Animal Health Langzeitbeatmung in der Tiermedizin – technische Spielerei oder realistische Therapieoption René Dörfelt, Elisabeth Mauser > Medizinische Kleintierklinik, Ludwig Maximilians Universität München Einleitung Die künstliche Beatmung bei Intensivpatienten ist in der Humanmedizin seit mehreren Jahrzehnten etabliert und stellt dort ein Standardtherapieverfahren zur Unterstützung von Patienten mit pulmonalen Erkrankungen und zur Sicherung der Sauerstoffversorgung dar. In humanmedizinischen Intensivstationen wird ein Großteil der Patienten mit mehr oder weniger invasiven Ventilationsstrategien über Zeiträume von mehreren Wochen unterstützt. Durch den Einsatz von Tracheotomietuben und Beatmungsmasken wird die Invasivität der künstlichen Ventilation zunehmend vermindert und die Verträglichkeit dieser unterstützenden Maßnahme verbessert. Die Tiermedizin kann nicht auf solche ausgeprägten Erfahrungen in der Langzeitventilation zurückblicken. Es sind vereinzelte Studien, in denen Hunde und Katzen über mehr als 24 Stunden ventiliert wurden, vorhanden (Beal et al. 2001, Hoareau 2011, Hopper et al. 2007, Hopper 2009, Rutter et al. 2011, Tegzes et al. 2002). Die Zahl der behandelten Patienten ist jedoch recht gering. Zudem existieren nur an wenigen tiermedizinischen Einrichtungen Beatmungsgeräte, die eine wenig invasive Langzeitventilation ermöglichen. Die meisten in der Tiermedizin eingesetzten Beatmungsgeräte sind Anästhesiegeräte, die oft nur eine kontrollierte Beatmung ohne Rücksicht und ohne Zuhilfenahme der noch vorhandenen patienteneigenen Atmung durchführen. Ein zusätzliches Problem stellt die notwendige Sedation unserer Patienten und die damit verbundenen intensivmedizini- schen Überwachungs- und Pflegemaßnahmen dar. Hierfür ist eine 24 Stunden am Tag besetzte Intensivstation mit entsprechender apparativer Ausstattung unbedingt erforderlich. Im vorliegenden Artikel werden Indikationen zu Langzeitbeatmung, technische Voraussetzung, Patientenmanagement und Komplikationen der Langzeitventilation in der Tiermedizin aufgeführt. Indikationen Eine mechanische Ventilation sollte bei allen Patienten, die aus eigenen Kräften eine adäquate Ventilation nicht mehr durchführen können, hypoxischen Patienten und Tieren, die zur Aufrechterhaltung der Sauerstoffversorgung eine maximale Atemarbeit leisten müssen, angewandt werden. Dies umfasst Erkrankungen des Nervensystems, muskuläre Erkrankungen, Intoxikationen sowie primäre und sekundäre Lungenerkrankungen (Beal et al. 2001, Hoareau 2011, Hopper et al. 2007, Hopper 2009, Rutter et al. 2011, Tegzes et al. 2002). Neuromuskuläre Erkrankungen wie Schädel-Hirn-Trauma, Schädigungen des Rückmarkes im Halswirbelsäulenbereich, Polyradikuloneuritis, Myasthenia gravis, Botulismus aber auch Tetanus führen meist zur Verminderung der Atemarbeit, die notwendig ist, um eine adäquate Abatmung von Kohlendioxid (CO2) zu ermöglichen (Beal et al 2001, Hayes 2009, Hopper et al. 2007, Rutter et al 2011, Smarick et al. 2007, Wells et al. 2009). Die Ansammlung von CO2 stellt oft das Hauptproblem bei Pa- tienten mit neuromuskulären Erkrankungen dar und wird als Hyperkapnie aufgrund alveolärer Hypoventilation bezeichnet. CO2 wirkt bei extremer Ansammlung im Körper sedierend und trägt dadurch wiederum zur Verminderung