Abstract
For patients with severe acute respiratory distress syndrome techniques of extracorporeal lung support have been established thirty years ago. In the beginning of such a strategy a roller–pump–driven veno–venous extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) was used, which was characterized by high complication rate. Meanwhile the development of a miniaturized ECMO using centrifugal pumps might have improved the safety of use. Recently a pumpless arterio–venous interventional lung assist (iLA) was introduced. While ECMO enables a complete extrapulmonary gas exchange, iLA provides effective CO2–elimination. In this review, technical basements, results from clinical studies, incidence of complications and algorithms for clinical use of extracorporeal lung support systems are discussed.
Zusammenfassung
Seit ca. 30 Jahren sind Techniken der extrakorporalen Lungenunterstützung zur Behandlung von Patienten mit schweren Gasaustauschstörungen etabliert. Zunächst wurde ein pumpengetriebenes veno–venöses System (ECMO) favorisiert, welches allerdings durch eine erhebliche Komplikationsrate charakterisiert war. Die Entwicklung von miniaturisierten ECMO–Systemen auf der Basis von Zentrifugalpumpen soll die Anwendung vereinfachen und die Komplikationshäufigkeit und –schwere reduzieren. Seit einigen Jahren steht ein pumpenfreies arterio–venöses interventionelles System zur extrakorporalen Lungenunterstützung zur Verfügung (iLA). In diesem Artikel werden technische Voraussetzungen, Komplikationen, die wesentlichen Ergebnisse von Studien und Differenzial–Indikationen für diese Verfahren diskutiert.
Key words:
extracorporeal membrane oxygenation - interventional lung assist - acute respiratory distress syndrome - complications - indications
Schlüsselwörter:
extrakorporale Membranoxygenierung - interventionelle Lungenunterstützung - akutes Lungenversagen - Komplikationen - Indikationen
Kernaussagen
-
Die pumpengetriebene, venovenöse extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) ermöglicht einen kompletten Lungenersatz. Dabei wurde in „historischen” Studien unter Verwendung von Rollerpumpen eine hohe Komplikationsrate (Blutung, Hämolyse, Membran–Leckage) berichtet, während die Letalität beim schweren ARDS unbeeinflusst blieb.
-
Aktuelle technische Entwicklungen ermöglichen den Einsatz einer „miniaturisierten” ECMO, deren Antrieb eine Zentrifugalpumpe ist. Man vermutet, dass diese Methode eine Reduktion der systemischen Belastung (Inflammation, Hämolyse) und der Komplikationsrate impliziert – allerdings fehlen prospektive Daten.
-
Das pumpenfreie extrakorporale Lungenunterstützungssystem (iLA) beruht auf der Etablierung eines arteriovenösen Shunts, in den eine gasaustauschende Membran mit sehr niedrigem Widerstand eingeschaltet ist. Für dieses Verfahren sind stabile Kreislaufverhältnisse die Voraussetzung, da das Herz die treibende Kraft ist.
-
Da bei iLA die arterielle Kanülierung (A. femoralis) mit großlumigen Kanülen erforderlich ist, steht die Möglichkeit der Ischämie der unteren Extremität als Komplikation im Vordergrund.
-
Durch die Reduktion der Kanülengröße zum Zwecke der (sehr effektiven) extrakorporalen Kohlendioxid–Elimination ist möglicherweise die Komplikationsrate einer Ischämie während iLA reduzierbar. In diesem Sinne eignet sich iLA eher zur Unterstützung eines lungenprotektiven Konzeptes als zur Rescue–Behandlung.
-
Diese Hypothese ist momentan Gegenstand prospektiv–randomisierter Studien.
-
Das schwere ARDS mit lebensbedrohlicher Hypoxämie ist eine Indikation für ECMO, wobei ein modernes, miniaturisiertes Verfahren mit Zentrifugalpumpe wegen des anzunehmenden geringeren Komplikationsprofils vorzuziehen ist.
-
Beim akuten Lungenversagen mit ausgeprägter Hyperkapnie und begleitender Azidose, welche unter lungenprotektiver Beatmung zunimmt, ist die Anwendung von iLA empfehlenswert, sofern keine lebensbedrohliche Hypoxämie führend ist.
