Extrakorporale Membranoxygenierung

Venös-arterielle ECMO-Schema beim Neugeborenen

Die Extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) auch Extrakorporale Lungenunterstützung (ECLA) ist eine intensivmedizinische Technik, bei der eine Maschine teilweise oder vollständig die Atemfunktion von Patienten übernimmt. Sie wird angewendet bei Patienten, deren Lungen schwerst geschädigt sind (ARDS) und den Gasaustausch nicht mehr in dem Maß ermöglichen, um die Atemfunktion sicherzustellen.[1] Sie wird oft bei Neugeborenen eingesetzt, die an Lungenschäden (Atemnotsyndrom, Mekoniumaspiration, persistierende pulmonale Hypertonie) leiden.

Die ECMO ist damit eine Form der extrakorporalen Organersatzverfahren und wird auch als Extracorporeal Life Support (extrakorporale Lebensunterstützung, ECLS) bezeichnet.

Die ECMO kann über Tage oder Wochen eine ausreichende Oxygenierung gewährleisten und gibt damit der Lunge Zeit, ohne aggressive Beatmung zu heilen. Trotzdem wird die ECMO wegen der hohen technischen und personellen Anforderungen, Kosten und Komplikationsrisiken (z. B. Blutungen) als eine letzte Therapiemöglichkeit (Ultima ratio) betrachtet[2].

Technik

Technisch gleicht ein ECMO-Gerät einer Herz-Lungen-Maschine. Um eine ECMO aufzunehmen, werden Kanülen in zwei große Blutgefäße eingebracht. Um eine Blutgerinnung zu vermeiden, setzt man gerinnungshemmende Mittel (Antikoagulanzien) zu, in der Regel Heparin[3]. Das ECMO-Gerät pumpt Blut kontinuierlich durch einen Membran-Oxygenator, der den Gasaustausch in der Lunge ersetzt: Er entfernt Kohlendioxid aus dem Blut und reichert es mit Sauerstoff an. Das so aufbereitete Blut wird dann zum Patienten zurückgeführt.

Varianten der ECMO

Es existieren verschiedene Formen der ECMO, die wichtigsten sind die Veno-Venöse ECMO (VV-ECMO), die Veno-Arterielle ECMO (VA-ECMO) und die pumpenlose Arterio-Venöse ECLA (pECLA). Entnommen wird das Blut bei den beiden ersten Versionen aus großen Venen (z. B. Vena femoralis oder Vena jugularis interna). Bei der VV-ECMO wird das oxygenierte Blut dann wieder in eine Vene eingeleitet, es ist bei schweren Lungenversagen mit noch ausreichender Funktion des Herzens indiziert. Bei der VA-ECMO hingegen wird das Blut am Herzen vorbei in eine Arterie (Arteria femoralis) geleitet, so dass ein Parallelkreislauf entsteht[4]. Da dadurch das Herz entlastet ist, wird diese Methode bei Patienten mit schlechter Pumpfunktion des Herzens (Herzinsuffizienz) eingesetzt. Die pECLA wird bei Patienten mit Ausreichender Herzfunktion eingesetzt, welche eine geringere Unterstützung beim Gasaustausch benötigen. Da keine Pumpe eingesetzt wird findet bei der pECLA im Allgemeinen eine geringere Blutschädigung statt.[5][6]

ECMO beim Erwachsenen

Die erste Anwendung eines kardiopulmonalen Bypasses zur Therapie eines Lungenversagens (ARDS) fand Anfang der 1970er Jahre statt.[7] Mit der Aussicht auf ein wirkungsvolles Therapieinstrument zur Behandlung des ARDS startete die National Institutes of Health (Oberste Gesundheitsbehörde der USA) eine ARDS-Multicenterstudie. Die Ergebnisse waren ernüchternd: Die Gruppe mit ECMO-Behandlung zeigte kein besseres Behandlungsergebnis, die Studie wurde vorzeitig abgebrochen.[8] Die Studie war trotz methodischer Mängel ein Rückschlag für die ECMO-Entwicklung. Die Forschung konzentrierte sich in Folge dessen wieder verstärkt auf die Verbesserung der herkömmlichen Beatmungsverfahren.

Erst in den 1980er Jahren gelang es einer italienischen Forschergruppe mit verbesserten Methoden einen Nutzen der ECMO zu zeigen, allerdings in einer nicht-kontrollierten Studie.[9] Bis heute gilt das Ergebnis dieser und anderer Folgeuntersuchungen, dass die ECMO beim ARDS des Erwachsenen von Nutzen sein kann, allerdings ohne bisher einen signifikanten Vorteil gegenüber einer Beatmungstherapie belegen zu können.[10] 2006 wurde in Großbritannien eine randomisierte Multicenterstudie mit 80 Zentren und 180 Patienten beendet, um den Stellenwert einer ECMO zur ARDS-Therapie festzustellen.[11] Vorab veröffentlichte Ergebnisse[12] scheinen für den Einsatz der Extrakorporalen Membranoxygenierung beim Lungenversagen des Erwachsenen günstig zu sein[13].

