Lungenödem, Lungenembolie und Lungeninfarkt bei Kindern und Jugendlichen

Das Lungenödem ist definiert als eine pathologische Ansammlung von Flüssigkeit und gelösten Bestandteilen im Interstitium der Lunge. Das führt zu einer Behinderung des Gasaustausches und manifestiert sich klinisch mit einer Tachydyspnoe bis hin zu einer respiratorischen Insuffizienz.

Die Alveolarsepten sind von einem dichten Kapillarnetz umgeben. Stellenweise sind die Basalmembranen der Endothelzellen mit den Alveolarsepten verschmolzen (alveolokapilläre Membran), sodass in diesem Bereich kein Zwischenraum vorhanden ist. Durch diese Minimierung der Diffusionsstrecke wird die Aufrechterhaltung des alveolären Gasaustausches auch im Falle eines interstitiellen Ödems gewährleistet. Jenseits dieser Fusionsstellen werden Kapillaren und Alveolarsepten durch einen schmalen Raum getrennt, welcher Strukturproteine (z. B. Kollagen und Elastin), Adhäsionsmoleküle (z. B. Laminin) sowie Proteoglykane und Glykosaminoglykane enthält, und in dem die aus den Kapillaren abfiltrierte Flüssigkeit aus dem Interstitium in das Lymphgefäßsystem abfließen kann. Im Gegensatz zu den alveolären Epithelzellen, die durch Tight-Junctions miteinander verbunden (Zonulae occludentes) und somit lediglich für Ionen permeabel sind, weisen die Endothelzellen Fenestrationen bzw. Poren auf, welche unter physiologischen Bedingungen auch von größeren Molekülen, wie z. B. Harnstoff, nicht aber von Makromolekülen wie Albumin, passiert werden können. Bei einem erhöhten intravaskulären Druck vergrößert sich der Durchmesser der Poren, was wiederum zu einer Permeabilitätssteigerung führt. Die Basalmembran von Pneumozyten ist mit ATP-abhängigen Ionenkanälen ausgestattet, welche Kalium und Natrium entgegen einem Konzentrationsgefälle zusammen mit Wasser in das Interstitium transportieren und somit die Alveolen von Flüssigkeit befreien können. Während das peribronchovaskuläre Interstitium nur wenige 100 ml Flüssigkeit aufnehmen kann, weist der Alveolarraum bei einer funktionellen Residualkapazität von etwa 30 ml/kg KG (also etwa 2000–3000 ml bei einem erwachsenen Menschen) ein deutlich größeres Fassungsvolumen auf. Ist bei einem Ödem die Aufnahmekapazität des Interstitiums erschöpft, können sehr große Flüssigkeitsmengen in den Alveolarraum übertreten. Das erklärt, warum sich ein ausschließlich interstitielles Ödem deutlich schneller zurückbilden kann als ein alveoläres Ödem.

Prinzipiell ist das hydrostatische Ödem vom Permeabilitätsödem zu unterscheiden. Ihnen liegen jeweils unterschiedliche Ätiologien zugrunde. Das hydrostatische Ödem ist meist kardiovaskulär bedingt und entsteht durch einen überhöhten Lungenkapillardruck. Gelegentlich wird es durch einen erniedrigten interstitiellen Druck hervorgerufen. Ein Beispiel dafür ist das Reexpansionsödem nach Entlastung eines ausgedehnten Pneumothorax oder eines ausgedehnten Pleuraergusses. Ein Lungenödem durch einen isolierten Eiweißmangel mit dadurch hervorgerufener Verringerung des intravaskulären onkotischen Drucks tritt praktisch nie isoliert auf. Das Permeabilitätsödem wird durch eine inflammatorische oder toxische Schädigung des alveolokapillären Endothels und/oder der bronchoalveolären Epithelzellen mit dadurch hervorgerufener Permeabilitätserhöhung hervorgerufen. Als Ursachen seien hier beispielsweise Infektionen, systemische allergische Reaktionen sowie die Inhalation toxischer Substanzen (z. B. Rauchgasintoxikationen) genannt. Sehr selten sind angeborene oder erworbene Erkrankungen des Lymphsystems für ein Lungenödem verantwortlich. Bei primärer oder sekundärer pulmonaler Lymphangiektasie oder ab einem chronisch erhöhten zentralvenösen Druck (ZVD) von etwa 16–18 mmHg ist infolge der Abflussbehinderung über den Ductus thoracicus (z. B. nach Herzoperationen vom Fontan-Typ) mit einem Ödem und/oder Pleuraerguss zu rechnen. Bei einem akuten Anstieg des ZVD infolge einer zu raschen Infusion kann das Ödem auch schon bei niedrigeren ZVD-Werten auftreten.

