Beatmung rettet Leben, birgt aber ebenso schwerwiegende Risiken. Am Universitätsklinikum Tübingen trainieren Intensivpflegende und Ärzte mithilfe eines speziellen Simulationskonzepts.
Traditionell werden die Grundlagen der maschinellen Beatmung mittels einer Einweisung nach den Vorgaben des Medizinproduktegesetzes (MPG) vermittelt. Hierbei kommen in der Regel mechanische Testlungen zum Einsatz – entwickelt für den Gerätecheck von Beatmungsgeräten. Komplexe Veränderungen der Lungenmechanik können sie nicht abbilden. Auch ist keine Patienteninteraktion mit dem Respirator darstellbar.
Als die erste Welle der weltweiten COVID-19-Pandemie unsere anästhesiologische Intensivstation 39 am Universitätsklinikum Tübingen im Frühjahr 2020 mit voller Wucht traf, stellte nicht der Mangel an Intensiv-Respiratoren die größte Herausforderung dar, sondern das nicht ausreichend vorhandene Personal mit dem Know-how und der Erfahrung für eine komplexe Beatmungstherapie schwerstkranker Patientinnen und Patienten.
Mit den bekannten Beatmungseinweisungen und Schulungen ließ sich diese Wissenslücke nicht schließen. Zudem ist das Üben der Beatmung am Patienten selbst aus ethischen Gründen äußerst problematisch. Auch das Training am Großtiermodell ist logistisch sehr aufwendig, teuer und aus Tierschutzgründen extrem bedenklich.
Realitätsnahes Training
Eine sehr gute und realitätsnahe Alternative bildet ein technikbasierter Lungensimulator. Dieser sollte mehrere Voraussetzungen erfüllen, unter anderem
- die komplexe Atemmechanik der menschlichen Lunge möglichst naturgetreu abbilden,
- Veränderungen infolge unterschiedlicher Krankheitsbilder darstellen,
- spontane Patienten-Beatmungsgeräte-Interaktionen zulassen,
- mit unterschiedlichen Atemwegszugängen (invasiven und nicht invasiven) und Respiratoren einsetzbar sein.
Die Simulation mit praxisrelevanten Szenarien und einer realitätsnahen Umgebung bietet einen sicheren Lernort, an dem die Teilnehmenden immer wieder praktische Fertigkeiten trainieren können, ohne Patienten zu gefährden [5].
Für das Projekt „Fokus Intensiv Beatmung“ (FIB) haben wir ein Projektteam bestehend aus vier Fachpflegenden mit der Fachweiterbildung für Anästhesiologie und Intensivmedizin gebildet, die als Instruktoren fungieren. Fachliche und organisatorische Unterstützung erhalten die Projektmitglieder von der Bereichsleitung Intensivpflege und der ärztlichen Leitung unserer Intensivstation.
Nach einer Bedarfsanalyse und der Sichtung des Marktes entschieden wir uns für den Lungensimulator „TestChest®“ der Schweizer Firma Organis GmbH. Dessen Steuerung erfolgt über eine speziell hierfür entwickelte Software SIS® (Simulation Interface Software) der Mainzer Firma AQAI. Kombiniert wird der Lungensimulator mit dem Airway-Management-Trainer® der Firma Laerdal.
Respiratorische Insuffizienz. Mit diesem kompletten Set-up lassen sich alle gängigen Behandlungen der respiratorischen Insuffizienz naturgetreu nachstellen – von konventioneller Sauerstofftherapie (COT) über Nasenbrille oder Maske hin zu nasaler High-Flow-Therapie (HFNC) oder nicht invasiver Beatmung (NIV/CPAP) mit unterschiedlichen Interfaces (Masken oder NIV-Helm). Auch eine nasale oder orale Intubation ist selbstverständlich möglich.
Blutgasmessung. TestChest® verfügt intern über eine Sauerstoffmessung (O2-Sensor) und reagiert somit auf Änderungen der inspiratorischen Sauerstoffkonzentration (FiO2). Dies lässt sich mittels Messung der Sauerstoffsättigung im Blut (SpO2) an jedem Intensivmonitor darstellen. Zusätzlich wird Kohlendioxid (CO2) über eine Gasflasche in die Kunstlunge geleitet. Somit atmet der Lungensimulator „echtes“ Gasgemisch (EtCO2) aus. In der Software ist ein Blutgasanalyse-Tool (BGA-Option) enthalten. Hiermit lässt sich zu jedem Zeitpunkt ein aktueller Säure-Basen-Status erheben und über den angeschlossenen Drucker auch ausdrucken.
