Extrakorporale Membran Oxygenierung (ECMO) und

Arbeitsgemeinschaft für Intensivpflege
Extrakorporale Membran Oxygenierung (ECMO)
und Extrakorporales Life Support System (ECLS)
Extrakorporale Membran Oxygenierung (ECMO) und Extrakorporales
Life Support System (ECLS) sind
mittlerweile etablierte Standardverfahren an kardiochirurgischen Zentren.
Die Betreuung der Geräte obliegt den
Kardiotechnikern in enger Zusammenarbeit mit den behandelnden Ärzten.
In universitären Krankenhäusern der
Maximalversorgung erhalten die jeweiligen Fachabteilungen in der Regel
ebenfalls von der kardiotechnischen
Abteilung technische Unterstützung
für den Einsatz dieser Systeme.
Dies beinhaltet den Setaufbau, die Bereitstellung und Wartung der Konsolen, sowie das Entlüften der Systeme.
Bei der Implantation beraten sie den
implantierenden Arzt bei der Kanülenauswahl sowie dem Kanülierungsverfahren und nehmen das System in
Betrieb. Nach Beginn der Unterstützung begleiten sie die Patienten auf
„Inhousetransporten“ und stehen bei
Fragen und Personalschulungen rund
um das System zur Verfügung (Beckmann A; Europ J Cardiothorac Surg
2011; 40:676). Das ECMO-Verfahren kommt typischerweise als pulmonale Unterstützung bei Patienten mit
therapierefraktärem ARDS oder bei
Patienten mit anderen, konservativ
nicht beherrschbaren Lungenerkrankungen zum Einsatz. Die Zeit für die
Unterstützung kann zwischen wenigen Tagen bis hin zu mehreren Wochen betragen.
Das Einsatzgebiet des ECLS ist vielfältig, da es nicht nur den Gasaus26
J Invas Cardiol 2008; 20:E269; Shammas NW; J Invas Cardiol 2002; 14:756).
Begriffsbestimmung
Abb. 1: Schematische Darstellung
ECMO/ECLS-Set mit Entlüftungsbeutel,
hier abgebildet das PLS-System
Mit freundlicher Genehmigung von Maquet
Cardiopulmonary AG (Rastatt, Deutschland).
tausch verbessert, sondern auch den
Kreislauf mit bis zu 100% des Herzzeitvolumens (HZV ) unterstützen
kann. Häufig wird es eingesetzt bei
Postkardiotomieversagen, Links- und/
oder Rechtsherzversagen, nach Lungentransplantation, nach Reanimation oder zur Wiedererwärmung nach
Unterkühlung (Schmid C; Thorac Cardiovasc Surg 2009; 57:449).
Da es sehr viele verschiedene Begriffe
rund um die ECMO/ECLS-Therapien gibt, diese aber oftmals irreführend und nicht einheitlich sind, haben sich die Fachgesellschaften (Beckmann A; Europ J Cardiothorac Surg
2011; 40:676) auf folgende Definitionen geeinigt:
Als ECMO wird die veno-venös angeschlossene Unterstützungsform bezeichnet. Diese zeichnet sich durch
eine Oxygenierung sowie CO2-Elimination aus dem venösen Blut aus
und wird zur Therapie von konservativ
nicht beherrschbarem Lungenversagen eingesetzt. Eine Kreislaufunterstützung ist mit diesem Unterstützungsverfahren aufgrund der Kanülierung nicht möglich.
Als ECLS wird ein veno-arteriell angeschlossenes System bezeichnet, das
nicht nur den Gasaustausch unterstützt, sondern auch das gesamte HZV
des Patienten übernehmen kann.
