Diagnose und Optimierung der Behandlung des akuten Atemnotsyndroms (ARDS)

ARDS – eine klinische Herausforderung

Das akute Atemnotsyndrom (ARDS, „Acute Respiratory Distress Syndrome“) ist eine häufige Ursache für Lungenversagen bei schwerkranken Patienten. Das rasch fortschreitende Syndrom führt zu einer schweren Störung des pulmonalen Gasaustauschs und ist durch den akuten Beginn eines Lungenödems, einer lebensbedrohlichen Unterversorgung mit Sauerstoff und der Notwendigkeit der mechanischen Beatmung gekennzeichnet [1].

Die COVID-19-Pandemie hat weltweit zu einer Häufung von Patienten mit akutem Atemnotsyndrom (ARDS) auf Intensivstationen geführt. [15]

ARDS tritt am häufigsten im Kontext von Pneumonie, nicht-pulmonaler Sepsis, bei Aspiration von Mageninhalt oder schweren Traumata auf (Tab. 1). Die Häufigkeit der mit ARDS assoziierten klinischen Erkrankungen variiert je nach geographischer Lage und Gesundheitssystem, unabhängig davon, ob sie ressourcenreich oder ressourcenarm sind [1]. Eine in Deutschland durchgeführte Beobachtungsstudie von ARDS-Patienten zeigte ein Durchschnittsalter von 58 Jahren, 69% waren Männer. 60% hatten keine Beschäftigung (vornehmlich wegen Pensionierung), fast 70% einen Realschulabschluss oder niedrigeren Bildungsgrad. In 79% der Fälle hatte das ARDS einen pulmonalen, direkten Ursprung [3].

Die pathophysiologischen Vorgänge sind komplex. Die ARDS-typische Schädigung der alveolären Epithelzellen und Lungenendothelzellen und führt zu einer erhöhten Permeabilität. Im Interstitium und in den Alveolen sammelt sich proteinreiche Flüssigkeit, es kommt zu einem Ödem (Abb. 1). Die verfügbare Fläche für den Gasaustausch nimmt ab, dessen Weg verlängert sich, das intrapulmonale Rechts-Links-Shuntvolumen nimmt zu. Letztlich kommt es zur typischen Sauerstoff-Unterversorgung, einem erhöhten Kohlendioxidgehalt im Blut, einer verminderten Lungen-Compliance und damit zum akuten Atemversagen. Die Erhöhung des pulmonalen Totraumes und die Abnahme der respiratorischen Compliance sind unabhängige Prädiktoren für die Mortalität bei ARDS [5].

ARDS ist ein Syndrom - keine klar definierte Erkrankung

Eine frühzeitige Diagnose und das rechtzeitige Initiieren einer adäquaten Therapie sind eine große Herausforderung. ARDS hat kein klar definiertes, abgegrenztes Krankheitsbild. Das Syndrom wird durch multiple Faktoren ausgelöst und tritt mit komplexen Symptomen auf. Die Festlegung von eindeutigen Kriterien, die ein klares und rechtzeitiges Ja oder Nein ermöglichen, ist schwer. Die Diagnose von ARDS hängt allein von klinischen Kriterien ab, da es bei den meisten Patienten nicht möglich ist, direkte Messungen der Lungenschädigung durch pathologische Proben des Lungengewebes zu erhalten, und weder der distale Luftraum noch Blutproben zur Diagnose von ARDS verwendet werden können [1]. Die klinische Interpretation der Ursache des Ödems und der Thorax-Radiographie erschweren eine zuverlässige Diagnose und Einschätzung des Schweregrads [6].

Aktuell werden die diagnostischen Kriterien der „Berlin-Definition“ angewendet (Tabelle 2: Die ARDS Berlin-Definition ).

Fast ein Viertel aller Beatmungspatienten betroffen

Für Europa liegt die Inzidenz bei etwa 7-25/100.000 Einwohner pro Jahr [7]. ARDS wird bei 23 % aller Beatmungspatienten und etwa 10 % aller Intensivpatienten mit ca. 5,5 Fällen pro Intensivbett diagnostiziert [8]. Damit leiden global ganze 3 Millionen Intensivpatienten an ARDS [6]. Deren Versorgung ist kompliziert, mit langen Krankenhausaufenthalten verbunden und verbraucht erhebliche Ressourcen [9].

