Mechanische VentilationKathleen Donnely, MD

Albany Medical CollegeAlbany, NY

Michael Kelly, MDMaimonides Medical Center

Brooklyn, NY

Norbert Lutsch, FA IPOstschweizer Kinderspital St.Gallen

(Übersetzung ins Deutsche / Ergänzungen)

Einleitung

• Indikationen

• Grundlagen Anatomie und Physiologie

• Ventilationsmodi

• Wahl der Modi und Einstellungen

• Häufige Probleme

• Komplikationen

• Weaning and Extubation

Indikationen

• Respiratorische Störungen– Apnoe / Respiratorischer Arrest

– Inadäquate Ventilation (akut vs. chronisch)

– Inadäquate Oxygenation

– Chronisch respiratorische Insuffizienz mit Gedeihstörung (FTT)

Indikationen

• Kardiale Insuffizienz – Verringerung der Atemarbeit

– Reduzierung des O² Verbrauchs

• Neurologische Dysfunktion– Zentrale Hypoventilation / häufige Apnoe

– Komatöse Patienten, GCS < 8

– Atemwegs protektiv

Anatomische Grundlagen• Obere Luftwege

– Befeuchtung der inhalierten Gase– Stelle des größten Atemwiderstandes

• Untere Luftwege– Zuleitende Atemwege (Anat. Totraum)– Resp. Bronchiolen– Alveolen (Gasaustausch)

Physiologische Grundlagen

• Negativer Druckkreißlauf – Gradient zwischen Mund und Pleuralraum ist

die treibende Kraft– Benötigt, um den Widerstand zu überwinden

– Offenhalten der Alveolen• Überwinden elastischer Rückstosskräfte

– Balance zwischen elastischer Rückstosskräfte des Brustkorbes und der Lunge

Grundlagen Physiologie

http://www.biology.eku.edu/RITCHISO/301notes6.htm

Normale Druck-Volumenbeziehung in der Lunge

http://physioweb.med.uvm.edu/pulmonary_physiology

Ventilation

• KohlendioxidPaCO2= k * Metabolische Produktion

Alveoläre Minutenventilation

Alv. MV = Resp. Freq. * Effektives Tidalvol.

Effektives TV = TV - Totraum

Totraum = anatomisch + physiologisch

Oxygenation• Sauerstoff:

– Minutenventilation ist die Menge frisches Gas, welches in die Alveolen gelangt

– Der O² Partialdruck in den alveolen (PAO2) ist die treibende Kraft für den Gasaustausch durch die Alveo-Kapilläre Membran

– PAO2 = ({Atmos. Druck - Wasserdampf}*FiO2) - PaCO2 / RQ

– Perfundiere Alveolen, die gut ventiliert sind– Nach 1/3 des Weges durch die Kapillare ist das Hb voll

gesättigt

Oxygenation

http://www.biology.eku.edu/RITCHISO/301notes6.htm

CO2 vs. O2

Abnormer Gasaustausch• Gründe für Hypoxämie:

– Alveoläre Hypoventilation

– V/Q mismatch– Shunt– Diffusionsstörung

• Gründe für Hyperkapnie:– Alveoläre

Hypoventilation– V/Q mismatch

Wegen der unterschiedlichen Löslichkeit von O2 und CO2 und deren verschiedener Dissoziationskurven, resultieren Shunt und Diffusionsstörungen nicht zwangsläufig in einer Hyperkapnie.

Gasaustausch• Hypoventilation und V/Q mismatch sind die

häufigsten Ursachen des abnormen Gasaustausches auf einer PICU (Päd.IPS)

• Korrigiere Hypoventilation -> erhöhe MV• Korrigiere V/Q mismatch -> erhöhe die

Fläche der ventilierten Lunge oder verbessere die Perfusion der Gebiete, die ventiliert werden

Mechanische Ventilation• Auf was können wir einwirken……

– Minutenventilation (erhöhe Freq. / Tidalvolumen)

– Druckgradient = A-a Gleichung (erhöhe atm.Druck, FiO2, erhöhe Ventilation, ändere RQ)

– Austauschfläche = Lungenvolumen für Ventilation (Volumevergrösserung durch Druckerhöhung, d.H., Mean Airway Pressure)

– O2 Löslichkeit = ?Perfluorcarbon?

