Beatmung

Die Atmungsorgane bestehen aus den Atemwegen und den Lungen. Wichtigste Funktion der Atmungsorgane ist die äußere Atmung, d. h. die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlendioxid. Hierbei dienen die Atemwege dem Transport der Atemgase sowie der Reinigung, Anfeuchtung und Erwärmung der Inspirationsluft, weiterhin der Laut- und Sprachbildung. Der Austausch der Atemgase erfolgt in den Alveolen durch Diffusion, der Gaswechsel durch Volumenänderungen der Lunge. Die Belüftung der Lungen wird als Ventilation bezeichnet.

Wesentliche Aufgabe der Atmung ist die Versorgung der Körperzellen mit Sauerstoff und die Entfernung des im Stoffwechsel gebildeten Kohlendioxids aus dem Körper. An der Atmung sind 2 Funktionssysteme beteiligt: die Lunge und das Herz-Kreislauf-System. Die Lunge dient dem Austausch der Atemgase, das Herz-Kreislauf-System ihrem Transport. Ventilation und Gasaustausch in der Lunge werden auch als äußere Atmung bezeichnet, der Verbrauch von Sauerstoff und die Bildung von Kohlendioxid im Stoffwechsel als innere Atmung. Beide Vorgänge sind durch den Blutkreislauf als Transportsystem miteinander verknüpft. Im vorliegenden Kapitel wird die Physiologie der äußeren Atmung, also die Lungenfunktion beschrieben.

Zu den wesentlichen Aufgaben des Blutes gehört der Transport der Atemgase Sauerstoff und Kohlendioxid. Molekularer Sauerstoff wird für zahlreiche metabolische Prozesse benötigt, Kohlendioxid gehört zu den Endprodukten des oxidativen Stoffwechsels. Beide Gase sind nur wenig im Blut löslich, entsprechend gering ist auch die in physikalischer Lösung transportierte Menge. Der größte Teil der Gase wird vielmehr in chemischer Bindung im Blut transportiert. Allerdings durchläuft jedes einzelne Gasmolekül das Stadium der physikalischen Lösung, da nur in dieser Form die Passage durch die Alveolarmembran, die Wanderung zu den Reaktionspartnern im Blut und schließlich der Austausch zwischen Blut und Gewebe (Sauerstoff) sowie zwischen Gewebe und Blut (Kohlendioxid) erfolgen können.

Die H+-Ionenkonzentration der Körperflüssigkeiten wird innerhalb eines sehr engen Bereichs konstant gehalten, damit die biochemischen Prozesse des Stoffwechsels und die elektrophysiologischen Vorgänge an den erregbaren Membranen ungestört ablaufen können. Das Konzentrationsgleichgewicht der H+-Ionen ist durch die ständig im Stoffwechsel entstehenden nichtflüchtigen oder metabolischen Säuren und das aus der oxidativen Verbrennung von Kohlenhydraten und Fetten hervorgehende flüchtige Kohlendioxid gefährdet. Wesentliche Abweichungen der H+-Ionenkonzentration würden die Funktion der Organe beeinträchtigen und im Extremfall zum Erliegen bringen. Darum sorgen Regulationssysteme dafür, dass die H+-Ionenkonzentration oder auch der pH-Wert sich unter dem Einfluss der im Organismus entstehenden Säuren und Basen nur wenig ändert.

Störungen der Ventilation, des pulmonalen Gasaustausches oder der Lungendurchblutung führen zur respiratorischen Insuffizienz, d. h. dem Unvermögen, die arteriellen Blutgase im Normbereich zu halten. Klinisch wird zwischen Störungen der Oxygenierung und Störungen der Ventilation unterschieden. Oxygenierungsstörungen, auch als respiratorische Partialinsuffizienz bezeichnet, führen zum Abfall des arteriellen pO2, zur Hypoxie, Ventilationsstörungen zum Anstieg des arteriellen pCO2 und zum Abfall des arteriellen pO2, zur respiratorischen Globalinsuffizienz.

