Fallvorstellung

Eine 28-jährige, zuvor gesunde Frau wurde nach einem außerklinisch reanimierten Herzstillstand mit Kammerflimmern ins Krankenhaus gebracht. Am Abend der Einlieferung wurde sie von Familienmitgliedern bewusstlos zu Hause aufgefunden. Es wurde sofort eine kardiopulmonale Reanimation (CPR) durch Dritte eingeleitet. Die Patientin wurde vor Ort von Rettungskräften defibrilliert, wobei der Spontankreislauf wiederhergestellt wurde. Sie aspirierte während der Intubation vor Ort und kam im Schockzustand mit einem Blutdruck von 88/71 mm Hg unter Norepinephrin 20 μg/min und Vasopressin 0,04 U/min in die Klinik. Sie zeigte keine zielgerichteten Bewegungen, und in der Notaufnahme wurde eine therapeutische Hypothermie eingeleitet. Sie hatte eine metabolische Azidose und gleichzeitig eine akute respiratorische Insuffizienz vom Typ I mit einem PaO2 von 66 mm Hg im volumengesteuerten Assistenz-/Kontrollmodus mit einem Tidalvolumen von 400 cm³, einem FiO2 von 1,0, einem positiven endexpiratorischen Druck von 10 cm H2O und einer Atemfrequenz von 26 Atemzügen/min. Ihr EKG wies keine Anzeichen einer Ischämie oder eines Infarkts auf. Vor der Abkühlung wurde jedoch in den Ableitungen V1 und V2 ein Brugada-Muster vom Typ I festgestellt.

In den folgenden Stunden stieg der Bedarf an Vasopressoren. Ein Swan-Ganz-Katheter zeigte einen stark erniedrigten Herzindex und einen erhöhten pulmonalen Kapillar-Wedge-Druck. Trotz maximaler Unterstützung durch das Beatmungsgerät blieb sie stark hypoxisch. Die Röntgenaufnahme des Brustkorbs zeigte diffuse bilaterale Lungeninfiltrate, die auf eine schwere Aspirationspneumonitis hinwiesen. Der PaO2 sank trotz erhöhtem positiven endexspiratorischen Druck und chemischer Lähmung auf 49 mm Hg und erfüllte die Berliner Kriterien für ein schweres akutes Atemnotsyndrom.1 Es wurden Optionen für eine perkutane hämodynamische Unterstützung in Betracht gezogen (einschließlich extrakorporale Membranoxygenierung oder perkutane ventrikuläre Unterstützungssysteme wie Impella und TandemHeart), und der Patient wurde 6 Stunden nach der Einlieferung zur hämodynamischen und respiratorischen Rettung an eine veno-arterielle ECMO (VA ECMO) angeschlossen.

Der kardiopulmonale Bypass wurde erstmals 1954 zur Erleichterung von Operationen am offenen Herzen entwickelt und 1 Jahr später erfolgreich eingesetzt.2,3 Obwohl sich die ECMO wesentlich von den frühen kardiopulmonalen Bypass-Systemen unterscheidet, hat sie sich aus dem kardiopulmonalen Bypass entwickelt und bietet eine verlängerte kardiopulmonale Unterstützung außerhalb des Operationssaals. Mit zunehmenden technologischen Fortschritten und steigender Sicherheit haben sich die Einsatzmöglichkeiten der ECMO erweitert, wobei das Interesse an einer kombinierten kurzfristigen Kreislauf- und Atemunterstützung bei Patienten mit kardiogenem Schock zunimmt.4 Obwohl die ECMO potenziell lebensrettend ist, ist sie invasiv, komplex und ressourcenintensiv und kann mit schwerwiegenden Komplikationen verbunden sein. In diesem Clinician Update werden die ECMO-Technologie vorgestellt, Indikationen und Kontraindikationen erörtert, das Management, einschließlich der Aufrechterhaltung und Entwöhnung der Unterstützung, diskutiert und mögliche Komplikationen hervorgehoben.