der Atemtätigkeit bei. Zudem führt ein erhöhter CO2 Spiegel zu einer respiratorischen Azidose, die bei entsprechenden Ausmaßen lebensbedrohlich wird. Eine Hypoventilation mit einem endexpiratorischen oder arteriellen CO2 Gehalt von 60 mmHg bzw. 8 kPa stellt eine Indikation zur Beatmung des Patienten dar (Hopper 2009). Bei starker Atemdepression durch neuromuskuläre Erkrankungen kommt es zusätzlich, auch bei Sauerstoffzufuhr, zur verminderten Sauerstoffaufnahme und somit zur Hypoxie, die ebenfalls zum Tode führen kann. Verschiedene Toxine und Medikamente wie Barbiturate, Ivermectin, Moxydectin, Hydroxizine und andere Sedativa vermindern die Atemtätigkeit und führen somit zur Hypoventilation und Hyoxie (Beal et al. 1999, Hopper et al. 2002, Hopper et al. 2009, Tegzes et al. 2002). Andere Toxine wie Metaldehyd, welches in Schneckenkorn vorkommt und starke systemische Krämpfe auslöst, benötigen zur Behandlung eine tiefe Sedation (Yas-Natan et al. 2007). In diesen Fällen sind zum Teil sehr hohe Dosen von Sedativa und Anästhetika notwendig, die ihrerseits die Ventilation vermindern und daher eine Unterstützung des Patienten mit künstlicher Beatmung nötig machen. Primäre und sekundäre parenchymatöse Lungenerkrankungen wie Aspirationspneumonie, Wasseransammlung in der Lunge logo_vetpropet.indd 1 durch Ertrinken, Pneumonien infektiöser Genese, kardiogenes Lungenödem, neurogenes Lungenödem und nichtkardiogenes Lungenödem mit Proteinextravasation (Akutes Atemnotsyndrom – ARDS) führen zur Verminderung des Gasaustausches in der Lunge (Abraham 2005, Heffner et al. 2008). Dabei wird die Diffusionsbarriere für Sauerstoff deutlich erhöht. Dies führt zu einer Verminderung der Sauerstoffaufnahme in das Blut und damit zur Hypoxämie und zur zellulären Hypoxie (Abraham 2005). Bei diesen Erkrankungen kann man ab einem arteriellen Sauerstoffpartialdruck von weniger als 60 mmHg trotz adäquater Sauerstoffzufuhr von einer ventilationspflichtigen Hypoxie ausgehen (Hopper 2009). Alternativ kann an Stelle der arteriellen Blutgasanalyse zur Diagnostik bei ruhigen Patienten auch eine Pulsoxymetrie durchgeführt werden. Diese ist jedoch recht anfällig gegenüber Bewegungsartefakten, wie sie bei polypnoeischen Patienten nicht selten vorkommen. Des Weiteren benötigen sie eine gute Perfusion an der Messstelle um ein zuverlässiges Ergebnis zu liefern (Moens und Coppens 2007). Die Sauerstoffsättigung, gemessen mit dem Pulsoxymeter, von unter 90% korreliert mit einer ventilationspflichtigen Hypoxämie (Abraham 2005, Hopper 2009, Moens und Coppens 2007). Auch bei weniger schweren Lungenerkrankungen kann eine künstliche Beatmung den Patienten unterstützen. Dies ist besonders dann der Fall, wenn zur Aufrechterhaltung der Sauerstoffversorgung eine deutlich verstärkte Atemarbeit nötig ist. Diese führt mit der Zeit zur Erschöpfung der Atemmuskulatur und zur Ermüdung des Patienten aufgrund von Schlafmangel und Energieunterversorgung. Daher sollte bei Hunden und Katzen, auch bei einer noch adäquaten Sauerstoffversorgung, im Falle einer entsprechenden Verstärkung der Atemarbeit über eine unterstützende Ventilation nachgedacht werden (Hoareau et al. 2011, Hopper 2009). Technische Voraussetzungen Um eine künstliche Ventilation durchführen zu können ist ein Zugang zu den Atemwegen