Die endotracheale Intubation und die Tracheotomie gehören zu den Standardverfahren der Atemtherapie beim Intensivpatienten: Ohne künstlichen Atemweg – Tubus oder Trachealkanüle – ist eine differenzierte maschinelle Beatmung bei respiratorischer Insuffizienz nicht möglich, ebenso wenig die Zufuhr hoher O2-Konzentrationen unter Spontanatmung. Und nicht selten ist die physikalische Atemtherapie erst dann erfolgreich, wenn das mobilisierte Sekret bei Patienten mit ungenügender Hustenfunktion wiederholt über einen Tubus oder eine Trachealkanüle abgesaugt wird. Bei einer kleinen Gruppe von Patienten mit aufgehobenen oder abgeschwächten Atemwegsreflexen dienen Tubus oder Kanüle schließlich dem Schutz der Atemwege vor Aspiration oder Verlegung.

Im Gegensatz zur endotrachealen Intubation ist die Tracheotomie ein chirurgischer Eingriff, der entsprechende operative Kenntnisse und Fertigkeiten erfordert und daher von den meisten Intensivmedizinern nicht selbstständig durchgeführt werden kann. War die Tracheotomie früher ein komplikationsträchtiges Verfahren, so sind heutzutage die Risiken aufgrund verbesserter Kanülenmaterialien und Operationstechniken sowie größerer Erfahrung im Umgang mit dem tracheotomierten Patienten denen der endotrachealen Intubation vergleichbar. Aus diesen Gründen und wegen bestimmter Vorteile wird die Tracheotomie wieder häufiger beim Intensivpatienten eingesetzt.

Die fiberoptische Bronchoskopie gehört zu den Standardverfahren der Intensivmedizin. Beim Intensivpatienten dient die flexible Bronchoskopie nicht nur diagnostischen, sondern v. a. therapeutischen Zwecken, insbesondere der therapeutischen Bronchiallavage. Im Gegensatz zur starren Bronchoskopie können mit den dünnen flexiblen Bronchoskopen auch Segmentbronchien der 4.–5. Ordnung eingesehen werden. Die Technik ist einfach, die Komplikationsrate und Belastung des Patienten in der Regel gering und daher auch bei den meisten kritisch kranken Intensivpatienten jederzeit durchführbar, zumal die Beatmung während der Bronchoskopie fortgeführt werden kann.

Die Lungenpflege gehört zu den wichtigsten pflegerischen Maßnahmen beim Intensivpatienten, v. a. während der maschinellen Atemunterstützung. Keine andere pflegerische Maßnahme hat so viel Einfluss auf die Funktion eines Vitalorgans wie die Lungenpflege. Die Notwendigkeit einer intensiven Lungenpflege ergibt sich aus den Besonderheiten der endotrachealen Intubation und der maschinellen Beatmung: Der Tubus schaltet den oberen Respirationstrakt funktionell aus; daher werden die Atemgase nicht mehr ausreichend erwärmt, angefeuchtet und gefiltert. Der Hustenmechanismus ist durch den Tubus sowie die zugeführten Analgetika und Sedativa meist erheblich beeinträchtigt oder bei Verwendung von Muskelrelaxanzien vollständig ausgeschaltet. Die Sekretproduktion ist durch die maschinelle Beatmung und den Reiz des Endotrachealtubus gesteigert, die mukoziliäre Clearance vermindert.

Beim beatmeten Patienten ist, zumindest in der Anfangsphase sowie abhängig vom Krankheitsbild, eine Analgosedierung erforderlich, während Muskelrelaxanzien nur selten eingesetzt werden müssen.

Thoraxdrainagen werden in den Pleuraspalt eingeführt, um Luft oder Flüssigkeit abzuleiten und die Lunge vollständig zu entfalten. Nach Vorschieben in den Pleuraspalt wird der Katheter mit einem Drainagesystem verbunden, das die austretende Flüssigkeit sammelt oder die entweichende Luft absaugt. Hierbei ist zwischen einer vorderen und einer hinteren Drainage zu unterscheiden. Für die Ableitung von Luft wird die vordere Drainage durchgeführt, für die Drainage von Blut oder anderen Flüssigkeiten die hintere, ebenso für die Kombination von Luft und Flüssigkeit. Der Grund hierfür ist, dass bei der vorderen Drainage Flüssigkeitsansammlungen nicht oder nur unzureichend abgeleitet werden.

