Resektionen unter extrakorporalen Membranoxygenierungsverfahren in der Thoraxchirurgie
Verfasst von: Ali Akil, Sandra Schulte, Stephanie Rehers und Stefan Fischer
Die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) ist ein etabliertes Verfahren in der intensivmedizinischen Behandlung des Lungenversagens und findet zunehmend Anwendung im Rahmen komplexer thoraxchirurgischer Eingriffe. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung derartiger Systeme, im Speziellen verwendeter Gasaustauschmembranen und Zentrifugalpumpen sowie entsprechender vaskulärer Kanülen und der Schlauchsysteme, hat sich das Einsatzspektrum enorm erweitert. Der Einsatz der ECMO kann bereits in der präoperativen Phase erfolgen, intraoperativ zur Etablierung funktioneller und technischer Operabilität beitragen sowie den Behandlungsverlauf in der postoperativen Phase positiv beeinflussen. Dieses Kapitel soll eine Übersicht über den perioperativen Einsatz von ECMO-Verfahren und deren Effektivität bei der Etablierung technischer und funktioneller Operabilität im Zusammenhang mit thoraxchirurgischen Eingriffe geben.
Die arteriovenöse Form des extrakorporalen Gasaustausches ist ein pumpenloses Lungenunterstützungsverfahren, welches durch das Herz-Zeit-Volumen und somit durch die Auswurfkraft des linken Ventrikels des Patienten angetrieben wird, weswegen es sich hierbei um ein System mit arterio-venösem Blutfluss handelt. Eine Blutpumpe ist dabei nicht erforderlich. Voraussetzung hierfür ist eine stabile Hämodynamik. Das Verfahren generiert lediglich niedrige Blutflussraten von 0,8–1,5 l/min, weshalb ausschließlich eine ausreichende Kohlendioxidelimination möglich ist. Zur signifikanten Steigerung der Oxygenierung ist dieses Verfahren nicht geeignet, da hierfür aufgrund der physiologischen Bindung von Sauerstoff im Blut höhere Blutflussraten benötig werden. In der Regel werden die V. und A. femoralis communis perkutan kanüliert. Eine zentrale Kanülierung ist möglich, wird in der Literatur jedoch nur in seltenen Fällen beschrieben. Hier insbesondere zur Überbrückung zur Lungen- oder Herz-/Lungentransplantation bei Patienten mit suprasystemischer pulmonal-arterieller Hypertonie (Strueber et al. 2009). Die iLA wird aufgrund der Einschränkungen im Einsatzbereich und der risikobehafteten arteriellen Kanülierung nur noch limitiert eingesetzt (Bein et al. 2006; Kluge et al. 2012).
Low flow venovenöse ECMO
Die low flow venovenöse Form der ECMO-Therapie (ECMO, extrakorporale Membranoxygenierung) dient primär der Kohlendioxidelimination (Dekarboxylierung) bei hämodynamisch stabilen Patienten mit hyperkapnischem respiratorischem Versagen und daraus resultierender respiratorischer Azidose. Hierfür reichen in der Regel niedrige Blutflüsse (1,0–2,5 l/min) über die Gasaustauschmembran aus, um eine effektive Dekarboxylierung zu erreichen und die Hyperkapnie auszugleichen (Del Sorbo et al. 2015; Akil et al. 2020a). Zu diesem Zweck kann eine Doppellumenkanüle in Seldinger-Technik über die rechte V. jugularis interna eingebracht werden. Das venöse Blut wird in die extrakorporale Zirkulation geleitet und nach Dekarboxylierung über dieselbe Kanüle zurückgeführt (Redwan et al. 2015; Burki et al. 2013). Alternativ kann bei erschwertem Gefäßzugang am Hals oder bei Vorliegen von Kontraindikationen (z. B. Thrombose), die rechte V. femoralis als Zugang verwendet werden (Akil et al. 2020). Eine effektive Oxygenierung setzt Blutflüsse von mehr als 2 l/min mittels einer Blutpumpe in Abhängigkeit vom individuellen Herzzeitvolumen voraus. Bei Patienten mit begleitender Oxygenierungsstörung ist die low flow venovenöse ECMO aufgrund der eingeschränkten Oxygenierungsleistung nur limitiert einsetzbar und muss dann häufig mit anderen Verfahren wie invasiver oder non-invasiver Beatmung kombiniert werden. Hier jedoch kann diese Form der ECMO zur Etablierung eines protektiven Beatmungsmodus wiederum beitragen.
