Mechanische Ventilation

1. Mechanische Ventilation Kathleen Donnely, MD Albany Medical College Albany, NY Michael Kelly, MD Maimonides Medical Center Brooklyn, NY Norbert Lutsch, FA IP Ostschweizer Kinderspital St.Gallen (Übersetzung ins Deutsche / Ergänzungen)

2. Einleitung • Indikationen • Grundlagen Anatomie und Physiologie • Ventilationsmodi • Wahl der Modi und Einstellungen • Häufige Probleme • Komplikationen • Weaning and Extubation

3. Indikationen • Respiratorische Störungen • Apnoe / Respiratorischer Arrest • Inadäquate Ventilation (akut vs. chronisch) • Inadäquate Oxygenation • Chronisch respiratorische Insuffizienz mit Gedeihstörung (FTT)

4. Indikationen • Kardiale Insuffizienz • Verringerung der Atemarbeit • Reduzierung des O² Verbrauchs • Neurologische Dysfunktion • Zentrale Hypoventilation / häufige Apnoe • Komatöse Patienten, GCS < 8 • Atemwegs protektiv

5. Anatomische Grundlagen • Obere Luftwege • Befeuchtung der inhalierten Gase • Stelle des größten Atemwiderstandes • Untere Luftwege • Zuleitende Atemwege (Anat. Totraum) • Resp. Bronchiolen • Alveolen (Gasaustausch)

6. Physiologische Grundlagen • Negativer Druckkreißlauf • Gradient zwischen Mund und Pleuralraum ist die treibende Kraft • Benötigt, um den Widerstand zu überwinden • Offenhalten der Alveolen • Überwinden elastischer Rückstosskräfte • Balance zwischen elastischer Rückstosskräfte des Brustkorbes und der Lunge

7. Grundlagen Physiologie http://www.biology.eku.edu/RITCHISO/301notes6.htm

8. Normale Druck-Volumenbeziehung in der Lunge http://physioweb.med.uvm.edu/pulmonary_physiology

9. Ventilation • Kohlendioxid PaCO2= k * Metabolische Produktion Alveoläre Minutenventilation Alv. MV = Resp. Freq. * Effektives Tidalvol. Effektives TV = TV - Totraum Totraum = anatomisch + physiologisch

10. Oxygenation • Sauerstoff: • Minutenventilation ist die Menge frisches Gas, welches in die Alveolen gelangt • Der O² Partialdruck in den alveolen (PAO2) ist die treibende Kraft für den Gasaustausch durch die Alveo-Kapilläre Membran • PAO2 = ({Atmos. Druck - Wasserdampf}*FiO2) - PaCO2 / RQ • Perfundiere Alveolen, die gut ventiliert sind • Nach 1/3 des Weges durch die Kapillare ist das Hb voll gesättigt

11. http://www.biology.eku.edu/RITCHISO/301notes6.htm Oxygenation

12. CO2 vs. O2

13. Gründe für Hypoxämie: Alveoläre Hypoventilation V/Q mismatch Shunt Diffusionsstörung Gründe für Hyperkapnie: Alveoläre Hypoventilation V/Q mismatch Abnormer Gasaustausch Wegen der unterschiedlichen Löslichkeit von O2 und CO2 und deren verschiedener Dissoziationskurven, resultieren Shunt und Diffusionsstörungen nicht zwangsläufig in einer Hyperkapnie.

14. Gasaustausch • Hypoventilation und V/Q mismatch sind die häufigsten Ursachen des abnormen Gasaustausches auf einer PICU (Päd.IPS) • Korrigiere Hypoventilation -> erhöhe MV • Korrigiere V/Q mismatch -> erhöhe die Fläche der ventilierten Lunge oder verbessere die Perfusion der Gebiete, die ventiliert werden

15. Mechanische Ventilation • Auf was können wir einwirken…… • Minutenventilation (erhöhe Freq. / Tidalvolumen) • Druckgradient = A-a Gleichung (erhöhe atm.Druck, FiO2, erhöhe Ventilation, ändere RQ) • Austauschfläche = Lungenvolumen für Ventilation (Volumevergrösserung durch Druckerhöhung, d.H., Mean Airway Pressure) • O2 Löslichkeit = ?Perfluorcarbon?

