Leitlinie „Mechanical Ventilation Basics“ des JTS

veröffentlichende Fachgesellschaft: Joint Trauma System – Department of Defense Center of Excellence for Trauma
Klassifikation gemäß AWMF:
Datum der Veröffentlichung: 27.12.2021
Ablaufdatum:
Quelle/Quelllink: https://jts.health.mil/index.cfm/PI_CPGs/cpgs

Definitionen

Atemmechanik/Physiologie der Atmung

• Atemantrieb
  • normale AF = 12 – 20/min
  • Atemantrieb wird über Rezeptoren im gesamten Körper gesteuert
  • erhöhter intrakranieller Druck, Verabreichung von Opioiden und anderen Medikamenten können zu verringertem Atemantrieb führen
• Atemarbeit
  • mechanische Arbeit, die zur Aufrechterhaltung der Oxygenierung und Ventilation erforderlich ist
  • Schmerzen, Azidose und hypermetabolische Zustände verursachen erhöhte Atemarbeit
  • nicht notwendigerweise pathologisch, kann aber darauf hinweisen, dass Patient*innen eine erhöhte CO2-Produktion aufweisen
  • Tachypnoe infolge eines Schocks kann zur Ermüdung der Atemmuskulatur führen
• Lungencompliance
  • Tendenz der Lunge, sich aus „aufgeblasenem“ Zustand zurückzubewegen
  • Lungencompliance wirkt sich auf alle Funktionen des Atmungssystems aus
  • Veränderungen der Lungencompliance können sowohl durch intrinsische als auch durch extrinsische Ursachen verursacht werden
    • Atelektasen oder Flüssigkeit/Blut in den Alveolen können intrinsische Abnahme der Lungencompliance verursachen
    • Fettleibigkeit, Schwangerschaft, Verbrennungen und Brustwandverletzungen können extrinsische Abnahme der Lungencompliance verursachen
  • Verringerung der Lungencompliance kann unabhängig der Ursache zu Hypoxämie und Hyperkapnie führen
• Tidalvolumen (VT)
  • Luftvolumen, das während einem Atemzug ausgetauscht wird
  • Verringerung desTV kann durch äußeren Druck (z. B. Pneumothorax, Hämothorax, Spannungspneumothorax) verursacht werden, indem das Lungenvolumen effektiv reduziert wird
  • dynamische Hyperinflation („Breath Stacking“) wird durch Unfähigkeit vollständig auszuatmen verursacht und kann zu „auto-positiven endexspiratorischen Druck“ (auto-PEEP) führen
• Oxygenierung
  • erfolgreiche Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin auf zellulärer Ebene in den Alveolen
  • SaO2 (arterielle Sauerstoffsättigung) und SpO2 (Sauerstoffsättigung)
  • erfolgreicher alveolärer Gasaustausch ermöglicht eine effiziente aerobe Atmung auf zellulärer Ebene in allen perfundierten Körpergeweben
• Diffusion/Austausch
  • Prozess, bei dem an die roten Blutkörperchen gebundenes CO2 in den Alveolen durch O2 ausgetauscht wird
  • pathologische Zustände wie Lungenödem, Lungenentzündung und ARDS können die Diffusion von Sauerstoff durch die Alveolarmembran beeinträchtigen
• Fraktion des eingeatmeten Sauerstoffs (FiO2)
  • FiO2 von 0,21 = normale atmosphärische Luft enthält 21 % Sauerstoff
• Totraum
  • jeder Teil der Atemwege, in dem kein Gasaustausch stattfindet wie:
    • Rachen
    • Kehlkopf
    • Luftröhre
    • Bronchien
    • Beatmungsschläuche
• Hypoxie
  • Zustand von O2-Mangel im Gewebe, welcher signifikant genug ist, um Funktionsbeeinträchtigung zu verursachen
  • vier Arten von Hypoxie
    • hypoxische Hypoxie: tritt auf, wenn in der Umgebung nicht genügend O2 vorhanden ist oder wenn der abnehmende Luftdruck die Diffusion von O2 aus den Lungen in den Blutkreislauf verhindert
    • hypoxämische Hypoxie: Verringerung der Sauerstofftransportkapazität des Blutes aufgrund verringerter roter Blutkörperchenzahl (z. B. Blutungen, Anämie) oder Beeinträchtigung der roten Blutkörperchen durch Kohlenmonoxidvergiftung (CO) usw.
    • stagnierende Hypoxie: O2-Transportkapazität des Blutes ausreichend, aber Durchblutung unzureichend (z.B. hohe Gravitationskräfte, Herzinsuffizienz, Gefäßverschluss)
    • histotoxische Hypoxie: resultiert aus Störung der O2-Verwertung durch das Körpergewebe, ausgelöst durch Zellgifte wie Alkohol oder Zyanid sowie Narkotika, die das Gewebe vergiften und Nutzung des verfügbaren O2 verhindern