Simulierte Notsituationen. Viele der auf der Intensivstation gängigen Medikamente (unter anderem Katecholamine, Sedativa, Analgetika, Bronchotherapeutika) sind in der Datenbank eingepflegt, sodass die Teilnehmenden diese während der Simulation von den Teilnehmern virtuell einsetzen können. Mithilfe des physiologischen Modells der Steuerungssoftware reagiert der Simulator auf unterschiedlichste Situationen sehr realitätsnah:
- Bei schwerer Hypoxie entwickelt der Patient eine hämodynamische Instabilität (Bradyarrhythmie und Hypotonie).
- Bei erhöhter Temperatur steigt der O2-Verbrauch und die CO2-Produktion nimmt zu, dies führt zu Veränderungen von SpO2, EtCO2, des Säure-Basen-Status und des Ventilationsbedarfs.
- Herz-Lungen-Interaktionen (zum Beispiel Hypotonie durch PEEP-Erhöhungen [Druckniveau] oder Rekruitment).
- Wirkung und Nebenwirkungen bestimmter Medikamente (zum Beispiel Bronchodilatation, aber auch Tachykardie und Hypertonie durch Adrenalin).
Am Lungensimulator sind alle bekannten Beatmungsformen anwendbar, auch hochkomplexe Messverfahren sind möglich.
Interpretierbare Beatmungskurven. TestChest® ermöglicht die realistische Interpretation der verschiedenen Beatmungskurven. Änderungen von Compliance und Resistance werden abgebildet, ebenso ist die Beurteilung der jeweiligen exspiratorischen Zeitkonstante (RCexsp) möglich. Anhand des Verlaufs der Flowkurve am Respirator lassen sich Rückschlüsse auf eine dynamische Überblähung der Lunge ziehen. Mittels eines endexspiratorischen Haltemanövers können Anwendende ein eventuelles Air-Trapping (pathologischen Ansammlung von Luft in distalen Abschnitten des Atemwegssystems) oder ein Intrinsic PEEP (dauerhafter positiver Atemwegsdruck) ermitteln.
Lungenprotektive Beatmung. Wir arbeiten in unseren Beatmungsworkshops viel zum Thema „lungenprotektive Beatmung“. Die Auswirkungen einer Beatmung mit kleinen Hubvolumina auf die Lungenmechanik und die Blutgaswerte sind für die Teilnehmenden so hautnah erfahrbar. Die Möglichkeit, mit unterschiedlichen PEEP-Niveaus zu arbeiten und die daraus resultierenden Veränderungen sofort interpretieren zu können, ist hier im Gegensatz zu herkömmlichen Testlungen möglich.
Lungenversagen. Im Rahmen der COVID-19-Pandemie und des dadurch ausgelösten Lungenversagens (CARDS) führten wir auf unserer Intensivstation den Beatmungsmodus PC-APRV (Airway Pressure Release Ventilation, Spontanatmung unter kontinuierlich positivem Atemwegsdruck mit kurzen Druckentlastungen) ein. Es war für das Behandlungsteam unserer Station sehr hilfreich, diese neue Beatmungsform am Lungensimulator trainieren zu können. Hierbei ist es mit TestChest® möglich, den kompletten Weg des Patienten mit Lungenversagen im Modus PC-APRV darzustellen. Beginnend mit der mechanischen Ventilation des sedierten und muskelrelaxierten Patienten nach Intubation mit vielen Wechseln der beiden Druckniveaus (Releases), weiter über die langsame Etablierung partieller Spontanatmung und Reduktion der Invasivität („drop and stratch“) bis hin zur reinen Spontanatmung (CPAP ohne Releases) und Weaning des Patienten [6, 7].
Historie der maschinellen Beatmung
Die Entstehungsgeschichte der modernen Intensivmedizin ist untrennbar mit der maschinellen Beatmung verbunden.Befeuert durch die in den 1950er-Jahren weltweit grassierende Polio-Pandemie etablierte sich die bis heute gängige Überdruckbeatmung über einen künstlichen Atemwegszugang. Im Anschluss entstand mit wachsendem Tempo weltweit eine immer größere Zahl an Intensivstationen.
