¹Invasive Beatmung beim hypoxåmischen Lungenversagen ± State of the Art ±ª

(1)

E. Ju¨rgens

R. Rossaint

¹Invasive Beatmung

beim hypoxåmischen Lungenversagen

± State of the Art ±ª

IM132

Eingegangen: 3. Ma¨rz 2000 Akzeptiert: 28. Ma¨rz 2000

E. Ju¨rgens · R. Rossaint (

✉

⁾

Universita¨tsklinikum der RWTH Aachen Pauwelsstr. 30

D-52074 Aachen

“Invasive ventilation in hypoxemic lung failure – state of the art –”

Summary The morphological changes in the lung in ARDS (adult respiratory distress syndrome) re- quire an appropriate adaptation of the mechanical ventilation. In this review different options of modifying mechanical ventilation are shown. The pathophysiological mechanisms of ARDS and their partially resulting treatment modalities are explained.

They consist of reducing inspiratory pressure and tidal volume, the appli- cation of positive end-exspiratory pressure (PEEP) and ventilation in prone position. The indications and contraindications of permissive hypercapnia and nitric oxide (NO) are discussed. As another therapeutic approach, the superimposed spontaneous breathing and new modes of ventilatory support are discussed.

Key words ARDS –

mechanical ventilation – PEEP – permissive hypercapnia – nitric oxide

Zusammenfassung Die morpholo- gischen Vera¨nderungen in der Lunge beim ARDS (adult respiratory distress syndrome) erfordern eine diffe- renzierte Anpassung der maschinellen Beatmung des Patienten. In dieser Übersichtsarbeit werden die ver-

schiedenen, aktuell genutzten Beat- mungsverfahren dargestellt. Die pa- thophysiologischen Grundlagen des ARDS und die teilweise hieraus re- sultierenden Therapiekonzepte mit Begrenzung von Spitzendruck und Tidalvolumen, Applikation von po- sitiv endexspiratorischem Druck (PEEP) und Lagerungstherapie werden beschrieben. Indikationen und Kontraindikation fu¨r die permissive Hyperkapnie und die Anwendung von NO werden erla¨utert. Daru¨ber hinaus wird der Stellenwert der Spontanatmung bei der Beatmungs- strategie des ARDS unter Verwen- dung verschiedener Unterstu¨tzungs- verfahren diskutiert.

Schlu¨ sselwo¨rter

Hypoxa¨misches Lungenversagen – ARDS – Maschinelle Beatmung – PEEP – Permissive Hyperkapnie – NO

Einleitung

Das Syndrom des akuten hypoxa¨mischen Lungenver- sagens (acute respiratory distress syndrome = ARDS) ist durch eine akut einsetzende, schwere, persistierende Be- eintra¨chtigung des pulmonalen Gasaustauschs, eine Re- duktion der pulmonalen Compliance und ein radio- logisch erfaßbares interstitielles und alveola¨res Ödem charakterisiert. Es kann durch eine direkte Scha¨digung des parenchymato¨sen Organs Lunge durch z. B. Pneu- monie, Inhalationstrauma und Aspiration oder indirekt im Rahmen einer generalisierten Entzu¨ndungsreaktion

bei z. B. Sepsis oder Polytrauma entstehen und weist noch immer eine hohe Letalita¨t auf (3, 22, 43).

Ein wesentlicher Bestandteil in der Therapie des ARDS ist die maschinelle Ventilation mit positiven Atemwegsdru¨cken. In der Vergangenheit zeigte sich jedoch, daß die fu¨r die Aufrechterhaltung anna¨hernd phy- siologischer Blutgase notwendige aggressive Beat- mungsstrategie mit hohen Atemwegsdru¨cken und Tidal- volumina durch Überbla¨hung und mechanische Scha¨digung des Lungenparenchyms zu einer weiteren Ausdeh- nung des strukturellen Lungenschadens in noch gesunde Bezirke fu¨hren kann (11, 12, 46). Dieses Voranschreiten

(2)

der pulmonalen Destruktion wird durch die eingesetzten hohen Sauerstoffkonzentrationen zusa¨tzlich aggraviert.

Negative Effekte der maschineller Beatmung auf die Lunge im Sinne eines Baro- oder Volutraumas sind im Tierexperiment eindru¨cklich nachgewiesen worden (10).

Es zeigte sich, daß die maschinelle Beatmung zu Verlet- zungen der alveolo-kapilla¨ren Grenzmembranen und so- mit zu einer erho¨hten alveolo-kapilla¨ren Permeabilita¨t mit Neigung zur Ödembildung fu¨hrte. Vor diesem Hin- tergrund wurde der Ansatz, den mechanischen Streß wa¨hrend der Beatmungstherapie soweit wie mo¨glich zu minimieren, entwickelt. Dieses Vorgehen wird unter dem Begriff der lungenprotektiven Beatmung zusam- mengefaßt.

