Pneumologie 2017; 71(04): 215-220
DOI: 10.1055/s-0042-124406
Übersicht
© Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York

Extrakorporale CO2-Elimination (ECCO2R): von der Pathophysiologie zur klinischen Anwendung beim hyperkapnischen respiratorischen Versagen

Extracorporeal CO2 Elimination (ECCO2R) for Hypercapnic Respiratory Failure: From Pathophysiology to Clinical Application
C. Karagiannidis
1   ARDS und ECMO Zentrum Köln-Merheim, Lungenklinik, Abteilung Pneumologie, Intensiv- und Beatmungsmedizin, Köln
2   Professur für Extrakorporale Lungenersatzverfahren, Universität Witten/Herdecke, Witten
,
A. Philipp
3   Klinik für Herz- und Thoraxchirurgie, Universitätsklinikum Regensburg , Regensburg
,
S. Strassmann
1   ARDS und ECMO Zentrum Köln-Merheim, Lungenklinik, Abteilung Pneumologie, Intensiv- und Beatmungsmedizin, Köln
,
S. Schäfer
1   ARDS und ECMO Zentrum Köln-Merheim, Lungenklinik, Abteilung Pneumologie, Intensiv- und Beatmungsmedizin, Köln
,
M. Merten
1   ARDS und ECMO Zentrum Köln-Merheim, Lungenklinik, Abteilung Pneumologie, Intensiv- und Beatmungsmedizin, Köln
,
W. Windisch
1   ARDS und ECMO Zentrum Köln-Merheim, Lungenklinik, Abteilung Pneumologie, Intensiv- und Beatmungsmedizin, Köln
4   Lehrstuhl für Pneumologie, Universität Witten/Herdecke, Witten
› Institutsangaben
Weitere Informationen

Publikationsverlauf

eingereicht 28. Oktober 2016

akzeptiert nach Revision 21. Dezember 2016

Publikationsdatum:
13. April 2017 (online)

Zusammenfassung

Die extrakorporale CO2-Elimination (ECCO2R) hat sich in den letzten Jahren zu einer Behandlungsalternative in der Therapie des schweren hyperkapnischen respiratorischen Versagens entwickelt. Prinzipiell stehen technisch pumpenlose arterio-venöse Systeme, die den natürlichen Druckgradienten zwischen der Arteria und Vena femoralis nutzen, sowie pumpengetriebene veno-venöse Systeme zur Verfügung. Aufgrund der besseren Regulationsmöglichkeiten und des insgesamt geringeren Nebenwirkungsprofils haben sich pumpengetriebene Systeme zunehmend durchgesetzt. Mit veno-venösen Systemen mit Blutflüssen bis 450 ml/min lassen sich etwa 60 – 80 ml CO2/min entsprechend 20 – 30 % der Gesamtproduktion unter Ruhebedingungen eliminieren, während zur Beherrschung einer schweren respiratorischen Azidose mit einem pH-Wert um 7.1 Blutflüsse von etwa 1000 ml/min notwendig sind. Hiermit lassen sich etwa 50 – 60 % des gesamten CO2 eliminieren und auch schwere respiratorische Azidosen beherrschen. Relevante Nebenwirkungen liegen insbesondere in der Gerinnungsaktivierung und der damit verbundenen Blutungsneigung. Besonderes Augenmerk sollte diesbezüglich bei pumpengetriebenen Systemen auf einen Thrombozytenabfall, Hämolyse sowie die Bildung von Thrombosen gelegt werden. Aus klinischer Sicht stehen neben vielen kleinen Fallbeschreibungen zwei Case-control-Studien bei exazerbierter COPD zur Verfügung. In den Studien konnte die Intubation zwar häufig verhindert werden, allerdings mit einem signifikanten Nebenwirkungsprofil. Hier sind dringend randomisierte Studien notwendig, um das Nutzen/Risiko-Verhältnis einer Intubationsvermeidung oder Verkürzung der Dauer der invasiven Beatmung durch extrakorporale Systeme gegeneinander abzuwägen.

Abstract

Extracorporeal CO2 removal (ECCO2R) is becoming an increasingly established treatment option for patients with acute severe hypercapnic respiratory failure. Technically, pumpless arterio-venous systems using the natural arterio-venous pressure gradient and also pump-driven veno-venous systems are available. Here, veno-venous ECCO2R has become the preferred technique, as settings for arterio-venous ECCO2R are restricted and side effects are more common with arterio-venous ECCO2R. Using veno-venous ECCO2R with blood flow rates up to 450 ml/min 60 to 80 ml CO2 can be removed per minute corresponding to 20 to 30 % of the total amount of CO2 production. However, in case of very severe hypercapnic respiratory failure with severe respiratory acidosis (pH 7.1 or less) blood flow rates of around 1000 ml/min are required for compensating severe respiratory acidosis corresponding to the elimination of 50 to 60 % of the total amount of CO2 production. Relevant side effects include the activation of blood coagulation and associated bleeding complications. Two recent case-control studies in severely exacerbated COPD patients could demonstrate that intubation rates can be reduced by the application of ECCO2R, but this was associated with non-ignorable side effects. Therefore, randomized controlled trials are urgently needed to more precisely establish the risks and benefits of ECCO2R when aimed at avoiding intubation.

