Die Intensivmedizin
Autoren
J. Unterkofler, A. Goetzenich und Rüdiger Autschbach

Mechanische Unterstützung bei Herzversagen

ECLS („extracorporeal life support“) in venoarterieller Implantationstechnik stellt eine ultimative Rescue-Methode im schweren kardiogenen Schock dar, da sie sowohl die Kreislauf- als auch die Lungenfunktion weitgehend ersetzt. Die ECLS dient als sog. Bridging-Verfahren. Die „extracorporeal membrane oxygenation“ (ECMO) wird häufig synonym zum ECLS verwendet, bezeichnet aber ein – prinzipiell aus denselben Komponenten bestehendes – venovenös betriebenes Unterstützungsverfahren, das beim nicht beherrschbaren, isolierten Lungenversagen eingesetzt wird.
In Zeiten sinkender Transplantationszahlen sind jährlich deutliche Zuwachsraten im Bereich implantierbarer Kunstherzsysteme für Patienten mit terminaler Herzinsuffizienz zu verzeichnen. Diese Systeme sind für die Langzeitunterstützung ausgelegt.
Dieses Kapitel beschreibt die technischen Aspekte der mechanischen Lungenunterstützungsverfahren und die intensivmedizinische Betreuung dieser Patienten.

Extrakorporale Herz- und Lungenersatzsysteme (ECLS, ECMO)

Die ECLS-Therapie (ECLS = „extracorporeal life support“) in venoarterieller Implantationstechnik stellt eine ultimative Rescue-Methode im schweren kardiogenen Schock dar. Die Indikation wird mit Rücksicht auf Patientenalter, Komorbiditäten und Prognose des Patienten auf der Basis der Erfahrungen im jeweiligen Zentrum gestellt. Durch die ECLS-Systeme wird sowohl die Kreislauf- als auch die Lungenfunktion weitgehend ersetzt. Ein Betrieb ist für Tage bis wenige Wochen möglich, jedoch weiterhin dabei mit einer hohen Mortalität (45 %) und Komplikationsrate vergesellschaftet (ELSO 2013). Die ECLS dient als sog. Bridging-Verfahren: Ziel ist entweder die Erholung durch myokardiale Entlastung oder die Überbrückung und Stabilisierung bis zur Implantation eines dauerhaften Unterstützungssystems (VAD, siehe unten) oder zur Herztransplantation.
Der Begriff ECMO (für „extracorporeal membrane oxygenation“) wird häufig synonym zum ECLS verwendet, bezeichnet aber ein – prinzipiell aus denselben Komponenten bestehendes – venovenös betriebenes Unterstützungsverfahren, welches beim nicht beherrschbaren, isolierten Lungenversagen eingesetzt wird (Brodie und Bacchetta 2011).

Technische Aspekte

Ein ECLS-System besteht im Wesentlichen aus
  • einer extrakorporalen Pumpe,
  • einem Oxygenator,
  • den verbindenden Kanülen und
  • ggf. einem Wärmetauscher.
Mittlerweile sind kleine, transportable Systeme verfügbar, die eine hohe Mobilität versprechen (Haneya et al. 2012) (Abb. 1).
Die Systeme können auf unterschiedliche Arten mit dem Körper verbunden werden, wobei man eine zentrale von der peripheren Kanülierung unterscheidet. Erstere setzt eine Sternotomie voraus, wobei der Anschluss arteriell direkt an die Aorta ascendens oder A. subclavia und venös in der Regel am rechten Atrium erfolgt. Die periphere Kanülierung wird über die Femoralgefäße entweder offen chirurgisch oder via Seldinger-Technik perkutan realisiert. Die periphere Kanülierung ist außerhalb eines Operationssaals durchführbar und bietet sich beispielsweise im Rahmen einer Reanimation („extracorporeal membrane oxygenation in CPR“, E-CPR) an (Cardarelli et al. 2009). Im Vergleich zur zentralen Kanülierung werden hier durch die kleineren Kanülendurchmesser reduzierte Flussraten erzielt, außerdem ist die Perfusion des entsprechenden Beins gefährdet.
Die Laufrate der Pumpe kann reguliert werden, die resultierende Leistung ist in l/min ablesbar. Zielwerte sind ca. 3 l/m2/min bzw. 60 ml/kg KG/min bei Erwachsenen. Moderne Systeme messen die hierbei entstehenden Drücke auf der venösen (Sog, maximal –300 mm Hg) und auf der arteriellen (Perfusion, maximal +400 mm Hg) Seite. Weitere Einstellmöglichkeiten bietet der Oxygenator, an dem sowohl der Flow in l/min (zur CO2-Elemination) als auch die FiO2 (zur Oxygenierung) verändert werden kann. Angestrebt wird ein ausreichender Mitteldruck (>60 mm Hg) bei einer normwertigen zentralvenösen Sättigung (>70 %) und normwertigen Partialdrücken (pO2, pCO2).