Die erfolgreiche Implementierung und Überwachung der ECMO erfordert ein gut ausgebildetes, multidisziplinäres Team mit Fachkenntnissen in dieser Technologie, typischerweise mit Spezialisten aus der Herz-Thorax-Chirurgie, Kardiologie, Perfusion, Intensivmedizin, Anästhesiologie und Beatmung. Der grundlegende ECMO-Kreislauf umfasst Gefäßkanülen, eine Pumpe, einen externen Membranoxygenator und einen Blutwärmer (Abbildung). Der Kreislauf kann entweder mit 2 venösen Kanülen (venovenöse ECMO) oder sowohl mit einer venösen als auch mit einer arteriellen Kanüle (VA ECMO) konfiguriert werden. Bei der VV-ECMO wird das Blut in der Regel über eine Zuflusskanüle in der Hohlvene (in die Pumpe/den Oxygenator) aus dem Körper abgelassen und über eine Abflusskanüle in der Nähe des rechten Vorhofs zurückgeführt. Die VV-ECMO hängt von der intrinsischen Herzleistung (CO) und der Hämodynamik des Patienten ab und wird daher nur bei isoliertem Atemversagen eingesetzt. Diese Modalität wurde erfolgreich bei schweren Fällen von Atemversagen während der H1N1-Influenza-A-Pandemie eingesetzt.5

Bei der VA ECMO wird das Blut aus einer venösen Zuflusskanüle in der Vena cava entnommen und über eine Abflusskanüle in das arterielle System zurückgeführt, wodurch Herz und Lunge umgangen werden. Die VA ECMO ist nicht von der nativen CO abhängig und wird daher bei Patienten mit kardiogenem Schock eingesetzt. Die Kanülierung für VA ECMO kann zentral oder peripher erfolgen. Bei der zentralen Kanülierung wird eine venöse Kanüle in den rechten Vorhof und eine arterielle Kanüle in die aufsteigende Aorta implantiert. Die periphere Kanülierung erfolgt über die Vena femoralis oder die Vena jugularis interna und die Arteria femoralis oder die Arteria axillaris. Wird die Kanüle in der Arteria femoralis gewählt, ist der Fluss aus der arteriellen Kanüle erforderlich, um extrakorporal oxygeniertes Blut retrograd die absteigende Aorta hinauf und in die aufsteigende Aorta zu leiten, um die Versorgung der Koronararterien und der großen Hirngefäße sicherzustellen. Wenn die linksventrikuläre CO vernachlässigbar ist, ist der erforderliche extrakorporale Fluss gering. Wenn sich jedoch die native Herzfunktion erholt und die native kardiale Ejektion zunimmt, konkurriert der anterograde Aortenfluss mit dem retrograden Fluss aus der Femurkanüle, und es entsteht eine Mischzone aus anterogradem desoxygeniertem (bei Patienten mit Ateminsuffizienz) und retrogradem oxygeniertem Blutfluss. Der Fluss, der erforderlich ist, um sicherzustellen, dass diese Mischzone in der aufsteigenden Aorta verbleibt, nimmt mit steigendem nativen CO zu. Die Überwachung der Sauerstoffsättigung des Pulses an der rechten oberen Extremität oder der arteriellen Blutgase an der rechten Radialarterie gibt dem Intensivpflegeteam Aufschluss darüber, ob die ECMO eine angemessene zerebrale (wenn auch nicht unbedingt kardiale) Oxygenierung gewährleistet. Die Überwachung der zerebralen Oximetrie kann ebenfalls beruhigend wirken. Da große femorale arterielle Kanülen (Größe 16 bis 21 Fr) erforderlich sind, kann es zu einer distalen Beinischämie kommen. Dieses Risiko kann durch die prophylaktische Einführung einer kleinen (6 Fr) anterograden Perfusionskanüle in die oberflächliche Oberschenkelarterie verringert werden, um das Bein distal der primären arteriellen Kanüle zu perfundieren.

