key: cord-0006715-xehwgzdn authors: Pilarczyk, K.; Trummer, G.; Jakob, H.-G.; Dusse, F.; Marggraf, G. title: Extrakorporale Herz- und Lungenersatzverfahren: „Extracorporeal membrane oxygenation“, „extracorporeal life support“ und „pumpless extracorporeal lung assist“ date: 2013-01-16 journal: Z Herz Thorax Gefasschir DOI: 10.1007/s00398-012-0984-9 sha: c38cb29ba1fe770cec94a823de333696e9fd234b doc_id: 6715 cord_uid: xehwgzdn The use of extracorporeal support systems in cardiac and/or pulmonary failure is an established treatment option. Although scientific evidence is limited there is an increasing amount of data from individual studies, e.g. Conventional Ventilation or ECMO for Severe Adult Respiratory Failure (CESAR) trial 2010, suggesting that extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) as a veno-venous pump-driven system is a life-saving procedure in severe respiratory failure. Initially established as a rescue option for postcardiotomy cardiac failure extracorporeal life support (ECLS) as a pump-driven veno-arterial cardiovascular support system is increasingly being used in cardiogenic shock after myocardial infarction, as bridging to transplantation or as part of extended cardiopulmonary resuscitation. The pumpless extracorporeal lung assist (pECLA) as an arterio-venous pumpless system is technically easier to handle but only ensures sufficient decarboxylation and not oxygenation. Therefore, this method is mainly applied in primarily hypercapnic respiratory failure to allow lung protective ventilation. Enormous technical improvements, e.g. extreme miniaturization of the extracorporeal assist devices must not obscure the fact that this therapeutic option represents an invasive procedure frequently associated with major complications. With this in mind a widespread use of this technology cannot be recommended and the use of extracorporeal systems should be restricted to centers with high levels of expertise and experience. "Extracorporeal membrane oxygenation", "extracorporeal life support" und "pumpless extracorporeal lung assist" Begriffsbestimmungen Da es viele verschiedene Begriffe rund um das Thema temporäre Lungen-und Herz-Kreislauf-Ersatzverfahren gibt und diese häufig irreführend sowie uneinheitlich sind, hat die Deutsche Interdisziplinäre Vereinigung für Intensivmedizin (DIVI) sich auf die im Folgenden ausgeführten Empfehlungen geeinigt ( [1] ; . Abb. 1): Als "extracorporeal membrane oxygenation" (ECMO) wird die venovenös angeschlossene, pumpenbetriebene Lungenunterstützungstherapie mit Oxygenator bezeichnet. Sie zeichnet sich durch Oxygenierung sowie Decarboxylierung aus dem venösen Blut aus und wird zur Therapie von konservativ nichtbeherrschbarem, hpyoxämischem Lungenversagen eingesetzt. Eine Herz-Kreislauf-Unterstützung ist mit diesem Verfahren aufgrund der Kanülierung nicht möglich. Abzugrenzen davon ist die "pumpless extracorporeal lung assist" (pECLA), ein arteriovenös angeschlossenes, nichtpumpenbetriebenes Lungenunterstützungsystem mit einem "Low-resistance"-Oxygenator, das aufgrund der arteriovenösen Blutdruckdifferenz und damit abhängig vom Herzzeitvolumen (HZV) des Patienten eine suffiziente Decarboxylierung, jedoch keine ausreichende Oxygenierung gewährleistet. Somit wird dieses System nahezu ausschließlich beim primär hyperkapnischen Lungenversagen eingesetzt. Als "extracorporeal life support" (ECLS) -früher u. a. als venoarterielle ECMO bezeichnet -wird ein venoarteriell angeschlossenes pumpenbetriebenes Herz-Kreislauf-Unterstützungsystem bezeichnet, das nicht nur den Gasaustausch gewährleistet, sondern nahezu das gesamte HZV des Patienten übernehmen kann. Zentrifugalpumpen arbeiten nichtokklusiv. Daher kann es bei stehender Pumpe oder einer zu geringen Drehzahl beim ECLS-System zum Rückfluss vom arteriellen in den venösen Schenkel kommen. Aus diesem Grund müssen die