Konzept der lungenprotektiven Beatmung

Dieses Konzept setzt sich aus verschiedenen Kom- ponenten zusammen. Es beinhaltet unter Verwendung eines positiven endexspiratorischen Druckes (PEEP) sowohl eine Begrenzung der Atemwegsdru¨cke (≤35 cm H₂O), als auch eine Reduktion der Tidalvolu- mina auf 4–8 ml·kg^–1. Durch dieses Beatmungsmuster sollen die als Baro- und Volutrauma bezeichneten Scha¨- digungsmechanismen minimiert und die Beatmung dem reduzierten, noch gesunden Lungenanteil angepaßt werden. Bei diesem Vorgehen wird oftmals kein normokap- nischer Gasaustausch erreicht, es kommt zu einem An- stieg des arteriellen CO₂-Partialdrucks (PaCO₂). Das Tolerieren eines solchermaßen erho¨hten PaCO₂ be- schreibt man mit dem Begriff der „Permissiven Hyper- kapnie“ (19). Wa¨hrend sich dabei die Limitierung des PaCO₂ im wesentlichen nach dem pH-Wert richtet, wird fu¨r die Oxygenierung ein PaO₂ von ≥50–60 mmHg bzw. eine arterielle Sauerstoffsa¨ttigung (SaO₂) von

≥90% als ausreichend angesehen (40). Es ist im Hin- blick auf den Sauerstoffgehalt des Blutes bei Hyperkap- nie aufgrund der Verschiebung der Sauerstoffbindungs- kurve sicherlich eher die SaO₂ als der PaO₂ als Ziel- parameter anzusehen.

Die Arbeitsgruppe um Amato hat als erste im Rah- men einer kontrollierten, prospektiv randomisierten Stu- die an 28 Patienten diese Beatmungsstrategie im Ver- gleich zur konventionellen Beatmung mit einem V_T von 12 ml·kg^–1 evaluiert (1). In ihrer Publikation beschrieben die Autoren bei Anwendung einer protektiven Beat- mungsstrategie mit einem V_T von 6 ml·kg^–1 eine ver- besserte Lungenfunktion sowie am 28. Tag nach Studi- enbeginn eine ho¨here Anzahl lebender und von der Be- atmung erfolgreich entwo¨hnter Patienten. In einer Fol- gestudie mit gleichem Studiendesign wurde an einer gro¨ßeren Patientenpopulation die Hypothese besta¨tigt, daß eine protektive Beatmungsstrategie zu einer Verbes- serung der Überlebenschancen bei Patienten mit schwe-

rem ARDS fu¨hrt (2). Auch hier zeigte sich nach 28 Ta- gen eine ho¨here Anzahl erfolgreich von der Beatmung entwo¨hnter Patienten, auch wenn sich die Anzahl von Patienten, die erfolgreich aus dem Krankenhaus entlas- sen werden konnten, zwar tendenziell, jedoch nicht signifikant von der in der konventionellen Beatmungsgrup- pe unterschied.

Andere, nahezu zeitgleich durchgefu¨hrte prospektiv randomisierte kontrollierte Studien kamen jedoch zu wi- derspru¨chlichen Ergebnissen bezu¨glich des Effekts einer solchen lungenprotektiven Beatmung auf den Verlauf des ARDS. So fanden Stewart und Mitarbeiter fu¨r die Dauer des Krankenhausaufenthalts keine Unterschiede in der Morbidita¨t und Letalita¨t zwischen zwei Gruppen von Patienten mit einem hohen Risiko fu¨r die Entwick- lung eines akuten Lungenversagens (lungenprotektive Beatmung mit V_T von *7 ml·kg^–1 vs. konventionelle Beatmung mit V_T von*11 ml·kg^–1) (44). Auch in dieser Studie lagen V_T, inspiratorischer Spitzendruck und Atemwegsplateaudruck in der Gruppe der druck- und volumenlimitiert beatmeten Patienten signifikant niedriger als in der Kontrollgruppe. Allerdings konnten aufgrund des ausgewa¨hlten Patientenkollektivs selbst bei mittleren V_Tvon 11 ml·kg^–1 in der Kontrollgruppe rela- tiv unproblematische inspiratorische Spitzendru¨cke

<30 cm H₂O erreicht werden. Ähnliches ist fu¨r eine prospektiv randomisierte kontrollierte Studie von Brochard et al. zu konstatieren, in der ebenfalls keinen Unter- schied hinsichtlich Beatmungsdauer und Überleben beim Vergleich protektive versus konventionelle Beat- mung beobachtet wurde (7).

Neben der Schwere der Erkrankung im untersuchten Patientenkollektiv, den Unterschieden zwischen V_T von

*6 ml·kg^–1 und *7 ml·kg^–1 in den protektiven Be- atmungsgruppen und V_T von *11 ml·kg^-1 und

*12 ml·kg^–1 in den Kontrollgruppen unterschieden sich die Studien, die Stewart et al., sowie Brochard et al. ver- o¨ffentlichten, von der von Amato et al. publizierten Ar- beit in der Ho¨he des applizierten PEEP in der lungenprotektiven Beatmungsgruppe. Amato und Mitarbeiter stellten na¨mlich in der lungenprotektiven Beatmungs- gruppe den PEEP anhand einer Erhebung der Druck- Volumen-Beziehung ein und erzielten hiermit wesent- lich ho¨here PEEP-Level als in allen anderen Studien.

Dies ko¨nnte bedeuten, daß nicht nur zu hohe Beat- mungsdru¨cke und -volumina zu einem beatmungsasso- ziierten Lungenschaden fu¨hren, sondern daß auch zu geringe endexspiratorische Lungenvolumina bzw. wie- derholtes Kollabieren und Bla¨hen diesen scha¨digenden Prozeß fo¨rdern. Durch den wiederholten Kollaps von Lungenbereichen in der Exspiration und die Wieder- ero¨ffnung in der folgenden Inspirationsphase ko¨nnen enorme Scherkra¨fte auf diese Bezirke wirken, die zu einer Scha¨digung der Ultrastruktur des Lungengewebes und damit einer weiteren funktionellen Beeintra¨chtigung des Organs fu¨hren und eventuell die Freisetzung ver-

(3)

schiedener Entzu¨ndungsmediatoren triggern (47). Ob die alleinige Optimierung des PEEP anhand einer Druck-Volumen-Kurve oder aber die Kombination mit druck- und volumenreduzierter Beatmung einen lungenprotektiven Effekt ausu¨ben, bleibt abzukla¨ren, auch wenn von den Autoren die Kombination fu¨r sinnvoll er- achtet und auch praktiziert wird.