Beatmungs-Termini

• Minutenvolumen: VT x AF = AMV
• inspiratorischer Spitzendruck (PIP)
  • größter Druck in der Lunge während der Inspiration
  • idealer Druck bei 30 mmHg oder kleiner
  • Drücke > 35 mmHg können zu druckbedingten Lungenschäden (Barotrauma) führen
  • erhöhte Spitzendrücke sind i.d.R. auf Zunahme des Widerstands innerhalb des Atmungssystems zurückzuführen (z.B. Spannungspneumothorax, Ödeme etc.)
• arterielles Blutgasanalyse (BGA)
  • Goldstandard für die Beurteilung des Säure-Basen-Haushalts, der Oxygenierung, der Beatmung und der Anpassung der Beatmungsparameter
  • pH-Wert: negativer dekadischer Logarithmus der Oxonium-Ionen-Konzentration
    • Azidose (niedriger pH-Wert) führt bei Traumapatienten zu Koagulopathien sowie zur Entwicklung von potenziell tödlichen Herzrhythmusstörungen
  • PaO2: gelöster Sauerstoff im Blut
  • PaCO2: gelöstes Kohlendioxids im Blut
  • HCO3: Bikarbonats im Blut (Puffer gegen Säuren)
  • Base Excess: Hinweise auf metabolische Komponenten
  • SaO2: prozentualer Anteil des an Hämoglobin gebundenen Sauerstoffs im arteriellen Blut
  • etCO2: Kohlendioxid bei Exspiration am Ende des Tidalraums
  • normale BGA-Werte
    • pH-Wert (7,35 – 7,45)
    • PaO2 (75 – 100 mmHg)
    • PaCO2 (35 – 45 mmHg)
    • HCO3 (22 – 26 mmol/L)
    • Base Excess/-defizit (-4 bis +2)
    • SaO2 (95 – 100%)
• Plateaudruck
  • Druck, der während der mechanischen Überdruckbeatmung auf die kleinen Atemwege und Alveolen wirkt
  • wird während einer Inspirationspause des Beatmungsgeräts gemessen
  • erhöhtes Risiko für Barotrauma bei Plateaudruck > 35 cmH2O bei mechanisch beatmeten Patienten

Fachtermini bzgl. Beatmungsgeräten

• volumengesteuerte Modi
  • Volumen ist konstant
  • Inspiration wird beendet, wenn voreingestelltes VT erreicht ist
  • Atemwegsspitzendruck ist variabel und erhöht sich nach Bedarf, um voreingestelltes VT zu erreichen
• druckgesteuerte Modi
  • Volumen ist variabel und Volumegabe wird beendet, wenn der Luftstrom unter den Schwellenwert fällt
  • Atemwegsspitzendruck ist fest, bestimmt durch den eingestellten Druckwert
• Tidalvolumen (VT)
  • Gasvolumen, das während eines Atemzugs ausgetauscht wird
  • üblicherweise in Millilitern angegeben
  • im Allgemeinen auf 4 – 8 mL/kg ideales Körpergewicht eingestellt
• Frequenz (f)
  • Atemfrequenz pro Minute (AF/min)
• Minutenvolumen
  • durchschnittliche Gasvolumen, das pro Minute ausgetauscht wird
  • VT x AF = Minutenvolumen
  • normalerweise 5 – 10 L/min
• Inspirations- (I) und Exspirationszeit (E) und I:E-Verhältnis
  • Zeitspanne, in der das VT abgegeben wird
  • Einstellung einer kürzeren Inspirationszeit (I) führt zu einer schnelleren Inspirationsflussrate
  • durchschnittliche Inspirationszeit eines Erwachsenen beträgt 0,7 bis 1 Sekunde
  • I:E-Verhältnis normalerweise 1:2
• positiv endexpiratorischer Druck (PEEP)
  • positive Druck, der bei der Endexspiration aufrechterhalten wird
  • angegeben in Zentimetern Wasser (cmH2O)
  • Zweck des PEEP besteht darin, das endexspiratorische Lungenvolumen zu erhöhen und den Luftraumverschluss bei der Endexspiration zu verringern
  • normale physiologische PEEP beträgt 5 cmH2O
• Druckunterstützung
  • Flow, der mit bestimmtem Druck geliefert wird, um den Widerstand der Atemwege und des Beatmungskreislaufs zu überwinden
  • kann auch zur Unterstützung eines spontan atmenden Patienten verwendet werden (z.B. Bi-PAP)
• inspiratorischer Spitzendruck (PIP)
  • Gesamtdruck, zur Abgabe dess VT erforderlich ist
  • hängt von verschiedenen Faktoren wie Atemwegswiderstand, Lungencompliance und Brustwandstabilität ab
• Trigger (Sensitivität)
  • Anstrengung oder der Unterdruck, die/der von Patient*innen benötigt wird, um maschinellen Atemzug auszulösen
  • i.d.R. so eingestellt, dass minimale Anstrengung (-1 bis -2 cmH2O) erforderlich ist