Schläuche bei stehender Pumpe immer abgeklemmt werden. Der Vorteil der Zentrifugalpumpe liegt in der geringeren Blutschädigung. In der Regel werden ECMO-Systeme nichtpulsatil betrieben, Zentrifugalpumpen mit Impellern können jedoch auch pulsatil betrieben werden. Die verfügbaren Systeme sind alle kompakt und mit einem Akku ausgestattet, sodass sie für Transporte geeignet, aber noch nicht alle für alle Arten des Transports zugelassen sind. Die Unterschiede der einzelnen Systeme betreffen insbesondere ihre Beschichtungen: Während einige Systeme bioaktive Heparinbeschichtungen besit-zen, sind andere biopassiv mit einer "Physio" (Phosphorylcholin) beschichtet. Schlüsselwörter "Acute respiratory distress syndrome" · "Acute lung injury" · Oxygenierung · Decarboxylierung · Kardiopulmonale Reanimation Extracorporeal heart and lung replacement procedures. The use of extracorporeal support systems in cardiac and/or pulmonary failure is an established treatment option. Although scientific evidence is limited there is an increasing amount of data from individual studies, e.g. Conventional Ventilation or ECMO for Severe Adult Respiratory Failure (CESAR) trial 2010, suggesting that extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) as a veno-venous pump-driven system is a life-saving procedure in severe respiratory failure. Initially established as a rescue option for postcardiotomy cardiac failure extracorporeal life support (ECLS) as a pump-driven veno-arterial cardiovascular support system is increasingly being used in cardiogenic shock after myocardial infarction, as bridging to transplantation or as part of extended cardiopulmonary resuscitation. The pumpless extracorporeal lung assist (pECLA) as an arterio-venous pumpless system is technically easier to handle but only ensures sufficient decarboxylation and not oxygenation. Therefore, this method is mainly applied in primarily hypercapnic respiratory failure to allow lung protective ventilation. Enormous technical improvements, e.g. extreme miniaturization of the extracorporeal assist devices must not obscure the fact that this therapeutic option represents an invasive procedure frequently associated with major complications. With this in mind a widespread use of this technology cannot be recommended and the use of extracorporeal systems should be restricted to centers with high levels of expertise and experience. Acute respiratory distress syndrome · Acute lung injury · Oxygenation · Decarboxylation · Cardiopulmonary resuscitation Primärziel der Beatmung unter ECMO-Therapie ist die Vermeidung einer weiteren "ventilatorassoziierten Lungenschädigung" ("ventilator-associated lung injury", VALI). Daher sollte eine maximal-lungenprotektive Beatmung durchgeführt werden. Zugleich sollte eine zeitnahe Spontaneisierung ggf. mit frühzeitiger Tracheotomie des Patienten erfolgen, um unerwünschte Effekte einer prolongierten invasiven Beatmung [ventilatorassoziierte Pneumonie (VAP), Hypotrophie der Atemhilfsmuskulatur etc.] zu reduzieren. Auch wenn in den letzten Jahren auf dem Gebiet der extrakorporalen Systeme ei-ne rasante technische Entwicklung stattgefunden hat, sind Komplikationen während der ECMO-Therapie nicht selten. Eine Übersicht über Art und Häufigkeit von Komplikationen unter ECMO-Therapie gibt . Tab. 3 (http://www.eslonet.com). Der Aufbau eines "extracorporeal life support" (ECLS) entspricht prinzipiell dem der ECMO; lediglich die Kanülierung unterscheidet sich: Bei einer ECLS als Herzoder Herz-Lungen-Ersatz wird venöses Blut aus der V. cava inferior entnommen und arteriell zurückgeführt. Die ECLS kann sowohl zentral, d. h. im Bereich der thorakalen Aorta und des rechten Vorhofs, als auch peripher im Bereich der A. femoralis oder A. subclavia angeschlossen werden. Insgesamt existieren 3 Kanülierungskonfigurationen, die durch spezifische hämodynamische