Ventilator induzierter Zwerchfellschaden

Zusammenfassung

Maschinelle Beatmung bedeutet in vielen Fällen eine lebenserhaltende Maßnahme, nicht selten stellen sich aber auch beatmungsbedingte Schädigungen ein. Seit Jahren stehen beatmungsinduzierte Schäden der Lunge im klinischen und wissenschaftlichen Fokus. Kürzlich konnte im Tiermodell eine Beeinträchtigung der Atmungsmuskulatur, die als Ventilator-induced diaphragmatic dysfunction (VIDD) bezeichnet wird, nachgewiesen werden. Die Schädigung des Zwerchfells nimmt mit der Dauer der maschinellen Beatmung zu und ist unter kontrollierter Beatmung stärker ausgeprägt als unter assistierter Beatmung. Verschiedene Mechanismen wie Zwerchfellmuskelatrophie, oxidativer Stress, strukturelle Schäden und Transformation von Muskelfasern können, wie im Tiermodell gezeigt, zur VIDD führen. Obwohl die meisten über einen längeren Zeitraum mechanisch beatmeten Patienten eine Atmungsmuskelschwäche aufweisen, fehlt bisher die Evidenz für die Existenz einer VIDD bei kritisch kranken beatmeten Patienten. Begleitende Grunderkrankungen (z. B. critical illness polyneuropathy), Infektionen und Medikamente führen ebenfalls zur Zwerchfelldysfunktion, so dass die Differenzierung von VIDD als Ursache für eine vorliegende Zwerchfellmuskelschwäche bei fehlenden spezifischen Messmethoden schwierig ist. Bei der Reinform einer VIDD handelt es sich somit bisher um eine Ausschlussdiagnose. Aufgrund pathophysiologischer Überlegungen könnten assistierte Beatmungsmodi, Antioxidantien und Stimulation des N. phrenicus vorbeugende Maßnahmen bzw. therapeutische Optionen darstellen.

Abstract

Although life-saving, mechanical ventilation is associated with numerous complications. Recently, it was shown in animal models that controlled mechanical ventilation (CMV) can cause the so-called ventilator-induced diaphragmatic dysfunction (VIDD). The decrease in diaphragmatic strength proceeds along with prolonged mechanical ventilation. The decrease in diaphragmatic force occurs during CMV rather than during assisted modes of ventilation. Different mechanisms may cause VIDD: muscle atrophy, oxidative stress, structural injury and muscle fibre remodelling have been demonstrated in animal models. Although most critically ill patients receiving mechanical ventilation show profound diaphragmatic weakness, clear evidence supporting the existence of VIDD is still lacking. Since VIDD is particularly caused by comorbidity, a series of other factors may lead to diaphragmatic dysfunction. Whether or not VIDD causes weaning failure is difficult to decide since other reasons may also cause respiratory muscle weakness. However, based on pathophysiology, treatment options may be assisted mechanical ventilation, administration of antioxidative agents or stimulation of the phrenic nerve.

