Thoraxchirurgie
Autoren
Jerome Defosse und Katharina Hardt

Anästhesiologische Aspekte thoraxchirurgischer Eingriffe

Die anästhesiologische Betreuung stellt bei thoraxchirurgischen Eingriffen eine besondere Herausforderung dar. Die seitengetrennte Beatmung der Lunge (Einlungenventilation, ELV) ist häufig Voraussetzung für optimale Operationsbedingungen und kann beispielsweise durch Doppellumentuben oder Bronchusblocker erreicht werden. Die ELV beeinträchtigt den Gasaustausch, insbesondere die Oxygenierung durch die massive Erhöhung des Shuntvolumens. Physiologisch hilft hier die hypoxisch-pulmonale Vasokonstriktion. Durch adäquate Beatmungseinstellung, Atelektasenvermeidung, selektive Sauerstoffinsufflation, Hochfrequenz-Jet-Ventilation u. ä. Maßnahmen kann die Oxygenierung zusätzlich optimiert werden. Geeignete Eingriffe, wie videoassistierte Thorakoskopien, werden zunehmend „non-intubated“ durchgeführt. Dies bietet aufgrund der geringeren Invasivität sowie einer Zeitersparnis etliche Vorteile, sollte jedoch nur bei Expertise des behandelnden Teams und stets in Intubationsbereitschaft erfolgen.
Die Narkoseeinleitung und Narkoseführung stellt bei thoraxchirurgischen Eingriffen eine besondere Herausforderung dar. Der Anästhesist „teilt“ sich bei der Mehrzahl der thoraxchirurgischen Operationen das Organ Lunge mit dem Operateur. Eine gute interdisziplinäre Zusammenarbeit ist daher essenziell. Für eine erfolgreiche Betreuung der Patienten muss der Anästhesist das geeignete Narkoseverfahren wählen und sich intraoperativ immer wieder auf neue pathophysiologische Gegebenheiten einstellen. Ziel ist die Vermeidung intra- und postoperativer Komplikationen, insbesondere von Hypoxämien unter Einlungenventilation (ELV), die das Outcome der Patienten beeinflussen. Die Beatmung und hämodynamische Stabilität der Patienten können durch bei thoraxchirurgischen Patienten verbreitete kardiopulmonale Vorerkrankungen, wie chronisch obstruktive Lungenerkrankungen (COPD), pulmonalarterielle Hypertonie (paHT) oder Herzerkrankungen (koronare Herzkrankheit, KHK; Herzinsuffizienz u. a.) zusätzlich beeinträchtigt sein.
Im Folgenden werden physiologische Grundlagen, verschiedene Techniken der Atemwegssicherung, Beatmung und Narkoseführung diskutiert sowie der Umgang mit möglichen Komplikationen erläutert.

Physiologie der Einlungenventilation

Was ist eine Einlungenventilation?

Viele Eingriffe in der Thoraxchirurgie sind erst durch eine Seitentrennung der Lunge möglich, sodass nur die nicht zu operierende Lunge für die Ventilation genutzt werden kann. Nur so werden optimale Operationsbedingungen geschaffen, da das Lungenvolumen der nicht ventilierten Seite reduziert und störende Atemexkursionen unterbunden werden. Die ELV ermöglicht eine Beatmung auch dann, wenn eine Eröffnung des Lungenparenchyms oder der Luftwege einseitig notwendig ist oder traumatisch hervorgerufen wurde. Im Falle einer Überdruckbeatmung würde sonst ohne Seitentrennung der Lunge das Tidalvolumen aufgrund des Widerstandes der Lunge vollständig durch das eröffnete Areal entweichen. Des Weiteren wird durch die ELV der Übertritt von Sekret auf die Lungengegenseite vermieden. Indikationen zur ELV können der folgenden Übersicht entnommen werden.
Beispiele für Indikationen der Einlungenventilation
  • Vermeidung von Sekretübertritt
  • Vermeidung von Leckagen bei Bronchuseröffnung/-verletzung
  • Schaffung optimierter Operationsbedingungen (z. B. videoassistierte Thorakoskopien, Pneumektomie, Lungentransplantation, onkologische intrathorakale Operationen, Ösophaguschirurgie, thorakale Aortenchirurgie)
  • Vermeidung einseitiger Überblähung (Emphysem, Bullae, Zysten)
Um die Auswirkungen der ELV auf den Patienten zu verstehen, ist es sinnvoll, die Physiologie und Pathophysiologie der Lunge näher zu betrachten.

Grundlagen der Physiologie der Lunge

Die für die Thoraxchirurgie zentralen Grundlagen der Physiologie der Lunge beruhen im Wesentlichen auf dem Gleichgewicht zwischen Ventilation und Perfusion. Sowohl Luft als auch Wasser folgen einem Druckgefälle und dem Weg des geringsten Widerstandes.

Ventilation

Der Einstrom von Luft in die Lunge, ob passiv oder aktiv, ist abhängig vom Dehnungswiderstand der Lunge, also der Compliance. Die Compliance beschreibt die elastischen Eigenschaften der Lunge und des Brustkorbes. Ihr Normalwert liegt bei 100 ml/cm H2O. Im Normalfall entsteht bei jedem Atemzug durch die Atemmuskulatur aktiv ein Unterdruck in der Lunge, durch den Luft in die Lunge gesogen wird. Bei einer Überdruckbeatmung wird Luft mit Druck in die Lunge „gepresst“, die sich wiederum durch diese Volumenzunahme passiv ausdehnt. Je niedriger die Compliance, desto mehr Druck oder Atemanstrengung muss angewandt werden, damit die gleiche Menge Luft in die Lunge gelangt.
Physiologisch ist die Ventilation nicht seitengleich, in die rechte Lunge gelangen etwa 53 % des Atemzugvolumens, während die linke Seite nur 47 % erreichen. Apikale Abschnitte werden dabei stärker ventiliert als basale. Negative Auswirkungen auf die Compliance haben obstruktive und interstitielle oder restriktive Lungenerkrankungen, Rigiditäten der Thoraxwand, Atelektasen (Abschn. 2.2.1) und ähnliche Pathologien.

