Extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO)

Die extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO; engl.: extracorporeal membrane oxygenation), auch Extrakorporale Lungenunterstützung (ECLA; engl.: extracorporeal life support), ist ein intensivmedizinisches Therapieverfahren, durch das die Herz- und Lungenfunktion bei Kindern und Erwachsenen unterstützt bzw. übernommen werden kann.

Das Verfahren findet Anwendung als temporäre kardiale Unterstützung (zeitweilige Unterstützung der Herzfunktion), bei schwerem hypoxämischem Lungenversagen und als Low-Flow-System beim führend hyperkapnischen respiratorischen Versagen (z. B. wg. akuter exazerbierter chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD), d. h. deutliche Verschlimmerung der Symptome der Erkrankung).

Hinweis: Man unterscheidet das akute hypoxämische Lungenversagen als akute respiratorische Insuffizienz Typ I und das hyperkapnische Versagen als akute respiratorische Insuffizienz Typ II. 

Bei der respiratorischen Insuffizienz handelt es sich um eine Störung der Oxygenierung (Sättigung des Gewebes mit Sauerstoff), bei der der Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut absinkt, der Kohlendioxidpartialdruck jedoch noch kompensiert werden kann. Bei der hyperkapnischen respiratorischen Insuffizienz ist sowohl der Sauerstoffpartialdruck als auch der Kohlendioxidparialdruck pathologisch (krankhaft) verändert.

Zielsetzung und Wirkweise der extrakorporalen Membranoxygenierung (ECMO)

Zielsetzung

Die ECMO ist ein lebensrettendes Verfahren, das bei Patienten mit schweren Herz- und Lungenfunktionsstörungen eingesetzt wird, um die lebenswichtigen Funktionen zu unterstützen, während sich die betroffenen Organe erholen oder bis eine dauerhafte Lösung wie eine Transplantation möglich ist. Die primären Anwendungsziele umfassen:

• Unterstützung der Herzfunktion bei Patienten mit akutem kardialen Versagen.
• Unterstützung der Lungenfunktion bei Patienten mit schwerem hypoxämischem Lungenversagen (aufgrund von Sauerstoffmangel).
• Unterstützung der Atmung bei Patienten mit schwerem hyperkapnischen respiratorischen Versagen (aufgrund erhöhtem Kohlendioxidgehalt im Blut).

Wirkweise

Die ECMO imitiert und unterstützt die Funktion der Lungen und des Herzens durch den Einsatz einer Pumpe und eines Oxygenators:

• Mechanischer Unterstützung: Eine Rotationsblutpumpe fördert das Blut aus dem Körper des Patienten in den Oxygenator.
• Oxygenation: Im Oxygenator wird das Blut mit Sauerstoff angereichert und von Kohlendioxid befreit. Diese Funktion ersetzt oder unterstützt die natürliche Gaswechselfunktion der Lungen.
• Rückführung: Das oxygenierte Blut wird dann zurück in den Körper geleitet, entweder in eine Vene (veno-venös) oder eine Arterie (veno-arteriell), je nachdem, ob die Herzfunktion unterstützt werden muss.

Venovenöse ECMO (VV-ECMO) wird primär zur Behandlung von Lungenversagen verwendet, wenn die Herzfunktion intakt ist. Sie entnimmt Blut aus einer großen Vene und führt das oxygenierte Blut einer anderen großen Vene zu.

Venoarterielle ECMO (VA-ECMO) wird eingesetzt, wenn sowohl Lungen- als auch Herzunterstützung benötigt werden. Sie entnimmt Blut aus einer Vene und führt das oxygenierte Blut (mit Sauerstoff angereichert des Blut) einer Arterie zu, um sowohl eine Oxygenierung des Blutes als auch eine Kreislaufunterstützung zu bieten.

Pumpenlose arteriovenöse ECLA (pECLA) wird für Patienten verwendet, die nur eine geringe Unterstützung beim Gasaustausch benötigen und deren Herzfunktion ausreichend ist.

Die ECMO wird als Überbrückung zu weiteren therapeutischen Maßnahmen oder zur Erholung der Herz- und Lungenfunktion genutzt und kann lebensrettend sein, besonders in kritischen medizinischen Situationen wie ARDS, schwerer COVID-19 oder kardiogenem Schock.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

• Frühzeitiger Einsatz der veno-venösen ECMO (VV-ECMO: s. u. Verfahren) bei schwerem ARDS („acute respiratory distress syndrome“; Atemnotsyndrom des Erwachsenen)
• Low-Flow-ECMO/ECCO2R beim hyperkapnischen Lungenversagen (wg. akuter exazerbierter chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD))

Bei schwerem ARDS mit einem P_aO₂/F_iO ₂ unter 80 mmHg sollte Kontakt mit einem Behandlungszentrum aufgenommen werden.

Krankheiten, bei denen ggf. eine extrakorporale Membranoxygenierung erforderlich werden kann, sind ARDS, COVID-19 und kardiogener Schock.