Literatur

• 1 Esteban A, Anzueto A, Alia I. et al . How is mechanical ventilation employed in the intensive care unit? An international utilization review.  Am J Respir Crit Care Med. 2000;  161 (5) 1450-1458
• 2 International consensus conferences in intensive care medicine . Ventilator-associated lung injury in ARDS.  Am J Respir Crit Care Med. 1999;  160 2118-2124
• 3 Körber W, Laier-Groeneveld G, Criée C P. Endotracheal complications after long-term ventilation. Noninvasive ventilation in chronic thoracic diseases as an alternative to tracheostomy.  Med Klin (Munich) 1999. Apr ;  94 (1 Spec No) 45-50
• 4 Schönhofer B, Köhler D. Hyperkapnie.  Intensivmed. 1997;  34 501-512
• 5 Tobin M J. Advances in mechanical ventilation.  N Engl J Med. 2001;  344 (26) 1986-1996
• 6 Schönhofer B, Windisch W. Die Atempumpe. Med Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft 2007
• 7 Jalinous R. Technical and practical aspects of magnetic nerve stimulation.  J Clin Neurophysiol. 1991;  8 10-25
• 8 Vassilakopoulos T, Petrof B J. Ventilator-induced diaphragmatic dysfunction.  Am J Respir Crit Care Med. 2004;  169 (3) 336-341
• 9 Le Bourdelles G, Viires N, Boczkowski J. et al . Effects of mechanical ventilation on diaphragmatic contractile properties in rats.  Am J Respir Crit Care Med. 1994;  149 1539-1544
• 10 Powers S K, Shanely R A, Coombes J S. et al . Mechanical ventilation results in progressive contractile dysfunction in the diaphragm.  J Appl Physiol. 2002;  92 (5) 1851-1858
• 11 Sassoon C S, Caiozzo V J, Manka A. et al . Altered diaphragm contractile properties with controlled mechanical ventilation.  J Appl Physiol. 2002;  92 (6) 2585-2595
• 12 Radell P J, Remahl S, Nichols D G. et al . Effects of prolonged mechanical ventilation and inactivity on piglet diaphragm function.  Intensive Care Med. 2002;  28 (3) 358-364
• 13 Anzueto A, Peters J I, Tobin M J. et al . Effects of prolonged controlled mechanical ventilation on diaphragmatic function in healthy adult baboons.  Crit Care Med. 1997;  25 (7) 1187-1190
• 14 Sassoon C S, Zhu E, Caiozzo V J. Assist-control mechanical ventilation attenuates ventilator-induced diaphragmatic dysfunction.  Am J Respir Crit Care Med. 2004;  170 (6) 626-632
• 15 Yang L, Luo J, Bourdon J. et al . Controlled mechanical ventilation leads to remodeling of the rat diaphragm.  Am J Respir Crit Care Med. 2002;  166 (8) 1135-1140
• 16 Shanely R A, Zergeroglu M A, Lennon S L. et al . Mechanical ventilation-induced diaphragmatic atrophy is associated with oxidative injury and increased proteolytic activity.  Am J Respir Crit Care Med. 2002;  166 (10) 1369-1374
• 17 Shanely R A, Coombes J S, Zergeroglu A M. et al . Short-duration mechanical ventilation enhances diaphragmatic fatigue resistance but impairs force production.  Chest. 2003;  123 (1) 195-201
• 18 Bernard N, Matecki S, Py G. et al . Effects of prolonged mechanical ventilation on respiratory muscle ultrastructure and mitochondrial respiration in rabbits.  Intensive Care Med. 2003;  29 (1) 111-118
• 19 Capdevila X, Lopez S, Bernard N. et al . Effects of controlled mechanical ventilation on respiratory muscle contractile properties in rabbits.  Intensive Care Med. 2003;  29 (1) 103-110
• 20 Racz G Z, Gayan-Ramirez G, Testelmans D. et al . Early changes in rat diaphragm biology with mechanical ventilation.  Am J Respir Crit Care Med. 2003;  168 (3) 297-304
• 21 Gayan-Ramirez G, de Paepe K, Cadot P. et al . Detrimental effects of short-term mechanical ventilation on diaphragm function and IGF-I mRNA in rats.  Intensive Care Med. 2003;  29 (5) 825-833
• 22 Zergeroglu M A, McKenzie M J, Shanely R A. et al . Mechanical ventilation-induced oxidative stress in the diaphragm.  J Appl Physiol. 2003;  95 (3) 1116-1124
• 23 Hussain S N, Vassilakopoulos T. Ventilator-induced cachexia.  Am J Respir Crit Care Med. 2002;  166 (10) 1307-1308
• 24 Glickman M H, Ciechanover A. The ubiquitin-proteasome proteolytic pathway: destruction for the sake of construction.  Physiol Rev. 2002;  82 (2) 373-428
• 25 Goldberg A L, Elledge S J, Harper J W. The cellular chamber of doom.  Sci Am. 2001;  284 68-73
• 26 Bodine S C, Latres E, Baumhueter S. et al . Identification of ubiquitin ligases required for skeletal muscle atrophy.  Science. 2001;  294 (5547) 1704-1708
• 27 Ku Z, Yang J, Menon V. et al . Decreased polysomal HSP-70 may slow polypeptide elongation during skeletal muscle atrophy.  Am J Physiol. 1995;  268 (6 Pt 1) C1369-1374
• 28 Shanely R A, Gammeren D van, Deruisseau K C. et al . Mechanical ventilation depresses protein synthesis in the rat diaphragm.  Am J Respir Crit Care Med. 2004;  170 (9) 994-999
• 29 Knisely A S, Leal S M, Singer D B. Abnormalities of diaphragmatic muscle in neonates with ventilated lungs.  J Pediatr. 1988;  113 (6) 1074-1077
• 30 Kondo H, Nakagaki I, Sasaki S. et al . Mechanism of oxidative stress in skeletal muscle atrophied by immobilization.  Am J Physiol. 1993;  265 (6 Pt 1) E839-844
• 31 Geiger P C, Cody M J, Macken R L. et al . Maximum specific force depends on myosin heavy chain content in rat diaphragm muscle fibers.  J Appl Physiol. 2000;  89 (2) 695-703
• 32 Esteban A, Alia I, Ibanez J. et al . Modes of mechanical ventilation and weaning. A national survey of Spanish hospitals. The Spanish Lung Failure Collaborative Group.  Chest. 1994;  106 (4) 1188-1193
• 33 Watson A C, Hughes P D, Louise Harris M. et al . Measurement of twitch transdiaphragmatic, esophageal, and endotracheal tube pressure with bilateral anterolateral magnetic phrenic nerve stimulation in patients in the intensive care unit.  Crit Care Med. 2001;  29 (7) 1325-1331
• 34 Laghi F, Cattapan S E, Jubran A. et al . Is weaning failure caused by low-frequency fatigue of the diaphragm?.  Am J Respir Crit Care Med. 2003;  167 (2) 120-127
• 35 De Jonghe B, Sharshar T, Lefaucheur J P. et al . Paresis acquired in the intensive care unit: a prospective multicenter study.  JAMA. 2002;  288 2859-2867
• 36 Ebihara S, Hussain S N, Danialou G. et al . Mechanical ventilation protects against diaphragm injury in sepsis: interaction of oxidative and mechanical stresses.  Am J Respir Crit Care Med. 2002;  165 (2) 221-228
• 37 Schönhofer B. Schwieriges Weaning nach Langzeitbeatmung.  Anästhesiologie und Intensivmedizin. 2005;  46 529-542
• 38 Betters J L, Criswell D S, Shanely R A. et al . Trolox attenuates mechanical ventilation-induced diaphragmatic dysfunction and proteolysis.  Am J Respir Crit Care Med. 2004;  170 (11) 1179-1184
• 39 Nathens A B, Neff M J, Jurkovich G J. et al . Randomized, prospective trial of antioxidant supplementation in critically ill surgical patients.  Ann Surg. 2002;  236 (6) 814-822
• 40 Ayas N T, McCool F D, Gore R. et al . Prevention of human diaphragm atrophy with short periods of electrical stimulation.  Am J Respir Crit Care Med. 1999;  159 2018-2020
• 41 Pavlovic D, Wendt M. Diaphragm pacing during prolonged mechanical ventilation of the lungs could prevent from respiratory muscle fatigue.  Med Hypotheses. 2003;  60 (3) 398-403