Langzeitbeatmungsger€ate f€ur die Intensivtherapie –Ger€ate und Methoden

Thomas Peyn

Inhalt1 Aufgaben des Beatmungsger€ates und

Ziele der Beatmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Funktion und Komponenten einesLangzeitbeatmungsger€ates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

3 Technische Realisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.1 Continuous-Flow-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53.2 Demand-Flow-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63.3 Kombinierte Flow-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

4 Steuerung des Beatmungsger€ates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Inspirationsauslösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64.2 Umschaltverhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

5 Beatmungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75.1 Kontrollierte Beatmung (vollst€andige Atemsubstitution) . . . . 85.2 Unterst€utzte Spontanatmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105.3 Spontanatmung (keine Atemunterst€utzung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.4 Mischventilation (partielle Atemunterst€utzung

in Kombination mit kontrollierten Beatmungsphasen) . . . . . . . 13

6 Beatmungszus€atze und Sonderfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 176.1 IRV – Inverse Ratio Ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176.2 ILV – Independent Lung Ventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176.3 Seufzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176.4 AutoFlow – optional verf€ugbar an

Dr€ager-Beatmungsger€aten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176.5 ATC – automatische Tubuskompensation,

TC – Tubuskompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186.6 NIV-Maskenbeatmung – Non Invasive Ventilation . . . . . . . . . . 186.7 Apnoeventilation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

7 Patienten€uberwachung und Alarmgrenzen . . . . . . . . . . . . . . . . 20

8 Entwöhnungsstrategie und SmartCare – verf€ugbarin SPN-CPAP/PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1 Aufgaben des Beatmungsger€ates undZiele der Beatmung

Die in den Körperzellen kontinuierlich ablaufenden Stoff-wechselprozesse erfordern die permanente Versorgung derZellen mit Sauerstoff (O2) und N€ahrstoffen. Gleichzeitigm€ussen die Reaktionsprodukte Kohlendioxid (CO2) undWasser (H2O) abtransportiert und ausgeschieden werden. Indiesem Zusammenhang €ubernehmen die Lunge und der Blut-kreislauf ganz wesentliche Funktionen, da sie die Zellen mitden entsprechenden Versorgungs- und Entsorgungssystemenverbinden. Um den Körper mit sauerstoffreicher Luft zuversorgen, vergrößert sich das Lungenvolumen bei der Ein-atmung. Es kommt so w€ahrend der Inspiration zu einemDruckeinbruch in der Lunge, durch den die atmosph€arischeLuft in die Lunge hineingesaugt wird. Der umgekehrte Falltritt in der Ausatemphase, der Exspiration, ein. Thorax undAtemmuskeln kehren in die Ruhelage zur€uck, das Lungen-volumen nimmt ab. Der resultierende, intrapulmonale Druck-anstieg f€uhrt dazu, dass das kohlendioxidreiche Ausatemgasabgeatmet wird. Im Ruhezustand wiederholt sich dieser Vor-gang beim Erwachsenen ca. 10- bis 20-mal pro Minute. Beieinem Körpergewicht von 75 kg variiert das pro Atemzugbewegte Volumen (Atemzugvolumen, AZV) zwischenca. 350 und 850 ml. Ber€ucksichtigt man zus€atzliche körper-liche Aktivit€aten, bei denen die Atmung um ein Vielfachesgesteigert werden kann, ist es durchaus möglich, dass unsereAtemmuskulatur im Laufe eines Tages eine Gesamtluftmen-ge von 10.000 bis 15.000 Litern bewegt. Die Zahlen unter-streichen den elementaren Stellenwert unseres Atemappara-tes f€ur den Gesamtorganismus. Kommt es im Zusammenspielder an der Atmung beteiligten Organe und Muskeln zu Stö-rungen, können Beatmungsger€ate die zu verrichtende Atem-arbeit vollst€andig oder, sofern der Patient z. B. lediglich zuflach atmet, auch nur anteilig €ubernehmen. Die zahlreichenGr€unde, die den Einsatz eines Beatmungsger€ates erfordernkönnen, lassen sich f€unf verschiedenen Problemkreisenzuordnen (Tab. 1).

Die Originalversion dieses Kapitels wurde revidiert: DerHerausgebername wurde korrigiert.

T. Peyn (*)Dr€agerwerk AG & Co. KGaA, L€ubeck, DeutschlandE-Mail: thomas.peyn@draeger.com

# Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2015R. Kramme (Hrsg.), Medizintechnik, Springer Reference Technik,DOI 10.1007/978-3-662-45538-8_23-1

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Neben den hier genannten Beispielen kann die Anwen-dung eines Beatmungsger€ates auch durch die unerw€unschteatemdepressive Wirkung starker Schmerzmittel oder durchden Einsatz von Muskelrelaxanzien erforderlich sein. Dieangef€uhrten Beispiele verdeutlichen bereits, dass Patientenaus recht unterschiedlichen Gr€unden darauf angewiesen seinkönnen, dass ihnen Atemgas €uber spezielle Gasdosiereinrich-tungen zugef€uhrt wird. Hierbei ist zu unterscheiden, ob derPatient noch spontan atmet und vielleicht nur auf eine erhöhteSauerstoffkonzentration aus einem Atemtherapieger€at ange-wiesen ist, oder ob die zu verrichtende Atemarbeit nicht mehrgeleistet werden kann und von einem Beatmungsger€aterbracht werden muss. Unabh€angig jedoch von der vorlie-genden Atemstörung €ubernimmt ein Langzeitbeatmungsger€atin allen Anwendungsf€allen eine lebenserhaltende Funktion.Vor diesem Hintergrund muss das Beatmungsger€at im We-sentlichen drei unterschiedliche Aufgaben erf€ullen:

1. Oxygenierung des PatientenBereitstellung und Versorgung des Patienten mit einemSauerstoff-Luft-Gemisch

2. Partielle oder totale Übernahme der AtemarbeitErzeugung und Dosierung definierter Gasflows bzw. Beat-mungsdr€ucke

3. Überwachung des Ger€ates und des PatientenGenerierung von Alarmen und Visualisierung von Ver-€anderungen

Die Beatmungstherapie verfolgt prim€ar das Ziel, dieAtemarbeit des Patienten zu unterst€utzen oder zu ersetzenund so einen effizienten Gasaustausch zu gew€ahrleisten. DerAnwender eines Beatmungsger€ates hat daher Sorge zu tra-gen, dass die von ihm gew€ahlte Ger€ateeinstellung den Pati-enten ad€aquat mit Sauerstoff versorgt und die Ventilation dasim Körper anfallende Kohlendioxid hinl€anglich reduziert.Die erforderliche Effizienzkontrolle erfolgt €uber eine endtidaleKohlendioxidatemgasanalyse (etCO2-Monitoring) oder mittelseiner arteriellen Blutgasanalyse. Dem Therapeuten wird miteinem Langzeitbeatmungsger€at (Abb. 1) gleichzeitig einArbeitsmittel an die Hand gegeben, mit dessen Hilfe er dieAtemmuskulatur des Patienten trainieren und st€arken kann,sodass der Patient schrittweise daran gewöhnt wird, die zu

leistende Atemarbeit eigenst€andig zu erbringen. Dieser Ent-wöhnungsprozess (auch Weaning genannt) kann sich €uberStunden, Tage oder auch Wochen hinziehen. Ein Grund f€urdiese Variet€at ist in der unterschiedlichen Beatmungsdauer zusehen, bei der es zu einer R€uckbildung (Atrophie) der Atem-muskulatur kommen kann. Ferner wird die Dauer der Ent-wöhnungsphase durch das Krankheitsbild des Patienten, denGesundungsfortschritt sowie die klinische Gesamtsituationbeeinflusst.

2 Funktion und Komponenten einesLangzeitbeatmungsger€ates

Um eine gestörte Atemfunktion zu unterst€utzen bzw. zuersetzen, bedarf es einer von außen auf den Patienten einwir-kenden Kraft, durch die das Atemgas in die Lunge befördertwird. Die k€unstliche Beatmung l€asst sich somit durch dieDosierung definierter Gasflows und durch die Erzeugungpositiver Dr€ucke realisieren. Verglichen mit der Spontanat-mung ergibt sich so ein gravierender Unterschied. W€ahrendder intrapulmonale Druck bei der Spontanatmung in etwa umdie Nulllinie des atmosph€arischen Druckes herum pendelt,wird das Atemgas bei einer k€unstlichen Beatmung mit einem

Tab. 1 Gr€unde f€ur den Einsatz von Beatmungsger€aten

Grund zur Beatmung Beispiele f€ur mögliche Ursachen

Funktionelle Einschr€ankungen der Atemmuskulatur Z. B. aufgrund einer muskul€aren Verletzung oder L€ahmung

Pathophysiologische Ver€anderungen der Atemwege und/oderdes Lungengewebes

Z. B. aufgrund erhöhter Atemwegswiderst€ande und/oder einerverminderten Lungendehnbarkeit

Störungen der Atemmechanik Z. B. im Falle von Thoraxverletzungen

Gasaustausch-/Diffusionsstörungen Z. B. durch Ansammlung pulmonaler Fl€ussigkeit oder durch Ver€anderungder Alveolarmembran

Störungen der Atemregulation Z. B. aufgrund einer neurologischen Störung, kranialer Erkrankung bzw.Verletzung

Abb. 1 Intensiv-Beatmungsger€at Evita XL (Dr€agerwerk AG &Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechte vorbehalten)

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positiven Druck in die Lunge befördert. Als Verbindungzwischen Beatmungsger€at und Patient dient ein Schlauch-bzw. Atemsystem, das im Falle klinischer Langzeitbeat-mungsger€ate i. d. R. als Zwei-Schlauch-System ausgef€uhrtist (ein Inspirations- und ein Exspirationsschlauch). Die Ver-bindung des Patienten mit dem Beatmungssystem ist prinzi-piell sowohl €uber eine Gesichtsmaske als auch €uber einen indie Luftröhre einzuf€uhrenden Tubus möglich. Unter Abw€a-gung der n€aheren Begleitumst€ande, wie z. B. der voraus-sichtlichen Beatmungsdauer, wird der Anwender sich f€urdas eine oder andere Verfahren entscheiden und den Patien-ten medikamentös auf die jeweilige Situation einstellen.

F€ur die technische Realisierung eines Langzeitbeatmungs-ger€ates bedarf es verschiedener Systemkomponenten, derenAnordnung in Abb. 2 schematisch dargestellt ist.

Energieversorgung Um ihre Funktion erf€ullen zu können,benötigen Beatmungsger€ate elektrische Energie, Sauerstoffund Druckluft. Die Versorgung der Ger€ate erfolgt im Regel-fall €uber eine externe Spannungsquelle sowie €uber die zent-rale klinische Gasversorgung (ca. 3–6 bar Versorgungs-druck). In Funktionsbereichen, die €uber keine zentraleGasversorgung verf€ugen, oder auch auf innerklinischenTransporten ist es erforderlich, den Ger€atebetrieb anderweitigzu gew€ahrleisten. Als mögliche Lösungen stehen hierf€urseparate Druckluftkompressoren, Druckgasflaschenpakete

und Akkumulatoren zur Verf€ugung. Dar€uber hinaus kommenauch druckluftunabh€angige Beatmungsger€ate, die die Beat-mung durch Filterung und Mitverwendung der Umgebungs-luft realisieren, zur Anwendung. Derartige Ventilatoren be-nötigen zum Betrieb dann lediglich eine Sauerstoffquellesowie eine Energieversorgung.

Gasmischer Der Gasmischer ermöglicht es dem Anwender,die Sauerstoffkonzentration des Inspirationsgases zwischen21 und 100 Vol.-% zu variieren. Die jeweilige Gaskonzentra-tion wird €uber elektronisch geregelte Dosierventile desMischers erzeugt. Hierbei sind es gerade die Grenzbereiche,die den Gasmischer vor besondere Herausforderungen stel-len. Erfordert die Ventilation beispielsweise ein Volumen von20 ml mit einer Sauerstoffkonzentration von 30 Vol.-%,m€ussen €uber das Druckluftventil 17,7 ml und €uber das Sauer-stoffventil 2,3 ml Gas dosiert werden.

