Jun-ichiro Hamasaki, MD.,Ph.D., Leiter der Intensivstation
Kagoshima City Hospital

Obwohl die Ergebnisse individuell verschieden ausfallen können, ist Vapotherm der Ansicht, dass diese Fallstudie ein Beispiel für den klinischen und wirtschaftlichen Nutzen der High-Velocity-Therapie von Vapotherm auf einer Intensivstation darstellt.

Abstract

Es hat sich gezeigt, dass die nasale High-Flow Sauerstofftherapie hypoxämische Patienten mit respiratorischer Insuffizienz wirksam behandeln kann. Die High-Velocity-Therapie ist eine Form der nicht-invasiven Beatmung für spontanatmende Patienten, bei der das Atemgas eine hohe Geschwindigkeit erreischt, um den extrathorakalen Totraum zu spülen und die Effizienz der Ventilation zu verbessern. Dieser Unterschied in der Wirkungsweise zwischen den beiden Therapien wurde bisher nicht in einem direkten Vergleich miteinander untersucht. Wir stellen eine Fallstudie zur Anwendung der High-Velocity-Therapie zur Stabilisierung eines Patienten mit akutem Atemversagen vor, der nach der Extubation mit einer HFNO-Therapie behandelt wurde. Die Änderung des Therapiemodus ermöglichte eine Deeskalation der Therapie, während sich der Ventilationsstatus des Patienten verbesserte. Unserer Ansicht nach ist dies die erste Fallstudie, die eine solche Wirkung beschreibt, sodass eine weitere Auswertung von Vorteil sein könnte. Wir diskutieren sowohl die Unterschiede in den Wirkmechanismen als auch die Einschränkungen dieses Fallberichts.

Einführung

Um eine Versorgung mit höheren Flussraten von sauerstoffreichem Atemgas als üblich zu ermöglichen, wurde dieHigh-Flow-Nasenkanüle (HFNC) eingeführt, erleichtert durch die Erwärmung und Befeuchtung des Atemgases erleichtert. Nach der Einführung der High-Flow-Therapie wurden Verfahren zur Zufuhr von nasaler High-Flow Sauerstofftherapie (HFNO) über Beatmungsgeräte in Kombination mit einem Atemgasbefeuchter eingesetzt, wie sie seit einiger Zeit im Zusammenhang für die Behandlung akuter hypoxämischer respiratorischer Insuffizienz bei Erwachsenen verwendet werden. Die High-Velocity-Therapie ist eine Form der nicht-invasiven Betmung für spontanatmende Patienten, bei der bei einem vorgegebenen volumetrischen Fluss höhere Gasflussgeschwindigkeiten im Vergleich zu HFNO erreicht werden. HFNO hat sich bei der Behandlung von hypoxämischer Atemnot als wirksam erwiesen, Hyperkapnie wurde jedoch aus diesen Studien ausgeschlossen. Die High-Velocity-Therapie hat sich bei der Behandlung der undifferenzierten respiratorischen Insuffizienz (Hyperkapnie eingeschlossen) in der Akutversorgungals ebenso wirksam erwiesen wie die traditionelle nicht-invasive Beatmung (NiPPV). ^[3] Diese neueren Daten deuten darauf hin, dass die Anwendung der High-Velocity-Therapie einem breiteren Spektrum von Patienten, einschließlich der mit respiratorischer Insuffizienz Typ II, ventilatorische Unterstützung bieten könnte.

Die respiratorische Insuffizienz Typ II mit begleitender Niereninsuffizienz stellt besondere Herausforderungen an die klinische Behandlung, da diese Patienten oft schwer zu extubieren und von der invasiven mechanischen Beatmung (MV) zu entwöhnen sind. Die Überdruckbeatmung wurde mit reduzierter glomerulärer Filtration in Verbindung gebracht, zusammen mit einer Senkung des arteriellen Drucks und einem erhöhten venösen Druck (mit einer möglichen Verringerung des Druckgradienten zwischen Nierenarterie und -vene). Verbunden mit einer nachgewiesenen Erhöhung des antidiuretischen Hormons führt dies verstärkt zu Nierenproblemen nach einer Extubation. Dieser Fallbericht beschreibt den klinischen Verlauf, der eine angemessene Deeskalation der Unterstützung durch die Überdruckbeatmung außerhalb der Intensivstation ermöglicht, und zeigt mögliche Unterschiede in der klinischen Anwendung von HFNO im Vergleich zur High-Velocity-Therapie beim Beatmungsmanagement auf. Der Fallbericht beschreibt weiterhin die Ergebnisse der Veränderungen der respiratorischen Unterstützung im Zusammenhang mit dem Elektrolytmanagement auf der Grundlage des Stewart-Modells und der kontinuierlichen Nierenersatztherapie (CRRT) aufeiner Intensivstation.