Intensivmedizinisches Management

Patienten am ECLS zeigen zumeist einen hohen Volumenbedarf. Ursächlich hierfür ist eine hohe Kapillarleckage, die zu intravasalem Volumenmangel bei globaler Überwässerung des Patienten führt. Dieser Volumenmangel fällt vorrangig durch Ansaugen der venösen Kanüle an der Gefäßwand auf, was sich durch Flussabfälle an der Pumpe mit hämodynamischem Einbruch bemerkbar macht. Auch Blutungskomplikationen sind häufig, daher muss der Hämoglobingehalt, der nicht zuletzt auch dilutionsbedingt abfällt, ebenso beobachtet werden wie die Kanülierungsstellen und bei thorakaler Implantation die entsprechend thorakal/mediastinal eingebrachten Drainagen.
Eine mindestens täglich durchzuführende Röntgenkontrolle, alternativ die Sonographie, geben Hinweise auf Blutungen und dienen der Verifizierung der Kanülenposition. Die Perfusion der unteren Extremität ist insbesondere bei der peripheren Kanülierung gefährdet und muss engmaschig, auch dopplersonographisch, überwacht werden.
Trotz ausreichender Oxygenierung über das ECLS wird zur Lungenpflege die protektive Beatmung des Patienten fortgeführt, um ein späteres Weaning vom System möglich zu machen.
Das System benötigt eine therapeutische Antikoagulation, die mittels Messung der „accelerated clotting time“ (ACT) gesteuert wird. Je nach verwendeter Kanülenart (diese sind z. B. auch heparinbeschichtet verfügbar) werden Werte zwischen 150 und 200 s angestrebt. Hämolyseparameter wie das freie Hämoglobin, die Laktatdehydrogenase sowie die Thrombozytenzahl müssen regelmäßig kontrolliert werden. Verbandswechsel an der Kanülenaustrittstelle müssen täglich und unter streng sterilen Bedingungen durchgeführt werden. Hierbei wird auch die Platzierung kontrolliert.

Kunstherztherapie

Linksventrikuläre Unterstützungssysteme (LVAD) mit kontinuierlichem Fluss

In Zeiten sinkender Transplantationszahlen sind jährlich deutliche Zuwachsraten im Bereich implantierbarer LVAD-Systeme Zeichen einer wachsenden Akzeptanz dieser Therapieoption für Patienten mit terminaler Herzinsuffizienz (NYHA III–IV bei ausgereizter Herzinsuffizienztherapie). Diese Systeme sind für die Langzeitunterstützung ausgelegt (Tab. 1). Nicht zuletzt aufgrund der Erweiterung der FDA-Zulassung um die Behandlungsoption der sog. „destination therapy“ als Konsequenz aus der REMATCH-Studie (Rose et al. 2001) werden LVAD bei nachgewiesenem Vorteil gegenüber der konservativen Therapie immer breiter auch ohne Ziel eines Bridgings eingesetzt. Im Rahmen steigender ambulanter Patientenzahlen bleibt die Versorgung dabei längst nicht mehr nur spezialisierten Zentren vorbehalten.
Tab. 1
Mögliche Intentionen der LVAD-Implantation
Therapieform
Erläuterung
BTT
„bridge to transplantation“
Überbrückende Implantation mit dem Ziel einer Herztransplantation
BTR
„bridge to recovery“
Erholung am System angestrebt
Explantation nach Evaluation
DT
„destination therapy“
Dauertherapie ohne Option einer Herztransplantation bzw. Explantation
BTD
„bridge to decision“
Nach Stabilisierung am System Evaluation, ob BTT oder DT