Mechanische Ventilation

Ventilatoren verabreichen Gas mit einem bestimmten Druck. Die Menge des Gases kann durch Zeit, Druck, oder Volumen begrenzt werden. Die Dauer der Gasverabreichung kann durch Zeit, Druck, oder Flow bestimmt werden

Nomenklatur• Atemwegsdrücke

– Peak Inspiratory Pressure (PIP)– Positive End Expiratory Pressure (PEEP)– Pressure above PEEP (PAP or ΔP)– Mean airway pressure (MAP)– Continuous Positive Airway Pressure (CPAP)

• Inspirationszeit oder I:E Ratio

• Tidalvolumen: Menge an Gaszufuhr / Atemzug

Beatmungsformen• Beatmungsmodi:

– Jeder Atemzug wird vom Ventilator voll unterstützt

– Bei den klassischen Modi waren die Patienten nicht in der Lage zu selber zu atmen, von den voreingestellten Beatmungshüben einmal abgesehen..

– Bei neueren Modi arbeiten die Ventilatoren mit assistierenden Modi, mit minimaler Eintstellrate und alle getriggerten Atemzüge über dieser Rate werden voll unterstützt z.B. ASB.

Beatmungsformen• IMV Modi: Intermittent Mandatory Ventilation

Modi – Atemzüge über der eingestellten Rate werden nicht unterstützt

• SIMV: Der Vent. synchronisiert IMV-Atemzüge mit der Spontanatmung des Patienten

• Pressure Support: Vent. verabreicht Druckunterstützung bis zum voreingestellten Druck oder Volumen, aber keine feste Frequenz

Beatmungsformen

Wann immer ein Atemzug vom Ventilator

unterstützt wird, ungeachtet des Modus,

wird die Unterstützung entweder vom

Druck oder dem Volumen Limitiert.

– Volumenlimitiert: Tidalvolumen einstellen!

– Drucklimitiert: PIP oder PAP einstellen!

Druck Volumenbeziehung

Ist das Volumen vorgegeben, variiert der Druck…..ist der Druck vorgegeben, variiert das Volumen…..

….entsprechend der Compliance…...

COMPLIANCE =

Volumen / Druck

Compliance

Burton SL & Hubmayr RD: Determinants of Patient-Ventilator Interactions: Bedside Waveform Analysis, in Tobin MJ (ed): Principles & Practice of Intensive Care Monitoring

Assist-Regelung, Volumen

Ingento EP & Drazen J: Mechanical Ventilators, in Hall JB, Scmidt GA, & Wood LDH(eds.): Principles of Critical Care

IMV, volumenlimitiert

Ingento EP & Drazen J: Mechanical Ventilators, in Hall JB, Scmidt GA, & Wood LDH(eds.): Principles of Critical Care

SIMV, volumenlimitiert

Ingento EP & Drazen J: Mechanical Ventilators, in Hall JB, Scmidt GA, & Wood LDH(eds.): Principles of Critical Care

Control vs. SIMVKontrollierte Modi• Jeder Atemzug wird voll

unterstützt, ungeachtet des “Triggers”

• Über Frequenz kann nicht “geweant” werden

• Agitierte Patienten können hyperventilieren

• Mögl. Pat/Vent asynchronisierung verlangt üblicherweise Sedation +/- Paralyse

SIMV Modus• Vent versucht mit

Eigenatmung des Pat zu synchronisieren

• Patient nimmt dazwischen “eigene” Atemzüge (+/- PS)

