Alveoläre Ventilation und Rekrutierung unter lungenprotektiver Beatmung

Zusammenfassung

Ziel der Beatmungstherapie bei ALI oder ARDS ist, einen ausreichenden Gasaustausch sicherzustellen und die erhöhte Atemarbeit zu senken, ohne die Lunge und den gesamten Patienten durch die Beatmung zusätzlich zu schädigen. Neben der Gewährleistung eines ausreichenden EELV und damit der Sicherstellung der Oxygenierung ist PEEP neben der unstrittigen Reduktion der V_T auch durch die Vermeidung des zyklischen Alveolarkollapses Teil protektiver Beatmungskonzepte. Allerdings besteht augenblicklich kein Konsens darüber, ob – und um welchen Preis – eine alveoläre Rekrutierung mit hohen Beatmungsdrücken angestrebt werden sollte („open up the lung”), oder ob es wichtiger ist, die Lunge möglichst wenig mechanisch zu belasten („keep the lung closed”). Das Potenzial für alveoläre Rekrutierung unterscheidet sich einerseits von Patient zu Patient, andererseits aber auch regional innerhalb einer Lunge. Dies scheint eher von atemmechanischen Verhältnissen – vor allem der Lungen–Elastance – abzuhängen als von der zugrunde liegenden Erkrankung. Nach bisheriger Studienlage konnte kein Vorteil für die Verwendung höherer PEEP–Werte oder anderer Methoden zur alveolären Rekrutierung im Hinblick auf die Letalität von Patienten mit akutem Lungenversagen belegt werden. Dies könnte aber auch daran liegen, dass eine individuelle Optimierung des PEEP oder anderer Methoden zur alveolären Rekrutierung unter Berücksichtigung regionaler Effekte nötig ist. Sinnvoll wäre also die Verwendung von Methoden zur alveolären Rekrutierung insbesondere eines PEEP, der durch Erhöhung des EELV einen ausreichenden Gasaustausch sicherstellt und gleichzeitig die beatmungsassoziierte Lungenschädigung durch Reduktion des exspiratorischen zyklischem Alveolarkollapses (tidaler Rekrutierung) und Vermeidung der inspiratorischen Überdehnung vermindert. Dafür werden in Zukunft neue bildgebende Verfahren zur bettseitigen Anwendung zur Verfügung stehen.

Abstract

Goal of mechanical ventilation is to improve gas exchange and reduce work of breathing without contributing to further lung injury. Besides providing adequate EELV and thereby arterial oxygenation PEEP in addition to a reduction in tidal volume is required to prevent cyclic alveolar collapse and tidal recruitment and hence protective mechanical ventilation. Currently, there is no consensus if and if yes at which price alveolar recruitment with high airway pressures should be intended („open up the lung”), or if it is more important to reduce the mechanical stress and strain to the lungs as much as possible („keep the lung closed”). Potential of alveolar recruitment differs from patient to patient but also between lung regions. Potential for recruitment depends probably more on regional lung mechanics – especially on lung elastance – than on the underlying disease. Based on available data neither high PEEP nor other methods used for alveolar recruitment could demonstrate a survival benefit in patients with ARDS. These results may support an individualized titration of PEEP or other manoeuvres used for recruitment taking into consideration the regional effects. Bedside imaging techniques allowing titration of PEEP or other manoeuvres to prevent end–expiratory alveolar collapse (tidal recruitment) and inspiratory overinflation may be a promising development.

Schlüsselwörter:

Akutes Lungenversagen - beatmungsassoziierter Lungenschaden - Rekrutierung - alveoläre Ventilation - maschinelle Beatmung

Key Words:

acute lung injury - ventilator associated lung injury - recruitment - alveolar ventilation - mechanical ventilation

Kernaussagen

• Ziel der Beatmungstherapie bei ALI oder ARDS ist, einen ausreichenden Gasaustausch sicherzustellen und die erhöhte Atemarbeit zu senken, ohne die Lunge und den gesamten Patienten durch die Beatmung zusätzlich zu schädigen.

• Zu den protektiven Beatmungskonzepten gehören: die Gewährleistung eines ausreichenden endexpiratorischen Lungenvolumens, die Sicherstellung der Oxygenierung, die Reduktion des Tidalvolumens und die Vermeidung des zyklischen Kollabierens von Alveolen.

