Mechanische Beatmung im Überblick - Mechanische Beatmung im Überblick - MSD Manual Profi-Ausgabe (2024)

Bei der volumengesteuerten Beatmung wird ein bestimmtes Tidalvolumen abgegeben. Dieser Modus umfasst:

• Lautstärkeregelung (V/C)

• Synchronisierte intermittierende obligatorische Beatmung (SIMV)

Der sich daraus ergebende Atemwegsdruck ist nicht von vornherein festgelegt, sondern variiert in Abhängigkeit von Resistance und Elastance des respiratorischen Systems und wird zudem durch die eingestellte Flussrate beeinflusst.

V/C-Ventilationstellt somit die einfachste und auch effektivste Möglichkeit für eine vollständig mechanische Beatmung dar. Hier führt jeder Atemantrieb, der einen eingestellten Schwellenwert übersteigt, zu einem fest eingestellten Atemhub. Falls der Patient dieses System nicht oft genug triggert, verabreicht der Ventilator die Atemhübe selbstständig und stellt somit ein gewünschtes Minimum von Atemzügen pro Zeiteinheit sicher.

SIMV ermöglicht auch das Einstellen einer Frequenz und eines Volumens, das mit den Atembemühungen des Patienten synchronisiert wird. Im Unterschied zum V/C-Modus werden die Atembestrebungen des Patienten, die sich oberhalb einer gewählten Atemfrequenz befinden, nicht assistiert. Dennoch ist das Inspirationsventil offen und der Patient kann ungehindert atmen. Dieser Modus ist nach wie vor beliebt, obwohl Studien darauf hinweisen, dass er keine vollständige Unterstützung durch das Beatmungsgerät wie V/C bietet (1), die Befreiung des Patienten von der mechanischen Beatmung (2), nicht erleichtert und den Patientenkomfort nicht verbessert.

Bei der druckgesteuerten Beatmung wird ein bestimmter Inspirationsdruck erzeugt. Dieser Modus umfasst:

• Druckgesteuerte Beatmung (PCV)

• Druckunterstützte Beatmung (PSV)

• Nichtinvasive Modalitäten, die über eine eng anliegende Gesichtsmaske angewendet werden (mehrere Typen verfügbar)

Dies bedeutet, das Atemzugvolumen wird vom Widerstand und von der Elastizität des respiratorischen Systems bestimmt. Bei diesem Beatmungsmodus können mechanische Veränderungen im Atemsystem zu unbemerkten Veränderungen der alveolären Ventilation führen. Weil es hierbei jedoch zu einer Begrenzung des Dehnungsdrucks auf die Lunge kommt, kann diese Beatmungsform theoretisch gerade für Patienten mit akutem Atemnotssyndrom (ARDS) günstig sein. Dennoch sind bislang klare klinische Vorteile gegenüber einer V/C-Ventilation nicht nachgewiesen worden(3). Zudem ist der Ausdehnungsdruck identisch, wenn das Volumen, das mit Druckbeatmung und V/C-Ventilation geliefert wird, gleich ist.

Druckbeatmung ist eine druckkontrollierte Form der A/C-Ventilation. Jeder Atemansatz des Patienten, der eine gesetzte Schwelle überschreitet, wird mit einer vollständigen Druckunterstützung durch den Respirator beantwortet. Dabei ist die Zeitdauer der Inspiration ebenso festgelegt wie eine minimale Beatmungsfrequenz.

Bei der druckunterstützenden Beatmung werden die Atemzüge vom Patienten getriggert. Bei PSV wird keine minimale Zahl der Atemzüge festgesetzt. Der Ventilator hilft dem Patienten, indem er einen Druck liefert, der auf einem konstanten Level gehalten wird, bis der Inspirationsfluss des Patienten unter einen voreingestellten Wert fällt, der durch einen Algorithmus bestimmt wird. Dies bedeutet, je länger oder ausgedehnter der Atemversuch des Patienten ist, desto größer ist das Zugvolumen. Diese Beatmung ist die am meisten verbreitete Methode, um Patienten von der mechanischen Beatmung zu entwöhnen. Hier kann der Patient allmählich mehr und mehr Atemarbeit selbst übernehmen. Studien deuten darauf hin, dass dieser Ansatz bei der Beendigung der mechanischen Beatmung erfolgreicher ist als andere (4).