High flow venovenöse ECMO
Die high flow venovenöse ECMO kommt bei globalen oder überwiegend hypoxämischen Gasaustauschstörungen zum Einsatz. Voraussetzung für diese Form der ECMO ist ebenfalls ein weitestgehend hämodynamisch stabiler Patient, welcher eine vollständige respiratorische Unterstützung benötigt. Bei diesem ECMO-Modus können sowohl eine effektive Oxygenierung als auch eine Dekarboxylierung und somit ein kompletter Lungenersatz etabliert werden. Hierfür wird in der Regel eine bikavale Kanülierung durchgeführt. Das venöse Blut wird über eine in die rechte V. femoralis eingebrachte Kanüle (21–25 Fr.) in die extrakorporale Zirkulation geleitet und anschließend mittels einer weiteren Kanüle (17–21 Fr.) über die rechte V. jugularis interna zurückgegeben (Banfi et al. 2016). Abhängig von der venösen Kanülenstärke können Blutflüsse zwischen 2–5 l/min mittels einer Blutpumpe generiert werden. Eine Sonderform der bikavalen Kanülierung stellt die bikavale Doppellumenkanüle (Avalon Elite®, Maquet, Deutschland) dar (Napp et al. 2016). Diese, über die rechte V. jugularis interna eingebrachte Kanüle, dient der Oxygenierung und Dekarboxylierung im high flow venovenösen Modus.
Vorteile der ausschließlich jugulären Kanülierung bestehen vor allem in der besseren Mobilisierbarkeit des Patienten im wachen Zustand (Wach-ECMO) sowohl präoperativ als auch postoperativ. Weiterhin verringert die Single-Site-Kanülierung die Invasivität eines ECMO-Verfahrens (Abb. 1).
Abb. 1
Einsatz der Low-Flow-VV-ECMO. Die Kanülierung erfolgt über die V. jugularis interna dextra mittels Doppellumen TwinPort Kanüle
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Venoarterielle ECMO
Die venoarterielle ECMO stellt aufgrund der arteriellen Kanülierung eine sehr invasive Form der ECMO-Therapie dar und wird vor allem bei Patienten im kardiogenen Schock (Rescue-ECMO) sowie im Links- und/oder Rechtsherzversagen zur vollständigen Lungen- und Kreislaufunterstützung eingesetzt. Es ergibt sich dadurch ein breites Anwendungsspektrum. Die Kanülierung kann peripher oder zentral erfolgen. Die arterielle Kanüle (Rückgabe-Kanüle) wird entweder zentral direkt über die Aorta ascendens oder A. subclavia, alternativ peripher über die A-femoralis eingebracht. Die venöse Entnahme-Kanüle kann zentral über den rechten Vorhof oder peripher über die V. femoralis platziert werden. Im Falle einer arteriellen femoralen Kanülierung kann der retrograde ECMO-Blutfluss mit dem antegraden linksventrikulären Blutfluss konkurrieren (Harlekin-Syndrom), was bei einem schweren Lungenversagen zu einer unzureichenden Sauerstoffversorgung der oberen Körperhälfte führt. Diese sog. Watershed-Region befindet sich meistens zwischen Aorta ascendens und A. renalis (Napp et al. 2015). Eine weitere unerwünschte Folge der femoralarteriellen Kanülierung ist eine potenzielle Beinischämie durch die Okklusion des Blutflusses. Bei fehlendem Puls der betroffenen Extremität muss distal der arteriellen Kanülierung eine antegrade Perfusionskanüle zur Etablierung einer selektiven Beinperfusion eingebracht werden. Die Wahl einer möglichst kleinen Kanüle reduziert die Inzidenz einer Beinischämie.
Zur Vermeidung einer zerebralen und koronaren Hypoxie kann das ECMO-System in einen veno-arterio-arteriellen Modus aufgerüstet werden. Hierzu kann statt einer femoralarteriellen Kanülierung, eine zusätzliche arterielle Kanüle über die rechte A. subclavia eingebracht und dadurch eine Verbesserung der zerebralen und koronaren Perfusion erreicht werden. Alternativ kann auf einen veno-arterio-venösen Modus umgestellt werden, indem eine zusätzliche venöse Kanülierung über die rechte V. jugularis interna als venöse Rückgabe-Kanüle (oxygeniertes Blut) eingeführt wird. Dadurch kann eine Verbesserung der Oxygenierung des rechten Herzens sowie des Gehirns erreicht werden. Später kann nach hämodynamischer Stabilisierung die ECMO-Therapie auf einen venovenösen Modus deeskaliert werden.