Druck- bzw. Flowgenerator Der Druck- bzw. Flowgenera-tor hat die Aufgabe, das vom Gasmischer bereitgestellteMischgas entsprechend der an der Bedieneinheit eingestell-ten Beatmungsparameter zu dosieren. Gasflow bzw. Druckkönnen im einfachsten Fall manuell durch einen Handbeat-mungsbeutel erzeugt werden. Technisch vergleichbare Ver-fahren sind in Ventilatoren €alterer Bauart und Narkosebeat-mungssystemen anzutreffen. In diesen Ger€aten generierenmechanisch bewegliche Teile, wie z. B. Faltenb€alge oderKolbenpumpen, den inspiratorischen Gasfluss. NeuzeitlicheIntensiv-Beatmungsger€ate hingegen verf€ugen €uber kombi-nierte Gasmisch- und Dosiereinrichtungen, die die benötigtenGasmengen unmittelbar aus den Gasversorgungssystemenheraus zur Verf€ugung stellen. Aus technischer Sicht kanndiese Komponente als Flow- oder Druckgenerator ausgestal-tet sein. Bei einem Flowgenerator handelt es sich um eingeregeltes Ventil, an dessen Ausgang ein definierter Gasflowzur Verf€ugung steht, der Ausgangsdruck ist nicht spezifiziert.Ein Druckgenerator hingegen entspricht in seinem Verhalteneinem Kompressor, an dessen Ausgang ein definierter Druckmit einem nicht spezifizierten Gasflow zur Verf€ugung gestelltwird. Druckgeneratoren werden h€aufig f€ur den Antrieb vondruckluftunabh€angigen Beatmungsger€aten verwendet undnutzen die angesaugte Umgebungsluft f€ur die Beatmungdes Patienten.

Atemsystem Das Atemsystem bildet die Schnittstelle zwi-schen dem Patienten und dem Beatmungsger€at. KlinischeLangzeitbeatmungsger€ate werden €ublicherweise €uber einenInspirations- und einen Exspirationsschlauch mit dem Pati-enten verbunden (Zwei-Schlauch-System). W€ahrend der In-spirationsphase wird das exspiratorische Ausatemventil ver-schlossen. Der dann aus der Inspirationst€ulle abströmendeGasflow wird, bevor er in die Lunge des Patienten gelangt,€uber einen Atemgasbefeuchter gef€uhrt und so klimatisch den

Abb. 2 Komponenten eines Langzeitbeatmungsger€ates (Dr€agerwerkAG & Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechte vorbehalten)

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Verh€altnissen in der Patientenlunge angepasst (N€ahereshierzu unter „Atemgasbefeuchter“). Die Ausatmung des Pati-enten erfolgt nach Abschluss der Inspirationsphase durchÖffnen des exspiratorischen Ausatemventils. Das Exspira-tionsgas passiert damit noch einmal das Beatmungsger€at,wird jedoch nicht wie bei Narkosebeatmungsger€aten f€ur dien€achste Inspiration mitverwendet. Basierend auf diesem Cha-rakteristikum werden die Atemsysteme der Langzeitbeat-mungsger€ate auch als Nicht-R€uckatemsysteme bezeichnet.

Der Vollst€andigkeit halber sei erw€ahnt, dass in einzelnenklinischen Funktionsbereichen Beatmungsger€ate mit „Ein-Schlauch-Systemen“ anzutreffen sind. Auch bei diesen Sys-temen handelt es sich um Nicht-R€uckatemsysteme, allerdingsist das Ausatemventil in diesem Fall nicht ger€ateseitig, son-dern patientennah positioniert. Einer durch den Einzel-schlauch erleichterten Handhabung steht damit ein imGesichtsfeld des Patienten angeordnetes Ausatemventil entge-gen. Entsprechend der individuellen Produktanforderungenhaben sich in den Bereichen Notfallmedizin und IntermediateCare Beatmungsger€ate mit Ein-Schlauch-Systemen durchge-setzt. Auf Intensivstationen dagegen €uberwiegen, auch aufgrundeiner hier geforderten exspiratorischen Volumen€uberwachung,Beatmungsger€ate mit Zwei-Schlauch-Systemen.

Atemgasanfeuchter Atemgasanfeuchter dienen der Erw€ar-mung und der Befeuchtung des Inspirationsgases. Da dastrockene und relativ k€uhle Versorgungsgas die Atemwegedes Patienten austrocknen und damit das Flimmerepithelirreversibel sch€adigen w€urde, ist es zwingend erforderlich,das Beatmungsgas auf dem Weg zum Patienten €uber einKlimatisierungssystem zu befeuchten und zu erw€armen.Hierf€ur stehen aktive oder passive Atemgasanfeuchter zurVerf€ugung. Aktive Atemgasbefeuchter sind im Inspirations-schenkel angeordnet und erw€armen mittels elektrischer Ener-gie ein Wasserbad, €uber das das Atemgas hinweggef€uhrtwird. Bei dem Kontakt mit dem Wasserbad nimmt das kalteund trockene Gas Wassermolek€ule auf und wird so klimati-siert. Passive Atemgasbefeuchter, sog. HME („Heat andMoisture Exchanger“), hingegen werden patientennah, alsozwischen Tubus und Y-St€uck eingesetzt. Es handelt sichhierbei um Produkte, die aufgrund ihrer Beschaffenheit inder Lage sind, die im Ausatemgas enthaltende W€arme undFeuchtigkeit aufzunehmen und zu speichern. Das den passi-ven Atemgasanfeuchter w€ahrend der n€achsten Einatmungdurchströmende Inspirationsgas wird dann mittels der zuvorgespeicherten Feuchte klimatisiert. Die gleichzeitige Verwen-dung eines HMEs zusammen mit einem aktiven Atemgasan-feuchter in einem Atemsystem ist unzul€assig, da sie denWiderstand des HMEs erheblich beeintr€achtigen w€urde.HMEs werden umgangssprachlich f€alschlicherweise auchals „Filter“ bezeichnet, haben mit diesen jedoch nichts

gemeinsam, sofern sie nicht zus€atzlich auch eine hygienischeFunktion erf€ullen (z. B. HMEs mit intergriertem Mikroben-filter).

Exspirationsventil Dem Exspirationsventil fallen, außerder bereits beschriebenen Umschaltfunktion, zwei weiterebedeutsame Aufgaben zu. Wird das Ventil w€ahrend derExspiration nicht vollst€andig geöffnet, kommt es in derLunge zu einem positiven endexspiratorischen Druck (Posi-tive End-Expiratory Pressure). Dieser PEEP-Druck ist vontherapeutischer Bedeutung, da er die Gasaustauschfl€ache derLunge vergrößert. Dar€uber hinaus kann durch einen ad€aquatenPEEP das Kollabieren einzelner Alveolarbezirke vermiedenwerden. Eine weitere Funktion kann das Exspirationsventilerf€ullen, sofern das Beatmungsger€at den Ventilsteuerdruckauch w€ahrend der Inspirationsphase regelt. In diesem Fallkönnen ungewollte Druckanstiege im Atemsystem, z. B.durch einen Hustenstoß des Patienten, durch das Ausatemven-til ausgeglichen werden.

Bedien- und Anzeigeeinheit Die Bedien- und Anzeigeein-heit bildet die Schnittstelle zwischen dem Beatmungsger€atund dem Anwender. Oftmals handelt es sich um Touch-screen-Bildschirme, auf denen sich Druck- und Flowkurvensowie unterschiedliche Men€us, z. B. f€ur die Einstellung derverschiedenen Beatmungsmodi, die Anpassung der Alarm-grenzen oder auch Messwert€ubersichten, darstellen lassen. Jenach Hersteller, Bedien- und Sicherheitsphilosophie werdenTouchscreens h€aufig mit einem oder mehreren physischenBedienelemente kombiniert. Typisches Beispiel hierf€ur istein Dreh- und Best€atigungsknopf, durch den eine unbeab-sichtigte Ger€ateverstellung vermieden werden kann. Die ander Bedieneinheit vorgenommenen Parametereinstellungendienen den €ubrigen Ger€atekomponenten als Ansteuersignaleund pr€agen so entscheidend das auf den Patienten einwir-kende Beatmungsmuster.

Überwachungs- und Alarmeinrichtung Die Überwa-chungs- und Alarmeinrichtung wacht dar€uber, dass die ander Bedien- und Anzeigeeinheit eingestellten Beatmungspa-rameter tats€achlich zur Anwendung gelangen. Gleichzeitigmacht sie den Anwender durch akustische und optische Alar-mierung auf kritische patientenseitige Ver€anderungen odertechnische Betriebsstörungen aufmerksam. Gemessen werdendie inspiratorische Sauerstoffkonzentration (Funktionskontrolledes Gasmischers) sowie der Beatmungsdruck und das Beat-mungsvolumen (Überwachung des Druck-/Flowgenerators).Zus€atzlich ist bei der Verwendung eines aktiven Atemgasan-feuchters eine inspiratorische Atemgastemperaturmessungmit Alarmierungseinrichtung obligatorisch (Kontrolle derAtemgastemperatur). Auf die Erl€auterung der Sensorik sowie

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der verschiedenen Messprinzipien wird an dieser Stellebewusst verzichtet, da diese Thematik in Kap. ▶An€asthe-sie-Arbeitsplatz – Ger€ate und Methoden ausf€uhrlich behan-delt wird.

Patientenmonitoring Das Patientenmonitoring €uberwachtdie Vitalfunktionen des Patienten. Hierzu z€ahlen z. B. dasEKG, der Blutdruck (nicht-invasiv oder invasiv), die Sauer-stoffs€attigung und vielfach auch die Messung der Kohlen-dioxidkonzentration im Atemgas. Obgleich auf Patientenmo-nitoren vereinzelt auch Beatmungsdaten dargestellt werden,sind diese Ger€ate als eigenst€andige Anzeigeeinheit mit Alar-meinrichtung anzusehen. Das Patientenmonitoring ist damiteine wesentliche Ausstattungskomponente des intensivmedi-zinischen Arbeitsplatzes, jedoch nicht Bestandteil des Beat-mungsger€ates.

3 Technische Realisierung

Beatmungsger€ate lassen sich aufgrund ihres Gasflowverhal-tens unterscheiden. Neben Ger€aten, die die Ventilation durcheinen kontinuierlichen Gasflow (Continuous-Flow-Systeme)realisieren, kommen sog. Demand-Flow-Ger€ate zur Anwen-dung, die lediglich w€ahrend der Inspirationsphase einen Gas-flow liefern.

3.1 Continuous-Flow-Systeme

Über Dosierventile wird den Druckgasquellen ein kontinu-ierlicher Sauerstoff- und Druckluftflow entnommen. DieserGasflow wird €uber einen Inspirationsschlauch zum Patientenund von dort €uber einen Exspirationsschlauch zu einem Ex-spirationsventil geleitet. Ein spontan atmender Patient hatsomit stets die Möglichkeit, seinen Luftbedarf aus dem Gas-flow zu decken. Muss der Patient beatmet werden, wird dasExspirationsventil f€ur eine definierte Zeit verschlossen. Eskommt so zu einem Druckanstieg im Atemsystem und derGasflow gelangt in die Lunge des Patienten. Der inspiratori-sche Beatmungsdruck wird durch ein einstellbares Druckbe-grenzungsventil limitiert. Mit Umschaltung auf Exspirationöffnet das Exspirationsventil und der Druck im Atemsystemf€allt auf den Umgebungs- bzw. den PEEP-Druck zur€uck. DasAtemgas verl€asst die Lunge durch das bestehende Druckge-f€alle, mischt sich mit dem Konstantflow und strömt am Ex-spirationsventil ab. In der Praxis haben sich Continuous-Flow-Systeme vorzugsweise in der Neonatalbeatmung undin der Atemtherapie durchgesetzt. Atemtherapie- oder auchSPN-CPAP-Ger€ate (Continuous Positive Airway Pressure)unterscheiden sich von den Beatmungsger€aten dadurch, dassihr Ausatemventil lediglich einen konstanten, positivenDruck erzeugen kann. Die Anwendung eines Atemtherapie-ger€ates ist damit spontan atmenden Patienten, die z. B. aufeine erhöhte Sauerstoffkonzentration angewiesen sind, vor-behalten (Abb. 3).