• Umstritten ist, ob überhaupt eine alveoläre Rekrutierung z.B. mit hohen Beatmungsdrücken erfolgen soll (Open–Lung–Konzept) oder ob es wichtiger ist, die Lunge möglichst wenig mechanisch zu belasten.

• Das Potenzial für eine alveoläre Rekrutierung ist bei jedem Patienten individuell verschieden und ist auch von der Lungenregion abhängig; dies hängt eher mit der jeweiligen Lungen–Elastance zusammen als mit der zugrunde liegenden Erkrankung.

• Für hohe PEEP–Werte und anderen Methoden zur alveolären Rekrutierung konnte bisher kein Vorteil hinsichtlich Letalität von ARDS–Patienten gezeigt werden.

• Die Anwendung hoher PEEP–Werte und andere Rekrutierungsmethoden sollen einen ausreichenden Gasaustausch sicherstellen (durch Erhöhung des endexpiratorischen Lungenvolumens) und beatmungsassoziierte Lungenschädigung vermindern: durch Reduktion des exspiratorischen, zyklischen Alveolarkollapses und Vermeidung der inspiratorischen Überdehnung.

Literatur

• 1 Ashbaugh DG, Bigelow DB, Petty TL.. Acute respiratory distress in adults.  Lancet. 1967;  2 319-23
• 2 Milberg JA, Davis DR, Steinberg KP, Hudson LD.. Improved survival of patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS): 1983–1993.  JAMA. 1995;  273 306-9
• 3 Bernard GR, Artigas A, Brigham KL, Carlet J, Falke K, Hudson L. et al. . Report of the American–European consensus conference on ARDS: definitions, mechanisms, relevant outcomes and clinical trial coordination.  Intensive Care Med. 1994;  20 225-32
• 4 Gattinoni L, Pesenti A, Baglioni S, Vitale G, Rivolta M.. Inflammatory pulmonary edema and positive.end–expiratory pressure: correlations between imaging and.physiologic studies.  J Thorac Imaging. 1988;  3 59-64
• 5 Rimensberger PC, Cox PN, Frndova H, Bryan AC.. The open lung during small tidal volume ventilation: concepts of recruitment and "optimal" positive end–expiratory pressure.  Crit Care Med. 1999;  27 1946-52
• 6 Rimensberger PC, Pristine G, Mullen BM, Cox PN, Slutsky AS.. Lung recruitment during small tidal volume ventilation allows minimal positive end–expiratory pressure without augmenting lung injury.  Crit Care Med. 1999;  27 1940-5
• 7 Marini JJ, Gattinoni L.. Ventilatory management of acute respiratory distress syndrome: a consensus of two.  Crit Care Med. 2004;  32 250-5
• 8 Chiumello D, Carlesso E, Cadringher P, Caironi P, Valenza F, Polli F. et al. . Lung stress and strain during mechanical ventilation for acute respiratory distress syndrome.  Am J Respir Crit Care Med. 2008;  178 346-55
• 9 Gattinoni L, Caironi P, Carlesso E.. How to ventilate patients with acute lung injury and acute respiratory distress syndrome.  Curr Opin Crit Care. 2005;  11 69-76
• 10 Mead J, Takishima T.. Stress distribution in lungs: a model of pulmonary elasticity.  J Appl Physiol. 1970;  28 596-608
• 11 Gattinoni L, Caironi P.. Refining ventilatory treatment for acute lung injury and acute respiratory distress syndrome.  JAMA. 2008;  299 691-3
• 12 Pelosi P, Gattinoni L.. Acute respiratory distress syndrome of pulmonary and extra–pulmonary origin: fancy or reality?.  Intensive Care Med. 2001;  27 457-60
• 13 Gattinoni L, Presenti A, Torresin A, Baglioni S, Rivolta M, Rossi F. et al. . Adult respiratory distress syndrome profiles by.computed tomography.  J Thorac Imaging. 1986;  1 25-30
• 14 Gattinoni L, D'Andrea L, Pelosi P, Vitale G, Pesenti A, Fumagalli R.. Regional effects and mechanism of positive end–expiratory pressure in early adult respiratory distress syndrome.  JAMA. 1993;  269 2122-7
• 15 Gattinoni L, Pesenti A, Bombino M, Baglioni S, Rivolta M, Rossi F. et al. . Relationships between lung computed tomographic.density, gas exchange, and PEEP in acute respiratory.failure.  Anesthesiology. 1988;  69 824-32