unumgänglich. Dieser erfolgt klassi- scher Weise mit Hilfe eines orotrachealen Tubus. Dieser wird von den Patienten nicht ohne adäquate Sedation toleriert. Hier ist die Phase der Intubation von besonders hohem Risiko, da es durch die Sedation zur weiteren Verminderung der Atemarbeit kommt. Zur Erhaltung der Toleranz während der Intubation wie auch zum Tubuswechsel ist ebenfalls eine adäquate Sedation nötig (Abraham 2005). Eine Alternative zur orotrachealen Intubation stellt der Einsatz der Larynxmaske dar. Diese Methode zur Sicherung der Atemwege wird in der Anästhesie eingesetzt und ist scheinbar weniger invasiv, weniger reizend und benötigt daher eine potentiell geringere Sedationstiefe. Durch die Larynxmaske ist eine Ventilation möglich, allerdings können nicht so hohe Beatmungsdrücke wie mit einem orotrachealen Tubus erreicht werden. Daher empfiehlt sich der Einsatz weniger bei Patienten mit Lungenparenchymveränderungen, sondern eher bei Patienten mit neuromuskulären Erkrankungen. Ein weiterer Nachteil der Larynxmaske ist der recht unsichere Sitz auf dem Larynx. Bei Manipulationen kann die Maske leicht verrutschen und dann ihrerseits den Atemweg verlegen. Daher sollte sie nur unter permanenter Überwachung eingesetzt werden (Timmermann 2011). Der Einsatz von Tracheotomietuben wird besonders in der humanmedizinischen Literatur diskutiert. Diese Tuben ermöglichen eine verminderte Sedationstiefe und somit eine selbständige Ernährung der Patienten. Zum Legen der Tuben ist eine Tracheotmie meist unter Allgemeinanästhesie nötig. Daher erscheint ein Einsatz dieser Tuben besonders bei Patienten mit einer Beatmungsdauer von über 48 Stunden sinnvoll (Abraham 2005). Selbst in der Humanmedizin existieren widersprüchliche Untersuchungen zum Einfluss der Tracheotomietuben auf die Überlebenschance des Patienten. Daher können diese noch nicht uneingeschränkt empfohlen werden. Trotz allem scheint das Patientenmanagement mit Tracheotomietubus einfacher als mit einem orotrachealen Tubus. In der Humanmedizin werden zur nichtinvasiven Ventilation Gesichtsmasken verwendet. Diese haben keinen direkten Einfluss auf die Atemwege und ermöglichen vor allem bei Patienten ohne Lungenpa- Abb. 1 Hund an der Dauerbeatmung in Dauersedation mit Überwachungsprotokoll und Multiparametermonitor. 04.01.12 13:12 Rücksicht auf den Patienten. Die kontrollierte Beatmung kann druckkontrolliert oder volumenkontrolliert erfolgen. Das heißt, es wird dem Patienten entweder ein festgelegter Beatmungsdruck oder ein festgelegtes Beatmungsvolumen zugeführt. Bei allen kontrollierten Methoden wird gegen die Spontanatmung angeatmet, was zu Schäden der Alveolen führen kann. Zudem wir die Atemmuskulatur nicht benutzt. Diese kann besonders bei längeren Beatmungszeiten atrophieren, macht so die Umstellung auf eine Spontanatmung schwer und erhöht das Komplikationsrisiko. Aus diesen Gründen wurden verschieden assistierte Beatmungsmodi entwickelt. Hierbei erkennt die Beatmungsmaschine den spontanen Atemzug und vertieft diesen. Falls der Spontanatemzug ausfällt, greift die Maschine ein und gibt einen kontrollierten Atemzug. Je nach Intensität und Anteil der Spontanatmung am Atemzyklus werden verschiedene assistierte Beatmungsmodi unterschieden (Abraham 2005). Abb. 2 Maschine zur