Eine weitere besondere Form der ECMO-Therapie ist die veno-veno-arterielle ECMO. Diese wird insbesondere bei ARDS-Patienten mit begleitender pulmonaler Hypertonie und rechtventrikulärem Pumpversagen eingesetzt. Hier wird die bereits laufende venoarterielle auf eine veno-veno-arterielle ECMO eskaliert, indem eine zusätzliche Kanülierung der rechten V. jugularis interna zur Entlastung des rechten Ventrikels erfolgt. Im weiteren Verlauf kann dieser Modus nach hämodynamischer Stabilisierung des Patienten auf einen venovenösen Modus zur reinen Lungenunterstützung deeskaliert werden (Napp et al. 2016; Abrams und Brodie 2015).
Herz-Lungen-Maschine
Die Herz-Lungen-Maschine (HLM) ist der Goldstandard in der Herzchirurgie und wird heute nur selten bei komplexen thoraxchirurgischen Eingriffen eingesetzt. Diese Art der extrakorporalen Unterstützung stellt die invasivste Form dar. Hierdurch können das Herz und die Lungenfunktion komplett ersetzt werden. Ähnlich wie eine venoarterielle ECMO kann die HLM entweder zentral oder peripher angeschlossen werden. Der Hauptunterschied zur ECMO bestehen darin, dass das Herz und die großen Gefäße zu Resektions- und Rekonstruktionszwecken eröffnet werden können, da die HLM als „offenes System“ über die Möglichkeit der Blutrückgabe über ein Saugersystem verfügt, welches mit der ECMO als „geschlossenes System“ nicht möglich ist. Hierfür ist bei der HLM eine vollständige effektive Antikoagulation zwingend notwendig („activated clotting time“, ACT > 480). Dadurch besteht eine verstärkte Blutungsneigung mit daraus resultierendem erhöhten Transfusionsbedarf sowie systemischer Inflammation (Westerberg et al. 2006; Gabel et al. 2013), sodass die Indikation der HLM in der Thoraxchirurgie eher zurückhaltend gestellt wird. Im Gegensatz zur HLM, wird während der ECMO-Therapie eine ACT von 160–180 angestrebt. Weitere Unterschiede zwischen den beiden Verfahren bestehen in niedrigerem Füllvolumen sowie der längerfristigen perioperativen Anwendungsmöglichkeit der ECMO im Vergleich zur HLM. Letztere kann nur intraoperativ eingesetzt werden (de Perrot et al. 2005; Machuca et al. 2015).
Die Eigenschaften und Wirkung der verschiedenen Verfahren sind in Tab. 1 zusammengefasst (Akil et al. 2019a).
Tab. 1
Extrakorporale Unterstützung in der Thoraxchirurgie
Etablierung technischer und funktioneller Operabilität
In der Thoraxchirurgie kann die extrakorporale Membranoxygenierung vielfältig eingesetzt werden: Präoperativ als Wach-ECMO zur Überbrückung bis zur Operation oder Transplantation, intraoperativ als Unterstützung während des Eingriffs und postoperativ als Wach-ECMO bis zur Erholung des Patienten bzw. der Lungenfunktion (Abb. 2) (Redwan et al. 2019).
Abb. 2
Perioperatives ECMO-Spektrum in der Thoraxchirurgie (LTx Lungentransplantation, LVRS Lungenvolumenreduktionschirurgie, ARDS akutes Lungenversagen, ECLS extrakorporales Life-Support-System; von Redwan B et al., mit freundlicher Genehmigung von Georg Thieme Verlag)
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Etablierung technischer Operabilität
Für die Resektion von lokal fortgeschrittenen Tumoren, großen mediastinalen Tumoren mit Beteiligung der umgebenden Gefäße und des Herzens oder für komplexe tracheobronchiale Resektionen kann die ECMO intraoperativ von großem Nutzen sein. Hierdurch kann durch die maschinelle Beatmung für längere Phasen unterbrochen werden oder die geplante Resektion sogar in Apnoephasen ermöglicht werden (Redwan et al. 2015a). Somit kann eine optimale Exposition des Operationsgebietes geschaffen und eine sichere Resektion durchgeführt werden. Die Auswahl des geeigneten ECMO-Verfahrens hängt von dem geplanten Eingriff selbst und den Komorbiditäten des Patienten ab (Machuca et al. 2015). Es wurde bereits in einer großen Fallserie über Patienten berichtet, bei denen nach intraoperativer Implementierung einer VA-ECMO, komplexe tracheobronchiale Manschettenresektionen durchgeführt wurden, wohingegen diese Eingriffe früher ausschließlich unter HLM-Einsatz technisch möglich waren (Lang et al. 2015). Heutzutage wird der Großteil dieser Resektionen mittels venovenöser High-Flow-ECMO durchgeführt und eine arterielle Kanülierung ist somit überflüssig.
