Einführung
Um die Komplikationen der Sauerstofftherapie und der mechanischen Beatmung bei refraktärer Hypoxämie abzumildern, wurden in den letzten Jahrzehnten Methoden der Lungenventilation mit vergleichbarer Wirksamkeit eingesetzt und werden aktiv weiterentwickelt. Bis heute konnte nicht nachgewiesen werden, dass die kontrollierte Beatmung Vorteile gegenüber der assistierten Beatmung hat, die für eine adäquate Alveolarventilation und eine Abnahme der Atemfunktion sorgt. Zu den Vorteilen der APRV und HFOV gehören die Vermeidung von Komplikationen, die Verbesserung des Patientenkomforts und die Erhaltung der Schutzmechanismen der Atemwege, der Sprache und des Schluckens (Owens, 2017). Daraus ergibt sich ein hohes Potenzial für ihre Anwendung in der klinischen Praxis. Auf der Grundlage der klinischen Evidenz könnte jedoch behauptet werden, dass die APRV als Erstlinienintervention bei erwachsenen Patienten mehr Vorteile hat. Die APRV kann als alternative oder fortgeschrittene Beatmungsmethode und nicht als Rettungsstrategie betrachtet werden. Andererseits wäre die HFOV eine geeignete Maßnahme bei Neugeborenen.
Angebliche Nachteile von APRV und HFOV
Eine beträchtliche Anzahl klinischer Studien wurde durchgeführt, um die Wirksamkeit und Sicherheit verschiedener Beatmungsmethoden bei Patienten mit ARDS im Zusammenhang mit refraktärer Hypoxämie zu bewerten, die bedingt in Methoden der ersten und zweiten Wahl unterteilt wurden, nämlich APRV und HFOV, die eine zentrale “Auswahl” darstellen (Cheriana et al., 2018; Meyers, Rodrigues, & Ari, 2019). Nichtsdestotrotz haben nur wenige Anwender von Beatmungsmethoden einen negativen Effekt der mechanischen HF-Beatmung auf die myokardiale Kontraktilität (Jiang et al., 2018) und die zelluläre Immunantwort (De Luca &Dell’Orto, 2016). Darüber hinaus gibt es Berichte über spezifische Komplikationen bei der mechanischen HF-Beatmung, die mit einer unzureichenden Konditionierung des Gasgemischs, einer beeinträchtigten Durchgängigkeit des Katheters, über den die Beatmung erfolgt, einem realen Risiko eines pulmonalen Barotraumas im Falle einer Obstruktion der Ausatmung und einigen psychologischen Gründen in Verbindung gebracht werden (Jiang et al., 2018). Es gibt eine Meinung über die unzureichende Beatmungseffizienz durch hochfrequente Vibrationen. Insbesondere konnte die HFOV in acht Studien mit 1779 Patienten mit refraktärer Hypoxämie das Sterberisiko im Krankenhaus nicht verringern (Meyers et al., 2019). Die Fähigkeit der Lunge, das Blut mit Sauerstoff zu sättigen (Sättigung des Blutes mit Sauerstoff), gemessen 24 und 72 Stunden nach Beginn der Beatmung nach Randomisierung, war bei Teilnehmern, die HFOV erhielten, um 18 % bis 26 % besser. Sie hatte keinen Einfluss auf die Zeit, in der eine mechanische Beatmung erforderlich war (Meyers et al., 2019). Das Risiko unerwünschter Nebenwirkungen, wie niedriger Blutdruck oder weitere Lungenschäden durch hohen Atemwegsdruck, wurde jedoch nicht erhöht.
Die Beatmung mit variablem Druck in den Atemwegen ist die traditionelle Art der künstlichen Beatmung der Lunge. Es werden erhebliche Nachteile der Druckkontrolle (PC) festgestellt; einer davon ist, dass eine Änderung der Atmungsmechanik des Patienten die Qualität der Beatmung beeinflusst und eine Änderung der Beatmungsparameter erfordert. Da die Hauptaufgabe des Beatmungsgeräts mit PC darin besteht, Druck im Atemkreislauf zu erzeugen, werden das Atemvolumen und die LVV vom Arzt, der die Beatmung durchführt, kontrolliert (Yehya et al., 2014). Gleichzeitig ist eine duale Steuerung prinzipiell nicht möglich.