Beatmungsmodi

Volumen-kontrollierte Modi

• Volume Assist/Control (V-AC), Assist Control (AC) oder Volume Control Ventilation (VCV)
  • voreingestellte Anzahl von mandatorischen Atemzügen pro Minute
  • Patient kann zusätzlich zu den mandatorischen Atemzügen eigene Atemzüge machen (jeder Atemzug erhält das volle voreingestellte Tidalvolumen)
  • Atemwegsdrücke können während der Beatmung variieren
• volumensynchrone intermittierende mandatorische Beatmung (V-SIMV)
  • Kombination aus mandatorischen Atemzügen und unterstützenden Atemzügen
  • voreingestellte Anzahl von mandatorischen Atemzügen pro Minute
  • alle Atemzüge, die über eingestellte Rate hinausgehen, werden mit festem Druckunterstützungswert unterstützt

Druck-kontrollierte Modi

• druckunterstützte Beatmung (PSV)
  • jeder Atemzug des Patienten mit voreingestelltem Druck unterstützt
  • keine mandatorischen Atemzüge, Patient muss also spontan atmen
• druckunterstützte Beatmung (P-AC) oder druckkontrollierte Beatmung (PCV)
  • festgelegte Anzahl von druckkontrollierten Atemzügen mit festem Druck während festgelegter Inspirationszeit
  • alle Atemzüge, die über eingestellte Rate hinausgehen, werden mit gleichem Druck kontrolliert
  • abgegebenes VT richtet sich nach Höhe des angelegten Drucks, der Lungencompliance und dem Atemwegswiderstand des Patienten
• adaptive unterstützende Beatmung (ASV) (nur bei Hamilton T1 verfügbar)
  • intelligenten Beatmungsmodus, der die AF, das VT und die Inspirationszeit in Abhängigkeit der Lungenmechanik und der Anstrengung des Patienten kontinuierlich anpasst
  • vergleichbar mit „Auto-Flow“ oder ähnlichen
• kontinuierlicher positiver Atemwegsdruck (CPAP)
• druckregulierte Volumenkontrolle (PRVC)

Einstellungen des Beatmungsgerätes

• Tidalvolumen (VT )
  • Gasvolumen, das während eines Atemzuges ausgetauscht wird
  • im Allgemeinen zwischen 4 – 8 mL/kgKG eingestellt
• ideales Körpergewicht
  • Gewicht, mit dem das Tidalvolumen berechnet wird, anstatt dem tatsächlichen Gewicht
  • dadurch ist eine lungenschonendere Beatmung möglich
• Minutenvolumen
  • durchschnittliche Gasvolumen, das pro Minute ausgetauscht wird
  • normalerweise 5 – 10 L/min
• I:E-Verhältnis
  • Asthmapatient benötigt z.B. eher ein I:E-Verhältnis von 1:3, 1:4 oder 1:5
• Flow (Flussrate)
  • Geschwindigkeit, mit der den Patienten Gas zugeführt wird
  • je höher der Flow, desto schneller die Gaszufuhr und desto kürzer die Inspirationszeit
• inspiratorischer Spitzendruck (PIP)
  • Gesamtdruck, der zur Abgabe der VT erforderlich ist
  • hängt von verschiedenen Faktoren wie Atemwegswiderstand, Lungencompliance und Brustwand ab
• Trigger
  • Anstrengung bzw. Unterdruck, den der/die Patient*in benötigt, um maschinellen Atemzug auszulösen
  • i.d.R. so eingestellt, dass minimale Anstrengung (-1 bis -2 cm H2O) einen Atemzug auslöst