Für erweiterte Lungenresektionen, zentral obstruierende Tumoren der Atemwege oder komplexe tracheobronchiale Rekonstruktionen ist die venovenöse Kanülierung oftmals ausreichend (Rinieri et al. 2015; Ko et al. 2015). Die Anwendung einer HLM hingegen beschränkt sich aufgrund der zuvor erwähnten Risiken und Komplikationen auf erweiterte Eingriffe mit Resektion und Rekonstruktion von kardialen Strukturen sowie Eingriffen an der Aorta und der zentralen Pulmonalarterie (de Perrot et al. 2005; McRae und Perrot 2018; Hoetzenecker et al. 2017). Allerdings kommt die venoarterielle ECMO heutzutage auch für diese Operationen anstelle der HLM zunehmend zum Einsatz, begründet durch das geringere Blutungsrisiko dieses Verfahrens, das geringere Risiko für Lungenschäden durch niedrigere Inflammationsreaktionen sowie letztlich die niedrigere Gefahr einer Tumorzellverschleppung bei onkologischen Resektionen durch das offene Reservoir-System der HLM.
Weitere kleinere Fallserien über den effektiven und sicheren intraoperativen Einsatz der VV-ECMO zur Resektion von zentralen Tumoren der Atemwege (Hong et al. 2013), zur Durchführung von Manschettenpneumonektomien (Kondo et al. 1999) und auch im Rahmen von Ösophagusresektionen (Schiff et al. 2013) werden in der Literatur berichtet.
Grundsätzlich ist bei hämodynamisch stabilen Patienten eine venovenöse ECMO intraoperativ in den meisten Fällen ausreichend (McRae und Perrot 2018). Allerdings können zusätzliche perioperative Risikofaktoren, beispielsweise eine pulmonalarterielle Hypertonie den Einsatz einer venoarteriellen ECMO erfordern, um eine ausreichende Hämodynamik und Oxygenierung zu gewährleisten (Lang et al. 2015; McRae und Perrot 2018; Hoetzenecker et al. 2017; Hong et al. 2013; Kondo et al. 1999; Schiff et al. 2013; Gao et al. 2017; Rozé und Lafargue 2009; NETT 2003).
Etablierung funktioneller Operabilität
Patienten, bei denen eine onkologische Resektion erforderlich ist, werden gemäß nationaler und internationaler Richtlinie bereits präoperativ auf das Vorliegen funktioneller Operabilität untersucht. Nicht selten werden Patienten als funktionell inoperabel eingestuft. Ursachen hierfür sind vor allem begleitenden Erkrankungen, wie z. B. COPD und Lungenemphysem.
Um ideale Operationsbedingungen zu garantieren, ist es unabdingbar notwendig eine Einlungenventilation (ELV) der Gegenseite zu etablieren. Bei Patienten mit eingeschränkter lungenfunktioneller Reserve können unter ELV sowohl eine schwere Hypoxämie als auch eine Hyperkapnie mit Azidose auftreten. Es sollte, insbesondere auch für eine ELV eine protektive Beatmung angewandt werden, um eine beatmungsassoziierte Schädigung der Lunge (z. B. Barotrauma) zu reduzieren. Empfohlen wird eine Beatmung mit limitierten Spitzendrücken, niedrigen Tidalvolumina (6–8 ml/kg) und einem positiven endexspiratorischen Druck (PEEP) von 5 cm H2O. Es sollten druckkontrollierte Verfahren eingesetzt werden (Gao et al. 2017). Bedingt durch das chirurgische Gewebstrauma und der Reperfusion nach ELV kommt es darüber hinaus zu einer pulmonalen inflammatorischen Reaktion. Um das Ziel einer protektiven Beatmung zu erzielen, wird eine permissive Hyperkapnie mit Werten von 50–70 mmHg toleriert. Eine Hyperkapnie kann allerdings Komorbiditäten, wie beispielsweise einen pulmonalen Hypertonus und kardiale Arrhythmien, eskalieren. Ebenfalls ist die Wirkung von Katecholaminen herabgesetzt. Intraoperative Strategien zur Vermeidung von Komplikationen unter der erforderlichen Einlungenventilation, wie z. B. CPAP-Beatmung oder Anschlingen der Pulmonalarterie der zu operierenden Lunge sowie intermittierende Reventilation, sind eingeschränkt möglich und oftmals unzureichend. Hier kann durch eine ECMO-Unterstützung eine protektive Einlungenventilation ermöglicht werden und darüber hinaus die Operation in Apnoephasen durchgeführt werden (Akil et al. 2020a; Redwan et al. 2015a; Rozé und Lafargue 2009), was die Präzision der chirurgischen Resektion sowie den intraoperativen Stressfaktor des Teams erheblich günstig beeinflussen kann.