40 % aller ARDS-Fälle nicht rechtzeitig erkannt

Trotz der Fortschritte in Diagnose und Behandlung von ARDS zeigt die aktuelle Studienlage die Herausforderungen auf. Nur etwa 60% der ARDS-Fälle werden erkannt [8]. Die Sterblichkeit bei schwerem ARDS liegt bei rund 46% [8]. Prof. Dr. Bein vom Universitätsklinikum Regensburg unterstreicht die hier skizzierte Problematik: „ARDS ist ein Syndrom, keine klar definierte Erkrankung, die Berlin-Definition bleibt an der Oberfläche“ [10]. ARDS wird weltweit noch immer zu selten erkannt, unterbehandelt und ist mit einer hohen Sterblichkeitsrate verbunden [1],[2]. Die aktuelle Datenlage zeigt Verbesserungspotenzial in der Behandlung von ARDS-Patienten auf [8].

Früherkennung und adäquate Behandlungsstrategien sind entscheidend

Im klinischen Umfeld ist global eine verbesserte Anerkennung von ARDS von großer Bedeutung, um Patienten frühzeitig in ihrem klinischen Verlauf zu identifizieren, so dass eine unterstützende Versorgung mit lungen-protektiver Beatmung und einem adäquaten Flüssigkeitsmanagement realisiert werden kann [1].  Tools wie ELWI und PVPI können verwendet werden, um die Diagnose zu bestätigen, den Schweregrad zu bewerten und das Flüssigkeitsmanagement optimal darzustellen [11], ergänzende Therapien wie ECMO bei schwerem ARDS [12]. Strategien zur Senkung von Komplikationen und der Verweildauer auf der Intensivstation können helfen, den Ressourcenverbrauch zu reduzieren [9].

Aktuelle Behandlungsstrategien für Patienten mit ARDS

„Therapie der Ursache und dafür sorgen, dass sich die Lunge erholen kann“ ist die Maxime bei der Behandlung von ARDS-Patienten, so Prof. Dr. Lepper vom Universitätsklinikum des Saarlandes im Interview. Aber nur für wenige Therapien ist der Vorteil für den Patienten nachgewiesen.

Damit sich die Lunge erholen kann, bedarf es der Sicherung der Oxygenierung und der Vermeidung zusätzlicher Schädigungen durch Beatmung oder Hypoxämie (Sauerstoffmangel). Das Management von ARDS konzentriert sich daher auf eine lungen-protektive Unterstützung der Atmung sowie auf die Therapie der Ursache, ein sorgfältiges Flüssigkeitsmanagement und allgemeine unterstützende Maßnahmen [1] wie die Bauchlagerung. Bei der Behandlung von Patienten mit schwerem ARDS bildet die ECMO eine Grundsäule. „Sie macht lungen-protektive Beatmung möglich bzw. Beatmung überhaupt erst möglich“, so Prof. Dr. med. Lepper, leitender Oberarzt der Klinik für Innere Medizin V am Universitätsklinikum des Saarlandes (UKS).

Derzeitige Therapieansätze im Überblick [6]:

• Neue Leitlinien zur mechanischen Beatmung liefern evidenzbasierte Empfehlungen zu sechs lungen-protektiven Interventionen (Tab. 1). Zusätzlich zu den Empfehlungen für die invasive Beatmung kann die nicht-invasive Beatmung bei Patienten mit leichtem ARDS angewendet werden.
• Begleitende Interventionen zur weiteren Minimierung von VILI (ventilator-induced lung injury), wie z.B. die Bauchlagerung bei Patienten mit einem PaO2/FiO2-Verhältnis von weniger als 150 mm Hg, sind mit einem signifikanten Mortalitätsvorteil verbunden. Neuromuskuläre Blockaden (NMB) und ECMO stellen bei schwerem ARDS ergänzende Therapien dar.
• Präventive Therapien konnten bislang nicht als wirksam nachgewiesen werden.
• Pharmakologische Therapien wie β2-Agonisten, Statine und der Keratinozyten-Wachstumsfaktor KGF erwiesen sich ebenfalls nicht als vorteilhaft und sogar potentiell schädigend.

10% aller Intensivpatienten sind von ARDS betroffen, die Mortalitätsrate liegt bei schwerem ARDS bei 46% [8]. Um die Wirksamkeit der Therapie zu maximieren, sollten diese frühzeitig im Krankheitsverlauf des Patienten eingeleitet [6] und in der Praxis konsistent umgesetzt werden.

Ein Schlüssel für ARDS Outcomes - Lungen-protektive Beatmung

Frühzeitige lungen-protektive Beatmung ist erstrebenswerter Standard bei ARDS. Die Komplikationshäufigkeit wird gesenkt, Aufenthaltsdauer und Ressourcenbedarf reduziert [16].