Abb. 3 Continuous-Flow-System (Dr€agerwerk AG & Co KGaA, L€ubeck. Alle Rechte vorbehalten)

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3.2 Demand-Flow-Systeme

Im Gegensatz zu den eingangs beschriebenen Continuous-Flow-Systemen liefern Demand-Flow-Systeme ausschließ-lich w€ahrend der Inspirationsphase einen Gasflow. Im Falleeiner kontrollierten Beatmung erfolgt die Taktung des Gas-flows i. d. R. nach dem vom Anwender vorgegebenenZeitmuster (zeitgesteuerte Beatmung). Dieses kann, je nachBedienphilosophie des Ger€ates, durch Regler z. B. f€ur die In-und Exspirationszeit, festgelegt werden. Die Beantwortungspontaner Atemaktivit€aten wird bei Demand-Flow-Systemendurch die Implementierung eines Auslöse- bzw. Trigger-Kriteriums realisiert (Abschn. 4 und 5). Demand-Flow-Sys-teme reduzieren den Gasverbrauch erheblich und sind daherauch in Inhalationsapparaten, die die Einatemtiefe des Patien-ten fördern und/oder inspirationssynchron Aerosole applizie-ren, anzutreffen (Abb. 4).

3.3 Kombinierte Flow-Systeme

Aus technischen Gr€unden oder auch aufgrund besondererBetriebsanforderungen werden in neueren Beatmungsger€aten€uberwiegend kombinierte Flow-Systeme verwendet. Dieseliefern, verglichen mit dem Gasbedarf des Patienten, einengeringen Konstant- oder auch Basisflow von einigen Liternpro Minute. Mit Auslösung der Inspiration erhöhen dieseSysteme dann den Gasflow entsprechend dem jeweiligen

Bedarf. Kombinierte Flow-Systeme sind z. B. in Beatmungs-ger€aten anzutreffen, die das gesamte Patientenspektrum vomFr€uhgeborenen bis zum Erwachsenen abdecken m€ussen.

4 Steuerung des Beatmungsger€ates

4.1 Inspirationsauslösung

Die Auslösung einer Inspirationsphase erfolgt in kontrollier-ten Beatmungsmodi, wie bereits dargestellt, mandatorischnach Ablauf der Exspirationszeit. In Beatmungsmodi hinge-gen, in denen das Beatmungsger€at die Atembem€uhungen desPatienten lediglich unterst€utzt, muss das Beatmungsger€at dieAtemaktivit€aten des Patienten erkennen und einen ad€aquatenGasflow bereitstellen. Als Detektor f€ur die Spontanatem-bem€uhungen fungiert der Trigger des Beatmungsger€ates. Eshandelt sich hierbei um eine Ger€atefunktion mit einem vomAnwender einstellbaren Schwellwert (die sog. Trigger-schwelle). Obgleich die Spontanatemaktivit€at des Patientensich in Druck- und Flowver€anderungen im Atemsystemwiderspiegelt und prinzipiell beide Signale als Triggerkrite-rium verwendet werden könnten, kommen in heutigen Ven-tilatoren aufgrund ihrer geringeren Artefaktneigung €uber-wiegend Flowtriggersysteme zur Anwendung. In diesemFall reagiert der Ventilator auf das vom Patienten erzeugteFlowsignal, und die Triggerschwelle ist in l/min einstellbar.

Abb. 4 Demand-Flow-System (Dr€agerwerk AG & Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechte vorbehalten)

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4.2 Umschaltverhalten

Das Umschaltverhalten des Beatmungsger€ates von In- aufExspiration bzw. umgekehrt wird entscheidend durch dieSteuerung des Langzeitbeatmungsger€ates gepr€agt. Es sinddiesbez€uglich vier verschiedene Steuerungsarten zu unter-scheiden:

Zeitsteuerung (vereinzelt auch als Zeit-Zeit-Steuerungbezeichnet) Die Dauer der In- und Exspirationsphase unddamit auch der Zeitpunkt des Umschaltens wird durch vomAnwender einstellbare Zeitparameter bestimmt. KontrollierteBeatmungsverfahren werden h€aufig durch diesen Steuer-ungstyp verwirklicht, da es so möglich ist, den Patientenmit einem definierten Atemzeitverh€altnis (Inspirations- zuExspirationszeit) zu beatmen.

Drucksteuerung Bei der Drucksteuerung erfolgt dieUmschaltung von In- auf Exspiration bei Erreichen einesbestimmten Beatmungsdruckes. Die Inspiration kann nachAblauf einer Zeitphase (Druck-Zeit-Steuerung) oder aberdurch eine Patientenaktivit€at und Erreichen des Triggerkri-teriums ausgelöst werden. Die Drucksteuerung wird heutelediglich bei unzul€assig hohen Druckanstiegen in Verbindungmit einem akustischen Alarm als Sicherheitselement ver-wendet.

Volumensteuerung Die Umschaltung von In- auf Exspira-tion erfolgt hier nach Ablieferung eines vom Anwender zudefinierenden Beatmungsvolumens (Atemzugvolumen, Tid-alvolumen). Wie bei der Drucksteuerung kann die n€achsteInspiration nach Ablauf einer Zeitphase (Volumen-Zeit-Steu-erung) oder aber durch eine Patientenaktivit€at ausgelöst wer-den. Die Volumensteuerung ist vereinzelt in unterst€utzenden,

in amerikanisch gepr€agten M€arkten jedoch auch in kontrol-lierten Beatmungsmodi anzutreffen.

Flowsteuerung Diese Steuerung wird prim€ar f€ur unterst€ut-zende Beatmungsverfahren eingesetzt und leitet bei Unter-schreiten eines definierten Flowwertes (z. B. 25 % des in-spiratorischen Spitzenflows) die Exspirationsphase ein. DerInspirationsbeginn wird im Falle der Flowsteuerung meistdurch die Spontanatmung des Patienten und Auslösung desTriggers bestimmt.

5 Beatmungsverfahren

Prinzipiell gilt, dass Beatmungsger€ate trotz einer nahezu un-€uberschaubaren Anzahl von Beatmungsmodi lediglich zweiverschiedenen Verhaltensmustern folgen können. Hierbeihandelt es sich einerseits um kontrollierte, andererseits umunterst€utzende Beatmungsverfahren. Der wesentliche Unter-schied zwischen diesen Verfahren ist, dass das Verhalten desBeatmungsger€ates in der kontrollierten (mandatorischen)Beatmung durch die vom Anwender eingestellten Beat-mungsparameter definiert wird. Hingegen folgt das Beat-mungsger€at bei der unterst€utzten Beatmung den Atemakti-vit€aten des Patienten und unterst€utzt diese lediglich durchAnhebung des Drucks im Atemsystem. Abwandlungen die-ser zwei Beatmungsverfahren sind die reine Spontanatmung,bei der kein Unterst€utzungsdruck angewandt wird und die sogenannte Mischventilation, bei der mandatorische und un-terst€utzende Abschnitte alternieren. Abb. 5 gibt einen Über-blick €uber die verschiedenen Formen der Atmung/Beatmungund verdeutlicht die medizinische Notwendigkeit einer indi-viduellen Beatmungstherapie.

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Abb. 5 Formen der Atmung/Beatmung (Dr€agerwerk AG &Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechtevorbehalten)

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5.1 Kontrollierte Beatmung (vollst€andigeAtemsubstitution)

Die dieser Kategorie zugehörigen Beatmungsmodi werdendadurch charakterisiert, dass die Patienten nicht spontanatmen und das Beatmungsger€at die gesamte Atemarbeit€ubernimmt. Die verschiedenen Modi lassen sich in volumen-kontrollierte Modi und druckkontrollierte Modi unterteilen.Volumenkontrollierte Modi sind dadurch gekennzeichnet,dass der Patient durch ein vom Anwender definiertes Atem-volumen beatmet wird. Es resultiert bei der volumenkontrol-lierten Beatmung ein Beatmungsdruck, der R€uckschl€usse aufdie Lungendehnbarkeit (Compliance) und Atemwegswider-st€ande (Resistance) zul€asst. Im Gegensatz hierzu gibt derAnwender bei den druckkontrollierten Modi einen inspirato-rischen Beatmungsdruck vor. Im Umkehrschluss ermöglichtbei diesen Modi nicht der Beatmungsdruck, sondern dasAtemvolumen Erkenntnisse bez€uglich des Zustandes der Pa-tientenlunge.

Die Benennung der Beatmungsmodi ist teilweise herstel-lerspezifisch und variiert im internationalen Sprachgebrauch.Zur Vermeidung von Verwechselungen haben Hersteller spe-zielle Bedienphilosophien eingef€uhrt oder die Modusbe-zeichnung mit einem eindeutigen Pr€afix erg€anzt:

• VC = volumenkontrollierte Beatmung• PC = druckkontrollierte Beatmung• SPN = Spontanatmung

Volumenkontrollierte Beatmungsmodi VC-CMV = Vo-lume Control-Continuous Mandatory Ventilation

IPPV = Intermittent Positive Pressure VentilationDieser Modus ist z. B. f€ur lungengesunde Patienten ohne

Spontanatmung geeignet. Achtung: In diesem Modusreagiert ein Beatmungsger€at unter Umst€anden nicht auf ein-setzende Spontanatemaktivit€aten des Patienten.

Zeitlicher Verlauf von Inspiration und Exspiration MitBeginn der Inspiration schließt der Ventilator das Exspira-tionsventil und liefert den am „Flow“ -Einsteller gew€ahlten(konstanten) Inspirationsflow. Es kommt somit im Atemsys-tem und in der Lunge zum Druckanstieg. Wird der Inspira-tionsflow so groß gew€ahlt, dass das eingestellte Atem-volumen „VT“ vor Ablauf der Inspirationszeit „Tinsp“erreicht wird, schließt das Inspirationsventil und die Atem-gaslieferung stoppt. Aufgrund eines Druckausgleichs zwi-schen dem Atemsystem und der Patientenlunge sinkt derBeatmungsdruck vom Spitzendruck PPeak auf den Plateaud-ruckwert PPlat ab. Das Exspirationsventil bleibt geschlossenbis die Inspirationszeit „Tinsp“ abgelaufen ist. Diese inspira-torische Pause (Insp. Pause) ist in der Druckkurve als Pla-teaudruckphase PPlat zu erkennen. Mit Ablauf der Inspira-tionszeit „Tinsp“ öffnet das Exspirationsventil. Der Druck im

Atemsystem f€allt damit auf das vom Exspirationsventilerzeugte PEEP-Druckniveau ab. Das Ausatemgas verl€asstdie Lunge und wird €uber den Exspirationszweig des Beat-mungsger€ates der Atmosph€are zugef€uhrt. Nach Ablauf derExspirationsphase, deren L€ange durch die Einstellung desFrequenzreglers „f“ bestimmt wird, folgt die n€achsteInspiration. Zur Vermeidung von Druckspitzen kann derinspiratorische Arbeitsdruck des Beatmungsger€ates €uberden Regler „Pmax“ ggf. begrenzt werden. Die Druckbegren-zung steht, sofern am Ger€at vorhanden, in allen volumen-kontrollierten Beatmungsmodi zur Verf€ugung. Der in diesemZusammenhang verwendete Begriff PLV (Pressure LimitedVentilation) sagt damit nichts €uber den aktuell wirksamenBeatmungsmodus aus. Die in der Grafik verwendete Abk€ur-zung PAW steht f€ur den englischen Begriff „airway pressure“(Abb. 6).