16. Mechanische Ventilation Ventilatoren verabreichen Gas mit einem bestimmten Druck. Die Menge des Gases kann durch Zeit, Druck, oder Volumen begrenzt werden. Die Dauer der Gasverabreichung kann durch Zeit, Druck, oder Flow bestimmt werden

17. Nomenklatur • Atemwegsdrücke • Peak Inspiratory Pressure (PIP) • Positive End Expiratory Pressure (PEEP) • Pressure above PEEP (PAP or ΔP) • Mean airway pressure (MAP) • Continuous Positive Airway Pressure (CPAP) • Inspirationszeit oder I:E Ratio • Tidalvolumen: Menge an Gaszufuhr / Atemzug

18. Beatmungsformen • Beatmungsmodi: • Jeder Atemzug wird vom Ventilator voll unterstützt • Bei den klassischen Modi waren die Patienten nicht in der Lage zu selber zu atmen, von den voreingestellten Beatmungshüben einmal abgesehen.. • Bei neueren Modi arbeiten die Ventilatoren mit assistierenden Modi, mit minimaler Eintstellrate und alle getriggerten Atemzüge über dieser Rate werden voll unterstützt z.B. ASB.

19. Beatmungsformen • IMV Modi: Intermittent Mandatory Ventilation Modi – Atemzüge über der eingestellten Rate werden nicht unterstützt • SIMV: Der Vent. synchronisiert IMV-Atemzüge mit der Spontanatmung des Patienten • Pressure Support: Vent. verabreicht Druckunterstützung bis zum voreingestellten Druck oder Volumen, aber keine feste Frequenz

20. Wann immer ein Atemzug vom Ventilator unterstützt wird, ungeachtet des Modus, wird die Unterstützung entweder vom Druck oder dem Volumen Limitiert. Volumenlimitiert: Tidalvolumen einstellen! Drucklimitiert: PIP oder PAP einstellen! Beatmungsformen

21. Druck Volumenbeziehung Ist das Volumen vorgegeben, variiert der Druck…..ist der Druck vorgegeben, variiert das Volumen….. ….entsprechend der Compliance…... COMPLIANCE =  Volumen /  Druck

22. Compliance Burton SL & Hubmayr RD: Determinants of Patient-Ventilator Interactions: Bedside Waveform Analysis, in Tobin MJ (ed): Principles & Practice of Intensive Care Monitoring

23. Assist-Regelung, Volumen Ingento EP & Drazen J: Mechanical Ventilators, in Hall JB, Scmidt GA, & Wood LDH(eds.): Principles of Critical Care

24. IMV, volumenlimitiert Ingento EP & Drazen J: Mechanical Ventilators, in Hall JB, Scmidt GA, & Wood LDH(eds.): Principles of Critical Care

25. SIMV, volumenlimitiert Ingento EP & Drazen J: Mechanical Ventilators, in Hall JB, Scmidt GA, & Wood LDH(eds.): Principles of Critical Care

26. Kontrollierte Modi Jeder Atemzug wird voll unterstützt, ungeachtet des “Triggers” Über Frequenz kann nicht “geweant” werden Agitierte Patienten können hyperventilieren Mögl. Pat/Vent asynchronisierung verlangt üblicherweise Sedation +/- Paralyse SIMV Modus Vent versucht mit Eigenatmung des Pat zu synchronisieren Patient nimmt dazwischen “eigene” Atemzüge (+/- PS) Potentiell erhöhte Atemarbeit Pat/Vent asynchronisierung möglich Control vs. SIMV

