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Pulmologie 30. September 2016

Gezielte Beatmungsstrategie bei akutem Lungenversagen

Der „Driving Pressure“ ist ein unabhängiger Risikofaktor für die beatmungsassozierte Lungenschädigung und zeigt eine direkt Korrelation mit der Überlebensrate von Patienten mit akutem Lungenschädigungs-Syndrom (ARDS).

Das Konzept der lungenprotektiven Beatmung basierend auf der Limitierung des inspiratorischen Plateaudrucks auf < 30 cm H2O und des Tidalvolumens auf 6 ml/kg bezogen auf Idealgewicht unter Anwendung eines adäquat hohen PEEP-Niveaus gilt als eine evidenzbasierte Therapiestrategie in der Behandlung des ARDS (Acute Respiratory Distress Syndrome), die zu einer signifikanten Verbesserung der Überlebensrate von ARDS-Patienten beiträgt.

Das Ziel dieser Beatmungsstrategie ist es, die mechanische Druck- und Volumenbelastung der Lunge so gering wie möglich zu halten. Basierend auf der statischen Druck-Volumen-Kurve sollen die Beatmungsdrücke so gewählt werden, dass der PEEP oberhalb des unteren Inflektionspunktes eingestellt wird, um einem atemzyklischen Alveolarkollaps (Atelektatrauma) vorzubeugen, und dass der inspiratorische Plateaudruck unterhalb des oberen Inflektionspunktes liegt, um eine Überdehnung des Lungengewebes (Baro-/Volutrauma) zu vermeiden. Die Verminderung der beatmungsassoziierten Entzündungsreaktion (Biotrauma) wird gegenwärtig als der wesentliche Mechanismus für die signifikante Senkung der Letalität von Patienten mit akutem Lungenversagen angesehen.

Pathophysiologischer Hintergrund

Bei ARDS-Patienten ist die verbleibende Gasaustauschfläche in Abhängigkeit des Schweregrades auf 20 bis 30 Prozent der physiologischen Gasaustauschfläche reduziert. Die maschinelle Beatmung induziert in der Lunge die mechanischen Kräfte Dehnung („Lung-Strain“) und Spannung („Lung-Stress“), die zu einer Freisetzung proinflammatorischer Mediatoren führen können. Unter „Lung-Strain“ versteht man das Verhältnis des Tidalvolumens (VT) bezogen auf die funktionelle Residualkapazität (FRC), d. h. auf die verbleibenden endexspiratorisch belüfteten Lungenkompartimente (Mechanische Dehnung („Strain“) = VT/FRC).

Erhöhte mechanische Dehnung („Overstrain“) von Alveolen kann zu einem Volutrauma führen. Das klinische Äquivalent von mechanischer Spannung (Druckbelastung) ist der auf die Alveolen einwirkende transpulmonale Druck (Ptp) (Mechanischer „Stress“ = Transpulmonaler Druck). Erhöhter endinspiratorischer transpulmonaler Druck kann zu einem Barotrauma führen.

Der Zusammenhang zwischen „Lung-Stress“ und „Lung-Strain“ wird durch die Materialkonstante k bestimmt, welche für die elastischen Eigenschaften des Lungengewebes steht („Stress“ = k x „Strain“). Als klinisches Äquivalent für die Materialkonstante k gilt die Elastance der Lunge, die den elastischen Dehnungswiderstand der Lunge, d. h. den elastischen Retraktionsdruck, beschreibt. Der reziproke Wert der Elastance ist die Compliance (C = ΔV /ΔP).

Setzt man das applizierte Tidalvolumen (VT) in Beziehung zur Compliance des respiratorischen Systems (CRS), erhält man einen Index, welcher als „Distensionsdruck“ (englisch „Driving Pressure“) bezeichnet wird („Driving Pressure“ ΔP = VT/CRS). Den „Driving Pressure“ kann man klinisch als Druckdifferenz (ΔP) zwischen dem Plateaudruck (Pplat) und dem endexspiratorischen Druck (PEEP) ansehen und stellt die Beatmungsdruckamplitude dar (ΔP = Pplat – PEEP).

In einer aktuellen retrospektiven Studie an 3.562 Patienten wurde überprüft, ob der „Driving pressure“ (ΔP) einen besseren Outcomeparameter darstellt als das Tidalvolumen allein. Die Autoren konnten nachweisen, dass ein höheres ΔP enger mit der Mortalität assoziiert war als das VT und der PEEP, und zwar auch bei jenen Patienten, die streng nach einem lungenprotektiven Protokoll beatmet wurden. Eine direkte Korrelation zwischen Überlebensrate und Höhe des PEEP-Niveaus zeigte sich nur bei jenen Patienten, bei denen ein höherer PEEP auch mit einer Erniedrigung der Druckamplitude („Driving Pressure“) einherging. Als „Cut-Off-Level“ für beatmungsassoziierte Lungenschädigung wurde ein „Driving Pressure“ (ΔP) von 15 cm H2O identifiziert. In diesem Zusammenhang muss betont werden, dass bei erniedrigter Thoraxwand-Compliance der „transpulmonale Driving-Pressure“ deutlich niedriger ist als die errechnete Beatmungsdruckamplitude (ΔP = Pplat minus PEEP). Ein höherer PEEP ist nur dann zielführend, wenn damit auch alveoläre Rekrutierung einhergeht und in Folge die Compliance des respiratorischen Systems sich bessert, sodass eine Beatmung mit kleinerem „Driving Pressure“ ermöglicht wird.