Technische Aspekte

In den letzten Jahren setzen sich Systeme mit einem kontinuierlichen Fluss aufgrund der leichteren Bauweise und längeren Haltbarkeit stärker durch. Bei diesen Systemen ist der überwiegende Teil im Körper verbaut, nur eine Verbindungsleitung zur Steuerung und Stromversorgung, die „driveline“, verlässt den Körper. Apexnah wird ein „inflow graft“ eingenäht, über den das Pumpensystem Blut aus dem linken Ventrikel ansaugen kann. Der Ausfluss erfolgt über den „outflow graft“, eine flexible Gefäßprothese, die an die Aorta ascendens anastomosiert wird (Abb. 2).
Die „driveline“ ist mit dem Controller verbunden, an diesen sind wahlweise Akkus oder die Basisstation zur Stromversorgung anzuschließen. Durch die betreuenden Herzchirurgen oder Kardiotechniker wird die Leistung des Systems über die Drehzahl geregelt und ist durch den Patienten nicht beeinflussbar.

Präoperative Überlegungen

Entscheidend für das Outcome nach einer LVAD-Implantation ist die präoperative Situation des Patienten. In den USA werden alle implantierten Systeme und deren Verlauf beim Interagency Registry for Mechanically Assisted Circulatory Support (INTERMACS) registriert. Aufgrund der gesammelten Daten und Erfahrungen ergibt sich eine in Tab. 2 aufgestellte Einteilung. Je höher das präoperative INTERMACS-Level, desto besser ist das Outcome und umso niedriger die Gefahr typischer postoperativer Komplikationen (Kirklin et al. 2013). Eine gute Patientenselektion und die Festlegung des Therapieziels sind somit entscheidend. Patienten im Level 1 profitieren z. B. eher von temporären Unterstützungssystemen bis zur Stabilisierung.
Tab. 2
INTERMACS-Level
Level
Schlagwort
Erläuterung
1
„crash & burn“
2
„sliding fast“
Verschlechterung unter Inotropika
3
 
Inotropikapflichtig, aber stabil
4
„frequent flyer“
rezidivierende kardiale Dekompensationen, fortgeschrittene Herzinsuffizienz (HI)
5
„housebound“
Belastungsintolerant
6
„walking wounded“
Nur geringe Belastungen möglich
7
 
Leichte Belastung möglich (NYHA III)
INTERMACS = Interagency Registry for Mechanically Assisted Circulatory Support