In der Lunge werden kontinuierlich Flüssigkeit, kolloidale und kristalline Substanzen aus der Mikrozirkulation in das Interstitium abfiltriert (Transsudation) und über die Lymphdrainage wieder in das venöse Gefäßbett zurückgeleitet. Der interstitielle Flüssigkeitshaushalt befindet sich in einem dynamischen Gleichgewicht. Kommt es zum Überwiegen der Transsudation, so kann die Kapazität der Lymphdrainage überschritten werden und es entsteht das Lungenödem. Das Produkt aus Permeabilität und Austauschfläche ergibt den Filtrationskoeffizienten. Die mikrovaskulären Membranen halten den osmotischen Gradienten zwischen Gefäßbett und Interstitium aufrecht. Die Filtrationsrate unterliegt den gleichen Gesetzen wie die Flüssigkeitsströmung in einem Röhrensystem:

Setzt man für den Widerstand seinen Reziprokwert, die Leitfähigkeit, ein, so erhält man:

In dieser Beziehung kann

Dann ergibt sich:

Das Druckgefälle (ΔP) ist die Resultante aus 4 verschiedenen Drücken:

Während P_mv Flüssigkeit aus dem Gefäßbett treibt, wirkt P_pmv dieser Kraft entgegen. Pi_mv hält Flüssigkeit im Gefäßbett zurück, während Pi_pmv Flüssigkeit aus dem Gefäßbett zieht. Die Balance zwischen diesen Drucken lässt sich folgendermaßen ausdrücken:

Dabei beschreibt δ (Reflexionskoeffizient für Plasmaproteine) die Effektivität der Eiweißbarriere über der mikrovaskulären Membran. Bei einem δ = 1 ist die Membran für Eiweiß undurchlässig, bei δ = 0 ist die Barriere frei durchgängig und ein kolloidosmotischer Gradient ist nicht mehr vorhanden. Werden diese Drücke in die Rate der transvaskulären Flüssigkeitsfiltration mit einbezogen, so erhält man die Starling-Gleichung:

Aus den oben genannten Beispielzahlen resultiert eine permanente Transsudationskraft von 4 mmHg.

Gleichgültig, ob es sich um eine Imbalance der verschiedenen Drücke oder um eine Schädigung der alveolokapillären Barriere handelt, die Flüssigkeitsakkumulation läuft immer in 3 Phasen ab.

Der normale pulmonale Kapillardruck (P_mv) liegt bei etwa 8–9 mmHg. Zu einem Ödem kommt es, wenn P_mv den kolloidosmotischen Druck des Plasmas (Pi_mv) von etwa 23–30 mmHg überschreitet. Damit liegt ein erheblicher Sicherheitsbereich vor. Tritt die Erhöhung des LAP z. B. bei einer Kardiomyopathie mit Funktionsstörung des linken Ventrikels, linksventrikulären Obstruktionen oder Pericarditis constrictiva langsam ein, so hat das Lymphsystem sogar Zeit, seine Drainagekapazität auf etwa das 10-Fache zu erhöhen. Ein Abfall des kolloidosmotischen Drucks (Pi_mv) allein führt noch nicht zum Ödem, da der interstitielle onkotische Druck (Pi_pmv) gleichsinnig mit abfällt. Es reicht in dieser Situation aber ein geringerer Anstieg des Kapillardrucks oder des zentralvenösen Drucks als üblich aus, um ein Ödem zu provozieren. Eine verstärkte Negativierung des interstitiellen Drucks (P_pmv) kann durch eine plötzliche Entlastung eines Pneumothorax mit Sog entstehen. Das Ödem tritt dabei einseitig auf und ist mehr radiologisch als klinisch erkennbar. Der interstitielle Druck kann aber auch durch forcierte Atemarbeit infolge schwerer Obstruktion der oberen Luftwege (z. B. Laryngospasmus) vermindert sein.

