4.4.1. Basics und Physiologie der Beatmung

Beatmung – Beschreibung

• Künstliche Überdruckbeatmung

• Kontrollierte Beatmung: Atmung wird vollständig übernommen

• Assistierte Beatmung: Eine vorhandene, aber unzureichende Spontanatmung wird unterstützt

Bei Vorliegen einer Ateminsuffizienz[1]) kann eine künstliche Beatmung durchgeführt werden. Dabei wird die Atmung des Patienten künstlich durch geeignete Hilfsmittel ersetzt oder ergänzt. Es handelt sich i. d. R. um eine Überdruckbeatmung[2], d. h. es wird mit Druck Luft in die Atemwege des Patienten gepumpt. Im Unterschied dazu wird bei der natürlichen Atmung Luft mit Unterdruck durch den Patienten eingesogen. Man unterscheidet zwischen einer kontrollierten und einer assistierten Beatmung.

Bei der kontrollierten Beatmung wird die gesamte Atmung künstlich aufrecht erhalten; hingegen bei der assistierten Beatmung hat der Patient eine eigene Spontanatmung, die aber nicht ausreichend ist (zu langsam oder zu seicht). Man unterstützt dabei die Atembemühungen des Patienten, indem man zusätzliche oder tiefere Atemhübe (mittels Druckunterstützung) verabreicht.

Wichtig

Der wesentliche Unterschied zwischen der physiologischen und der künstliche Beatmung sind die Druckverhältnisse: Während bei der physiologischen Atmung die Luft eingesogen wird (negativer Atemwegsdruck), erfolgt bei der künstlichen Beatmungn der Gasfluss durch einen Überdruck.

Die Basics

Die physiologische Atmung funktioniert nach dem Unterdruck-Prinzip, es wird Luft vom Patienten eingesogen. Die künstliche Beatmung hingegen ist grundsätzlich eine Überdruck-Beatmung. Mittels Druckdifferenz (Δp, Driving Pressure) zwischen dem Innenraum (Lunge) und dem Außenraum (Beatmungsgerät) wird ein Gasfluss (Flow) erzeugt. Um die Beatmung grundlegend zu kontrollieren bedient man sich folgender Parameter:

Frequenz \(f\)

der Atemzyklen, auch AF oder engl. RF.

Ist abhängig vom Alter und absoluten KG (z.B. Mann mit 180cm/50 kg hat herabgesetzte AF), Temperatur, CO₂-Produktion (Sedierung reduziert CO₂-Produktion im Gehirn daher AF erniedrigt!)

I:E-Verhältnis

Dauer von Inspiration (I, Inspirationszeit) und Exspiration (E, Exspirationszeit).

Faustregel: Eine Verlängerung der Inspirationszeit verlängert Verbessert die Oxygenierung (IRV).

Flow

Fluss im Verlauf des Atemzyklus

Volumen (V)

ergibt sich aus Flow über die Zeit

Druck

im Verlauf des Atemzyklus

Compliance

Dehnbarkeit der Lunge

Resistance

Atemwegswiderstand

Die Compliance bzw. Resistance spiegeln im Wesentlichen die gegebenen Eingenschaften des Gewebes und des Atemwegs wider.

Essentiell ist das Verständnis, dass die Parameter miteinander in Verbindung stehen und sich gegenseitig beeinflussen:

• Die Frequenz limitiert die Zeiten für Inspiration und Exspiration

• Druck, Volumen und Compliance stehen miteinander in Beziehung: Eines davon ist immer der Freiheitsgrad, der sich aus den anderen Beiden ergibt.

  • Bei gegebener Compliance und gewähltem Zielvolumen (und Flow) ergeben sich gewisse Druckverhältnisse (Wahl: Volumen, Freiheitsgrad: Druck)

  • Bei gegebener Compliance und gewähltem Druck ergibt sich ein Volumen (Wahl: Druck, Freiheitsgrad: Volumen (und Flow))

Unterscheidung nach Prinzip

Support

Auch Breath to breath support: Jeder getriggerte Atemzug des Patienten wird vom Respirator durch positiven Druck unterstützt, z. B. mittels Flowtrigger: normalerweise 2 l / min → Wenn der Patient > 2 l / min einatmet bekommt er eine Druckunterstützung → Entscheidend ist die Einatemgeschwindigkeit! Alternativ kann auch ein Drucktrigger oder eine elektrische Ableitung der Zwerchfellmuskulatur zum Erkennen von Atemanstrengungen angewandt werden.