Langzeitbeatmung von Intensivpatienten (Hamilton C2) im Übungsbetrieb. renchymschäden eine adäquate Ventilation. Nachteil der Gesichtsmasken ist unter anderem, dass zur Ventilation ein sicherer Sitz der Maske mit vollständigem Abschluss zur Umgebung nötig ist. Da unsere Patienten unterschiedliche Formen des Gesichtsschädels haben, ist der Einsatz standardisierter Maskenformen nicht möglich. Ein weiterer Nachteil der Maskenbeatmung ist eine partielle Ventilation des Ösophagus und des Magens. Dies kann zu einer ventilatorassoziierten Magenaufgasung führen (Abraham 2005). Die klassische maschinelle Ventilation wird mit Tidalvolumina von 10-12 ml/kg und einer Frequenz von 10-20 Atemzügen pro Minute durchgeführt. In verschiedenen Studien konnte gezeigt werden, dass besonders bei längerer Beatmung mit diesen Einstellungen deutliche Scherkräfte an den Alveolen auftreten. Damit werden diese geschädigt und die Lungenfunktion verschlechtert sich. Daher werden beim Menschen zunehmend Ventilationsstrategien mit geringen Volumina von 6-8 ml/kg und höheren Frequenzen, welche zu geringeren iatrogenen Lungenschädigungen führen sollen, angewandt. Einige humanmedizinische Geräte vereinigen die Konzepte der assistierten Ventilation mit den geringen Beatmungsvolumina und analysieren während der Beatmung permanent die Eigenaktivität des Patienten. Dies ermöglicht eine möglichst lungenschonende Beatmung (Abraham 2011). Ventilationsmöglichkeiten Für die Beatmung stehen, je nach noch vorhandener Atemaktivität, verschiedene Beatmungsmodi zur Verfügung. Bei der kontrollierten Beatmung übernimmt die Maschine die komplette Atmung ohne Zusätzlich werden in der Langzeitbeatmung noch andere Möglichkeiten zur Unterstützung der Lungenfunktion eingesetzt. Dazu zählt der positive end-expiratorische Druck (PEEP), der dazu führt, dass die Alveolen auch während der Exspiration permanent offen gehalten werden. Damit wird die Gefahr des Alveolarkollapses vermindert. Wenn diese Technik unter Spontanatmung durchgeführt wird, bezeichnet man diese als kontinuierlichen positiven Atemwegsdruck (Hopper 2009). Bei Erkrankungen, die mit massiven Alveolaratelektasen einhergehen, werden Techniken zur Wiedergewinnung der kollabierten Alveolen verwendet. Diese sogenannten Recruitment Manöver haben einen deutlichen Einfluss auf das kardiovaskuläre System und sollten daher nur unter voller Überwachung von Herzaktivität und Blutdruck durchgeführt werden. Methodisch wird bei diesen Manövern die Lunge entweder über einen gewissen Zeitraum oder stufenweise aufgebläht. Dies führt zur Re-expansion kollabierter Alveolen und somit zur Erweiterung der dem Gasaustausch zur Verfügung stehenden Fläche (Wettstein et al. 2006). Überwachung Unsere Patienten benötigen zur mechanischen Ventilation eine mehr oder weniger tiefe Sedation. Die Sedationsprotokolle können je nach Grunderkrankung und zusätzlichen Erkrankungen aus Barbituraten oder aus Nicht-Barbituratanästhetika wie Propofol oder Alfaxalon bestehen (Clare 2009). Kombinationen mit anderen Sedativa wie Alpha-2-Agonsiten (Medetomidin), Benzodiazepinen (Midazolam, Diazepam) und Opioiden (Morphin, Fentanyl) werden ebenfalls verwendet (Ethier et al. 2008). Diese werden als Dauertropf verabreicht und müssen in ihren Wirkungen und Nebenwirkungen