Die Rationale dieses lungenprotektiven Beatmungs- konzepts wird durch noch nicht publizierte Ergebnisse einer prospektiven, randomisierten mulitzentrischen Studie aus Nordamerika gestu¨tzt, die die bisherigen positiven Er- gebnisse bezu¨glich der lungenprotektiven Beatmung besta¨tigen (30). Diese Studie wurde bereits nach der vierten Interimsanalyse bei Einschluß von ungefa¨hr 800 Patien- ten abgebrochen, da sich ein signifikanter Vorteil bezu¨g- lich Letalita¨t und Beatmungsdauer bei einer Beatmung mit einem V_T von 6 ml·kg^–1 im Vergleich zu V_T von 12 ml·kg^–1deutlich herauskristallisierte.

In Tabelle 1 sind die wesentlichen Charakteristika der einzelnen Studien dargestellt.

Im Folgenden sollen nun die einzelnen Komponen- ten der lungenprotektiven Beatmung in ihrer pathophy- siologischen Bedeutung kurz dargestellt werden.

PEEP

Schon zu einem fru¨hen Zeitpunkt konnte gezeigt werden, daß es durch die Applikation von PEEP zu einer Reduktion des intrapulmonalen Shuntes und zu einer deutlichen Verbesserung der Oxygenierung kommt (25).

Durch den wiederholten Kollaps von Alveolen in der Exspiration und die Wiederero¨ffnung in der folgenden Inspirationsphase ko¨nnen enorme Scherkra¨fte auf diese Bezirke wirken. Diese fu¨hren zu einer Scha¨digung der Ultrastruktur des Lungengewebes und triggern die Frei- setzung verschiedener Entzu¨ndungsmediatoren (47).

Durch die Applikation von PEEP bleiben die rekrutierten Lungenbezirke ero¨ffnet und stehen beim na¨chsten Atemzug unmittelbar wieder zur Verfu¨gung. In CT-Un- tersuchungen konnte gezeigt werden, daß es bei einer

Applikation von PEEP zu einer Zunahme der funktionellen Residualkapazita¨t kommt (13). Durch diesen Me- chanismus stehen mehr Alveolen dem Gasaustausch zur Verfu¨gung.

In Abha¨ngigkeit von der zugrundeliegenden Scha¨digung der Lunge und dem Stadium der Erkrankung ist der „ideale PEEP“ sowohl inter- als auch intraindividuell variabel. Aus diesem Grund erscheint es wu¨nschenwert, den „idealen PEEP“ immer wieder an Hand von Druck- Volumenkurven der klinischen Situation anzupassen.

Bei der Aufzeichnung von statischen Druck-Volu- men-Beziehungen kann man einen unteren (lower inflection point = LIP) und einen oberen (upper inflection point = UIP) Umschlagspunkt der Kurve ablesen. Bei Beatmung mit PEEP-Level unterhalb des LIP kollabieren die Alveolen am Ende einer jeden Exspiration, oberhalb des UIP kommt es in der Inspiration zu einer Überdehnung der Lunge (35). Anhand dieser Kurve la¨ßt sich theoretisch die optimale Beatmung einstellen. Der PEEP sollte oberhalb des LIP und die Druckbegrenzung unterhalb des UIP gewa¨hlt werden. In einer Unter- suchung fanden allerdings Gattinoni und Mitarbeiter (14), daß die Druck-Volumenkurve keine Aussage u¨ber

Tab. 1

Studie Beatmung n PEEP an Tag 1 Inspiratorischer

Plateaudruck an Tag 1

Tidalvolumen an Tag 1 Überlebensrate

Amato MB et al. Konventionell 24 8,7±0,4 cm H2O 36,8±0,9 cm H2O 12 ml·kg^–1 71% an Tag 28

1998 Protektiv 29 16,7±0,4 cm H2O 30,1±0,7 cm H2O 6 ml·kg^–1 38% an Tag 28

Stewart TE et al. Konventionell 60 7,2±3,3 cm H2O 32,1±9,5 cm H2O 10,7±1,4 ml·kg^–1 47% im Krhs

1998 Protektiv 60 8,6±3,0 cm H2O 24,2±5,2 cm H2O 7,0±0,7 ml·kg^–1 50% im Krhs

Brochard L et al. Konventionell 58 10,7±2,3 cm H2O 31,7±6,6 cm H2O 10,3±1,7 ml·kg^–1 38% an Tag 60

1998 Protektiv 58 10,7±2,9 cm H2O 25,7±5,0 cm H2O 7,1±1,3 ml·kg^–1 47% an Tag 60

NHLBI-Trial Konventionell 800 12 ml·kg^–1 +25%

1999 Protektiv 6 ml·kg^–1

Abb. 1 Schematische Darstellung einer Druck-Volumenkurve (LIP= lower inflection point; UIP= upper inflection point)

(4)

die Lungenmechanik der nicht rekrutierbaren, stark gescha¨digten Areale zula¨ßt, was die Aussagekraft solcher Kurven bei Patienten mit schwer vorgescha¨digter Lunge limitiert.