Postoperatives Management

Frühpostoperative Versorgungsstrategien
Nach Implantation und Stabilisierung am System im OP erfolgt der Transport auf die Intensivstation unter Begleitung des Herzchirurgen und des Kardiotechnikers. Meist ist der Fluss über das LVAD initial auf niedrige Drehzahlen eingestellt. Es empfiehlt sich, die weitere Therapie in enger Absprache mit der operativen Abteilung durchzuführen.
Monitoring
Die Zeit nach Aufnahme auf die Station ist u. U. durch eine erhebliche Dynamik der Kreislaufsituation gekennzeichnet. Der Körper muss sich in den ersten Stunden an die neue Kreislaufsituation mit entlastetem linkem und ggf. zusätzlich belastetem rechtem Ventrikel gewöhnen.
Deshalb ist in den ersten postoperativen Stunden eine hohe zeitliche Präsenz des Intensivmediziners am Patientenbett unabdingbar.
Aufgrund des kontinuierlichen Flusses ist für Patienten mit einem LVAD-System die ungewohnt niedrige Blutdruckamplitude charakteristisch. Diese ist umso geringer, je höher der Anteil des Unterstützungssystems am gesamten Herzzeitvolumen ist. Kaum tastbare periphere Pulse können ebenso die Folge sein wie eine eingeschränkte Bewegung der Aortenklappe.
Über das Standardmonitoring hinaus sollte bereits intraoperativ ein Pulmonaliskatheter eingeschwemmt worden sein. Das Katecholamin- und Volumenmanagement sollte auf den gemessenen Widerständen basieren sowie unter Beachtung des Verlaufs des ZVD erfolgen. Ähnlich wie schon in Abschn. 1 beschrieben, können Ansaugphänomene Hinweis auf einen volumendepletierten linken Ventrikel liefern, wobei hier Myokard durch den Sog des LVAD an die Inflow-Kanüle gerät. Das System erkennt dies und reduziert automatisch kurz den Fluss über die Pumpe auf ein Mindestmaß, um anschließend wieder auf die eingestellte Unterstützung hochzuregeln. Diese Vorgänge sind am Monitor des VAD nachvollziehbar und sollten bei den Überlegungen bezüglich des Volumen- und Flowmanagements mit einbezogen werden. Dies gilt für die gesamte Laufzeit und spielt auch noch nach Jahren eine Rolle.
Bei Hinweisen auf eine drohende instabile Situation ist die frühzeitige Durchführung eines TEE eine notwendige Ergänzung.
Rechtsherzversagen
Die Gefahr einer Dekompensation des rechten Ventrikels ist in den ersten Tagen wie auch noch nach Monaten sehr hoch und mit einer erheblichen Mortalität vergesellschaftet (Kirklin et al. 2010). Bei Zeichen einer übermäßigen Belastung des rechten Ventrikels sollte TEE-gesteuert die Volumengabe auf ein Mindestmaß reduziert, eine rechtzeitige Anpassung der Inotropika vorgenommen und auch mittels einfacher Fußtieflagerung in der Akutphase therapiert werden. Ebenfalls kann in dieser Situation eine Erniedrigung der Flussrate über das LVAD hilfreich sein. Auch diese Maßnahme erfolgt unter TEE-Kontrolle.
Sollte sich die Situation nicht wesentlich stabilisieren, müssen frühzeitig entlastende Maßnahmen wie z. B. die pulmonale Vasodilatation mittels NO-Beatmung oder die inhalative Gabe von Iloprost diskutiert werden (Antoniou et al. 2012). Zusätzlich ist auch eine Unterstützung der Kontraktilität mit Levosimendan (Missant et al. 2007) oder Phosphodieastersehemmern wie Milrinon möglich. Als Ultima Ratio kann die temporäre Entlastung mittels RVAD erfolgen (Aissaoui et al. 2013).
Eine rechtsventrikuläre Dekompensation muss frühzeitig erkannt und aggressiv therapiert werden.
Blutungen
In den ersten Tagen nach Implantation sind schwere Blutungen möglich und gelten als die häufigste perioperative Komplikation. Deshalb sind engmaschige Kontrollen des Hämoglobins, der Hämodynamik und der Blutverluste über die einliegenden Drainagen unabdingbar.
Cave
Wie bei jedem herzchirurgischen Eingriff kann ein drohendes Rechtsherzversagen auch durch eine progrediente Perikardtamponade hervorgerufen sein!
Antikoagulation
Für die ersten 24 h postoperativ ist keine Antikoagulation notwendig. Ab diesem Zeitpunkt sollte mit Rücksicht auf mögliche Blutungskomplikationen vorsichtig aufsteigend therapeutisch antikoaguliert werden.
Cave
Unabdingbar ist der tägliche Blick auf die Thrombozytenzahl, da VAD-Patienten in hohem Maße gefährdet sind, eine Heparin-induzierte Thrombozytopenie zu entwickeln.
Eine großzügige Umstellung auf alternative Antikoagulanzien wird empfohlen (Warkentin et al. 2009). Nach Entfernung der Drainagen und später auch der epimyokardialen Pacer-Drähte muss auf Cumarinderivate eingestellt werden (INR). Die Zielwerte sind Device-abhängig.
Pflege der „driveline“
Die Austrittsstelle der „driveline“ aus dem Unterbauch ist die infektiologische „Achillesferse“ des Systems. Infektionen treten bei über 20 % der Patienten auf (Gordon et al. 2013). Daher müssen Verbandwechsel am Anfang täglich, später alle 5 Tage durch eingewiesenes Personal und nach Entlassung durch geschulte Angehörige des Patienten unter streng sterileren Kautelen durchgeführt werden. Entsprechende Schemata werden durch die Hersteller kommuniziert.
Spätkomplikationen
Mögliche Spätkomplikationen sind
  • kardiale Dekompensationen,
  • thrombembolische Komplikationen,
  • Infektionen und
  • Blutungen (Hasin et al. 2013).
Blutungen, v. a. im Gastrointestinaltrakt, sind bei nichtpulsatilen Systemen häufig und nicht selten Hb-relevant. Diese basieren zum einen auf Überdosierung von Cumarinderivaten, zum anderen auf verminderter von-Willebrand-Faktor-Aktivität bei längerem Betrieb. Es empfiehlt sich hier, einen niedrigeren Ziel-INR anzusetzen bzw. ganz auf Cumarine zu verzichten (Menon et al. 2012).
Im Idealfall sollte die Verlegung in ein spezialisiertes Zentrum erfolgen, um eine optimale Therapie zu ermöglichen. Jederzeit ist der Kontakt zum Hersteller des Systems über 24-h-Hotlines möglich. Meist kennt der Patient (oder seine Angehörigen) sich und sein Kunstherz genau und kann Auskunft geben.

