Invasive mechanische Beatmung: Einstellung, PEEP

Invasive mechanische Beatmung

Die invasive mechanische Beatmung (IMB) ist eine Atemwegsunterstützung, die für Personen mit sofortiger oder drohender Ateminsuffizienz Ateminsuffizienz Ateminsuffizienz und/oder zur Vorbereitung auf eine Operation verwendet wird. Bei der IMB-Technik wird die Lunge Lunge Lunge: Anatomie durch einen Endotrachealtubus über ein Beatmungsgerät mit positivem Druck belüftet. Das Beatmungsgerät kann auf bestimmte Beatmungsmodi eingestellt werden. Die Modi sind auf die individuellen Bedürfnisse der Patient*innen zugeschnitten. Der Modus bezieht sich auf die Eigenschaften der mechanischen Beatmung und umfasst hauptsächlich Trigger (wie beginnt die Inspiration), Zyklus (wie endet die Inspiration) und Limit (wann wird die Inspiration abgebrochen). Der am häufigsten verwendete Modus ist die assistierte kontrollierte Beatmung, der normalerweise eine druckunterstützte Beatmung zur Entwöhnung/Weaning folgt. Die Planung der Extubation sollte sorgfältig überlegt werden, da die IMB mit Komplikationen verbunden ist.

Redaktionelle Verantwortung: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Inhalt

Definition und Indikationen

Generelle Konzepte

Häufige Beatmungseinstellungen

Komplikationen

Entwöhnung/Weaning und Extubation

Quellen

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Definition und Indikationen

Definition

Die invasive mechanische Beatmung (IMB) ist eine Form des Atemwegsmanagements, das zur Sauerstoffzufuhr und/oder zur Regulierung der Beatmung auf der Ebene der Luftröhre Luftröhre Trachea über 3 Zugangswege verwendet wird:

Oropharyngeale Intubation
Nasopharyngeale Intubation
Tracheotomie Tracheotomie Grundlegende Verfahren

Häufige Indikationen für IMB

Hypoxämie refraktär gegenüber nichtinvasiver Oxygenierung (z.B. ARDS ARDS Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS))
Hyperkapnie mit verändertem Bewusstseinszustand (z.B. Exazerbation einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung ( COPD COPD Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD)))
GCS < 8 (z.B. Herzstillstand)
Unfähigkeit zum Schutz der Atemwege (z.B. Anaphylaxie Anaphylaxie Typ-I-Allergie)
Chirurgische Eingriffe (z.B. neuromuskuläre Blockade)
Progressive neuromuskuläre Erkrankungen (z.B. Amyotrophe Lateralsklerose Amyotrophe Lateralsklerose Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) (ALS))

Überlegungen

Es gibt mehrere IMB-Modi, die ausgewählt werden nach:

Präferenz der Intensivmediziner*innen
Präferenz der Atemtherapeut*innen
Bedürfnisse der Betroffenen

Die invasive mechanische Beatmung ist keine banale Intervention:

Häufig beatmungsinduzierte Lungenschädigung (Englisches Akronym: VILI)
Verschlimmerung der Ateminsuffizienz Ateminsuffizienz Ateminsuffizienz einer anderen Ätiologie durch VILI möglich

Generelle Konzepte

Physiologie der Beatmung

Der Beatmungsmodus wird anhand von 3 Merkmalen beschrieben: Trigger, Zyklus und Limit:

Trigger = Signal zur Einleitung der Inspirationsphase durch das Beatmungsgerät:
- Patient*innen-getriggert: Inspirationsanstrengung der Person als Auslöder der Inspirationsphase durch das Beatmungsgerät
Zyklus: Signal vom Beatmungsgerät zur Beendigung der abgegebenen Inspirationsphase
- Volumengesteuerte Beatmung: Ende der Inspirationsphase bei Erreichen eines voreingestellten Volumens im Beatmungsgerät
Limit: nicht Überschreiten eines bestimmten Werts (z.B. Druck oder Zeit) zum Schutz der Lunge Lunge Lunge: Anatomie