Behandlung der Ursache, Sicherung der Oxygenierung (Sauerstoffversorgung) und Limitierung von Schäden sind die Ziele bei der Behandlung von ARDS-Patienten. Die größte Gefahr liegt allerdings in der Therapie selbst, die zu Lungenschäden durch mechanische Beatmung führen kann. Trigger, wie hohe Tidalvolumina und erhöhter transpulmonaler Druck [17], schädigen das Endothel und Epithel der Lunge. Verminderte Oxygenierung und CO2-Ausscheidung sowie eine verminderte Compliance sind entsprechende Konsequenzen und bilden beste Voraussetzungen für ein Lungenödem mit akutem Atemversagen. Hoher transpulmonaler Druck, niedriger PEEP (positive end-expiratory pressure) und höhere Atemfrequenz sind daher mit einer erhöhten Krankenhaussterblichkeit verbunden [8].

Lungen-protektive Beatmung als Standardtherapie

Folgerichtiger Eckpfeiler des Managements von ARDS ist die lungenprotektive Beatmung (Abb. 1), um den Gasaustausch aufrechtzuerhalten und gleichzeitig Komplikationen wie beatmungsbedingte Lungenschädigung (VILI), beatmungsbedingte Pneumonie (VAP) oder beatmungsbedingte Zwerchfellfehlfunktion (VIDD) zu vermeiden [6]. Als Standardtherapie sind niedrige Tidalvolumina von 4-8 ml/kg PBW, begrenzte Plateaudrücke von <30 cm H2O und Driving Pressures vorgeschrieben [18].

Abbildung 1: Ziele der lungenschonenden Beatmung

Auch die patienten-spezifische Ausrichtung auf die Driving Pressure (ΔP) ist zur Minimierung von Lungenschäden ein sinnvoller Ansatz. ΔP wurde als Hauptdeterminante für VILI identifiziert [19], ist eine indirekte Messung der Lungenbelastung und definiert als das Verhältnis des Tidalvolumens zur Compliance des gesamten Atemsystems.

Typischerweise ist der durch Ödeme und Entzündungen geschädigte Teil der ARDS-Lunge durch nicht-belüftete Kompartimente gekennzeichnet. Diese sog. Atelektasen reduzieren die Größe der Lunge und erhöhen die Lungenbelastung [20]. Ein Teil der Lunge fällt sozusagen funktionell aus. Die gesunden, nicht-atelektatischen Lungenteile bestimmen dann die funktionelle Residualkapazität und Compliance [21]. Weil das belüftete Lungenvolumen viel kleiner ist als normal, wird dieses Phänomen als Baby-Lunge bezeichnet [22]. Um eine Überdistension der Baby-Lunge zu vermeiden, sind geringere Tidalvolumina erforderlich.

Eine weitere Maßnahme zur Aufrechterhaltung der Inspirationsleistung und zum Schutz des Zwerchfells vor Schädigungen ist das Edi-Monitoring [22]. Die Schwäche des Zwerchfells bei Intensivpatienten ist nämlich mit bis zu 84% weit verbreitet und mit einem schlechten Verlauf in Verbindung gebracht [23].

Die Lunge öffnen – und offen halten

Das Open-Lung-Konzept [24] mit Recruitment-Manövern (RM) und PEEP-Titration, kann die Sauerstoffversorgung drastisch verbessern und gleichzeitig Lungenschäden minimieren [6],[20]. RMs haben das Ziel, zuvor kollabierte Lungenregionen durch einen kurzen und kontrollierten Anstieg des transpulmonalen Drucks wieder zu erweitern. Die kollabierte Lunge soll geöffnet ("rekrutiert“) und die Anzahl der an der Tidalventilation teilnehmenden Alveoleneinheiten erhöht werden [20]. Die Wiederausdehnung der Lunge wird dann im Zuge der PEEP-Titration durch einen minimalen PEEP aufrechterhalten, um einen Kollaps zu verhindern. RMs wurden als sicher und gut verträglich bestätigt. Sie verbessern die Oxygenierung, senken die Mortalität und den Bedarf an Notfall-Therapien [25].