Fallbericht

Eine 85-jährige Patientin mit der Vorgeschichte eines früheren Myokardinfarkts, Angina pectoris und einer Demenz vom Alzheimer-Typ wurde von der normalen auf die Intensivstation verlegt. Die aktuelle Einweisung der Patientin erfolgte wegen Herzinsuffizienz und Hyponatriämie, was in der Folge zu Bewusstseinsstörungen führte, die vermutlich auf eine assoziierte Hyperkapnie zurückzuführen waren. Ein Tensilon-Test und andere Untersuchungen deuteten stark auf eine Myasthenia gravis hin, sodass eine geeignete Behandlung eingeleitet wurde. Es wurden eine Verschlimmerung der Herzinsuffizienz (BNP=1444), eine akute Nierenschädigung (AKI) und Hinweise auf eine Leberstauung beobachtet. Auf der Station wurde eine nicht-invasive Überdruckbeatmung (NiPPV) durchgeführt, die jedoch die entstehende Hyperkapnie nicht unter Kontrolle bringen konnte. Die Patientin wurde auf die Intensivstation verlegt, um das Beatmungs- und Stoffwechselmanagement fortzusetzen.

Bei der Aufnahme auf die Intensivstation erhielt die Patientin eine NiPPV mit einem inspiratorischen und exspiratorischen positiven Atemwegsdruck von 12 cmH₂O bzw. 4 cmH₂O (8 cmH₂O Druckunterstützung) mit einer Backup-Frequenz, die auf 8 Atemzüge pro Minute eingestellt war. Unter diesen Einstellungen betrugen die arteriellen Blutgase (BGA) pH = 7,182, P_aCO₂ = 56,8 mmHg, P_aO₂ = 95,6 mmHg, HCO₃– = 20,8 mEq/l, BE = 8,1 mEq/l.

Nach der Aufnahme auf die Intensivstation wurde beschlossen, von NiPPV zu HFNO zu wechseln (Fisher & Paykel, Auckland, Neuseeland), bei einer Flowrate von 40 l/min^-1 und einem FiO₂ von 0,6. Trotz ausreichender Sauerstoffzufuhr (PaO2 = 111,9 mmHg) verschlimmerte sich das hyperkapnische Versagen der Patientin nach dem ersten Tag (pH = 7,100, P_aCO₂ = 73,5 mmHg, HCO₃– = 22,3 mEq/l, BE = 8,7 mEq/l). Mit dieser Verschlimmerung des hyperkapnischen Versagens stiegen die Lactatwerte auf 3,2 mmol/L. Zur Verbesserung der Stauung und zur Eliminierung nichtflüchtiger Säuren wie Phosphat wurde eine kontinuierliche Nierenersatztherapie eingeleitet und eine Natrium-Titration mit HCO3– auf 36-40 mmol/L als Zielwert für die Anpassung der Differenz der starken Ionen (Strong Ion Difference, SID) durchgeführt. Am zweiten Tag wurde die SID anschließend von 27 auf 38 mEq/l erhöht, indem sie durch eine Natrium-Titration, die die kontinuierliche Hämodiafiltration (High-Flow-CHDF) begleitete, angepasst wurde. Die BGA unterHFNO (Flow 40 l/min-1 und FiO2= 0,6) mit begleitender SID-Anpassung und CHDF zeigten einen verbesserten pH-Wert und eine adäquate Oxygenierung, aber nur eine geringe Veränderung des hyperkapnischen Zustands (pH = 7,295, P_aCO₂ = 71,2 mmHg, P_aO₂ = 98,3 mmHg, HCO₃– = 33,9 mEq/l, BE = 7,4 mEq/l).

Am zweiten Tag wurde die klinische Entscheidung getroffen, die HFNO-Therapie zu beenden und die Patientin auf eine High-Velocity-Therapie umzustellen. (Precision Flow^®, Vapotherm, Exeter, NH), um die Hyperkapnie zu behandeln. Die High-Velocity-Therapie wurde mit 40 l/min-1, bei einer schnellen Reduzierung des Flows auf 25 l/min-1 und einem FiO2von 0,55 eingeleitet. Der pH-Wert des Blutes verbesserte sich weiter und auch bei Reduzierung der Flowrate der High-Velocity-Therapie verschlechterte sich die Hyperkapnie nicht (pH = 7,336, P_aCO₂ = 71,4 mmHg). Der klinische Fortschritt setzte sich mit einer stetigen Verbesserung der Hyperkapnie fort, trotz einer Deeskaltation der Flowrate der High-Velocity-Therapie zwischen Tag 3 und Tag 8 (Tabelle 1, Abbildung 1).