• 16 Puybasset L, Cluzel P, Chao N, Slutsky AS, Coriat P, Rouby JJ.. A computed tomography scan assessment of regional lung volume in acute lung injury. The CT Scan ARDS Study Group.  Am J Respir Crit Care Med. 1998;  158 1644-55
• 17 Gattinoni L, Pelosi P, Suter PM, Pedoto A, Vercesi P, Lissoni A.. Acute respiratory distress syndrome caused by pulmonary and extrapulmonary disease. Different syndromes? (see comments).  Am J Respir Crit Care Med. 1998;  158 3-11
• 18 Lim CM, Kim EK, Lee JS, Shim TS, Lee SD, Koh Y. et al. . Comparison of the response to the prone position between pulmonary and extrapulmonary acute respiratory distress syndrome.  Intensive Care Med. 2001;  27 477-85
• 19 Thille AW, Richard JC, Maggiore SM, Ranieri VM, Brochard L.. Alveolar recruitment in pulmonary and extrapulmonary acute respiratory distress syndrome: comparison using pressure–volume curve or static compliance.  Anesthesiology. 2007;  106 212-7
• 20 Gattinoni L, Caironi P, Cressoni M, Chiumello D, Ranieri VM, Quintel M. et al. . Lung recruitment in patients with the acute respiratory distress syndrome.  N Engl J Med. 2006;  354 1775-86
• 21 Agarwal R, Srinivas R, Nath A, Jindal SK.. Is the mortality higher in the pulmonary vs the extrapulmonary ARDS? A meta analysis.  Chest. 2008;  133 1463-73
• 22 Borges JB, Okamoto VN, Matos GF, Caramez MP, Arantes PR, Barros F. et al. . Reversibility of lung collapse and hypoxemia in early acute respiratory distress syndrome.  Am J Respir Crit Care Med. 2006;  174 268-78
• 23 Hedenstierna G, Tokics L, Lundquist H, Andersson T, Strandberg A.. Phrenic nerve stimulation during halothane anesthesia. Effects of atelectasis.  Anesthesiology. 1994;  80 751-60
• 24 Pelosi P, D'Andrea L, Vitale G, Pesenti A, Gattinoni L.. Vertical gradient of regional lung inflation in adult respiratory distress syndrome.  Am J Respir Crit Care Med. 1994;  149 8-13
• 25 Gattinoni L, Pelosi P, Vitale G, Pesenti A, D'Andrea L.. Body position changes redistribute lung.computed–tomographic density in patients with acute.respiratory failure.  Anesthesiology. 1991;  74 15-23
• 26 Gattinoni L, Pesenti A, Avalli L, Rossi F.. Pressure–volume curve of total respiratory system in acute respiratory failure. Computed tomographic scan study.  Am Rev Respir Dis. 1987;  136 730-6
• 27 Gattinoni L, Vagginelli F, Carlesso E, Taccone P, Conte V, Chiumello D. et al. . Decrease in PaCO₂ with prone position is predictive of improved outcome in acute respiratory distress syndrome.  Crit Care Med. 2003;  31 2727-33
• 28 Hickling KG.. Best Compliance during a Decremental, But Not Incremental, Positive End–Expiratory Pressure Trial Is Related to Open–Lung Positive End–Expiratory Pressure. A mathematical model of acute respiratory distress syndrome lungs.  Am J Respir Crit Care Med. 2001;  163 69-78
• 29 Crotti S, Mascheroni D, Caironi P, Pelosi P, Ronzoni G, Mondino M. et al. . Recruitment and derecruitment during acute respiratory failure: a clinical study.  Am J Respir Crit Care Med. 2001;  164 131-40
• 30 Henzler D, Pelosi P, Dembinski R, Ullmann A, Mahnken AH, Rossaint R. et al. . Respiratory compliance but not gas exchange correlates with changes in lung aeration after a recruitment maneuver: an experimental study in pigs with saline lavage lung injury.  Crit Care. 2005;  9
• 31 Grasso S, Terragni P, Mascia L, Fanelli V, Quintel M, Herrmann P. et al. . Airway pressure–time curve profile (stress index) detects tidal recruitment/hyperinflation in experimental acute lung injury.  Crit Care Med. 2004;  32 1018-27
• 32 Wrigge H, Zinserling J, Muders T, Varelmann D, Gunther U, von der G G. et al. . Electrical impedance tomography compared with thoracic computed tomography during a slow inflation maneuver in experimental models of lung injury.  Crit Care Med. 2008;  36 903-9