Die Einstellungen des Beatmungsgerätes werden auf die jeweiligen klinischen Bedingungen zugeschnitten, dennoch gelten gewisse Grundregeln.

Die Minutenventilation wird eingestellt über

• Tidalvolumen

• Atemfrequenz

Wenn das Tidalvolumen zu hoch eingestellt ist, besteht die Gefahr einer Überblähung; wenn es zu niedrig eingestellt ist, ist eine Atelektase möglich. Eine zu hohe Atemfrequenz birgt die Gefahr einer Hyperventilation und respiratorischen Alkalose sowie einer unzureichenden Exspirationszeit und eines Auto-PEEP; eine zu niedrige Atemfrequenz birgt die Gefahr einer unzureichenden Minutenventilation und respiratorischen Azidose.

Ein niedriges Tidalvolumen von 6–8 ml/kg ideales Körpergewicht (IBW) wird anfänglich für Patienten mit akutem Atemnotsyndrom (ARDS — siehe Seitenleiste Initiales Beatmungsmanagement bei ARDS) empfohlen. Ein niedriges Tidalvolumen ist auch bei bestimmten Patienten mit normaler Lungenmechanik (5, 6, 7) angebracht, wie Patienten mit akuten Exazerbationen von COPD (chronisch obstruktive Lungenerkrankung) oder Asthma oder Patienten, die während einer Operation mechanisch beatmet werden (8, 9). Intraoperative Strategien mit niedrigem Tidalvolumen beinhalten häufig eine periodische Hyperinflation. Bei anderen Patienten (z. B. Patienten mit Trauma, Bewusstseinstrübung, schwerer Azidose) kann mit einem etwas höheren Atemzugvolumen (z. B. 8 bis 10 ml/kg) begonnen werden.

Bei Patienten mit Lungenerkrankungen, die eine maschinelle Beatmung benötigen, wird eher das Idealgewicht (IBW) als das reale Körpergewicht zur Bestimmung des angemessenen Tidalvolumens herangezogen:

Die Anpassung der Sensitivität bestimmt das Ausmaß des negativen Drucks, den der Patient aufwenden muss, um den Ventilator zu triggern. Eine typische Einstellung dieser Triggerschwelle ist dabei –2 cm H2O. Wird der Wert zu hoch gewählt (z. B. tiefer als –2cm H2O), ist der Patient nicht imstande, einen Triggerimpuls zu starten. Ein zu geringer Wert (z. B. höher als –2cm H2O) dagegen kann zur Hyperventilation führen, indem sich die Ventilation durch eine Form der Eigentriggerung der Steuerung durch den Patienten entzieht. Patienten mit hohen AutoPEEP-Werten (z. B. Patienten mit COPD oder Asthma) haben möglicherweise Schwierigkeiten, tief genug einzuatmen, um einen ausreichend negativen Atemwegsdruck zu erreichen.

Das Verhältnis I:E (Verhältnis Inspiration:Exspiration) ist das Verhältnis von Einatmungszeit zu Ausatmungszeit. Das I:E-Verhältnis kann bei einigen Beatmungsmodi eingestellt werden. Die normale Einstellung für Patienten ohne Störung der Atemmechanik ist grundsätzlich 1:3. Patienten mit Asthma oder chronische obstruktive Lungenerkrankung-Exazerbationen sollten ein Verhältnis von 1:4 oder sogar höher erhalten, um den Anteil des AutoPEEP zu begrenzen.

Die inspiratorische Flussrate kann bei einigen Methoden auf andere Weise eingestellt werden (es wird aber entweder nur die Flussrate oder das Atemzeitverhältnis verändert, nicht beide Parameter zugleich). Der inspiratorische Flow sollte grundsätzlich auf etwa 60 l/min eingestellt werden, kann jedoch auf bis zu 120 l/min bei Patienten mit limitiertem Atemstrom angehoben werden, um mehr Zeit für die Exhalation zu ermöglichen und somit AutoPEEP zu begrenzen.