Viel Raum für Verbesserung

Was im Sinne des Patienten-Outcomes erstrebenswert ist, wird in der Praxis jedoch nicht konsequent angewendet. Dies zeigte die Lungsafe-Studie und darüber hinaus, dass rund 60% aller ARDS-Fälle nicht erkannt werden [8]. Weniger als zwei Drittel der Patienten erhielten ein Tidalvolumen von unter 8 mL/kg pro PBW und rund 82% der Patienten erhielten einen PEEP von unter 12. Der Plateaudruck wurde nur bei 40% der Patienten gemessen. Die Mortalität stieg parallel zur erhöhten Driving Pressure und mit dem Schweregrad auf 46% bei schwerem ARDS an [8]. Die Autoren schlussfolgern u.a., dass ARDS unterbehandelt und immer noch mit einer hohen Sterblichkeitsrate verbunden ist.
Die frühzeitige Erkennung und die sofortige Umsetzung der protektiven Beatmung können also sehr wichtig sein, um die Mortalität auf der Intensivstation bei Patienten mit ARDS maximal zu reduzieren [26]. Immerhin haben 10% aller Intensivpatienten ein ARDS [8].

Wie man hier am besten behandelt, hängt natürlich auch von der Kenntnis der Parameter ab. Innovative Lösungen ermöglichen die lungen-protektive Beatmung. So können beispielsweise Abweichungen der Driving Pressure oder des Tidalvolumens angezeigt, der Gasaustausch in Echtzeit und retrospektiv verfolgt oder Änderungen in der Mechanik der Lunge automatisch berücksichtigt werden.

Die Rolle der ECMO bei ARDS

Wenn konventionelle Therapiemöglichkeiten ausgeschöpft sind, rückt die ECMO ins Blickfeld. „Die Frage ist immer, wann diese eingesetzt wird“, so PD Dr. Mutlak vom Universitätsklinikum Frankfurt.

Der Einsatz der extrakorporalen Membranoxygenierung (ECMO/ECLS) bei Patienten mit ARDS (Acute Respiratory Distress Syndrome) nimmt seit 2009 immer weiter zu [27]. Laut nationaler Empfehlungen stellt die ECMO eine Rescue-Therapie dar, die dann zum Tragen kommt, wenn konventionelle Therapiemöglichkeiten ausgeschöpft sind und beim Patienten keine ausreichende Sauerstoffversorgung mehr gewährleistet werden kann. Insbesondere bei Patienten mit schwerem ARDS, die eine unerfreulich hohe Mortalitätsrate von rund 46 % aufweisen [8], kann ECMO eine lebensrettende Therapie darstellen [27]. Gasaustausch und Hämodynamik werden stabilisiert, Organversagen minimiert und beatmungsbedingte Lungenschäden vermieden [27]. Damit verschafft die ECMO wertvolle Zeit für die Entwicklung einer spezifischen Behandlungsstrategie, die auf die zugrunde liegende Erkrankung ausgerichtet ist [27].

Das Team der Klinik für Anästhesiologie und operative Intensivmedizin des Universitätsklinikums Frankfurt hat langjährige Erfahrungen zum Einsatz der venovenösen ECMO (vvECMO) bei Patienten mit schwerem ARDS. Der leitende Oberarzt PD Dr. med. Haitham Mutlak im Gespräch:

Flüssigkeitsmanagement bei Patienten mit ARDS

Fälle identifizieren, in denen Flüssigkeitsverabreichung unbedingt vermieden werden sollte? Flüssigkeitsmanagement optimieren? Lungenödeme feststellen, den Gasaustausch verbessern und Beatmungstage reduzieren? Hämodynamische Überwachung und erweiterte Indices machen’s möglich.

Die Optimierung des Flüssigkeits-Managements ist nach wie vor eine Herausforderung [28]. ARDS wird typischerweise von einem Lungenödem begleitet, bei dem sich Flüssigkeit im Interstitium des Lungengewebes bzw. in den Alveolen ansammelt [29]. Dieses sog. extravaskuläre Lungenwasser (EVLW) steigt bei einem Lungenödem entweder durch eine erhöhte Lungenpermeabilität und/oder durch einen erhöhten hydrostatischen Druck in den Lungenkapillaren an. Ein erhöhtes EVLW ist immer potenziell lebensbedrohlich, da es den Gasaustausch beeinträchtigt und die Lungencompliance reduziert [30]. Eine zu hohe Flüssigkeitsgabe birgt daher die Gefahr einer Zunahme des EVLW und des Mortalitätsrisikos [30]. Auf der anderen Seite führt ein unzureichendes Flüssigkeitsvolumen aufgrund des niedrigen Perfusionsdrucks zu einer unzureichenden Sauerstoffversorgung, was die Prognose des Patienten beeinträchtigt. Ein Dilemma!