Patientenfortschritt nach Intensivstation/NiPPV

Klinischer Verlauf

Bis Tag 4 wurde der Durchfluss auf 10 l/min-1 reduziert, unter einer angemessenen Versorgungsicherung von Ventilation und Hyperkapnie (P_aCO₂ = 45,8 mmHg). Der pH-Wert des Blutes wurde weiterhin sowohl metabolisch als auch über die ventilatorische Unterstützung durch die High-Velocity-Therapie angepasst. Die Flowrate wurde weiterhin nach unten titriert.

Bis zum 8. Tag stellte die verbesserte Regulierung der Stauung allmählich die Nierenfunktion wieder her, wobei das eigenständige Ausscheiden der nichtflüchtigen Säuren ermöglicht wurde. Mit dem verbesserten Nierenstatus wurde die High-Velocity-Therapie eingestellt. Die High-Velocity-Therapie wurde vor der Beendigung mit 10 l/min-1 und einem FiO2 von 0,30 durchgeführt, wobei die BGA´s eine leichte Hyperventilation zeigten (pH = 7,472 und P_aCO₂ = 56,8 mmHg, P_aO₂ = 84,3 mmHg, HCO₃– = 40,6 mEq/l, BE = 14,6 mEq/l). Die Patientin wurde auf eine einfache Nasenbrille (NC) mit einer Flussrate von 1 l/min-1 umgestellt. Die BGA-Werte hierunter wurden für die Patientin als angemessen erachtet (auch wenn sie eine persistierende Hyperkapnie ohne ventilatorische Unterstützung zeigten) und sie wurde von der Intensivstation verlegt (pH = 7,377 und P_aCO₂ = 74,2 mmHg, P_aO₂ = 85,1 mmHg, HCO₃– = 42,6 mEq/l, BE = 14,1 mEq/l).

Diskussion

Diese Patientin litt an einer hyperkapnischen respiratorischen Insuffizienz (Typ II) im Zusammenhang mit einer Nierenfunktionsstörung. Das Gleichgewicht dieser beiden Pathologien stellte eine klinische Herausforderung dar. Das anfängliche Versagen der HFNO bei der adäquaten Unterstützung der ventilatorischen Komponente der Versorgung desPatienten war trotz einer adäquaten Behandlung der metabolischen Elemente mittels Elektrolytmanagement basierend auf dem Stewart-Modell und der kontinuierlichen Nierenersatztherapie (CRRT) ein Problem. HFNO hat sich bei der Behandlung eines hypoxämischen respiratorischen Versagens als wirksame Alternative zur NiPPV erwiesen^[1,2], schloss jedoch Patienten mit hyperkapnischem Versagen aus. Diese persistierende respiratorische Insuffizienz vom Typ II stimmt mit der Darstellung in einer kürzlich durchgeführten Studie über akute respiratorische Insuffizienz in der Notaufnahme überein, die eine NiPPV erfordert. In dieser Studie zeigten Doshi et al.^[3], dass die High-Velocity-Therapie eine sinnvolle Alternative zur NiPPV bei der Behandlung der undifferenzierten respiratorischen Insuffizienz ist, auch bei Patienten mit hyperkapnischer Ätiologie Typ II.

Der mögliche Unterschied in Bezug auf die therapeutische Wirkung dürfte mit den Unterschieden im Wirkmechanismus zusammenhängen. Die High-Velocity-Therapie ist eine Form der nicht-invasiven Beatmung für spontanatmende Patienten, bei der ein verbessertes System für den Gastransport eingesetzt wird, das bei jedem gegebenen volumetrischen Fluss höhere Gasflussgeschwindigkeiten erzeugt. Miller et al. haben gezeigt, dass eine solche erhöhte Geschwindigkeit selektiv die Ausspülung des oro-nasopharyngealen extrathorakalen Totraums optimiert^[4,5] und die Ventilation verbessert, indem sie eine vollständigere Eliminierung des Kohlendioxids aus dem Atemgas des Totraums vor der Rückatmung ermöglicht. Das System ermöglicht höhere Geschwindigkeiten, indem es das Atemgas über kleinere Nasenprongs als HFNO (in der Regel 2,7 mm Innendurchmesser bei Erwachsenenkanülen) abgibt, wodurch Geschwindigkeiten erzeugt werden, die etwa 360% höher sind als die der herkömmlichen HFNO. In strömungsdynamischen Studien^[5] und klinischen Erfahrungsberichten^[6] werden für die High-Velocity-Therapie in der Regel 25–35 l/min-1 empfohlen, um ein Ausspülen des extrathorakalen anatomischen Reservoirs während der exspiratorischen Atmung sowie der Phase zwischen zwei Atemhüben zu erreichen.