Die extrakorporalen Komponenten des Kreislaufs umfassen einen Oxygenator und eine Flusspumpe. Zu den handelsüblichen Oxygenatoren für den kardiopulmonalen Bypass gehören Blasen-, Membran- oder Hohlfasergeräte, wobei jedoch nur Polymethylpenten-Hohlfasergeräte für eine längere Unterstützung zugelassen sind. CO2 lässt sich über gradientenvermittelte Mechanismen leicht extrahieren. Die Zugabe von Sauerstoff erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Löslichkeit und Diffusionseigenschaften langsamer und ist proportional zur Sauerstoffkonzentration im Spülgas. Der Gesamtgasfluss durch den Oxygenator oder Sweep wird für die CO2-Clearance angepasst, und ein Luft/Sauerstoff-Gemisch wird verwendet, um den gewünschten FiO2 zu erreichen, beginnend bei 1,0. Der in L/min gemessene Sweep wird im Allgemeinen so eingestellt, dass er dem Blutfluss durch den Kreislauf entspricht, und anschließend anhand der arteriellen Blutgase titriert. Der Blutfluss durch den Kreislauf wird von einer externen Pumpe angetrieben, bei der es sich entweder um eine Vortex-Zentrifugalpumpe (am häufigsten) oder um eine einfache Rollenpumpe handelt. Diese Pumpen können einen Fluss von 8 bis 10 l/min erzeugen, der im Allgemeinen durch die venöse Vorlast und die Kanülengröße begrenzt ist.

Indikationen

VA ECMO hat eine potenzielle Rolle bei Patienten mit refraktärem kardiogenem Schock. Ein refraktärer kardiogener Schock ist definiert als eine Organfunktionsstörung, die auf ein vermindertes und unzureichendes Herzzeitvolumen zurückzuführen ist, obwohl hohe Dosen von Inotropika und Vasopressoren verabreicht werden. Mögliche Ursachen für einen Schock sind u. a. ein Myokardinfarkt, eine fulminante Myokarditis, eine akute Exazerbation einer chronischen Herzinsuffizienz, ein akutes Kreislaufversagen, das auf hartnäckige Arrhythmien zurückzuführen ist, eine Herzinsuffizienz nach einer Kardiotomie und eine akute Herzinsuffizienz, die auf eine Drogenintoxikation zurückzuführen ist. Obwohl der oben vorgestellte Patient ein idealer Kandidat für die VA-ECMO ist – er leidet sowohl unter refraktärem kardiogenem Schock als auch unter schwerem Atemversagen – muss kein Atemversagen vorliegen, um den Einsatz der VA-ECMO in Betracht zu ziehen. Zu den häufigen respiratorischen Indikationen, die bei gleichzeitigem Vorliegen die Wahl der VA ECMO gegenüber reinen mechanischen Kreislaufunterstützungssystemen erzwingen können, gehören hypoxisches respiratorisches Versagen (PaO2:FiO2-Verhältnis < 100), hyperkapnisches respiratorisches Versagen mit einem arteriellen pH-Wert <7,20, Compliance < 0,5mL/cmH2O/kg, signifikanter oder symptomatischer pulmonaler Bluthochdruck und pulmonaler Shuntanteil >30%. Zu den klinischen Ursachen können akutes Atemnotsyndrom, schwere bakterielle oder virale Pneumonie oder Pneumonitis, Status asthmaticus, dekompensierte Lungenfibrose im Endstadium, Beinahe-Ertrinken und akute Rauchinhalation gehören. VA ECMO kann auch für Patienten mit Herzstillstand in Betracht gezogen werden, die auf die ersten Wiederbelebungsmaßnahmen nicht ansprechen, die so genannte eCPR. Mehrere Arbeitsgruppen, darunter die Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) und die European Extracorporeal Life Support (ECLS) Working Group, haben Empfehlungen für den Einsatz der ECMO bei kritisch kranken Patienten erarbeitet.6,7 In Tabelle 1 sind häufige Indikationen für die VA ECMO aufgeführt.

Wichtig ist, dass die ECMO keine Langzeittherapie ist und als Überbrückung bis zu einer zu erwartenden frühen Genesung, einer Herz- oder Lungentransplantation oder einem langfristigen VAD betrachtet werden sollte. Vor der ECMO-Implantation ist es wichtig, die Prognose und die Erwartungen des Patienten zu berücksichtigen. Patienten mit nicht wiederherstellbarer Herzfunktionsstörung, die nicht für ein VAD oder eine Transplantation in Frage kommen, sollten nicht für die ECMO ausgewählt werden.