Lungenödeme müssen daher frühzeitig erkannt und richtig behandelt werden. Unspezifische und oft erst in einem späteren Stadium verlässliche Anzeichen erschweren dies erheblich, und die klassischen Thorax-Röntgen-Aufnahmen sind nicht immer zuverlässig.

Flüssigkeitsgabe bei ARDS – Ja oder Nein?

Die Messung des Lungenwassers ist eine weitaus effektivere Methode als der Röntgen-Thorax, um Lungenödeme frühzeitig zu erkennen und eine adäquate Therapie einzuleiten. Um das Risiko einer Flüssigkeitsgabe abzuwägen, können der Extravaskuläre Lungenwasserindex (ELWI, das auf das Körpergewicht indizierte EVLW) und der Pulmonalvaskuläre Permeabilitätsindex (PVPI) als Kriterien verwendet werden. ELWI und PVPI ermöglichen die Vorhersage der Reaktionsfähigkeit bzw. Unempfindlichkeit auf Flüssigkeitsgaben und die Identifikation von Fällen, in denen Flüssigkeitsverabreichung keine Chance auf hämodynamische Vorteile bringt und unbedingt vermieden werden sollte [30]. Der ELWI kann im Durchschnitt etwa 2,6 Tage vor Erfüllung der Kriterien für ARDS das Fortschreiten einer akuten Lungenschädigung bei Risiko-Patienten vorhersagen [31].

Beispiele von Röntgen-Aufnahmen des Thorax, bei denen der Schweregrad eines Lungenödems nicht beurteilt werden kann. Mithilfe des ELWI kann der Schweregrade hingegen eindeutig erhoben werden.

Die notwendige Differentialdiagnose, ob es sich um ein ARDS-typisches Permeabilitäts-Ödem oder ein kardiogenes Lungenödem handelt, liefert der PVPI. Der PVPI ist ein indirekter Marker der Integrität der alveolär-kapillaren Blut-Luft-Schranke [30] und wird aus dem Verhältnis des Flüssigkeitsvolumens außerhalb zum Flüssigkeitsvolumen innerhalb der Gefäße erhoben, d.h. aus dem Verhältnis zwischen ELWI und Lungenblutvolumen.

Während ELWI das Ausmaß des Lungenödems quantifiziert, definiert PVPI dessen Ursache.

In der klinischen Anwendung kann man mithilfe von ELWI und PVPI das Flüssigkeitsmanagement von Patienten mit dem Risiko einer Flüssigkeitsüberlastung steuern. So ist ein hoher ELWI-Wert ein Marker für erhöhte Permeabilität bzw. dass ein Lungenödem bereits vorhanden ist und sich natürlich nicht verschlimmern sollte. Unabhängig vom Wert des ELWI kann PVPI auf eine pulmonale Leckage hinweisen und dass jegliche weitere Flüssigkeitsverabreichung das Risiko birgt, das Lungenödem zu verschlimmern [30]. Hohe ELWI- und PVPI-Werte können vor dem Risiko einer Flüssigkeitsüberlastung warnen und eine übermäßige Volumenausdehnung verhindern [30].

Diagnostischer Rahmen für ein Lungenödem [32]

Mit ELWI und PVPI können präzise und objektive Diagnosen für ARDS-Patienten gestellt werden. PVPI > 3 mit ELWI > 10 ml/kg bedeutet erhöhte Permeabilität, Lungenödem oder ARDS [32]

Die Umsetzung in der Praxis

Die hämodynamische Überwachung ermöglicht die Erhebung der klassischen Oxygenierungsindices sowie erweiterter Indizes wie ELWI und PVPI und damit die Kenntnis des Flüssigkeitsgleichgewichtes. Mehrere Studien beschreiben, dass die ELWI-Messung sicher ist, zu einem geringeren kumulativen Flüssigkeitsgleichgewicht führt, die Mortalität auf der Intensivstation verbessert sowie die Dauer der mechanischen Beatmung und des Aufenthalts auf der Intensivstation verkürzt [28],[31]. Hohe ELWI- und PVPI-Werte und die Oxygenierungs-Indices können die Mortalität bei ARDS-Patienten prognostizieren und werden sogar als unabhängige Prädiktoren für die Mortalität beschrieben [31].

Die einzige Technik, die eine einfache ELWI-Messung und PVPI-Erhebung am Bett ermöglicht, ist die transpulmonale Thermodilution [31]. Sie macht es möglich, eine zeitnahe und faktenbasierte Entscheidung zu treffen, die Flüssigkeitsgabe fortzusetzen oder zu unterbrechen.