Die ersten erfolgreichen Anwendungen von extrakorporalem Gasaustausch (ECMO, ELA, ECLA, ECCO2-R) in Deutschland wurden bei akutem Lungenversagen des Erwachsenen in den Jahren 1971 und 1983 an der Universität Düsseldorf [14][15], sowie bei Verbrennungen erstmals 1975 von Rommelsheim und Birtel an der Klinik für Anästhesiologie der Universität Bonn durchgeführt [16][17].

ECMO beim Neugeborenen

Kanülenlage venös-arterielle ECMO beim Neugeborenen

Bartlett berichtete 1975 über die erste erfolgreiche neonatale ECMO-Anwendung in Kalifornien. Dem folgte die erste richtungsweisende Studie, die ein erhöhtes Überleben durch die Behandlung zeigte.[18][19] Das im Vergleich zum Erwachsenen deutlich bessere Ansprechen einer ECMO-Therapie beim Neugeborenen führte zu einer zunehmenden Zahl an ECMO-Behandlungsfällen und ECMO-Zentren, zunächst in den USA und später auch weltweit.

Im Februar 1987 wurde in der Mannheimer Kinderklinik die erste erfolgreiche ECMO-Anwendung bei einem Neugeborenen im deutschsprachigen Raum durchgeführt.[20] 1994 bis 1995 wurde in Großbritannien eine randomisierte Multicenterstudie bei Neugeborenen durchgeführt. Aufgrund der signifikant höheren Überlebensrate in der ECMO-Behandlungsgruppe wurde die Studie im November 1995 frühzeitig abgebrochen, da die Fortführung ethisch nicht vertretbar war.[21] Die Studie widerlegte auch in nachfolgenden Folgeuntersuchungen die Befürchtung, dass die höhere Überlebensrate in der ECMO-Behandlungsgruppe durch psychomotorischen Defizite „erkauft“ würde. Stattdessen bleibt der Nutzen der ECMO auch in der Nachuntersuchung der Kinder erhalten.[22]

Extracorporeal Life Support Organization (ELSO)

Extracorporal Life Support Organization (ELSO) Report 2013
Gruppe Fallzahl überlebt prozentual
neonatal respiratorisch 26205 22145 85 %
neonatal kardial 4987 3058 61 %
neonatal extrakorporale HLW 851 540 63 %
Pädiatrie respiratorisch 5656 3692 65 %
Pädiatrie kardial 6225 4034 65 %
Pädiatrie EHLW 1745 948 54 %
Erwachsene respiratorisch 3761 2400 64 %
Erwachsene kardial 2884 1581 55 %
Erwachsene EHLW 876 325 37 %
Total 53190 38723 73 %
Kumulative Übersicht und Outcome der bis 2012 der ELSO gemeldeten ECMO-Behandlungsfälle

1989 wurde ein zentrales ECMO-Register in Ann Arbor, Michigan (USA) eingerichtet. Dort werden ECLS-Anwendungen zentral registriert und detailliert aufgeschlüsselt. Das erlaubt eine genaue Übersicht über die Effektivität und den Fallzahlverlauf der Therapie bei bestimmten Krankheitsbildern. Dadurch können therapiespezifische Verbesserungen oder Probleme im Bereich ECLS-Anwendungen rascher erkannt und an andere ECMO-Zentren weitergegeben werden. Bis Ende 2012 wurden weltweit mehr als 53.000 ECLS-Anwendungen der Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) berichtet und statistisch ausgewertet. Derzeit (Stand: Januar 2013) sind der ELSO 200 aktive ECMO-Zentren weltweit gemeldet[23].

Mögliche Komplikationen während der Therapie

Wie eingangs schon erwähnt wird die ECMO aufgrund verschiedenster Faktoren heutzutage nur als Ultima-Ratio Therapie einsetzt. Eine dieser Faktoren sind die verschiedenen während einer ECMO Behandlung möglichen Komplikationen. Dazu zählen unter anderem das Ansaugen der Entnahmekanüle an die Gefäßwand, eine Dislokation einer der Kanülen, ein Defekt der eingesetzten Blutpumpe oder eine Luftembolie[24].

