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Die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) wird hauptsächlich zur kardiopulmonalen Unterstützung eingesetzt.

Die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) ist eine lebensrettende Technik, die bei kritisch kranken Patienten mit akuten Herz- und/oder Lungenfunktionsstörungen eingesetzt wird, bei denen ein hohes Risiko für die Entwicklung einer akuten Nierenschädigung (AKI) und einer Flüssigkeitsüberlastung (FO) besteht. ECMO wird üblicherweise in folgenden Situationen eingesetzt:

• Herz- und/oder Lungenversagen trotz üblicher medizinischer Therapie, damit sich Herz und/oder Lunge erholen können.
• Als Überbrückungsoption zu einer weiteren Behandlung wie einem Herzunterstützungsgerät oder einem linksventrikulären Unterstützungsgerät (LVAD)
• Als Überbrückung bis zu einer Herz- oder Lungentransplantation

Venös-venöse ECMO

Die venös-venöse ECMO (VV ECMO) bietet eine reine Atemunterstützung durch Sauerstoffzufuhr aus dem Blut und Entfernung von Kohlendioxid (CO2). Sie bietet keine Kreislaufunterstützung.

Veno-Arterielle ECMO

Veno-Arterielle ECMO (VA ECMO) ähnelt der Herz-Lungen-Maschine und bietet Herz- und Lungenunterstützung für Patienten im kardiogenen Schock.

ECMO

• Mechanische kardiopulmonale Unterstützung wird am häufigsten intraoperativ eingesetzt, um Herzoperationen zu erleichtern (d.h. kardiopulmonaler Bypass). Die kardiopulmonale Unterstützung kann jedoch auch längerfristig auf der Intensivstation erfolgen, auch wenn dies seltener der Fall ist.
• Die längerfristige kardiopulmonale Unterstützung wird extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO), extrakorporale Lebenserhaltung oder extrakorporale Lungenunterstützung genannt. Es gibt zwei Arten der ECMO – venoarteriell (VA) und venovenös (VV). Beide unterstützen die Atmung, aber nur die VA-ECMO bietet hämodynamische Unterstützung.

Das Überleben von Patienten, die sich einer ECMO unterziehen, kann nach der Indikation für die ECMO kategorisiert werden: schweres akutes Atemversagen oder Herzversagen.

Akutes Atemversagen – Mehrere Studien haben die Auswirkungen der ECMO auf die Sterblichkeit bei Patienten mit schwerem akutem Atemversagen untersucht. Der potenzielle Nutzen der ECMO sollte immer gegen das Risiko einer Verlegung abgewogen werden. In erfahrenen ECMO-Zentren werden sich etwa 25 Prozent der Patienten ohne ECMO verbessern und erholen, während 75 Prozent der Patienten eine ECMO benötigen. Von den Patienten, die eine ECMO benötigen, überleben 60 bis 70 Prozent.

Herzversagen – Venoarterielle (VA) ECMO kann bei kardiogenem Schock oder Herzstillstand bei Erwachsenen akute Unterstützung bieten. Unter der Voraussetzung, dass die Hirnfunktion normal oder nur geringfügig beeinträchtigt ist, wird die ECMO so lange durchgeführt, bis sich der Patient erholt hat oder ein langfristiges ventrikuläres Unterstützungssystem als Brücke zur Herztransplantation erhält.

Beobachtungsstudien und Fallserien berichten von Überlebensraten von 20 bis 50 Prozent bei Patienten, die wegen eines Herzstillstands, eines schweren kardiogenen Schocks oder wegen des Versagens der Entwöhnung vom kardiopulmonalen Bypass nach einer Herzoperation mit ECMO behandelt wurden, auch bei älteren Erwachsenen.

ECMO kann venovenös (VV) oder venoarteriell (VA) erfolgen:

• Bei der VV-ECMO wird Blut aus der Hohlvene oder dem rechten Vorhof entnommen und in den rechten Vorhof zurückgeführt. Die VV-ECMO unterstützt die Atmung, aber der Patient ist von seiner eigenen Hämodynamik abhängig.
• Bei der VA-ECMO wird das Blut aus dem rechten Vorhof entnommen und unter Umgehung von Herz und Lunge in das arterielle System zurückgeführt. Die VA ECMO bietet sowohl respiratorische als auch hämodynamische Unterstützung.

Einleitung – Sobald entschieden wurde, dass die ECMO eingeleitet wird, wird der Patient antikoaguliert (in der Regel mit intravenösem Heparin) und dann werden die Kanülen eingeführt. Die ECMO-Unterstützung wird eingeleitet, sobald die Kanülen an die entsprechenden Glieder des ECMO-Kreislaufs angeschlossen sind.

Kanülierung – Die Kanülen werden in der Regel perkutan mit der Seldinger-Technik platziert. Es werden die größten Kanülen verwendet, die in den Gefäßen platziert werden können.

