CME-Fortbildung aus CHAZ 10/2022
Moderne Verfahren der Einlungenventilation bei intrathorakalen operativen Eingriffen
Was die Chirurgin/der Chirurg wissen sollte* – Teil 1
Andrea Irouschek, Andreas Moritz, Tobias Golditz, Torsten Birkholz, Georg F. Weber, Raymund E. Horch, Horia Sirbu, Joachim Schmidt
Die Einlungenventilation (ELV), d. h. die einseitige Beatmung der Lunge auf der operationsabgewandten Seite und die Ausschaltung der Ventilation der operationsseitigen Lunge, bildet die Grundvoraussetzung für die problemlose Durchführung von Eingriffen an Organen und Strukturen im Thorax, wie Lunge, Pleura und Mediastinum in der Thoraxchirurgie, von Eingriffen an der Aorta descendens in der Herzchirurgie bzw. der Speiseröhre in der Viszeralchirurgie sowie von komplexen Rekonstruktionen der Brustwand in der plastischen Chirurgie und von Wirbelsäulenstabilisierungen in der Neuro- und Unfallchirurgie.
Entsprechend kann man heutzutage davon ausgehen, dass für moderne intrathorakale OP-Verfahren eine suffiziente ELV als Standard zu fordern ist. Allerdings stellt die Erleichterung der OP nur eine relative Indikation für den Einsatz der ELV dar. Zudem erfordern die Auswahl und der Einsatz der unterschiedlichen Verfahren zur Generierung einer ELV über Doppellumentubusse, Univent-Tubusse bzw. normale Endotrachealtubusse in Kombination mit einem Bronchusblocker sowohl theoretisches Wissen als auch erlernte praktische Expertise. Da die Chirurgin/der Chirurg sich im Bereich der intrathorakalen Chirurgie die Lunge mit der Anästhesistin/dem Anästhesisten „teilt“, erscheint es auch für Chirurginnen und Chirurgen unerlässlich, Grundzüge zur Physiologie und Pathophysiologie sowie zur praktischen Durchführung der ELV zu verinnerlichen. Hierzu soll der folgende CME-Beitrag seinen Beitrag leisten.
Physiologische Grundlagen: Anatomie der Lunge und der Atemwege
Die Atemwege werden anatomisch in obere und untere Atemwege eingeteilt. Die oberen Atemwege bestehen aus Nasopharynx, Oropharynx und Hypopharynx mit Kehlkopf. Der Nasopharynx ist unterteilt in Vestibulum, Cavum und Meatus nasi sowie der Pars nasalis des Epipharynx. Die respiratorische Schleimhaut des Nasopharynx erwärmt und feuchtet die Einatemluft an. Der Larynx mit Epiglottis und Glottis (Stimmbänder, M. vocalis) ist für die Stimmbildung zuständig und bildet die Pforte zu den unteren Atemwegen. Während sich die rechte Lunge in drei Lappen und zehn Segmente unterteilen lässt, weist die linke Lunge zwei Lappen und neun Segmente auf. Die unteren Atemwege beinhalten die Trachea und die Bronchien. Die Trachea teilt sich an der Trachealbifurkation in den rechten und linken Hauptbronchus auf. Der rechte Hauptbronchus wiederum teilt sich in die Bronchien für die drei Lappen (Ober-, Mittel- und Unterlappen) der rechten Lunge auf. Im Oberlappen sind in der Regel drei Segmentbronchien angelegt, im Mittellappen zwei Segmentbronchien und im Unterlappen fünf Segmentbronchien. Anatomisch ist der Abgang des rechten Hauptbronchus beim Erwachsenen steiler als der Abgang des linken Hauptbronchus. Dies führt dazu, dass Fremdkörper (Tubus, Aspiration) häufiger ihren Weg in die rechte Lunge nehmen. Der Abgang des rechten Oberlappens aus dem Hauptbronchus liegt in der Regel 1,5 bis 2,5 Zentimeter distal der Trachealbifurkation. Allerdings besteht hier eine große anatomische Vielfalt. So ist in seltenen Fällen bereits ein Abgang aus der Trachea proximal der Trachealbifurkation mit einer Häufigkeit von 1 zu 250 in der Literatur beschrieben.
Der linke Hauptbronchus geht in einem flacheren Winkel von zirka 35 Grad von der Trachealbifurkation ab und teilt sich beim Erwachsenen erst nach vier bis fünf Zentimetern in den Oberlappen mit Lingua und den Unterlappen auf. Im Oberlappen sind in der Regel fünf Segmentbronchien und im Unterlappen vier Segmentbronchien vorhanden. Nach Abgang der Segmentbronchien teilt sich die Lunge in kleine Bronchien, Bronchiolen, respiratorische Bronchiolen und letztendlich in die Ductus alveolares auf, in denen der Gasaustausch stattfindet [12].
Systemkreislauf und Durchblutung der Lunge: Das venöse Blut gelangt über die Vena cava superior und inferior in den Vorhof des rechten Herzens und von dort in den rechten Ventrikel und anschließend über den Truncus pulmonalis in die Lungenarterien und Kapillargefäße. In den Alveolen, die von den Kapillargeflechten umgeben sind, findet der Gasaustausch statt. Das Blut wird mit Sauerstoff angereichert, gleichzeitig wird Kohlendioxid abgegeben. Das arterialisierte Blut gelangt nun über die vier Venae pulmonales in den linken Vorhof und von dort über den linken Ventrikel in den Systemkreislauf. Die Lungenarterien verlaufen parallel zum Bronchialsystem, die Lungenvenen hingegen verlaufen in den Bindegewebssepten der jeweiligen Lungensegmente. Die Gefäßversorgung der Lunge wiederum erfolgt über die Vasa privata. Die Aa. bronchiales sind Gefäßäste aus der Aorta thoracica, die entlang der Bronchien verlaufen und das Lungenparenchym und die Bronchien bis zu den Sacculi alveolares mit Sauerstoff versorgen [39].
