Hämodynamische Effekte von PEEP bei ARDS

Einführung

Das akute Atemnotsyndrom (ARDS) ist ein klinisches Syndrom, das durch die Assoziation eines akuten Auftretens von Hypoxämie und bilateralen Lungeninfiltraten nach einem Trigger-Insult definiert ist; es ist gekennzeichnet durch eine Entzündung des Lungengewebes mit anschließender Entwicklung eines nicht-kardiogenen Ödems. Das Ausmaß des Ödems kann so groß sein, dass das Gewicht der Lunge auf das 2- bis 3-fache ihres ursprünglichen Gewichts ansteigt. Als Folge neigt die Lunge dazu, in sich selbst zu kollabieren, mehr noch in den abhängigen Bereichen, d. h. den posterioren/dorsalen Bereichen, wenn der Patient auf dem Rücken liegt, mit der daraus folgenden Entwicklung von Atelektasezonen.

Diese Bereiche sind, wenn sie perfundiert sind, die Hauptursache für die Entwicklung der schweren Form von Hypoxämie, die häufig bei diesem Zustand auftritt. Hypoxämie kann, wenn sie schwer genug ist, zum Tod des Patienten führen. Es muss darauf hingewiesen werden, dass trotz der Fortschritte bei der Behandlung schwerkranker Patienten die auf ARDS zurückzuführende Sterblichkeit derzeit bei etwa 50 % liegt, mit einer Spanne zwischen 30 und 70 %.

Seit der Erstbeschreibung des Syndroms wurde über die Verwendung von positivem endexspiratorischem Druck (PEEP) als Instrument zur Behandlung und Korrektur von Hypoxämie berichtet. PEEP wird daher seit 40 Jahren eingesetzt und ist ein wesentlicher Bestandteil der Behandlung des Syndroms. Während die Wirksamkeit von PEEP bei der Verbesserung der Oxygenierung eines großen Teils der kritisch kranken Patienten mit ARDS zweifelsfrei ist, wurde seine Wirksamkeit in Bezug auf Endpunkte wie Mortalität bisher nicht nachgewiesen. Offen ist dann noch die Frage nach der Einstellung eines optimalen PEEP-Niveaus bei ARDS.

Häufig ist ARDS mit der Entwicklung einer hämodynamischen Instabilität und eines Schocks verbunden, so dass bis zu 2/3 der Patienten, die an dem Syndrom leiden, die Infusion von Katecholaminen benötigen oder Anzeichen einer Minderdurchblutung zeigen; Kreislaufversagen scheint der Faktor zu sein, der bei diesen Patienten stärker mit der Sterblichkeit assoziiert ist, und die Stärke des Zusammenhangs ist höher als die des Grades der Hypoxämie. Bei ARDS ist der Schock sekundär auf drei Hauptfaktoren zurückzuführen: 1) akutes Cor pulmonale aufgrund von pulmonaler Hypertonie sekundär zu mikrovaskulärer Okklusion durch Thromben oder arterioläre Remodellierung und/oder hypoxische pulmonale Vasokonstriktion; 2) die schädlichen hämodynamischen Wirkungen der mechanischen Beatmung, insbesondere auf die Rechtsherzfunktion; und 3) die mögliche Entwicklung einer septischen Myokarddepression.

Akute Nierenschädigung (AKI) ist bei kritisch kranken Patienten häufig und mit schlechten Ergebnissen verbunden. Immer mehr Beweise weisen auf die Existenz schädlicher Wechselwirkungen zwischen Nieren- und Lungenfunktionsstörungen in einem bösartigen Nebeneinander hin. Mehrere Studien scheinen darauf hinzudeuten, dass mechanische Beatmung und ARDS über drei Hauptmechanismen nachteilige Auswirkungen auf die Nierenfunktion haben können: 1) Überdruckbeatmung kann zu einer Verringerung des Herzzeitvolumens und einem Anstieg des zentralvenösen Drucks führen, wodurch der freie Nierenblutfluss verringert wird Wasserclearance und die glomeruläre Filtrationsrate; 2) Änderungen des arteriellen Blutsauerstoffs (O2) oder des Kohlendioxids (CO2) können den renalen Gefäßwiderstand, die renale Perfusion oder die Diurese beeinflussen; und schließlich 3) aufkommende Daten deuten darauf hin, dass eine beatmungsinduzierte Lungenschädigung nicht nur die Lunge beeinträchtigen, sondern auch zu weiteren systemischen Entzündungen über die systemische Freisetzung von entzündlichen Zytokinen führen kann.

Tatsächlich hängt die hämodynamische Wirkung von PEEP davon ab, wie viel des auf die Alveolen ausgeübten positiven Drucks auf die mediastinalen Strukturen (Herz und große Gefäße) übertragen wird, und die Wirkung auf die Nierenfunktion hängt davon ab, wie stark dies die renale Hämodynamik stört. Die Übertragung des Atemwegsdrucks wiederum hängt von den mechanischen Eigenschaften der Lunge und der Brustwand ab, die bei ARDS bekanntermaßen unterschiedlich und unvorhersehbar beeinflusst werden.

Die Hauptfragestellung dieses Forschungsprojektes beschäftigt sich mit der hämodynamischen Wirkung von PEEP bei Patienten mit ARDS im Hinblick auf Auswirkungen auf das Herz-Kreislauf-System.