Für die VV-ECMO werden venöse Kanülen normalerweise in die rechte oder linke Vena femoralis communis (für die Drainage) und die rechte Vena jugularis interna (für die Infusion) platziert. Die Spitze der Femoralkanüle sollte in der Nähe der Kreuzung von Vena cava inferior und rechtem Vorhof liegen, während die Spitze der internen Jugularkanüle in der Nähe der Kreuzung von Vena cava superior und rechtem Vorhof liegen sollte. Alternativ ist eine doppellumige Kanüle erhältlich, die groß genug ist, um einen Blutfluss von 4 bis 5 l/min zu ermöglichen. Sie ist in verschiedenen Größen erhältlich, wobei 31 French die größte und für erwachsene Männer am besten geeignete ist. Die Drainage- und Infusionsanschlüsse wurden so konstruiert, dass die Rezirkulation minimiert wird.

Für die VA ECMO wird eine venöse Kanüle in die untere Hohlvene oder den rechten Vorhof (für die Drainage) und eine arterielle Kanüle in die rechte Oberschenkelarterie (für die Infusion) gelegt.

Der femorale Zugang wird für die VA ECMO bevorzugt, da das Einführen relativ einfach ist. Der größte Nachteil des femoralen Zugangs ist die Ischämie der ipsilateralen unteren Extremität. Die Wahrscheinlichkeit dieser Komplikation kann verringert werden, indem eine zusätzliche arterielle Kanüle distal der Femoralarterienkanüle eingeführt wird und ein Teil des infundierten Blutes zur „Reperfusion“ der Extremität in die zusätzliche Kanüle umgeleitet wird. Alternativ kann eine Kanüle in die Arteria tibialis posterior eingeführt werden, um einen retrograden Blutfluss in die Extremität zu ermöglichen.

Gelegentlich sind die Femoralgefäße für die Kanülierung der VA ECMO ungeeignet (z. B. bei Patienten mit schwerer peripherer arterieller Verschlusskrankheit oder vorheriger Rekonstruktion der Femoralarterien). In solchen Fällen kann die rechte Carotis communis oder die Arteria subclavia verwendet werden. Unserer Erfahrung nach besteht bei Verwendung der rechten Halsschlagader ein 5 bis 10-prozentiges Risiko eines großen Hirninfarkts im Einzugsgebiet. Die Verwendung der Arteria subclavia bietet den Vorteil, dass ECMO-Patienten gehen können.

Bei der ECMO nach einer Kardiotomie können die Kanülen, die für den kardiopulmonalen Bypass verwendet werden, von der Herz-Lungen-Maschine auf den ECMO-Kreislauf übertragen werden, wobei das Blut aus dem rechten Atrium abgelassen und in die aufsteigende Aorta reinfundiert wird.

Titration – Nach der Kanülierung wird der Patient an den ECMO-Kreislauf angeschlossen und der Blutfluss erhöht, bis die respiratorischen und hämodynamischen Parameter zufriedenstellend sind. Angemessene Ziele sind:

• Eine arterielle Oxyhämoglobinsättigung von >90 Prozent für VA ECMO oder >75 Prozent für VV ECMO
• Eine venöse Oxyhämoglobinsättigung, die 20 bis 25 Prozent niedriger ist als die arterielle Sättigung, gemessen an der venösen Leitung
• Ausreichende Gewebeperfusion, bestimmt durch den arteriellen Blutdruck, die venöse Sauerstoffsättigung und den Blutlaktatspiegel

Wartung – Sobald die anfänglichen respiratorischen und hämodynamischen Ziele erreicht sind, wird der Blutfluss mit dieser Rate aufrechterhalten. Häufige Bewertungen und Anpassungen werden durch die kontinuierliche venöse Oximetrie erleichtert, die die Oxyhämoglobinsättigung des Blutes im venösen Teil des ECMO-Kreislaufs direkt misst. Wenn die venöse Oxyhämoglobinsättigung unter dem Zielwert liegt, können folgende Maßnahmen hilfreich sein: Erhöhung des Blutflusses, des intravaskulären Volumens oder der Hämoglobinkonzentration. Eine Verringerung der systemischen Sauerstoffaufnahme durch Senkung der Temperatur kann ebenfalls hilfreich sein.

