Grundlagen der Beatmung

Dr. C. SchönKinder-Intensivstation/ Heimbeatmung

Dr. von Haunersches Kinderspital

Curriculum Pädiatrie 04.04.2014

• Anatomie des Respirationstraktes

• Atemphysiologische Grundbegriffe/ Grundlagen der Atmung

• Respiratorische Insuffizienz

• Beatmungstechnik

• Beatmungsformen

Anatomie des Respirationstraktes

-Gesamte innere Oberfläche der Alveolen beträgt ca. 80 –120 m²

-das Alveolarepithel ist mit Surfactant wie mit einem Film ausgekleidet

• Surfactant besteht zu 90 % aus Lipiden und 10 % Proteinanteil

• Funktion: Herabsetzung der Oberflächenspannung an der Grenzfläche zwischen Alveolargewebe und Luft (Alveolarkollaps wird verhindert)

Physiologie der Lunge

Äußere Atmung: Gasaustausch zwischen Organismus und Umwelt

- Ventilation: Vorgang der Inspiration und Exspiration, Atemgastransport

- Gasaustausch: Aufnahme von Sauerstoff aus den Alveolen ins Blut und Abgabe von Kohlendioxid (CO2) aus dem Blut in die Alveolen

Innere Atmung: Gasaustausch im Gewebe/ Organen

Physiologie der Lunge - Gasaustausch

Atemmechanik

Treibende Kraft für die Ventilation: Druckunterschiede

• Unterdruck in der Lunge

- Luft strömt ein = Inspiration

• Überdruck in der Lunge

- Luft strömt aus = Exspiration

Atemmechanik - Einatmung

Für die Füllung der Lunge mit Luft ist ein Unterdruck in der Lunge notwendig. Der notwendige Unterdruck kommt durch eine Erweiterung des Brustkorbes in der Lunge zustande, so daß die Luft praktisch durch eine Sogwirkung in die Lunge gelangt.

Atemmechanik - Ausatmung

Bei der Ausatmung erschlafft die Zwischenrippenmuskulatur und der knöcherne Brustkorb sinkt nach unten. Gleichzeitig läßt die Spannung des Zwerchfells nach, es tritt nach oben und der Brustkorbinnenraum verkleinert sich. Es entsteht nun ein Überdruck in der Lunge und die Luft wird nach aussen gepresst. (passiver Vorgang)

Atemmechanik - Atemmuskulatur

An der Erweiterung des Brustkorbs/ Einatmung (Inspiration) sind folgende Muskeln beteiligt:

• Zwerchfell: wichtigster Atemmuskel, flacht bei Kontraktion ab.

• Äußere Zwischenrippenmuskeln: heben bei Kontraktion die jeweils unteren Rippen nach vorne.

• Atemhilfsmuskulatur: wird zusätzlich eingesetzt bei Atemnot.

Druckdifferenz zwischen alveoläremund atmosphärischen Druck

• bei Inspiration negativ

• bei Exspiration positiv

• in Atemruhelage = Luftdruck

Druck-Zeit-Diagramm

Negativ-Druckbeatmung

Atemmechanische Größen – physikalische Grundlagen

Einfaches Modell:

Bronchialsystem = Röhrensystem

Lunge = elastischer Blasebalg

Zylindrische Röhre mit Strömungswiderstand (R=Resistance)

Elastischer Balg mit bestimmter Dehnbarkeit (C=Compliance)

Resistance (R)

Maß für den Strömungswiderstand (Atemwegswiderstand) des respiratorischen Systems, der vom Luftstrom während der Inspiration und Exspiration überwunden werden muss

Bei Kindern sind aufgrund der anatomischen und physiologischen Besonderheiten der Atmungsorgane die Strömungswiderstände wesentlich höher als bei Erwachsenen

Resistance (R)

Hagen-Poiseuille-Gesetz: R=1/r4

1. R ist umgekehrt proportional der 4.Potenz des Radius (d.h. sinkt derAtemwegsdurchmesser um die Hälfte steigt der Widerstand auf das 16-fache2. R ist direkt proportional zur Länge der Atemwege

Ursachen für erhöhten Atemwegswiderstand

• Übermäßige Schleimsekretion/ Sekretretention

• Schleimhautschwellung (Bronchitis, Asthma, Lungenödem)

• Bronchospasmus

• Stenosen

• Fremdkörper

• Tubus/ Trachealkanüle

Compliance (C)

Maß für die Dehnbarkeit der Lunge, beschreibt die elastischen Eigenschaften des respiratorischen Systems

= Volumen-Druck-BeziehungVerhältnis von Volumenänderung zu Druckänderung

Bsp: wird in einen Luftballon der ein bestimmtes Volumen hat und unter gewissem Druck steht, zusätzlich Volumen hinein geblasen, ändert sich das Volumen um den Wert ∆V und der Druck erhöht sich um den Wert ∆p.