• 33 Grasso S, Mascia L, Del M Turco, Malacarne P, Giunta F, Brochard L. et al. . Effects of recruiting maneuvers in patients with acute respiratory distress syndrome ventilated with protective ventilatory strategy.  Anesthesiology. 2002;  96 795-802
• 34 Villagra A, Ochagavia A, Vatua S, Murias G, del FM Mar, Lopez AJ. et al. . Recruitment maneuvers during lung protective ventilation in acute respiratory distress syndrome.  Am J Respir Crit Care Med. 2002;  165 165-70
• 35 Amato MB, Barbas CS, Medeiros DM, Magaldi RB, Schettino GP, Lorenzi FG. et al. . Effect of a protective–ventilation strategy on mortality in the acute respiratory distress syndrome.  N Engl J Med. 1998;  338 347-54
• 36 Brower RG, Morris A, MacIntyre N, Matthay MA, Hayden D, Thompson T. et al. . Effects of recruitment maneuvers in patients with acute lung injury and acute respiratory distress syndrome ventilated with high positive end–expiratory pressure.  Crit Care Med. 2003;  31 2592-7
• 37 Schreiter D, Reske A, Stichert B, Seiwerts M, Bohm SH, Kloeppel R. et al. . Alveolar recruitment in combination with sufficient positive end–expiratory pressure increases oxygenation and lung aeration in patients with severe chest trauma.  Crit Care Med. 2004;  32 968-75
• 38 Fan E, Wilcox ME, Brower RG, Stewart TE, Mehta S, Lapinsky SE, Meade MO, Ferguson ND.. Recruitment Maneuvers for Acute Lung Injury: A Systematic Review.  Am J Respir Crit Care Med.. 2008;  5
• 39 Villar J, Kacmarek RM, Perez–Mendez L, guirre–Jaime A.. A high positive end–expiratory pressure, low tidal volume ventilatory strategy improves outcome in persistent acute respiratory distress syndrome: a randomized, controlled trial.  Crit Care Med. 2006;  34 1311-8
• 40 Mercat A, Richard JC, Vielle B, Jaber S, Osman D, Diehl JL. et al. . Positive end–expiratory pressure setting in adults with acute lung injury and acute respiratory distress syndrome: a randomized controlled trial.  JAMA. 2008;  299 646-55
• 41 Meade MO, Cook DJ, Guyatt GH, Slutsky AS, Arabi YM, Cooper DJ. et al. . Ventilation strategy using low tidal volumes, recruitment maneuvers, and high positive end–expiratory pressure for acute lung injury and acute respiratory distress syndrome: a randomized controlled trial.  JAMA. 2008;  299 637-45
• 42 Putensen C, Mutz NJ, Putensen–Himmer G, Zinserling J.. Spontaneous breathing during ventilatory support improves ventilation– perfusion distributions in patients with acute respiratory distress syndrome.  Am J Respir Crit Care Med. 1999;  159 1241-8
• 43 Wrigge H, Zinserling J, Neumann P, Muders T, Magnusson A, Putensen C. et al. . Spontaneous breathing with airway pressure release ventilation favors ventilation in dependent lung regions and counters cyclic alveolar collapse in oleic–acid–induced lung injury: a randomized controlled computed tomography trial.  Crit Care. 2005;  9
• 44 Putensen C, Zech S, Wrigge H, Zinserling J, Stuber F, von T Spiegel. et al. . Long–term effects of spontaneous breathing during ventilatory support in patients with acute lung injury.  Am J Respir Crit Care Med. 2001;  164 43-9
• 45 Guerin C, Gaillard S, Lemasson S, Ayzac L, Girard R, Beuret P. et al. . Effects of systematic prone positioning in hypoxemic acute respiratory failure: a randomized controlled trial.  JAMA. 2004;  292 2379-87
• 46 Gattinoni L, Tognoni G, Pesenti A, Taccone P, Mascheroni D, Labarta V. et al. . Effect of prone positioning on the survival of patients with acute respiratory failure.  N Engl J Med. 2001;  345 568-73
• 47 Mancebo J, Fernandez R, Blanch L, Rialp G, Gordo F, Ferrer M. et al. . A multicenter trial of prolonged prone ventilation in severe acute respiratory distress syndrome.  Am J Respir Crit Care Med. 2006;  173 1233-9