Vom Betreiber gesteuerte Grundeinstellungen

PEEP:
- Verbleibender Druck am Ende der Exspiration in den distalen Atemwegen (d.h. den Alveolen)
- Offenhalten der Alveolen zur Teilnahme an der Sauerstoffversorgung
- Verbesserung der Oxygenierung (↑ PaO₂)
- Absenkung des PEEPs zur Verringerung der Oxygenierung (↓ PaO₂)
FiO₂ ist der Prozentsatz an O₂, der direkt an die Person geliefert wird:
- Erhöhung von FiO₂ → Erhöhung der Oxygenierung; Verringerung von FiO₂ → Senkung der Oxygenierung
Das Tidalvolumen ist das Volumen (in ml), das mit jedem Atemzug abgegeben wird:
- Erhöhung zur Verbesserugn der Ventilation Ventilation Atemmechanik (↓ PaCO₂)
- Absenkung zur Reduktion der Ventilation Ventilation Atemmechanik (↑ PaCO₂)
Die Atemfrequenz Atemfrequenz Untersuchung der Lunge (AF) ist der eingestellte Wert für Atemzüge/min:
- Erhöhung zur Verbesserung der Ventilation Ventilation Atemmechanik (↓ PaCO₂)
- Absenkung zur Reduktion der Ventilation Ventilation Atemmechanik (↑ PaCO₂)
Flow ist der maximale Atemfluss (in l/min), den ein Beatmungsgerät bei einem eingestellten Tidalvolumen abgeben kann:
- Ggf. Erhöhung zur Erhöhung der Ventilationswirkung (↓ PaCO₂)
- Absenkbar bei evtl. Reduzierung der Ventilationswirkung (↑ PaCO₂)

Standardkonfiguration des Beatmungsgeräts — Standardaufbau eines Beatmungsgeräts:
Ein Endotrachealtubus (oder Tracheostoma) (1), der in der Luftröhre der Person platziert wird, wird an den Schlauch des mechanischen Beatmungsgeräts (2) angeschlossen. Das mechanische Beatmungsgerät liefert sauerstoffreiche Luft durch Schläuche in die Atemwege der Person. Zu dem Individuum (3) strömende Luft gelangt durch einen Befeuchter, wo sie erwärmt und befeuchtet wird. Von der Person wegströmende Ausatemluft (4) wird zum Beatmungsgerät zurückgeführt. Medizinisches Personal überprüft regelmäßig die Person und das Beatmungsgerät.
Bild von Lecturio.

Mechanische Beatmungsschnittstelle — Benutzeroberfläche eines Standard-Beatmungsgeräts:
Die obere Wertereihe zeigt Atemparameter, die von der Person generiert wurden. Die untere Wertereihe zeigt Beatmungseinstellungen an, die vom Bedienenden je nach klinischem Szenario und individuellen Bedürfnissen manipuliert werden können.
Bild von Lecturio.

Häufige Beatmungseinstellungen

Kontrollierte Beatmung

Häufig bei kritisch kranken Personen mit signifikant unterdrücktem oder fehlendem Atemantrieb
Alle vom Beatmungsgerät erfassten spontanen Atemzüge → Unterstützung mit einem voreingestellten Volumen oder Druck
Patient*innen-/zeit-getriggert und volumen-/druckgesteuert
Die 2 häufigsten Modi sind:
- Assistierte/kontrollierte (AC) volumenkontrollierte (VC) Beatmung
- AC-druckkontrollierte (PC) Beatmung

Assistierte Spontanatmung

Anwendung bei Personen nach einer signifikanten Verbesserung eines kritischen Zustands, mit der Möglichkeit zur Spontanatmung und Beginn der Entwöhnung
Patient*innen-getriggerte und flussgesteuerte Beatmung
Druckunterstützte Beatmung (PS) = gebräuchlichste: Alle spontanen Atemzüge, die vom Beatmungsgerät wahrgenommen werden, werden mit einem voreingestellten festgelegten Druck unterstützt.