Die Vorteile sowohl der HFOV als auch der APRV sind jedoch viel bedeutender. Bei der Hochfrequenzbeatmung sind der transpulmonale Druck und der Atemwegsdruck niedriger als bei herkömmlichen Methoden, und wie bei der APRV wird ein Unterdruck in den Pleurahöhlen aufrechterhalten. Im Gegensatz zur herkömmlichen mechanischen Beatmung werden bei der Hochfrequenzbeatmung keine hämodynamische Depression und keine Aktivierung des antidiuretischen Hormons beobachtet, was als Folge einer Abnahme der Stressreaktionen angesehen wird. Bei der Hochfrequenzbeatmung ist die intrapulmonale Gasverteilung besser als bei den herkömmlichen Beatmungsmethoden und es werden weniger Blutshunts festgestellt. Bei der Umkehrung von Einatmung/Ausatmung handelt es sich um APRV. Die Aufrechterhaltung der Spontanatmung bei Patienten mit ARDS ermöglicht eine bessere Blutoxygenierung und hämodynamische Stabilität im Vergleich zur volumenkontrollierten Beatmung (Jain et al., 2016). Insbesondere wurde ein grundlegend neuer Ansatz für die Behandlung von Patienten mit akutem Lungenversagen und Pneumothorax entwickelt, bei dem eine Lungenbeatmung mit zwei Phasen positiven Atemwegsdrucks (BIPAP), gefolgt vom frühestmöglichen Einsatz der “Mobilisierung der Alveolen” zur Verbesserung der Behandlungsergebnisse für die untersuchte Patientenkategorie eingesetzt wird. Die Methode ermöglicht es, unter Beibehaltung der unabhängigen Atmung des Patienten den Gasaustausch in der Lunge deutlich zu verbessern, auch in zuvor nicht belüfteten, geschädigten Bereichen durch die Entdeckung von zuvor kollabierten Alveolen (Bein&Wrigge, 2018).
Klinische Evidenz zugunsten von HFOV
Die eingestellte Druckgrenze verhindert Druckspitzen, die für die Lunge schädlich sind. Die Beatmung mit hochfrequenten Oszillationen (HFOV) wiederum unterscheidet sich von der normalen Beatmung dadurch, dass bei der HFOV sehr kurze Atemzüge sehr schnell abgegeben werden (von 180 bis 900 Atemzügen pro Minute). Die HFOV trägt dazu bei, eine kollabierte Lunge zu öffnen und sorgt für einen konstanten Überdruck in den Atemwegen. Doch selbst wenn man bedenkt, dass therapeutische Methoden der Atemunterstützung bei schwerkranken Patienten notwendig sind, kann ihre Anwendung gewisse Risiken für die Patienten mit sich bringen, und ihre Anwendung erfordert die Festlegung eindeutiger Indikationen, um negative Auswirkungen auf den Körper des Patienten zu vermeiden.