Diese Volumenänderung wird auch als Atemzugvolumen bezeichnet

Druck-Volumen-Diagramm

Flacher Kurvenabschnitt:

Maximale Alveolardehnbarkeit

Überdehnung der Alveolarsepten

Elastizitätsverlust

Steiler Kurvenabschnitt:

Atemarbeit ist am geringsten

Um das gleiche Atemzugvolumen zu machen, muss man im flachen Teil der Kurve einen höheren Druckgradientenaufbauen als im steilen Teil.

Statische Lungenvolumina

• Atemzugvolumen AZV 7 - 10 ml/kg KG– Volumen, das pro Atemzug ein-/ ausgeatmet wird

• Inspiratorisches Reservevolumen– Lungenvolumen, das nach normaler Inspiration noch zusätzlich

eingeatmet werden kann

• Exspiratorisches Reservevolumen– Lungenvolumen, das nach normaler Exspiration noch zusätzlich

ausgeatmet werden kann

• Residualvolumen RV– Gasvolumen, welches nach maximaler Expiration noch in der Lunge

verbleibt (nicht mobilisierbar)

Statische Lungenvolumina (2)

• Vitalkapazität VC– Lungenvolumen, zwischen maximaler Inspiration und maximaler

Exspiration

• Totalkapazität– Gasvolumen, nach maximaler Inspiration

• Atemminutenvolumen– Luftvolumen, das in einer Minute geatmet wurde (Ruhe: 8-10 l)

Statische Lungenvolumina

Respiratorische Insuffizienz

Respiratorisches System in 2 Kompartimente unterteilt:

Lunge Atempumpe = zuständig für Ventilation

Gasaustauschfläche Atemzentrum

Nerven

Thorax

Atemmuskulatur

Ursachen für Störung der Atempumpe

Störungen des zentralen Atemantriebs• Hirnstammläsionen• Atemregulationsstörungen (Undine-Syndrom)• ZNS-Malformationen• Trauma/ Querschnitt

Neuromuskuläre Erkrankungen• Spinale Muskelatrophie• Muskeldystrophie Duchenne• Neuropathien (Guillain-Barré)• Mitochondriopathie

Ursachen für Störung der Atempumpe (2)

Störungen der Atemmechanik:

• Schwere Skoliose

• Skelettsyndrome

• Zwerchfellhernie

Ursachen für Lungenparenchymversagen

Obstruktive Lungenerkrankungen• Bronchitis, CF, Asthma• Adenoide (obstruktive Schlafapnoe)

Restriktive Lungenerkrankungen• Interstitielle Pneumonitis• Kollagenosen (Lupus)• Sarkoidose

PneumonieLungenödemAtelektasenLungenfibroseARDS (z.B. bei Sepsis, Trauma, Schock, Verbrennung)

-> Verlust an funktionellem Lungengewebe

Definition der respiratorischen Insuffizienz

Ø Atemarbeit, die für suffizienten Gasaustausch notwendig ist, kann nicht mehr aufgebracht werden.

Ø Pulmonale O2-Aufnahme ist beeinträchtigt

Ø Keine ausreichende O2-Versorgung im Gewebe

Ø Keine ausreichende Elimination von CO2

Respiratorische Insuffizienz

Respiratorisches System in 2 Kompartimente unterteilt:Lunge Atempumpe = zuständig für Ventilation

Gasaustauschfläche AtemzentrumNervenThoraxAtemmuskulatur

Lungenparenchymversagen Atempumpenversagen(schlechte Oxygenierung) (schlechte Ventilation)

Sättigung↓ CO2↑

Klinische Zeichen der drohenden respiratorischen Insuffizienz

Tachypnoe LEITSYMPTOM!Abnahme AZVSchaukelatmungEinsatz der AtemhilfsmuskulaturDyspnoeZyanosePsychomotorische UnruheSchwitzenTachykardie, Hypertonie(Blutgasanalyse (paO2 ↓, paCO2 ↑↓)

Klinische Zeichen chronischen respiratorischen Insuffizienz

Kopfschmerzen

Müdigkeit

Antriebslosigkeit

Depression/ Angst (vor Ersticken)

Leistungsverlust

Konzentrationsschwierigkeiten in der Schule

Gedeihstörung

Schlechte motorische Entwicklung

Sekretverhalt in den Atemwegen

Indikationen zur maschinellen Beatmung

Störung der VentilationStörung der Oxygenierung

• Oxygenierungsproblem– z.B. Pneumonie, ARDS, Aspiration

• Versagen der Atempumpe– Muskelhypotonie, Bewusstseinstörung

• Herzinsuffizienz• Erschöpfung durch hohe Atemarbeit

Ziele der Beatmungstherapie

1. Sicherstellung des pulmonalen Gasaustausches2. Sicherung der Atemwege bei fehlenden

Schutzreflexen oder bei Engstellen im Bereich der oberen Atemwege

3. Beatmung mit möglichst wenig Nebenwirkungen auf den Kreislauf

4. Vermeidung von Lungenschädigung durch die Beatmung (lungenprotektiv) -> Beatmung mit den kleinstmöglichen Drucken

Jede Beatmung muss individuell auf den Patienten abgestimmt sein

Indikation zur maschinellen Beatmung (chronische Erkrankungen)

