Hilfsmittel zur Beurteilung der (De-)Rekrutierbarkeit am Patientenbett

• Es ist eine der grössten Herausforderungen in der Behandlung von ARDS-Patienten, eine ausreichende Oxygenierung und CO2-Eliminierung sicherzustellen, ohne die Lunge weiter zu schädigen.
• Da das angemessene zu verabreichende PEEP-Niveau vom Recruitmentpotenzial der Lunge abhängt, kann die Bewertung der Rekrutierbarkeit zur Einstellung des geeigneten PEEP-Werts herangezogen werden.
• Eine von zwei am Patientenbett verwendeten Methoden zur Beurteilung der Rekrutierbarkeit anhand von Messungen der Atemmechanik ist das Verhältnis von Recruitment zu Inflation, das aus den Monitoring-Parametern des Beatmungsgerätes berechnet werden kann.
• Ein niedrigeres R/I-Verhältnis weist auf ein geringeres Recruitmentpotenzial hin.

Die richtige Abstimmung dieser beiden Aspekte stellt eine der grössten Herausforderungen bei der Behandlung von ARDS-Patienten dar. Bei akuten Lungenerkrankungen lassen sich die Alveolen schematisch in drei Gruppen unterteilen: Stabile Alveolen bleiben auch bei niedrigen Drücken offen (wie bei einer normalen Lunge). Rekrutierbare Alveolen können durch einen angemessen sicheren positiven Druck wiedereröffnet und offen gehalten werden (rekrutierbare Lunge). Nicht rekrutierbare Alveolen sind kollabiert oder konsolidiert und lassen sich nicht wiedereröffnen (nicht rekrutierbare Lunge). Je nach dem relativen Anteil dieser Gruppen zu einem bestimmten Zeitpunkt kann die Lunge als mechanisch nahezu normal, rekrutierbar oder nicht rekrutierbar eingestuft werden. Bei einer rekrutierbaren Lunge gilt eine auf Recruitment ausgerichtete Beatmung mit optimal eingestelltem positivem endexspiratorischem Druck (PEEP) als lungenschonende Massnahme. Einerseits erhöht der PEEP die Inspirationsdrücke, was das Recruitment kollabierter Alveolen fördert und es der Lunge erleichtert, das Tidalvolumen sicher aufzunehmen. Andererseits wirkt ein optimales PEEP-Niveau als mechanischer Stabilisator, der dem zyklischen De-Recruitment der Alveolen während der Exspiration und dem damit verbundenen Atelektrauma entgegenwirkt. Bei nicht rekruitierbaren oder mechanisch nahezu normalen Lungen ist die Situation jedoch anders: Ein hohes PEEP-Niveau wäre sowohl übermässig als auch ineffektiv.

Der einfachste Ansatz zur Einstellung des PEEP-Niveaus bei ARDS besteht darin, den Wert zu erhöhen, während man auf eine zufriedenstellende Verbesserung der Oxygenierung achtet. Dieser Ansatz ist jedoch nur bei Patienten sinnvoll, die auf die Behandlung reagieren, und kann insbesondere bei Patienten, die schlecht auf den PEEP ansprechen, zu einer Überdehnung führen. Die Messung der Rekrutierbarkeit könnte wertvolle Zusatzinformationen zur Ermittlung des optimalen PEEP-Werts liefern.

Was genau bedeutet Rekrutierbarkeit? Alveoläre Instabilität und die Fähigkeit, auf positiven Druck zu reagieren, sind Voraussetzungen für die Rekrutierbarkeit. Es steht ausser Frage, dass jede Lunge mit Recruitmentpotenzial auch das Potenzial zum De-Recruitment besitzt, was bedeutet, dass instabile Alveolen wieder kollabieren können, wenn der Atemwegsdruck unter einen bestimmten Verschlussdruck fällt. 

Am Patientenbett kommen zur Beurteilung der Rekrutierbarkeit verschiedene Methoden zum Einsatz, von bildgebenden Verfahren wie Lungenultraschall oder elektrischer Impedanztomographie bis hin zu Ansätzen, die auf Messungen der Atemmechanik während spezieller Manöver basieren: die Analyse eines statischen Druck-Volumen-Loops (PV-Loop) des Atemsystems und das Verhältnis von Recruitment zu Inflation (R/I). Beide Methoden erfordern eine invasive Beatmung und vollständige Entspannung des Patienten.