Bedauerlicherweise sind in der klinischen Routine Bestimmungen der statischen Druck-Volumenbeziehung technisch sehr aufwendig und daher in der Regel nicht etabliert. Daru¨ber hinaus ist bei Patienten mit schwerem ARDS und hierbei bestehenden fistelnden Pneumotho- races eine Bestimmung der Druck-Volumenkurve nicht mo¨glich.

Drucklimitierte Beatmung

Das Ziel der Beatmung bei Patienten mit ARDS besteht in der mo¨glichst effektiven Rekrutierung noch nicht ero¨ffneter Lungenkompartimente, ohne gleichzeitig eine Über- dehnung bereits ero¨ffneter, gesunder Lungenanteile zu in- duzieren. Mo¨glicherweise kann dies mit der druckkon- trollierten oder drucklimitierten Beatmung eher als mit der volumenkontrollierten Beatmung erreicht werden, da das konstante Druckplateau mit dezelerierendem Flow eine Rekrutierung von Lungenarealen mit langsamen Zeitkonstanten erlaubt, wahrscheinlich ohne daß die bereits rekrutierten schnellen Kompartimente u¨berdehnt werden. Das so optimierte Recruitment fu¨hrt zu einer Ver- besserung des Ventilations-Perfusionsverha¨ltnisses, wie die Arbeitsgruppe um Sydow zeigte (45). Beim Vergleich von Airway Pressure Release Ventilation versus volu- menkontrollierte Beatmung mit inversem Inspirations- Exspirationsverha¨ltnis beobachtete er unter druckkontrol- lierter Beatmung eine Zunahme der Compliance, eine Abnahme des Atemwegsmitteldruckes und einer Verbes- serung des pulmonalen Gasaustausches.

Jedoch muß konstatiert werden, daß bisher keine Da- ten vorliegen, die belegen, daß bei Einstellung gleicher PEEP-Level, gleich niedriger Spitzendruckwerte, gleich reduzierter V_T, sowie gleicher Inspirations-Exspirations- verha¨ltnisse die druckgesteuerte Beatmung der volumen- gesteuerten Beatmung hinsichtlich Entwicklung des Gas- austausches oder gar der Überlebensrate von Vorteil wa¨re.

Permissive Hyperkapnie

Wie oben bereits erwa¨hnt ist die Elimination vom Koh- lendioxid in einem physiologischen Maß bei Einhaltung der Kriterien fu¨r eine lungenprotektive Beatmung nicht immer mo¨glich. Beim Konzept der permissiven Hyper- kapnie toleriert man diesen Anstieg des CO₂ zugunsten der Vermeidung von Baro- bzw. Volutrauma und reduzierten Scherkra¨ften. Grundsa¨tzlich scheint die auftre- tende Hyperkapnie nicht scha¨digend zu sein, da in verschiedenen Untersuchungen die permissive Hyperkapnie mit einer Abnahme der Letalita¨t verbunden war (1, 2,

19, 26), auch wenn in diesen Studien der Einfluß der permissiven Hyperkapnie auf die Letalita¨t nicht getrennt von der gleichzeitigen Anwendung druck- bzw. volu- menlimitierter Beatmungsstrategien analysiert werden konnte.

Trotz des nachgewiesenen klinischen Benefits dieses therapeutischen Verfahrens gibt es auch Einschra¨nkun- gen fu¨r die Anwendung. Bei einem langsamen Anstieg des Kohlendioxids kann der Ko¨rper in der Regel u¨ber verschiedene renale und zellula¨re Regulationsmechanis- men einer respiratorischen Azidose entgegenwirken. Bei Vorliegen eines akuten Nierenversagens und gleichzeiti- ger ausgepra¨gter Hyperkapnie kann jedoch die extrazel- lula¨re Azidose nicht so ohne weiteres kompensiert werden. Im eigenen Patientenkollektiv wird in diesen Situa- tionen bei einem pH <7,20 medikamento¨s gepuffert.

Kommt es zu klinisch relavanten Nebenwirkungen, sollte das Beatmungsregime zugunsten der Kohlendioxideli- mination angepaßt werden.

Bei Patienten mit erho¨htem intrakraniellen Druck kann die Hyperkapnie zu einer zerebralen Vasodilatation mit entsprechendem intrakraniellen Druckanstieg fu¨hren.

Bei solchen Patienten sollte dieses Verfahren prima¨r nicht angewendet werden. La¨ßt sich hier jedoch aufgrund der pulmonalen Situation eine Hyperkapnie nicht vermeidbar sein, empfiehlt sich die Überwachung des intrakraniellen Druckes mit Hilfe einer Hirndrucksonde.

Bei Patienten mit vorbeschriebenem Krampfleiden besteht eine relative Kontraindikation, da es bei exzessiver Hyperkapnie zu Krampfanfa¨llen kommen kann. Durch eine endogene Freisetzung von Katecholaminen und eine Myokardsensibilisierung ko¨nnen Herzrhythmuss- to¨rungen ausgelo¨st werden, so daß hier die permissive Hyperkapnie ebenfalls nur eingeschra¨nkt eingesetzt werden sollte. Der bei ARDS-Patienten typischerweise be- stehende pulmonalarterielle Hypertonus kann unter der permissiven Hyperkapnie noch versta¨rkt werden. Unter Anwendung von inhalativem Stickstoffmonoxid (NO) ist dieser pulmonalarterielle Druckanstieg jedoch zumeist reversibel.

Spontanatmung

Neben dem lungenprotektiven Beatmungskonzept finden allerdings parallel zusa¨tzlich auch andere Beat- mungsstrategien Anwendung. Wurde die maschinelle Unterstu¨tzung der Spontanatmung zuna¨chst nur fu¨r die Entwo¨hnung vom Respirator entwickelt, findet sie heute auch in der Akutphase der Therapie von Patienten mit schweren pulmonalen Erkrankungen Anwendung.