Verhältnisse und Komplikationen charakterisiert sind. So kann es je nach Art der Kanülierung zu einer mehr oder weniger stark ausgeprägten Mischung von sauerstoffreichem und -armem Blut in der oberen Körperhälfte kommen. Venöser Abfluss über die V. femoralis, arterieller Zufluss peripher über die A. femoralis. Das Einbringen einer großlumigen Kanüle in das periphere arterielle Gefäßsystem kann zu Perfusionsstörungen distal der Kanüle führen. Zur Prophy-laxe kann distal der arteriellen ECLS-Kanüle eine Beinperfusionskanüle (10-12 F) in Seldinger-Technik eingebracht werden. Alternativ besteht die Möglichkeit, den peripheren arteriellen Gefäßzugang chirurgisch mithilfe der Aufnaht einer Gefäßprothese (meist 8 mm) herzustellen. Das linke Herz sollte unter ECLS-Therapie zwar weitgehend entlastet werden, dennoch leicht auswerfen, um Thrombenbildungen an der ansonsten verschlossenen Aortenklappe zu vermeiden und um den linken Ventrikel zu entleeren. Je nach Ausmaß der linksventrikulären Auswurfleistung resultiert somit eine unterschiedlich stark ausgeprägte Mischperfusion der Körpers (. Abb. 3): Auch bei deutlich eingeschränkter eigener kardialer Auswurfleistung findet unter ECLS-Therapie die Koronardurchblutung hauptsächlich über das linksventrikulär ausgeworfene Blut statt. Bei zunehmender Auswurfleistung werden die gesamte obere Körperhälfte über das ausgeworfene Blut, die untere Körperhälfte über das retrograd von der ECLS zurückgeführte Blut perfundiert. Im Fall eines begleitenden Lungenversagens ist das vom Herzen ausgeworfene Blut schlecht oxygeniert, sodass sowohl die Koronargefäße -mit konsekutiver myokardialer Hypoxie -als auch ggf. die oberen Extremitäten und der Kopf des Patienten einer Sauerstoffunterversorgung unterliegen ("Harlekin-Phänomen"). Dies kann dazu führen, dass zwischen rechtem und linkem Arm sowie den unteren Extremitäten die arteriellen Sauerstoff-und Kohlendioxidpartialdrücke und auch die arterielle Sauerstoffsättigung stark differieren können. Da der Ort des höchsten Mischblutanteils aufgrund der anatomischen Situation der rechte Arm ist, sollten sowohl das Monitoring der Sauerstoffsättigung als auch die Blutgasentnahme an dieser Stelle erfolgen, um eine lokale Hypoxämie frühzeitig detektieren zu können. Des Weiteren kann es -insbesondere bei einer Insuffizienz der Aortenklappe -zu einer massiven Volumenbelastung des linken Ventrikels mit linksventrikulärer Distension kommen. In diesem Fall muss ein "vent" im linken Ventrikel für Entlastung sorgen, der das System allerdings verkompliziert und es anfälliger für U m s c h l a g p u n k t E C L S -F l u s s / L V -P u l s a t io n Abb. 3 8 Hämodynamische Bedingungen bei zunehmender kardialer Pumpfunktion unter "Extracorporeal-life-support"(ECLS)-Therapie bei femorofemoraler Kanülierung. LV linksventrikulär Luftembolien macht. Alternativ kann eine Vorhofseptostomie erfolgen [13] . Im Gegensatz zur ECMO hat sich das Verfahren der ECLS außerhalb der Herzchirurgie im Rahmen eines Postkardiotomielow-output-Syndroms erst in den letzten Jahren etabliert. Daher existieren bisher kaum Empfehlungen zum Einsatz der ECLS [14] . Im Allgemeinen ist die ECLS-Implantation bei Patienten mit therapierefraktärem kardiogenem Schock zu erwägen, wenn diese trotz maximaler konservativer Therapie einschließlich Volumen-, Vasopressor-, Inotropikagabe sowie Intraaortaler-Ballonpumpen(IABP)-Implantation keine ausreichende systemische Perfusion aufbauen [14] . Des Weiteren ist die ECLS unter gewissen Umständen im Rahmen einer erweiterten kardio-pulmonalen Reanimation ("cardiopulmonary resuscitation", CPR) zu erwägen. Die Entscheidung zur ECLS-Implantation muss immer im Team und individuell von Fall zu Fall getroffen werden. Dabei müssen v. a. Patientenalter, Prognose des Patienten, Begleiterkrankungen, Ziel der ECLS-Therapie, neurologischer Status und bereits vorliegende