Patienten mit COPD und fortgeschrittenem Lungenemphysem stellen ein besonderes Patientenkollektiv dar. Zusätzlich zu medikamentösen und interventionellen Therapiestrategien stellt die chirurgische Lungenvolumenreduktion (LVRS) bei diesen Patienten eine essenzielle Therapieoption dar (NETT 2003). Durch die Resektion chronisch überblähter Areale kann eine Dekompression des Thorax erreicht und dadurch eine Verbesserung der Dyspnoe, der Belastbarkeit und der Lebensqualität erreicht werden. Allerdings stellt die Einlungenventilation intraoperativ bei bereits präoperativ funktionell stärkst eingeschränkter Lungenfunktion und aufgrund des ohnehin destruierenden Charakters des Lungenemphysems, eine besondere Herausforderung dar und kann den intraoperativen Ablauf, insbesondere bei Patienten mit präoperativer Hyperkapnie, erheblich erschweren, da unter Einlungenventilation eine massive Eskalation der Hyperkapnie mit daraus resultierender Azidose und hämodynamischer Instabilität auftreten kann. Durch den intraoperativen Einsatz der extrakorporalen Ventilation bei diesem Patientenkollektiv kann die Einlungenventilation und letztlich eine Deeskalation der Beatmungsstrategien erreicht und konsekutiv dadurch die Sicherheit erhöht werden (Akil et al. 2020b). Zudem scheint es plausibel, dass sich eine protektive Einlungenventilation mit möglichst niedrigeren Beatmungsdrücken positiv auf die Entstehung und das Ausmaß einer postoperativen Luftleckage auswirkt (Akil et al. 2019b).
Diverse Fallberichte in der Literatur beschreiben verschiedene perioperative Einsatzmöglichkeiten der extrakorporalen Lungen- und Kreislaufunterstützung zur Etablierung funktioneller Operabilität. Beispielsweise kommt die ECMO bei Patienten mit schwerer Atemwegsobstruktion oder massiven Hämoptysen zum Einsatz, bei denen chirurgische Interventionen notwendig sind, aber eine intraoperative Beatmungsmöglichkeit stark eingeschränkt ist (Willms et al. 2012; Park et al. 2014). Auch Patienten nach Pneumonektomie stellen eine besondere Herausforderung für thoraxchirurgisch notwendige Folgeeingriffe dar. Diese Patienten gelten häufig als inoperabel und werden alternativen Therapien unterzogen. In seltenen Fällen wird die Operation, wie z. B. bei Keilresektionen zur histologischen Befundsicherung, unter intermittierenden Apnoephasen durchgeführt. Ist jedoch eine anatomische, onkologische Resektion mit systematischer Lymphadenektomie für die Therapie erforderlich und aus lungenfunktioneller Sicht für den Patienten möglich, ist eine derartige Operation unter intermittierenden Apnoephasen nur mit deutlich erhöhtem intraoperativem Risiko durchführbar (Abb. 3). Hier wird durch den intraoperativen Einsatz der ECMO die intraoperative Stabilität der respiratorischen- und hämodynamischen Situation des Patienten und somit seine Sicherheit günstig beeinflusst (Redwan et al. 2015a; Kim et al. 2015).