Ein wichtiger Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Verbesserung des Ventilations-Perfusions-Verha¨ltnisses unter Spontanatmung durch die erhaltene Zwerchfell- beweglichkeit. Es konnte eindrucksvoll gezeigt werden,

(5)

daß wa¨hrend einer Allgemeinana¨sthesie Bereiche der Lunge, welche durch die Applikation von PEEP nicht ero¨ffnet werden konnten, durch eine Stimulation des Diaphragmas aktiv rekrutiert wurden (18).

Unter maschineller kontrollierter Beatmung werden insbesondere dorsobasale Lungenbezirke nur unzurei- chend ventiliert, woraus eine zunehmende Inhomogeni- ta¨t von Ventilation und Perfusion mit einer Verschlech- terung des Gasaustauschs und einer Ausbildung von Atelektasen in diese Lungenarealen resultiert. Hingegen kommt es unter Spontanatmung zu einer vermehrten Ventilation dieser Lungenabschnitte. Putensen und Mit- arbeiter konnten in einem Tiermodell des akuten Lun- genversagens zeigen, daß die Kombination aus erhalte- ner Spontanatmung und maschineller Beatmung zu einer Verbesserung des Gasaustauschs und des Ventilati- ons-Perfusionsverha¨ltnisses fu¨hrten (32, 33). Diese Be- funde besta¨tigten sich auch in entsprechenden Unter- suchungen bei Patienten mit ARDS (21, 34).

Ein weiterer positiver Effekt der Spontanatmung ist der periodische Abfall des intrathorakalen Drucks, wo- durch der veno¨se Ru¨ckstrom und konsekutiv das Herz- minutenvolumen erho¨ht wird. Dies bedingt wiederum eine bessere Organperfusion und -funktion (36, 41, 42).

In der klinischen Routine wird die Spontanatmung zumeist mittels der etablierten und wissenschaftlich gut untersuchten Methoden der druckunterstu¨tzten Beat- mung (Pressure Support Ventilation, PSV) (4, 5, 6) und den verschiedenen Modifikationen des BIPAP (Biphasic Positive Airway Pressure) realisiert. Daru¨ber hinaus finden aktuell auch neuere Ansa¨tze der assistierten Spon- tanatmung, wie etwa die automatische Tubuskompensa- tion (ATC) oder Proportional Assist Ventilation (PAV) Eingang in den klinischen Gebrauch (23, 24). Mit Hilfe dieser Beatmungsformen kann der Patient in unter- schiedlichem Maße bei der Spontanatmung entlastet und unterstu¨tzt werden, so daß zu einem sehr fru¨hen Zeitpunkt bereits die positiven Effekte der Spontan- atmung genutzt werden ko¨nnen. Fu¨r jeden der neueren Beatmungsmodi sollte allerdings vor Anwendung im klinischen Alltag die Wirksamkeit beim jeweiligen Krankheitsbild u¨berpru¨ft werden. Zum jetzigen Zeit- punkt fehlen noch kontrollierte Studien zur breiten An- wendung der neuen Beatmungsmodi bei Patienten mit ARDS.

Beatmung in Bauchlage

Wie computertomographische Untersuchungen eindrucksvoll nachweisen, befinden sich bei ARDS-Patien- ten Atelektasen vorwiegen in den abha¨ngigen dorsalen Lungenabschnitten (13, 15). Diese Erkenntnis nutzt man bei der Beatmung in Bauchlage, die bei etwa 50–70% der Patienten zu einer Optimierung des Gas-

austausches fu¨hrt. Als Ursache fu¨r die Verbesserung der Oxygenierung werden folgende Vera¨nderungen angesehen: Es kommt durch die Lagea¨nderung zu einem An- stieg der funktionellen Residualkapazita¨t, zu einem Re- cruitment zuvor atelektatischer Bezirke und zu einer Umverteilung der Perfusion in ventilierte Bezirke, was eine Verbesserung der Oxygenierung zur Folge hat (20, 31).

Da nicht alle Patienten von der Bauchlage profitieren, muß der Effekt im Einzelfall u¨berpru¨ft werden, und eine individuelle Abwa¨gung erfolgen, ob die mit dem Lagerungsmano¨ver verbundenen Risiken durch die Gas- austauschverbesserung aufgewogen werden. Patienten, die von dieser Therapieform profitieren, sollten nach Meinung der Autoren ta¨glich mehrfach fu¨r einige Stun- den in Bauchlage gedreht werden. Einschra¨nkend muß allerdings festgehalten werden, daß bis heute keine prospektiv randomisierte kontrollierte Studie zum Einfluss der Bauchlage auf Beatmungsdauer und Überleben vorliegen.