 
  • Literatur

  • 1 Kolobow T, Gattinoni L, Tomlinson TA. et al. Control of breathing using an extracorporeal membrane lung. Anesthesiology 1977; 46: 138-141
  • 2 Karagiannidis C, Brodie D, Strassmann S. et al. Extracorporeal membrane oxygenation: evolving epidemiology and mortality. Intensive Care Med 2016; 42: 889-896
  • 3 Karagiannidis C, Windisch W. [Epidemiology and mortality of extracorporeal life support in Germany between 2007 and 2014]. Med Klin Intensivmed Notfmed 2016; 111: 556-559
  • 4 Zimmermann M, Bein T, Arlt M. et al. Pumpless extracorporeal interventional lung assist in patients with acute respiratory distress syndrome: a prospective pilot study. Crit Care 2009; 13: R10
  • 5 Muller T, Lubnow M, Philipp A. et al. Extracorporeal pumpless interventional lung assist in clinical practice: determinants of efficacy. Eur Respir J 2009; 33: 551-558
  • 6 Abrams D, Roncon-Albuquerque Jr R, Brodie D. Whatʼs new in extracorporeal carbon dioxide removal for COPD?. Intensive Care Med 2015; 41: 906-908
  • 7 Gartner MJ, Wilhelm CR, Gage KL. et al. Modeling flow effects on thrombotic deposition in a membrane oxygenator. Artificial organs 2000; 24: 29-36
  • 8 Karagiannidis C, Kampe KA, Sipmann FS. et al. Veno-venous extracorporeal CO2 removal for the treatment of severe respiratory acidosis: pathophysiological and technical considerations. Crit Care 2014; 18: R124
  • 9 Kiiski R, Takala J. Hypermetabolism and efficiency of CO2 removal in acute respiratory failure. Chest 1994; 105: 1198-1203
  • 10 Lehle K, Philipp A, Hiller KA. et al. Efficiency of gas transfer in venovenous extracorporeal membrane oxygenation: analysis of 317 cases with four different ECMO systems. Intensive care medicine 2014; 40: 1870-1877
  • 11 Burki NK, Mani RK, Herth FJ. et al. A novel extracorporeal CO(2) removal system: results of a pilot study of hypercapnic respiratory failure in patients with COPD. Chest 2013; 143: 678-686
  • 12 Wearden PD, Federspiel WJ, Morley SW. et al. Respiratory dialysis with an active-mixing extracorporeal carbon dioxide removal system in a chronic sheep study. Intensive Care Med 2012; 38: 1705-1711
  • 13 Lightowler JV, Wedzicha JA, Elliott MW. et al. Non-invasive positive pressure ventilation to treat respiratory failure resulting from exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease: Cochrane systematic review and meta-analysis. BMJ 2003; 326: 185
  • 14 Westhoff M, Schonhofer B, Neumann P. et al. [Noninvasive Mechanical Ventilation in Acute Respiratory Failure]. Pneumologie 2015; 69: 719-756
  • 15 Del Sorbo L, Pisani L, Filippini C. et al. Extracorporeal Co2 removal in hypercapnic patients at risk of noninvasive ventilation failure: a matched cohort study with historical control. Crit Care Med 2015; 43: 120-127
  • 16 Karagiannidis C, Strassmann S, Philipp A. et al. Veno-venous extracorporeal CO2 removal improves pulmonary hypertension in acute exacerbation of severe COPD. Intensive Care Med 2015; 41: 1509-1510
  • 17 Brenner K, Abrams DC, Agerstrand CL. et al. Extracorporeal carbon dioxide removal for refractory status asthmaticus: experience in distinct exacerbation phenotypes. Perfusion 2014; 29: 26-28
  • 18 Braune S, Sieweke A, Brettner F. et al. The feasibility and safety of extracorporeal carbon dioxide removal to avoid intubation in patients with COPD unresponsive to noninvasive ventilation for acute hypercapnic respiratory failure (ECLAIR study): multicentre case-control study. Intensive Care Med 2016; 42: 1437-1444
  • 19 Sklar MC, Beloncle F, Katsios CM. et al. Extracorporeal carbon dioxide removal in patients with chronic obstructive pulmonary disease: a systematic review. Intensive Care Med 2015; 41: 1752-1762
  • 20 Girou E, Schortgen F, Delclaux C. et al. Association of noninvasive ventilation with nosocomial infections and survival in critically ill patients. JAMA 2000; 284: 2361-2367
  • 21 Herridge MS, Moss M, Hough CL. et al. Recovery and outcomes after the acute respiratory distress syndrome (ARDS) in patients and their family caregivers. Intensive Care Med 2016; 42: 725-738
  • 22 Chandra D, Stamm JA, Taylor B. et al. Outcomes of noninvasive ventilation for acute exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease in the United States, 1998–2008. Am J Respir Crit Care Med 2012; 185: 152-159