Abb. 3
(a) Präoperative Thorax-CT-Untersuchung mit sekundär primärem Lungenkarzinom im Segment VIII des linken Unterlappens (roter Pfeil) und Zustand nach kontralateraler Pneumonektomie. (b) Anatomische Segment-VIII-Resektion links mit radikaler Lymphadenektomie und intraoperativer Low-Flow-VV-ECMO-Unterstützung. Die Kanülierung erfolgt über die V. femoralis dextra mittels Doppellumen-TwinPort-Kanüle. Insgesamt 45 min Apnoephase ohne hämodynamischer oder respiratorischer Instabilität
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ECMO und Lungentransplantation
Auch im Rahmen von Lungentransplantationen konnte eine signifikante Reduktion von Risiko und Morbidität unter ECMO gezeigt werden (Aigner et al. 2007). Unter dem Einsatz des pumplosen iLA-Systems, konnten Patienten bei Versagen der konventionellen intensivmedizinischen Maßnahmen mit resultierender beatmungsrefraktärer Hyperkapnie und Azidose zur Lungentransplantation überbrückt werden. Durch den ECMO-Einsatz kann eine notwendige maschinelle Beatmung frühzeitig deeskaliert werden und sogar vermieden werden (Fischer et al. 2006). Die Art der extrakorporalen Unterstützung hängt von der Form des respiratorischen Versagens und von der möglicherweise begleitenden hämodynamischen Situation (z. B. pulmonalarterielle Hypertonie, Rechtsherzversagen etc.) ab. So wurde bereits über den Einsatz der verschiedenen Modalitäten bei wachen Patienten (Wach-ECMO) zur Überbrückung zur Lungentransplantation berichtet (Fischer et al. 2006, 2007; Olsson et al. 2010).
Allerdings variiert die Indikationsstellung für den intraoperativen Einsatz der ECMO im Rahmen von Lungentransplantationen in den verschiedenen Zentren. Intraoperativ wird überwiegend zur Entlastung der Lungenstrombahn und zur hämodynamischen Unterstützung ein venoarterieller Modus angewendet (Aigner et al. 2019).
Komplikationen
Der intraoperative Einsatz extrakorporaler Verfahren in der Thoraxchirurgie ist nur in kleineren Fallserien beschrieben. Daher ist die Datenlage bezogen auf assoziierte Komplikationen durch einen kurzfristigen, perioperativen ECMO-Einsatz sehr limitiert. Im Allgemeinen ist der venovenöse Modus deutlich weniger komplikationsbehaftet als der venoarterielle Modus. Zuvorderst zu nennen sind hierbei kanülierungsbedingte Gefäßkomplikationen, Gerinnungsstörungen, aber auch Einflüsse auf das Immunsystem sowie neurologische Komplikationen, wobei Blutungskomplikationen am häufigsten auftreten (ELSO Registry Report 2017). Durch die Einführung moderner Heparin-beschichteter Oberflächen, zentrifugaler Pumpen sowie Polymethylpenten-Gasaustauschmembranen mit niedrigeren Strömungswiderständen treten mechanische Komplikationen durch die ECMO zunehmend seltener auf und ermöglichen auch einen komplikationsarmen perioperativen Einsatz (Khoshbin et al. 2005). Im Folgenden werden die häufigsten Komplikationen im Zusammenhang mit einem intraoperativen ECMO-Einsatz dargestellt:
Antikoagulation und Blutungskomplikationen
Die Antikoagulation bei Einsatz der extrakorporalen Membranoxygenierung stellt eine besondere Herausforderung dar: Eine unzureichende Antikoagulation kann zu einem ECMO-Systemversagen und aufgrund schwerwiegender thromboembolischer Komplikationen zu akuter Lebensgefahr des Patienten führen. Eine übermäßige Antikoagulation hingegen kann lebensbedrohliche Blutungen auslösen.
Als Standardantikoagulanz kommt unfraktioniertes Heparin, mit der Verfügbarkeit einer Antagonisierung durch Protamin, zum Einsatz. Die ELSO (Extracorporeal Life Support Organization) empfiehlt vor Kanülierung eine Bolusgabe mit anschließender kontinuierlicher Infusion unter entsprechendem Gerinnungsmonitoring. Neben dem ACT-Monitoring („activated clotting time“) ist das Monitoring mittels aktivierter Prothrombinzeit (aPTT) universell verfügbar. Ziel ist eine aPTT von 1,5- bis 2,5-fach des oberen Normwertes (Brogan et al. 2017). Die ACT-Steuerung der Antikoagulation ist abhängig von der jeweiligen ECMO-Modalität. Während für das venovenöse Verfahren eine Ziel-ACT von 160–180 sec ausreicht, wird für das venoarterielle Verfahren eine Ziel-ACT von 180–200 sec angestrebt. Bei kleineren Blutungsproblemen kann eine Anpassung auf 140–160 sec erfolgen, bei starker Blutungsproblematik oder schwerem Trauma sogar ein Aussetzen der Heparinisierung bis zu 72 Stunden notwendig sein (Reeb et al. 2016).