NO-Inhalation: ein håufiger,

aber experimenteller Therapieansatz

Bei Patienten mit ARDS kommt es charakteristischerwei- se zu einer pulmonalarteriellen Hypertonie, die u.a. durch eine Obliteration und eine hypoxische Vasokonstriktion der Pulmonalgefa¨ße hervorgerufen wird. Mit der Inhalati- on von NO hat man einen Weg gefunden, diese Vasokon- striktion in belu¨fteten Lungenarealen lokal aufzuheben, ohne systemische Kreislaufwirkungen zu erzeugen. Die hieraus resultierende Optimierung des Ventilations-Per- fusionsverha¨ltnisses fu¨hrt bei Patienten mit ARDS zu einem deutlichen Anstieg des PaO₂bei gleicher inspiratorischer Sauerstoffkonzentration (FiO₂) (17, 37, 38,). Dieser Effekt scheint allerdings im Vergleich zum Kontrollkol- lektiv nur fu¨r einen Zeitraum von 24–48 h bestehen zu bleiben, danach gleichen sich die PaO₂/FiO₂ Werte mit inhalativem NO behandelter und nicht mit NO behandelter Patienten aneinander wieder an (9). Trotz dieses positiven Effektes auf den Gasaustausch konnte jedoch fu¨r den Einsatz von NO beim ARDS bisher in keiner Studie eine Erho¨hung der Überlebensrate nachgewiesen werden (8, 27, 49). Allerdings ließ sich in einer ku¨rzlich erschie- nenen Arbeit durch die Anwendung von NO bei Neu- geborenen mit pulmonaler Hypertonie und hypoxa¨- mischen Lungenversagen die Ha¨ufigkeit der sehr invasi- ven und mit hohen Risiken versehenen extracorporalen Membranoxygenation (ECMO) vermindern, wenn auch hier keine Reduktion der Letalita¨t zu beobachten war (39, 48). Mo¨glicherweise lassen sich diese Ergebnisse auch auf das ARDS des Erwachsenen u¨bertragen: So scheint auch in dieser Patientengruppe die Notwendigkeit fu¨r ECMO durch den Einsatz von inhalativem NO abgenom-

(6)

men zu haben. Dies la¨ßt sich jedoch weder zum jetzigen Zeitpunkt wie aber wahrscheinlich auch ku¨nftig nicht mit Studien belegen.

Da nicht alle Patienten von einer NO-Therapie profitieren (38) und die Wirksamkeit offensichtlich zeitlich begrenzt ist, sollte die Indikation fu¨r dieses noch nicht zugelassene Medikament sehr restriktiv, also als ultima ratio Therapiemaßnahme vor dem Einsatz von ECMO, gestellt werden. Die Wirksamkeit hinsichtlich der Ver- besserung der Oxygenierung muß im Einzelfall vor Therapiebeginn und auch im Verlauf regelma¨ßig durch

„On-Off-On-Messungen“ u¨berpru¨ft werden. Es ist zu beachten, daß das abrupte Absetzen von inhalativem NO mit einer u¨berschießenden Vasokonstriktion im Sin- ne eines Rebounds bei negativem Feedback-Mechanis- mus einhergehen kann (17).

Aufgrund der durch NO Inhalation beeintra¨chtigten Thrombozytenaggregation sollte dieses Verfahren bei intrakraniellen Blutungen wie aber auch bei sonstigen Gerinnungssto¨rungen nicht eingesetzt werden (30). Die Linksherzinsuffizienz ist als eine weitere Kontraindika- tion fu¨r den Einsatz von inhalativem NO zu betrachten.

Weitere experimentelle Ansåtze

Neben den vorbeschriebenen, nahezu regelhaft prakti- zierten Verfahren gibt es mit der Anwendung von Sur- factant, der partiellen Flu¨ssigkeitsbeatmung mit Per- fluorcarbon, der Hochfrequenzbeatmung und der tra- chealen Gasinsufflation noch eine Reihe von eher expe- rimentellen Therapieansa¨tzen zur Beatmung beim hypoxa¨mischen Lungenversagen, die eine Verbesserung der Oxygenierung zum Ziel haben und so die Invasivita¨t der Beatmung reduzieren ko¨nnen (29). Zum jetzigen Zeitpunkt hat sich aber keines der Verfahren in der kli-

nischen Routine etabliert, so daß sie nur im Rahmen von kontrollierten Studien angewendet werden sollten.

Zusammenfassung

Die morphologischen Vera¨nderungen in der Lunge beim ARDS sind vielfa¨ltig. Die unmittelbare Nachbarschaft von gescha¨digtem, atelektatischem Lungenparenchym und funktionell intakten Alveolen erfordern eine diffe- renzierte Anpassung der Beatmung. So sollten die Atemwegsdru¨cke und Tidalvolumina begrenzt werden, um eine Hyperinflation gesunder Lungenareale zu ver- meiden. Kollapsgefa¨hrdete Bereiche der Lunge ko¨nnen durch einen PEEP offengehalten werden. Eine optimierte Einstellung von PEEP, Atemwegsdruck und V_T kann an Hand der statischen Druck-Volumenkurve gefunden werden. Der bei Anwendung dieser Beatmungsmodifi- kationen oftmals nicht zu vermeidende Anstieg des CO₂ wird im Rahmen der permissiven Hyperkapnie toleriert.

Der Erhalt der Spontanatmung ermo¨glich zusa¨tzlich zum applizierten PEEP u¨ber die diaphragmale Kontrak- tion eine weitere Recrutierung von zuvor atelektatischem Lungengewebe. Welches Spontanatmungsverfah- ren dabei die gro¨ßten Vorteile bietet, ist bis zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht abschließend gekla¨rt. Die Be- atmung in Bauchlage und die inhalative Anwendung von NO ermo¨glichen bei manchen Patienten eine Ver- besserung der Oxygenierung. Durch diese Maßnahmen zur Verbesserung der Oxygenierung kann die Notwen- digkeit einer ECMO-Therapie wahrscheinlich erheblich vermindert werden. Die u¨brigen Verfahren, wie die An- wendung von Surfactant, die partielle Flu¨ssigkeitsbeatmung, die Hochfrequenzbeatmung und die tracheale Gasinsufflation sind noch nicht soweit erprobt, daß sie in der klinischen Routine derzeit Anwendung finden.

