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Mechanische Beatmung in der Neonatologie

Die mechanische Beatmung eines Neugeborenen und insbesondere eines kleinen Frühgeborenen stellt eine besondere Herausforderung dar. Besonders im kranken Zustand, d. h. im Rahmen des Atemnotsyndroms, verträgt die neonatale Lunge nur kleine Tidalvolumina. Große Tidalvolumina sind aufgrund der geringen Compliance schwer erreichbar und außerdem schädlich. Aufgrund der lungenmechanisch extremen Situation müssen bei schweren Erkrankungen oftmals die Grenzen der Physik ausgeschöpft werden.

Man geht in Analogie zu Studien an erwachsenen Intensivpatienten davon aus, dass Tidalvolumina von 4 – 6 ml/kg Körpergewicht optimal sind.

Cave: Je höher die Tidalvolumina, umso schneller entstehen beatmungsbedingte Schäden.

Um eine ausreichende Ventilation (Atemminutenvolumen) zu erreichen, sind daher zur Kompensation der kleinen Tidalvolumina relativ hohe Beatmungsfrequenzen erforderlich. Hohe Frequenzen können nur effektiv sein, wenn das Beatmungsgerät zu schnellen Druckänderungen im Beatmungsschlauchsystem in der Lage ist. Hierfür ist eine Minimierung des kompressiblen Volumens erforderlich, was durch Verwendung kleiner Schlauchdurchmesser und kleiner Befeuchtertöpfe erreicht wird. Außerdem muss die pneumatische Technik mit entsprechender Geschwindigkeit arbeiten können.

Merke: Eine schonende Beatmung besteht aus kleinen Tidalvolumina. Die Frequenz muss kompensatorisch hoch und die verwendete Technik dementsprechend schnell sein.

Abgesehen von der durch technische Maßnahmen optimierbaren Beatmungsgerätetechnik gibt es für die maximal mögliche Beatmungsfrequenz auch biologisch-physikalische Grenzen. Diese hängen von den mechanischen Eigenschaften der Lunge des jeweiligen Patienten und somit vom Erkrankungsstadium sowie vom Tubusdurchmesser ab. Werden Inspirationszeit oder Exspirationszeit zu stark verkürzt, sind die Atemphasen unvollständig und es kommt bei zu kurzer Exspirationszeit zu unvollständiger Exspiration und gefangener Luft (Air Trapping) in der Lunge. Diese Grenze kann nur mit speziellen Verfahren (Hochfrequenzbeatmung) überschritten werden.

Außerdem steigt mit sinkendem Tidalvolumen der relative Anteil der Atemluft, die im Totraum verbleibt und den Alveolarraum nicht erreicht. Mit Tidalvolumina, die dem Totraum entsprechen, ist zumindest theoretisch kein Gasaustausch mehr möglich, sodass das Tidalvolumen immer deutlich größer als der Totraum sein muss. Diese Grenze kann nur mit Hochfrequenzbeatmung unterschritten werden.

Merke: Für die normale Beatmung ergibt sich daraus, dass es vorteilhaft ist, den durch die erforderlichen Gerätschaften zusätzlich verursachten Totraum möglichst gering zu halten. 

Eine weitere Schwierigkeit entsteht durch die oftmals geringe Kooperation der Patienten. Frühgeborene passen sich oft nicht dem Rhythmus des Beatmungsgeräts an und aufgrund ihrer unregelmäßigen Atmung ist es auch oftmals nicht gut möglich, eine starre Beatmungsfrequenz optimal an das Frühgeborene anzupassen. Für die vom Patienten zwischendurch ausgeführten Atemzüge muss das Beatmungsgerät jedoch jederzeit dem Patienten ausreichend Luft anbieten, da ein Inspirationsversuch gegen geschlossene Ventile nicht nur äußerst unangenehm ist, sondern auch zu einem Verlust des Druckes und zur vermehrten Bildung von Atelektasen beitragen könnte. Außerdem können Versuche des Kindes, zu schreien, in der Bildung von Atelektasen enden, da das Kind dabei kräftig ausatmet, aber aufgrund des liegenden Endotrachealtubus nicht gleichzeitig die Stimmritze schließen kann, sodass unwillkürlich eine viel zu große Menge Luft aus der Lunge entweicht.

Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Beatmung ist die Befeuchtung. Unzureichend angefeuchtete Atemluft kann durch Verdunstungskälte dem Kind in den Atemwegen sehr viel Wärme entziehen. Außerdem kommt es durch Eintrocknung von Sekret in den relativ engen Endotrachealtuben sehr rasch zu einer Tubusobstruktion. Andererseits kann eine übermäßige Anfeuchtung der Atemluft durch Kondenswasserbildung und dessen rezidivierenden Aspirationen die kindliche Atmung deutlich destabilisieren. Schließlich ist es wichtig, dass der Befeuchter einen möglichst geringen Totraum (= kompressibles Volumen) aufweist, um eine rasch ansprechende Druckregulation durch das Beatmungsgerät zu ermöglichen.

Technische Entwicklungen

Die erste technische Lösung, die den Anforderungen der Neonatalbeatmung tatsächlich gerecht werden konnte, war das zeitgesteuerte druckbegrenzte Beatmungsgerät mit konstantem Fluss im Beatmungsschlauchsystem. Durch den konstanten Fluss im Schlauchsystem stand immer genügend Luft zur Verfügung, sodass das Kind jederzeit nach Belieben einen Atemzug einfügen konnte.

Auch die heutigen modernen Geräte lassen ihre Abstammung von den druckbegrenzten zeitgesteuerten Konstantfluss-Beatmungsgeräten deutlich erkennen. Sie verfügen allerdings i. d. R. über eine automatische Flussregelung, die es den Steuerungsrechnern ermöglicht, den Fluss bedarfsgerecht entsprechend den Atemphasen zu variieren, wenngleich auch weiterhin während der Exspiration ein erheblicher Fluss im Schlauchsystem aufrecht erhalten wird. Außerdem wurden verschiedene Techniken eingeführt, um die Atembemühungen des Patienten zu erkennen und für die Steuerung der Beatmung nutzbar zu machen.

Lesen Sie hier den gesamten Beitrag: Mechanische Beatmung in der Neonatologie

Aus der Zeitschrift Neonatologie Scan 4/2015

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