Eine Schädigung der mikrovaskulären Membran führt durch eine Abnahme von δ zu einem Permeabilitätsanstieg für Proteine mit Zunahme von K_f. Da der transmembranöse kolloidosmotische Gradient dabei gegen 0 geht, fällt er aus der Starling-Gleichung heraus und es verbleiben:

Jede Steigerung des Filtrationsdrucks führt jetzt sofort zu einer Steigerung der Filtrationsrate (Ǭ_f) von Flüssigkeit und Eiweiß. Da hierbei K_f hoch ist, fällt der wichtigste Gegenspieler einer Ödembildung, die interstitielle Eiweißverdünnung, aus. Aus dem gleichen Grund findet deshalb schon bei normalen Drücken eine vermehrte Flüssigkeitsfiltration statt, und jede Drucksteigerung führt zu einem überproportionalen Anstieg von Ǭ_f. Patienten mit gestörter pulmonalkapillärer Permeabilität können deshalb also schon bei relativ normalen hydrostatischen Drücken ein Lungenödem entwickeln. Die Gasaustauschstörung steht hier von Beginn an im Vordergrund.

Der klinische Befund wird sowohl von der Grundkrankheit als auch vom Ausmaß des Lungenödems bestimmt. Das hydrostatische Ödem aus kardiovaskulärer Ursache bewirkt in Phase 1 nur eine Belastungsdyspnoe, eventuell mit leichten inspiratorischen Rasselgeräuschen bei der Eröffnung verschlossener Bronchiolen und Alveolen. Aufgrund einer Aktivierung von Dehnungsrezeptoren und einer dadurch hervorgerufenen erhöhten Parasympatikusaktivität kann es zu einer Bronchuskonstriktion sowie bronchialer Hypersekretion kommen. Die Patienten fallen dann durch ein verlängertes Expirium mit oder ohne expiratorischem Giemen auf. Aufgrund der Obstruktion kommt es zu einer Überblähung, was sich radiologisch mit abgeflachten und tief stehenden Zwerchfellen darstellt. In Phase 2 bewirkt die Flüssigkeitsansammlung im perivaskulären und peribronchialen Gewebe eine Unschärfe der Lungengefäße und des Hilusschattens im Röntgenbild. Besonders an der Lungenbasis werden die Atemwege durch die interstitielle Flüssigkeit komprimiert. Die interlobulären Septen sind verdickt (Kerley-B-Linien). Die Herzsilhouette wird größer (Belastung von rechtem Vorhof und rechtem Ventrikel). Durch das Ventilations-Perfusions-Missverhältnis kommt es zur Hypoxämie und über Dehnungsrezeptoren zur Tachypnoe. Um das benötigte Luftvolumen bei den steiferen Lungen zu bewegen, ist vermehrte Atemarbeit nötig, das Atemzugvolumen ist kleiner und kompensatorisch die Atemfrequenz höher (Tachydyspnoe). Die Totraumventilation nimmt dabei aber zu. In Phase 3 tritt Flüssigkeit in die Alveolen, und das Sputum kann rötlich tingiert sein. Es sind feinblasige Rasselgeräusche zu auskultieren. Der zunehmende intrapulmonale Rechts-links-Shunt verstärkt die Hypoxämie, und die Tachydyspnoe führt zur Hypokapnie. Bei sehr schwerem Lungenödem kippt der Gasaustausch zur Hyperkapnie mit gemischter Azidose.

