungskomplikationen reduziert werden.

Aktuelle Daten zur ECMO-Therapie deuten daraufhin, dass das Outcome bei Patienten mit schwerem ARDS verbessert werden kann. Diese Übersichtsarbeit beschreibt das Funktionsprinzip sowie das Management der ECMO-Therapie bei Patienten mit ARDS.

Abstract

In patients with the most severe forms of acute respiratory distress syndrome (ARDS) refractory to conventional mechanical ventilation and adjunctive or rescue therapies like kinetic therapy, inhaled vasodilators or extracorporeal CO₂-elimination (extracorporeal lung assist), the use of the extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) can secure gas exchange. Due to technical improvements and miniaturization, the new ECMO system is safer and simpler. Nowadays the ECMO-systems are heparin-coated, so that there is no need of therapeutic systemic anticoagulation, and thus bleeding complications are less frequent. Recent data suggests, that outcome of patients with severe ARDS treated with ECMO may improve. This review describes the function and the management of ECMO-therapy in ARDS-patients.

Kernaussagen

• Heparinbeschichtete ECMO-Systeme erlauben den Einsatz einer moderaten systemischen Antikoagulation und somit eine Erweiterung des Indikationsspektrums (z. B. polytraumatisierte ARDS-Patienten).

• Es werden veno-venöse und veno-arterielle extrakorporale Verfahren unterschieden. Im Lungenversagen ohne kardiale Dekompensation sollte stets eine vvECMO zum Einsatz kommen.

• Hauptindikationen für die vvECMO sind die Hypoxämie, die dekompensierte respiratorische Azidose (pH < 7,2) sowie eine Ventilation mit exzessiv hohen inspiratorischen Beatmungsdrücken.

• Die Kanülierung erfolgt perkutan in Seldingertechnik und sollte ultraschallgesteuert durchgeführt werden. Eine Lagekontrolle der ECMO-Kanülen mittels transösophagealer Echokardiografie oder mittels Bildwandler ist obligat.

• Moderne Doppellumenkanülen erleichtern eine Mobilisierung der Patienten während der ECMO-Therapie. Zudem ist auch das Risiko der Rezirkulation des Blutes vermindert.

• Der extrakorporale Blutfluss determiniert den Oxygenierungseffekt des ECMO-Systems. Die Höhe des anliegenden O₂-Frischgasflusses regelt die extrakorporale CO₂-Elimination.

• Während der ECMO-Therapie sollten protektive bis „ultraprotektive“ bzw. assistierte Beatmungsformen zur Anwendung kommen.

• Eine Lagerungstherapie ist auch unter ECMO möglich.

• Intrakranielle Blutungen stellen eine seltene, aber häufig letale Komplikation dar.

• Die Therapie in spezialisierten ARDS / ECMO-Zentren verbessert die Überlebensrate ohne schwere Behinderung.

• Die Durchführung einer ECMO-Behandlung kann aufgrund der Komplexität der diversen Therapiemaßnahmen sowie der immer noch hohen Komplikationsraten nur in dafür spezialisierten ARDS / ECMO-Zentren empfohlen werden.

Schlüsselwörter:

Akutes Lungenversagen - ARDS - extrakorporale Membranoxygenierung - ECMO - lungenprotektive Beatmung

Keywords:

Acute Respiratory Distress Syndrome - ARDS - extracorporeal membrane oxygenation - ECMO - lung-protective ventilation