Die Antikoagulation wird während der ECMO mit einer kontinuierlichen Infusion von unfraktioniertem Heparin oder einem direkten Thrombininhibitor aufrechterhalten, die auf eine aktivierte Gerinnungszeit (ACT) von 180 bis 210 Sekunden titriert wird. Der ACT-Zielwert wird gesenkt, wenn Blutungen auftreten. Die ACT lässt sich am Behandlungsort leicht bestimmen, aber auch die Plasma-PTT (1,5-facher Normalwert) kann verwendet werden. Die Thromboelastographie ist ein nützliches Hilfsmittel. Bei der Verwendung von Heparin hängt die gerinnungshemmende Wirkung von der Menge des endogenen Antithrombins (AT3) ab. Besteht der Verdacht auf einen AT3-Mangel, kann der AT3-Spiegel gemessen werden. Liegt er unter 50 Prozent des Normalwerts, wird AT3 durch gefrorenes Frischplasma ersetzt. Weniger häufig verfolgen einige spezialisierte Zentren den Faktor-Xa-Spiegel. Eine Überprüfung von 16 Studien ergab, dass die optimalen Zielwerte von Zentrum zu Zentrum variieren, was zu unterschiedlichen Raten von Blutungen und Thromboembolien führt.

Thrombozyten werden während der ECMO kontinuierlich verbraucht, da sie durch den Kontakt mit der Fremdoberfläche aktiviert werden. Die Thrombozytenzahl sollte über 50.000/Mikroliter gehalten werden, was eine Thrombozytentransfusion erforderlich machen kann.

Der ECMO-Kreislauf ist bei Patienten mit komplettem Herz- oder Lungenversagen oft die einzige Sauerstoffquelle. Die Sauerstoffzufuhr hängt von der Hämoglobinmenge und dem Blutfluss ab. Die Risiken eines hohen Blutflusses überwiegen das Transfusionsrisiko, so dass das Hämoglobin bei ECMO-Patienten über 12 g/dL gehalten wird.

Die Beatmungseinstellungen werden während der ECMO reduziert, um Barotrauma, Volutrauma (d. h. beatmungsbedingte Lungenschäden) und Sauerstofftoxizität zu vermeiden. Der Plateaudruck der Atemwege sollte unter 20 cm H2O und der FiO2 unter 0,5 gehalten werden. Die Reduzierung der Beatmungsunterstützung geht in der Regel mit einem erhöhten venösen Rückfluss einher, der das Herzzeitvolumen verbessert.

Wir führen eine frühe Tracheotomie durch, um den Totraum zu reduzieren und den Patientenkomfort zu verbessern. Die Patienten benötigen in der Regel eine leichte Sedierung während der ECMO, obwohl wir es vorziehen, die Patienten wach, extubiert und spontan atmend zu halten.

Besondere Überlegungen – VV ECMO wird in der Regel bei Atemversagen eingesetzt, während VA ECMO bei Herzversagen verwendet wird. Für jeden ECMO-Typ gibt es besondere Überlegungen, die das Management beeinflussen.

• Blutfluss – Bei der VV-ECMO werden in der Regel nahezu maximale Flussraten angestrebt, um die Sauerstoffzufuhr zu optimieren. Im Gegensatz dazu muss die Flussrate bei der VA-ECMO hoch genug sein, um einen angemessenen Perfusionsdruck und eine ausreichende venöse Oxyhämoglobinsättigung (gemessen am Drainageblut) zu gewährleisten, aber niedrig genug, um eine ausreichende Vorlast zur Aufrechterhaltung der linksventrikulären Leistung zu gewährleisten.
• Diurese – Da die meisten Patienten bei Einleitung der ECMO mit Flüssigkeit überladen sind, ist eine aggressive Diurese gerechtfertigt, sobald der Patient unter ECMO stabil ist. Wenn Patienten nicht in der Lage sind, ausreichend Urin für die Diurese zu produzieren, kann der ECMO-Kreislauf problemlos durch Ultrafiltration ergänzt werden.
• Linksventrikuläre Überwachung – Die linksventrikuläre Leistung muss während der VA ECMO streng überwacht werden, da sich die linksventrikuläre Leistung verschlechtern kann. Die Ursache ist in der Regel multifaktoriell, einschließlich der zugrundeliegenden linksventrikulären Dysfunktion und der unzureichenden Entlastung des aufgeblähten linken Ventrikels aufgrund des anhaltenden Blutflusses zum linken Ventrikel aus dem bronchialen Kreislauf und dem rechten Ventrikel. Die linksventrikuläre Leistung kann durch die Feststellung der Pulsatilität in der Wellenform der Arterienleitung und durch häufige Echokardiographie genau überwacht werden. Zu den Maßnahmen, die die linksventrikuläre Leistung verbessern können, gehören Inotropika (z. B. Dobutamin, Milrinon) zur Steigerung der Kontraktilität und die intraaortale Ballon-Gegenpulsation zur Verringerung der Nachlast und zur Förderung der linksventrikulären Leistung. Eine sofortige linksventrikuläre Dekompression ist unerlässlich, um eine Lungenblutung zu vermeiden, wenn die linksventrikuläre Auswurfleistung trotz intraaortaler Ballongegenpulsation und inotroper Mittel nicht aufrechterhalten werden kann. Dies kann chirurgisch oder perkutan erfolgen. Zu den Methoden der perkutanen linksventrikulären Dekompression gehören die transatriale Ballonseptostomie oder das Einsetzen eines linksatrialen oder linksventrikulären Drainagekatheters.