Der Fio2 (Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs) wird zunächst auf 1,0 (100% Sauerstoff) eingestellt und anschließend auf den niedrigsten Wert gesenkt, der zur Aufrechterhaltung einer angemessenen Sauerstoffzufuhr erforderlich ist.

PEEP kann bei jeder dieser Beatmungsmodi eingesetzt werden. PEEP steigert das endexspiratorische Lungenvolumen und beugt somit dem Verschluss der Atemwege am Ende der Exspiration vor. Die meisten Patienten, die eine maschinelle Beatmung erfahren, profitieren von der PEEP-Anwendung in Höhe von etwa 5 cm H2O. Somit kann der Entstehung von Atelektasen entgegengewirkt werden. Die Ausbildung von Atelektasen ist ein häufiges Problem nach endotrachealer Intubation, Sedierung, Paralyse und/oder Beatmungstherapie in Rückenlage. Bei Patienten mit Obstruktion kann der vom Beatmungsgerät angewandte PEEP die mit dem Auto-PEEP verbundene Atemarbeit verringern. Höhere PEEP-Werte verbessern die Sauerstoffversorgung bei Erkrankungen wie kardiogenes Lungenödem und ARDS. PEEP erlaubt die Verwendung geringerer Werte von FiO2 unter Beibehaltung einer adäquaten arteriellen Oxygenierung. Dieser Effekt ist besonders im Hinblick auf die Begrenzung der Lungentraumatisierung durch hohe inspiratorische Sauerstofffraktionen (FiO2 ≥ 0,6) bedeutsam. Wenn der PEEP jedoch den intrathorakalen Druck erhöht und zu hoch ist, kann er den venösen Rückfluss behindern, was bei einem hypovolämischen Patienten zu einer Hypotonie führt, die linksventrikuläre Nachlast verringern und Teile der Lunge überdehnen, was zu einer beatmungsassoziierten Lungenschädigung (VALI) führen kann. Wenn dagegen PEEP zu niedrig ist, kann es zu einer zyklischen Atemwegöffnung und -schließung kommen, welche ebenfalls zu VALI durch die sich daraus ergebenden wiederholten Reißkräfte führen kann. Da die Druck-Volumen-Kurve in den verschiedenen Lungenregionen unterschiedlich verläuft, ist die Volumenzunahme bei einem bestimmten PEEP in den abhängigen Regionen geringer als in den nicht abhängigen Regionen der Lunge.

Mechanische Beatmung erfolgt in der Regel mit dem Patienten in Rückenlage, halbaufrechter Position. Jedoch bei Patienten mit ARDS die Bauchlage eine bessere Sauerstoffversorgung vor allem durch die Schaffung von mehr gleichmäßiger Belüftung herbeiführen. Gleichmäßige Belüftung verringert den Anteil der Lungen, die keine Belüftung haben (d. h. die Menge von Shunts), die im Allgemeinen am größten in den dorsalen und kaudalen Lungenregionen ist, während sie eine minimale Wirkung auf die Perfusionsverteilung hat (10).

Obwohl viele Forscher eine Studie zur Bauchlagerung bei Patienten mit ARDS, die hohe PEEP- (z. B. > 12 cm H2O) und FiO2-Werte (z. B. > 0,6) benötigen, befürworten, haben erste Studien keine Verringerung der Sterblichkeit mit dieser Strategie gezeigt (diese Studien waren jedoch nicht ausreichend aussagekräftig und hatten andere Probleme mit dem Studiendesign). Eine nachfolgende durchgeführte, groß angelegte, prospektive Studie (11) in mehreren Institutionen untersuchte Patienten mit gemäßigten schwerwiegenden Fällen von ARDS (PaO2: FiO2 < 150 mmHg auf FiO2 ≥ 0,6, PEEP > 5 cm H2O) und einem Atemvolumen von etwa 6 ml/kg. Diese Patienten verbrachten während der Beatmung randomisiert ≥ 16 h in Bauchlage oder in Rückenlage. Die Studie, die insgesamt 466 Patienten einbezog, fand eine niedrigere 28- und 90-Tage-Mortalität in der Gruppe, die in Bauchlage gelegen hatte, ohne dass es zu einer signifikanten Inzidenz von mit der Behandlung zusammenhängender Komplikationen kam. Es wird angenommen, dass Verbesserungen bei der Patientenauswahl und den Behandlungsprotokollen für die besseren Ergebnisse im Vergleich zu früheren Studien verantwortlich sind (12).