permanent überwacht und in der Dosis adaptiert werden. Aus bereits erwähnten Gründen müssen künstlich ventilierte Patienten permanent intensiv überwacht werden. Dazu zählt die Beurteilung der Sedationstiefe und des kardiovaskulären Systems genauso wie die intensivmedizinische Betreuung in Hinblick auf Infusionstherapie und Ernährung als auch die permanente Pflege der Tiere in Bezug auf weiche Lagerung, Positionswechsel und Physiotherapie (Clare 2009). Die Vitalparameter der Patienten sollten permanent mit einem Multiparametermo- logo_vetpropet.indd 1 nitor inklusive EKG, Blutdruck und Pulsoxymetrie analysiert werden. Zur Beurteilung der Ventilationseffektivität und der Lungenfunktion sollte unbedingt eine Kapnographie und eine Messung des Sauerstoffgehaltes im Blut sowie wenn möglich eine Spirometrie erfolgen. Um die Oxygenation des Blutes zu beurteilen sollte im Idealfall eine regelmäßige Kontrolle der arteriellen Blutgase, am besten über einen arteriellen Katheter, durchgeführt werden (Clare 2009, Hopper 2009). Da der Patient dauerhaft sediert ist, muss zur Verminderung von Alveolaratelektasen und Druckstellen an der Haut eine permanente Positionsänderung erfolgen. Dazu wird der Patient alle 4 h um 90° um die eigene Achse rotiert. Da die Tränensekretion aufgrund der Sedation eingeschränkt ist, wird eine befeuchtende Augensalbe alle 4 Stunden auf die Kornea aufgetragen. Eine regelmäßige Reinigung und Befeuchtung der Maulhöhle ist ebenso notwenig wie ein Wechsel der Tubusposition alle 4 h bzw. ein Wechsel verschmutzter Tuben. Die Ernährung der Patienten sollte adäquat entweder über ösophageale Ernährungssonden oder als total parenterale Ernährung erfolgen. Neben der weichen und trockenen Lagerung ist auch auf adäquaten Urinund Kotabsatz zu achten (Clare 2009, Hopper 2009). Komplikationen Wie bereits erwähnt kann es durch die Ventilation selbst zur Schädigung der Lunge kommen. Dies ist besonders bei der Verwendung hoher Beatmungsdrücke und Beatmungsvolumina der Fall. Daher sollte der Anteil der kontrollierten Beatmung sowie die Tidalvolumina auf ein Minimum reduziert werden. Demnach wird auch bei hypoventilierten Patienten meist keine Normokapnie von 35-45 mmHg endexpiratorischem CO2 angestrebt, sondern je nach Begleiterkrankungen eher eine leicht Hyperkapnie von bis zu 50 mmHg toleriert (Hopper 2009). Der während der Ventilation applizierte Sauerstoff kann seinerseits ebenfalls zur Schädigung der Alveolen führen. Diese erfolgt meist bei einem inspiratorischen Sauerstoffgehalt von über 60% über einen Zeitraum von mehr als 24 h (Hopper 2009). Die Sauerstoffradikale führen zur lokalen Entzündung der Alveolen, damit zur Ausschüttung von Entzündungsmediatoren, zur Rekrutierung weiterer Entzündungszellen und zur weiteren Unterhaltung der Entzündung (Carpellier et al. 1999). Zur Vermeidung dieser Sauerstoffintoxikation und gleichzeitigen Aufrechterhaltung der Sauerstoffversorgung sollte in der Dauerventilation mit Sauerstoffkonzentrationen von 30 – 60 % gearbeitet werden. Die Ventilation geht mit einer Steigerung des intrathorakalen Druckes einher. Dieser vermindert den venösen Rückfluss zum Herzen und kann daher auch die Herzauswurfleistung und den Blutdruck erniedrigen (Lücke et al. 2007). Bei entsprechenden intrathorakalen Drücken kommt