ECMO- und ECLS-Systeme
Zunehmend haben in letzter Zeit niedergelassene Kardiologen Interesse an
solchen Systemen gefunden, um Patienten bei sogenannten „HochrisikoPTCA s“ im Notfall unterstützen zu
können. Im Falle eines Zwischenfalles
werden die Patienten mit einem ECLSSystem versorgt und zu einem spezialisierten Zentrum gebracht (Arlt M;
Artif Org 2009; 33; 9:696-703; Lee MS;
Auf dem Markt stehen aktuell vier
verschiedene Komplett- Systeme zur
Verfügung:
1. Maquet PLS-System (PLS Oxygenator mit 14-Tageszulassung)
mit Sprintercart und integriertem
Normothermiegerät
2. Maquet Cardiohelp-System (HLS
Modul Advanced 7,0 mit 14-TaNr. 4, 2012
ECMO und ECLS
geszulassung) mit Sprintercart und
integriertem Normothermiegerät
3. Medos deltastream DP3 ECMO
System (Highlight LT im Set mit
24 h-Zulassung) mit Transportwagen und integriertem Hypo/
Normothermiegerät
4. SORIN SCPC ECMO/ECLSKonsole mit Custom Set (EOS,
ECC.O 5 oder Lilliput 2 jeweils
mit 5-Tageszulassung)
Die Systeme sind alle mit einem
Akku ausgestattet, der einen Betrieb
bei Stromausfall und Transporte beispielsweise innerhalb eines Krankenhauses erlaubt. Die Akkulaufzeit liegt
je nach Herstellerangabe bei ca. 30 bis
60 min. Die Hypo/NormothermieGeräte sind bei allen Konsolen, außer
der SORIN-Konsole, auf dem Wagen platziert. Hierdurch sind diese
kompakt und bestens für Transporte
geeignet. Auch mit dem SORIN-System sind solche Transporte möglich.
Durch das separate Hypo/Normothermiegrät müssen allerdings dabei
zwei Geräte bewegt werden.
Die Schlauchsets bestehen alle aus einer Zentrifugalpumpe, einem plasmadichten Membranoxygenator (mit Polymethylpenten (PMP) Kapillaren),
mehreren Metern 3/8 Zoll Schlauch
und zwei bis drei Druckmesspunkten
(Abbildung 1).
Die Systemdruckwerte werden vor
und nach dem Oxygenator gemessen.
Einige Zentren verwenden auch eine
Druckmessung in der venösen Linie,
um den Sog vor der Zentrifuge zu bestimmen.
Die Unterschiede dieser Systeme liegen vor allem in Ihren Beschichtungen. Die Sets von Maquet und MeNr. 4, 2012
Abb. 2: Schematische Darstellung der ECMO mit zwei Kanülen.
Mit freundlicher Genehmigung von Maquet Cardiopulmonary AG (Rastatt, Deutschland).
Abb. 3: Schematische Darstellung der ECMO-Kanülierung mit der Avalonkanüle.
Mit freundlicher Genehmigung von Avalon Labaratories (Los Angeles, USA).
dos sind mit einer bioaktiven Heparinbeschichtung ausgestattet (Maquet:
Bioline, Medos: Reoparin). Die Sets
von Sorin sind biopassiv mit „Physio“
(Phosphorylcholin) beschichtet. Im
klinischen Einsatz ist nach Literaturangaben kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Beschichtungsformen zu erwarten ( Jacobs S;
Perfusion 2011; 26:496, Marcoux J;
Perfusion 2009; 24:307).
Als Blutpumpen werden bei diesen
Systemen Zentrifugalpumpen eingesetzt. Zentrifugalpumpen sind nicht
okklusive Pumpen. Dies bedeutet für
die Praxis, dass es bei stehender Pumpe oder zu geringer Drehzahl beim
ECLS-System zu einem Rückfluss
aus dem arteriellen Schenkel in den
venösen kommt. Aus diesem Grund
müssen die Schläuche bei stehender
Pumpe immer geklemmt werden.
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Kanülierungsformen
Die ECMO wird peripher angeschlossen. Grundsätzlich bestehen
zwei Möglichkeiten der Kanülierung
(Ganslmeier P; Thorac Cardiovasc Surg
2011; 59:103):
1. Die Blut abführende Kanüle wird
in die Vena femoralis eingebracht
(21-25 Fr.) und die Blut zuführende Kanüle (17-21 Fr.) in die Vena
jugularis interna (Abbildung 2).
2. Bei Verwendung einer Doppellumenkanüle (Avalon Elite Bi-Caval DLC 13-31 Fr.) wird diese in
die Vena jugularis interna eingebracht (Abbildung 3).