Die Bauchlage bei Patienten mit COVID-19, die wach waren, spontan atmeten, eine Hypoxämie aufwiesen und mit High-Flow-Sauerstoff über eine Nasenkanüle versorgt wurden, verringerte die Hypoxämie und reduzierte in einer großen klinischen Studie das Risiko eines Therapieversagens, definiert als Notwendigkeit einer Intubation oder Tod innerhalb von 28 Tagen (13).

Die Bauchlage ist bei Patienten mit Wirbelsäuleninstabilität oder erhöhtem intrakraniellem Druck kontraindiziert. Diese Position erfordert auch eine große Sorgfalt des Intensivstation-Personals, um Komplikationen wie Dislokation des Endotrachealtubus oder der intravaskulären Katheters zu vermeiden.

1. 1. Marini JJ, Smith TC, Lamb VJ: External work output and force generation during synchronized intermittent mechanical ventilation. Effect of machine assistance on breathing effort.Am Rev Respir Dis 138(5):1169–1179, 1988. doi:10.1164/ajrccm/138.5.1169

2. 2. Esteban A, Frutos F, Tobin MJ, et al: A comparison of four methods of weaning patients from mechanical ventilation. Spanish Lung Failure Collaborative Group.N Engl J Med 1995;332(6):345–350, 1995. doi:10.1056/NEJM199502093320601

3. 3. Rittayamai N, Katsios CM, Beloncle F, Friedrich JO, Mancebo J, Brochard L. Pressure-Controlled vs Volume-Controlled Ventilation in Acute Respiratory Failure: A Physiology-Based Narrative and Systematic Review.Chest148(2):340–355, 2015. doi:10.1378/chest.14-3169

4. 4. Subirà C, Hernández G, Vázquez A, et al: Effect of Pressure Support vs T-Piece Ventilation Strategies During Spontaneous Breathing Trials on Successful Extubation Among Patients Receiving Mechanical Ventilation: A Randomized Clinical Trial [published correction appears in JAMA 2019 Aug 20;322(7):696].JAMA 321(22):2175–2182, 2019. doi:10.1001/jama.2019.7234

5. 5. Serpa Neto A, Cardoso SO, Manetta JA, et al: Association between use of lung-protective ventilation with lower tidal volumes and clinical outcomes among patients without acute respiratory distress syndrome: A meta-analysis. JAMA 308:1651–1659, 2012. doi: 10.1001/jama.2012.13730

6. 6. Guay J, Ochroch EA, Kopp S: Intraoperative use of low volume ventilation to decrease postoperative mortality, mechanical ventilation, lengths of stay and lung injury in adults without acute lung injury. Cochrane Database Syst Rev Jul; 2018(7): CD011151, 2018. doi: 10.1002/14651858.CD011151.pub3

7. 7. Neto AS, Simonis FD, Barbas CS, et al: Lung-protective ventilation with low tidal volumes and the occurrence of pulmonary complications in patients without acute respiratory distress syndrome: A systematic review and individual patient data analysis. Crit Care Med 43:2155–2163, 2015. doi: 10.1097/CCM.0000000000001189

8. 8. Futier E, Constantin JM, Paugam-Burtz C, et al: A trial of intraoperative low-tidal-volume ventilation in abdominal surgery. N Engl J Med 369:428–437, 2013. doi: 10.1056/NEJMoa1301082