Literatur

1. Amato MB, Barbas CS, Medeiros DM, Schettino GdP, Lorenzi (1995) Benefi- cial effects of the “open lung approach”

with low distenting pressures in acute respiratory distress syndrome. A pro- spective randomized study on mechanical ventilation. Am J Respir Crit Care Med 152:1835–1846

2. Amato MBP, Barbas CS, Medeiros DM, Magaldi RB, Schettino GP, Lorenzi-Fil- ho G, Kairalla RA, Deheinzelin D, Mu- noz C, Oliveira R, Takagaki TY, Carval- ho CR (1998) Effect of a protective-ventilation strategy on mortality in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 338:347–354

3. Artigas A, Bernard G, Marini J (1998) The American-European Consensus Conference on ARDS, Part 2. Intensive Care Med 24:378–398

4. Banner MJ, Kirby RR, MacIntyre NR (1991) Patient and ventilator work of breathing and ventilatory muscle loads at different levels of pressure support ventilation. Chest 100:531–533

5. Banner MJ, Kirby RR, Blanch PB, Layon AJ (1993) Decreasing imposed work of the breathing apparatus to zero using pressure-support ventilation. Crit Care Med 21:1333–1338

6. Banner MJ, Kirby RR, Kirton OC, De- Haven CB, Blanch PB (1995) Breathing frequency and pattern are poor predic- tors of work of breathing in patients receiving pressure support ventilation.

Chest 108:1338–1344

7. Brochard L, Roudot TF, Roupie E, Del- claux C, Chastre J, Fernandez ME, Clementi E, Mancebo J, Factor P, Mata- mis D (1998) Tidal volume reduction for prevention of ventilator-induced lung injury in acute respiratory distress syndrome. The Multicenter Trail Group on Tidal volume reduction in ARDS. Am J Respir Crit Care Med 158:1831–1838

(7)

8. Dellinger RP, Zimmerman JL, Taylor RW, Straube RC, Hauser DL, Criner GJ, Davis K, Hyers TM, Papdakos P (1998) Effects of inhaled nitric oxide in patients with acute respiratory distress syndrome:

results of a randomized phase II trial.

Inhaled Nitric Oxide in ARDS Study Group. Crit Care Med 26:15–23 9. Dellinger RP (1999) Inhaled nitic oxide

in acute lung injury and acute respiratory distress syndrome. Inability to trans- late physiologic benefit to clinical out- come benefit in adult clinical trials. In- tensive Care Med 25:881–883

10. Dreyfuss D, Basset G, Soler P, Saumon G (1985) Intermittend positive-pressure hyperventilation with high-inflation pressures produces pulmonary microvascu- larinjury in rats. Am Rev Respir Dis 132:880–884

11. Dreyfuss D, Saumon G (1993) Role of tidal volume, FRC, and end-inspiratory volume in the development of pulmonary edema following mechanical venti- lation. Am Rev Respir Dis 148:1194–

1203

12. Gammon RB, Shin MS, Buchalter SE (1992) Pulmonary barotrauma in mechanical ventilation. Patterns and risk factors. Chest 102:568–572

13. Gattinoni L, Pesenti A (1988) Relation- ship between lung computed tomo- graphic densitiy, gas exchange, and PEEP in acute respiratory failure. An- esthesiology 69:824–832

14. Gattinoni L, Pesenti A (1988) Pressure- volume curve of total respiratory system in acute respiratory failure. Am Rev Re- spir Dis 136:730–736

15. Gattinoni L, Pelosi P, Vitale G, Pesenti A, D’Andrea L, Mascheroni D (1991) Body positive changes redistribute lung computed-tomographie density in pa- tients with acute respiratory failure. An- esthesiology 74:15–23

16. Gerlach H, Lewandowski K, Rossaint R, Falke KJ (1993) Long-term inhalation wtih evaluated low doses of nitric oxide for selective improvement of oxygenation in patients with adult respiratory distress syndrome (see comments). In- tensive Care Med 19:443–449

17. Gerlach H, Rossaint R, Pappert D, Falke K (1993) Time-course and dose-re- sponse of nitric oxide inhalation for sys- temic oxygenation and pulmonary hypertension in patients with adult respira- tory distress syndrome. Eur J Clin Invest 23:499–502

18. Hedenstierna G, Tokics L, Lundquist H, Andersson T, Strandberg A, Brismar B (1994) Phrenic nerve stimulation during halothane anesthesia. Anesthesiology 80:751–760

19. Hickling KG, Walsh J, Henderson S, Jackson R (1994) Low mortality rate in adult respiratory distress syndrome using low-volume, pressure-limited ventilation with permissive hypercapnia: A prospec- tive study. Crit Care Med 22:1568–1578 20. Ho¨rmann C, Benzer H, Baum M, Wicke K, Putensen C, Putz G (1994) The prone position in ARDS. A successful therapeutic strategy Anaesthesist 43:454–462 21. Ho¨rmann C, Baum M, Putensen C,

Kleinsasser A, Benzer H (1997) Effects of spontaneous breathing with BIPAP on pulmonary gas. Acta Anaesthesiol Scand Suppl 111:152–155

22. Krafft P, Fridrich P, Pernerstorfer T, Fitz- gerald R, Koc D, Schneider B, Ham- merle A, Steltzer H (1996) The acute respiratory distress syndrome: defini- tions, severity an clinical outcome. An analysis of 101 clinical investigations.