Begründung

Hämodynamische Wirkungen der mechanischen Beatmung Die hämodynamischen Wirkungen der mechanischen Beatmung sind hauptsächlich sekundär zu zyklischen Oszillationen des Pleuradrucks (Ppl) und des transpulmonalen Drucks (Ptp). Schwankungen des Pleuradrucks stören hauptsächlich den Bluteinstrom in den rechten Ventrikel und den Blutausstoß aus dem linken Ventrikel. Auf der anderen Seite wirken sich Schwankungen des transpulmonalen Drucks hauptsächlich auf den Bluteinstrom in den linken Ventrikel und den Blutausstoß aus dem rechten Ventrikel aus. Während die großen Gefäße des systemischen Kreislaufs vom konstanten atmosphärischen Druck umgeben sind, sind die zentralen Gefäße des Lungenkreislaufs vom pleuralen Druck umgeben, der wiederum während des gesamten Atemzyklus gegenüber dem atmosphärischen Druck erheblich schwanken kann. Die mechanische Beatmung mit positivem Druck übt einen Effekt aus, der der physiologischen inspiratorischen Negativierung des Pleuradrucks entgegengesetzt ist. Tatsächlich reduziert die Erhöhung des Pleuradrucks sekundär zum positiven Atemwegsdruck die linksventrikuläre Nachlast, während sie gleichzeitig die rechtsventrikuläre Vorlast reduziert. Da der normale Druckgradient, der das Blut von der Peripherie zum rechten Herzen treibt, im Bereich von 4–8 mmHg liegt, können selbst kleine Erhöhungen des Pleuradrucks einen erheblichen Einfluss auf den venösen Rückfluss haben. Darüber hinaus hat das Vorhandensein von PEEP eine hämodynamische Wirkung während des gesamten Atmungszyklus. Als Faustregel wird allgemein geschätzt, dass bei Patienten mit normal funktionierenden Lungen bis zu etwa 50 % der Schwankungen des Atemwegsdrucks als Schwankungen des Pleuradrucks übertragen werden. Dieser Effekt wird jedoch wahrscheinlich im Falle einer erhöhten Lungenelastanz (d. h. des Vorliegens einer steifen Lunge, wie bei Patienten mit ARDS) verringert, da ein verringerter Atemwegsdruck auf Pleuraebene übertragen wird. Dies hängt jedoch vom Verhältnis zwischen Lungenelastanz und Atmungssystemelastanz ab, das bei ARDS stark variieren kann. Da der rechte Ventrikel im Allgemeinen trotz einer begrenzten Myokarddicke und einer reduzierten Kontraktionskraft ein hohes Maß an Compliance aufweist, kann dies außerdem eher von Erhöhungen der Nachlast als von Schwankungen der Vorlast beeinflusst werden.

Auf der anderen Seite führt die Erhöhung des mittleren Atemwegsdrucks als Folge der Anwendung von PEEP zu einer Vergrößerung der Lunge (Erhöhung des endexspiratorischen Lungenvolumens), hauptsächlich durch die Rekrutierung zuvor geschlossener und derekrutierter Zonen. Allerdings kann die Anwendung von PEEP auch zu einer Überdehnung bereits geöffneter und beatmeter Pulmonaleinheiten führen, was zu einem gewissen Gefäßverschluss führt, wenn der kritische Schließdruck dieser Gefäße erreicht und überwunden wird (wie im Fall der Westzonen I und II , bei denen der alveoläre Druck höher ist als der arterielle bzw. venöse Lungendruck).

Die hämodynamische Wirkung des PEEP kann dann je nach Menge der rekrutierbaren Lungeneinheiten unterschiedlich sein. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kenntnis der Wirkung auf das Herz-Kreislauf-System durch die Anwendung eines hohen oder niedrigen PEEP-Niveaus die Messung oder zumindest eine Schätzung des Potenzials für eine Lungenrekrutierung erfordern kann.

Messung und Abschätzung des Lungenrecruitment-Potentials Der Goldstandard zur Messung des Lungenrecruitment-Potentials ist die Lungen-CT. Diese Technik wird zusammen mit der quantitativen Analyse der regionalen und globalen Lungenbelüftung von unserer Gruppe seit 1987 zur Analyse der parenchymalen Reaktion auf PEEP bei Patienten mit ARDS verwendet. Eine Schätzung des Potenzials für eine Lungenrekrutierung kann am Krankenbett durch die Bewertung der Wirkung von PEEP auf das Niveau der Oxygenierung, des physiologischen Totraums und der verteilten Lungencompliance abgeleitet werden, um eine Rekrutierung von einer Überdehnung unterscheiden zu können.

Haupthypothese Die Haupthypothese hinter dem vorliegenden Forschungsprojekt ist, dass kritisch kranke Patienten mit ARDS und erhöhtem Lungenrecruitment-Potential weniger von den hämodynamischen Effekten des PEEP betroffen sind als Patienten mit geringerem Lungenrecruitment-Potenzial. Wenn sich diese Hypothese bestätigen würde, wäre die Anwendung von PEEP zumindest im Hinblick auf die hämodynamische Beeinträchtigung bei Patienten mit ARDS und einem höheren Lungenrekrutierungspotential weniger problematisch. Dieses Thema wurde bisher noch nie untersucht, und die vorliegende Forschung könnte unser Wissen zu diesem Thema erheblich erweitern.