-
Die Resultate derzeit laufender Studien werden zeigen, ob iLA als unterstützende Maßnahme zur konsequenten Anwendung einer Lungenprotektion beim (frühen) ARDS geeignet ist.
-
Eine besondere Indikation für iLA stellt die Kombination eines akuten Schädel–Hirn–Traumas mit Lungenversagen dar, da hierdurch das Problem widerstreitender Konzepte („Neuroprotektion” vs. „Lungenprotektion”) gelöst werden kann.
Literatur:
-
1
Ware LB, Matthay MA..
The acute respiratory distress syndrome.
N Engl J Med.
2000;
342
1334-1349
-
2
Zapol WM, Snider MT, Hill JD. et al. .
Extracorporeal membrane oxygenation in severe acute respiratory failure. A randomized prospective study.
JAMA.
1979;
242
2193-2196
-
3
Morris AH, Wallace CJ, Menlove RL. et al. .
Randomized clinical trial of pressure–controlled inverse ratio ventilation and extracorporeal CO2 removal for adult respiratory distress syndrome.
Am J Respir Crit Care Med.
1994;
149
295-305
-
4
Bartlett RH, Roloff DW, Custer JR. et al. .
Extracorporeal life support: the University of Michigan experience.
JAMA.
2000;
283
904-908
-
5
Hemmila M, Rowe S, Boules TN. et al. .
Extracorporeal life support for severe acute respiratory distress syndrome in adults.
Ann Surg.
2004;
240
595-607
-
6
Christiansen S, Goebel C, Buhre W. et al. .
Successful use of a miniaturized bypass system with the DeltaStream extracorporeal rotary blood pump.
J Thorac Cardiovasc Surg.
2003;
125
43-44
-
7
Dembinski R, Kopp R, Henzler D. et al. .
Extracorporeal gas exchange with the DeltaStream rotary blood pump in experimental lung injury.
Artif Organs.
2003;
27
530-536
-
8
Reng M, Philipp A, Kaiser M. et al. .
Pumpless extracorporeal lung assist and adult respiratory distress syndrome.
Lancet.
2000;
356
219-220
-
9
Bein T, Weber F, Philipp A. et al. .
A new pumpless extracorporeal interventional lung assist in critical hypoxemia/hypercapnia.
Crit Care Med.
2006;
34
1372-1377
-
10
Kopp R, Henzler D, Dembinski R. et al. .
Extrakorporale Membranoxygenierung beim akuten Lungenversagen.
Anaesthesist.
2004;
53
168-174
-
11
Kopp R, Dembinski R, Kuhlen R..
Role of extracorporeal lung assist in the treatment of acute respiratory failure.
Minerva Anestesiol.
2006;
72
587-595
-
12
Mielck F, Quintel M..
Extracorporeal membrane oxygenation.
Curr Opin Crit Care.
2005;
11
87-93
-
13
Bein Th, Müller Th, Weber–Carstens S..
Extrakorporale Lungenunterstützungsverfahren (ECMO/iLA).
Pneumologie.
2008;
62
137-142
-
14
Deja M, Hommel M, Weber–Carstens S, Moss M, von Dossow V, Sander M, Pille C, Spies C..
Evidence–based therapy of severe acute respiratory distress syndrome: an algorithm–guided approach.
J Int Med Res.
2008;
36
211-221
-
15
Bein Th..
Recent advances in extracorporeal lung assist.
Int J Intensive Care.
2007;
14
93-96
-
16
Bein Th, Scherer M, Philipp A. et al. .
Pumpless extracorporeal lung assist (pecla) in patients with acute respiratory distress syndrome and severe brain injury.
J Trauma.
2005;
58
813-819
-
17
Bein Th, Philipp A, Zimmermann M. et al. .
Extrakorporale Lungenunterstützung.
Dtsch Med Wochenschr.
2007;
132
-
18
Lewandowski K, Rossaint R, Pappert D. et al. .
High survival rate in 122 ARDS patients managed according to a clinical algorithm including extracorporeal membrane oxygenation.
Intensive Care Med.
1997;
23
819-835
Prof. Dr. med. Thomas Bein
Dr. med. Steffen Weber–Carstens
Email: thomas.bein@klinik.uni-regensburg.de
Email: steffen.weber-carstens@charite.de