Sehr wichtig sind für die schnelle Diagnose und Differenzialdiagnose die Anamnese und die klinischen Befunde. Beim schweren Bronchialasthma finden sich neben einer entsprechenden Vorgeschichte zwar auch die extreme Dyspnoe mit aufrechter Körperhaltung, Giemen und Pfeifen, aber im Unterschied zum „kardialen Asthma“ fehlen die kalt-schweißige Haut (Zentralisation) und die gestauten Jugularvenen. Die Zyanose ist beim kardiovaskulären Lungenödem durch die Addition von zentraler (intrapulmonaler Rechts-links-Shunt) und peripherer Zyanose oft stärker ausgeprägt. Die apparative Diagnostik sollte prinzipiell immer zielgerichtet sein. In unklaren Fällen führen folgende Untersuchungen häufig zur Klärung der Ursache: Echokardiografie (gegebenenfalls ein Herzkatheter), Röntgen-Thorax (gegebenenfalls auch eine Computertomografie mit Kontrastmittel), Sonografie Abdomen, kapilläre bzw. arterielle Blutgasanalyse, CRP, Gesamteiweiß, Kreatinin, Harnstoff, AST, ALT, CHE, Amylase, CK, proBNP, Quick, PTT, D-Dimere.

Primär sollte die zugrundeliegende Erkrankung behandelt werden. Hier wird auf die entsprechenden Buchkapitel hingewiesen. Beim hydrostatischen Ödem muss entweder die Herzinsuffizienz behandelt werden oder zugrundeliegende angeborene kardiovaskuläre Fehlbildungen müssen interventionell oder operativ beseitigt werden. Stenosen an Pulmonalvenen können sich z. B. aber auch erst im Laufe des 1. Lebensjahres voll ausbilden oder pulmonalvenöse Abflusshindernisse können sich unerwartet nach Herz-Gefäß-Operationen manifestieren. Bei schweren Pneumonien oder Intoxikationen ist häufig die maschinelle Beatmung und manchmal die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) notwendig.

Zusätzlich sollten zeitnah symptomatische Sofortmaßnahmen eingeleitet werden.

Der Oberkörper wird erhöht, Einleitung einer forcierten Diurese, Flüssigkeitsrestriktion und Sauerstoffvorlage. Bei persistierender schwerer Atemnot mit relevanter arterieller Hypoxämie und/oder progredienter Hyperkapnie ist die Indikation zur maschinellen Beatmung bedarfsgerecht mit hohen endexpiratorischen Drücken (PEEP) gegeben. Der positive Atemwegsdruck wirkt der Transsudation entgegen. Eine eventuelle Hypoproteinämie muss ausgeglichen werden.

Das hydrostatische Ödem selbst lässt sich im Allgemeinen gut und rasch beseitigen. Beim Permeabilitätsödem ist die Behandlung schwieriger. Das Ergebnis hängt entscheidend vom Verlauf der Grundkrankheit ab.

Die Lungenembolie (LE) ist definiert als eine partielle oder komplette Verlegung eines oder mehrerer Pulmonalarterienäste durch körpereigene oder körperfremde Substanzen, die in die Lungenarterie eingeschwemmt worden sind (zumeist Thrombembolien oder Fettembolien). In dem nachgeschalteten Gefäßbereich kann sich ein Lungeninfarkt ausbilden. Ein hämorrhagischer Lungeninfarkt entsteht durch Einblutung in diesen Bezirk. Voraussetzung dafür ist aber das gleichzeitige Vorliegen einer pulmonalvenösen Stauung.

Bei Kindern werden LE sehr selten beobachtet. Die Inzidenz beträgt 0,14–0,9:100.000. Bei hospitalisierten Kindern ist sie mit 8,6–57:100.000 deutlich höher. Allerdings wird von einer relevanten Dunkelziffer aufgrund nicht erkannter Fälle ausgegangen. Die Altersverteilung zeigt 2 Altersgipfel, einmal in der Neonatalperiode und einmal in der Adoleszenz. Beide Geschlechter sind hierbei gleich häufig betroffen.

Thromboembolische Prozesse entstehen durch Stase, Hyperkoagulabilität und Endothelschädigung (Virchow-Trias). Bei Kindern stellen Endothelschädigung und Hyperkoagulabilität die häufigsten prädisponierenden Faktoren dar. Die größten Risikofaktoren sind zentrale Venenverweilkatheter, Infektionen und angeborene Herzfehler.