Der Anwender sollte sich vergegenw€artigen, dass es indiesem Beatmungsmodus beim plötzlichen Einsetzen derSpontanatmung zu schweren Dissynchronien zwischen Pati-ent und Beatmungsger€at kommen kann. Der Patient k€ampftin so einem Fall mit seiner Spontanatmung regelrecht gegendas mandatorische Beatmungsmuster an. Die Aktivierung derTriggerfunktion (VC-AC = Volume Control-Assist Controlbzw. IPPVAssist) kann dieses Defizit zwar bedingt ausglei-chen, jedoch wird das Ger€at in dieser Betriebsart jede Ein-atemanstrengung des Patienten durch Abgabe des eingestell-ten Beatmungshubes beantworten. Das Ansteigen derAtemfrequenz und des Atemminutenvolumens f€uhren dannzwangsl€aufig zum Absinken der arteriellen Kohlendioxid-konzentration. Der Atemantrieb wird so gemindert und f€uhrtggf. zum Atemstillstand (Apnoe). Die volumenkontrollierteVC-CMV- bzw. IPPV-Beatmung verliert zunehmend anBedeutung, da der Beatmungsmodus VC-SIMV (Mischven-tilation) eine identische Beatmung ermöglicht, dar€uber hin-aus jedoch zus€atzlich €uber die Merkmale eines Entwöh-nungsmodus verf€ugt (Abschn. 5.4).

Druckkontrollierte Beatmung PC-CMV = Pressure Co-ntrol-Continuous Mandatory Ventilation

PC-BIPAP1 = Pressure Control-Biphasic Positive Air-way Pressure

In der klassischen druckkontrollierten Beatmung erfolgtdie Ventilation des Patienten durch die vom Anwender ge-w€ahlten Druckwechselintervalle. Die druckkontrollierte Beat-mung dominiert die neonatologische Intensivstation undnimmt bei der Behandlung von Erwachsenen mit Lungen-sch€adigungen einen wichtigen Stellenwert ein, ist diesenjedoch nicht ausschließlich vorbehalten. Bez€uglich der Spon-tanatemeigenschaften bestehen zwischen der klassischendruckkontrollierten Beatmung (PCV – Pressure Controlled

1 Lizensierte Marke.

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Ventilation) und PC-BIPAP/PC-CMV gravierende Unter-schiede. W€ahrend Patientenaktivit€aten in PCV ungewollteDruckanstiege erzeugen und zu entsprechenden Alarmenf€uhren können, hat der Patient in den BeatmungsmodiPC-BIPAP und PC-CMV die Freiheit, jederzeit nach Beliebenein- oder auszuatmen (Einzelheiten hierzu Abschn. „Druck-kontrollierte Mischventilation“) (Abb. 7).

Zeitlicher Verlauf von Inspiration und Exspiration MitBeginn der Inspiration schließt der Ventilator das Exspira-tionsventil und liefert einen Initialflow, durch den es imAtemsystem zum Druckanstieg kommt. Obgleich der vomAnwender vorgegebene Inspirationsdruck „Pinsp“ im Atem-system sehr schnell aufgebaut wird, bedarf es, bedingt durchden Tubuswiderstand und die Dehnung der Lunge, einerdeutlich l€angeren Zeit, bis der im Atemsystem herrschendeDruck in der Lunge aufgebaut werden kann. Die sich in

Abb. 6 VC-CMV = VolumeControl-Continuous MandatoryVentilation (Dr€agerwerk AG &Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechtevorbehalten)

Abb. 7 PC-BIPAP = PressureControl-Biphasic Positive AirwayPressure (Dr€agerwerk AG &Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechtevorbehalten)

Langzeitbeatmungsger€ate f€ur die Intensivtherapie – Ger€ate und Methoden 9

dieser Phase kontinuierlich verringernde Druckdifferenz zwi-schen dem Druck im Atemsystem und dem Druck in derLunge spiegelt sich in einer dezelerierenden Gasflowliefe-rung wider. Sobald es zum vollst€andigen Druckausgleichgekommen ist, wird das Beatmungsger€at die Gasflowlie-ferung einstellen. Mit Ablauf der Inspirationszeit „Tinsp“ öff-net das Exspirationsventil. Der Druck im Atemsystem f€alltdamit auf das vom Exspirationsventil erzeugte PEEP-Druckniveau ab. Das Ausatemgas verl€asst die Lunge undwird €uber den Exspirationszweig des Beatmungsger€ates derAtmosph€are zugef€uhrt. Nach Ablauf der Exspirationsphase,deren L€ange durch die Einstellung des Frequenzreglers„f“ bestimmt wird, folgt die n€achste Inspiration. Die Zeit, inder das Beatmungsger€at den Druckwechsel vom PEEP-Druck auf das Inspirationsdruckniveau vollzieht, kann durchden Regler „Rampe“ (Anstiegsgeschwindigkeit) angepasstwerden.

Auch in der druckkontrollierten Beatmung besteht dieMöglichkeit, den Druckwechsel durch den Patienten triggernzu lassen. Der Modus PC-CMV wird so zu PC-AC (PressureControl-Assist Control). Im Ergebnis f€uhrt dieses dazu, dassdas Beatmungsger€at auf jede Einatembem€uhung des Patien-ten mit einer mandatorischen Inspirationsphase reagiert. DerModus PC-AC wird an manchen Ger€aten BIPAPAssist ge-nannt, verh€alt sich jedoch wie zuvor beschrieben.

5.2 Unterstützte Spontanatmung

Prinzipiell haben die dieser Gruppe angehörenden Modi ver-schiedene Gemeinsamkeiten. Hierzu z€ahlt z. B. dass in derunterst€utzten Spontanatmung allein der Patient €uber den In-spirationsbeginn und zumeist auch €uber die Inspirationsdauerentscheidet. Dar€uber hinaus beantwortet das Beatmungsger€atin allen an dieser Stelle beschriebenen Modi eine spontaneAtemanstrengung des Patienten durch die Erzeugung einespositiven Druckes im Atemsystem. Die unterst€utzte Spon-tanatmung wird aus diesem Grund oft auch druckunterst€utzteSpontanatmung genannt. Im internationalen Sprachgebrauchhaben sich die Abk€urzungen ASB (Assisted SpontaneousBreathing) und PS (Pressure Support) zwar unterschiedlichdurchgesetzt, i. d. R. sind den Anwendern jedoch beideBezeichnungen gel€aufig. Die unterst€utzte Spontanatmungist f€ur Patienten mit geschw€achter Atemmuskulatur undintakter Atemsteuerung geeignet.

Konventionelle Druckunterst€utzung PS bzw. Psupp =Pressure SupportASB = Assisted Spontaneous Breathing

Zeitlicher Verlauf von Inspiration und Exspiration Sobalddurch eine Einatemanstrengung der Trigger des Beatmungs-ger€ates ausgelöst wird, liefert das Beatmungsger€at einen Gas-flow und erzeugt den am Einsteller „Psupp“ (PS) definiertenInspirationsdruck. Die Geschwindigkeit, mit der das Beat-mungsger€at den inspiratorischen Zieldruck aufbaut, kanndurch den Regler „Rampe“ beeinflusst werden. Eine schnelleAnstiegszeit f€uhrt zu einem hohen Initialflow und reduziertdie Atemarbeit des Patienten. Mit Erreichen des Unterst€ut-zungsdruckes und nach R€uckgang des inspiratorischen Gas-flows auf einen definierten Wert (z. B. 25 % des maximalenInspirationsflows) erfolgt die Umschaltung auf Exspiration.Obgleich der Patient bei diesem Verfahren unabh€angig vonder Intensit€at seiner Atemanstrengung stets die gleicheDruckunterst€utzung erh€alt, können die spontan geatmetenVolumina entsprechend der Aktivit€at des Patienten variieren(Abb. 8).

Proportionale Druckunterst€utzung PPS = ProportionalPressure Support

PAV = Proportional Assist VentilationBei den Beatmungsmodi PPS und PAV handelt es sich um

eine Weiterentwicklung der zuvor im Abschn. „Konventio-nelle Druckunterst€utzung“ beschriebenen Druckunterst€ut-zung. W€ahrend das Beatmungsger€at in der konventionellenDruckunterst€utzung nach Auslösung des Triggers den Un-terst€utzungsdruck selbst dann bereitstellt, wenn der Patientnicht mehr aktiv mitatmet, unterst€utzt das Beatmungsger€at inPPS (PAV) den Patienten proportional zu der von ihm geleis-teten Atemarbeit. Hieraus resultiert auch die dem nat€urlichen

Abb. 8 PS = Pressure Support (Dr€agerwerk AG & Co. KGaA,L€ubeck. Alle Rechte vorbehalten)

10 T. Peyn

Verlauf der Spontanatmung folgende auff€allige Variabilit€atder Atemzugvolumina. Grundidee und Ziel der proportiona-len Druckunterst€utzung ist es, dem Patienten exakt den Teilder Atemarbeit abzunehmen, den er selbst nicht zu leisten imStande ist. Da die zu erbringende Atemarbeit durch die Atem-wegswiderst€ande und die elastischen R€uckstellkr€afte derLunge bestimmt wird, kann PPS durch zwei verschiedeneEinstellparameter („Vol.Assist“ und „FlowAssist“) individu-ell an das jeweilige Krankheitsbild des Patienten angepasstwerden. Die Differenzierung ist erforderlich, da ein Patientmit erhöhten Atemwegswiderst€anden mit einer grunds€atzlichanderen Problematik als ein Patient mit einer pathologischver€anderten Elastizit€at zu k€ampfen hat. W€ahrend es im erstenFall zu einer Behinderung des Gasflows kommt, wird dieSpontanatmung im zweiten Fall nur unzul€angliche Voluminabewegen. Den Reglern ist daher ein unterschiedliches Druck-verlaufsprofil zugeordnet. Die Unterst€utzung erfolgt bei er-höhter resistiver Atemarbeit mittels einer flowproportionalenDruckcharakteristik („FlowAssist“). Wird das Krankheitsbilddagegen durch eine ausgepr€agte elastische Atemarbeitgepr€agt, folgt der Druckverlauf proportional dem Atem-volumen („Vol.Assist“). Zum besseren Verst€andnis wurdendie unterschiedlichen Druckverlaufsprofile in der unterenH€alfte der Abb. 9 separat dargestellt. Die f€ur den Patiententats€achlich wirksame Druckunterst€utzung resultiert aus der

Überlagerung beider Kurvenfunktionen. Eine zu großz€ugigbemessene Unterst€utzung kann aufgrund der verst€arkendenEigenschaften des Systems dazu f€uhren, dass der Patientmehr Volumen als beabsichtigt erh€alt (sog. Runaway). DerDruck- und Tidalvolumenalarmgrenze kommen aus diesemGrund hier besondere Bedeutung zu.

Weitere unterstützende Verfahren Variable PS = Varia-ble Druckunterst€utzung

Beobachtet man die eigene Spontanatmung, wird manfeststellen, dass die Atemvolumina innerhalb einer gewissenBandbreite variieren. Die variable Druckunterst€utzung stehtim Beatmungsmodus SPN-CPAP zur Verf€ugung und verfolgtdas Ziel, diesen physiologischen Verlauf der Atmung nach-zubilden. Hierzu ver€andert die variable Druckunterst€utzungvon Atemzug zu Atemzug das Niveau des Unterst€utzungsd-ruckes. Die angestrebten Druckschwankungen werden durchdie Einstellung der Druckunterst€utzung sowie des Reglers„Druckvarianz“ (von 0–100 %) bestimmt (Abb. 10). Klini-sche Beobachtungen deuten darauf hin, dass dieses Verfahrensich vorteilhaft auf die Oxygenierung des Patienten auswir-ken kann.