• Literatur

• 1 Terragni PP, Del SL, Mascia L et al. Tidal volume lower than 6 ml/kg enhances lung protection: role of extracorporeal carbon dioxide removal. Anesthesiology 2009; 111: 826-835
• 2 Muller T, Philipp A, Luchner A et al. A new miniaturized system for extracorporeal membrane oxygenation in adult respiratory failure. Crit Care 2009; 13
• 3 Hill JD, O'Brien TG, Murray JJ et al. Prolonged extracorporeal oxygenation for acute post-traumatic respiratory failure (shock-lung syndrome). Use of the Bramson membrane lung. N Engl J Med 1972; 286: 629-634
• 4 Kolobow T, Zapol W, Pierce JE et al. Partial extracorporeal gas exchange in alert newborn lambs with a membrane artificial lung perfused via an A-V shunt for periods up to 96 hours. Trans Am Soc Artif Intern Organs 1968; 14: 328-334
• 5 Zapol WM, Snider MT, Hill JD et al. Extracorporeal membrane oxygenation in severe acute respiratory failure. A randomized prospective study. JAMA 1979; 242: 2193-2196
• 6 Gattinoni L, Pesenti A, Mascheroni D et al. Low-frequency positive-pressure ventilation with extracorporeal CO2 removal in severe acute respiratory failure. JAMA 1986; 256: 881-886
• 7 Morris AH, Wallace CJ, Menlove RL et al. Randomized clinical trial of pressure-controlled inverse ratio ventilation and extracorporeal CO2 removal for adult respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med 1994; 149: 295-305
• 8 Khoshbin E, Roberts N, Harvey C et al. Poly-methyl pentene oxygenators have improved gas exchange capability and reduced transfusion requirements in adult extracorporeal membrane oxygenation. ASAIO J 2005; 51: 281-287
• 9 Steinbrueckner BE, Steigerwald U, Keller F et al. Centrifugal and roller pumps--are there differences in coagulation and fibrinolysis during and after cardiopulmonary bypass?. Heart Vessels 1995; 10: 46-53
• 10 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
• 11 Arlt M, Philipp A, Voelkel S et al. Extracorporeal membrane oxygenation in severe trauma patients with bleeding shock. Resuscitation 2010; 81: 804-809
• 12 Muellenbach RM, Redel A, Kustermann J 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: 647-52
• 13 Philipp A, Arlt M, Amann M et al. First experience with the ultra compact mobile extracorporeal membrane oxygenation system Cardiohelp in interhospital transport. Interact Cardiovasc Thorac Surg 2011; 12: 978-981
• 14 Arlt M, Philipp A, Voelkel S et al. Early experiences with miniaturized extracorporeal life-support in the catheterization laboratory. Eur J Cardiothorac Surg [Epub ahead of print] 03.05.2012; 365
• 15 Brodie D, Bacchetta M. Extracorporeal membrane oxygenation for ARDS in adults. N Engl J Med 2011; 365: 1905-1914
• 16 Extracorporal Life Support Organization. ELSO General Guidelines. http://www.elso.med.umich.edu/WordForms/ELSO%20Pt%20Specific%20Guidelines.pdf 01.04.2011
• 17 Peek GJ, Mugford M, Tiruvoipati R 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
• 18 Rocco PR, Dos SC, Pelosi P. Pathophysiology of ventilator-associated lung injury. Curr Opin Anaesthesiol 2012; 25: 123-130
• 19 Fuehner T, Kuehn C, Hadem J et al. Extracorporeal membrane oxygenation in awake patients as bridge to lung transplantation. Am J Respir Crit Care Med 2012; 185: 763-768
• 20 Ganslmeier P, Philipp A, Rupprecht L et al. Percutaneous cannulation for extracorporeal life support. Thorac Cardiovasc Surg 2011; 59: 103-107
• 21 Rich PB, Awad SS, Crotti S et al. A prospective comparison of atrio-femoral and femoro-atrial flow in adult venovenous extracorporeal life support. J Thorac Cardiovasc Surg 1998; 116: 628-632
• 22 Javidfar J, Brodie D, Wang D et al. Use of bicaval dual-lumen catheter for adult venovenous extracorporeal membrane oxygenation. Ann Thorac Surg 2011; 91: 1763-1768
• 23 Reeb J, Falcoz PE, Santelmo N, Massard G. Double lumen bi-cava cannula for veno-venous extracorporeal membrane oxygenation as bridge to lung transplantation in non-intubated patient. Interact Cardiovasc Thorac Surg 2012; 14: 125-127