Die Daten von Amato et al. (2015) hinsichtlich des „Driving Pressure“ als Outcomeparameter geben möglicherweise eine Erklärung, warum in Studien, in denen ARDS-Patienten mit einem niedrigen Tidalvolumen von 6 ml/kg KG, aber unterschiedlich hohen PEEP-Niveaus beatmet wurden, kein Unterschied im Outcome nachgewiesen werden konnte. Die Höhe des „Driving Pressure“ zeigte weder in der Studie von Mercat et al. (2008) noch in der Untersuchung von Meade et al. (2008) klinisch signifikante Unterschiede zwischen der protektiven Gruppe und der Kontrollgruppe (ΔP im Mittel 12,6 vs. 11,4 cm H2O resp. 14,6 vs. 14,8 cm H2O).

In Studien, bei denen die PEEP-Optimierung nach atemmechanischen Kriterien durchgeführt wurde („best PEEP“ = PEEP > unterer Inflektionspunkt), konnte ein Überlebensvorteil in der protektiven Gruppe nachgewiesen werden. Aus pathophysiologischer Sicht resultierte der höhere PEEP in einer Verbesserung der respiratorischen Compliance, sodass dasselbe Tidalvolumen mit einem geringeren „Driving Pressure“ appliziert werden konnte.

In einer CT-gestützten Untersuchung wurde gezeigt, dass auch bei ARDS-Patienten, die streng nach lungenprotektiven Kriterien beatmet wurden, in den ventralen Lungenbezirken überblähte Lungenareale auftreten können. Bei jenen Patienten, die mit einem VT von 6 ml/ kg KG, aber mit Plateaudrücken von nur 25 bis < 28 cm H2O beatmet wurden, wurde keine Überdehnung nachgewiesen. Als pathophysiologische Erklärung kann angeführt werden, dass die Höhe des zu applizierenden Tidalvolumens nur das ideale Körpergewicht berücksichtigt, jedoch nicht das Ausmaß der konsolidierten Lungenareale. Je größer der Anteil an inspiratorisch nicht belüfteten Lungenkompartimenten ist, desto kleiner ist der Anteil an Lungenarealen, welche das applizierte VT aufnehmen. Somit steigt in diesen Lungenbezirken die Gefahr eines Volutraumas. Wenn große Anteile der Lunge konsolidiert sind, kann es demnach zielführend sein, das Tidalvolumen auf 4 bis < 6 ml/ kg KG zu reduzieren, um eine Beatmung mit möglichst niedrigem Plateaudruck bzw. „Driving Pressure“ zu ermöglichen.

Zielgröße transpulmonaler Druck

Für das Ausmaß der mechanischen Druckbelastung von Alveolen („Lung-Stress“) und damit für eine beatmungsassoziierte Lungenschädigung ist nicht der am Respirator eingestellte Plateaudruck entscheidend, sondern der transpulmonale Druck, definiert als die Differenz zwischen Alveolardruck [Ppl] und Pleuraldruck [Ppl] (Ptp = Palv – Ppl).

Chiumello et al. (2008) konnte zeigen, dass aufgrund der hohen Variabilität des Verhältnisses von Lungenelastance zu Thorax(wand)- elastance ein am Respirator eingestellter inspiratorischer Plateaudruck (Pplat) in sehr unterschiedlichen Werten für den transpulmonalen Druck (Ptp) resultierte. Bei Patienten mit erhöhtem Pleuraldruck kann nämlich derselbe Inspirationsdruck mit einer geringeren beatmungsassoziierten Lungenschädigung einhergehen als bei Patienten mit niedrigem Pleuraldruck. Ein erhöhter intraabdomineller Druck führt infolge der Zwerchfellverlagerung nach kranial zu einer Erhöhung des Pleuraldrucks. In solchen Fällen können auch Inspirationsdrücke > 30 cm H2O toleriert werden, da der erhöhte Beatmungsdruck nicht mit einer potenziell gefährlichen Erhöhung des transpulmonalen Drucks einhergeht.

Als klinisch bedeutsamer Parameter bei einer lungenprotektiven Beatmung ist demnach ein möglichst niedriger endinspiratorischer transpulmonaler Druck anzustreben mit einer Zielgröße von < 25 cm H2O, um die Gefahr eines Baro-/Volutraumas möglichst gering zu halten.

Unter einer „PEEP-Optimierung nach transpulmonalem Druck“ konnten Talmor et al. (2010) nachweisen, dass bei einem auf diese Weise „optimierten“ PEEP das Auftreten eines Atelektatraumas minimiert und die Oxygenierung sowie Compliance des respiratorischen Systems verbessert wurden. Bezogen auf den ARDS-Schweregrad konnte trotz der geringen Fallzahl von nur 60 Patienten ein klinisch signifikanter Zusammenhang zwischen der PEEP-Optimierung nach transpulmonalem Druck – im Vergleich zur PEEP-Einstellung nach einer FiO2-PEEP-Tabelle – und der Überlebensrate nachgewiesen werden (Mortalität: 17 % vs. 39 %; p < 0,055).

Prim. Doz. Dr. Wolfgang Oczenski ist an der Abteilung für Anästhesie und Intensivmedizin im Krankenhaus der Stadt Wien-SMZ Floridsdorf, Wien, tätig.

Prim. Prof. Dr. Christoph Hörmann ist an der Klinischen Abteilung für Anästhesie und Intensivmedizin im Universitätsklinikum St. Pölten, Niederösterreich, tätig.

Der ungekürzte Originalartikel inklusive Literaturangaben ist erschienen in WMW Skriptum 6/2016 © Springer-Verlag

W. Oczenski und C. Hörmann

, Ärzte Woche 40/2016

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