mini|Venös-arterielle ECMO beim Neugeborenen (schematisch) mini|ECMO-Gerät
Die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) und die extrakorporale Lungenunterstützung (oder extrakorporale Lungenassistenz, ECLA) sind in der Intensivmedizin eingesetzte Unterstützungssysteme, bei denen eine Maschine teilweise oder vollständig Atemfunktionsleistungen für den Patienten außerhalb seines Körpers übernimmt. Dabei wird zwischen veno-venösen und arterio-venösen Anschlüssen unterschieden. Angewendet werden die Verfahren bei Patienten mit schwerer Lungenschädigung (ARDS) oder eingeschränktem Lungenkreislauf, um einen Gasaustausch ähnlich der normalen Atemfunktion sicherzustellen.R. Kopp, D. Henzler, R. Dembinski, R. Kuhlen: Extrakorporale Membranoxygenierung beim akuten Lungenversagen. In: Der Anaesthesist. Band 53, 2004, S. 168–174, doi:10.1007/s00101-003-0643-3. Sie werden oft bei Neugeborenen eingesetzt, die an Lungenschäden (Atemnotsyndrom, Mekoniumaspiration, persistierende pulmonale Hypertonie) oder bestimmten angeborenen Herzfehlern leiden.
Die ECMO ist damit eine Form der extrakorporalen Organersatzverfahren und wird auch als extracorporeal life support (extrakorporale Lebensunterstützung, ECLS) bezeichnet.
Die ECMO kann über Tage oder Wochen eine ausreichende Oxygenierung gewährleisten und so auch schwer geschädigten Lungen Zeit verschaffen, sich ohne eine belastende Beatmung zu erholen. Wegen der hohen technischen und personellen Anforderungen, Kosten und Komplikationsrisiken (z. B. Blutungen) ist die ECMO dann eine letzte Therapiemöglichkeit (Ultima Ratio).P. Feindt, C. Benk, U. Boeken, A. Bauer, U. Mehlhorn, J. Gehron, A. Markewitz, A. Beckmann, F. Beyersdorf: Einsatz einer extrakorporalen Zirkulation außerhalb eines herzchirurgischen Operationssaals. In: Kardiotechnik. Band 19, Nr. 3, 2010, S. 58–60, dgfkt.de (PDF; 47 kB). Auf Intensivstationen in Deutschland gab es am 4. November 2021 670 ECMO-Plätze. Besondere Bedeutung gewann die ECMO im Zusammenhang mit der COVID-19-Pandemie.
Technik Ein ECMO-Gerät ist ein spezieller Oxygenator, und zwar ein Membranoxygenator. Technisch gleicht er einer Herz-Lungen-Maschine. Um eine ECMO aufzunehmen, werden Kanülen in zwei große Blutgefäße eingebracht. Um eine Blutgerinnung zu vermeiden, setzt man gerinnungshemmende Mittel (Antikoagulanzien) zu, in der Regel Heparin.M. Hartmann, O. Boehm, A. Koch, St. Loer, K. Zacharowski: Das Gerinnungssystem während extrakorporaler Zirkulation In: Kardiotechnik. 2005(14), 2, , S. 43–48, dgfkt.de (PDF; 134 kB). Das ECMO-Gerät pumpt Blut kontinuierlich durch einen Membran-Oxygenator, der den Gasaustausch in der Lunge ersetzt: Er entfernt Kohlendioxid aus dem Blut und reichert es mit Sauerstoff an. Das so aufbereitete Blut wird dann zum Patienten zurückgeführt.