VS = Volume SupportAuch die Funktion „Volumenunterst€utzung“ variiert die

Höhe der Druckunterst€utzung, hier allerdings mit einer

Abb. 9 SPN-PPS = Spontaneous-ProportionalPressure Support (Dr€agerwerkAG & Co. KGaA, L€ubeck. AlleRechte vorbehalten)

Langzeitbeatmungsger€ate f€ur die Intensivtherapie – Ger€ate und Methoden 11

anderen Zielsetzung und unter anderen Rahmenbedingungen.Die Aktivierung der Volumenunterst€utzung gew€ahrleistet,dass der Patient in jedem Fall das vom Anwender gew€ahlteTidalvolumen erh€alt. Dieses Volumen wird selbst dann appli-ziert, wenn die Compliance des Patienten sich ver€andert hatoder der Patient nur noch geringf€ugige Einatemanstrengun-gen unternimmt.

5.3 Spontanatmung (keineAtemunterstützung)

SPN-CPAP = Spontaneous-Continuous Positive AirwayPressure

SB = Spontaneous BreathingIn dieser Rubrik erh€alt der Patient weder eine Druckunter-

st€utzung noch mandatorische Beatmungsh€ube. Genau genom-men handelt es sich somit bei den dieser Gruppe zugeordnetenModi nicht um Beatmungs-, sondern um Spontanatemmodi.Der Anwender kann im Modus SPN-CPAP €uber den „PEEP“-Regler ein kontinuierliches positives Druckniveau erzeugen,auf dem der Patient spontan atmet. F€allt der Druck im Atem-system durch eine Einatmung etwas ab, wird sofort Gas nach-geliefert, um jederzeit ein konstantes Druckniveau aufrecht zu

erhalten. Das Verfahren setzt voraus, dass Spontanatmung undAtemantrieb des Patienten hinreichend stabil sind und derPatient selbst die Verantwortung f€ur die Atemfrequenz unddas Atemvolumen tragen kann. Die Aufgabe des Beatmungs-ger€ates beschr€ankt sich auf die Bereitstellung des benötigtenAtemgases, die Erzeugung des PEEP-Druckes und die Über-wachung der Spontanatemaktivit€aten des Patienten. Die Spon-tanatmung an einem Beatmungsger€at ist immer dann sinnvoll,wenn der Gesundheitszustand des Patienten die engmaschigeÜberwachung der Atemaktivit€aten erfordert. Gleichzeitigbesteht so die Möglichkeit,

• dem Kollabieren einzelner Alveolarbezirke entgegenzu-wirken,

• die Gasaustauschfl€ache der Lunge durch einen positivenAtemwegsdruck zu vergrößern und

• den Patienten mit einer erhöhten Sauerstoffkonzentrationzu versorgen.

Um dem Patienten die Atmung zu erleichtern, kann derSPN-CPAP-Modus mit einer Druckunterst€utzung kombiniertwerden. Aus dem reinen Spontanatemmodus wird so eineunterst€utzende Spontanatmung. Abb. 11 zeigt die Spontanat-mung in Kombination mit einer Druckunterst€utzung.

Abb. 10 Variable Pressure Support (Dr€agerwerk AG & Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechte vorbehalten)

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5.4 Mischventilation (partielleAtemunterstützung in Kombination mitkontrollierten Beatmungsphasen)

Beatmungsger€ate sind, wie bereits dargestellt, durch ver-schiedene Beatmungsmodi individuell an die jeweilige Situ-ation des Patienten adaptierbar. Bildlich gesprochen formendie verschiedenen Beatmungsmodi jedoch auch den Weg,€uber den der Patient von der kontrollierten Beatmung an dieSpontanatmung herangef€uhrt wird. Im Interesse des Patien-ten und unter Ber€ucksichtigung wirtschaftlicher Gesichts-punkte ist dieser Entwöhnungsprozess (auch Weaninggenannt) fr€uhestmöglich einzuleiten und, dem Leistungsver-mögen des Patienten entsprechend, z€ugig zu durchschreiten.Die der Mischventilation angehörenden Beatmungsmodi(z. B. VC-SIMV, PC-BIPAP etc.) setzen sich aus den Ele-menten der kontrollierten Beatmung und der unterst€utzendenSpontanatmung zusammen. Die mandatorischen Abschnitteerfolgen, wie bereits aus der kontrollierten Ventilationbekannt, druck- oder volumenkontrolliert und gew€ahrleisteneine gewisse Mindestventilation. Ausgehend von der Art derkontrollierten Beatmung (volumen- oder druckkontrolliert)wird der Anwender seine Entwöhnungsstrategie analoggestalten und den vom Beatmungsger€at geleisteten Anteilder Atemarbeit schrittweise reduzieren. In der Praxis erfolgtdiese Reduktion durch die Verringerung der mandatorischenFrequenz, oder alternativ durch Absenkung des Inspira-tionsdruckes. Die Beatmungsmodi dieser Kategorie sindbesonders f€ur Patienten geeignet, die €uber keinen stabilenAtemantrieb und eine geschw€achte Atemmuskulatur verf€u-gen. Auch bei diesen Modi hat der Anwender ein besonderesAugenmerk darauf zu legen, dass die Einstellung des Venti-lators der Leistungsf€ahigkeit des Patienten entspricht.

Volumenkontrollierte Mischventilation (mit bzw. ohneDruckunterstützung) VC-SIMV = Volume Control-Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation

Unabh€angig von eventuellen Spontanatemaktivit€aten desPatienten gew€ahrleistet der Modus VC-SIMVeine definierte,konstante, mandatorische, volumenkontrollierte Ventilation.VC-SIMV kann somit den Modus VC-CMV ersetzen undbereits in der Phase der kontrollierten Ventilation angewendetwerden. Dar€uber hinaus hat das Beatmungsger€at inVC-SIMV den Auftrag, die mandatorische Beatmung f€urden Patienten so angenehm wie möglich zu gestalten. UnterEinhaltung der Anzahl der Beatmungsh€ube pro Minute hatdas Beatmungsger€at aus diesem Grund in VC-SIMV dieFreiheit, den Abstand zwischen den mandatorischen Beat-mungsh€uben zu variieren. Das mandatorische Minuten-volumen MV ergibt sich, wie in VC-CMV, aus dem Produktder Frequenz f und dem eingestellten Tidalvolumen VT. MitEinsetzen der Spontanatmung erh€alt der Patient zus€atzlichesAtemgas, sodass sich das Gesamtminutenvolumen dann ausmandatorischem und spontanem Minutenvolumen zusam-mensetzt.

Zeitlicher Verlauf mandatorischer und unterstützter Phasen(Abb. 12) In VC-SIMV ist dem mandatorischen Beatmungs-hub ein sogenanntes Triggerfenster vorgeschaltet. Atmet derPatient in dieser Phase ein, wird das Beatmungsger€at denwenig sp€ater ohnehin f€alligen Beatmungshub bereits zu die-sem Zeitpunkt abgeben. Die Zeitdifferenz zwischen derregul€ar vorgegebenen Zykluszeit (IMV-Zeit) und demtats€achlichen Auslösezeitpunkt wird der n€achsten Spontana-temphase hinzugerechnet, um die vom Anwender festgelegteAnzahl der Beatmungsh€ube pro Minute nicht ansteigen zulassen. Zwischen dem Ende einer mandatorischen Phase undder erneuten Aktivierung des Triggerfensters unterst€utzt dieDruckunterst€utzung des Beatmungsger€ates die Spontanat-mung. Es erfolgt somit ein serieller Wechsel zwischen man-datorischen Abschnitten, in denen das Beatmungsger€at €uberdas Beatmungsmuster entscheidet, und unterst€utzenden Pha-sen, in denen der Patient maximale Freiheit genießt. Obgleichdieses Verhalten prinzipiell nicht zu beanstanden ist, kommt

Abb. 11 SPN-CPAP/PS = Spontaneous-ContinuousPositive Airway Pressure/PressureSupport (Dr€agerwerk AG &Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechtevorbehalten)

Langzeitbeatmungsger€ate f€ur die Intensivtherapie – Ger€ate und Methoden 13

es in der klinischen Praxis leider immer wieder zu Überlage-rungen mandatorischer und spontaner Aktivit€aten. Diese ver-ursachen dann, da das Beatmungsger€at in der mandatorischenPhase nicht auf die W€unsche des Patienten reagiert, einerseitsunangenehme Dissynchronien und bescheren dem Personalmeist zus€atzliche Alarme. Eine derartige Situation ist dahersowohl f€ur den Patienten als auch f€ur das Personal gleicher-maßen belastend und sollte, auch im Hinblick auf die Ent-wöhnungsdauer, unter allen Umst€anden vermieden werden.Abhilfe schaffen in diesem Zusammenhang Beatmungsmodi(z. B. PC-BIPAP) oder zus€atzliche Funktionen (z. B. Auto-Flow), die die Spontanatmung auch w€ahrend der mandatori-schen Phase tolerieren.

VC-MMV = Volume Control-Mandatory Minute Vo-lume

Der Beatmungsmodus VC-MMV (Abb. 13) verh€alt sich,sofern der Patient nicht spontan atmet, wie ein volumenkon-trollierter Beatmungsmodus und ist unter diesen Bedingun-gen augenscheinlich nicht von dem zuvor beschriebenen VC-SIMV-Modus zu unterscheiden. Einziger und entscheidenderUnterschied zwischen den beiden Modi ist, dass der manda-torische Anteil der Ventilation in VC-MMV in Abh€angigkeitder Spontanatemaktivit€aten variieren kann. Atmet der Patientselbstst€andig ein ausreichend großes Volumen, wird der kon-trollierte Beatmungshub nicht abgegeben. Auf diese Weisebietet VC-MMV dem Patienten die „grenzenlose“ Freiheit

von der reinen kontrollierten Beatmung bis zur totalen Spon-tanatmung. Der Modus hat sich z. B. im Rahmen der post-operativen Beatmung bew€ahrt, ersetzt jedoch nicht dasgezielte Atemtraining des Patienten. Wie in anderen volu-menkontrollierten Beatmungsmodi kann es auch inVC-MMV zu unangenehmen Überlagerungen von spontanenund mandatorischen Phasen kommen. Eine bessere Akzep-tanz dieser Interferenzen l€asst sich, sofern vorhanden, wie inVC-SIMV durch Zuschaltung einer erweiterten Funktio-nalit€at (z. B. AutoFlow) erreichen.

Zeitlicher Verlauf mandatorischer und unterstützter Pha-sen Das mandatorische Minutenvolumen wird durch dieEinstellung der Frequenz f und dem Tidalvolumenregler VT

bestimmt. Die kontrollierte Beatmung erfolgt nach dembereits bekannten Muster. Mit Einsetzen der Spontanatmungberechnet und prognostiziert das Beatmungsger€at kontinuier-lich, welches Spontanatemvolumen der Patient in einerMinute erreichen wird. Ergibt die Kalkulation ein positivesSaldo (der Patient atmet spontan mehr als das Ger€at manda-torisch liefern w€urde) wird das Beatmungsger€at die manda-torische Beatmung automatisch einstellen. Resultiert einnegatives Ergebnis, liefert das Beatmungsger€at eine entspre-chende Anzahl synchronisierter mandatorischer Atemh€ube,um das vom Anwender vorgegebene Minutenvolumen zuerreichen. Im Falle einer Apnoe erfolgt die Beatmung ent-

Abb. 12 VC-SIMV = VolumeControl-SynchronizedIntermittent MandatoryVentilation (Dr€agerwerk AG &Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechtevorbehalten)

Abb. 13 VC-MMV = VolumeControl-Mandatory MinuteVolume (Dr€agerwerk AG &Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechtevorbehalten)

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sprechend der vorgegebenen Einstellparameter. Die Spon-tanatmung selbst kann durch Anwendung einer Druckunter-st€utzung gefördert werden. Dar€uber hinaus ist zur Erkennungeiner beschleunigten Atmung (Tachypnoe) die ad€aquateAnpassung der Spontanatemfrequenz-Alarmgrenze fspn inVC-MMV von besonderer Bedeutung.