Die Lungen sind wie die Leber mit einer doppelten Blutversorgung ausgestattet. Die Bronchialarterien sind als Vasa privata für die Versorgung der Lunge und der Atemwege zuständig. Die Pulmonalarterien sorgen als Vasa publica für den Gasaustausch. Während die hilusnahen Bronchialvenen in die V. azygos und V. hemiazygos münden, drainiert das Gros der Bronchialvenen in die Lungenvenen der Vasa publica. Wird ein zentraler Ast der Pulmonalarterie von einem großen Embolus verschlossen, dann wird das nachgeschaltete Lungengewebe gewöhnlicherweise ausreichend über die Rami bronchiales der Vasa privata mit Blut versorgt, und es entsteht kein Lungeninfarkt. Der akute mechanische Ausschluss eines größeren Anteils des pulmonalen Gefäßbettes mit Blutstase bewirkt aber eine reflektorische Vasokonstriktion und Freisetzung vasoaktiver Mediatoren aus dem Endothel mit Leukozyten- und Thrombozytenaktivierungen. Die Folge ist ein abrupter Anstieg des Lungengefäßwiderstands. Der rechte Ventrikel muss plötzlich einen hohen Druck zu dessen Überwindung aufbauen. Die Muskelfasern des rechten Ventrikels sind jedoch untrainiert. Dies ist die typische Situation einer akuten Rechtsherzbelastung, die zum akuten Rechtherzversagen führen kann. Zusammen mit einem reflektorisch einsetzenden Koronarspasmus kann dies zum akuten Cor pulmonale und zum Soforttod führen. Aber auch kleinere peripherere Verschlüsse der Lungenstrombahn führen meist ebenfalls nicht zum Lungeninfarkt und verlaufen nicht selten asymptomatisch. Aus Tierexperimenten ist bekannt, dass die Lunge eine große thrombolytische Eigenaktivität besitzt und viele Embolien offenbar unbemerkt wieder aufgelöst werden. Charakteristisch für den hämorrhagischen Lungeninfarkt ist die Blutung in den Infarktbereich. Zu seiner Entstehung muss neben dem Verschluss einer Pulmonalarterie, die zur Schädigung der Kapillarwände führt, auch noch eine Erhöhung des pulmonalvenösen hydrostatischen Drucks mit Stase im venösen Gefäßbett hinzutreten. Konsekutiv ist dann auch immer der Kapillardruck erhöht. Eine solche Situation ist gegeben, wenn durch kongenitale Herzgefäßfehlbildungen oder durch eine Linksherzinsuffizienz eine pulmonalvenöse Abflussbehinderung vorliegt. Da die Bronchialvenen mit den Pulmonalvenen kommunizieren, ist bei einer Lungenvenenstauung auch immer der Kapillardruck in nutritiven Gefäßbereichen erhöht mit der Folge einer Ödembildung in der Mukosa der Atemwege mit Atemwegsobstruktion (kardiales Asthma mit Husten und Giemen). Bei der Sichelzellanämie kommt es „krisenartig“ zu Verformungen der Erythrozyten, die zu schmerzhaften Kapillarokklusionen führen können. Sind ernährende Gefäße des Knochenmarks der langen Röhrenknochen betroffen, so führt dies zu Knochenmarknekrosen, und fetthaltige Nekrosebestandteile können in die Blutbahn eintreten. Werden sie in die Pulmonalarterien embolisiert, so kann ein Lungeninfarkt die Folge sein.

Die hämorrhagischen Lungeninfarkte sind immer pyramidenförmig. Die Spitze weist hiluswärts, und die Basis liegt subpleural. Die Pleura zeigt eine fibrinöse Pleuritis. Der vollkommen luftleere Infarktbezirk ist stark rot gefärbt und wird durch die interlobulären Septen scharf begrenzt. Vor Einsetzen der Nekrose sind die kleinen Bronchien, Bronchiolen, Ductus alveolares und Alveolen mit Erythrozyten und einem zarten Fibrinnetz gefüllt. Später zerfallen die Zellkerne der Alveolarsepten als Zeichen der Nekrose. Nach 1–2 Tagen bildet sich um den Infarkt ein Wall von Granulozyten und Makrophagen, und vom 7. Tag an beginnt die Reparation, indem vom Rand her Granulationsgewebe in den Infarkt einwächst. Die Nekrose wird durch Makrophagen resorbiert und durch Bindegewebe in eine Narbe umgewandelt. Das an den Infarkt angrenzende lufthaltige Lungenparenchym zeigt die Zeichen der chronischen Stauung.