9. 9. Yang M, Ahn HJ, Kim K, et al: Does a protective ventilation strategy reduce the risk of pulmonary complications after lung cancer surgery? A randomized controlled trial. Chest 139:530–537, 2011. doi: 10.1378/chest.09-2293

10. 10. Richter T, Bellani G, Scott Harris R, et al: Effect of prone position on regional shunt, aeration, and perfusion in experimental acute lung injury.Am J Respir Crit Care Med 172(4):480–487, 2005. doi:10.1164/rccm.200501-004OC

11. 11. Guérin C, Reignier J, Richard JC, et al: Prone positioning in severe acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 368(23):2159–2168, 2013. doi: 10.1056/NEJMoa1214103.

12. 12. Scholten EL, Beitler JR, Prisk GK, et al: Treatment of ARDS with prone positioning. Chest 151:215–224, 2017. doi: 10.1016/j.chest.2016.06.032. Epub 2016 Jul 8

13. 13. Ehrmann S, Li J, Ibarra-Estrada M, et al: Awake prone positioning for COVID-19 acute hypoxaemic respiratory failure: a randomised, controlled, multinational, open-label meta-trial. Lancet Respir Med 9(12):1387–1395, 2021.doi: 10.1016/S2213-2600(21)00356-8

1. 1. Kollef MH, Levy NT, Ahrens TS, Schaiff R, Prentice D, Sherman G: The use of continuous i.v. sedation is associated with prolongation of mechanical ventilation. Chest 114(2):541–548, 1998. doi: 10.1378/chest.114.2.541

2. 2. Papazian L, Forel JM, Gacouin A, et al: Neuromuscular blockers in early acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 363:1107–1116, 2010. doi: 10.1056/NEJMoa1005372

3. 3. National Heart, Lung, and Blood Institute PETAL Clinical Trials Network, Moss M, Huang DT, Brower RG, et al: Early neuromuscular blockade in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 380(21):1997–2008, 2019. doi:10.1056/NEJMoa1901686

Ein endotrachealer Tubus birgt die Gefahr einer Sinusitis (die jedoch selten von klinischer Bedeutsamkeit ist), einer ventilatorassoziierten Pneumonie, einer Trachealstenose, von Schädigungen der Stimmlippen sowie in seltenen Fällen von tracheoösophagealen oder tracheovaskulären Fisteln (selten).

Eitriges Trachealaspirat bei einem fiebrigen Patienten, der > 48 h nach der Beatmung eine erhöhte Leukozytenanzahl aufweist, legt eine ventilatorassoziierte Pneumonie nahe.

Zu den Komplikationen der fortlaufenden mechanischen Beatmung selbst gehören

• Pneumothorax und Pneumatozelen

• Hypotonie

• Sauerstofftoxizität

• Beatmungsassoziierte Lungenverletzung

Pneumothorax, einschließlich Spannungspneumothorax, und Pneumatozelen sind ein Risiko, insbesondere bei Beatmung mit hohem Druck. Wenn sich eine akute Hypotonie bei einem mechanisch beatmeten Patienten entwickelt, nsbesondere wenn sie mit Tachykardie und/oder einem plötzlichen Anstieg des inspiratorischen Spitzendrucks einhergeht, muss immer ein Spannungspneumothorax in Betracht gezogen werden; sollten unverzüglich eine Thoraxuntersuchung und ein Röntgenthorax erhalten (oder eine sofortige Behandlung, wenn die Untersuchung bestätigend ist).