Perfusion

Die Perfusion der Lunge ist abhängig vom Gefäßwiderstand und der Schwerkraft. Das Blut folgt ebenfalls dem Weg des geringsten Widerstandes. Im genauen Gegenteil zur Ventilation werden apikale Abschnitte dabei aufgrund der Schwerkraft schwächer durchblutet als basale. Die pulmonale kapilläre Perfusion ist abhängig vom Herzzeitvolumen (HZV).

Ventilations-Perfusions-Verhältnis

Physiologisch besteht ein Gleichgewicht aus Ventilation und Perfusion (V/Q-Verhältnis), abhängig von pulmonaler Perfusion und alveolärer Ventilation liegt es physiologisch bei etwa 0,8. Pathophysiologische Veränderungen sowohl am HZV als auch an der Ventilation können dieses Verhältnis ungünstig beeinflussen und damit den Gasaustausch beeinträchtigen. Ein „Mismatch“ entsteht, wenn entweder Perfusion oder Ventilation in einem Areal oder in der gesamten Lunge beeinträchtigt sind. In der Maximalausprägung liegt keine Ventilation, aber normale Perfusion vor. In diesem Fall findet keine Oxygenierung statt, es entsteht ein Shunt. Die Folge ist eine Hypoxämie. Auslöser sind Bronchusverlegungen, Tumoren, aber auch iatrogen durch die ELV. Umgekehrt entsteht in einem Lungenareal, in dem zwar Ventilation, jedoch keine Perfusion stattfindet, eine Totraumventilation mit der typischen Folge der Hyperkapnie, da nicht mehr ausreichend Lungengewebe zur Decarboxylierung zur Verfügung steht. Eine typische Ursache ist die Lungenarterienembolie.

Hypoxisch-pulmonale Vasokonstriktion

Um auf ein Ungleichgewicht im V/Q-Verhältnis zu reagieren, nutzt der Körper physiologisch die sog. hypoxisch-pulmonale Vasokonstriktion (HPV), auch Euler-Liljestrand-Mechanismus genannt. Dieser Begriff beschreibt die Umverteilung der regionalen Durchblutung zugunsten ventilierter Alveolarbereiche. Gut ventilierte Areale werden dementsprechend durch Vasodilatation besser durchblutet, während minderbelüftete Bereiche durch reaktive Vasokonstriktion weniger perfundiert werden. Damit wird die Shuntfraktion verringert und dadurch die Oxygenierung verbessert. Es gibt unterschiedliche Theorien, auf welchen Mechanismen die HPV beruht. Es ist nicht eindeutig geklärt, ob die Vasokonstriktion durch Freisetzung von Mediatoren durch die alveoläre Hypoxie, oder durch eine kalziumvermittelte direkte Wirkung der Hypoxie auf die Gefäßmuskulatur hervorgerufen wird. Das Prinzip der HPV ist bei der ELV von großem Nutzen, da die ventilierte Lunge automatisch besser perfundiert und das Shuntvolumen so reduziert wird. Problem der HPV ist eine gewisse zeitliche Latenz von bis zu 20 Minuten, sodass bei Nicht-Ventilation einer Lungenhälfte, wie es bei der ELV der Fall ist, zunächst Hypoxien entstehen können, die therapiebedürftig sind. Einzelheiten dazu sind in Abschn. 2.2 zu finden.
Die HPV wird durch verschieden Faktoren verstärkt, die teilweise (patho-)physiologisch auftreten, teils auch therapeutisch genutzt werden können (Abschn. 2.2.2). Dazu zählen Azidose, Hyperkapnie, α1-Agonisten, Serotonin (5-Hydroxytryptamin), Thromboxan A2, Prostaglandin PGF 2α und Angiotensin II.