Kontraindikationen (Gegenanzeigen)

• Unbehandelbare Blutungsneigung: Aufgrund des erhöhten Blutungsrisikos durch die Antikoagulationstherapie während der ECMO.
• Fortgeschrittene Multiorganversagen: ECMO kann bei Patienten mit fortgeschrittenen, irreversiblen Organfunktionsstörungen kontraindiziert sein.
• Schwere neurologische Schäden: Insbesondere bei Patienten mit schweren, nicht behebbaren neurologischen Schädigungen.
• Terminaler Krankheitszustand: Bei Patienten mit unheilbaren Erkrankungen und begrenzter Lebenserwartung.

Vor der Therapie

• Patientenauswahl und -evaluation: Sorgfältige Beurteilung der Eignung für ECMO, einschließlich Überprüfung von Kontraindikationen und Risikofaktoren.
• Einrichtung des ECMO-Systems: Vorbereitung des Equipments und Sicherstellung der Funktionsfähigkeit des ECMO-Systems.
• Schulung des Personals: Spezielle Schulungen für medizinisches Personal zur Handhabung der ECMO-Geräte und zur Überwachung des Patienten.

Das Verfahren

Die wichtigsten Formen der ECMO sind die venovenöse ECMO (VV-ECMO), die venoarterielle ECMO (VA-ECMO) und die pumpenlose arterio-venöse ECLA (pECLA).

Bei den ersten beiden Formen wird das Blut aus den großen Venen (z. B. Vena femoralis oder Vena jugularis interna) entnommen.

Bei der VV-ECMO wird das oxygeniert dem Blut (mit Sauerstoff angereichert) wieder in eine Vene geleitet. Inzwischen gibt es auch Doppellumenkanülen, mit denen simultan Blut aus der Vene entnommen und zurückgegeben wird. Dabei ist nur eine einzige Punktion der rechten Vena jugularis interna („innere Drosselvene“; Vene des Halses) notwendig. Diese Therapieform wird bei schwerem Lungenversagen mit noch ausreichender Pumpfunktion des Herzens eingesetzt.

Bei Patienten mit Herzinsuffizienz (Herzschwäche), mit verminderter Ejektionsfraktion (Auswurffraktion) wird zur Entlastung des Herzens die venoarterielle ECMO (VA-ECMO) eingesetzt. Diese Drainage erfolgt über eine venös eingebrachte Kanüle aus dem rechten Vorhof. Das oxygenierte Blut wird anschließend über eine arterielle Kanüle retrograd ("rückläufig") über die Aorta wieder in den Blutkreislauf zurückgeführt. Das VA-ECMO ist damit ein kardiales Unterstützungssystem, was sowohl in der Kardiologie als auch bei Patienten mit schwerem kardiogenen Schock (z. B. bei Infarktbedingten kardiogenen Schock (IkS)) eingesetzt wird.

Die pumpenlose arteriovenöse ECLA (pECLA) wird bei Patienten mit ausreichender Herzfunktion eingesetzt, wenn diese eine geringere Unterstützung beim Gasaustausch benötigen. Das Verfahren führt zu einer geringeren Blutschädigung, da keine Pumpe eingesetzt wird.

Die ECMO-Systeme aus einer Rotationsblutpumpe und einem Oxygenator (Gerät, das Blut mit Sauerstoff anreichert). Der Oxygenator ist mit einer Polymethylpenten-Membran ausgestattet, die einen Gasaustausch ohne Übertritt von korpuskulären ("Blutzellen") oder flüssigen Bestandteilen des Blutes ermöglicht.

Beachte: Eine frühzeitige Indikationsstellung sollte stets mit einem erfahrenen Behandlungszentrum erfolgen!

Nach der Therapie

• Medizinische Überwachung: Regelmäßige Überwachung der Herz-Lungen-Funktion sowie anderer Vitalparameter nach dem Absetzen der ECMO.
• Rehabilitation: Gegebenenfalls Anpassung von Rehabilitationsmaßnahmen an die individuellen Bedürfnisse des Patienten nach ECMO-Therapie.
• Psychologische Betreuung: Unterstützung des Patienten und der Angehörigen im Umgang mit den Folgen der schweren Erkrankung und der ECMO-Therapie.

Mögliche Therapie

Frühkomplikationen

• Blutungen: Durch die erforderliche Antikoagulation und invasive Eingriffe.
• Infektionen: Risiko der Infektion durch die ECMO-Kanülen und das System.
• Thrombosen: Bildung von Blutgerinnseln im ECMO-System oder an den Kanülierungsstellen.
• Technische Probleme: Funktionsstörungen der ECMO-Geräte.

Spätkomplikationen

• Sekundäre Organschäden: Mögliche Schädigung anderer Organe durch längere ECMO-Nutzung.
• Psychische Belastungen: Langfristige psychische Auswirkungen auf Patienten und Angehörige.
• Neurologische Komplikationen: Potenzielle neurologische Schäden durch Sauerstoffmangel oder Blutgerinnsel.