Bei der HFOV wird ein extrem kleines intermittierendes Volumen zugeführt, die Frequenz der Atemzyklen kann zwischen 3 und 28 Hz liegen. MAP (mittlerer Atemwegsdruck), inspiratorisches/exspiratorisches Verhältnis und vor allem die Amplituden können unabhängig voneinander eingestellt werden. Sein größter Vorteil ist die aktive Exspirationsphase, die dafür sorgt, dass sich kein PEEP ansammelt, so dass das Risiko eines Barotraumas praktisch ausgeschlossen ist. Die Schwingungen werden durch eine elektromagnetische Spule erzeugt, die entweder einen Kolben oder eine Membran antreibt (nach dem Prinzip der Schalldynamik). Moderne Systeme verfügen über eine Servosteuerung MAP, die eine besondere Garantie für die Sicherheit des Patienten darstellt. Außerdem führt jede Änderung eines Parameters durch das medizinische Personal immer zu einer automatischen Anpassung des ursprünglich installierten MAP, wodurch das Risiko eines Barotraumas für den Patienten minimiert wird (Meyers et al., 2019). Bei der Hochfrequenzbeatmung sind der transpulmonale Druck und der Atemwegsdruck niedriger als bei herkömmlichen Methoden, und wie bei der Spontanbeatmung bleibt der Unterdruck in den Pleurahöhlen erhalten (Guo et al., 2016). Darüber hinaus werden eine intrapulmonale Gasverteilung und ein geringerer Blutshunt festgestellt.
Klinische Beweise zugunsten vonAPRV
Die APRV für Erwachsene ist das am häufigsten verwendete Beatmungsschema zur Entwöhnung erwachsener Patienten vom Gerät. Sie weist viele attraktive Merkmale auf, die für das derzeitige Verständnis der ALI/ARDS-Behandlung von Bedeutung sind, insbesondere die Minimierung der beatmungsbedingten Lungenschädigung durch den Einsatz von lungenschonenden Strategien. Es wurden zahlreiche Studien zur Bewertung der PSV in der Intensivpflege von Erwachsenen durchgeführt. Als Ergebnis wurden die folgenden Vorteile als am wichtigsten erkannt (Mehta, 2016; Mehta, 2016):
Bei dieser Methode entsteht ein konstanter positiver Atemwegsdruck auf einem Niveau von 2,5-6,0 cm Wassersäule, was zu einer besseren Sauerstoffdiffusion durch die Alveolar-Kapillarmembran beiträgt (Meyers et al., 2019). Ihr Vorteil ist die Möglichkeit, mit einem kontrollierten Gasgemisch zu beatmen und das Atemminutenvolumen leicht zu regulieren. Ihr Nachteil ist die Begrenzung der Beatmungsfrequenz auf 100-110 Zyklen pro Minute (mit zunehmender Frequenz steigt der exspiratorische Enddruck noch stärker an), was das Risiko eines Lungenbarotraumas erhöht (Papazian et al., 2019). Im Gegensatz zur konvektiven Beatmung hat diese Methode eine Reihe von positiven Auswirkungen (Gupta, Patail, &Patadia, 2019). Die Mechanismen des Einflusses der mechanischen Jet-HF-Beatmung auf die Hämodynamik und die klinische Physiologie sind weiterhin umstritten. Daher zielen die Bemühungen der Forscher auf die Weiterentwicklung von Hochfrequenz-Beatmungsmethoden ab, um die Linderung von hypoxischen Bedingungen und intrakranieller Hypertonie zu optimieren und unerwünschte Auswirkungen zu verringern.
Vorteile der beiden Methoden im Vergleich
Die allerersten Experimente mit HFOV bei refraktärer Hypoxiemie zeigten deren positive Wirkung auf die Hämodynamik. Alle Forscher bringen die Gründe dafür einstimmig mit niedrigen Spitzen- und mittleren Atemwegsdrücken in Verbindung, bei denen stets ein niedriger transpulmonaler Druck gemessen wird (Stawicki, Goyal, & Sarani, 2009). Der Hauptunterschied zwischen den Auswirkungen der mechanischen HF-Beatmung und der konvektiven Beatmung auf die Hämodynamik besteht in der Verringerung der Blutdruckschwankungen aufgrund von Änderungen des intrapulmonalen Drucks während des Atemzyklus.