Grundlegendes Ziel jeder Beatmungstherapie ist die Aufrechterhaltung eines ausreichenden pulmonalen Gasaustausches (Oxygenierung des Blutes) und der alveolären Ventilation (Elimination von CO2). Daneben wird die Beatmung für spezielle Zwecke eingesetzt, auch wenn keine primäre Störung der Lungenfunktion vorliegt, so z. B. bei zentralen Atemstörungen im Rahmen von zerebralen Schädigungen (Schädel-Hirn-Trauma) oder intraoperativ im Rahmen einer Narkose.

Zu den nichtinvasiven Atemhilfen gehören die Oxygenierungshilfen sowie die sog. nichtinvasive Beatmung (»non-invasive ventilation«, NIV). Die nichtinvasive Beatmung (NIV) ist eine Atemunterstützung – ohne endotracheale Intubation oder Tracheotomie – über Masken oder Helme.

Die maschinelle Beatmung des Intensivpatienten ist eine Überdruckbeatmung. Die Druckerhöhung wird vom Beatmungsgerät erzeugt, die Exspiration ist ein passiver Vorgang. Die anschließende Inspiration wird entweder vom Gerät gesteuert (Maschinentriggerung) oder durch einen Sog des Patienten ausgelöst (Patiententriggerung). Der Respirator kontrolliert während der Inspiration entweder den Druck oder das Volumen; entsprechend ist die Beatmung druck- oder volumenkontrolliert. Die Inspiration wird entweder durch das Gerät (Maschinensteuerung) oder durch den Patienten beendet (Patientensteuerung). Vereinfacht werden 5 Beatmungsmodi unterschieden: volumenkontrollierte kontinuierliche oder intermittierende mandatorische Beatmung, druckkontrollierte kontinuierliche oder intermittierende mandatorische Beatmung und die druckkontrollierte kontinuierliche Spontanatmung.

Bei der Behandlung eines erwachsenen Notfallpatienten mit Apnoe ist zunächst kein differenziertes Beatmungskonzept erforderlich. Vielmehr sollte eine Beatmungsform gewählt werden, die der Anwender sicher beherrscht, die eine ausreichende Oxygenierung und Ventilation des Patienten sicherstellt und keine unmittelbaren Schäden durch die Beatmung hervorruft. Nach erster Sichtung des Patienten und Behandlung der vordringlichen Probleme kann dann eine individualisierte Beatmungstherapie erfolgen.

Die kontinuierliche mandatorische Beatmung (druck- oder volumenkontrolliert) ist die Grundform der Überdruckbeatmung; hierbei wird die gesamte Atmung vom Gerät übernommen. Bei der intermittierend mandatorischen Beatmung (IMV) werden maschinelle Beatmungshübe mit der erhaltenden Spontanatmung des Patienten kombiniert. CPAP ist dagegen eine kontinuierliche Spontanatmung unter kontinuierlichem positivem Atemwegsdruck, also während der In- und Exspiration. PSV ist ein druckkontrollierter Spontanatemmodus, bei dem die Eigenatmung des Patienten bis zum Erreichen eines einstellbaren Druckniveaus unterstützt wird.

Spezielle Beatmungsverfahren werden gewöhnlich dann eingesetzt, wenn mit den konventionellen oder Standardverfahren das Ziel der Beatmungstherapie nicht erreicht werden kann. Die Grenzen zwischen konventionellen und alternativen Verfahren sind allerdings fließend.

Beim Versagen konventioneller Maßnahmen der Atemtherapie können extrakorporale Lungenersatzverfahren eingesetzt und gleichzeitig eine »lungenschonende« Beatmung unter Vermeidung hoher Atemwegsspitzendrücke und Atemhubvolumina sowie hoher inspiratorischer O2-Konzentrationen durchgeführt werden (»Ruhigstellung der Lunge«).