Die ECLS kann sowohl zentral als
auch peripher angeschlossen werden.
Insgesamt bestehen hier vier Möglichkeiten der Kanülierung (Ganslmeier P;
Thorac Cardiovasc Surg 2011; 59:103;
Bakhtiary F; J Thorac Cardiovasc Surg
2008; 135:382):
1. Arterieller Zufluss über eine direkte Kanülierung der Aorta ascendens (18-24 Fr.). Venös wird eine
Zwei- (40/32 Fr.) oder Dreistufenkanüle (29 Fr.) durch das rechte Vorhofohr eingebracht.
2. Arterieller Zufluss peripher über
die Arteria femoralis mit separater Beinperfusion: Venös wird die
Vena femoralis punktiert und der
abführende Katheter (19-25 Fr.)
in Seldinger Technik eingebracht.
Alternativ wird die Arteria femoralis punktiert und die zuführende Känule (18-22 Fr.) in Seldin-
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Abb. 4: Schematische Darstellung des femo-femoralem Anschlusses der ECLS.
Mit freundlicher Genehmigung von Maquet Cardiopulmonary AG (Rastatt, Deutschland).
ger Technik eingebracht. Zusätzlich wird die Arteria femoralis
nach peripher erneut punktiert und
die Beinperfusionskanüle (10-12
Fr.) ebenfalls in Seldinger Technik
eingebracht. (Abb. 4).
3. Arterieller Zufluss peripher über
die Arteria subcalvia mit separater
Armperfusion: Venös wird die
Vena femoralis punktiert (Kanüle
19-25 Fr.).
Alternativ erfolgt der arterielle
Zufluss über eine Punktion der
rechten Arteria subclavia (Känule
18-22 Fr.). Zusätzlich wird die Arteria Subclavia in Richtung des
Armes punktiert und die Armperfusionskanüle (10-12 Fr.) eingebracht.
4. Alternativ besteht die Möglichkeit, den peripheren arteriellen
Gefäßzugang chirurgisch mittels
Anastomose einer 8 mm Gefäßprothese herzustellen. In diese Pro-
these wird dann eine 20 Fr. Kanüle
eingeführt und mittels Ligatur befestigt. Um eine Hyperperfusion
der entsprechenden Extremität zu
verhindern, muss das Gefäß „gebändelt“ werden.
Gerinnungsmanagement
Das ECMO/ECLS-System weist
eine große Fremdoberfläche auf (ca.
2 qm), die zur Aktivierung des Gerinnungs- und Komplementsystems
führt. Die häufigsten Komplikationen
in der ECMO/ECLS-Therapie sind
Blutungen, die durch die erforderliche
Gerinnungshemmung bedingt sind.
Da die Hemmung der Gerinnung
durch die Gabe von Heparin erfolgt,
sollte die Dosierung einem strengen
Protokoll unterliegen (Tabelle 1).
In der Regel kann die Gerinnungshemmung mit Beginn der extrakorporalen Zirkulation durch eine Bolus-
Nr. 4, 2012
ECMO und ECLS
gabe (ca. 80-100 i.E./kg/KG) begonnen werden und dann kontinuierlich
über einen Perfusor bis zur Beendigung der Therapie fortgeführt werden.
Bestehen Kontraindikationen für die
Gerinnungshemmmung, z. B. bei
Blutungen nach chirurgischen Eingriffen, kann initial auf die Heparingabe verzichtet werden. Die Gerinnungshemmung sollte dann ca. 6
Stunden nach dem Sistieren der Blutung begonnen werden.
Die Überwachung der Gerinnungshemmung („Monitoring“) erfolgt je
nach Protokoll entweder über die
ACT (Bereich 160-180 sec.) oder die
PTT (Bereich 50-60 sec.) (Beckmann
A; Eur J Cardiothorac Surg 2011, 40:
676-681). Die Messintervalle sollten
zu Beginn der Therapie engmaschig
erfolgen und können im Verlauf mit
Stabilisierung der Gerinnungssituation verringert werden. Zusätzlich
sollte die D-Dimere täglich bestimmt
werden. Über die Verlaufskurve der
D-Dimere ist es möglich, eine „verdeckte Gerinnungsaktivierung“ zu erkennen. Steigt diese im Verlauf stark
an, sollte die Indikation zum Systemwechsel diskutiert werden (Gehron et
al., Kardiotechnik 2/2007; 33-36).