Das Merkmal der Hochfrequenz-Überdruckbeatmung ist die Verwendung des sogenannten pneumatischen Kollapses (Meyers et al., 2019), der eine breite Front des Gasflusses erzeugt und aufgrund seines Drucks das Ansaugen von atmosphärischer Luft (Injektion) verhindert. Bei dieser Beatmungsmethode herrscht in den Atemwegen ein konstanter Überdruck auf der Höhe von 2,5-6,0 cm Wassersäule, was zu einer besseren Diffusion von Sauerstoff durch die Alveolar-Kapillarmembran beiträgt. Der Vorteil dieser Methode ist die Möglichkeit, mit einem kontrollierten Gasgemisch zu beatmen und das Atemminutenvolumen leicht zu regulieren. Ihr Nachteil ist die Begrenzung der Beatmungsfrequenz auf 100-110 Zyklen pro Minute (mit zunehmender Frequenz steigt der exspiratorische Enddruck noch stärker an), was das Risiko eines Lungenbarotraumas erhöht (Meyers et al., 2019). Somit haben beide Methoden spezifische und einzigartige Vor- und Nachteile. Allerdings hat sich die HFOV bei Neugeborenen als effizienter und sicherer erwiesen (Mekik et al., 2018). Dies trägt zur Wahl der Methode für verschiedene Patientenkategorien – Erwachsene und Neugeborene – bei.
Eine der modernen Entwicklungen in der Atemtherapie von Neugeborenen ist die hochfrequente oszillierende Beatmung der Lunge. Diese Methode ist jetzt in der neonatalen Praxis von Interesse, auch bei Kindern mit chirurgischer Pathologie, da in diesem Beatmungsmodus Atemvolumina verwendet werden, die dem anatomischen Totraum entsprechen oder darunter liegen, und folglich die schädigende Wirkung auf das Lungenparenchym reduziert wird.
Bei der APRV hat sich gezeigt, dass die Verwendung des BIPAP-Modus im Vergleich zur traditionellen Lungenbeatmung zu einer besseren Anpassung des Patienten an das Beatmungsgerät führt, den Einsatz von Muskelrelaxantien und Sedativa begrenzt und die negativen Auswirkungen der mechanischen Beatmung auf die Hämodynamik verringert (Mallory & Cheifetz, 2019). Es liegt auf der Hand, dass die Kontrolle des Atemwegsdrucks und die Möglichkeit der Spontanatmung die negativen Auswirkungen der mechanischen Beatmung auf die Hämodynamik und das Risiko eines Barotraumas bei der Verwendung des BIPAP-Modus verringern und eine objektivere, kontrolliertere und sicherere Beatmungsunterstützung ermöglichen.
Schlussfolgerung
Die mechanische Beatmung ist zweifellos nur eine Methode, um die Funktionen des Zwerchfells und der Atemmuskulatur zu ersetzen. Dank der Bemühungen verschiedener Spezialisten und der fortschrittlichsten technischen Lösungen wurde eine große Anzahl von Beatmungsgeräten entwickelt, die die Auswahl und den Einsatz einer ziemlich großen Anzahl von Modi zur Unterstützung der Atmung von Patienten in kritischen Zuständen unterschiedlicher Herkunft ermöglichen. In diesem Bereich der medizinischen Wissenschaft findet ein ständiger Innovationsprozess statt.
Indem sie eine der wichtigsten Funktionen im Körper ersetzt, schafft die mechanische Beatmung große Möglichkeiten für die Korrektur anderer Prozesse der Lebenserhaltung des Körpers. Es gibt jedoch Belege dafür, dass die HFOV-Beatmung gegenüber der volumenkontrollierten Beatmung einen signifikanten Vorteil bei der Verbesserung der Ergebnisse bei Menschen mit akuter Lungenverletzung (refraktärer Hypoxämie) unter mechanischer Beatmung hat, insbesondere bei Neugeborenen, während die APRV bei Erwachsenen vorzuziehen ist. Weitere Studien mit einer größeren Zahl von Teilnehmern könnten verlässliche Beweise liefern, um zu eindeutigen Schlussfolgerungen zu gelangen.
Referenzen
Bein, T.&Wrigge, H. (2018). Airway pressure release ventilation (APRV): do good things come to those who can wait?Journal of Thoracic Disease, 10(2), 667-669.