• Potentiell erhöhte Atemarbeit

• Pat/Vent asynchronisierung möglich

Einteilung der Beatmungsformen

IP P V

M M V

V o lu m en

A P R V

B IP A P

D ru ck

K o n tro lliert

S IM V C P A P /A S B

U n ters tü tzen d

In su ffla tio n C P A P

S p o n tan

B eatm u n gsfo rm en

Druck vs. Volumen

• Druckbegrenzt– FiO2 und MAP

einstellen (oxygenation)

– Einfluss auf die Ventilation ist trotzdem möglich (Frequenz, PAP)

– Dezellerierendes flow-muster ( PIP bei gleichem Vt)

• Volumenbegrenzt– Minutenventilation

einstellen

– Einfluss auf Oxygenation ist trotzdem möglich (FiO2, PEEP, I-time)

– Konstantes Flow- muster

Druck vs. Volumen

• Druck “Falle”– Plötzliche Veränderung des

Volumens bei veränderter Lungencompliance

– Kann zu Hypoventilation oder Lungenüberblähungen führen

– Bei akuter ETT Obstruktion wird ein geringeres Tidalvolumen verabreicht

• Volumen “Falle”– Kein PIP Limit per se

(üblicherw. Haben Vent ein oberes Drucklimit)

– Konstanter Flow produziert höhere PIP bei gleichem Tidalvolumen, verglichen mit Druckkontrollierten Modi

Trigger• Wie weiß der Ventilator wann er einen Atemhub

auslösen muß? - “Trigger”– Atemanstrengung des Pat.– Verstrichene Zeit

• Die Atembemühung des Pat. kann als Druck

oder Flowänderung “gemessen” werden (im

Messkreislauf)

Wegleitung gefällig??Druckunterstützung• “Trigger”: Der Ventilator braucht eine bestimmte

Atemarbeit vom Patienten• Kann Atemarbeit verringern, indem für getrig-gerte

Atemzüge Flow während der Inspiration verabreicht wird

• Kann bei spontanen Atemzügen im IMV Modus oder als stand alone Modus (CPAP) gegeben werden

• Ist Flow-gesteuert

Fortschrittliche Modi

• Pressure-Regulated Volume Control (PRVC)

• Volume Support• Inverse Ratio (IRV) oder Airway-

Pressure Release Ventilation (APRV)• Bilevel (BIPAP)• HFOV

Fortschrittliche Modi

PRVC

Dieser Modus liefert ein voreingestelltes Tidalvolumen mit jedem Atemzug mit dem niedrigst möglichen Spitzendruck. Nutzt dabei ein dezellerierendes Flowmuster, was dadurch zu weniger Lungenverletzungen führt….

Fortschrittliche Modi

Volumenunterstützung– Äquivalent zum smart pressure support

– Setze ein “Ziel” Tidalvolumen fest

– Der Vent überwacht das verabreichte Volumen und regelt die Druck-unterstützung, um das “Ziel” mit den von uns eingestellten Limiten zu erreichen.

Fortschrittliche Modi

Airway Pressure Release Ventilation– Kann beschrieben werden, als gäbe man dem

Pattienten zwei versch. Level von CPAP – Einzustellen sind “hoher” und “tiefer” Druck

mit “release” time– Die Länge des “hohen” Drucks ist üblicher-

weise grösser als die des “tiefen” Drucks

KurzfristigeDruckentlastung

Von einem CPAP-Niveau

Fortschrittliche Modi

Lungenvoluminasind kleiner, gedacht

Für alveoläre Rekrutierung

Fortschrittliche Modi

Inverse Ratio Ventilation– Pressure Control Mode– I:E > 1– Kann den MAP ohne PIP erhöhen : verbessert

die Oxygenation und limitiert Barotraumata– Signifikantes Risiko für Air Trapping – Patient muß wahrscheinlich tief sediert und

möglicherweise auch relaxiert werden

Fortschrittliche Modi

Hochfrequenzoszillatorventilation– Extrem hohe Frequenzen (Hz = 60/min)– Tidalvolumina < anatomischer Totraum– Einstellen & Titrieren des Mean Airway Pressure– Amplitude äquivalent zu Tidalvolumen– Mechanismus des Gasaustauschs unklar– Traditionelle “Rescue” Therapie– Aktive Expiration

Fortschrittliche Modi

Hochfrequenzoszillatorventilation– Patient sollte relaxiert sein– Häufiges Absaugen durch Volumenverlust

beim Diskonnektieren des Patienten vom Oszillator nicht praktikabel??