Gasflusssteuerung und FiO2
Die Gasflusssteuerung entspricht im
Wesentlichen den gleichen Regeln,
die für die maschinelle Beatmung
gelten. Zur Steuerung des PaO2 wird
der FiO2 von 21 bis 100% eingestellt.
Je höher die O2-Konzentration im
Frischgaszufluss des Oxygenators eingestellt ist, desto mehr Sauerstoff diffundiert über die Membran des Oxygenators in das Patientenblut. Zur
Steuerung des PaCO2 wird der Frischgasfluss über die Membran des OxyNr. 4, 2012
Tabelle 1: Beispielhafte Übersicht der Gerinnungsparameter
Parameter
Normbereich
Soll ECMO/ECLS
ACT
PTT
INR
ATIII
D-Dimere
Thrombozyten
Fibrinogen
80 - 120 sec
20 - 40 sec
1
70 - 120%
<0,5mg/l
150000-350000 μl
200 - 400 mg/dl
160 - 180 sec
50 - 60 sec
<1,3
>90%
kein starker Anstieg
>90000 μl
200 - 400 mg/d
Tabelle 2: Gasfluss und Veränderung der Parameter
Änderung
CO2
O2
Gasfluss
↑
↓
↑
↓
↓
↑
-
↑
↓
Min. 1l/min
Max. 10l/min
Min. 21%
Max. 100%
Gasfluss
Gasfluss
FiO2
FiO2
genators von etwa 1 l/min bis zu 10 l/
min eingestellt. Je höher der Gasfluss,
desto mehr CO2 kann eliminiert werden (Tabelle 2).
Blutgasentnahmen
Der Ort der Blutgasentnahme ist abhängig vom gewählten Unterstützungsverfahren und der Kanülierung
des Patienten. Je nach Art der Kanülierung kann es zu mehr oder weniger
stark ausgeprägter Mischung von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem
Blut in der oberen Körperhälfte kommen. Dieser Umstand muss bei der
Blutentnahme berücksichtigt werden:
1. ECMO zur Lungenunterstützung
(Veno-venöser Kanülierung): In diesem Fall kann die Blutentnahme
und Interpretation der Werte wie
üblich aus einem arteriellen Zugang erfolgen.
2. ECLS mit femo-femoralem
Zugang:
In diesem Fall ist der retrograde
Fluss des ECLS-Systems zu beachten. Grundsätzlich besteht die
Möglichkeit, dass das vom Herz
ausgeworfene Blut aufgrund eines
Lungenversagens schlecht oxygeniert ist und lediglich die Sättigung
der venösen Kreislaufseite aufweist.
Dies kann dazu führen, dass zwischen dem rechten und linken
Arm die PaO2, PaCO2 und Sättigungswerte stark differieren können. Da der Ort des höchsten
Mischblutanteils aufgrund der
anatomischen Situation der rechte
Arm ist, sollte bei diesem Systemanschluss die Blutgasentnahme
auch an dieser Stelle erfolgen.
Zusätzlich ist es sinnvoll, regelmäßig auch die zentralvenöse Sättigung zu bestimmen. Diese sollte
>70% sein.
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3. ECLS mit Femoral-SubclaviaZugang:
Bei diesem Zugang fließt das Blut
durch den Truncus brachiocephalicus direkt in den Aortenbogen
und generiert somit einen fast physiologischen Fluss. Der rechte Arm
wird direkt über das ECLS-System versorgt. Zur Blutgasentnahme bieten sich bei dieser Versorgung also Blutgase aus dem linken
Arm sowie aus den Femoralgefäßen an. Zusätzlich ist es sinnvoll,
die zentrale bzw. gemischtvenöse
Sättigung zu bestimmen.
4. Bei zentraler Kanülierung kann an
beiden Armen sowie an den Femoralgefäßen die Blutentnahme
erfolgen.