Besonderheiten der Anästhesie beim intrathorakalen Eingriff

Narkoseeinleitung

Wahl des Anästhesieverfahrens

Sinn und Zweck einer anästhesiologischen Betreuung während operativen Eingriffen ist es, eine schmerzlose Operation unter möglichst stabilen physiologischen Verhältnissen bei optimalen Operationsbedingungen für den Operateur zu gewährleisten. Man unterscheidet zwischen Regionalanästhesie, bei der meist nur die betroffene Region des Körpers durch Lokalanästhetika betäubt wird, und Allgemeinanästhesie. Als Allgemeinanästhesie bezeichnet man einen medikamentös induzierten, schlafähnlichen Zustand, der mit einer Ausschaltung von Schmerzempfinden und Abwehrreflexen einhergeht.
Insbesondere bei größeren Operationen ist eine Kombination aus Allgemeinanästhesie und Regionalanästhesie auch zur Verbesserung der intra- und postoperativen Schmerztherapie sinnvoll. Einzelheiten zu in der Thoraxchirurgie gängigen regionalen Anästhesieverfahren werden in Kap. „Intra- und postoperative Schmerzkontrolle bei thorakalen Eingriffen“ behandelt, sodass im Folgenden vermehrt auf die Besonderheiten der Allgemeinanästhesie eingegangen wird.
Einleitung und Aufrechterhaltung der Allgemeinanästhesie in der Thoraxchirurgie: Besonderheiten beim Einsatz verschiedener Narkosemittel
Zur Einleitung und Aufrechterhaltung der Allgemeinanästhesie stehen dem Anästhesisten verschiedene Medikamente zur Verfügung. Goldstandard ist eine intravenöse Anästhesieeinleitung mit einem Opiat (Sufentanil, Fentanyl, Remifentanil u. a.), einem Narkosemittel (Propofol, in Ausnahmefällen Thiopental) und, wenn nötig, einem Muskelrelaxans (z. B. Rocuronium, Atracurium u. a.).
Bei der Auswahl der geeigneten Medikamente müssen neben patientenspezifischen Kontraindikationen (Allergien, Vorerkrankungen u. a.) verschiedene pharmakodynamische Aspekte berücksichtigt werden.
Relevant ist in der Thoraxchirurgie vor allem die Unterscheidung zwischen intravenöser und inhalativer Aufrechterhaltung der Anästhesie. Sie kann mittels kontinuierlicher Propofolapplikation (totale intravenöse Anästhesie, TIVA) oder inhalativ mittels volatiler Anästhetika (Desflurane, Sevoflurane) erfolgen.
Voraussetzung für eine TIVA ist ein sicherer Venenzugang. Die gute Steuerbarkeit ermöglicht je nach Infusionsdauer eine kürzere Ausleitungszeit. Ebenso wird durch den Einsatz einer TIVA die Wahrscheinlichkeit für postoperative Übelkeit und Erbrechen reduziert (Apfel et al. 2002, 2004).
Ein häufig angeführtes Problem der TIVA im Gegensatz zu Gasnarkosen ist das gehäufte Auftreten von intraoperativer Wachheit und Awareness. Empfohlen wird daher eine Überwachung der Narkosetiefe, beispielsweise mittels Elektroenzephalogramm (EEG, Bispectral-Index-Monitoring) um diese zu vermeiden.
Insbesondere bei Eingriffen, die eine Eröffnung der Atemwege oder Lungenabschnitte erfordern, also dem Großteil thoraxchirurgischer Interventionen, bietet der Einsatz von volatilen Anästhetika Nachteile. In einem eröffneten pulmonalen System kann es zu einer Raumluftkontamination mit Narkosegasen kommen, da eine adäquate Absaugung über das OP-Gebiet nicht möglich ist. Dies führt zu einer Belastung des Personals sowie zu einer schlechten Steuerbarkeit der Narkose. Der Verbrauch von Narkosegas steigt durch den Verlust des Gases in die Raumluft, was wiederum zu erhöhten Kosten und Umweltbelastung führt.
Volatile Anästhetika zeigen tierexperimentell einen inhibitorischen Effekt auf die HPV und erhöhen den pulmonalen Shunt somit auch nach Narkoseausleitung noch über Stunden (Abschn. 1), eine TIVA kann daher mit einer besseren Oxygenierung einhergehen (Abschn. 1; Cho et al. 2017; Boldt et al. 1996; Lumb und Slinger 2015). Die klinische Relevanz ist jedoch fraglich, da dieser Effekt erst bei sehr hohen Volumina auftritt. Nicht unerwähnt bleiben soll in diesem Zusammenhang die bronchodilatatorische Wirkung volatiler Anästhetika, die zu einer Verbesserung der Beatmung bei hyperreagiblen oder obstruktiven Bronchialsystemen führen kann. Des Weiteren wird den volatilen Anästhetika ein positiver Effekt auf die Inflammation der Lunge nachgesagt.
Da beide Verfahren prinzipiell möglich sind, muss für jeden Patienten unter Berücksichtigung der Vor- und Nachteile das für ihn beste gewählt werden.

Techniken der Atemwegssicherung

Durch eine Ausschaltung des Schmerzempfindens und der Abwehrreflexe ermöglicht die Allgemeinanästhesie neben einer schmerzfreien Operation auch eine Atemwegssicherung und somit eine kontrollierte, maschinelle Beatmung. Da bei thoraxchirurgischen Eingriffen in vielen Fällen eine getrennte Beatmung der Lungenhälften von Nöten ist (ELV), werden spezielle Hilfsmittel für die Atemwegssicherung eingesetzt. Die gängigsten Verfahren werden im Folgenden mit ihren Verwendungstechniken, Vor- und Nachteilen erläutert.
Doppellumentubus
Der Doppellumentubus (DLT) ist der Goldstandard für eine ELV. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Endotrachealtubus verfügt der DLT über ein tracheales und ein bronchiales Lumen. Das tracheale Lumen endet distal des trachealen Cuffs, das bronchiale Lumen am distalen Ende des Tubus (Abb. 1). Letzterer ermöglicht die Separation der gegenüberliegenden Lungenhälfte. Die Platzierung des DLT erfolgt nach Einleitung der Narkose unter ausreichender Relaxierung des Patienten ähnlich einer konventionellen Intubation unter direkter oder videoassistierter Laryngoskopie. Nach Passage der Stimmbandebene und Zurückziehen des Mandrins sollte der DLT mithilfe einer Rotation um 90° nach links bzw. rechts, je nach Tubus, vorgeschoben werden. Die Cuffs beider Schenkel werden geblockt. Die korrekte Lage des Tubus wird auskultatorisch und bronchoskopisch überprüft. Primäre Fehlintubationen bei „blinder“ Platzierung des DLT kommen in 7–30 % der Fälle vor. Der bronchiale Cuff sollte an der Karina zu liegen kommen und keine Herniation zeigen, sodass der Bronchus komplett abgedichtet wird (Abb. 2; Loop und Spaeth 2018). Als Alternative zur bronchoskopischen Kontrolle werden seit wenigen Jahren Videotuben angeboten, die einen durchgehenden Blick auf die Karina bieten. Nachteile dieser Tuben sind eine fehlende Sicht auf den kontralateralen Hauptbronchus und die fehlende Möglichkeit unter Sicht abzusaugen. Bei nicht sekretbelasteten Patienten und unkomplizierten Eingriffen stellen diese Tuben eine gute Alternative dar. Ein Videobronchoskop sollte trotzdem aus oben genannten Gründen weiterhin durchgehend verfügbar sein. Die Intubation sollte außerordentlich sorgsam erfolgen, da die Verletzungsgefahr durch den großen Durchmesser des DLT deutlich erhöht ist. Trotzdem ist es sinnvoll, einen DLT mit größerem Durchmesser zu wählen, da so Atemwegswiderstände minimiert werden können und die Abdichtung der Cuffs mit geringerer Füllung zu erreichen ist (Klein und Hapich 2017).
Verschiedene Hersteller bieten links- und rechtsgängige DLT in verschiedenen Größen an, bei Erwachsenen kommen zumeist Tuben der Größe 35 oder 37 French für Frauen und 37 oder 39 (selten 41) French für Männer zum Einsatz, abhängig von der Körpergröße des Patienten. Selbstverständlich müssen auch vorbekannte tracheale Stenosen, Intubationsschwierigkeiten und sonstige patientenspezifische Besonderheiten berücksichtigt werden.
Bis auf spezielle Indikationen wird zumeist ein linksgängiger DLT verwendet. Dies liegt in der Asymmetrie des Bronchialbaumes begründet. Der rechte Oberlappenabgang liegt anatomisch nah an der Karina und kann in seltenen Fällen sogar oberhalb dieser abgehen. Die Problematik eines rechtsgängigen DLT ist daher, dass es durch den bronchialen Schenkel zu einer iatrogenen Verlegung des rechten Oberlappens kommen kann. Rechtsgängige DLTs verfügen aus diesem Grund über eine zusätzliche Öffnung im bronchialen Schenkel, die eine Ventilation des rechten Oberlappens erlaubt. Diese erfordert jedoch eine präzise Platzierung und kann leicht dislozieren. Eine bronchoskopische Lagekontrolle, auch nach jedem Lagerungsmanöver des Patienten, ist daher obligat, um eine Verlegung des Oberlappens möglichst zu vermeiden. Indikationen für den Einsatz eines rechtsgängigen DLT sind alle hilusnahen Operationen am linken Bronchialsystem (z. B. linksseitige Pneumektomien, Oberlappenmanschettenresektionen) aber auch linksseitige hilusnahe endobronchiale Pathologien (Tumorbefall, Ruptur, Kompression u. a.; Loop und Spaeth 2018).
Die Vor- und Nachteile eines DLT können Tab. 1 entnommen werden.
Tab. 1
Vor- und Nachteile der Atemwegssicherung mit Doppellumentubus und Bronchusblocker in der Thoraxchirurgie
Atemwegshilfmittel
Vorteile
Nachteile
Doppellumentubus
Schnelle und rasche Positionierung möglich
Kein Einsatz bei kleinen Kindern möglich
Bronchialtoilette auf beiden Seiten möglich
Umintubation auf ET nötig bei Nachbeatmung
Schneller Wechsel zwischen ELV und ZLV möglich
Größere Gefahr der Atemwegsverletzung aufgrund größerem Durchmesser
Schnelle Be- und Entlüftung
 