Literatur

  1. Kopp R et al: Extrakorporale Membranoxygenierung beim akuten Lungenversagen. Der Anaesthesist, 2004; 53:168-174
  2. P. Feindt, C. Benk, U. Boeken, A. Bauer, U. Mehlhorn, J. Gehron, A. Markewitz, A. Beckmann, F. Beyersdorf: Einsatz einer extrakorporalen Zirkulation außerhalb eines herzchirurgischen Operationssaals In: Kardiotechnik. 2010(19), 3:,ISSN 0941-2670 S. 58-60 , (PDF-Datei)
  3. M. Hartmann, O. Boehm, A. Koch, St. Loer, K. Zacharowski: Das Gerinnungssystem während extrakorporaler Zirkulation In: Kardiotechnik. 2005(14), 2:,ISSN 0941-2670 S. 43-48 , (PDF-Datei)
  4. N. Madershahian, J. Wippermann, T. Wittwer, J. Strauch, Y.-H. Choi, K. Liebing, M. Kaluza, T. Wahlers: Veno-arterielle ECMO zur Therapie des therapierefraktären ARDS bei adultem Polytrauma In: Kardiotechnik. 2007(16), 4:,ISSN 0941-2670 S. 98-101 , (PDF-Datei)
  5. Liebold A, Philipp A, Kaiser M, Merk J, Schmid FX, Birnbaum DE: Pumpless extracorporeal lung assist using an arterio-venous shunt. Applications and limitations. In: Minerva Anestesiol. 2002 May;68(5):387-91. (PMID:12029251)
  6. Kopp R, Bensberg R, Wardeh M, Rossaint R, Kuhlen R, Henzler D: Pumpless arterio-venous extracorporeal lung assist compared with veno-venous extracorporeal membrane oxygenation during experimental lung injury In: British Journal of Anaesthesia 2012(108), 5:,doi:10.1093/bja/aes021 745-753, (http://bja.oxfordjournals.org/content/108/5/745.full.pdf+html BJA-Website)
  7. Hill JD, O'Brien TG, Murray JJ, et al: Prolonged extracorporeal oxygenation for acute post-traumatic respiratory failure (shocklung syndrome). N Eng J Med 1972; 286:629 PMID 5060491
  8. Zapol WM, Snider MT, Hill JD, et al: Extracorporeal membrane oxygenation in severe acute respiratory failure. A randomized prospective study. JAMA 242: 2193-2196, 1979. PMID 490805
  9. Gattinoni L, Pesenti A, Mascheroni D et al: Low- frequency positive- pressure ventilation with extracorporeal CO2 removal in severe acute respiratory failure. JAMA 1986;256: 881-886,. PMID 3090285
  10. Mols G et al: Zehn Jahre Erfahrung mit extra-korporaler Membranoxygenierung (ECMO). Anästhesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther 2001; 36: 4-14
  11. Peek GJ, Clemens F, Elbourne D, Firmin R, Hardy P, Hibbert C, Killer H, Mugford M, Thalanany M, Tiruvoipati R, Truesdale A, Wilson A. CESAR: Conventional ventilatory support vs extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure.BMC Health Services Research. 2006;6:163
  12. Peek G. CESAR: adult ECMO vs conventional ventilation trial. Society of Critical Care Medicine 37th Critical Care Congress; February 2-6, 2008; Honolulu. Zusammenfassung in: Schuerer 2008.
  13. Schuerer DJ, Kolovos NS, Boyd KV, Coopersmith CM. Extracorporeal membrane oxygenation: current clinical practice, coding, and reimbursement. Chest 2008 Jul;134(1):179-84
  14. Schulte HD, Bircks W, Dudziak R.: Preliminary results with the Bramson membrane lung. (Also report of a successful, clinical long-term perfusion) Thoraxchir Vask Chir. 1972;20:54-9. PMID 4537173
  15. Thies WR, Breulmann M, Lenhsen U, Pet al.: Pulmonary function during a 10-day successful extracorporeal CO2 elimination in acute respiratory failure. Case report Der Anaesthesist. 1985 Apr;34:197-202. PMID 3923858
  16. Rommelsheim K, Birtel FJ, Seidat KH et al.: Anwendung der "GE-DUALUNG" bei pulmonaler Diffusionsstörung nach einem Verbrennungsfall. Wissenschaftl. Inform. d. Freseniusstiftg. 1975; 4:185
  17. Rommelsheim K, Birtel FJ, Seidat KH, et al.: Prolongierte extrakorporale Membranoxygenisierung wegen Schocklunge bei drittgradiger Verbrennung. Prakt. Anästhesie 1976; 11:8-16 PMID 967804
  18. Bartlett RH, Gazzaniga AB, Jefferies MR et al: Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) cardiopulmonary support in infancy. Trans Am Soc Artif Intern Organs 1976;22:80-93. PMID 951895
  19. Bartlett RH, Gazzaniga AB, Toomasian J et al. Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) in neonatal respiratory failure. 100 cases. Ann Surg. 1986; 204: 236-45 PMID 3530151
  20. Kachel W, Arnold D: Schriftenreihe Intensivmedizin Notfallmedizin Anästhesiologie Band 73 Extrakorporale Membranoxygenierung beim Neugeborenen 1. deutschsprachiges Symposium in Mannheim
  21. UK collaborative randomised trial of neonatal extracorporeal membrane oxygenation. Lancet 1996; 348: 75-82
  22. McNally H, Bennett CC, Elbourne D et al.:United Kingdom Collaborative Randomized Trial of Neonatal Extracorporeal Membrane Oxygenation: Follow-up to Age 7 Years. Pediatrics 2006;117:e845-e854
  23. ECMO Registry of the Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) (Hrsg.): ECLS Registry Report. International Summary. Ann Arbor, MI, Januar 2013. ([1])
  24. T. Neitzel, M. Stiller, H. Bushnaq, R.-E. Silber, I. Friedrich: Extracorporeal Live Support (ECLS) bei akutem kardiogenen Schock In: Kardiotechnik. 2009(18), 3:,ISSN 0941-2670 S. 77-80 , (PDF-Datei)

Weblinks

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