Bei der ersten Methode – dem statischen PV-Loop – kommt ein spezielles Tool am Beatmungsgerät zum Einsatz, um das Volumen in Relation zum Atemwegsdruck während eines langsamen, kontrollierten Ein- und Ausatmungsmanövers zu erfassen. Ein typisches Manöver besteht darin, das Atemsystem während eines langsamen, konstanten Druckanstiegs von 2 cmH2O/s von 5 bis 40 cmH2O und zurück zu untersuchen. Eine gängige Alternative ist es, bei null zu beginnen und zu enden. In der Praxis werden durch diese langsamen Manöver gleichzeitig zwei Aspekte untersucht: die möglichen Recruitment-Effekte durch langsam steigende Drücke und das mögliche De-Recruitment bei langsam sinkenden Drücken. In einem Diagramm mit Paw auf der X-Achse und Volumen auf der Y-Achse zeigt sich normalerweise eine Hysterese zwischen den Inflations- und Deflationskurven, wobei die Deflationskurve höher verläuft als die Inflationskurve. Je weiter die beiden Kurven auseinander liegen, desto ausgeprägter ist die Hysterese. Interessanterweise wurde eine grössere Hysterese (d. h. ein breiterer Loop) mit einem höheren Recruitmentpotenzial in Verbindung gebracht, während eine kleinere Hysterese (d. h. ein schmalerer Loop) auf ein geringeres Recruitmentpotenzial hinweist (Demory D, Arnal JM, Wysocki M, et al.). Recruitability of the lung estimated by the pressure volume curve hysteresis in ARDS patients. Intensive Care Med. 2008;34(11):2019-2025. doi:10.1007/s00134-008-1167-81​, Chiumello D, Arnal JM, Umbrello M, et al. Hysteresis and Lung Recruitment in Acute Respiratory Distress Syndrome Patients: A CT Scan Study [die veröffentlichte Korrektur erscheint in Crit Care Med. 2022 Mar 1;50(3):e339]. Crit Care Med. 2020;48(10):1494-1502. doi:10.1097/CCM.00000000000045182​). Die Ausprägung der Hysterese kann als normalisierter Maximalabstand (NMA) angegeben werden, d. h. als das Verhältnis vom Maximalabstand zwischen den zwei Kurven zum Maximalvolumen des Manövers. Ein NMA-Wert von 0,41 entspricht einer mittleren Rekrutierbarkeit und gilt als Scheidepunkt zwischen Zuständen mit niedrigerem und solchen mit höherem Recruitmentpotenzial (Chiumello D, Arnal JM, Umbrello M, et al. Hysteresis and Lung Recruitment in Acute Respiratory Distress Syndrome Patients: A CT Scan Study [die veröffentlichte Korrektur erscheint in Crit Care Med. 2022 Mar 1;50(3):e339]. Crit Care Med. 2020;48(10):1494-1502. doi:10.1097/CCM.00000000000045182​).

Die zweite Methode, das Verhältnis von Recruitment zu Inflation (R/I) (auch als „vereinfachte Methode zum De-Recruitment“ bekannt), wurde von Chen et al. eingeführt. (Chen L, Del Sorbo L, Grieco DL, et al. Potential for Lung Recruitment Estimated by the Recruitment-to-Inflation Ratio in Acute Respiratory Distress Syndrome. A Clinical Trial. Am J Respir Crit Care Med. 2020;201(2):178-187. doi:10.1164/rccm.201902-0334OC3​, Chen L, Chen GQ, Shore K, et al. Implementing a bedside assessment of respiratory mechanics in patients with acute respiratory distress syndrome. Crit Care. 2017;21(1):84. Published 2017 Apr 4. doi:10.1186/s13054-017-1671-84​). Sie untersucht das mögliche De-Recruitment, das während der herkömmlichen volumenkontrollierten Beatmung (CMV) auftritt, wenn der PEEP abrupt um 10 cmH2O von einem hohen Niveau (zwischen 15 und 18 cmH2O, mindestens 30 Minuten aufrechterhalten) auf ein niedrigeres Niveau (zwischen 5 und 8 cmH2O) gesenkt wird. Der Übergangsatemzug, bei dem die Inspiration mit einem hohem PEEP beginnt und die Ausatmung mit einem niedrigen PEEP endet, führt zu einem grösseren exspiratorischen Volumen als bei den vorherigen Atemzügen. Das zusätzliche exspiratorische Volumen setzt sich aus zwei völlig unterschiedlichen Komponenten zusammen. Die erste, das deflatierte Volumen, hängt von der Deflationsreaktion der Alveolen ab, die bei einem niedrigen PEEP stabil bleiben. Das deflatierte Volumen untersucht den Einfluss von Druckänderungen auf die Inflation (I) und Deflation der Babylunge und steht in Beziehung zu ihrer Grösse. Die zweite Komponente, das de-rekrutierte Volumen, hängt vom De-Recruitment instabiler Alveolen ab, die sofort kollabieren und ihren Gasinhalt vollständig freisetzen, wenn der PEEP auf ein niedriges Niveau gesenkt wird. Das de-rekrutierte Volumen analysiert den Effekt von Druckänderungen auf Recruitment (R) und De-Recruitment. Der R/I-Index ergibt sich aus dem de-rekrutierten Volumen geteilt durch das deflatierte Volumen. In der Praxis stellt der Index das beobachtete De-Recruitment im Verhältnis zur  Grösse der Babylunge dar und gibt somit das Mass der Rekrutierbarkeit an. 