Kombiniert (kontrollierte + assistierte Spontanatmung)

Häufig für Personen zur Erhaltungsbeatmung und zur Entwöhnung
Eine voreingestellte Anzahl (nicht alle) Atemzüge werden vom Beatmungsgerät unterstützt, wie für den kontrollierten Modus beschrieben; die verbleibenden spontanen Atemzüge werden wie für die PS-Beatmung unterstützt.
Auch bekannt als synchronisierte intermittierende obligatorische Beatmung (Englisches Akronym: SIMV)

Assistierte volumenkontrollierte Beatmung

Am häufigsten als initialer Beatmungsmodus
Unterstützung jeder wahrgenommenen Einatmungsanstrengung der Person und dadurch Reduktion der Atemarbeit
Trigger:
- Zeit-getriggert bei fehlender Inspirationsanstrengung der Person: Abgabe einer voreingestellten Anzahl obligatorischer Atemzüge pro Minute durch das Beatmungsgerät
- Patient*innen-getriggert bei Wahrnehmung einer Inspirationsanstrengung der Person: Unterstützung aller Inspirationsanstrengungen durch das Beatmungsgerät
Volumengesteuerte Beatmung:
- Ende der Inspirationsphase bei Erreichen eines voreingestellten Volumens
- Einatmungsvolumen = unabhängige Variable, voreingestellt und nicht variabel zwischen den Atemzügen
- Inspirationsdruck = abhängige Variable, nicht voreingestellt und variabel zwischen den Atemzügen
Druckgesteuerte Beatmung:
- Vom Beatmungsgerät voreingestellt zum Abbruch der Inspirationsphase bei Erreichen eines gefährlichen Atemwegsdrucks
- Vorbeugung von VILI
Beispiele:
- Bei einer Person mit AC/VC-Beatmung, die spontane Atemzüge von 20/min hat und die AF auf 20/min eingestellt ist:
  - Alle Atemzüge effizient genug zum Erkennen durch das Beatmungsgerät
  - Unterstützung aller Atemzüge der Patient*innen
  - Ventilationsfrequenz 20/min
- Wenn die spontanen Atemzüge der Person unter AC/VC auf 30/min ansteigen:
  - Ventilationsfrequenz 30/min
  - Unterstützung der zusätzlichen 10 Atemzüge vom Beatmungsgerät
- Eine Person hat 4 spontane Atemzüge/Minute auf AC/VC, während die AF auf 12/min eingestellt ist:
  - Unterstützung der 4 Atemzügen durch das Beatmungsgerät
  - Hinzufügen von je 8 Atemzügen pro Minute durch das Beatmungsgerät
Probleme:
- Respiratorische Alkalose Respiratorische Alkalose Respiratorische Alkalose bei Personen mit Tachypnoe Tachypnoe Untersuchung der Lunge aufgrund von Angstzuständen, Schmerzen oder Atemwegsreizungen
- Auto-PEEP: dynamische Hyperinflation der Lunge Lunge Lunge: Anatomie bei unzureichender Exspirationszeit

Atemwegsdruckaufzeichnungen in den wichtigsten Beatmungsmodi
Bild von Lecturio.

Assistierte druckkontrollierte Beatmung

Geeignet zur Kontrolle des Atemwegsspitzendrucks (d.h. bei Personen mit vorangegangenem Barotrauma oder nach einer Thoraxoperation)
Zeit-getriggerte, zeitgesteuerte und druckbegrenzte Beatmung
Einatmungsdruck = unabhängige Variable, voreingestellt und nicht variabel zwischen den Atemzügen
Inspirationsvolumen = abhängige Variable, nicht voreingestellt und variabel zwischen den Atemzügen:
- Erhöhung des Volumens bei konstanten Einstellungen → verbesserte pulmonale Compliance
- Abnehmendes Volumen bei konstanten Einstellungen → Verschlechterung der pulmonalen Compliance