– Erhöhte Dekubitusgefährdung, da Patient nicht regelmässig gelagert werden kann??

– Lagern und Absaugen, wie Patientenzustand es zulässt

Fortschrittliche Modi

Non Invasive Positive Pressure Ventilation

– Verabreicht PS und CPAP via eng sitzender

Maske (BiPAP: bi-level positive airway

pressure)

– “Sicherheitsfrequenz” einstellbar

– Sedation kann noch immer nötig sein

Starteinstellungen• Drucklimitiert

– FiO2

– Rate/Frequenz– T-insp / I:E ratio– PEEP– PIP oder PAP

• Volumenlimitiert– FiO2

– Rate/Frequenz– T-insp / I:E ratio– PEEP– Tidalvolumen

Diese Einstellungen beziehen sich auf Zeit ge-steuerte Ventilatoren. Flow gesteuerte Ventilatoren werden in der Pädiatrie kaum benutzt

Starteinstellungen• Einstellungen

– Frequenz: Starte mit “normalen” Frquenzen, 15 für Jugendliche/ Kinder, 20-30 Babies /Kleinkinder

– FiO2: 100% und entwöhne nach unten…

– PEEP: 3-5

– Kontrollierte Beatmung (A/C) oder unterstützend (SIMV)

– Modi ?

Die Wahl der Mittel• Drucklimitiert

– FiO2

– Frequenz– T-insp– PEEP– PIP

• Volumenlimitiert– FiO2

– Frequenz– Tidalvolumen– PEEP– T-insp

Tidalvolumen ( & MV) variiert

PIP ( & MAP) variiert

MV

MAP

Anpassungen

• bezüglich Oxygenation, justiere:

– FiO2

– PEEP

– T-insp

– PIP

• bezüglich Ventilation, justiere:

– Frequenz

– Tidalvolumen

MAP MV

Einstellungen

• PEEP

wird eingesetzt, um alveolären Kollaps in

der End-Expiration zu verhindern; oder um

kollabierte Lungenareale zu rekrutieren;

kann auch die Funktion eines Stent´s haben

z.B. Tracheomalazie

Aber...• Ist es wirklich so simpel ?

– Den Peep zu erhöhen, kann den Totraum vergrössern, das HMV verringern, V/Q Mismatch begünstigen

– Die Atemfrequenz zu erhöhen, kann zu dynamischer Hyperinflation (auto-PEEP) führen, was eine Verschlechterung der Oxygenation und Ventilation bewirkt

Problemmanagement

• Funktioniert meine Beatmungstherapie?

– Schaue den Patienten an !!

– Höre deinem Patienten zu !!– Pulsoxy, ABGA, EtCO2

– Thorax Rx

– Ventilator prüfen (PIP; exp.Vte ; Alarme)

Problemmanagement• Bestehen Zweifel, diskonnektiere den

Patienten vom Ventilator und beginne zu bebeuteln.

• Bebeutle mit 100% O2.• Dies schließt den Ventilator als Problem-

Ursache aus.• Bebeuteln von Hand kann helfen, die

Patientencompliance zu messen

Problemmanagement• Atemwege zuerst: Liegt der ETT noch

richtig? Einseitig beatmet?

• Beatmung danach: Hebt sich die Brust? AG´s vorhanden und seitengleich?

• Veränderungen? Atelektasen, Bronchospasmus, Pneumothorax, Pneumonie?

• Kreislauf: Schock? Sepsis?

Problemmanagement• Nun, es klappt noch immer nicht…..

– Richtige Einstellungen ? Richtiger Modus ?

– Sollte der Ventilator mehr Arbeit leisten ?• Patient unfähig dies zu tun

• Ursächliches Problem verschlechtert (neues Problem?)