Bronchusblocker
Geringere Verletzungsgefahr im Gegensatz zu DLT
Relativ dünner Arbeitskanal, daher längere Dauer der Be- und Entlüftung
Einsatz auch bei Kindern <6 Jahren möglich
Erschwerte bis unmögliche Replatzierung bei Dislokation
ELV auch bei trachealen Engstellen/Tumoren möglich
Erhöhung der Atemwegswiderstände durch Einengung des Endotrachealtubus
Ausschalten nur eines einzelnen Lappen- bzw. Segmentbronchus möglich
Keine Möglichkeit der selektiven CPAP Therapie oder O2-Insufflation
CPAP Continuos positive airway pressure, DLT Doppellumentubus, ELV Einlungenventilation, ZLV Zweilungenventilation, ET Endotrachealtubus
Bronchusblocker
Der Bronchusblocker ist ein Atemwegshilfsmittel, welches wie auch der DLT, eine seitengetrennte Belüftung der Lungenflügel ermöglicht. Es handelt sich um einen dünnen Katheter mit einer Länge zwischen 50–78 cm, an dessen distalem Ende ein Cuff zu finden ist. Im Gegensatz zum DLT wird die Seitentrennung nicht über ein doppeltes Lumen erreicht, stattdessen wird der Bronchusblocker fiberoptisch über einen herkömmlichen Endotrachealtubus in dem zu separierenden Hauptbronchus platziert (Abb. 3). Dies bietet insbesondere dann Vorteile, wenn die Intubation mit einem DLT aufgrund anatomischer Gegebenheiten (Größe/Alter des Patienten, Tumor oder Voroperationen im Mund-Rachen-Bereich, (vorbekannte) Intubationsschwierigkeiten) potenziell erschwert oder sogar unmöglich ist.
Da sich das Innenlumen des Katheters auf lediglich 1,4 mm beläuft, bietet der Bronchusblocker einige Nachteile im Gegensatz zum DLT, da er nicht als vollwertiger Arbeitskanal betrachtet werden kann. So dauert die Be- und Entlüftung der separierten Lungenhälfte deutlich länger, außerdem ist ein Absaugen oder eine Sauerstoffinsufflation nicht suffizient möglich. Weitere Vorteile des Bronchusblockers können der Übersicht „Beispiele für Indikationen der Einlungenventilation“ (Abschn. 1.1) entnommen werden.
Tipp
Bei Patienten mit einer deutlichen Sekretbelastung der Lunge empfiehlt sich vor der Platzierung des Blockers eine suffiziente bronchoskopische Lavage und Absaugung des zu blockenden Bereiches. Im Anschluss erhält man die zügigste Deflation der zu operierenden Lungenseite, indem man, insofern respiratorisch möglich, während der Inzision der Pleura durch den Chirurgen die Beatmung unterbricht und den Tubus vom Beatmungsgerät trennt, sodass sich unmittelbar ein Pneumothorax ausbilden kann. Erst dann wird der Cuff des Blockers unter bronchoskopischer Sicht mit Luft gefüllt und die Beatmung erneut begonnen.
Larynxmaske
Die Larynxmaske ist ein supraglottisches (extratracheales) Atemwegshilfsmittel, welches erst in jüngerer Vergangenheit zunehmende Anwendung in der non-intubated VATS und hohen Tracheachirurgie findet. Für die Insertion einer Larynxmaske wird keine Relaxierung des Patienten benötigt, da die Stimmbandebene nicht passiert werden muss. Im Gegensatz zu den o. g. Verfahren zur Atemwegssicherung mit DLT oder Singlelumentubus plus Bronchusblocker ist eine Seitentrennung der Lunge mit der Larynxmaske nur erschwert möglich. Grundsätzlich ist eine Entlüftung der operierten Seite und damit eine Seitentrennung der Lunge für diagnostische intrathorakale Eingriffe nicht unbedingt notwendig, sodass für diese Zwecke zunehmend Larynxmasken eingesetzt werden. Die Vorteile einer Larynxmaske bestehen in der geringen Invasivität und dem damit verbundenen niedrigen Verletzungsrisiko sowie der Möglichkeit einer schnellen Ein- und Ausleitungszeit. Eine Larynxmaske kann nicht eingesetzt werden bei erhöhtem Aspirationsrisiko, da sie keinen ausreichenden Aspirationsschutz bietet. Des Weiteren ist über eine Larynxmaske eine Bronchialtoilette nur schwierig möglich, sodass sie bei starker Sekretbildung ebenfalls nur eingeschränkt geeignet ist. Eine Überdruckbeatmung mit Spitzendrücken über 20 cm H2O sollte vermieden werden, da bei derartigen Drücken eine Magenüberblähung möglich ist und damit eine Regurgitation von Mageninhalt begünstigt werden kann. Bei Patienten mit obstruktiven Lungenerkrankungen, insbesondere kombiniert mit der iatrogenen intrathorakalen Druckerhöhung durch die operativen Maßnahmen ist die Notwendigkeit einer derartigen Überdruckbeatmung nicht ungewöhnlich. Daher muss die präoperative Evaluation des Patienten gewissenhaft erfolgen, um die Larynxmaske als das geeignete Verfahren zu identifizieren.