• PSV, ASB, PPS, NAVA z.B. bei COPD

Augmentation

Intermittierende maschinelle Atemhübe zur Augmentation des AMV mit simultaner Spontanatmung, der spontane Atemhub erfährt keine Druckunterstützung):

• BIPAP, APRV, SIMV

• z.B. bei ARDS, intraoperativ bei Eingriffen ohne Relaxierung möglich (Voraussetzung: keine Lungenpathologie, kreislaufstabil, temperaturstabil)

Kontrollierte Beatmung

PCV, PCV-VG, VCV, VCV-VG, CMV, IPPV, CPPV

Das PEEP-Ventil sorgt für einen positiven Druck am Ende der Ausatmung

PEEP

• Positiver end-exspiratorischer Druck

• Zusammenfallen der Lungenbläschen verhindert

PEEP steht für Positive End-Exspiratory Pressure (positiver end-exspiratorischer Druck), d. h. positiver Druck in den Atemwegen (auch) am Ende der Ausatmungsphase.

Der PEEP sorgt dafür, dass am Ende der Ausatmungsphase (Exspiration) der Druck in den Atemwegen nicht auf 0 absinkt, sondern stattdessen ein positiver Druck aufrecht erhalten wird. Dadurch wird das Zusammenfallen der Alveolen verhindert.

Der PEEP liegt physiologisch bei 5–10 mm Hg in der Trachea nach Expiration, durch einen Tubus wird dieser jedoch verhindert. Der PEEP verschiebt VT nach oben (red. IRV) und hebt damit die FRC AZV → Totraumventilation (va. bei AF > 30/min) und Frischluftventilation! Die Höhe des erforderlichenPEEPs richtet sich nach der Hämodynamik, KG, Lagerung des Patienten!

Fig. 37 PEEP-Ventil

© Ch. Pallinger ℓ MfG

Ein PEEP kann mittels eines PEEP-Ventils erreicht werden. Es wird dabei auf die Ausatemöffnung des Beatmungsbeutels bzw. Beatmungsschlauches aufgesteckt. Durch Drehen der Kappe kann der gewünschte PEEP eingestellt werden. Die Einstellung kann an der angebrachten Skala abgelesen werden[3]. Es gibt PEEP-Ventil-Produkte sowohl als Einweg-, als auch als Mehrwegmaterial![4] Bei der Maskenbeatmung ist zu beachten, dass der PEEP nur erreicht werden kann, wenn das Beatmungssystem luftdicht ist. Sobald die Maske nicht mehr dicht aufsitzt, verliert das PEEP-Ventil seine Wirkung, da die Ausatemluft unkontrolliert über die Leckage entweichen kann.

Bemerkung

Das PEEP-Ventil sorgt für einen positiven Druck am Ende der Ausatmung.

FiO₂

Toxische Sauerstoffwirkung bei > 0,4 FiO₂

• Erhöht Sauerstoffradikale mit erhöhter Permeabilität/Ödem, Zerstört Surfactant, aktiviert Makrophagen und Granulozyten, Stört Zilienfunktion.

• Resorbtionsatelektasen bei hohem paO₂ in der Alveole = viel O₂ geht ins Blut, der Partialdruck der in der Alveole verbleibt ist unter dem hydrostatischen Druck der Umgebung = Atelektase.

Erweiterte Beatmungsparameter

RAMPE

Normalerweise 0,2 sec; Ziel ist eine vollständige Inspiration in der Inspirationszeit mit kurzer NO-Flowphase vor Exspiration. Bei zu raschem Anstieg kann es zu reflektorischem Pressen mit hohem Spitzendrücken kommen.

Eskalationsstrategie

1. Atemtherapie und pharmakologische Therapie

   • Triflow, physikalische Therapie

   • Bronchodilatatoren

   • Sekretolytika

   • Antiinflammation

2. NIV mit CPAP

3. NIV mit CPAP und Druck-Support

4. Intubation:

   • erhaltene Spointanatmung: PSV/ASB, ASV, BIPAP + ev. IRV

   • kontrollierte Beatmung: BIBAP, PCV, PCV-VG; VCV nur in besonderen Fällen (Hirndruck!)

5. Steigende Verzweiflung:

   • Lagerungstherapie (Bauch-, Seitenlage)

   • NO-Inhalation

   • ILA

   • ECMO

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[1]

Zur Beurteilung einer Ateminsuffizienz sind verschiedene Faktoren zu beachten. Bei einem Atemstillstand oder einer Schnappatmung ist jedenfalls von einer (beatmungspflichtigen) Ateminsuffizienz auszugehen. Darüber hinaus können klinische Parameter wie die Atemfrequenz, die Atemmechanik des Patienten, oder auch Messwerte wie die Blutgasanalyse auf das Vorliegen einer Ateminsuffizienz hinweisen bzw. deren Schwere beurteilen.

[2]

Theoretisch kann auch mittels einer Unterdruckkammer eine Unterdruckbeatmung durchgeführt werden (Eiserne Lunge ), dies ist aber sehr aufwendig und wird praktisch nicht durchgeführt.

[3]

Der Druck wird je nach Modell in Zentimeter Wassersäule (cm H₂O) oder Millibar (mbar) angebeben. Typische Werte sind z. B. 5 oder 10 cm H₂O.

[4]

Moderne Beatmungsgeräte verfügen über eine integrierte PEEP-Ventil und benötigen kein zusätzliches, externes PEEP-Ventil.