Synchronisierte intermittierende mechanische Beatmung/VC-Beatmung

Häufiger auf chirurgischen Intensivstationen als auf medizinischen Intensivstationen
Früher als am besten geeignet angesehen zur Entwöhnung von Personen vom Beatmungsgerät
Zwischen unterstützten synchronisierten obligatorischen Atemzügen auch Atemzüge ohne Unterstützung möglich
Trigger:
- Patient*innen-getriggert: Erkennen der Inspirationsanstrengung der Person:
  - Etwas Unterstützung der wahrgenommenen Inspirationsbemühungen durch das Beatmungsgerät
  - Festlegung der Anzahl der unterstützten Atemzüge/Minute
  - Atemzüge der Patient*innen oberhalb der Voreinstellung ohne Unterstützung
- Zeit-getriggert: keine Wahrnehmung der Inspirationsanstrengung der Person → Abgabe einer voreingestellten Anzahl obligatorischer Atemzüge/Minute durch das Beatmungsgerät
Volumengesteuerte Beatmung:
- Ende der Inspirationsphase bei einem voreingestellten Volumen
- Einatmungsvolumen = unabhängige Variable, voreingestellt und nicht variabel zwischen den Atemzügen
- Inspirationsdruck = abhängige Variable, nicht voreingestellt und variabel zwischen den Atemzügen
Druckgesteuerte Beatmung:
- Vom Beatmungsgerät voreingestellt zum Abbruch der Inspirationsphase bei Erreichen eines gefährlichen Atemwegsdrucks
- Vorbeugen von VILI
Beispiel für SIMV-Modus:
- Eine Person hat 20 spontane Atemzüge, während sie intubiert ist, und die Beatmungsfrequenz ist auf 12/min eingestellt.
- Abgabe von 12 obligatorischen synchronisierten Atemzügen durch das Beatmungsgerät
- Von den insgesamt 20 spontanen Atemzügen/Minute der Person: 12 durch das Beatmungsgerät unterstützt und 8 ohne Unterstützung
- Gesamtzahl der Atemzüge = 20/min
Probleme:
- Reduziertes Atemminutenvolumen:
  - Bei Tachypnoe Tachypnoe Untersuchung der Lunge Ausatmung der Person während der Inspirationsphase des Beatmungsgeräts
  - Schneller Anstieg des Atemwegsdrucks über die voreingestellten Druckgrenzen hinaus
  - Dadurch vorzeitiger Abbruch der vom Beatmungsgerät gelieferten Atemzüge
- Wechsel in den AC-Beatmungsmodus → Erhöhung der Anzahl der unterstützten Atemzüge und der Minutenbeatmung
- SIMV normalerweise in Kombination mit PS-Beatmung verabreicht zur Unterstützung mit einem voreingestellten Druck

Druckunterstützte Beatmung

Häufig in Kombination mit SIMV als Backup von volumengesteuerten Zyklen
Patient*innen-getriggerte, flussgesteuerte, druckbegrenzte Beatmung
Einstellung eines vorgegebenen Drucks zu jeder Inspirationsphase
PS-Beatmung immer Patient*innen-getriggert: Unterstützung aller wahrgenommenen Inspirationsbemühungen durch das Beatmungsgerät um den voreingestellten Druck
Erreichen eines Flusses in den Atemwegen unter einem Mindestschwellenwert → Ende der PS

Atemwegsdruckaufzeichnungen in Beatmungsmodi — Atemwegsdruckaufzeichnungen in den wichtigsten Beatmungsmodi
Bild von Lecturio.

Komplikationen

Beatmungsassoziierte Pneumonie Pneumonie Pneumonie (Lungenentzündung) (Englisches Akronym: VAP)

Nach mindestens 3 Tage mechanischer Beatmung
Risikofaktoren:
- Fortgeschrittenes Alter
- Höherer Grad an Komorbiditäten
- Längerer Aufenthalt im Krankenhaus/auf der Intensivstation
- Längere IMB
- Exposition gegenüber invasiven Verfahren
Typischerweise Diagnose durch Bildgebung in Kombination mit:
- Erhöhte respiratorische Sekrete
- Bakterielle Kultur (bronchoalveoläre Lavage oder Tracheaspirat)
- Vorhandensein einer Sepsis Sepsis Sepsis und septischer Schock (Verschlechterung oder neu)
Häufigste Organismen:
- Staphylococcus Staphylococcus Staphylococcus aureus
- Pseudomonas Pseudomonas Pseudomonas aeruginosa
- Klebsiella Klebsiella Klebsiella pneumoniae
- Enterobacter- Arten
- Actinobacter- Arten
Behandlung mit Antibiotika