Kontraindikationen

Neben einer sorgfältigen Patientenauswahl, die sich an der zu erwartenden klinischen Prognose und den Begleiterkrankungen orientiert, sollten bei der Auswahl der Patienten für die ECMO mehrere wichtige klinische Faktoren berücksichtigt werden. Der Nutzen der ECMO bei Multiorganversagen wird drastisch abgeschwächt, und die ECMO wird mit schlechten Ergebnissen bei Patienten in Verbindung gebracht, die zum Zeitpunkt der Kanülierung bereits >10 bis 14 Tage lang mechanisch beatmet wurden.8,9

Patienten, die sich einer ECMO unterziehen, benötigen eine therapeutische Dosis Antikoagulation, um Thrombosen im Zusammenhang mit der Verlegung von Prothesenschläuchen und dem extrakorporalen Kreislauf zu verhindern. Daher ist die ECMO in der Regel bei Patienten kontraindiziert, bei denen eine Antikoagulation kontraindiziert ist, z. B. bei aktiven Blutungen, kürzlichen nicht kardiothorakalen Eingriffen oder einem hämorrhagischen intrakraniellen Ereignis. Die VA-ECMO ist auch bei Patienten mit schwerer Aortenregurgitation oder Aortendissektion kontraindiziert. In Tabelle 2 sind häufige Kontraindikationen für die VA-ECMO aufgeführt.

Titration und Aufrechterhaltung der ECMO

Wenn die VA-ECMO-Unterstützung eingeleitet ist, gehören zu den klinischen Zielen für die Titration eine arterielle Oxyhämoglobinsättigung von >90 %, eine venöse Oxyhämoglobinsättigung von >70 % bis 80 % und eine angemessene Gewebeperfusion (einschließlich der Überwachung der Endorganfunktion und der Blutlaktatwerte). Eine engmaschige Überwachung durch einen geschulten ECMO-Spezialisten ist für die Feststellung und Überwachung der Kreislauffunktion unerlässlich. Wenn die venöse Oxyhämoglobinsättigung unter dem Zielwert liegt, kann die Blutflussrate erhöht, eine intravaskuläre Volumenexpansion vorgenommen, die Hämoglobinkonzentration durch Bluttransfusion erhöht und Fieber/Pyrexie behandelt werden, um die Sauerstoffaufnahme zu verringern. Eine unfraktionierte Heparininfusion wird bis zu einer aktivierten Gerinnungszeit (ACT) von 180 bis 210 Sekunden oder einer partiellen Thromboplastinzeit (PTT) von ≥1,5 mal normal aufrechterhalten. Lungenschonende Beatmungsstrategien mit niedrigem Atemzugvolumen sollten angewandt werden, um Barotrauma und Volutrauma zu minimieren. Dazu gehören die Verwendung von positivem endexspiratorischem Druck zur Aufrechterhaltung der alveolären Rekrutierung, die Begrenzung des Tidalvolumens auf nicht mehr als 6 cm³/kg ideales Körpergewicht, die Begrenzung des Plateaudrucks der Atemwege auf ≤30 cm H2O und die Minimierung des FiO2. Eine durch die ECMO ermöglichte Lungenruhestrategie führt in der Regel zu einer weiteren Reduzierung der Beatmungsgeräteinstellungen auf Tidalvolumina von 1 bis 2 cm³/kg und Plateaudrücke von etwa 20 cm H2O, bis die Entwöhnung von der ECMO in Betracht gezogen wird. Die Verringerung der Beatmungsunterstützung geht häufig mit einem Anstieg des venösen Rückflusses und des Herzzeitvolumens einher. Die Auswirkungen von Änderungen des positiven endexpiratorischen Drucks auf die Hämodynamik sollten genau überwacht werden. Ein besonderer Aspekt der VA-ECMO ist die Notwendigkeit, sicherzustellen, dass der linke Vorhof und die linke Herzkammer nicht aufgebläht werden, eine Komplikation, die zu Myokardschäden führen kann. Mit Hilfe von Serien-Echokardiogrammen kann die Herzfüllung überwacht werden, und gelegentlich wurde die Hinzufügung einer Beatmungskanüle oder alternativer Unterstützungsmodalitäten (z. B. perkutanes VAD, einschließlich Impella) zur Dekompression des Ventrikels eingesetzt. Bis zur voraussichtlichen Abhängigkeit vom Beatmungsgerät kann eine Tracheotomie durchgeführt werden, um den Patientenkomfort zu verbessern und den Beatmungstotraum zu verringern. ECMO-Patienten benötigen nicht unbedingt eine Sedierung, wenn sie einmal an der ECMO sind, aber die VA-ECMO-Schaltkreise sind sehr umfangreich, und eine ambulante Behandlung mit VA-ECMO ist im Allgemeinen nicht möglich. Ultrafiltration oder andere Modalitäten der Nierenersatztherapie können in Serie zu ECMO-Kreisläufen hinzugefügt werden, was das Infektionsrisiko im Zusammenhang mit der Platzierung zusätzlicher perkutaner Kanülen verringert, aber das Risiko einer Thrombose, einer Luftembolie oder einer anderen Unterbrechung des Kreislaufs erhöht.