Druckkontrollierte Mischventilation (mit bzw. ohneDruckunterstützung) PC-BIPAP = Pressure Control-Biphasic Positive Airway Pressure

PC-BIPAP ist f€ur Patienten mit Lungenfunktionsstörun-gen genauso wie f€ur lungengesunde Patienten anwendbar.Der PC-BIPAP-Beatmungsmodus l€asst sich als zeitgesteuerteund druckkontrollierte Beatmung beschreiben, bei der derPatient zu jeder beliebigen Zeit ein- oder ausatmen kann.PC-BIPAP wird daher auch oft mit dem zeitgesteuertenWechsel zwischen zwei verschiedenen SPN-CPAP-Niveausverglichen. Die Mischung mandatorischer und spontanerAktivit€aten erfolgt somit nicht im zeitlichen Wechsel wie inVC-SIMV, sondern simultan. Dieses auch als freie Durch-atembarkeit bezeichnete Ger€ateverhalten steigert den Patien-tenkomfort erheblich und gestattet den fließenden Übergangvon kontrollierter Beatmung bis hin zur vollst€andigen Spon-tanatmung. Technische Grundlage des Modus ist das dyna-mische Zusammenspiel der inspiratorischen Gasdosierein-richtung und einem geregelten Exspirationsventil. Hierbei€ubernimmt die Gasdosierung im Falle eines Druckeinbruchsdie Lieferung des zus€atzlich benötigten Gasflows. Ein plötz-licher Druckanstieg hingegen (z. B. durch einen Hustenstoßdes Patienten) wird durch ein kontrolliert-begrenztes Öffnendes Exspirationsventils ausgeglichen. F€ur Patient undAnwender hat diese spezielle Form der druckkontrolliertenBeatmung verschiedene Vorteile:

• Das Beatmungsger€at reagiert jederzeit auf die W€unschedes Patienten; er muss also nicht gegen geschlosseneVentile ank€ampfen; die Beatmung ist damit stressfreierf€ur den Patienten.

• Die harmonisierte Interaktion zwischen Ger€at und Patientermöglicht eine flachere Sedierung des Patienten; dieReduktion der Medikation f€uhrt zu Kosteneinsparungenund steigert den Atemantrieb des Patienten.

• Ein ansprechbarer Patient kann aktiviert und motiviertwerden; beides kann den Gesundungsprozess positiv be-einflussen.

• Durch Kommunikation mit dem Patienten kann dieSchmerzmedikation oder auch die Einstellung des Beat-mungsger€ates optimiert werden.

• Die Spontanatmung des Patienten ermöglicht die Re-duktion der mandatorischen Ventilation und verbessertdie pulmonale Gasdistribution und den Gasaustausch.

• Die durch die Spontanatmung bedingte Verringerung derim Thorax (intrathorakal) herrschenden Druckkr€afte f€uhrt

zu einer kardialen Entlastung und wirkt sich positiv aufden venösen R€uckfluss zum Herzen aus.

• Die fr€uhzeitige Beteiligung des Patienten an der Atemar-beit kann die Beatmungsdauer verk€urzen und verringertdamit das Infektionsrisiko.

• Die freie Durchatembarkeit reduziert die Anzahl dissyn-chronisationsbedingter Alarme, die Beatmung ist damitnicht nur f€ur den Patienten, sondern auch f€ur das Personalstressfreier.

Diese Vorz€uge stehen dem Anwender bei Verwendung derFunktion „AutoFlow“ auch in der volumenkontrolliertenBeatmung zur Verf€ugung (N€aheres hierzu in Abschn. 6).

Zeitlicher Verlauf mandatorischer und unterstützter Phasenin PC-BIPAP Wie in VC-SIMV ist dem mandatorischenBeatmungshub ein Triggerfenster vorgeschaltet. Atmet derPatient in dieser Phase ein, wird das Beatmungsger€at denwenig sp€ater ohnehin f€alligen Druckwechsel bereits zu die-sem Zeitpunkt vollziehen. Die Zeitdifferenz zwischen dereingestellten Zykluszeit und dem tats€achlichen Auslösezeit-punkt wird der n€achsten Spontanatemphase hinzugerechnet.Die Verrechnung gew€ahrleistet, dass die vom Anwender fest-gelegte Beatmungsfrequenz konstant bleibt. Zwischen demEnde einer mandatorischen Phase und der erneuten Aktivie-rung des Triggerfensters unterst€utzt das Beatmungsger€at dieSpontanatmung mittels der Druckunterst€utzung. Die vomAnwender mit dem Einsteller „Rampe“ festgelegte Druck-anstiegsgeschwindigkeit pr€agt sowohl den unterst€utzendenals auch den mandatorischen Druckanstieg. Der Patient erh€altdas Atemgas damit stets mit einer einheitlichen Flowcharak-teristik, deren dezelerierenden Verlauf i. d. R. deutlich ange-nehmer als ein Konstantflow empfunden wird. PC-BIPAPverf€ugt als weitere Besonderheit €uber ein zus€atzliches Trig-gerfenster, durch das der Druckwechsel vom Inspirations-druck auf das PEEP-Niveau mit der Spontanatmung syn-chronisiert wird. Hierdurch ist es möglich, dass auch dieL€ange der Inspirationsdauer in gewissem Maße variierenkann. Wie f€ur die Beatmungsfrequenz erfolgt auch in diesemFall eine rechnerische Korrektur und ein entsprechenderAusgleich €uber die Anpassung der Inspirationsdauer in dern€achsten mandatorischen Beatmungsphase (Abb. 14).

PC-SIMV = Pressure Control-Synchronized Inter-mittent Mandatory Ventilation

Dieser Beatmungsmodus verh€alt sich hinsichtlich des zeit-lichen Wechsels mandatorischer und spontaner Ventilations-phasen wie die volumenkontrollierte VC-SIMV-Variante.Einziger Unterschied zum volumenkontrollierten VC-SIMVist, dass die mandatorischen Beatmungsh€ube in diesem Falldruckkontrolliert erfolgen. Die unter PC-BIPAP beschriebenefreie Durchatembarkeit ist hier nicht obligatorisch oder stehtherstellerbedingt nur eingeschr€ankt zur Verf€ugung.

Langzeitbeatmungsger€ate f€ur die Intensivtherapie – Ger€ate und Methoden 15

PC-APRV = Pressure Control-Airway Pressure Re-lease Ventilation

Obgleich PC-APRV (Abb. 15) in seinen wesentlichenCharaktereigenschaften dem Beatmungsmodus PC-BIPAPsehr €ahnlich ist, handelt es sich um einen Modus, der aufeiner g€anzlich anderen Beatmungsphilosophie beruht. Iminteressanten Kontrast zu allen €ubrigen Modi, in der diemandatorische Inspiration einen pulmonalen Druckanstiegerzeugt, erfolgt die Volumenverschiebung in PC-APRVdurch eine kurze Druckentlastung. Diese sogenannteRelease-Phase ermöglicht eine extrem kurze und unvollst€an-dige Exspiration. Zum besseren Verst€andnis des Sachverhaltsmag es hilfreich sein, sich einen Patienten vorzustellen,der auf einem erhöhten Druckniveau spontan atmet(SPN-CPAP). Kommt es im weiteren Verlauf zu einer Ver-schlechterung der Spontanatmung und damit verbunden zueinem arteriellen Kohlendioxidanstieg, ist es erforderlich, dieVentilation zu steigern. Bislang wurde hierzu der Druck imAtemsystem erhöht und damit Volumen in die Lunge beför-dert. PC-APRV hingegen nutzt den Umstand aus, dass diePatientenlunge durch den positiven Druck bereits gef€ullt istund erzwingt eine kurze Exspiration durch Reduktion des

Drucks im Atemsystem. Die Druckentlastungsphase ist inPC-APRV sehr kurz, typisch sind z. B. 0,5 s. Da diese Zeitin der Erwachsenenbeatmung keine vollst€andige Exspirationermöglicht, werden sich in der Release-Phase nur die schnellent- und bel€uftbaren Compartments der Lunge entleeren.Bereiche, in die das Gas aufgrund erhöhter Atemwegswider-st€ande nur sehr langsam gelangt, werden von dem kurzenDruckwechsel kaum beeinflusst. Oftmals handelt es sichjedoch gerade bei diesen Lungenbezirken um Bereiche, diesich mittels der konventionellen Beatmung nur unzul€anglichbel€uften lassen und/oder zum Kollabieren neigen. Durch diestabileren Druckverh€altnisse in diesen kritischen Lungenab-schnitten kann durch PC-APRV meist eine schonendere Ven-tilation und ein verbesserter Gasaustausch erreicht werden.Die PC-APRV-Einstellparameter weichen aufgrund der spe-zifischen Besonderheiten des Beatmungsmodus geringf€ugigvon den sonst €ublichen Bezeichnungen und Parameternab. Um dem Anwender z. B. die Einstellung der kurzenRelease-Phasen zu erleichtern, kann in PC-APRV anstelleder Atemfrequenz die Exspirationszeit Ttief eingestellt wer-den. Entsprechend wird die Inspirationszeit als Thoch und derInspirationsdruck als Phoch bezeichnet. Auch der Begriff

Abb. 14 PC-BIPAP = PressureControl-Biphasic Positive AirwayPressure mit Spontanatmung(Dr€agerwerk AG & Co. KGaA,L€ubeck. Alle Rechte vorbehalten)

Abb. 15 PC-APRV = PressureControl-Airway Pressure ReleaseVentilation (Dr€agerwerk AG &Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechtevorbehalten)

16 T. Peyn

PEEP w€urde hier ad absurdum gef€uhrt werden und wirddaher durch die Bezeichnung Ptief ersetzt. Eine Druckunter-st€utzung steht in PC-APRV nicht zur Verf€ugung, da sie imWiderspruch zu der eigentlichen Philosophie des Beatmungs-modus stehen w€urde. PC-APRV hat ansonsten die gleichenSpontanatemeigenschaften wie PC-BIPAP, d. h. der Patientkann zu jedem beliebigen Zeitpunkt ein- oder ausatmen.PC-APRV wurde in der Vergangenheit sehr erfolgreich beiPatienten mit schweren Gasaustauschstörungen eingesetztund gewinnt, nicht nur in diesem Anwendungsfall, zuneh-mend an Bedeutung. Der Einsatz von PC-APRV bei lungen-gesunden Patienten ist grunds€atzlich möglich, aufgrund derbeschriebenen Abweichungen zu den physiologischen Atem-gewohnheiten allerdings nur selten zu beobachten.

6 Beatmungszus€atze undSonderfunktionen

6.1 IRV – Inverse Ratio Ventilation

Im Normalfall ist die Inspirationsdauer k€urzer als die Ex-spirationsphase. Bei Krankheitsbildern mit schweren Oxige-nierungsstörungen ist es jedoch erforderlich, die Inspirations-zeit zulasten der Exspirationszeit zu verl€angern. Der BegriffIRV sagt lediglich aus, dass die Beatmung mit einem umge-kehrten Atemzeitverh€altnis erfolgt, die Inspirationszeit alsol€anger als die Exspirationszeit ist. Die allein stehendeBezeichnung IRV l€asst keine R€uckschl€usse zu, ob die Beat-mung volumen- oder druckkontrolliert erfolgt.