Subtypen von VILI

Barotrauma:
- Hoher Lungeninflationsdruck und dadurch:
  - Hoher transpulmonaler Druck Transpulmonaler Druck Atemmechanik
  - Lungenüberdehnung
  - Luftleakage
Atelektrauma: hohe Scherkräfte, mit Öffnen und Schließen von rekrutierbaren atelektatischen Lungeneinheiten
Volumentrauma:
- Alveoläre Überdehnung mit Epithelbelastung und Lipidmobilisierung
- Durch Lipidmobilisierung zelluläre Ablösung von vaskulären Endothelzellen:
  - Zusammenbrechen des Alveolarepithels
  - Dadurch alveoläre und interstitielle Ödeme
Biotrauma: Entzündungsreaktion durch mechanische Verletzung über Zytokine und andere Entzündungsmediatoren
Vorbeugung von VILI durch:
- Niedrige Tidalvolumina
- Mäßiger PEEP
- Bauchlage
- Neuromuskuläre Blocker zur Verhinderung von Dyssynchronisation zwischen Patient*in und Beatmungsgerät

Sauerstofftoxizität

Durch reaktive O₂-Spezies:
- Zellschädigung
- Inflammation
- Genetische Veränderungen
Zur Vermeidung von Toxizität niedrigste mögliche FiO₂ zum Erreichen einer gezielten Oxygenierung

Auto-PEEP

Ergebnisse eines anhaltenden endexspiratorischen Luftstroms mit Verstärkung nach jedem Atemzug und zunehmender pulmonaler Hyperinflation
Auch bekannt als „Air Stacking“ oder „intrinsischer PEEP“
Am häufigsten bei Asthma, COPD COPD Chronisch obstruktive Lungenerkrankung (COPD) und ARDS ARDS Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS)
Dadurch alveoläre Überdehnung und reduzierte Lungencompliance (Barotrauma)
Erhöhung des intrathorakalen Drucks
Anstieg des intrathorakalen Drucks und dadurch:
- Verminderter venöser Rückfluss
- Reduzierte kardiale Vorlast Vorlast Herzmechanik
- Erhöhte linksventrikuläre Nachlast Nachlast Herzmechanik
- Reduziertes Herzzeitvolumen Herzzeitvolumen Herzmechanik und dadurch Hypotonie Hypotonie Hypotonie
Verdacht bei:
- Dyssynchronie zwischen Patient*in und Beatmungsgerät
- Pulsus-Paradoxus
- Hypoxie
- Hoher Plateaudruck
- Hypotonie Hypotonie Hypotonie
Therapeutische Interventionen in Abhängigkeit vom Beatmungsmodus:
- Senkung des PEEP
- Reduzierung der Inspirationszeit für mehr Exspirationszeit
- Reduzierung der Atemfrequenz Atemfrequenz Untersuchung der Lunge
- Abtrennen vom Beatmungsgerät und kurze Thoraxkompressionen
- Hämodynamische Unterstützung bei Hypotonie Hypotonie Hypotonie, falls erforderlich

Peptische Ulzera

Häufig bei beatmeten Personen aufgrund einer Magenbesiedelung
Ggf. mit Blutungen im oberen Gastrointestinaltrakt
Präventionsstrategien (Hinweis: möglicherweise Erhöhung des VAP-Risikos):
- Histamin-2-Rezeptorantagonist
- Protonenpumpenhemmer Protonenpumpenhemmer Antazida (Magensäure-neutralisierende Medikamente)

Ventilator Care Bundle

Anwendung zur Verhinderung von beatmungsassoziierten Komplikationen:

30–45 Grad Anhebung des Kopfendes des Bettes und halbliegende Position: Reduktion des Risikos von Magenreflux, Aspiration und VAP
Allgemeine Maßnahmen zur Infektionsprävention (je nach Krankenhaus unterschiedlich)
Magenulkus-Prophylaxe
Tiefe Venenthromboseprophylaxe
Tägliche spontane Atemversuche
Spontane Aufwachversuche/periodische Unterbrechung der Sedierung
Aufrechterhaltung des Endotrachealmanschettendrucks zwischen 20 und 30 cm H₂O
Häufiges subglottisches Absaugen
Mundpflege mit Chlorhexidingluconat
Druckversorgung zur Wundprävention
Frühe Mobilisierung