Die ECMO wird als manuell eingestellte Therapie, in der ein Mediziner oder Kardiotechniker die nötigen Stellwerte vorgibt, betrieben. Als Gegenstand verschiedener Forschungsvorhaben wird eine patienten-individuell geregelte ECMO erarbeitet.M. Walter, C. Brendle, A. Stollenwerk, R. Kopp, J. Arens, R. Bensberg, S. Leonhardt: Patient oriented closed loop control of extracorporeal lung assist. In: Journal of Critical Care. 2012, S. e8–e9, , rwth-aachen.de (PDF).B. Baumgartner, A. Mendoza, S. Eichhorn, U. Schreiber, A. Knoll: A comparative study on extra-corporal circulation control. In: Intl Conf IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC). 2011, S. 4287–4290;
Varianten der ECMO mini|200px|VV-ECMO
Es existieren verschiedene Formen der ECMO, die wichtigsten sind die veno-venöse ECMO (VV-ECMO), die veno-arterielle ECMO (VA-ECMO) und die pumpenlose arterio-venöse ECLA (pECLA). Entnommen wird das Blut bei den beiden ersten Versionen aus großen Venen (z. B. Vena femoralis oder Vena jugularis interna). Bei der VV-ECMO wird das oxygenierte Blut dann wieder in eine Vene eingeleitet, es ist bei schwerem Lungenversagen mit noch ausreichender Pumpfunktion des Herzens indiziert. Bei der VA-ECMO hingegen wird das Blut am Herzen vorbei in eine Arterie (Arteria femoralis) geleitet, so dass ein Parallelkreislauf entsteht.N. Madershahian, J. Wippermann, T. Wittwer, J. Strauch, Y.-H. Choi, K. Liebing, M. Kaluza, T. Wahlers: Veno-arterielle ECMO zur Therapie des therapierefraktären ARDS bei adultem Polytrauma In: Kardiotechnik. 16, 4, 2007, S. 98–101, , dgfkt.de (PDF; 126 kB) Da dadurch das Herz entlastet ist, wird diese Methode bei Patienten mit schlechter Pumpfunktion des Herzens (Herzinsuffizienz) eingesetzt. Die pECLA wird bei Patienten mit ausreichender Herzfunktion eingesetzt, welche eine geringere Unterstützung beim Gasaustausch benötigen. Da keine Pumpe eingesetzt wird, findet bei der pECLA im Allgemeinen eine geringere Blutschädigung statt.A. Liebold, A. Philipp, M. Kaiser, J. Merk, F. X. Schmid, D. E. Birnbaum: Pumpless extracorporeal lung assist using an arterio-venous shunt. Applications and limitations. In: Minerva Anestesiol. 68(5), Mai 2002, S. 387–391. PMID 12029251R. Kopp, R. Bensberg, M. Wardeh, R. Rossaint, R. Kuhlen, D. Henzler: Pumpless arterio-venous extracorporeal lung assist compared with veno-venous extracorporeal membrane oxygenation during experimental lung injury. In: British Journal of Anaesthesia. 108, 5, 2012, S. 745–753, doi:10.1093/bja/aes021, bja.oxfordjournals.org.
ECMO beim Erwachsenen Die erste Anwendung eines kardiopulmonalen Bypasses zur Therapie eines Lungenversagens (ARDS) fand Anfang der 1970er Jahre statt.J. D. Hill, T. G. O’Brien, J. J. Murray u. a.: Prolonged extracorporeal oxygenation for acute post-traumatic respiratory failure (shocklung syndrome). In: N Engl J Med. 286, 1972, S. 629. PMID 5060491. Mit der Aussicht auf ein wirkungsvolles Therapieinstrument zur Behandlung des ARDS starteten die National Institutes of Health (Oberste Gesundheitsbehörde der USA) eine ARDS-Multicenterstudie. Die Ergebnisse waren ernüchternd: Die Gruppe mit ECMO-Behandlung zeigte kein besseres Behandlungsergebnis, die Studie wurde vorzeitig abgebrochen.W. M. Zapol, M. T. Snider, J. D. Hill u. a.: Extracorporeal membrane oxygenation in severe acute respiratory failure. A randomized prospective study. In: JAMA. 242, 1979, S. 2193–2196. PMID 490805. Die Studie war trotz methodischer Mängel ein Rückschlag für die ECMO-Entwicklung. Die Forschung konzentrierte sich infolgedessen wieder verstärkt auf die Verbesserung der herkömmlichen Beatmungsverfahren.
Erst in den 1980er Jahren gelang es einer italienischen Forschergruppe, mit verbesserten Methoden einen Nutzen der ECMO zu zeigen, allerdings in einer nicht-kontrollierten Studie zur Kohlendioxid-Elimination.L. Gattinoni, A. Pesenti, D. Mascheroni u. a.: Low- frequency positive- pressure ventilation with extracorporeal CO2 removal in severe acute respiratory failure. In: JAMA, 256, 1986, S. 881–886. PMID 3090285. Bis heute gilt das Ergebnis dieser und anderer Folgeuntersuchungen, dass die ECMO beim ARDS des Erwachsenen von Nutzen sein kann, allerdings ohne bisher einen signifikanten Vorteil gegenüber einer Beatmungstherapie belegen zu können.G. Mols u. a.: Zehn Jahre Erfahrung mit extra-korporaler Membranoxygenierung (ECMO). In: Anästhesiol Intensivmed Notfallmed Schmerzther, 36, 2001, S. 4–14, doi:10.1055/s-2001-10241. 2006 wurde in Großbritannien eine randomisierte Multicenterstudie mit 80 Zentren und 180 Patienten beendet, um den Stellenwert einer ECMO zur ARDS-Therapie festzustellen.G. J. Peek, F. Clemens, D. Elbourne, R. Firmin, P. Hardy, C. Hibbert, H. Killer, M. Mugford, M. Thalanany, R. Tiruvoipati, A. Truesdale, A. Wilson: CESAR: Conventional ventilatory support vs extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure. In: BMC Health Services Research. 6, 2006, S. 163, Vorab veröffentlichte ErgebnisseG. Peek: CESAR: adult ECMO vs conventional ventilation trial. Society of Critical Care Medicine 37th Critical Care Congress; February 2-6, 2008; Honolulu. Zusammenfassung in: Schuerer 2008. scheinen für den Einsatz der extrakorporalen Membranoxygenierung beim Lungenversagen des Erwachsenen günstig zu sein.D. J. Schuerer, N. S. Kolovos, K. V. Boyd, CM. Coopersmith: Extracorporeal membrane oxygenation: current clinical practice, coding, and reimbursement. In: Chest. 134(1), Jul 2008, S. 179–184. PMID 18628221.