Die wichtigsten Ziele des respiratorischen Monitorings sind die Optimierung der Atem- und Beatmungstherapie sowie die Prävention oder frühzeitige Erkennung beatmungsassoziierter Komplikationen. Die Überwachung der Beatmung erfolgt klinisch durch Geräte und Laboranalysen. Im Mittelpunkt des respiratorischen Monitorings stehen die Funktion des Beatmungsgeräts, die Interaktion von Patient und Beatmungsgerät sowie die Überwachung des Beatmungserfolgs, d. h. der Oxygenierung, der Elimination von Kohlendioxid und des Säure-Basen-Gleichgewichts.

Die maschinelle Beatmung beeinflusst nicht nur die Funktion zahlreicher Organsysteme, sondern kann auch verschiedene, teils bedrohliche Komplikationen hervorrufen, die das eigentliche Zielorgan der Beatmungstherapie, nämlich die Lunge selbst, betreffen. Einflüsse der maschinellen Beatmung auf die Funktion verschiedener Organe, v. a. das Herz-Kreislauf-System, entstehen in erster Linie durch die unphysiologischen intrathorakalen Druckschwankungen und Schädigungen der Lunge durch den Beatmungsdruck und das angewandte Atemhubvolumen. Daneben führen die künstlichen Atemwege – Endotrachealtubus und Trachealkanüle – zu spezifischen Komplikationen, die in den entsprechenden Kapiteln dargestellt sind.

Entwöhnung oder Weaning bezeichnet den Prozess des Übergangs von der Beatmung mit künstlichem Atemweg (Endotracheal- oder Trachealtubus) zur Spontanatmung ohne Tubus. Da die Beatmung kein Selbstzweck ist, sondern immer nur eine vorübergehende, mit spezifischen Gefahren einhergehende Unterstützung der Atemfunktion, muss möglichst bereits vor ihrem Beginn erwogen werden, wann, wie und unter welchen Bedingungen sie auch wieder beendet werden kann.

Die intraoperative Beatmung erfolgt mit speziellen Narkosegeräten im Kreissystem unter Verwendung von CO2-Absorbern. Am häufigsten werden die volumenkontrollierte (VC-CMV) und die druckkontrollierte (PC-CMV) angewandt. Hierbei sollten die Prinzipien der lungenprotektiven Beatmung berücksichtigt werden. Postoperative Störungen der Lungenfunktion sind vor allem bei Oberbauch- und bei intrathorakalen Eingriffen zu erwarten, meist hervorgerufen durch Störungen der Atemmechanik und Ventilation mit Abnahme der Lungenvolumina und der FRC. Bei den meisten Patienten kann die postoperative respiratorische Insuffizienz ohne maschinelle Atemunterstützung behandelt werden. Bei akuter hypoxämischer respiratorischer Insuffizienz ist Masken-CPAP bzw. PSV häufig ausreichend wirksam. Bei postoperativem Lungenparenchymversagen oder Versagen der Atempumpe muss dagegen die Atmung frühzeitig maschinell unterstützt werden, um eine schwerwiegende respiratorische Dekompensation zu verhindern.

Die intensivmedizinische Beatmung von Kindern, insbesondere von Früh- und Neugeborenen und Säuglingen, unterscheidet sich in vielen Aspekten von der intensivmedizinischen Beatmung des Erwachsenen. Sie ist die Domäne der Neonatologie und Pädiatrie; hierzu sei auf die einschlägigen Publikationen zu diesem Thema verwiesen. In diesem Kapitel wird vorrangig auf die intraoperative Beatmung von Kindern eingegangen: Der operative Eingriff in Allgemeinanästhesie ist einer der häufigsten Gründe für eine Beatmung im Kindesalter.

Jeder Transport eines beatmeten Patienten ist mit erheblichen Risiken verbunden. So muss v. a. mit einer Verschlechterung der pulmonalen Situation und mit Rückschritten bei der Entwöhnung von der Beatmung gerechnet werden. Zu den wesentlichen Gründen dieser Komplikationen gehören technische Grenzen der Transportbeatmungsgeräte, wiederholte Umlagerungsmanöver sowie eine Vertiefung der erforderlichen Analgosedierung. Daher müssen vor jedem Transport der Nutzen und die Risiken erwogen werden: Hat der Transport bzw. die geplante diagnostische Maßnahme keinen erkennbaren Nutzen für den Patienten, muss er unterbleiben.