6.2 ILV – Independent Lung Ventilation

Bei der ILV-Beatmung handelt es sich um die seitengetrennteBeatmung der Lunge €uber einen speziellen Doppellumentu-bus, dessen Anschl€usse jeweils mit einem eigenst€andigenBeatmungsger€at verbunden werden. Das Verfahren wird ins-besondere bei einseitig ausgepr€agten Lungensch€aden ange-wandt. Einzelne Ger€ate €alterer Bauart ermöglichen einekabelgebundene Synchronisierung der Beatmungsger€ate,beschr€anken diese Funktion jedoch meist auf die volumen-kontrollierte Beatmung. Ein Beatmungsger€at €ubernimmtdann die Funktion des „Masters“, der den Beatmungsrhyth-mus bestimmt. Entsprechend der gew€ahlten Voreinstellungerfolgt die Beatmung durch das zweite, auch als „Slave“bezeichnete, Beatmungsger€at parallel, zeitlich versetzt oderinvers zu den Aktionen des Masters. Da sich in der Beatmungallgemein und bei der Behandlung pulmonaler Krankheits-bilder im Besonderen die Anwendung druckkontrollierterBeatmungsmodi durchgesetzt hat, wird heute in der Regelauf eine Synchronisierung der beiden Beatmungsger€ate ver-zichtet.

6.3 Seufzer

Die Beobachtung der eigenen Spontanatmung zeigt, dass dieAtmung nicht ganz gleichm€aßig erfolgt. Von Zeit zu Zeiterfolgt eine vertiefte Inspiration, wir seufzen. Die Seufzer-funktion wurde in der Beatmung urspr€unglich mit dem Zieleingef€uhrt, die f€ur die Spontanatmung typischen Volumen-schwankungen zu kopieren und so das monotone und unphy-siologische Beatmungsmuster der kontrollierten Beatmungzu durchbrechen. Die Seufzerfunktion wird auch als intermit-tierender PEEP bezeichnet und durch eine tempor€are Anhe-bung des PEEP-Drucks auf einen höheren Wert realisiert.Einige Beatmungsger€ate bieten dem Anwender zus€atzlichdie Möglichkeit einzustellen, f€ur wie viele Atemzyklen derPEEP angehoben werden und wie viele Seufzer das Ger€at proZeiteinheit erzeugen soll. Der Begriff Seufzer resultiert ausder vertieften Inspiration, deren Entladung ein auff€alligesStrömungsger€ausch, €ahnlich dem eines spontanen Seufzers,erzeugt. Hinsichtlich der urspr€unglichen Idee konnte sich dieAnwendung eines Seufzers nicht etablieren. Dem gegen€uberjedoch gewinnt die Funktion als ein therapeutisches Mittelzur Wiedereröffnung kollabierter Lungenareale (Recruit-ment) durchaus an Bedeutung.

6.4 AutoFlow – optional verfügbar anDr€ager-Beatmungsger€aten

Bei der Funktion AutoFlow handelt es sich um einen optio-nalen Zusatz, der in allen volumenkontrollierten Beatmungs-modi zur Verf€ugung steht (Ausnahme: ILV). Die Einstellungdes Beatmungsmodus erfolgt mittels der f€ur den jeweiligenModus wirksamen Beatmungsparameter. Mit Aktivierungder AutoFlow-Funktion ersetzt das Beatmungsger€at den f€urdie volumenkontrollierte Beatmung typischen Konstantflowdurch den aus der druckkontrollierten Beatmung bekanntendezelerierenden Flowverlauf. Im Ergebnis werden so dieVorz€uge der druckkontrollierten Beatmung mit den St€arkender volumenkontrollierten Ventilation kombiniert. Die modi-fizierte volumenkontrollierte Beatmung l€asst sich damit wiefolgt charakterisieren:

• AutoFlow gew€ahrleistet, dass das vom Anwender einge-stellte Tidalvolumen mit dem geringstmöglichen Beat-mungsdruck appliziert wird.

• AutoFlow passt den Beatmungsdruck automatisch anCompliancever€anderungen der Lunge an, damit entf€alltdie in der druckkontrollierten Beatmung erforderlichemanuelle Korrektur des Inspirationsdruckes.

• AutoFlow toleriert zu jedem beliebigen Zeitpunkt Sponta-natemaktivit€aten des Patienten und bereichert die volu-menkontrollierte Beatmung so um die unter PC-BIPAPaufgelisteten Vorz€uge der freien Durchatembarkeit.

Langzeitbeatmungsger€ate f€ur die Intensivtherapie – Ger€ate und Methoden 17

• AutoFlow eliminiert den f€ur die volumenkontrollierteBeatmung typischen Spitzendruck, durch den es zur par-tiellen Überdehnung einzelner Lungenbezirke kom-men kann.

• AutoFlow €ubernimmt die Einstellung der Regler „Flow“und „Pmax“. Die Reduktion der Parameter vereinfacht dieEinstellung der volumenkontrollierten Beatmung.

Verlauf von Inspiration und Exspiration und Regelverhal-ten Der zeitliche Verlauf von In- und Exspiration bleibtdurch die AutoFlow-Funktion unber€uhrt und entspricht demVerhalten des jeweiligen Beatmungsmodus. Nach Aktivie-rung von AutoFlow appliziert das Beatmungsger€at denn€achsten mandatorischen Beatmungshub mit minimalemKonstantflow. Der am Ende dieser Inspiration gemesseneBeatmungsdruck wird in der folgenden Inspirationsphaseals Inspirationsdruck verwendet. Die Flowlieferung erfolgtdann mit dezelerierendem Flowprofil. Nach Umschaltung aufExspiration vergleicht das Beatmungsger€at das applizierteTidalvolumen mit der vom Anwender vorgegebenen Soll-größe. Differenzen werden durch geringf€ugige Anhebungoder Absenkung des Inspirationsdruckes der folgenden man-datorischen Phase ausgeglichen. Der Anpassungsmechanis-mus ist von Atemzug zu Atemzug auf eine Schwankungs-breite von �3 mbar begrenzt. Die Erhöhung des Drucks wirdeingestellt, sobald sich der Inspirationsdruck der oberenAtemwegsdruck-Alarmgrenze bis auf 5 mbar angen€aherthat. Kann das eingestellte Tidalvolumen mit diesem Drucknicht mehr vollst€andig abgegeben werden, generiert dasGer€at den Alarm „Volumen inkonstant“. Obwohl es durchSpontanatemaktivit€aten zu Schwankungen des exspiratori-schen Volumens kommen kann, wird im zeitlichen Mitteldurch AutoFlow ein konstantes Atemzugvolumen appliziert.Die Anwendung von AutoFlow ist immer dann möglich undsinnvoll, sofern keine besonderen pulmonalen Restriktionenvorliegen und der Patient ohnehin volumenkontrolliert beat-met wird. Unabh€angig von der aktuellen Beatmungssituationkommt der oberen Atemwegsdruck-Alarmgrenze aufgrundder zuvor beschriebenen Doppelfunktion besondere Bedeu-tung zu. Einen Screenshot der EvitaXL zeigt Abb. 16. Vonlinks nach rechts ist ein konventioneller, volumenkontroll-ierter Beatmungshub, der nach Aktivierung von AutoFlowapplizierte Hub mit minimalem Konstantflow sowie der ersteder dann folgenden AutoFlow-Beatmungsh€ube zu erkennen.

VG (Volume Guarantee) ist ein Beatmungszusatz in derdruckkontrollierten Beatmung und mit der zuvor beschriebe-nen AutoFlow-Funktion vergleichbar. Herstellerbedingt ste-hen derartige Regelalgorithmen teilweise nur als separaterBeatmungsmodus zur Verf€ugung (z. B. PRVC = PressureRegulated Volume Controlled).

6.5 ATC – automatischeTubuskompensation,TC – Tubuskompensation

Intubierten Patienten wird, bedingt durch die k€unstliche Ein-engung ihrer Atemwege, ein erhebliches Maß an Mehrarbeitzur Verrichtung ihrer Atemt€atigkeit abverlangt. Die zus€atz-liche Atemarbeit (WOB = Work of Breathing) resultiert ausder €uber dem Tubus anfallenden Druckdifferenz, diezus€atzlich vom Atemmuskel aufgebracht werden muss.Wesentliche Einflussfaktoren sind hierbei der Tubustyp (En-dotrachealtubus oder Trachealkan€ule), der Tubusdurchmes-ser und der aktuell durch den Tubus strömende Gasflow. DieBedeutung und den Einfluss des Gasflows kann man sichleicht vergegenw€artigen, indem man einfach einmal versucht,mit verschlossener Nase f€ur mehrere Minuten durch einenetwas dickeren Strohhalm zu atmen. Man wird hierbeibemerken, dass die Erzeugung größerer Gasflows mit einerdeutlich erhöhten Atemanstrengung verbunden ist. In derKonsequenz ist es naheliegend, dass die Unterst€utzung desPatienten in Relation zum Flow erfolgen sollte. Basierend aufdieser Idee steigert ATC den Druck im Atemsystem w€ahrendder Inspiration um den zwischen Tubuskonnektor und Tubus-spitze flowinduzierten Druckabfall. In der Exspiration erfolgtdie Kompensation durch Absenkung des PEEP-Niveaus. F€urden Patienten entsteht so der Eindruck, als sei er gar nichtintubiert. Allerdings kommt es aufgrund der dynamischenDruckanpassungen im Atemsystem zu deutlichen Ver€ande-rungen in der Druck-Zeit-Kurve. Diese f€ur den Anwenderanf€anglich gewöhnungsbed€urftigen Kurvenverl€aufe spiegelnjedoch lediglich die Druckschwankungen vor dem Tubuswider und entsprechen somit nicht dem pulmonalen Druck-verlauf. Genauere Informationen hinsichtlich des Drucks ander Tubusspitze liefern Ger€ate, die diesen Druck rechnerischermitteln und als separate Drucklinie darstellen. Die Tubus-kompensation steht in allen Beatmungsmodi zur Verf€ugungund wird durch Eingabe der Tubusart, des Tubusdurchmes-sers und der gew€unschten prozentualen Kompensation an dieaktuelle Beatmungssituation angepasst. Da ATC dem Patien-ten die Atemarbeit erheblich erleichtert, sollte der Anwendervor Aktivierung der ATC-Funktion die Druckunterst€utzungdeutlich reduzieren oder ggf. vor€ubergehend abschalten. DieTubuskompensation ist prinzipiell f€ur alle intubierten Patien-ten geeignet, kann jedoch z. B. f€ur Patienten mit obstruktivenAtemwegserkrankungen durch eine Konfigurations€anderungauf die Inspirationsphase beschr€ankt werden (Abb. 17).

6.6 NIV-Maskenbeatmung – Non InvasiveVentilation

Sofern klinisch vertretbar, werden zur Vermeidung einerIntubation bzw. zur Verk€urzung der Intubationsdauer und

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dem damit verbundenen Risiko einer ventilatorassoziiertenPneumonie, nicht-invasive Beatmungsverfahren angewen-det. Allerdings stellt die Maskenbeatmung Anwender, Patientund Beatmungsger€at gleichermaßen vor besondere Heraus-forderungen. Hierzu z€ahlen z. B. die Verf€ugbarkeit undAkzeptanz geeigneter Gesichtsmasken, die Kommunikationund Kooperation zwischen dem Anwender und dem Patien-ten und nicht zuletzt auch spezielle technische Anforderun-gen an das Verhalten des Beatmungsger€ates, da es bei derMaskenbeatmung immer wieder zu Leckagen und Diskon-nektionen kommt. Bedingt durch zahlreiche herstellerspezi-fische Besonderheiten sollen an dieser Stelle lediglich einigegrunds€atzliche Aspekte der Maskenbeatmung betrachtet wer-den. Allem voran ist es f€ur die Qualit€at der Maskenbeatmungvon entscheidender Bedeutung, inwieweit das Beatmungs-ger€at aufgrund von Leckagen an der Beatmungsmaske zumSelbsttriggern neigt. Die erforderliche Anpassung der Trig-gerempfindlichkeit erfolgt, je nach Beatmungsger€at, entwe-der automatisch oder muss manuell vom Anwender nachge-f€uhrt werden. Auch hinsichtlich des applizierten Volumens

kann es bei der volumenkontrollierten Beatmung von Fall zuFall zu gravierenden Unterschieden kommen. In diesemZusammenhang ist auch darauf hinzuweisen, dass nicht alleBeatmungsger€ate die volumenkontrollierte Anwendung vonNIV ermöglichen. Generell kommt bei einer derartigenApplikation einer leistungsstarken Leckagekompensationbesondere Bedeutung zu. Die Leckagekompensation ver-gleicht kontinuierlich das eingestellte Tidalvolumen mitdem exspiratorisch gemessenen Volumen und erhöht, imFalle von Undichtigkeiten, die inspiratorische Gaslieferung.Nicht zuletzt bedarf es im Rahmen der nicht-invasiven Beat-mung besonderer Anforderungen an das Monitoring und dieAlarmgrenzen. Muss z. B. der Sitz der Maske korrigiertwerden, die Maske wird also kurzzeitig abgenommen undneu angesetzt, w€urde dies unter normalen Umst€anden sehrschnell zu einem Diskonnektalarm f€uhren. Verhindern l€asstsich ein derartiger Alarm durch eine einstellbare Alarmver-zögerungszeit TDiskonnekt, die jedoch nur in der BetriebsartNIV zur Verf€ugung steht.