es zum Rückstau von Blut in Abdominalorgane und Gehirn. Dies kann, besonders in Verbindung mit einigen Sedativa, zur Funktionsstörung der Nieren und zu Magen-Darm-Motilitätsstörungen führen. Durch den Rückstau kann es auch zur Erhöhung des intrakraniellen Druckes kommen (Abraham 2005). Dieser ist vor allem bei Patienten mit Gehirnerkrankungen unerwünscht. muskulären Störungen oder Intoxikationen haben eine deutlich bessere Prognose als Tiere mit Lungenparenchymerkrankungen wie ARDS. Durch die Dauersedation wird die gesamte Skelettmuskulatur der Patienten nicht mehr beansprucht, was besonders bei begleitender Unterernährung zur Muskelatrophie führt (Jaber et al. 2011). Die Langzeitventilation gibt uns die Möglichkeit schwer kranke Tiere über Phasen der Hypoventilation oder Hypoxie zu bringen und auch bei deutlich erschwerter Atemarbeit zu unterstützen. Dabei sind Dauersedation und intensives Management unverzichtbar. Besonders mit modernen Beatmungsmethoden können diese Patienten adäquat ventiliert werden. Ein intensives Management und Überwachung ist notwendig um die Vielzahl der potentiellen Komplikationen zu erkennen und vorzubeugen. Tiere mit neuromuskulären Erkrankungen und Tiere die aufgrund erschwerter Atemarbeit beatmet werden, haben die besten Überlebenschancen. Eine Beatmung sollte sowohl aus medizinischen Gründen zur Verbesserung von Oxygenation und Ventilation, als auch aus ethischen Gründen bereits frühzeitig ins Auge gefasst und gegebenenfalls durchgeführt werden. Durch Perfusionsstörungen des MagenDarm-Traktes, aber auch durch tracheale Tuben, besteht ein hohes Risiko der Keimverschleppung in die Lunge oder ins Blut. Dauerbeatmete Tiere sind Sepsis gefährdet und sollten diesbezüglich engmaschig überwacht werden. Erworbene, ventilatorassoziierte Lungenentzündungen sind eine der Hauptkomplikation bei beatmeten Tieren. Um eine Keimeinschleppung zu vermeiden sind daher jegliche Tuben und Katheter steril zu händeln (Clare 2009, Hopper 2009, Rutter et al. 2011). Prognose Die Prognose für das Tier an der Dauerbeatmung ist deutlich von der Grunderkrankung abhängig. Tiere mit primären neuro- Von 14 Hunden mit Halswirbelsäulenerkankungen, die aufgrund von Hypoventilation langfristig beatmet wurden, überlebten 10 (Beal et al. 2001). Bei Hunden, die länger als 24 h beatmet wurden, war die Überlebensrate der Hunde, die aufgrund einer Hypoventilation beatmet wurden, mit 39 % deutlich höher als die der Hunde mit Hypoxie (22 %) oder Hypoventilation und Hypoxie (8 %) (Hopper et al. 2007). Von 14 Hunden, die aufgrund von Myasthenie oder Polyradikuloneuritis beatmet werden mussten, konnten 3 (21%) die Klinik verlassen (Rutter et al. 2011). Von 15 brachycephalen Hunden, welche mechanisch ventiliert wurden, konnten 27 % entlassen werden. Alle überlebenden Patienten wurden aufgrund vermehrter Atemarbeit, die zur Aufrechterhaltung der Sauerstoffversorgung notwendig war, beatmet (Hoareau et al. 2011). Zusammenfassung 04.01.12 13:12 Animal Health Literatur: Abraham E (2005) Respiratory disorders. In: Fink MP, Abraham E, Vincent JC, Kochanek PM (Hrsg.) Textbook of Critical Care, Fifth Edition, Elsevier Saunders, Philadelphia, 445-719. Beal MW, Paglia DT, Griffin GM, Hughes D, King LG. 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