• 24 Dolch ME, Frey L, Buerkle MA et al. Transesophageal echocardiography-guided technique for extracorporeal membrane oxygenation dual-lumen catheter placement. ASAIO J 2011; 57: 341-343
• 25 Javidfar J, Wang D, Zwischenberger JB et al. Insertion of bicaval dual lumen extracorporeal membrane oxygenation catheter with image guidance. ASAIO J 2011; 57: 203-205
• 26 MacLaren G, Combes A, Bartlett RH. Contemporary extracorporeal membrane oxygenation for adult respiratory failure: life support in the new era. Intensive Care Med 2012; 38: 210-220
• 27 Extracorporal Life Support Organization. ELSO General Guidelines. http://www.elso.med.umich.edu/WordForms/ELSO%20Guidelines%20General%20All%20ECLS%20Version1.1.pdf 01.04.2011
• 28 Gattinoni L, Carlesso E, Taccone P et al. Prone positioning improves survival in severe ARDS: a pathophysiologic review and individual patient meta-analysis. Minerva Anestesiol 2010; 76: 448-454
• 29 Sud S, Friedrich JO, Taccone P et al. Prone ventilation reduces mortality in patients with acute respiratory failure and severe hypoxemia: systematic review and meta-analysis. Intensive Care Med 2010; 36: 585-599
• 30 Haefner SM, Bratton SL, Annich GM et al. Complications of intermittent prone positioning in pediatric patients receiving extracorporeal membrane oxygenation for respiratory failure. Chest 2003; 123: 1589-1594
• 31 Litmathe J, Sucker C, Easo J et al. Prone and E. Perfusion 2012; 27: 78-82
• 32 Muellenbach RM, Roewer N, Kredel M. Kinetic therapy in ARDS-patients treated with extracorporeal membrane oxygenation. Perfusion 2012; 27: 448-449
• 33 Lange J, Knuttgen D, Stoelben E et al. [Interventional lung assist membrane ventilator. Successful use despite heparin-induced thrombocytopenia type II]. Anaesthesist 2011; 60: 230-235
• 34 Beiderlinden M, Treschan T, Gorlinger K, Peters J. Argatroban in extracorporeal membrane oxygenation. Artif Organs 2007; 31: 461-465
• 35 Lange J, Knuttgen D, Stoelben E et al. [Interventional lung assist membrane ventilator. Successful use despite heparin-induced thrombocytopenia type II]. Anaesthesist 2011; 60: 230-235
• 36 Laster J, Silver D. Heparin-coated catheters and heparin-induced thrombocytopenia. J Vasc Surg 1988; 7: 667-672
• 37 Muellenbach RM, Kredel M, Kunze E et al. Prolonged heparin-free extracorporeal membrane oxygenation in multiple injured acute respiratory distress syndrome patients with traumatic brain injury. J Trauma Acute Care Surg 2012; 72: 1444-1447
• 38 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
• 39 Beurtheret S, Mastroianni C, Pozzi M et al. Extracorporeal membrane oxygenation for 2009 influenza A (H1N1) acute respiratory distress syndrome: single-centre experience with 1-year follow-up. Eur J Cardiothorac Surg 2012; 41: 691-695
• 40 Davies A, Jones D, Bailey M et al. Extracorporeal Membrane Oxygenation for 2009 Influenza A(H1N1) Acute Respiratory Distress Syndrome. JAMA 2009; 302: 1888-1895
• 41 Freebairn R, McHugh G, Hickling K. Extracorporeal membrane oxygenation for ARDS due to 2009 influenza A(H1N1). JAMA 2010; 303: 941-942
• 42 Holzgraefe B, Broome M, Kalzen H et al. Extracorporeal membrane oxygenation for pandemic H1N1 2009 respiratory failure. Minerva Anestesiol 2010; 76: 1043-1051
• 43 Noah MA, Peek GJ, Finney SJ et al. Referral to an extracorporeal membrane oxygenation center and mortality among patients with severe 2009 influenza A(H1N1). JAMA 2011; 306: 1659-1668
• 44 Patroniti N, Zangrillo A, Pappalardo F et al. The Italian ECMO network experience during the 2009 influenza A(H1N1) pandemic: preparation for severe respiratory emergency outbreaks. Intensive Care Med 2011; 37: 1447-1457
• 45 Combes A, Bacchetta M, Brodie D et al. Extracorporeal membrane oxygenation for respiratory failure in adults. Curr Opin Crit Care 2012; 18: 99-104