• Indikation primär durch Symptome:– Sekretprobleme: akut/chronisch– rezid. Infekte– Schlafbezogen

• unterstützt durch Blutgase• Schlechte oder schlechter werdende Lungenfunktionsprüfung (LuFu)

• Stufenplan:– 1. erschwertes Abhusten: Exspirationshilfen– 2. Hyperinsufflation 1h/d– 3. Nicht-invasive Beatmung– 4. Invasive Beatmung

Welcher Beatmungszugang?Beatmungsmaske - nicht invasiv

Tracheotomie/ Trachealtubus - invasiv

Maskenbeatmung

• Wacher kooperativer Patient• Erhaltener Atemantrieb• Erhaltene Schutzreflexe• Meist vorübergehende, kurze Beatmungsdauer• Aber auch Langzeitbeatmung 16 – 20h (bis 24 h möglich)

• Nicht bei Reanimation, Atemstillstand oder Kreislaufinsuffizienz• Nicht bei Verletzungen im Kopf- /Halsbereich

• Bei akuter respiratorischer Insuffzienz ist ein Therapieversuch mit nicht-invasiver Beatmung erlaubt

Tracheotomie (bei chron. Ateminsuffizienz)

• 24 Std. Beatmungspflichtigkeit

• bulbäre Störungen

• hohe Beatmungsdrucke

• hoher FIO2-Bedarf

• Kinder > 1 Jahr

Nachahmung normaler Atmung

Normalwerte Spontanatmung:Ng Kind Erw

• TV 6-8 6-8 6-8 ml/kg

• AMV bis 200 70-100 ml/kg/min

• AF 40-60 20-30 10-15 pro min

Maschinelle Atemhilfe

Komplette oder teilweise Übernahme der Atemarbeit durch ein Beatmungsgerät (Respirator).

Beatmungsmaschine ersetzt entweder komplett die Atemmuskulatur oder hat die Funktion eines zusätzlichen Atemmuskels.

Beatmungsformen:

Kontrolliert: Beatmungsmaschine übernimmt komplette Atemarbeit

Unterstützt: Patient kann zum Teil Atemarbeit übernehmen

Nomenklatur der Beatmungsparameter

P insp. Inspirationsdruck (Einatemdruck)

PEEP positiv endexspiratorischer Druck (hält die Lunge offen)

T insp. Inspirationszeit (Länge der Einatmung)

Af Atemfrequenz

I:E Verhältnis von Inspiration zu Exspiration

VTi inspirat. Tidalvolumen (Menge der Einatmung, ml)

Rampe wie schnell soll der Druckanstieg sein, wie schnell ist der

Flow der Luft

Trigger damit die Maschine erkennt, dass der Patient atmen möchte

PSV (pressure support ventilation) - Druckunterstützung

jede spontane Einatembemühung des Patienten wird von der Beatmungsmaschine mit einer Druckunterstützung beantwortet

-> dient zur Unterstützung einer unzureichenden Spontanatmung (Atempumpenschwäche)

-> immer getriggert durch den Patienten (die Maschine erkennt eine Druckänderung oder eine Änderung des Luftstroms)

PSV (pressure support ventilation) - Druckunterstützung

was macht der Patient selbst?AtemfrequenzAtemzugvolumen (durch aktives Einatmen)Inspirationszeit (= Dauer der Einatmung)

->Patient bestimmt Atemfrequenz, Verlauf und Volumen des unterstützten Atemhubes

Was muss man an der Maschine einstellen?• Druckunterstützung P insp. (Druck, mit der der Atemzug unterstützt wird)• PEEP• Trigger (damit die Maschine die Atembemühung bemerkt)• Backup-Frequenz (falls der Patient doch zu schwach ist und keinen Atemzug mehr

machen kann)-> die Maschine beatmet den Patienten dann komplett.