Beim ARDS (früher: »adult respiratory distress syndrome«) handelt es sich um eine akute, schwere pulmonale Insuffizienz als typische Reaktion der Lunge auf unterschiedliche Noxen. Das ARDS ist keine Krankheitseinheit, sondern ein entzündliches Syndrom der Lunge, gekennzeichnet durch eine diffuse alveoläre Schädigung und eine gesteigerte Permeabilität der Lungenkapillaren mit Zunahme des extravasalen Lungenwassers (nichtkardiogenes Lungenödem). Klinisch ist das Syndrom charakterisiert durch schwere Dyspnoe, Tachypnoe, Zyanose trotz O2-Zufuhr, verminderte Lungencompliance und bilaterale diffuse Infiltrationen in allen Lungenbereichen.

Zur Gruppe der Erkrankungen mit chronischer Atemwegsobstruktion (»chronic airflow obstruction«, CAO) gehören unterschiedliche Krankheiten wie chronische Bronchitis, Lungenemphysem, Bronchiolitis, Bronchiektasen und die chronische Form des Asthma bronchiale. Für den Intensivmediziner ist v. a. die akute (hyperkapnische) respiratorische Insuffizienz, d. h. die akute Exazerbation der COPD (=AECOPD), von Bedeutung. Ein Teil dieser Patienten muss intensivmedizinisch überwacht und behandelt werden; etwa die Hälfte dieser Patienten benötigt eine maschinelle Beatmung, in erster Linie eine NIV.

Asthma ist eine variable und reversible Atemwegsobstruktion infolge Entzündung und Hyperreaktivität der Atemwege, deren genaue Ursache derzeit nicht bekannt ist. Umwelteinflüsse, Erbfaktoren, primäre Schädigungen, pathologische Immunreaktionen und eine gesteigerte Empfindlichkeit gegenüber unspezifischen Reizen sind beteiligte Faktoren. Beim akuten Anfall spielt v. a. der Bronchospasmus eine wichtige Rolle, während bei der Stunden, Tage oder Wochen anhaltenden Atemwegsobstruktion die Entzündungsreaktion im Vordergrund steht, wenngleich auch hier ein Spasmus beteiligt ist. Insgesamt überlagern sich aber diese pathogenetischen Mechanismen. Die Obstruktion der Atemwege führt zum Anstieg des Atemwegswiderstands mit Zunahme der Atemarbeit und bei entsprechender Ausprägung zu Störungen der Ventilation und des pulmonalen Gasaustausches.

Schmerzen und Kurzatmigkeit sind die häufigsten Symptome beim schweren Thoraxtrauma. Die Diagnose wird klinisch und apparativ gestellt. Rippenserienfrakturen mit instabiler Thoraxwand führen zu paradoxer Atmung. Die Behandlung ist in der Regel konservativ (Schmerztherapie, Unterstützung der Atemfunktion); ausgewählte Patienten werden operiert. Patienten mit schwerer Lungenkontusion müssen meist endotracheal intubiert und beatmet werden.

Patienten mit schwerem Schädel-Hirn-Trauma werden sehr häufig maschinell beatmet. Allerdings werden durch die Beatmung und die verzögerte Extubation respiratorische Komplikationen (v. a. nosokomiale Pneumonien) begünstigt, die sich ungünstig auf die neurologische Erholung und die Mortalität aus. Daher sollten Behandlungskonzepte eingesetzt werden, mit denen die Phase der maschinellen Beatmung und endotrachealen Intubation so kurz wie möglich gehalten wird.

Eine Beatmung ist in der Regel eine überbrückende Therapiemaßnahme. In den wenigsten Fällen ist sie von Beginn an als terminale Therapie bis zum (absehbaren) Sterben des Patienten aufgrund nichtpulmonaler Prozesse geplant. Allerdings kann sich das Therapieziel für einen Patienten im Verlauf der Behandlung erheblich verändern und aus der ursprünglich kurativen Beatmung eine palliative werden. Gründe hierfür können die Änderung der Prognose aufgrund des Krankheitsverlaufs oder die Änderungen der Therapieziele aus religiösen, medikolegalen, weltanschaulichen oder medizinischen Erwägungen sein.