Bei der perioperativen venovenösen ECMO verzichten die Autoren aufgrund der Heparinbeschichtung der Schlauchsysteme auf die initiale Bolusgabe und eine sofortige kontinuierliche Antikoagulation zur Vermeidung von intraoperativen Blutungskomplikationen (Rehers et al. 2019). Postoperativ wird eine Ziel-aPTT von 50 sec angestrebt.
Im Rahmen der venovenösen ECMO-Therapie wird die Inzidenz von Blutungskomplikationen in 17 % der Fälle aus den Kanüleneinstichstellen bzw. aus dem operativen Wundgebiet beschrieben (Paden et al. 2013). Demgegenüber stehen in vergleichbarer Höhe mechanische Komplikationen der Gasaustauschsysteme durch Blutkoagel unter dem Einsatz von unfraktioniertem Heparin. Eine alternative Substanz stellt der überwiegend hepatisch eliminierte direkte Thrombininhibitor Argatroban dar. Argatroban zeigt, gerade bei kritisch kranken Patienten, eine stabile und gut steuerbare Antikoagulation, unter der Patienten den avisierten aPTT-Zielbereich schneller erreichen und auch stabiler im Zielkorridor bleiben (Menk et al. 2017). Ebenfalls kann es bei einer Heparin-induzierten Thrombozytopenie (HIT) sicher angewandt werden. Ein weiteres, aber selten verwendetes Antikoagulanz ist Bivalirudin.
Insgesamt ist die Inzidenz von Blutungen im Rahmen der ECMO-Therapie jedoch deutlich geringer als bei der Anwendung der Herz-Lungen-Maschine (Makdisi et al. 2016; Rosskopfova et al. 2016; Heward et al. 2016), da bei dem Einsatz der venovenösen ECMO ein deutlich weniger aggressives Antikoagulationsregime eingesetzt werden kann (Rehers et al. 2019).
Mechanische Blutungsproblematik
Blutungen durch mechanisch bedingte Gerinnungspathologien, wie etwa die disseminierte intravasale Gerinnung, sind mit 3–5,4 % in der Literatur angegeben und sind assoziiert mit einer deutlich erhöhten Mortalität von 57 % (ELSO Registry Report 2017; Kreyer et al. 2017).
Gerinnungspathologien, aber auch sonstige hämorrhagische Komplikationen, wie etwa im Bereich des ZNS, des Gastrointestinaltrakts oder anderer Organsysteme, können durch optimales Monitoring sowie Minimierung der Dauer einer ECMO-Implementierung reduziert werden (Rinieri et al. 2015). Im perioperativen Einsatz der ECMO spielen sie aufgrund der zeitlich limitierten Therapiedauer eine untergeordnete Rolle. In verschiedenen Fallberichten und Fallserien wurden keine Blutungskomplikationen durch mechanisch bedingte Gerinnungspathologien beschrieben (Lang et al. 2011, 2015; Jahangirifard et al. 2018; Grapatsas et al. 2018).
Kanülierung
Komplikationen durch die Kanülierung werden in 12–15 % der Fälle aufgrund der perkutanen Punktion im Rahmen der intensivmedizinischen ECMO-Anwendung beschrieben (Rinieri et al. 2015; McRae und Perrot 2018; Heward et al. 2016; Murphy et al. 2015). Empfohlen wird als optimale Positionierung der Kanüle ein Winkel von ≤30° mit sorgfältiger Fixierung der Kanüle an der Haut. Der chirurgische Zugang sollte mittels zusätzlicher Nähte dicht um die Kanüle verschlossen werden. Auf diese Weise werden Blutungen aus der Einstichstelle, aber auch das Risiko etwaiger Luftembolien minimiert (Reeb et al. 2016).
Extremitätenischämie
Die Extremitätenischämie ist mit <1 % eine insgesamt seltene Komplikation. Sie tritt überwiegend im Rahmen der Anwendung der venoarteriellen ECMO auf, ist jedoch mit einer hohen Letalität assoziiert (ELSO Registry Report 2017). In einer Übersichtsarbeit von McRae und de Perrot wird die Extremitätenischämie vor allem als Folge der peripheren arteriellen Kanülierung aufgrund des kleinen Gefäßdiameters beschrieben. Um die optimale Kanülengröße zu wählen, wird die vorherige sonografische Ausmessung des Gefäßdurchmessers empfohlen. Weiterhin kann die Einlage eines dünnlumigen distalen Perfusionskatheters, insbesondere bei längerfristiger Anwendung, die Inzidenz einer Beinischämie reduzieren (McRae und Perrot 2018).