PCV (pressure controlled ventilation) - Druckkontrolle

Die Beatmungsmaschine übernimmt die gesamte Atemarbeit

-> ein vorgegebenes Atemmuster (Länge und Größe) und Atemfrequenz werden von der Maschine verabreicht

PCV (pressure controlled ventilation) - Druckkontrolle

was macht der Patient selbst?• Nichts

Was muss man an der Maschine einstellen?• Druckkontrolle – P inp. (Druck, mit dem der Atemzug gegeben wird)

• PEEP (hält die Atemwege offen)

• Atemfrequenz

• Einatemzeit T insp. (wie lange soll die Einatmung dauern)

• Rampe

• Trigger (damit die Maschine eine mögliche Atembemühung bemerkt)

(A)PCV (assisted, pressure controlled ventilation) –

assistierte druckkontrollierte Beatmung

Patient kann zu kontrollierten Atemzügen zusätzliche Atemzüge machen, die dann von der Maschine unterstützt werden.

->Patient kann mit einer höheren Atemfrequenz atmen als eingestellt, der getriggerte Atemhub ist aber von der Maschine vorgegeben und kann nicht vom Patienten beeinflusst werden. Es besteht die Gefahr der Hyperventilation.

SIMV = synchronized intermittend mandatory ventilation

Synchronisierte intermittierende Beatmung mit bestimmter Atemfrequenz und Tidalvolumen

• die maschinellen Beatmungshübe werden mit der Spontanatmung synchronisiert

• Kombination aus assistierter Spontanatmung und kontrollierten Beatmungshüben

• Der Patient muss Inspirationsbemühungen zeigen (wird oft zum Weaning eingesetzt)

Mischform aus kontrollierter und unterstützter Beatmung

SIMV = synchronized intermittent mandatory ventilation

• vor dem Beginn einer SIMV-Periode baut sich das ‘Erwartungsfenster’ auf:

• - erfolgt kurz vor Beginn einer SIMV-Periode eine Inspiration, so kommt jetzt schon der Maschinenhub synchron zur Eigenatmung des Patienten;

• - ist zum Beginn einer SIMV-Periode noch kein Inspirations-Versuch des Patienten erfolgt, wartet jetzt der Respirator noch kurze Zeit („Er - wartet - Fenster“), bevor der maschinelle Hub ausgelöst wird.

• Dauer der maschinellen Phasen starr, d.h. eine Exspiration des Patienten während des Maschinenhubs ist nicht möglich

SIMV = synchronized intermittent mandatory ventilation

Funktioniert die Beatmung?

Auf den Patienten schauen!

Auf den Patienten hören!Pulsoxymetrie, Blutgasanalyse

Röntgen-Thorax

passt alles an der Maschine, muss ich Parameter verändern?

Funktioniert die Beatmung?

S

Problemlösung – Veränderung von Parametern

Verbesserung der Oxygenierung (Sättigung soll steigen):

mehr Sauerstoff

höherer PEEP

längere Inspirationszeit

Erhöhung des Inspirationsdruckes

Verbesserung der Ventilation (es soll mehr CO2 abgeatmet werden):Atemfrequenz erhöhen

Tidalvolumen (Einatemvolumen) erhöhen (durch mehr Druck)

S

Fall 1

S

Fall 1: 6 Mon, SMA, 5 kg

• Modus PCV, evtl PSV• Spitzendruck (PIP) ca 10 - 12• Tidalvolumen 30 - 40 ml• Inspirationszeit 0.5 sec• Atemfrequenz 30• PEEP 3-4• FIO2 21%• Trigger - 1 cm H2O

• Ziel: normale Blutgase

S

Fall 1: Folgegas

• pH 7.50

• pCO2 27

• O2-Bed 21%

• Was ändern?

S

Fall 2: Schwere Oxygenierungsstörung

• 10 J, Sepsis, intubiert + handbeatmet vom NA, Sätt 75% unter FiO2 1,0

• Tiefe Sedierung + Relaxierung

• Hämodynamische Stabilisierung

S

Fall 2: ARDS

S

Fall 2: ARDS-Beatmung

• Modus PCV• Hoher PEEP 8-10-(20)• FIO2 1.0• PIP um TV 5-6ml/kg zu erreichen• AF ausreichende Exspiration• Trigger -

• Ziel:– pO2 > 60 mmHg– pCO2 permissive Hyperkapnie

S

S

ARDS Maskenbeatmung

S

Fall 3: Bronchiolitis

• Pathologie– Überblähung

– Dystelektasen

• Pathophysiologie– Hoher Atemwegswiderstand

– Lange Exspiration

S

Fall 3: Vor Intubation

• pH 7.23

• pCO2 73

• O2 6 l/min

• Sätt 86%

• AF 60

• Beatmungseinstellung?

S

Fall 3:

• Modus PCV

• PIP TV 6-7-? ml/kg

• PEEP 3-5 (Auto-PEEP?!)

• AF 30-40

• Ti eher lang (aber cave Exspiration)

• Trigger? Niedrig

• FIO2 1.0

S

Fall 3: Folgegas

• pH 7.21

• pCO2 79

• Sätt 92%

• FIO2 80%

• Ändern?

Danke für Ihre Aufmerksamkeit!