Besonderheiten der Beatmung bei thoraxchirurgischen Eingriffen

Grundsätzlich ist die Beatmung während einer Allgemeinanästhesie mit negativen Einflüssen auf den Gasaustausch assoziiert. Dies liegt unter anderem an den veränderten Druckverhältnissen in der Lunge und der Entstehung von Atelektasen in den unten liegenden Lungenabschnitten. Diese führen zu einer Abnahme der funktionellen Residualkapazität (FRC). Bei der Beatmung von Patienten während thoraxchirurgischen Eingriffen ergeben sich zusätzlich etliche Besonderheiten durch die ELV, das chirurgische Vorgehen, die Seitenlagerung aber auch durch respiratorische Vorerkrankungen der Patienten. Zusammenfassend ergibt sich ein Missverhältnis zwischen Ventilation und Perfusion, welches die Oxygenierung in besonderem Maße erschwert. Vereinfacht ausgedrückt wird das Lungenvolumen, welches für den Gasaustausch während des Eingriffes genutzt werden kann, durch die Seitentrennung mit Ausschaltung der zu operierenden Lunge, durch Atelektasenbildung in der ventilierten, unten liegenden Lunge und Shuntentwicklung deutlich reduziert. Pathophysiologische Grundlagen zu diesen Besonderheiten sind in Abschn. 1 zu finden.
Während der ELV gilt es, die ventilierte Lunge zu schonen bei gleichzeitiger Sicherstellung eines ausreichenden Gasaustausches. Dabei müssen sowohl Atelekttraumata als auch Baro- oder Volutraumata verhindert werden. Gleichzeitig muss die Oxygenierung des Patienten und die ausreichende Decarboxylierung sichergestellt sein. Eine Atelektase in einem Bereich der Lunge führt bei gleichbleibenden Tidalvolumina zwangsläufig zu einer Überblähung (Volutrauma) eines anderen Areales (Kammerer et al. 2016). Des Weiteren ist eine Überblähung der Lunge auch mit einer Entzündungsreaktion und konsekutiver zytokinvermittelter Lungenschädigung assoziiert (Michelet et al. 2006). Daher ist ein behutsamer Umgang mit Beatmungsdrücken (s. Übersicht) und die Kenntnis der weiteren Maßnahmen zur Verbesserung der Beatmung zwingend erforderlich.
Empfehlungen zur Beatmung während der Einlungenventilation (ELV Einlungenventilation, kg Kilogramm, KG Körpergewicht, SaO2 arterielle Sauerstoffsättigung)
  • Druckkontrollierte (statt volumenkontrollierter) Beatmung
  • Richtwerte Beatmungsdrücke: PEEP >5 cm H2O, pinsp <=25(–30) cm H2O
  • Tidalvolumina bei ELV 4–6 ml/kg ideales KG
  • Recruitment-Manöver vor Beginn und nach Beendigung der ELV
  • Zielwert SaO2: >92 %
Im Folgenden werden Einzelheiten zu dieser Problematik erläutert.

Vermeidung von Atelektasen

Es gilt, dass sowohl intraoperative als auch postoperative Komplikationen durch frühzeitige Maßnahmen zur Vermeidung von Atelektasenbildung verringert werden können. Dies betrifft auch das Risiko für nosokomiale Pneumonien.
Atelektasen bilden sich bereits bei der Narkoseeinleitung altersunabhängig in ca. 10 % der Lunge, bevorzugt in den dorsobasalen Abschnitten (Magnusson und Spahn 2003). Die atelektatischen Lungenareale kollabieren bedingt durch die Minderung des intrathorakalen Volumens nach Narkoseeinleitung und Muskelrelaxation (Rothen et al. 1995). Zusätzlich entstehen nachweislich sog. Resorptionsatelektasen bei der Beatmung mit einer hohen Sauerstofffraktion. Diese Bereiche der Lunge nehmen nicht mehr am Gasaustausch teil.
Zur Vermeidung von Atelektasen gilt es daher längerfristig unnötig hohe Sauerstoffkonzentrationen während der Beatmung zu vermeiden (FiO2 <0,6–0,8). Zum anderen muss der intrathorakalen Volumenminderung und der Entstehung von Kompressionsatelektasen in den basalen Abschnitten durch PEEP-Applikation >5 cm H2O und Recruitment-Manöver entgegengewirkt werden. Recruitment-Manöver direkt vor Beginn und nach Beendigung der ELV scheinen die Oxygenierung signifikant zu verbessern (Unzueta et al. 2012).
Ein Recruitment-Manöver beschreibt die vorsichtige manuelle oder besser maschinelle Blähung der Lunge auf bis zu 40 cm H2O zur Wiedereröffnung atelektatischer Lungenareale. (Cave: Hirndruck, hämodynamische Instabilität, Gefahr eines Pneumothorax bei traumatisierter Lunge, Bullae).