Häufiger ist die Hypotonie ein Ergebnis der sympathetischen Lysis durch sedierende Wirkstoffe oder Opioide, die zur Vereinfachung der Intubation und Beatmung eingesetzt werden. Eine Hypotonie wird auch durch die Minderung des venösen Rückstroms aufgrund des erhöhten intrathorakalen Drucks hervorgerufen. Dies ergibt sich vor allem dann, wenn hohe PEEP-Drücke eingesetzt werden. Die gleiche Situation entsteht bei hohem intrinsischem PEEP durch Asthma oder chronische obstruktive Lungenerkrankung. Wenn keine körperlichen Befunde auf einen Spannungspneumothorax hindeuten und beatmungsbedingte Ursachen für eine Hypotonie möglich sind, kann der Patient bis zum Vorliegen eines tragbaren Röntgenathorax vom Beatmungsgerät getrennt und via Beatmungsbeutel mit 2 bis 3 Atemzügen/Minute u nd 100 % Sauerstoff vorsichtig ventiliert werden, während Flüssigkeit intravenös zugeführt wird (z. B. 500 bis 1000 ml 0,9 %ige Kochsalzlösung bei Erwachsenen, 20 ml/kg bei Kindern). Eine unmittelbar einsetzende Verbesserung der Hypotonie legt eine ventilationsbedingte Ursache nahe. In diesen Fällen muss dann die Ventilatoreinstellung entsprechend korrigiert werden.

Sauerstofftoxizität bezieht sich auf entzündliche Veränderungen, alveoläre Infiltration und schließlich auf Lungenfibrose, die sich nach längerer Exposition mit hohem FiO2 entwickeln können (z. B, > 0,6). Die Toxizität ist sowohl konzentrations- als auch zeitabhängig. Eine FiO2 > 0,6 sollte vermieden werden, es sei denn, es ist für das Überleben notwendig. Eine FiO2 < 0,6 ist über lange Zeiträume gut verträglich.

Beatmungsbedingte Lungenverletzung (VALI), manchmal als beatmungsinduzierte Lungenverletzung bezeichnet, ist eine Alveolenschädigung und/oder der kleinen Atemwege Verletzung, die mit der mechanischen Beatmung zusammenhängt. Mögliche Mechanismen umfassen eine Überdehnung der Alveolen (d. h. Volutrauma) und die Scherkräfte, die durch wiederholtes Öffnen und Zusammenfallen von Alveolen (d. h. Atelektrauma) erzeugt werden, was zur Freisetzung von Entzündungsmediatoren führt, was wiederum zu einer erhöhten Alveolarpermeabilität, Flüssigkeitsansammlung und einem Verlust an Tensid führt. Diese Entzündungsmediatoren können zu weiteren Verletzungen der Lunge und distaler Organe führen (Biotrauma).

Die meisten Krankenhäuser haben standardisierte Protokolle, um Komplikationen zu reduzieren. Das Anheben des Kopfendes des Bettes auf > 30° verringert das Risiko von ventilatorassoziierter Pneumonie und das routinemäßige Drehen des Patienten alle 2 h verringert das Risiko von Hautschäden (siehe Vorbeugung von Druckgeschwüren).

Alle Patienten, die mechanisch beatmet werden, sollten eine Prophylaxe gegen tiefe Venenthrombosen erhalten, entweder mit 5000 Einheiten Heparin, das 2- bis 3-mal täglich subkutan verabreicht wird, oder mit niedermolekularem Heparin oder, falls Heparin kontraindiziert ist, mit sequentiellen Kompressionsgeräten oder Fondaparinux.

Um gastrointestinale Blutungen zu verhindern, sollten die Patienten einen Histamin-2-Blocker (z. B. Famotidin 20 mg oral oder intravenös 2-mal täglich) oder Sucralfat (1 g oral 4-mal täglich) erhalten. Protonenpumpenblocker sollten Patienten vorbehalten bleiben, bei denen schon eine im Vorfeld bestehende Indikation gegeben ist oder solchen, die eine floride Blutung aufweisen.

Routinemäßige Ernährungsauswertungen sind obligatorisch, und die enterale Sondenernährung sollte eingeleitet werden, wenn eine fortgesetzte mechanische Beatmung zu erwarten ist.

Nicht vergessen werden sollte, dass die effektivste aller Möglichkeiten, die Komplikationen von maschineller Beatmung zu begrenzen, die Begrenzung dieser Beatmung selbst ist. Tägliche "Sedierungspausen" und Spontanatmungsversuche helfen, den frühesten Zeitpunkt zu bestimmen, an dem der Patient von der mechanischen Unterstützung befreit werden kann.