Intensive Care Med 22:519–529 23. Kuhlen R, Guttmann J, Nibbe L, Max M,

Reyle Hahn S, Rossaint R, Falke K (1997) Proportional pressure support and auto- matic tube compensation: new options for assisted spontaneous breathing. Acta Anaesthesiol Scand Suppl 111:155–159 24. Kuhlen R, Rossaint R (1997) Electronic

extubation – is it worth trying? Intensive Care Med 23:1105–1107

25. Kumar A, Falke K, Geffin B (1970) Continous positive-pressure ventilation in acute respiratory failure. N Engl J Med 238:1430–1436

26. Lewandowski K, Pappert D (1995) Per- missive Hyperkapnie in the treatment of ARDS. Am J Respir Crit Care Med 151:A79

27. Lundin S, Mang H, Smithies M, Sten- qvist O, Frostell C (1999) Inhalation of nitric oxide in acute lung injury: results of a european multicentre study. Inten- sive Care Med 25:911–919

28. Max M, Kaisers U, Rossaint R (1997) Perspektiven der maschinellen Beat- mung im ARDS. Schweiz Med Wochen- schr 127:1030–1038

29. Moncada S, Palmer RM, Higgs EA (1991) Nitric oxide: physiology, patho- physiology, and pharmacology. Pharma- col Rev 43:109–142

30. NHLBI (1999) Clinical Trial stopped early: Successful ventilator strategy found for intensive care patients on life support. http://hedwig.mgh.harvard.edu/

ardsnet/ards01.html

31. Pappert D, Rossaint R, Slama K, Gru¨n- ing T, Falke KJ (1994) Influence of po- sitioning on ventilation-perfusion rela- tionships in severe adult respiratory dis- tress syndrom. Chest 106:1511–1516 32. Putensen C, Rasanen J, Lopez FA

(1994) Ventilation-perfusion distributions during mechanical ventilation with superimposed spontaneous breathing in canine lung injury. Am J Respir Crit Care Med 150:101–108

33. Putensen C, Rasanen J, Lopez FA, Downs JB (1994) Effect of interfacing between spontaneous breathing and mechanical cycles on the ventilation-perfi- sion distribution in canine lung injury.

Anesthesiology 81:921–930

34. Putensen C, Mutz NJ, Putensen-Himmer G, Kleinsasser A, Benzer H (1999) Spontaneous breathing during ventilatory support improves ventilation-perfusion distribution in patiens with acute respiratory distress syndrome. Am J Re- spir Crit Care Med 159:1241–1248 35. Ranieri V, Giuliani R, Fiore T, Dambro-

sio M, Milic Emili J (1994) Volume pressure curves of the respiratory sym- stems predicts effects of PEEP in ARDS: “occlusion” versus “constant flow” technique. Am J Respir Crit Care Med 149:19–27

36. Rasanen J, Downs JB, Stock MC (1988) Cardiovascular effects of conventional positive pressure ventilation and airway pressure release ventilation. Chest 93:911–915

37. Roberts JDJ, Fineman JR, Morin FC, Shaul PW, Rimar S, Schreiber MD, Po- lin RA, Zwas MS, Zayek MM, Gross I (1997) Inhaled nitric oxide ans persistent pulmonary hypertension of the newborn.

The Inhaled Nitirc Oxide Study Group.

N Engl J Med 336:605–610

38. Rossaint R, Falke K, Lopez F, Slama K, Pison U, Zapol W (1993) Inhaled nitric oxide for the adult respiratory distress syndrome. N Engl J Med 328:399–405 39. Rossaint R, Gerlach, H., Schmidt-

Ruhnke H, Pappert D, Lewandowski K, Steudel W, Falke K (1995) Efficacy of inhaled nitric oxide in patients with se- vere ARDS. Chest 107:1107–1115 40. Slutsky AS (1994) Consensus confer-

ence on mechanical ventilation-January 28–30. Intensive Care Med 20:150–162 41. Steinhoff H, Falke K, Schwarzhoff W

(1982) Enhanced renal function asso- ciated with intermittend mandatory ven- tilation in acute respiratory failure. In- tensive Care Med 8:69–74

42. Steinhoff H, Kohlhoff R, Falke K (1984) Facilitation of renal function by intermittend mandtory ventilation. Inten- sive Care Med 10:59–65

43. Steltzer H (1997) Prognosis of ARDS patients: light at the end of the tunnel?

Intensive Care Med 23:803–805 44. Stewart TE, Meade MO, Cook DJ,

Granton JT, Hodder RV, Lapinsky (1998) Evaluation of a ventilation strategy to prevent barotrauma in patients at high risk for acute respiratory distress syndrome. Pressure and volume limited ventilation. N Engl J Med 338:355–361

(8)

45. Sydow M, Burchardi H, Ephraim E, Zielmann S, Crozier T (1994) Long- term effects of two different ventilatory modes on oxygenation in acute lung injury. Comparison of airway pressure release ventilation and volume controlled inverse ratio ventilation. Am J Respir Crit Care Med 149:1550–1556

46. Sykes M (1991) Does mechanical ventilation damage the lung? Acta Anaesthe- siol Scand Suppl 95:35–38

47. Tremblay L, Valenza F, Ribeiro SP, Li J, Slutsky AS (1997) Injurious ventilatory strategies increase cytokines and c-fos- m-RNA expression in an isolated rat lung model. J Clin Invest 99:944–952

48. The Neonatal Inhaled Nitric Oxide Study Group (1997) Inhaled nitric oxide in full-term and nearly full-term infants with hypoxic respiratory failure. N Engl J Med 336:597–604

49. Troncy E, Collet JP, Shapiro S, Gui- mond JG, Blair L, Charbonneau (1997) Should we treat acute respiratory dis- tress syndrome with inhaled nitric oxide.

Lancet 350:111–112