Fortbildung aus CHAZ 7+8/2021
Jan Spillner, Rachad Zayat, Sebastian Kalverkamp
ECMO-Therapie in der Thoraxchirurgie
Seit dem ersten erfolgreichen Einsatz einer ECMO bei einem polytraumatisierten Patienten mit einem akuten Lungenversagen (acute respiratory distress syndrome, ARDS) im Jahre 1971 [1, 2] hat eine enorme technologische Entwicklung stattgefunden. Inzwischen stehen einige sehr kompakte, einfach zu bedienende und langlebige Systeme zur Verfügung. Diese weisen aus verschiedenen Gründen eine deutlich verringerte Komplikationsrate im Vergleich zu früher und insbesondere zur Herz-Lungen-Maschine (HLM) auf. Einerseits wurden Anfang der 2000er Jahre wesentliche Fortschritte in Membrantechnologie gemacht, die einen einfacheren und längerfristigeren Einsatz eines Oxygenators möglich machten [3, 4]. Andererseits führten zunehmend positiven Erfahrungen mit der ECMO in der Lungentransplantation und parallel hierzu während einiger vergangener Pandemien zu einer dramatischen Zunahme der Gesamtanzahl von ECMO-Therapien.
Entscheidend für die Indikationsstellung und damit den Erfolg ist das differenzielle Verständnis der verschiedenen ECMO-Bestandteile und der ECMO-Konfigurationen
Laut einem Report der Extracorporeal Life Support Organisation (ELSO) von 2020 wurden im Jahr 2019 weltweit 16 000 ECMO-Anwendungen an 460 Zentren registriert. In Deutschland wurden 2018 rund 2700 (venovenöse) VV-ECMO-Behandlungen durchgeführt: Diese betrafen fast ausschließlich Therapien bei einem ARDS [3]. Dennoch beginnt sich die ECMO-Therapie, vor allem ihr perioperativer Einsatz, insbesondere in der Thoraxchirurgie durchzusetzen. Durch sie lassen sich bei Eingriffen an der Lunge und oder den Atemwegen operativ-technische Grenzen überwinden. Darüber hinaus ist eine Therapie von Komplikationen bei einem thoraxchirurgischen Eingriff möglich.
Unter Extracorporeal Life Support (ECLS) werden heute alle Techniken verstanden, die mit einem extrakorporalen Blutfluss die Herz- und/oder Lungenfunktion unterstützen. Den weitaus größten Anteil hieran hat die ECMO. Eine ECMO besteht technisch im Wesentlichen aus einer leistungsfähigen Blutpumpe und einem Oxygenator. Daneben spielt die Anbindung an den Patienten (v. a. Kanülen) eine wichtige Rolle. Im Gegensatz zur Herz-Lungen-Maschine handelt es sich bei der ECMO um ein „geschlossenes“ System, bei dem keine zusätzliche Aufnahme von Blutbestandteilen oder Flüssigkeiten möglich ist. Große Teile des ECMO-Kreislaufs sind biokompatibel beschichtet und erfordern nur eine mäßige bis geringe (in Ausnahmefällen gar keine) Antikoagulation. Das Füllvolumen (sog. Priming-Volumen) ist gering. Bei der HLM dagegen stehen mehrere weitere Funktionen wie beispielsweise eine kontinuierliche Aufnahme von Blut in den extrakorporalen Kreislauf zur Verfügung. Dies bedingt jedoch ein wesentlich höheres Priming-Volumen, eine deutlich größere Fremdoberfläche sowie einen großen Blut-Luft-Kontakt. Damit geht die Notwendigkeit zu einer Vollheparinisierung einher. All dies führt bei HLM-Einsätzen zu einem relevanten SIRS-Syndrom sowie einer Blutungsneigung. Sowohl die HLM als auch eine ECMO können aktiv die Temperatur des Patienten steuern.
Der Gasaustausch im Oxygenator ist abhängig von den beiden Variablen Gasfluss und Blutfluss
Bei den heute in ECMO-Kreisläufen üblichen Oxygenatoren handelt es sich fast ausschließlich um mikroporöse Polymethylpenthen (PMP)-Hohlfaser-Oxygenatoren. Diese haben sich in der vorletzten Dekade insbesondere aufgrund ihrer guten Gasaustauscheigenschaften bei gleichzeitig kaum noch anzutreffender Plasmaleckage und somit letztlich langer Lebensdauer durchgesetzt. Das Blut wird im Oxygenator außerhalb dieser Hohlfasern geführt, während das Frischgas durch das Innere der Hohlfasern geleitet wird. Je nach Bauart (Auslegung) des Oxygenators lassen sich zum Teil sehr niedrige Flusswiderstande erreichen. Der Gasaustausch im Oxygenator bzw. über die Hohlfasermembran hinweg ist abhängig von den beiden Variablen Gasfluss und Blutfluss. Hierbei ist die Oxygenierung neben der O2-Konzentration im Spülgas vor allem vom Blutfluss über den Oxygenator abhängig. Dagegen stellt sich die CO2-Elimination hauptsächlich als Funktion des Gasflusses dar. Die funktionelle Überwachung des Oxygenators besteht in einer täglichen Inspektion hinsichtlich Gerinnselbildungen sowie in einer Blutgasanalyse jeweils vor und nach dem Oxygenator um eine abnehmende Gasaustauschleistung zu detektieren. Laborchemisch können sich hier Hämolyseparameter, vor allem D-Dimere, als hilfreich erweisen.
Die Blutpumpen in den heutigen ECMO-Systemen sind im Gegensatz zur HLM, die weiterhin mit Rollerpumpen betrieben wird, prinzipiell Zentrifugalpumpen. Sie zeichnen sich durch eine insbesondere in der Langzeitanwendung deutlich verringerte Bluttraumatisierung bzw. vor allem Hämolyse aus. Dennoch entsteht bei fast allen mit einer ECMO behandelten Patienten bereits nach kurzer Zeit ein erworbenes von-Willebrand-Syndrom, das zu einer vermehrten Blutungsneigung führt.
Abbildung 1_ECMO = Kanülen/Patientenanschluss + Oxygenator + Blutpumpe