Vorgehen bei Beatmungsproblemen

Beatmungsprobleme treten gehäuft in den ersten 20 Minuten nach Beginn der ELV auf, da die HPV erst mit zeitlicher Latenz einsetzt und das Shuntvolumen reduziert. Als Richtwert für eine ausreichende Oxygenierung während der ELV gilt eine SaO2 von über 92 %. Selbstverständlich sollten auch andere Ursachen der Oxygenierungsstörung in Erwägung gezogen und gegebenenfalls beseitigt werden. Dazu zählt der Ausschluss einer Tubusdislokation (die bronchoskopische Lagekontrolle ist daher zügig zu erfolgen) oder eines sonstigen Material- oder Gerätefehlers, eines Pneumothorax, Bronchospasmus, einer hämodynamischen Problematik o. ä. Bei Hypoxämien unterhalb einer SaO2 von 92 % kann zunächst sukzessive die inspiratorische Sauerstoffkonzentration erhöht und ein Recruitment-Manöver durchgeführt werden.
Selektive Sauerstoffinsufflation
Sind diese Maßnahmen nicht ausreichend, muss eine selektive Sauerstoffapplikation, gegebenenfalls mit CPAP (continous positive airway pressure) auf die zu operierende, ausgeschaltete Lunge erwogen werden. Hierbei wird während der ELV über den ausgeschalteten Tubusschenkel ein Sauerstoff-Flow, zunächst von ca. 1–2 l/min, angelegt, sodass eine apnoeische Oxgenierung erreicht wird. Alternativ oder zusätzlich kann mittels eines CPAP-Ventils ein positiver Atemwegsdruck auf die nichtventilierte Lungenhälfte angelegt werden. Unglücklicherweise führen diese Maßnahmen zwar sehr häufig zu einer deutlichen Verbesserung der Oxygenierung, jedoch auch zu einer Größenzunahme der ausgeschalteten Lungenhälfte, die sich für den Operateur meist als störend darstellt. Eine Option stellt eine intermittierende CPAP-Therapie dar, bei der manuell ein Sauerstoff-Flow von 2 l/min für je 2 Sekunden im Abstand von 10 Sekunden appliziert wird. Dies kann zu einer Verbesserung der Oxygenierung ohne relevante Größenzunahme der zu operierenden Lunge führen (Russell 2009), ist jedoch für den Anästhesisten nur dann durchführbar, wenn keine parallelen Handlungen erforderlich sind.
Hochfrequenz-Jet-Ventilation
Die Hochfrequenz-Jet-Ventilation (HFJV) ist ein Verfahren, bei dem bei offenem, ungeblocktem Beatmungssystem ein schneller Gasstrahl (Jet) mit hohen Frequenzen (100–400/min) in die Lunge appliziert wird. Die inspiratorische Sauerstoffkonzentration, die Frequenz und der Druck sind dabei frei wählbar. Die Exspiration erfolgt passiv über den offenen Atemweg/Tubusschenkel. Das Verfahren führt regelhaft bei nur geringer Beeinträchtigung der operativen Bedingungen zu einer deutlichen Verbesserung der Oxygenierung des Patienten. Eine Decarboxylierung ist jedoch nicht in ausreichendem Maße über einen längeren Zeitraum zu erreichen, sodass eine HFJV als alleinige, beidseitige Beatmungsform (ohne Seitentrennung der Lunge) zwar möglich, aber nicht längerfristig im Rahmen ausgedehnterer operativer Eingriffe sinnvoll ist. Zur Überbrückung therapierefraktärer Hypoxämien ist sie jedoch im Rahmen der ELV als Therapieoption sinnvoll und sollte routinemäßig vorgehalten werden. Zu beachten ist die Gefahr eines Barotraumas bei Behinderung der passiven Exspiration, sodass eine Druckmessung und Druckbegrenzung unabdingbar sind.
Sonstige Maßnahmen
Inhalative Medikamente (Stickstoffmonoxid, Amitrin, Prostazykline) sind zur Verbesserung der Oxygenierung durch eine Modellierung der HPV bis dato aufgrund unzureichender Datenlage nicht routinemäßig empfohlen, sollen aber als Therapieoption nicht unerwähnt bleiben.
Eine Umschlingung oder eine Abklemmung der Pulmonalarterie durch den Operateur der nichtventilierten Lungenhälfte ist in Einzelfällen möglich. Durch Unterbindung des pulmonalen Blutflusses wird der pulmonale Shunt verringert. Dies setzt aber voraus, dass der operative Eingriff den Zugang zur Pulmonalarterie ermöglicht. Außerdem gibt es patientenbezogen zahlreiche Kontraindikationen aufgrund der iatrogenen akuten Rechtsherzbelastung (z. B. vorbestehender pulmonaler Hypertonus, Rechtsherzbelastung, Herzinsuffizienz).
Sollte die Oxygenierung trotz der o. g. Maßnahmen nicht ausreichend verbessert werden, muss eine Unterbrechung der ELV oder in Absprache mit dem Operateur als Ultima Ratio gegebenenfalls sogar der Operation erwogen werden. Eine Operation unter Einsatz einer extrakorporalen Membranoxygenierung (ECMO) stellt in diesen Fällen eine Option dar.

Konzept der permissiven Hyperkapnie

Eine Normoventilation ist unter ELV nicht immer möglich, insbesondere im Rahmen einer lungenprotektiven Beatmung mit dem Ziel moderater Spitzendrücke und Tidalvolumina (Abschn. 2.2, Übersicht). PaCO2-Werte von 70–90 mmHg werden häufig beobachtet, kehren jedoch nach Ende der ELV in der Regel auf Ausgangswerte zurück (Zollinger et al. 1997). Da erhöhte CO2-Werte auch eine respiratorische Azidose bedingen, werden während der hyperkapnischen Episoden auch die Sauerstoffaufnahme und -abgabe und die HPV beeinflusst. Es kann zu einer verminderten Wirkung von Katecholaminen und zur Erhöhung des pulmonalarteriellen Widerstandes kommen. Unter Berücksichtigung der hämodynamischen Stabilität und der Oxygenierung ist eine milde Hyperkapnie jedoch akzeptabel, um eine lungenprotektive Beatmung zu ermöglichen.