Cheriana, C. V., Kumarb, A., Akasapu, K., Ashtond, R. W., Aparnathe, M., & Malhotra, A. (2018). Salvage-Therapien für refraktäre Hypoxämie bei ARDS. Respiratory Medicine, 141, 150-158.
Claar, D. D., &Hyzy, R. C. (2017). Refractory Hypoxemia and Acute Respiratory Distress Syndrome Adjunctive Therapies: An Open Question? Annals of the American Thoracic Society, 14(12), 1768-1769.
De Luca, D. &Dell’Orto, V. (2016). Nicht-invasive hochfrequente oszillierende Beatmung bei Neugeborenen: Überblick über Physiologie, Biologie und klinische Daten. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed., 101, F565-F570.
Guo, Y., Wang, Z., Li, Y., Pan, L., Yang, L., Hu, Y., Sun, Y., …Chen, Z. (2016). Hochfrequente oszillatorische Beatmung ist eine wirksame Behandlung für schweres pädiatrisches akutes Atemnotsyndrom mit refraktärer Hypoxämie. Therapeutics and Clinical Risk Management, 12, 1563-1571.
Gupta, R., Patail, H., &Patadia, D. (2019). Airway pressure release ventilation (APRV) ventilator mode in ICU. EC Pulmonology and Respiratory Medicine, 8(11), 101-112.
Jain, S. V., Kollisch-Singule, M., Sadowitz, B., Dombert, L., Satalin, J., Andrews, P., …, Habashi, M. (2016). Die 30-jährige Entwicklung der Beatmung mit Druckentlastung der Atemwege (APRV). Intensive Care Medicine Experimental, 4(11), 1-18.
Jiang, H., Zhang, B., Zhao, J., Hu, A., Qiu, Y., Ding, A.,…, Song, Y. (2018). Wirksamkeit der Hochfrequenzbeatmung bei erwachsenen Patienten mit akutem Atemnotsyndrom: eine Meta-Analyse mit sequenzieller Analyse von randomisierten klinischen Studien. International Journal of Clinical and Experimental Medicine, 11(12), 12828-12841.
Mallory, P., &Cheifetz, I. (2019). Eine umfassende Übersicht über die Anwendung und das Verständnis der Beatmung mit Druckentlastung der Atemwege. Expert Review of Respiratory Medicine, 14(3), 307-315.
Mehta, C., & Mehta, Y. (2016). Management der refraktären Hypoxämie. Annals of Cardiac Anaesthesia, 19(1), 89-96.
Mekik, E., Erdeve O., Okulu, E., &Atasay, M. (2018). Rescue High-Frequency Oscillatory Ventilation in Neonatal Respiratory Failure Unresponsive to Conventional Mechanical Ventilation. Iranian Journal of Pediatrics, 22, 1-12.
Meyers, M., Rodrigues, N., & Ari, A. (2019). High-Frequency oscillatory ventilation: A narrative review. Canadian Journal of Respiratory Therapy, 55, 40-46.
Owens, W. (2017). Das Beatmungsbuch für Fortgeschrittene. Berlin, Germany: First Draught Press.
Papazian, L., Aubron, C., Brochard, L., Chiche, J.-D., Combes, A., Dreyfuss, D., …. Faure, H. (2019). Formelle Leitlinien: Management des akuten Atemnotsyndroms. Annals of Intensive Care, 9(69), 1-18.
Stawicki, S. P., Goyal, M., &Sarani, B. (2009). Analytische Übersichten: Hochfrequente oszillatorische Beatmung (HFOV) und Beatmung mit Druckentlastung der Atemwege (APRV): A practical guide. Journal of Intensive Care Medicine, 24(4), 215-229.
Yehya, N., Topjian, A. A., Lin, R., Berg, R. A., Thomas, N., &Friess, S. H. (2014). Hochfrequenzoszillation und Beatmung mit Druckentlastung der Atemwege bei pädiatrischem Atemversagen. Pediatric Pulmonology, 49(7), 707-715.