27. Einteilung der Beatmungsformen

28. Druckbegrenzt FiO2 und MAP einstellen (oxygenation) Einfluss auf die Ventilation ist trotzdem möglich (Frequenz, PAP) Dezellerierendes flow-muster ( PIP bei gleichem Vt) Volumenbegrenzt Minutenventilation einstellen Einfluss auf Oxygenation ist trotzdem möglich (FiO2, PEEP, I-time) Konstantes Flow- muster Druck vs. Volumen

29. Druck “Falle” Plötzliche Veränderung des Volumens bei veränderter Lungencompliance Kann zu Hypoventilation oder Lungenüberblähungen führen Bei akuter ETT Obstruktion wird ein geringeres Tidalvolumen verabreicht Volumen “Falle” Kein PIP Limit per se (üblicherw. Haben Vent ein oberes Drucklimit) Konstanter Flow produziert höhere PIP bei gleichem Tidalvolumen, verglichen mit Druckkontrollierten Modi Druck vs. Volumen

30. Trigger • Wie weiß der Ventilator wann er einen Atemhub auslösen muß? - “Trigger” • Atemanstrengung des Pat. • Verstrichene Zeit • Die Atembemühung des Pat. kann als Druck oder Flowänderung “gemessen” werden (im Messkreislauf)

31. Wegleitung gefällig?? Druckunterstützung • “Trigger”: Der Ventilator braucht eine bestimmte Atemarbeit vom Patienten • Kann Atemarbeit verringern, indem für getrig-gerte Atemzüge Flow während der Inspiration verabreicht wird • Kann bei spontanen Atemzügen im IMV Modus oder als stand alone Modus (CPAP) gegeben werden • Ist Flow-gesteuert

32. Fortschrittliche Modi • Pressure-Regulated Volume Control (PRVC) • Volume Support • Inverse Ratio (IRV) oder Airway-Pressure Release Ventilation (APRV) • Bilevel (BIPAP) • HFOV

33. Fortschrittliche Modi PRVC Dieser Modus liefert ein voreingestelltes Tidalvolumen mit jedem Atemzug mit dem niedrigst möglichen Spitzendruck. Nutzt dabei ein dezellerierendes Flowmuster, was dadurch zu weniger Lungenverletzungen führt….

34. Fortschrittliche Modi Volumenunterstützung • Äquivalent zum smart pressure support • Setze ein “Ziel” Tidalvolumen fest • Der Vent überwacht das verabreichte Volumen und regelt die Druck-unterstützung, um das “Ziel” mit den von uns eingestellten Limiten zu erreichen.

35. Fortschrittliche Modi Airway Pressure Release Ventilation • Kann beschrieben werden, als gäbe man dem Pattienten zwei versch. Level von CPAP • Einzustellen sind “hoher” und “tiefer” Druck mit “release” time • Die Länge des “hohen” Drucks ist üblicher-weise grösser als die des “tiefen” Drucks

36. Fortschrittliche Modi Kurzfristige Druckentlastung Von einem CPAP-Niveau Lungenvolumina sind kleiner, gedacht Für alveoläre Rekrutierung

37. Fortschrittliche Modi Inverse Ratio Ventilation • Pressure Control Mode • I:E > 1 • Kann den MAP ohne PIP erhöhen : verbessert die Oxygenation und limitiert Barotraumata • Signifikantes Risiko für Air Trapping • Patient muß wahrscheinlich tief sediert und möglicherweise auch relaxiert werden

38. Fortschrittliche Modi Hochfrequenzoszillatorventilation • Extrem hohe Frequenzen (Hz = 60/min) • Tidalvolumina < anatomischer Totraum • Einstellen & Titrieren des Mean Airway Pressure • Amplitude äquivalent zu Tidalvolumen • Mechanismus des Gasaustauschs unklar • Traditionelle “Rescue” Therapie • Aktive Expiration