Entwöhnung/Weaning und Extubation

Ansatz zur Entwöhnung/Weaning

Das Weaning sollte auf der Grundlage der folgenden Metriken angegangen werden:
- Wurde das zugrunde liegende Problem angegangen und verbessert?
- Ist die Person auf dem Weg zu hämodynamischer Stabilität?
- Verbessert sich die O₂-Sättigung stetig?
- Kann die Person bei minimalen Beatmungseinstellungen bequem atmen?
Wenn alle oben genannten Fragen positiv beantwortet werden, kann es an der Zeit sein, einen spontanen Atemversuch zu beginnen.

Spontanatmungsversuch (SBV)

Ein SBV besteht aus minimalen Beatmungseinstellungen, die verwendet werden können, um die Chancen einer erfolgreichen Extubation vorherzusagen.

PS-Beatmung mit:
- PS von 8–5 cm H₂O
T-Stück Probe:
- Verwendung eines Adapterstücks zur Trennung der Person vom Beatmungsgerät
- Verbleiben des Endotrachealtubus an Ort und Stelle
Testung der minimalen Einstellungen über 30–120 Minuten
Absetzung oder bestmögliche Minimierung der Sedierung vor SBV

Wann eine Extubation in Erwägung gezogen werden sollte:

Verbesserung der ursprünglichen Ursache der Atemnot Atemnot Dyspnoe (Atemnot/Luftnot)
Keine schweren Tachypnoe- oder Apnoe-Episoden
SpO₂ > 92 %
Tidalvolumina konstant > 325 ml
Keine Tachykardie
Normotensiv
Bewusstseinsstatus: fähig zum Befolgen von 1-Schritt-Befehlen
Cuffleak (Prüfung auf subglottische Ödeme)
Minimale Sekrete
Tagesplanung (ggf. Verschieben von Eingriffen oder bildgebenden Untersuchungen)
Index für schnelle flache Atmung:
- Atemfrequenz Atemfrequenz Untersuchung der Lunge/Tidalvolumen < 105
- Zuverlässigster Prädiktor

Überlegungen nach der Extubation

Ggf. bei Extubation Anwendung von höheren Mengen an zusätzlichem O₂:

High-Flow-Nasenkanüle bei Personen mit hypoxischer Ateminsuffizienz Ateminsuffizienz Ateminsuffizienz ( ARDS ARDS Acute Respiratory Distress Syndrome (ARDS))
BiPAP bei hypertensiven Personen mit Linksherzinsuffizienz oder Mitralinsuffizienz Mitralinsuffizienz Mitralklappeninsuffizienz

Quellen

ABA Keywords. OpenAnesthesia. https://www.openanesthesia.org/modes_of_mechanical_ventilation/
Stephen, C., Gillespie, S., Roberts, D., Magdy, Y. (1997). Effect of Inspiratory Flow Rate on Respiratory Rate in Intubated Ventilated Patients. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, 156, 304–308. https://doi.org/10.1164/ajrccm.156.1.9607031
Nickson, C. (2020). Spontaneous Breathing Trial. Life in the Fastlane, LITFL. https://litfl.com/spontaneous-breathing-trial/
Ventilator-Induced Lung Injury–Causes, Symptoms, Treatment. Rxharun. (2021). https://rxharun.com/ventilator-induced-lung-injury-causes-symptoms-treatment/
Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften (AWMF) – Ständige Kommission Leitlinien. (S3) Leitlinie “Invasive Beatmung und Einsatz extrakorporaler Verfahren bei akuter respiratorischer Insuffizienz”. AWMF-Registriernummer 001-021. https://register.awmf.org/assets/guidelines/001-021l_S3_Invasive_Beatmung_2017-12.pdf (Zugriff am 02. März 2023).