– Luftleck?

– Muss der Patient tiefer sediert werden ?

– Sollte der Patient extubiert werden ?

– Ventilatoren sind auch nur Menschen..(funzt Er ?)

Problemmanagement

• Patient - Ventilator Interaktion– Ventilator sollte Atemanstrengungen des

Patienten erkennen (Trigger)

– Ventilator muß Patientenanspruch genügen (Antwortzeit)

– Ventilator darf Patientenanstrengung nicht beeinträchtigen (Synchronisation)

Problemmanagement

• Verbessern der Ventilation und/oder Oxygenation– Frequenzerhöhung (oder verringern bei Air-

Trapping) – Vt/PAP erhöhen um Tidalvolumen zu erhöhen– Peep erhöhen ( Alveoläres Recruitment )– Pressure Support erhöhen und/oder Sedation

verringern um Spontanaktivität zu erhöhen

Kleinere Erwartungen• Permissive Hyperkapnie

– Akzeptiere höhere PaCO2´s im Austausch für geringere Spitzendrücke

– PH kann mittels NaBic oder anderen Puffern korrigiert werden

• Permissive Hypoxämie– Akzeptiere ein PaO2 von 55-65; SaO2 88-90% im

Austausch für geringeres FiO2 (<.60) und PEEP– Sauerstoffgehalt kann beibehalten werden, mit

Hämatokritwerten > 30%

Adjuvante Therapien• Bauchlage

– Re-expandiert kollabierte dorsale Lungenareale– Der Brustkorb hat eine vorteilhaftere Compliance

Kurve in Bauchlage– Das Herz bewegt sich weg von den Lungen– Daraus resultiert gewöhnlich eine bessere Oxygenation– Pflege ist erschwert (Absaugen, Rea, Dekubiti) aber

nicht unmöglich…– Nicht jede Verbesserung ist von Dauer oder stellt sich

beim ersten Versuch ein

Adjuvante Therapien• iNO Inhalation

– Vasodilator mit kurzer Halbwertszeit kann über ETT verabreicht werden

– Dilatiert Blutgefäße die ventilierte Alveolen versorgen und verbessert so V/Q

– Hat keine systemische Wirkung da schnelle Inaktivierung bei Bindung an Haemoglobin

– Verbessert die Oxygenation aber nicht den Outcome

Komplikationen• Ventilator Induzierte Lungenverletzung

(VALI)– Sauerstofftoxizität– Barotrauma / Volutrauma

• Spitzendruck• Plateaudruck• Scheerkräfte (Hohe Tidalvolumina)• PEEP

Komplikationen• Kardiovaskuläre Komplikationen

– schlechterer venöser rückfluß zum re. Herz– Verschieben des Interventrikulären Septum– verminderter linksseitige Nachlast (gut)– Veränderte rechtsseitige Nachlast

• Resultat…..vermindertes HMV (üblicherweise, nicht immer und oft bemerken wir es nicht einmal)

Komplikationen• Andere Komplikationen

– Ventilator Assoziierte Pneumonie– Sinusitis– Analgosedierung– Risiken assoziierter Geräte (ZVK,

Arterie)– Ungeplante Extubation

Extubation

• Weaning– Ist die Ateminsuffizienz verschwunden

oder verbessert ?

– Ist der Patient ausreichend Oxygeniert und Ventiliert ?

– Kann das Herz die vermehrte Atemarbeit tolerieren?

Extubation• Weaning

– Reduziere den PEEP (4-5)– Reduziere die Frequenz– Reduziere den PIP (nach Bedarf)

• Was wir tun ist reduzieren was der Vent macht und sehen, ob der Patient die Differenz übernehmen kann….

Extubation

• Extubation– Kontrolle der Atemwegsreflexe

– Freie obere Atemwege (Luftleck um Tubus?)

– Minimaler Sauerstoffbedarf

– Minimale Frequenz

– Minimiere Druckunterstützung (0-10/ASB)

– “Wacher ” Patient