Non-intubated VATS

Die non-intubated (nicht intubierte) Thoraxchirurgie erfährt in dieser Zeit eine große Aufmerksamkeit, ist aber im Grunde kein neues Verfahren. Sir Ivan Magill, Erfinder der Magill-Zange und Erstbeschreiber der Anwendung eines Bronchusblockers berichtete bereits 1936 in „Proceedings of the Royal Society of Medicine“ in der „Section of Anaesthetics“ (Magill 1936) von 23 Lobektomien und Pneumonektomien in Spinalanästhesie und erläuterte damals bereits sehr genau die Vor- und Nachteile des Verfahrens, die auch heute größtenteils noch Bestand haben. Im weiteren Verlauf finden sich zahlreiche weitere Publikationen bis in die 1960er-Jahre, die von teilweise großen Anzahlen von thorakalen Eingriffen in verschiedensten Verfahren (z. B. Interkostalblockaden, Vagus/Phrenicus-Blockaden) berichten, bis dann mit der Einführung des Carlens-Tubus zunächst die non-intubated Chirurgie in Vergessenheit geraten ist. Erst Anfang des neuen Jahrtausends gab es erneut die ersten Berichte über thorakale Eingriffe unter Spontanatmung.

Schäden durch Intubation und Beatmung

Um die Vorteile der non-intubated VATS zu verstehen betrachten wir zunächst die Nachteile einer Allgemeinanästhesie. Eine kontrollierte Überdruckbeatmung, welche bei einem mit einem DLT intubierten Patienten zwingend erforderlich ist, ist bekannterweise mit einem alveolären Barotrauma, Volutrauma und Atelektrauma unterschiedlichen Ausmaßes vergesellschaftet. Auch wenn in neuer Zeit wieder versucht wird, die „lungenprotektivste“ Beatmungsform in der ELV zu untersuchen, bleibt die Überdruckbeatmung immer unphysiologisch und wird auch in ihrer schonendsten Form zu Lungenschädigungen führen. In einer CT-Studie (Padley et al. 2002) von Patienten mit einem postoperativen ARDS nach Lobektomie waren in 8 von 9 Fällen eine höhere Dichte in der nichtoperierten, also intraoperativ einer kontrollierten Beatmung ausgesetzten Lunge darstellbar. Eine solche Lungenschädigung kann zumindest die bereits sehr hohe Rate an postoperativen respiratorischen Komplikationen (ca. 30 %) weiter erhöhen und sollte daher minimiert bzw. vermieden werden. Eine postoperative Pneumonie erhöht die Mortalität bei thoraxchirurgischen Patienten um 12,6 %. Von einer Spontanatmung über einen Doppellumentubus muss aufgrund der Gefahr eines Unterdruck-Ödems absolut abgeraten werden, sie kann lediglich im Rahmen des Ausleitungsvorgangs maschinell unterstützt toleriert werden.
Ein weiterer Aspekt ist die für die Intubation notwendige medikamentöse Muskelrelaxation, bei der auch das Diaphragma seine Funktion verliert und es dadurch in der abhängigen (unteren) Lunge zu einer Atelektasenbildung kommt. (Abschn. 2.2.1). Der Überdruck in der kontrolliert beatmeten Lunge führt durch den erhöhten intrathorakalen Druck zu einer Umverteilung des Blutes in die obere ausgeschaltete Lunge, welches ebenfalls zu einer Erhöhung der Shuntfraktion führen kann. Abschließend konnte auch in einer nicht thoraxchirurgischen Studie gezeigt werden (Kirmeier et al. 2019), dass allein die medikamentöse Muskelrelaxation zu einer Erhöhung der postoperativen pulmonalen Komplikationen führt.
Neben den genannten Faktoren einer sekundären Schädigung der Lunge durch eine Allgemeinanästhesie mit kontrollierter Beatmung, zeigen sich auch primäre Schädigungen an den oberen und unteren Luftwegen aufgrund des recht rigiden und im Vergleich zum Singlelumentubus deutlich größeren Doppellumentubus (39 % aller Intubationen; Seo et al. 2016).

Vorteile einer Operation unter Spontanatmung

Die oben genannten Argumente legen nahe, dass eine intraoperative Spontanatmung durchaus Vorteile für den Patienten haben kann. Es ist vor allem festzustellen, dass es sich bei der non-intubated VATS-Technik nicht um ein Verfahren handelt, bei dem der Patient zwingend wach sein muss, sondern lediglich mit einer suffizienten Analgosedierung spontan atmet. Diese Spontanatmung führt allein durch die aktive Kontraktion des Diaphragmas zu einer Rekrutierung der abhängigen Lunge und durch den negativen intrapulmonalen Druck und der dadurch nicht bestehenden Umverteilung des Blutes zu einer deutlichen Reduktion der Shuntfraktion.
Da der Atemweg auf Höhe der Bifurkation nicht durch einen Tubus getrennt ist, wird die obere Lunge bei der aktiven Exspiration ein wenig belüftet aber auch im Rahmen der Inspiration aktiv abgesaugt. Ist also die inspiratorische Sauerstofffraktion hoch genug, findet auch in der durch einen chirurgischen Pneumothorax induziert ausgeschalteten Lunge eine leichte Oxygenierung des Restblutes statt.
In einer randomisierten Beobachtungsstudie bei Patienten mit Volumenreduktion konnte beobachtet werden, dass intraoperativ die Oxygenierung bei spontanatmenden Patienten vergleichbar war zu beatmeten Patienten. Im Aufwachraum war die Oxygenierung 1 Stunde postoperativ sogar deutlich besser bei den nichtbeatmeten Patienten. Im Vergleich dazu zeigte sich bei den nichtintubierten Patienten intraoperativ eine permissive Hyperkapnie, welche bereits nach 1 Stunde Aufwachraumzeit vollständig verschwunden war. Der Kohlendioxidpartialdruck lag bei den Patienten aufgrund der fehlenden Narkose und Muskelrelaxation sogar unter denen, die eine Allgemeinanästhesie erhalten hatten (Pompeo et al. 2012).

Evidenzlage

Die Evidenzlage ist aktuell noch gering. Zwei große Metaanalysen (Shi et al. 2018; Tacconi und Pompeo 2016) beziehen sich zu einem großen Anteil lediglich auf Fallberichte, bzw. Fallstudien. Es sind jeweils nur 3 bzw. 4 randomisiert kontrollierte Studien eingeschlossen. Es werden lediglich verkürzte Krankenhausaufenthaltsdauern gezeigt, die Vergleichbarkeit der Studien ist jedoch aufgrund sehr unterschiedlicher Vorgehensweisen sehr fragwürdig.