Abb. 16 AutoFlow (Dr€agerwerk AG & Co. KGaA, L€ubeck. Alle Rechte vorbehalten)

Langzeitbeatmungsger€ate f€ur die Intensivtherapie – Ger€ate und Methoden 19

6.7 Apnoeventilation

Im Rahmen der Entwöhnung teilen sich Ventilator und Pati-ent die Verantwortung f€ur das totale Atemminutenvolumen.Kommt es in dieser Phase, z. B. durch Überforderung desPatienten, zu einer Apnoe, kann das verbleibende mandato-risch applizierte Volumen unter Umst€anden keine ausrei-chende Ventilation mehr gew€ahrleisten. Zur Vermeidungeiner Hypoventilation l€asst sich aus diesem Grund der Ap-noealarm in den Beatmungsmodi mit Spontanatembeteili-gung mit einer so genannten Apnoeventilation kombinieren.In diesem Fall wird das Beatmungsger€at die definierte kon-trollierte Beatmung des Patienten sicherstellen, bis derAnwender sich der aktuellen Patientensituation widmenkann. In der Erwachsenenbeatmung ist die Apnoeventilationi. d. R. als volumenkontrollierte Beatmung, in der Neonato-logie hingegen als druckkontrollierte Beatmung realisiert.

7 Patientenüberwachung undAlarmgrenzen

W€ahrend zahlreiche Ger€atefunktionen durch das Beatmungs-ger€at automatisch €uberwacht werden, m€ussen vom Anwenderf€ur verschiedene andere Messwerte manuell Alarmgrenzeneingestellt werden. Der Stellenwert der Patienten€uberwa-chung wurde bereits am Beispiel der Apnoeventilation ver-deutlicht. Dennoch werden Alarme seitens zahlreicherAnwender h€aufig als unangenehme Begleiterscheinung derBeatmung eingestuft. Ein positiveres Bild ergibt sich, wennman die ad€aquate Einstellung der Alarmgrenzen mit einemum den Patienten herum aufgestellten „Schutzzaun“ ver-gleicht. Solange der Patient seine Aktivit€aten innerhalb der„umz€aunten“ Fl€ache aus€ubt, besteht weder Anlass zur Sorgenoch Grund f€ur einen Alarm. Sobald der Patient jedochversucht, die f€ur ihn geschaffene „Schutzzone“ zu verlassen,meldet das Ger€at diesen „Fluchtversuch“ durch Generierungeines entsprechenden Alarms. Zwangsl€aufig dr€angt sich

damit die Frage auf, welche Bedeutung den verschiedenenAlarmgrenzen beizumessen ist und wie diese eingestellt wer-den sollten. Grunds€atzlich kann hierzu Folgendes gesagtwerden:

• Es gibt keine unwichtigen Alarmgrenzen. Es gilt zubedenken, dass die Situation des Patienten sich jederzeit€andern kann. Daher sollten auch Alarmgrenzen die aktuellnicht relevant erscheinen, patientengerecht eingestelltwerden.

• Die Alarmgrenzeneinstellung sollte sich stets an denjeweils aktuellen Messwerten und an dem Grundsatz„prinzipiell so weit wie möglich, aber immer so eng wienötig“ orientieren.

• Nach Einstellung oder Ver€anderung eines Beatmungsmo-dus sind grunds€atzlich im n€achsten Schritt alle Alarm-grenzen zu pr€ufen und ggf. bedarfsgerecht anzupassen.Durch diese Vorgehensweise lassen sich vorhersehbareAlarme und unnötiger Stress vermeiden.

• Es gibt keine sinnlosen Alarme. Jedem Alarm liegt einepatientenseitige Ver€anderung, eine anwenderseitige Fehl-einsch€atzung oder aber eine technische Störung zugrunde,mit der der Anwender sich umgehend auseinanderzuset-zen hat.

Mit der im Weaning praktizierten R€uckverlagerung derAtemarbeit auf den Patienten verschiebt sich auch die Auf-gabe der Überwachungs- und Alarmeinrichtung. Wurdew€ahrend der kontrollierten Beatmung prim€ar die Aktivit€atdes Ger€ates sowie dessen Wirkung auf den Patienten€uberwacht, €ubernimmt die Überwachungs- und Alarmein-richtung in der Entwöhnungsphase zus€atzlich die Aufgabeder Patienten€uberwachung. Aufgrund physiologischer Schwan-kungen der Atemfrequenz und des Atemzugvolumens liegt esin der Natur der Sache, dass die Alarmgrenzen, bezogen auf denaktuellen Messwert, in der kontrollierten Beatmung deutlichenger als in der Mischventilation oder der (unterst€utzenden)Spontanatmung gesetzt werden können.

Abb. 17 ATC = AutomatischeTubuskompensation (Dr€agerwerkAG & Co. KGaA, L€ubeck. AlleRechte vorbehalten)

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8 Entwöhnungsstrategie und SmartCare –verfügbar in SPN-CPAP/PS

Dem Anwender stehen heute zahlreiche Beatmungsmodi zurVerf€ugung, die vom Beatmungsbeginn an die Spontanat-mung zulassen. Dies ermöglicht zu jedem Zeitpunkt derBeatmung die pr€azise Adaption des Ger€ates an eine partiellvorhandene Spontanatmung und minimiert das l€astige Hin-und Herwechseln zwischen verschiedenen Beatmungsmodimit jeweils spezifischen Einstellparametern. Auf klinischerSeite hingegen wurden im Rahmen von Qualit€atssicherungs-verfahren sogenannte „Protokolle“ oder auch „Guidelines“entwickelt, durch die die Beatmung bzw. die Entwöhnungschrittweise beschrieben und festgelegt wird. ZahlreicheAnwender sind damit gehalten, die Beatmungstherapie €ubereinen vorgegebenen Weg zu realisieren. ErforderlicheAbweichungen werden dokumentiert und fließen im Rahmeneines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses in die Weiter-entwicklung dieser Protokolle mit ein. Dennoch kann dieBeatmung und Entwöhnung eines Patienten hinsichtlich ihrerGesamtdauer sehr stark variieren. W€ahrend ein postoperati-ver Patient vielleicht nur wenige Stunden nachbeatmet wer-den muss und im „Handumdrehen“ entwöhnt werden kann,kann sich dieser Prozess in anderen F€allen als extrem prob-lematisch und langwierig erweisen. Gerade im zweiten Fallwird der Anwender sich intensiv mit der Situation und Leis-tungsf€ahigkeit des Patienten auseinandersetzen m€ussen, umden Patienten einerseits nicht zu €uberfordern, andererseitsjedoch die Entwöhnungsphase nicht unnötig auszudehnen.Die Beurteilung des Patienten sowie die hieraus abgeleiteteAnpassung der Beatmungsparameter hat aus diesem Grundhohe Priorit€at und sollte möglichst engmaschig erfolgen. Inder klinischen Praxis ist diese Forderung u. a. aufgrund feh-lender Fachkr€afte und der damit verbundenen hohen Arbeits-belastung nicht immer realisierbar, sodass die Zeitabst€andezwischen den einzelnen Entwöhnungsschritten oftmals deut-lich l€anger sind als es eigentlich erforderlich w€are.

In gewissen Grenzen sind Beatmungsger€ate heute in derLage, den Anwender bei therapeutischen Entscheidungen zuunterst€utzen oder die Entwöhnung weitgehend selbstst€andigdurchzuf€uhren. Ein Beispiel hierf€ur ist die an Dr€ager-Ger€atenoptional verf€ugbare Funktion „SmartCare“. SmartCare dientder Entwöhnung intubierter oder tracheotomierter Patientenund steht dem Anwender ausschließlich in dem Beatmungs-modus SPN-CPAP/PS zur Verf€ugung. Bei diesem Verfahrenhandelt es sich um ein wissensbasiertes System, das denEntwöhnungsprozess auf Grundlage einer implementiertentherapeutischen Strategie automatisiert. Anhand von ver-schiedenen, im Entwöhnungsprotokoll festgelegten Grenz-werten, denen die aktuell gemessenen Werte der Atem-frequenz, des Tidalvolumens und der exspiratorischenKohlendioxidkonzentration gegen€uberstehen, kann Smart-Care die Ventilationssituation selbstst€andig beurteilen und

u. a. auch eine „normale“ Ventilation (Normoventilation)erkennen. Die Interpretation der Messwerte erfolgt alle2 bzw. 5 Minuten und f€uhrt im Ergebnis zu einer Anhebungoder Absenkung der Druckunterst€utzung. Erreicht der Un-terst€utzungsdruck ein vom Aufbau des Atemsystems abh€an-giges minimales Druckniveau, f€uhrt das System mit demPatienten einen Spontanatemversuch durch. In dieser Phasebeobachtet und bewertet das System die Aktivit€aten undeventuelle Instabilit€aten des Patienten. Eine Instabilit€at liegtvor, wenn der Patient nicht mehr normoventiliert wird undSmartCare aus diesem Grund eine Anhebung der Druckun-terst€utzung vornimmt. Wird die Beobachtungsphase erfolg-reich abgeschlossen, unterbreitet SmartCare den Vorschlag,den Patienten vom Beatmungsger€at zu trennen. Kann odersoll die Extubation erst zu einem sp€ateren Zeitpunkt erfolgen,wird SmartCare weiterhin auf Ver€anderungen der drei Ein-gangsgrößen reagieren und die Druckunterst€utzung ggf.erneut anpassen. In diesem Zusammenhang ist es möglich,dass SmartCare die Empfehlung, den Patienten vomBeatmungsger€at zu trennen, revidiert oder aber aufrechterh€alt. Basis f€ur diese Entscheidung sind die Anzahl sowiedie relative Dauer der vom Ger€at registrierten Instabilit€aten.Bezugsgröße f€ur die zeitliche Bewertung einer Instabilit€at isthierbei die Zeitdauer der vorangegangenen stabilen Normo-ventilation.

Die kurze Darstellung des komplexen Systems zeigt deut-lich, dass SmartCare auf medizinischemWissen und nicht aufmathematischen Algorithmen beruht. Die in mehrmin€utigenAbst€anden vorgenommenen Klassifikationen und automati-schen Ver€anderungen des Unterst€utzungsdruckes entlastenden Intensivmediziner von Routineaufgaben und ermögli-chen die Verk€urzung der Entwöhnungsphase. Neben diesenGr€unden sprechen weitere Anzeichen, wie z. B. der zuneh-mende Kostendruck, zahlreiche Standardisierungsbem€uhun-gen sowie die Anstrengungen zur qualitativen Verbesserungder Patientenversorgung daf€ur, dass die Symbiose aus klini-schem Wissen und innovativer Technik schon bald auch inanderen Bereichen den Klinikalltag erobern d€urfte.

Literatur

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Oczenski W, Andel H, Werba A (Hrsg) (2012) Atmen – Atemhilfen.Thieme, Stuttgart

www.draeger.com

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