Beatmung

initiale Beatmungsparameter

• Volumen-kontrollierter Modus
• AF von 14/min (Range: 10 – 30/min)
• VT von 6 mL/kg ideales KG (Range: 4 – 8 mL/kg ideales KG)
• FiO2 von 21 – 100 % (0,21 – 1,0)
• I:E-Verhältnis: 1:2
• PEEP: 5 cmH2O (Range: 5 – 20 cmH2O)
• Druckunterstützung: 5 cmH2O (Range: 5 – 20 cmH2O)

Troubleshooting (Fehlersuche)

• bei plötzliches Entsättigung oder Atemproblemen unklarer Genese sofortige Trennung vom Beatmungsgerät und manuelle Beatmung mit Beutel-Maske und 100 % O2
• D.O.P.E.-Algorithmus zur Fehlersuche & -behebung
  • Displacement (Diskonnektion oder Extubation)
    • Sicherstellen, dass der ETT sowie der Beatmungsschlauch nicht diskonnektiert, extubiert oder ähnliches sind
  • Obstructions
    • auf Sekrete achten; ggf. absaugen
  • Pressure (Druck)
    • hinsichtlich Spannungspneumothorax/Hämothorax prüfen
    • ggf. Nadeldekompression
    • ggf. Escharotomie bei zirkulärer Verbrennung
    • ggf. Relaxation und Sedierung, wenn der/die Patient*in die Beatmung nicht toleriert
  • Equipment (Material/Geräte)
    • Geräteausfall prüfen
    • Sauerstoffvorrat/-druck prüfen
    • alle Schläuche & Leitung hinsichtlich Durchgängigkeit und Dichtigkeit prüfen
• Alarme (Druck-/Spitzendruck-Alarme)
  • Probleme, die einen erhöhten Atemwegswiderstand und eine verminderte Lungencompliance verursachen, einschließlich Pneumothorax oder Lungenödem, beheben
  • alle Schläuche & Leitung hinsichtlich Knoten o.Ä. prüfen
  • Prüfen, ob das richtige VT eingestellt ist
• Luftlecks, die Niederdruckalarme/Volumenverluste verursachen
  • auf Luftlecks an ETT, Tracheostomiekanüle und dem Beatmungssystem prüfeb
  • Prüfen, ob das richtige VT eingestellt ist
• Dissynchronität des Beatmungsgerätes
  • Besteht eine klinische Entität, bei der die Gaszufuhr des Beatmungsgeräts und die Atmungsmechanik des Patienten nicht aufeinander abgestimmt sind?
  • Bestehen Unruhe und Atemnot beim/bei der Patient*in?
• Hyperinflation der Lunge (Lufteinschluss; air trapping) und Auto-PEEP
  • dynamische Hyperinflation ist mit einem positiven endexpiratorischen Alveolardruck oder Auto-PEEP verbunden
  • physiologische Auswirkungen eines Lufteinschlusses sind verringerte kardiale Vorlast aufgrund eines verminderten venösen Rückflusses –> Hypotonie, pEA, Herzstillstand
  • kann auch zu lokaler Überdehnung und Ruptur der Alveolen führen
  • Tidalvolumen verringern, die Parameter der Inspirations- und Exspirationsphase ändern, in einen anderen Modus wechseln und physiologische Anomalien korrigieren, die den Atemwegswiderstand erhöhen, um einer Lungenhyperinflation vorzubeugen
  • in Notfällen kann ein Auto-PEEP aufgrund von Lufteinschlüssen durch kurzes Trennen (3 – 5 sek) von Beatmungsschlauch und ETT behoben werden