Nachlassende ECMO

Die potenzielle Wiederherstellung der linksventrikulären systolischen Funktion sollte bei Patienten mit VA-ECMO engmaschig überwacht werden, indem die Pulsatilität der arteriellen Kurvenform und die Echokardiographie untersucht werden. Parallel dazu können Verbesserungen der arteriellen Oxyhämoglobinsättigung, Messungen der pulmonalen Compliance und Röntgenaufnahmen des Brustkorbs bei Patienten mit VV ECMO auf eine Erholung der Atmung hinweisen. Sobald es einen dauerhaften Nachweis für eine kardiale oder respiratorische Erholung gibt, können Versuche zur Beendigung der ECMO durchgeführt werden. Ein Versuch zur Beendigung der VA-ECMO kann durch vorübergehendes Abklemmen der arteriellen und venösen Kanülen unternommen werden, so dass das Blut weiterhin durch eine externe Schlauchbrücke zwischen dem Zufluss- und dem Abflussglied zirkulieren kann. Wenn im Kreislauf keine Brücke zum Abklemmen vorhanden ist, kann der Fluss durch den Kreislauf auf ein minimales Volumen mit einer Reduzierung des Sweep-Gases reduziert werden, wobei Blutdruck, Sauerstoffsättigung und arterielle Blutgase genau überwacht werden. Solche Versuche sollten nur unternommen werden, wenn eine therapeutische Antikoagulation erreicht ist, und die Dauer dieser Versuche sollte so kurz wie möglich gehalten werden, da das Thromboserisiko während dieser Zeit hoch ist, selbst bei einer Volldosis-Antikoagulation.

Die Abschwächung der VV ECMO erfordert die Eliminierung des gesamten Gegenstroms durch den Oxygenator, so dass der Blutfluss konstant bleibt, aber kein Gasaustausch stattfindet. Die Beatmungsparameter werden angepasst, um eine angemessene Oxygenierung und Ventilation außerhalb der ECMO für mehrere Stunden aufrechtzuerhalten, und die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Dekanülierung wird ermittelt. Wenn die Ateminsuffizienz fortbesteht, aber die Herzfunktion sich zu erholen beginnt, muss darauf geachtet werden, dass die Vermischung von oxygeniertem und desoxygeniertem Blut in der aufsteigenden Aorta ausreichend gesättigt bleibt; alternativ können solche Patienten auf VV ECMO umgestellt werden.

Komplikationen der ECMO

Die häufigsten Komplikationen der ECMO sind Blutungen (bis zu 34 %) und Thrombosen (bis zu 17 %).4 Die Notwendigkeit einer systemischen Antikoagulation zur Verhinderung von Thrombosen an der Schnittstelle zwischen Blut und Katheter muss gegen ein erhöhtes Blutungsrisiko abgewogen werden. Disseminierte intravasale Gerinnung, Scherhämolyse und Thrombozytopenie können sich schleichend oder plötzlich entwickeln, und Gerinnungsfaktoren und Thrombozytenzahl sollten genau beobachtet werden. Bei den Patienten besteht ein erhöhtes Risiko für embolische, hypoxische und hämorrhagische Schlaganfälle. In Fallserien zur VA-ECMO wurde über Schlaganfallraten von ≈8 % berichtet.10