Der Wunsch, eine Alternative zur Standard-NiPPV anzubieten, hängt mit mehreren signifikanten Aspekten zusammen. Erstens wird die Bereitstellung eines positiven Drucks, obgleich über ein eng anliegendes nasales oder oronasales Interface, mit Fällen von Lungenschädigungen in Verbindung gebracht. Frat et al. beschreiben eine 50-prozentige Versagensrate der NiPPV hinsichtlich Intubation und mechanischer Beatmung und stellten fest, dass dies mit der Verwendung eines exzessiven volumetrischen Flusses zusammenhängt^[1]. Aufgrund von unüberwindlichen Beschwerden der Patienten sind zwischen 12 und 33% der NiPPV-Therapien limitiert, was eine NiPPV klinisch problematisch^[7]. Eine weniger invasive Alternative ist eine wichtige Ergänzung des nicht-invasiven Beatmungsmanagements. Es ist wichtig, nicht nur die Ventilationadäquat zu unterstützen um eine Intubation zu vermeiden, sondern diese Unterstützung auch in einer für den Kliniker benutzerfreundlichen Weise zu leisten.

Dieser Fall verdeutlicht auch die Bedeutung der metabolischen Steuerung solcher Patienten und unterstreicht die Rolle der High-Velocity-Therapie zur Unterstützung der ventilatorischen Komponente dieser Behandlung. Der Einsatz der kontinuierlichen Nierenersatztherapie mit SID durch Natrium-Titration erweist sich für diese Patientin als erfolgreicher therapeutischer Ansatz. Die normalen Werte von P_aCO₂ und HCO₃– sind individuell verschieden und variieren zur Steuerung des pH-Wertes. Die kontinuierliche Nierenersatztherapie ist eine Behandlung, um den HCO₃–-Wert von Patienten mit Nierenversagen auf dem normalen Wert einer gesunden Person zu halten (HCO₃– = 24 mEq/l), anstatt eine homöostatische Schwankung von HCO₃– zu erlauben. Demzufolge müssen bei Patienten mit hohem P_aCO₂ wie in diesem Fall andere Kompensationsmechanismen eingesetzt werden.

Wir betrachteten die Azidose getrennt sowohl als metabolischen als auch als respiratorischen Faktor. Der metabolische Faktor wurde auf eine gestörte Ausscheidung von nichtflüchtiger Säure aus der Niere zurückgeführt, gegen die eine kontinuierliche Nierenersatztherapie durchgeführt wurde. Dies ermöglichte eine respiratorische Azidose. Ein prognostizierter HCO₃– wurde ermittelt, um den pH-Wert auf diesem Stand zu halten, und die Natrium-Titration ausgeweitet aufgrund der SID.

Unter Beibehaltung des pH-Wertes ohne Einleitung einer Überdruckbeatmung wird somit gewartet, bis sich die Nierenfunktion soweit erholt hat, dass eine respiratorische Azidose kompensiert werden kann. Parallel zum metabolischen Ansatz wurde die ventilatorische Unterstützung mittels High-Velocity-Therapie eingeleitet, um die Ventilation als Mechanismus zur Anpassung der respiratorischen Azidose direkt zu nutzen. Unseres Wissens ist dies der erste Fallbericht, in dem die erfolgreiche Entlastung einer Patientin, bei der HFNO versagt hat, mittels High-Velocity-Therapie nachgewiesen wird.

Diese Fallstudie ist interessant, und es gibt plausible Wirkmechanismen, die zum Verständnis dieses Erfolgs beitragen können. Allerdings mangelt es diesem Einzelfall an jeglicher Kontrolle oder Randomisierung. Die Durchführung der High-Velocity-Therapie nach HFNO erfolgte im Zusammenhang mit anderen intensiven medizinischen Maßnahmen, die den klinischen Verlauf beeinflussen können. Während diese Behandlungsmethoden die Hyperkapnie dieser Patientin während der HFNO-Therapie wahrscheinlich nicht gezielt überwunden hätten, sollte jedoch der Effekt über den Zeitverlauf berücksichtigt werden. Es ist wichtig, anzumerken, dass in Ermangelung einer High-Velocity-Therapie die Möglichkeit bestand, bei dieser Patientin erneut eine NiPPV als Zwischenlösung vor der Intubation und mechanischen Beatmung einzuleiten. Allerdings wurde das Typ-II-Versagen der Patientin mit der NIPPV nur schlecht bewältigt, sodass möglicherweise eine Intubation erforderlich gewesen wäre.

Diese Fallstudie hat gezeigt, dass der klinische Nutzen der High-Velocity-Therapie bei der Behandlung des akuten hyperkapnischen Atemversagens der HFNO-Therapie überlegen sein kannn und die High-Velocity-Therapie als geeignete Akutmaßnahme dienen könnte, falls die HFNO-Therapie bei solchen Patienten versagen sollte.