Das klinische Bild einer LE ist bei Kindern unspezifisch. Die häufigsten Symptome sind akute Thoraxschmerzen, Dyspnoe, Husten und Hämoptysen. Auch Tachypnoe, thorakale Einziehungen, Synkopen und Bauchschmerzen können auftreten. In schweren Fällen treten Zeichen einer Rechtsherzinsuffizienz und pulmonaler Hypertension auf. Klinisch kann eine LE auch wie eine Pneumonie imponieren. Nicht selten fiebern die Patienten und die Entzündungsparameter sind oft erhöht. Das kann zu einer potenziell fatalen Verzögerung der Diagnose führen. Daher ist die Anamneseerhebung von Risikofaktoren auch bei Kindern von hohem Stellenwert. Große (fulminante) Lungenembolien mit einem Perfusionsausfall >50 % können zu einem akuten Rechtsherzversagen mit systemvenöser Stauung, erhöhter Herzfrequenz, Luftnot, Husten, erniedrigtem Herzminutenvolumen, gegebenenfalls systemische Hypotension und Synkope führen. Kleinere Embolien können unbemerkt ablaufen (siehe oben) oder mit unspezifischen Symptomen wie transienter Tachydyspnoe, Fieber, eventuell substernalen oder pleuralen Schmerzen mit möglicher Ausstrahlung in die Schulter, transitorischer Tachykardie und/oder Hämoptysen auffallen.

Mittels Echokardiografie (transthorakal oder transoesophageal) kann eine LE durch direkten Thrombusnachweis oder indirekt nachgewiesen werden. Der Druck im rechten Ventrikel, abgeschätzt über eine eventuelle Trikuspidalinsuffizienz, ist bei kleinen Embolien höchstens gering erhöht. Eine große Lungenembolie führt dagegen immer zur Dilatation mit Trikuspidalinsuffizienz und Hypokinesie. Der Druck im rechten Ventrikel ist deutlich erhöht. Diese Befunde sind auch schon erkennbar, wenn der systemische Blutdruck noch stabil ist. Bei einer fulminanten Lungenembolie versagt der rechte Ventrikel akut und kann keinen hohen Druck aufbauen. Durch eine Röntgen-Thorax-Aufnahme können Differenzialdiagnosen wie ein Pneumothorax ausgeschlossen werden. Eine Infarktpneumonie infolge einer LE kann jedoch radiologisch nicht von einer herkömmlichen Pneumonie unterschieden werden. Eine Erhöhung der D-Dimere kann bei entsprechender Klinik hinweisend für eine LE sein, jedoch sind in bis zu 40 % aller Fälle die D-Dimere trotz LE normwertig. Erhöhte Werte von Troponin I, T und BNP (brain natriuretic peptide) weisen auf Rechtsherzbelastung hin. Als diagnostischer Goldstandard zur Sicherung bzw. zum Ausschluss einer LE gilt heute die Computertomografie mit Kontrastmittel. Eine Alternative stellt die Magnetresonanztomografie (MRT) dar, die aufgrund der fehlenden Strahlenbelastung Vorteile bietet. Sie stellt jedoch wegen der längeren Untersuchungsdauer, die bei Säuglingen und Kleinkindern in der Regel eine Sedierung bzw. Narkose erfordert, und der geringeren Sensitivität derzeit nur die 2. Wahl dar. Bei gesicherter LE sollte immer vor Therapiebeginn eine Thrombophiliediagnostik erfolgen. Des Weiteren sollte nach anderen potenziellen Ursachen gefahndet werden. Ein Algorithmus zum diagnostischen Vorgehen bei Verdacht auf eine LE ist in Abb. 1 aufgeführt.

Aufgrund unzureichender Evidenz zur Therapie der LE im Kindesalter basieren die Therapieempfehlungen größtenteils auf den Erfahrungen bei Erwachsenen und den Ergebnissen kleinerer Studien.

Der Verlauf und die Prognose hängen vom Ausmaß der LE sowie dem Vorliegen von Komorbiditäten und Risikofaktoren ab. Potenziell stellt eine LE ein lebensbedrohliches Ereignis dar.