Die ersten erfolgreichen Anwendungen von extrakorporalem Gasaustausch (ECMO, ELA, ECLA, und der extrakorporalen CO2-Elimination ECCO2-R) in Deutschland wurden bei akutem Lungenversagen des Erwachsenen in den Jahren 1971 und 1983 an der Universität DüsseldorfH. D. Schulte, W. Bircks, R. Dudziak: Preliminary results with the Bramson membrane lung. (Also report of a successful, clinical long-term perfusion). In: Thoraxchir Vask Chir. 20, 1972, S. 54–59. PMID 4537173W. R. Thies, M. Breulmann, U. Lenhsen u. a.: Pulmonary function during a 10-day successful extracorporeal CO2 elimination in acute respiratory failure. Case report. In: Der Anaesthesist. 34, Apr 1985, S. 197–202. PMID 3923858. sowie bei Verbrennungen erstmals 1975 von Rommelsheim und Birtel an der Klinik für Anästhesiologie der Universität Bonn durchgeführt.K. Rommelsheim, F. J. Birtel, K. H. Seidat u. a.: Anwendung der „GE-DUALUNG“ bei pulmonaler Diffusionsstörung nach einem Verbrennungsfall. In: Wissenschaftl. Inform. d. Freseniusstiftg. 4, 1975, S. 185.K. Rommelsheim, F. J. Birtel, K. H. Seidat u. a.: Prolongierte extrakorporale Membranoxygenisierung wegen Schocklunge bei drittgradiger Verbrennung. In: Prakt. Anästhesie. 11, 1976, S. 8–16. PMID 967804.
ECMO beim Neugeborenen mini|Kanülenlage venös-arterielle ECMO beim Neugeborenen
Bartlett berichtete 1975 über die erste erfolgreiche neonatale ECMO-Anwendung in Kalifornien. Dem folgte die erste richtungsweisende Studie, die ein erhöhtes Überleben durch die Behandlung zeigte.R. H. Bartlett, A. B. Gazzaniga, M. R. Jefferies u. a.: Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) cardiopulmonary support in infancy. In: Trans Am Soc Artif Intern Organs. 22, 1976, S. 80–93. PMID 951895.R. H. Bartlett, A. B. Gazzaniga, J. Toomasian u. a.: Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) in neonatal respiratory failure. 100 cases. In: Ann Surg. 204, 1986, S. 236–245. PMID 3530151. Das im Vergleich zum Erwachsenen deutlich bessere Ansprechen einer ECMO-Therapie beim Neugeborenen führte zu einer zunehmenden Zahl an ECMO-Behandlungsfällen und ECMO-Zentren, zunächst in den USA und später auch weltweit.
Im Februar 1987 wurde in der Kinderklinik des Universitätsklinikums Mannheim die erste erfolgreiche ECMO-Anwendung bei einem Neugeborenen im deutschsprachigen Raum durchgeführt.W. Kachel, D. Arnold: Extrakorporale Membranoxygenierung beim Neugeborenen. In: Schriftenreihe Intensivmedizin Notfallmedizin Anästhesiologie. Band 73, 1. deutschsprachiges Symposium in Mannheim. 1994 bis 1995 wurde in Großbritannien eine randomisierte Multicenterstudie bei Neugeborenen durchgeführt. Aufgrund der signifikant höheren Überlebensrate in der ECMO-Behandlungsgruppe wurde die Studie im November 1995 frühzeitig abgebrochen, da die Fortführung ethisch nicht vertretbar war.UK collaborative randomised trial of neonatal extracorporeal membrane oxygenation. In: Lancet. 348, 1986, S. 75–82. Die Studie widerlegte auch in nachfolgenden Folgeuntersuchungen die Befürchtung, dass die höhere Überlebensrate in der ECMO-Behandlungsgruppe durch psychomotorische Defizite „erkauft“ würde. Stattdessen bleibt der Nutzen der ECMO auch in der Nachuntersuchung der Kinder erhalten.H. McNally, C. C. Bennett, D. Elbourne u. a.: United Kingdom Collaborative Randomized Trial of Neonatal Extracorporeal Membrane Oxygenation: Follow-up to Age 7 Years. In: Pediatrics. 117, 2006, S. e845–e854.
Extracorporeal Life Support Organization (ELSO)