Technische Probleme
und Notfallmaßnahmen
Technische Probleme mit den Systemen sind aufgrund ihrer Einfachheit
und Zuverlässigkeit selten. Am häufigsten treten Gerinnungsprobleme
mit Bildung von Thromben und Fibrinablagerungen auf. Diese können
je nach Ausbildung das Tauschen einzelner Komponenten bis hin zum
ganzen System inklusive Kanülen notwendig machen.
Der Ausfall von Gerätekomponenten
wie der Hypo/Normothermiegeräte,
dem Pumpenkopf, der Pumpensteuerung mit Akku und Netzeinheit oder
des Gasblenders können einen Komponententausch notwendig machen.
Fällt beispielsweise der Pumpenantrieb oder die Steuerung aus, muss
der Betrieb der Einheit vorübergehend bis zum Komponententausch
mit einer Handkurbel aufrechterhalten werden. In diese Maßnahme muss
jeder eingewiesen sein, der den Patienten betreut.
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Gelegentlich kann es durch Manipulationen am Patientenbett zu mechanischen Beschädigungen des Systems
z. B. durch Abreißen des arteriellen
Schlauches vom Oxygenator oder der
Kanülen aus dem Patienten kommen.
Diese Komplikationen sind in der Regel mit einem hohen Blutverlust des
Patienten und einer hypotonen Kreislaufsituation bis hin zu einem Kreislaufstillstand verbunden.
Als Sofortmaßnahme sollte in einem
solchen Fall das System arteriell wie
venös mit Schlauchklemmen geklemmt werden, um weitere Blutverluste sowie Luftembolien zu verhindern. Die ggf. nötige Reanimation
sollte eingeleitet werden und fachkundige Hilfe zur Neuimplantation bzw.
Entlüftung und Wiederanschluss des
Unterstützungssystems (z. B. durch
Kardiotechnik und Chirurgen) gerufen werden.
Da es beim Einsatz der ECMO/
ECLS-Systeme immer wieder zu lebensbedrohenden peripheren und
auch zentralen Gefäßkomplikationen
und anderen Zwischenfällen kommen
kann, empfiehlt die Arbeitsgruppe
EKZ der Deutschen Gesellschaft für
Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie,
sowie die Deutsche Gesellschaft für
Kardiotechnik (DGFK) den Einsatz
dieser Systeme nur in Zentren, die
über die entsprechende Expertise verfügen, um die Kanüle sicher in Seldinger und/oder chirurgischer Technik
zu platzieren, Gefäßkomplikationen
kathetertechnisch und/oder chirurgisch beheben zu können sowie eine
Notfallthorakotomie und den Einsatz
der EKZ durchführen zu können.
Für den Kardiotechniker werden die
Ausbildungsansprüche des European
Board of Cardiovascular Perfusion
(EBCP) vorausgesetzt (Beckmann A;
Europ J Cardiothorac Surg 2011; 40:
676). Die Systeme sollten nur in Zentren eingesetzt werden, die über eine
Herz- und Gefäßchirurgie verfügen
oder mit diesen eng kooperieren, um
ein Kompetenzteam bilden zu können, das potentielle Komplikationen
sicher beherrscht.
Dieses Team sollte aus dem implantierenden Arzt, dem Anästhesisten,
dem Kardiotechniker, dem betreuenden Arzt der Intensivstation sowie der
entsprechenden Pflegeperson bestehen. Zudem sollten schriftliche Standards bestehen, aus denen die Zielwerte der Therapie hervorgehen, die
alle Beteiligten kennen und darauf zugreifen können. An diesen Standards
sollten sich die Therapie der Patienten sowie die Personalschulung der
Ärzte und des Pflegepersonals orientieren.
Die zentrale Rolle der Patienten- und
Systembeobachtung kommt dem
Pflegepersonal der Intensivstation zu.
Dieses betreut 24 Stunden am Tag
den Patienten und bemerkt somit als
erstes Veränderungen, Funktionsstörungen oder Ausfälle des Systems und
kann nötige Schritte zur Behebung
umgehend einleiten.
Interessenskonflikte: Keine
Christian Klüß
Stv. Leitung Kardiotechnik
Klinik für Herz- und Gefäßchirurgie
Deutsches Herzzentrum
München
[email protected]
Nr. 4, 2012