Biventrikuläre, pulsatile Unterstützungssysteme (BVAD)

Bei konservativ nicht beherrschbarem, biventrikulärem Herzversagen, vornehmlich im INTERMACS-Level 1 oder 2 (Tab. 2), kann als Unterstützungsverfahren ein BVAD-System implantiert werden, welches für den längeren Einsatz konzipiert ist. Die Technik ist ebenfalls in der Pädiatrie einsetzbar, auch als univentrikuläres Assist. Ziel der Therapie ist hier primär die Überbrückung bis zu einer ausreichenden Erholung der Organfunktionen, beispielsweise im Rahmen eines Postkardiotomiesyndroms, oder bis zur Herztransplantation (Moriguchi et al. 2011). Dies setzt eine gründliche Patientenselektion voraus.

Technische Aspekte

Die Systeme sind durch einen elektropneumatischen Antrieb charakterisiert. Im Gegensatz zu den Devices mit kontinuierlichem Fluss sind die Komponenten überwiegend extrakorporal gelegen. Die Einlasskanülen werden atrial oder ventrikulär implantiert und den außerhalb des Körpers gelegenen Blutkammern der Kunstventrikel zugeführt. Hiervon abgehend werden Auslasskanülen an der Aorta und/oder A. pulmonalis anastomosiert (Abb. 3). Die Luftkammern der Ventrikel sind mit einem Antriebsschlauch an die mobile Antriebseinheit angeschlossen, welche Saug- und Treibdrücke erzeugt. Ergänzt durch mechanische Klappen am Ein- und Auslass der Ventrikel entsteht so ein gerichteter, pulsatiler Fluss. Beeinflussbar sind über die Steuereinheit des Antriebs der Druck in der Systole und der Diastole sowie die Frequenz und die relative Systolendauer.

Intensivmedizinische Überlegungen

Zumeist befinden sich die Patienten präoperativ im Zustand des drohenden Multiorganversagens. Deshalb gilt die postoperative Versorgung der engmaschigen Überwachung aller Organfunktionen mit dem Ziel der frühestmöglichen Stabilisierung.
Auch bei den pulsatilen Systemen besteht eine nicht unerhebliche Blutungsgefahr. Das Volumen- und Katecholaminmanagement sollte zunächst PA-Katheter-gesteuert erfolgen. Der hohe intra- und postoperative Volumenbedarf muss rechtzeitig wieder ausgeglichen werden. Dies erfolgt mit Rücksicht auf die Füllung der Ventrikel, deren Membranen in der Diastole vollständig entfaltet sein sollten. Die Hersteller geben genaue Regimes zur Antikoagulation und Thrombozytenaggregationshemmung heraus. Diese müssen strikt beachtet werden, da eine erhebliche Gefahr durch Thrombembolien besteht. Die Kunstventrikel sollten zudem mehrmals täglich mittels Durchleuchtung auf mögliche Ablagerungen/Thromben hin untersucht werden.
Auch bei diesen Systemen ist eine fachgerechte Versorgung der Kanülenaustrittstellen zur Prävention von Infektionen unabdingbar.