Die Berechnung des R/I-Verhältnisses ist relativ unkompliziert und basiert auf Daten, die vom Monitoringsystem des Beatmungsgerätes abgelesen werden können: dem exspiratorischen Volumen bei hohem PEEP, dem exspiratorischen Volumen während des PEEP-Übergangsatemzugs und der Compliance des Atemsystems bei niedrigem PEEP. Je niedriger das R/I-Verhältnis, desto geringer das Recruitmentpotenzial, wobei Null kein Recruitment bedeutet. Mittlere Werte liegen bei etwa 0,5 (dem Medianwert der von Chen et al. untersuchten Population), wobei Werte über 0,6 auf eine hohe Rekrutierbarkeit hindeuten (Chen L, Del Sorbo L, Grieco DL, et al.). Potential for Lung Recruitment Estimated by the Recruitment-to-Inflation Ratio in Acute Respiratory Distress Syndrome. A Clinical Trial. Am J Respir Crit Care Med. 2020;201(2):178-187. doi:10.1164/rccm.201902-0334OC3​). Die Ergebnisse des R/I-Verhältnisses wurden mit der Hysterese auf statischen PV-Loops verglichen, und es wurde eine gute Übereinstimmung festgestellt (Nakayama R, Bunya N, Katayama S, et al.). Correlation between the hysteresis of the pressure-volume curve and the recruitment-to-inflation ratio in patients with coronavirus disease 2019. Ann Intensive Care. 2022;12(1):106. Published 2022 Nov 12. doi:10.1186/s13613-022-01081-x5​). 

Sobald entweder die Hysterese auf einem einzelnen statischen PV-Loop oder das R/I-Verhältnis bei einem De-Recruitmentmanöver von 10 cmH2O eine hohe, mittlere oder niedrige Rekrutierbarkeit anzeigt, wie sollte die PEEP-Einstellung in der klinischen Praxis angepasst werden? Bei niedriger Rekrutierbarkeit ist in der Regel ein niedriger PEEP-Wert die beste Wahl. Obwohl eine hohe Rekrutierbarkeit häufig als Indikator für einen hohen PEEP betrachtet wird, ist es wichtig, die aktuellen Warnhinweise zu diesem Konzept zu beachten (Gattinoni L, Collino F, Camporota L. Assessing lung recruitability: does it help with PEEP settings?). Intensive Care Med. 2024;50(5):749-751. doi:10.1007/s00134-024-07351-56​). Und wie verhält es sich mit mittlerer Rekrutierbarkeit? Interessanterweise wurde die Hysterese-Bewertung auf mehreren statischen PV-Loops während eines absteigenden PEEP-Tests vorgeschlagen, um das optimale PEEP-Niveau zum Recruitment und zur mechanischen Stabilisierung instabiler Alveolen präzise zu bestimmen (Mojoli F, Pozzi M, Arisi E. Setting positive end-expiratory pressure: using the pressure-volume curve. Curr Opin Crit Care. 2024;30(1):35-42. doi:10.1097/MCC.00000000000011277​). Der Ansatz mit der Bestimmung des R/I-Verhältnisses wurde auch zur präzisen Bewertung des De-Recruitments während eines absteigenden PEEP-Tests eingesetzt. Allerdings erfordert dieser Ansatz eine komplexe Technologie, da die Messung des endexspiratorischen Lungenvolumens mittels Stickstoffverdünnung notwendig ist (Grieco DL, Pintaudi G, Bongiovanni F, et al.). Recruitment-to-inflation Ratio Assessed through Sequential End-expiratory Lung Volume Measurement in Acute Respiratory Distress Syndrome. Anesthesiology. 2023;139(6):801-814. doi:10.1097/ALN.00000000000047168​) 

Das R/I-Verhältnis ermöglicht die Beurteilung der Rekrutierbarkeit am Patientenbett unter Verwendung der Standardmonitoringparameter auf Beatmungsgeräten von Hamilton Medical. Die alternative Methode mit dem statischen PV-Loop kann mithilfe des P/V-Tools angewendet werden, das auf den Beatmungsgeräten HAMILTON‑C3/C6 und HAMILTON‑G5/S1 verfügbar ist (Als Option auf den Beatmungsgeräten HAMILTON-G5 und HAMILTON-C3/C6 verfügbar.A​, Standardausstattung beim HAMILTON-S1.B ). Hierbei kann die Rekrutierbarkeit direkt aus der Druck/Volumen-Kurve in einem einzigen diagnostischen Manöver abgelesen werden. Das P/V-Tool kann darüber hinaus für Recruitmentmanöver oder zur Bestimmung des optimalen PEEP-Niveaus eingesetzt werden, indem es eine präzise Analyse der Hysterese aus verschiedenen diagnostischen Manövern liefert.