Endorganschäden (Multiorganversagen?) berücksichtigt werden. Folgende Erkrankungen gelten als Grundlage der ECLS-Implantation: F "post-perfusion low-cardiac output" bzw. "Weaning"-Versagen nach extrakorporaler Zirkulation, F akute Exazerbation einer chronischen Herzinsuffizienz, F akute massive Lungenemboli, F akutes kardiales Versagen nach Intoxikation, F Kühlung von Patienten nach Herz-Kreislauf-Stillstand, F kardiogener Schock bei akutem Myokardinfarkt und F akute Transplantatabstoßung. Da es sich bei der ECLS nicht um eine dauerhafte Therapieoption, sondern um eine Überbrückungsmaßnahme handelt, kann die ECLS-Therapie aufgrund ihrer Zielsetzung, wie folgt, klassifiziert werden: F "Bridge to recovery": Überbrückung bis zur Erholung der myokardialen Funktion, v. a. bei Myokarditispatienten. F "Bridge to decision": In der Akutsituation ist die Entscheidung für eine weiterführende, eskalierende Therapie oft schwierig, z. B. bei unklarer neurologischer Situation nach Reanimation. Die ECLS bietet die Möglichkeit der Stabilisierung in der Akutphase, um Zeit für die weitere Therapieplanung [z. B. "Left-ventricle-assistent-device"(LVAD)-Implantation] zu gewinnen. F "Bridge to bridge": Die Überbrückung zur Implantation eines kardialen Assist device [LVAD, RCAD, BVAD), um dann eine Herztransplantation anzustreben. F "Bridge to transplantation": Überbrückung zur Herztransplantation. In den aktuellen nationalen und internationalen Leitlinien zur CPR wird die ECLS als bevorzugte Methode zur aktiven internen Wiedererwärmung bei hypothermen Patienten mit Atem-und Herz-Kreislauf-Stillstand sowie Patienten nach Intoxikation mit kardiodepressiven Substanzen und konsekutivem Herz-Kreislauf-Versagen empfohlen [15] . Zahlreiche Studien belegen jedoch, dass der Einsatz eines ECLS-Systems unter CPR prinzipiell bei jeder potenziell kurativ behandelbaren Grundkrankheit zu überlegen ist. Anhand kleiner Fallzahlen ist eine Überlebensrate nach Herz-Kreislauf-Stillstand und CPR durch den ECLS-Einsatz von 27% beschrieben, bei Patienten, die sonst keine Therapiemöglichkeit mehr gehabt hätten [16] . Andere Untersuchungen berichten von einer Krankenhausüberlebensrate nach Einsatz eines ECLS-Systems bei CPR von 40-50% [17] . Eine prospektive, randomisierte Studie zum ECLS bei "outof-hospital cardiac arrest" ist in Planung (Prague OHCA Study). Möglichkeit und Sinnhaftigkeit der ECLS-Implantation während der CPR bleiben individuell im Einzelfall abzuwägen und hängen von der Prognose des Patienten sowie Dauer, Art und Grund der CPR ab. Die ECLS-Implantation erfordert einen hohen logistischen Aufwand sowie ein ECLS-Team im "standby" (24/7). Ein möglicher Algorithmus zur Evaluation von Patienten unter CPR hinsichtlich der Indikation zur ECLS-Implantation ist in . Abb. 4 zu sehen. Ein Ausschlusskriterium ist der hypoxische Herz-Kreislauf-Stillstand. Moderne ECMO-/ECLS-Systeme sind leicht zu implantieren, hoch effektiv und transportabel. Dennoch dürfen rasante Entscheidend für den Erfolg der pEC-LA-Therapie scheint, ähnlich wie bei der ECMO-Therapie, der frühzeitige Einsatz zu sein, um der Lungenschädigung durch eine aggressive Beatmung vorzubeugen: So ist dem "ILA-Registry" zufolge die Überlebensrate bei Patienten mit "chronic obstructive pulmonary disease" (COPD) im Fall einer frühzeitigen pEC-LA-Implantation (<48 h nach respiratorischer Acidose, pH <7,25) mit 75% signifikant besser als bei Patienten mit verspäteter ILA-Therapie (http://www.novalung. com). Prospektiv-randomisierte Studien zum Einsatz der pECLA existieren nicht. Die Mortalität lag in den bisher publizierten Fallserien mit 57% (263 von 462 Patienten) unter der erwarteten Sterblichkeit. In allen Studien konnte die suffiziente Decarboxylierung mit konsekutiver Deeskalation der mechanischen Beatmung erreicht werden. Die Inzidenz von lokalen Komplikationen an der arteriellen