Grenzen des Verfahrens

Es soll jedoch nicht unerwähnt bleiben, dass non-intubated VATS nicht bei jedem Patienten erfolgreich eingesetzt werden kann. Je nach Studienlage zeigt sich eine intraoperative Konversionsrate in eine Allgemeinanästhesie von 0–5 % (Hung et al. 2019). Als Hauptgrund wird meist eine zu große mediastinale Bewegung und dadurch ein zu unruhiges Operationsgebiet genannt. Andere Gründe sind eine Oxygenierungs- bzw. Decarboxylierungsstörung, Patientenbewegungen oder Husten. In einer retrospektiven Auswertung von 1025 Fällen wurden als prädiktiver Risikofaktor für eine Konversion (Rate hier 2 %) ein BMI >25 und die anatomische Resektion detektiert.
Weitere Gründe sind die Notwendigkeit einer sekundären Thorakotomie und die nicht beherrschbare Blutung.
Eine Grundvoraussetzung für den Einsatz eines Non-intubated-Verfahrens ist ein eingespieltes Team aus einem in der VATS-Technik erfahrenen Chirurgen und einem erfahrenen Anästhesisten, welcher verschiedene Techniken einer möglichen Konversion in Seitenlage sicher beherrscht. Insbesondere bei der non-intubated VATS ist gegenseitiger Respekt und eine Kommunikation auf Augenhöhe unumgänglich, um den Patienten keiner Gefahr auszusetzen.

Anästhesiologische Techniken der non-intubated VATS

In der neueren Literatur gibt es verschiedenste Verfahren, den Patienten einer non-intubated VATS zuführen zu können. Analgetisch gibt es Berichte von reinen Interkostalblockaden, über die Paravertebralblockade zur Periduralanalgesie (Kap. „Intra- und postoperative Schmerzkontrolle bei thorakalen Eingriffen“). Um eine solche Operation wach, bzw. in Analgosedierung durchführen zu können, ist eine Schmerzausschaltung der Thoraxwand in irgendeiner Technik zwingend notwendig. Der Periduralkatheter bietet bei korrekter Anlage und suffizienter Befüllung gewiss die sicherste Schmerzausschaltung. Bei geeigneten Patienten kann die reine Periduralanalgesie ausreichend für einen intrathorakalen Eingriff sein.
Neben der Schmerzausschaltung der Thoraxwand ist eine temporäre Unterdrückung des Hustenreflexes empfehlenswert. Hierzu gibt es zum einen Berichte über eine präoperative Inhalation mit Lokalanästhetika, effektiver hat sich jedoch eine durch den Operateur durchgeführte intrathorakale Vagusblockade gezeigt. Hierbei wird mittels Butterfly ein kleines Depot eines Lokalanästhetikums neben den Vagus injiziert.
Der Wachheitszustand der Patienten geht von wach mit anliegender Sauerstoffmaske bis hin zu einer tiefen Sedierung mit einliegendem extraglottischen Atemweg. Der extraglottische Atemweg (z. B. Larynxmaske) kann häufig in leicht sediertem Zustand mit ausreichender Rachenanalgesie problemlos eingeführt werden und bietet zum einen die Möglichkeit, bei einer passageren respiratorischen Partialinsuffizienz die Spontanatmung mit einer Druckunterstützung zu supportieren. Zum anderen kann bei einer Larynxmaske mit Intubationsmöglichkeit, wenn nötig, relativ komfortabel in Seitenlage ein Singlelumentubus und anschließend ein Bronchusblocker platziert werden.
Am Ende der Operation kann über eine Atemwegshilfe mittels leichtem Überdruck die ausgeschaltete Lunge besser entfaltet und rekrutiert werden.
Sollte intraoperativ eine Konversion notwendig werden, muss bereits präoperativ dem gesamten OP-Team klar sein, wie vorgegangen werden muss (Team-Time-Out). Es empfiehlt sich eine Thoraxdrainage mit Absaugmöglichkeit steril auf dem OP-Tisch vorzuhalten, um die Thoraxwand passager verschließen zu können (z. B. mittels dichtem Folienverband). Es sollte klar sein, dass, wenn im Rahmen eines unerwartet schwierigen Atemweges nötig, der Patient umgehend in Rückenlage verbracht werden muss. Im Rahmen einer Blutung sollte zunächst chirurgisch versucht werden, diese durch Kompression zum Stillstand zu bringen, damit dann in Ruhe eine Atemwegsicherung erfolgen kann. Es sollte durchgehend das Material für die Platzierung eines Doppellumentubus, aber auch eines Singlelumentubus und eines Bronchusblockers im Saal vorgehalten werden.

Kontraindikationen

In der Literatur gibt es unterschiedliche Empfehlung in Bezug auf Kontraindikationen (Gonzalez-Rivas et al. 2016). Patienten mit Prädiktoren für einen bzw. mit einem bekannt schwierigen Atemweg sollte aufgrund einer möglicherweise notwendigen Konversion in Seitenlage ausgeschlossen werden. Aufgrund der häufig bestehenden permissiven Hyperkapnie sind auch Patienten mit einem bekannten pulmonalen Hypertonus auszuschließen. Gleiches gilt für Patienten mit relevanten kardialen Vorerkrankungen mit Klappenfunktionsstörungen. Adipöse Patienten neigen aufgrund der anatomischen Bedingungen schneller zu einer Atelektasenbildung und sind deshalb durch Hypoxämie gefährdeter. Zusätzlich sind meist auch die Operationsbedingungen erschwert, sodass die nonintubated VATS bei Patienten mit einem BMI >30 kg/m2 zu vermeiden ist.
Chirurgisch darf ein Tumor nicht zu groß sein (<6 cm), es sollte kein Revisionseingriff sein und es sollte von einer Operation der unteren Atemwege abgesehen werden, auch wenn es einzelne heroische Berichte von Sleeve- und sogar Bifurkationsresektionen in Non-intubated-Technik geben soll.
Zusammenfassend ist die non-intubated VATS durch ein erfahrenes Team aus Anästhesiologie und Chirurgie beim ausgewählten Patienten ein sicheres Verfahren mit Vorteilen für den Patienten.
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