ECMO und die Niere

AKI ist eine häufige Komplikation bei erwachsenen ECMO-Patienten. Unter Verwendung der Kriterien des Netzwerks für Risiko, Verletzung, Versagen, Verlust und Endstadium oder AKI zeigten zwei Einzelstudien eine AKI-Inzidenz von mehr als 80 %, wobei fast die Hälfte der betroffenen Patienten eine Nierenersatztherapie (RRT) benötigt. Eine Flüssigkeitsüberlastung (FO) bei Patienten auf der Intensivstation mit AKI ist unabhängig von der AKI mit einer höheren Sterblichkeitsrate verbunden. Die FO beeinträchtigt in ähnlicher Weise die kardialen und/oder pulmonalen Funktionen bei ECMO-Patienten, weshalb in den aktuellen Leitlinien empfohlen wird, eine Euvolämie zu erreichen und aufrechtzuerhalten, sobald die Hämodynamik stabilisiert ist. Eine internationale Umfrage ergab, dass die Behandlung und Vorbeugung von FO eine wichtige Indikation für den Einsatz von RRT in Verbindung mit ECMO ist.

Entlassung aus der ECMO – Bei Patienten mit Ateminsuffizienz deuten Verbesserungen des radiologischen Erscheinungsbildes, der pulmonalen Compliance und der arteriellen Oxyhämoglobinsättigung darauf hin, dass der Patient bereit ist, von der ECMO entlassen zu werden. Bei Patienten mit Herzinsuffizienz korreliert eine erhöhte Pulsatilität der Aorta mit einer verbesserten linksventrikulären Leistung und deutet darauf hin, dass der Patient bereit ist, von der ECMO befreit zu werden.

Ein oder mehrere Versuche, den Patienten von der ECMO zu befreien, sollten durchgeführt werden, bevor die ECMO endgültig eingestellt wird:

• VV ECMO-Versuche werden durchgeführt, indem das gesamte Gegenstromspülgas durch den Oxygenator eliminiert wird. Der extrakorporale Blutfluss bleibt konstant, aber es findet kein Gastransfer statt. Die Patienten werden mehrere Stunden lang beobachtet, um die Einstellungen des Beatmungsgeräts zu ermitteln, die für die Aufrechterhaltung einer angemessenen Oxygenierung und Beatmung ohne ECMO erforderlich sind.
• VA ECMO-Versuche erfordern eine vorübergehende Abklemmung sowohl der Drainage- als auch der Infusionsleitung, während der ECMO-Kreislauf durch eine Brücke zwischen dem arteriellen und dem venösen Schenkel zirkulieren kann. Dadurch wird eine Thrombose durch stagnierendes Blut im ECMO-Kreislauf verhindert. Darüber hinaus sollten die arteriellen und venösen Leitungen kontinuierlich mit heparinisierter Kochsalzlösung oder intermittierend mit heparinisiertem Blut aus dem Kreislauf gespült werden. VA-ECMO-Versuche sind im Allgemeinen kürzer als VV-ECMO-Versuche, da das Risiko der Thrombusbildung höher ist.

HINWEIS ZUR ERINNERUNG – UNTERSCHIED UND VORTEILE: Die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) wird bei kritisch kranken Patienten mit akuten kardialen und/oder pulmonalen Funktionsstörungen eingesetzt, bei denen ein hohes Risiko für die Entwicklung einer akuten Nierenschädigung und Flüssigkeitsüberlastung besteht. Die kontinuierliche Nierenersatztherapie (CRRT) wird in der Regel auf der Intensivstation eingesetzt, um Nierenersatz und Flüssigkeitsmanagement zu gewährleisten. Die Kombination von ECMO und CRRT könnte eine sichere und wirksame Technik sein, die den Flüssigkeitshaushalt verbessert und Elektrolytstörungen mildert. Es gibt drei Hauptmethoden für die Durchführung der CRRT während der ECMO: „unabhängiger CRRT-Zugang“, „Einführung eines Hämofiltrationsfilters in den ECMO-Kreislauf (In-Line-Hämofilter)“ und „Einführung eines CRRT-Geräts in den ECMO-Kreislauf“. SO; die Kombination von ECMO und CRRT könnte eine sichere und wirksame Technik sein, die den Flüssigkeitshaushalt verbessert und Elektrolytstörungen mildert. Für die Kombination von ECMO und CRRT kann eine Vielzahl von Methoden gewählt werden. Eine prospektive multizentrische Studie wäre von Vorteil, um das Potenzial dieser Technik zur Verbesserung der Ergebnisse bei kritisch kranken Patienten zu ermitteln.