Abbildung 1_Einseitige Intubation im Trachealmodell. Beim Einsatz konventioneller Magill-Tubusse besteht kein Aspirationsschutz der nichtventilierten Lunge, da der Cuff nicht die Trachea blockt, sondern den Hauptbronchus.
Hypoxisch-pulmonale Vasokonstriktion: Bereits im Jahre 1946 konnten Euler und Liljestrand zeigen, dass die pulmonale Strombahn auch durch die Ventilation beeinflusst wird. Zur Vermeidung eines größeren Shunt-Volumens, das heißt einer Beimengung von während der Lungenpassage nicht oxygenierten Blutes, wird durch eine Vasokonstriktion der Arteriolen die Durchblutung der Lungenareale mit verminderter Ventilation und konsekutiv erniedrigtem alveolären Sauerstoffpartialdruck (hypoxisch pulmonale Vasokonstriktion, HPV oder Euler-Liljestrand-Reflex) eingeschränkt. Die Perfusion kann so von Bereichen mit schlechterer Ventilation in Bereiche mit besserer Ventilation umgeleitet werden.
Im Rahmen der ELV ist dieser physiologische Reflex von großer Bedeutung: Bei der ELV kommt es durch die Ausbildung einer kompletten Atelektase der nicht beatmeten aber durchbluteten Lunge zu einer Zunahme des intrapulmonalen Rechts-Links-Shunts und zu einem Mismatch des Ventilations-Perfusionsverhältnisses. Im linken Vorhof findet sich eine große Fraktion von venösem, nicht oxygeniertem Blut, wodurch es konsekutiv zu einem Abfall der arteriellen Sauerstoffsättigung kommt. Sowohl die durch einen Abfall des Sauerstoffpartialdruckes resultierende Hypoxie, als auch eine durch einen Anstieg des CO2-Partialdrucks bedingte Hyperkapnie führen im Gegensatz zum Systemkreislauf, wo es zu einer Vasodilatation kommt, in der Pulmonalstrombahn zu einer Vasokonstriktion. Durch die HPV erfolgt die Umverteilung der Durchblutung von der nichtventilierten Lunge in die ventilierte Lunge. Dieser Effekt der HPV führt durch Reduktion der Perfusion der nichtventilierten Lunge auf bis zu 50 Prozent zu einer Verbesserung des Ventilations-Perfusionsverhältnisses und somit zu einer Minimierung der intrapulmonalen Shunt-Fraktion auf etwa 18 bis 30 Prozent des Herzzeitvolumens mit konsekutiver Verbesserung der arteriellen Sauerstoffsättigung unter ELV [14, 18, 29].
Die Lagerung eines Patienten beeinflusst das Ventilations-Perfusionsverhältnis der Lunge
Wenn beide Lungen in Rückenlage ventiliert werden, wird die linke Lunge aufgrund ihrer Anatomie mit etwa zehn Prozent weniger Herzzeitvolumen (HZV) als die rechte Lunge perfundiert. Dementsprechend liegt der HZV-Anteil der rechten Lunge beim lungengesunden Patienten in Rückenlage bei 55 Prozent und der HZV-Anteil der linken Lunge bei 45 Prozent.
Befindet sich der Patient jedoch in Rechts- oder Linksseitenlagerung, kommt es aufgrund der Schwerkraft zu einer Umverteilung der Perfusionsverhältnisse, so dass die jeweils untenliegende Lunge besser perfundiert wird als die obenliegende Lunge. Hier erhöht sich der Anteil am HZV in der Regel um zehn Prozent, so dass in Linksseitenlage durch die linke Lunge zirka 55 Prozent des HZV und durch die obenliegende rechte Lunge noch 45 Prozent des HZV fließen. In Rechtsseitenlage fließen durch die rechte untenliegende Lunge ca. 65 Prozent des HZV und entsprechend durch die obenliegende linke Lunge noch 35 Prozent des HZV.
Die Ventilation ist dagegen in der Regel in der obenliegenden Lunge oder bei Rückenlage in den ventralen Anteilen besser. Es besteht also physiologisch bereits ein Mismatch zwischen Ventilation (Verbesserung entgegen der Schwerkraft) und Perfusion (Verbesserung entsprechend der Schwerkraft). Im Rahmen der ELV bei einem intrathorakalen Eingriff in Seitenlage wird die obenliegende Lunge intraoperativ nicht beatmet. Hier setzt zusätzlich zur lagerungs- bzw. schwerkraftbedingten Umverteilung der Lungenperfusion noch der bereits oben beschriebene Mechanismus der HPV ein. Durch die HPV nimmt die Perfusion der nichtventilierten Lunge um weitere 30 bis 50 Prozent ab, so dass die intrapulmonale Shunt-Fraktion deutlich reduziert wird. Je mehr die untenliegende, ventilierte Lunge perfundiert ist, desto besser ist die Oxygenierung unter ELV. Dementsprechend ist intraoperativ bei der Auswahl der Narkotika und weiteren Medikamente darauf zu achten, dass keine Substanzen eingesetzt werden, die den Effekt der HPV antagonisieren, wie etwa Nitrate zur Blutdrucksenkung oder ältere volatile Anästhetika in höheren Dosierungen [15, 20].