Totales Kunstherz („total artificial heart“)

Alternativ zum oben genannten BVAD-System kommt das sog. „total artificial heart“ (TAH) zum Einsatz, das ebenfalls elektropneumatisch betrieben ist und somit auch durch ein pusatiles Flussprofil gekennzeichnet ist. Auch hier steht das schwere, refraktäre, biventrikuläre Pumpversagen im Vordergrund, bei dem ein LVAD-System keine sinnvolle Therapie darstellt (Copeland et al. 2012). Beim TAH werden beide Ventrikel und alle Herzklappen durch das Device ersetzt. Somit liegt der wesentliche Anteil des Systems intrakorporal.
Eine längerfristige Unterstützung bis zu einer Transplantation, oder auch der Einsatz als „destination therapy“, sind mit Entlassung des Patienten nach Hause möglich. Entscheidender Nachteil ist die notwendige komplette Resektion von Klappen und Ventrikeln. Somit entfällt die Option eines „bridge to recovery“, und der Patient bleibt lebenslang bzw. bis zur Transplantation voll geräteabhängig. Wie bei den oben beschriebenen LVAD-Systemen führen „drivelines“ nach außen, die mit der Steuereinheit verbunden sind.
Die postoperative Versorgung entspricht der der BVAD-Systeme.
Literatur
Aissaoui N, Morshuis M, Schoenbrodt M, Meibodi KH et al (2013) Temporary right ventricular mechanical circulatory support for the management of right ventricular failure in critically ill patients. J Thorac Cardiovasc Surg 146(1):186–191CrossRefPubMed
Antoniou T, Prokakis C, Athanasopoulos G, Thanopoulos A et al (2012) Inhaled nitric oxide plus iloprost in the setting of post-left assist device right heart dysfunction. Ann Thorac Surg 94(3):792–798CrossRefPubMed
Brodie D, Bacchetta M (2011) Extracorporeal membrane oxygenation for ARDS in adults. N Engl J Med 365(20):1905–1914CrossRefPubMed
Cardarelli MG, Young AJ, Griffith B (2009) Use of extracorporeal membrane oxygenation for adults in cardiac arrest (E-CPR): a meta-analysis of observational studies. Asaio J 55(6):581–586CrossRefPubMed
Copeland JG, Copeland M, Gustafson N, Mineburg N et al (2012) Experience with more than 100 total artificial heart implants. J Thorac Cardiovasc Surg 143(3):727–734CrossRefPubMed
ELSO (2013) ECLS registry report – international summary 2013
Gordon RJ, Weinberg AD, Pagani FD, Slaughter MS et al (2013) Prospective, multicenter study of ventricular assist device infections. Circulation 127(6):691–702PubMedCentralCrossRefPubMed
Haneya A, Philipp A, Foltan M, Camboni D et al (2012) First experience with the new portable extracorporeal membrane oxygenation system Cardiohelp for severe respiratory failure in adults. Perfusion 27(2):150–155CrossRefPubMed
Hasin T, Marmor Y, Kremers W, Topilsky Y et al (2013) Readmissions after implantation of axial flow left ventricular assist device. J Am Coll Cardiol 61(2):153–163CrossRefPubMed
Kirklin JK, Naftel DC, Kormos RL, Stevenson LW et al (2010) Second INTERMACS annual report: more than 1,000 primary left ventricular assist device implants. J Heart Lung Transplant 29(1):1–10PubMedCentralCrossRefPubMed
Kirklin JK, Naftel DC, Kormos RL, Stevenson LW et al (2013) Fifth INTERMACS annual report: risk factor analysis from more than 6,000 mechanical circulatory support patients. J Heart Lung Transplant 32(2):141–156CrossRefPubMed
Menon AK, Götzenich A, Sassmannshausen H, Haushofer M et al (2012) Low stroke rate and few thrombo-embolic events after HeartMate II implantation under mild anticoagulation. Eur J Cardiothorac Surg 42(2):319–323; discussion 323CrossRefPubMed
Missant C, Rex S, Segers P, Wouters PF (2007) Levosimendan improves right ventriculovascular coupling in a porcine model of right ventricular dysfunction. Crit Care Med 35(3):707–715CrossRefPubMed
Moriguchi J, Davis S, Jocson R, Esmailian F et al (2011) Successful use of a pneumatic biventricular assist device as a bridge to transplantation in cardiogenic shock. J Heart Lung Transplant 30(10):1143–1147CrossRefPubMed
Rose EA, Gelijns AC, Moskowitz AJ, Heitjan DF et al (2001) Long-term use of a left ventricular assist device for end-stage heart failure. N Engl J Med 345(20):1435–1443CrossRefPubMed
Warkentin TE, Greinacher A, Koster A (2009) Heparin-induced thrombocytopenia in patients with ventricular assist devices: are new prevention strategies required? Ann Thorac Surg 87(5):1633–1640CrossRefPubMed