39. Fortschrittliche Modi Hochfrequenzoszillatorventilation • Patient sollte relaxiert sein • Häufiges Absaugen durch Volumenverlust beim Diskonnektieren des Patienten vom Oszillator nicht praktikabel?? • Erhöhte Dekubitusgefährdung, da Patient nicht regelmässig gelagert werden kann?? • Lagern und Absaugen, wie Patientenzustand es zulässt

40. Fortschrittliche Modi Non Invasive Positive Pressure Ventilation • Verabreicht PS und CPAP via eng sitzender Maske (BiPAP: bi-level positive airway pressure) • “Sicherheitsfrequenz” einstellbar • Sedation kann noch immer nötig sein

41. Drucklimitiert FiO2 Rate/Frequenz T-insp / I:E ratio PEEP PIP oder PAP Volumenlimitiert FiO2 Rate/Frequenz T-insp / I:E ratio PEEP Tidalvolumen Starteinstellungen Diese Einstellungen beziehen sich auf Zeit ge-steuerte Ventilatoren. Flow gesteuerte Ventilatoren werden in der Pädiatrie kaum benutzt

42. Starteinstellungen • Einstellungen • Frequenz: Starte mit “normalen” Frquenzen, 15 für Jugendliche/ Kinder, 20-30 Babies /Kleinkinder • FiO2: 100% und entwöhne nach unten… • PEEP: 3-5 • Kontrollierte Beatmung (A/C) oder unterstützend (SIMV) • Modi ?

43. Drucklimitiert FiO2 Frequenz T-insp PEEP PIP Volumenlimitiert FiO2 Frequenz Tidalvolumen PEEP T-insp Die Wahl der Mittel MV MAP Tidalvolumen ( & MV) variiert PIP ( & MAP) variiert

44. bezüglich Oxygenation, justiere: FiO2 PEEP T-insp PIP bezüglich Ventilation, justiere: Frequenz Tidalvolumen Anpassungen MV MAP

45. Einstellungen • PEEP wird eingesetzt, um alveolären Kollaps in der End-Expiration zu verhindern; oder um kollabierte Lungenareale zu rekrutieren; kann auch die Funktion eines Stent´s haben z.B. Tracheomalazie

46. Aber... • Ist es wirklich so simpel ? • Den Peep zu erhöhen, kann den Totraum vergrössern, das HMV verringern, V/Q Mismatch begünstigen • Die Atemfrequenz zu erhöhen, kann zu dynamischer Hyperinflation (auto-PEEP) führen, was eine Verschlechterung der Oxygenation und Ventilation bewirkt

47. Problemmanagement • Funktioniert meine Beatmungstherapie? • Schaue den Patienten an !! • Höre deinem Patienten zu !! • Pulsoxy, ABGA, EtCO2 • Thorax Rx • Ventilator prüfen (PIP; exp.Vte ; Alarme)

48. Problemmanagement • Bestehen Zweifel, diskonnektiere den Patienten vom Ventilator und beginne zu bebeuteln. • Bebeutle mit 100% O2. • Dies schließt den Ventilator als Problem- Ursache aus. • Bebeuteln von Hand kann helfen, die Patientencompliance zu messen

49. Problemmanagement • Atemwege zuerst: Liegt der ETT noch richtig? Einseitig beatmet? • Beatmung danach: Hebt sich die Brust? AG´s vorhanden und seitengleich? • Veränderungen? Atelektasen, Bronchospasmus, Pneumothorax, Pneumonie? • Kreislauf: Schock? Sepsis?

50. Problemmanagement • Nun, es klappt noch immer nicht….. • Richtige Einstellungen ? Richtiger Modus ? • Sollte der Ventilator mehr Arbeit leisten ? • Patient unfähig dies zu tun • Ursächliches Problem verschlechtert (neues Problem?) • Luftleck? • Muss der Patient tiefer sediert werden ? • Sollte der Patient extubiert werden ? • Ventilatoren sind auch nur Menschen..(funzt Er ?)