Klinische Evidenz

Die Evidenz, die die Anwendung der VA-ECMO als kurzfristige Lebenserhaltung bei schwerkranken Patienten unterstützt, ist begrenzt und stammt in erster Linie aus Fallserien, Kohortenstudien und Registerdaten, während randomisierte, kontrollierte Studien rar sind. In einer Fallserie wurden 10 Patienten wegen akutem Myokardinfarkt (20 %), fulminanter Myokarditis (20 %), dilatativer Kardiomyopathie (22 %), Postkardiotomieschock (20 %), nach einer Transplantation (12 %) und aus verschiedenen Gründen (6 %) mit ECMO behandelt. Die Mehrzahl der Patienten wurde über eine femorale Kanüle behandelt. Bei fünfzehn Patienten wurde eine ECMO zur eCPR eingesetzt (von denen nur einer überlebte). Fünfzehn Prozent der Patienten wurden vor Beginn der ECMO mit einer intraaortalen Ballon-Gegenpulsation behandelt. Bei mehr als der Hälfte der ECMO-Patienten trat eine schwerwiegende Komplikation auf, darunter schwere Blutungen (32 % aller Patienten), Femoralvenenthrombose (10 %), arterielle Ischämie (19 %), Vena-Cava-Thrombose (7 %), chirurgische Wundinfektion (17 %) oder ein offenes Lungenödem (6 %). Ein Schlaganfall trat bei 8 % der Patienten unter ECMO auf. Von den ursprünglich 81 aufgenommenen Patienten überlebten 34 (42 %) bis zur Entlassung aus der Intensivstation, und 29 (36 %) überlebten langfristig.

Rastan et al11 berichteten über ihre Erfahrungen mit der ECMO als Rettungstherapie bei Patienten mit refraktärem kardiogenem Schock nach Kardiotomie. Bei dieser kritisch kranken Patientengruppe (von denen fast drei Viertel trotz intraaortaler Ballon-Gegenpulsation vor der ECMO-Implantation immer noch einen Schock hatten) wurde die ECMO bei 63 % erfolgreich abgesetzt, und 25 % der Patienten überlebten bis zur Entlassung. Ein Schlaganfall trat bei 17 % auf, gastrointestinale Komplikationen bei 19 % und eine Nierenersatztherapie bei 65 %.

Anhand von Daten aus dem multizentrischen ELSO-Register berichteten Thiagarajan et al.12, dass die Überlebensrate bis zur Entlassung aus dem Krankenhaus bei Patienten, bei denen die ECMO zur Unterstützung der HLW bei Herzstillstand eingesetzt wurde, 27 % betrug. Im Gegensatz dazu wurden in einer Studie eines einzigen Zentrums bei Patienten mit einem außerklinischen Herzstillstand, die in einem refraktären Stillstand verbleiben, extrem schlechte Ergebnisse berichtet, selbst wenn die ECMO sehr früh eingeleitet wurde (mediane Zeit, 120 Minuten), wobei nur 4 % der Patienten bis zur Krankenhausentlassung mit einer günstigen neurologischen Prognose überlebten.13

Schlussfolgerungen

VA ECMO ist eine potenzielle Therapie für Patienten mit refraktärem kardiogenem Schock, insbesondere bei Patienten mit schwerem kardiogenem Schock und kombiniertem Atemversagen. Die VA-ECMO bei kardiogenem Schock ist eine Brücke zur Genesung, zur dauerhaften VAD-Implantation oder zur Transplantation, und der klinische Verlauf und die Prognose müssen bei der Beurteilung der Eignung eines Patienten für die ECMO eine zentrale Rolle spielen. Der Einsatz von VA ECMO bei kritisch kranken Patienten erfordert ein multidisziplinäres Team von Ärzten.

Der oben vorgestellte Patient blieb 8 Tage lang an VA ECMO, wurde aber nach angemessener kardiopulmonaler Erholung erfolgreich dekanüliert. Am 6. Tag nach der ECMO klagte sie über eine homonyme Hemianopie und es wurde ein okzipitaler Schlaganfall diagnostiziert, von dem sie sich glücklicherweise neurologisch vollständig erholte. Zur Sekundärprävention wurde ihr ein implantierbarer Kardioverter-Defibrillator eingesetzt. Es wurde ein Gentest durchgeführt, der eine Mutation im kardialen Natriumkanal-Gen SCN5A nachwies und den Befund eines Brugada-Musters im EKG bestätigte. Es wurde eine angemessene Beratung und ein Familienscreening durchgeführt, und der Patient hat sich bei der Nachuntersuchung gut entwickelt.

Fußnoten