Infekte
Der ELSO Registry Report 2018 gibt eine Inzidenz von 18,4 % für Infektionen an (ELSO Registry Report 2017). Prospektive Daten zeigen jedoch, dass ECMO-bedingte Infektionen sehr selten sind und mit der Dauer der Behandlung korrelieren (Thomas et al. 2017). Für den intra- und kurzzeitigen postoperativen Einsatz ist das Infektionsrisiko beim Einhalten der üblichen Sterilitätskautelen bei der Implementierung zu vernachlässigen.
Evidenz
Die Evidenz für die extrakorporalen Membranoxygenierung in der Therapie des ARDS ist in zahlreichen Studien gut belegt. Das Outcome von Patienten, die mit ECMO behandelt werden, wird neben den möglichen mechanisch bedingten Komplikationen der ECMO selbst, aber auch wesentlich durch technikunabhängige Faktoren wie Art und Schwere der Erkrankung des Patienten, Komorbiditäten und Notwendigkeit anderweitiger intensivmedizinischer Maßnahmen beeinflusst. Bezüglich des Outcomes von Lungenresektionen unter Einsatz der ECMO ist die Datenlage aktuell noch limitiert, da sich die Literatur auf einzelne Fallserien beschränkt. Diese haben entweder keine oder leichtgradige intra- und/oder perioperative Komplikationen gezeigt. Lang et al. berichteten in ihrer Fallserie von 9 Patienten mit perioperativer venoarterieller ECMO von einem Patienten, der an einer Lebernekrose verstarb. Lediglich 1 Patient hatte als direkte ECMO-assoziierte Komplikation eine revisionsbedürftige Lymphfistel in der Leiste nach Kanülierung entwickelt (Lang et al. 2011). Der intraoperative Einsatz der ECMO im Rahmen der Lungentransplantation hat gezeigt, dass im Vergleich zur Herz-Lungen-Maschine die Ventilationsnotwendigkeit sowie die Intensivliegedauer signifikant verkürzt werden (Hoechter et al. 2017). Weiterhin scheint es zu weniger neurologischen, vaskulären und renalen Komplikationen zu kommen (Bermudez et al. 2014; Yu et al. 2016). Eigene Daten zeigen, dass trotz ausgeprägter pulmonaler Komorbidität mit schwerst eingeschränkter Lungenfunktion auch komplexe thoraxchirurgische Eingriffe unter venovenöser extrakorporaler Membranoxygenierung sicher durchgeführt werden können (Akil et al. 2020a; Redwan et al. 2015a, b). Eine erfolgversprechende Zukunftsperspektive stellt die kombinierte ECMO- und Immunmodulationstherapie bei Patienten mit pneumogener Sepsis auf dem Boden eines akuten respiratorischen Versagens dar, wie eigene Daten kürzlich zeigen konnten. Hierdurch kann eventuell eine Stabilisierung der hämodynamischen und respiratorischen Situation, eine frühzeitige Deeskalation der Sepsis, und eine Reduktion der ECMO-abhängigen inflammatorischen Trigger ermöglicht werden, was zu einer Verringerung der Mortalität beitragen kann (Akil et al. 2020b).
Zusammenfassung
Der Einsatz der bikavalen venovenösen ECMO und der Single-Site-Kanülierung stellt heutzutage ein etabliertes und sicheres Verfahren in der Thoraxchirurgie dar und sollte weiter standardisiert werden, um das perioperative Risiko, insbesondere für Patienten mit schwerst eingeschränkter lungenfunktioneller Reserve, zu minimieren. Die Indikationsstellung für venoarterielle Verfahren zur hämodynamischen Unterstützung sollte aufgrund des erhöhten Risikos stringent erfolgen. Die intraoperative Anwendung der extrakorporalen Membranoxygenierung im Vergleich zur Herz-Lungen-Maschine bietet mehrere Vorteile. Das Operationsfeld ist übersichtlicher durch fehlende zentrale Kanülierungen. Ebenfalls treten Blutungskomplikationen deutlich weniger auf. Der Einsatz einer HLM bleibt in der Regel einem interdisziplinären Ansatz in einem kardio-chirurgischen Zentrum vorbehalten.
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