Kanülierungsstelle konnte im Zeitraum von 2006 bis 2009 von 24,4 auf 11,9% gesenkt werden; es traten keine pECLA-assozierten Todesfälle auf [20] . Aufgrund ständiger technischer Weiterentwicklung, insbesondere im Bereich der Systemminiaturisierung, sind die weitere Zunahme der Implantationszahlen und auch die Ausweitung auf weitere Indikationsgebiete im Bereich der kurz-und längerfristigen Herz-/Lungenunterstützungssysteme zu erwarten. Im Bereich der ECLS-Therapie hat der bereits stattgefundene Wandel der LVAD-Therapie weg vom "bridging to transplant" hin zur "Destination"-Therapie zu einer breiteren Anwendung an Patienten, die keine Transplantationskandiaten sind, Diagnostik und interventionelle Therapie Köln: Deutscher Ärzte-Verlag 2012, 974 S., 592 Abb., (ISBN 978-3-7691-1274-0) , 149.00 EUR Mit dem Herzkatheter-Manual von Raimund Erbel, Björn Pflicht, Philipp Kahlert und Thomas Konorza aus Essen wurde ein Buch aufgelegt, welches sich nach 10-jähriger Entwicklungs-und Reifungsphase ohne weiteres in die Reihe der großen Lehrbücher der invasiven Kardiologie einfügt. Das Buch beginnt mit einer Aufarbeitung der durchaus nicht immer geradlinigen Geschichte der interventionellen Kardiologie, welche durch das Geleitwort von Professor Jürgen Meyer, einem der Pioniere der PTCA, eingerahmt wird. Schon beim Durchblättern des 970 Seiten starken Lehrbuchs erkennt man die Reize dieses Werks. Die Autoren haben auf Basis einer langen beruflichen und praktischen Erfahrung die zentralen Aspekte der invasiven Kardiologie im Herzkatheterlabor herausgearbeitet und didaktisch hervorragend aufbereitet. Mit einer beeindruckenden Anzahl an Grafiken, Bildern und Diagrammen wird einem das komplette Spektrum der diag nostischen und therapeutischen Verfahren der interventionellen Kardiologie veranschaulicht. Angefangen bei den zugrunde liegenden Pathologien werden Krankheitsbilder, Diagnostik und die hoch technisierten, tagesaktuellen Therapieverfahren erläutert. Von der instabilen Angina pectoris über den Infarkt und die Aortendissektion bis hin zu neuesten interventionellen Verfahren, wie der transfemoralen und transapikalen Aortenklappenimplantation, sind alle Bereiche vertreten, mit denen man sich als interventionell tätiger Kardiologe konfrontiert sehen könnte. Zusätzlich bekommt man praxisbezogene Tipps und Tricks an die Hand, sowie einleuchtende Handlungsleitfäden, die für das eigene Katheterlabor technisch und organisatorisch umgesetzt werden können. Auf dem Weg zum interventionellen Kardiologen kann das Buch ein wertvoller Begleiter sein. Allen aktuellen Leitlinien, Studienprotokollen und "Standard Operating Procedures" zum Buchbesprechungen Trotz schaffen es die Autoren dank des lebendigen Schreibstils, die Neugier des Lesers immer wieder neu zu entfachen. Einzig die beigefügte CD mag ein wenig enttäuschen, wenn man das ein oder andere Video einer Intervention erwartet hat. Der Datenträger liefert "lediglich" das im Herzinfarktverbund Essen verwendete Material zur Patienteninformation über das akute Koronarsyndrom, seiner Diagnose und der Therapieverfahren sowie das Handbuch mit den "standing orders" der Essener Katheterlabore. Am Ende stehen zwei Dinge fest: Es war eine Freude, dieses Werk rezensieren zu dürfen, und wer invasiv kardiologisch tätig sein möchte, dem sei dieses Lehrbuch herzlich empfohlen. Einteilung mechanischer Herz-, Lungen und/oder Kreislaufunterstützungssysteme Ambulatory veno-venous extracorporeal membrane oxygenation: innovation and pitfalls Bedside exclusion of clinically significant recirculation volume during venovenous ECMO using conventional blood gas analyses Extracorporeal membrane oxygenation in adults with severe respiratory failure: a multi-center database Extracorporeal membrane oxygenation in severe acute respiratory failure. A randomized prospective study Randomized clinical trial of pressure-controlled inverse ratio ventilation and extracorporeal CO2 removal for adult respiratory distress syndrome Efficacy and economic assessment of conventional ventilatory support versus extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure (CESAR): a multicentre randomised controlled trial Extracorporeal membrane oxygenation for pandemic influenza A(H1N1) induced acute respiratory distress syndrome. A cohort study and propensity-matched analysis The American-European Consensus Conference on ARDS. Definitions, mechanisms, relevant outcomes, and clinical trial coordination Acute respiratory distress syndrome: the Berlin definition Current approaches to the treatment of severe hypoxic respiratory insufficiency (acute lung injury; acute respiratory distress syndrome) Evidence-based therapy of severe acute respiratory distress syndrome: an algorithm-guided approach Percutaneous left-heart decompression during extracorporeal membrane oxygenation: an alternative to surgical and transeptal venting in adult patients Position article for the use of extracorporeal life support in adult patients Part 1: Executive summary: 2010 International consensus on cardiopulmonary resuscitation and emergency cardiovascular care science with treatment recommendations A 5-year experience with cardiopulmonary resuscitation using extracorporeal life support in non-postcardiotomy patients with cardiac arrest Assessment of outcomes and differences between inand out-of-hospital cardiac arrest patients treated with cardiopulmonary resuscitation using extracorporeal life support Société française d'anesthésie et de réanimation, Société française de cardiologie, et al (2009) Guidelines for indications for the use of extracorporeal life support in refractory cardiac arrest. French Ministry of Health A new pumpless extracorporeal interventional lung assist in critical hypoxemia/hypercapnia Pumpless extracorporeal interventional lung assist in patients with acute respiratory distress syndrome: a prospective pilot study geführt. Darüber hinaus gibt es zunehmend Bemühungen zur Etablierung von Netzwerken, um Patienten im schwersten kardiogenen Schock oder sogar im Rahmen einer CPR auch jenseits des herzchirurgischen Settings mit einer ECLS zu versorgen und anschließend in ein Zentrum der Maximalversorung mit herzchirurgischer Expertise zu verlegen. Des Weiteren gibt es erste positive Berichte über den Einsatz eines ECLS in der Therapie des septischen Schocks; eine asiatische retrospektive Observationsstudie wird voraussichtlich Ende 2013 vorgestellt.Die pECLA hat sich in den letzten Jahren weg vom Rescue-Verfahren beim schwersten hyperkapnischen Lungenversagen hin zum Tool zur Vermeidung einer lungenschädigenden Beatmung entwickelt. So wird dieses Verfahren zunehmend beim wachen ansprechbaren Patienten angewendet, um die endotracheale Intubation mit all ihren negativen Effekten zu vermeiden. Ähnliches lässt sich von der ECMO-Therapie berichten: Aufgrund des Wissens um dies lungenschädigenden Effekte einer aggressiven Beatmung wird die Indikation zur ECMO-Therapie immer früher gestellt. Eine prospektive randomisierte Studie zum frühen Einsatz der ECMO -3-6 h nach Diagnose eines schweren ARDS -befindet sich in der Rekrutierungsphase (Extracorporeal Membrane Oxygenation for Severe Acute Respiratory Distress Syndrome, EOLIA).Insbesondere die Anwendung einer Doppellumenkanüle ermöglicht den Langzeiteinsatz in wachen und mobilen Patienten, z. B. als Bridging zur Lungentransplantation. Die Ergebnisse einer prospektiven Studie zur ECMO-Therapie in wachen Patienten vor Lungentransplantation werden 2014 erwartet. Zusammengefasst handelt es sich daher bei der extrakorporalen Herz-und/oder Lungenunterstützung um ein Gebiet mit großem Entwicklungspotenzial, das nicht nur zahlenmäßig immer mehr in den Fokus der Herzchirurgen und der Intensivmediziner tritt.