Auch die Erstbeschreibung des akuten Lungenversagens (ARDS) im Jahre 1967 und die Einführung der therapeutischen PEEP-Beatmung gehören zu den Grundsäulen im Selbstverständnis der noch jungen und wachsenden Disziplinen Intensiv- und Beatmungsmedizin [1].
In den folgenden Jahrzehnten verfolgte die Beatmungstherapie vorrangig das Ziel, möglichst schnell normale Atmungswerte (Blutgase) sicherzustellen. Erst im Laufe der Zeit setzte sich immer mehr die Erkenntnis durch, dass die Beatmung zwar zweifellos eine lebensrettende Therapie darstellt, jedoch nicht ohne erhebliche Gefahren und Komplikationen ist. Der Begriff des Ventilator-Induced Lung Injury (VILI) war geboren [2].
Nach der Veröffentlichung eines wegweisenden Artikels im New England Journal of Medicine im Jahre 2000 änderte sich das Behandlungsziel der maschinellen Atemhilfe dramatisch: weg vom Versuch, allein Normwerte sicherzustellen, hin zur Erkenntnis, die kranke Lunge zu schützen und nicht zusätzlich zu schädigen. Das Konzept der „Lungenprotektiven Beatmung“ war geboren [3].
Doch auch 20 Jahre später ist die Sterblichkeit nach akutem Lungenversagen inakzeptabel hoch [4]. Daher ist es mehr denn je von erheblicher Bedeutung, die Grundsätze einer schonenden und gesunderhaltenden Beatmungstherapie besser in den Stationsalltag der Intensivstationen zu transferieren.
Weaning. Ein weiteres Thema in unseren Simulationen ist die Überwachung des Weaning-Prozesses mit der Gefahr für ein „Patient-self-inflected lung injury“ (P-SILI, akute Lungenschädigung aufgrund exzessiver Atemanstrengung). Alle bekannten Weaning-Indizes sind am Lungensimulator mess- und auswertbar [8, 9]:
- Atemwegsokklusionsdruck (P01),
- Atemwegsdruckerniedrigung während endexspiratorischer Okklusion (∆Poccl),
- Atemwegsplateaudruck während einer endinspiratorischen Okklusion (PPlat),
- Statischer Driving Pressure (∆Pstat),
- Pressure Muscle Index (PMI),
- Rapid-Shallow-Breathing-Index (RSBI).
Anpassungen der Beatmungsparameter. Ebenfalls sind Asynchronitäten während der maschinellen Beatmung (zum Beispiel Double Triggering) simulierbar. Teilnehmende haben die Aufgabe, diese Asynchronitäten festzustellen und zu bewerten. Mittels Anpassung der Beatmungsparameter lassen sich diese beeinflussen und eliminieren.
Interdisziplinäre Workshops
Die Steuerung des Lungensimulators verlangt Expertise. Deshalb sind wir in den Beatmungsworkshops als Instruktoren immer zu zweit. Ein Instruktor übernimmt die technische Steuerung, der andere führt die Teilnehmenden durch die Szenarien und übernimmt das Teaching oder Debriefing.
Um einen guten Lernort für die Teilnehmenden unserer Workshops zu schaffen, waren uns folgende Punkte wichtig:
- konkrete Fallbeispiele aus dem Behandlungsalltag unserer Intensivstation auszuwählen,
- im Schulungsraum einen möglichst originalgetreuen Arbeitsplatz (Patientenzimmer) zu schaffen,
- die Teams in den Workshops interdisziplinär zu besetzten (Ärztin und Arzt sowie Pflegende).
Sowohl für die interdisziplinäre Betreuung der Patienten als auch für die Teamstruktur auf unserer Intensivstation ist es ein wichtiger und nicht zu vernachlässigender Faktor, dass wir diese Beatmungsworkshops gemeinsam für die beteiligten Berufsgruppen – Ärztinnen und Ärzte sowie Intensivpflegende – anbieten. Die in der Beatmungssimulation gemeinsam gemachten Erfahrungen ermöglichen es, im Berufsalltag schneller strukturierte und transparente Behandlungskonzepte abzustimmen.
Zielgruppen für unserer Beatmungsworkshops sind:
- Fachpflegende der Intensivstation 39,
- ärztliche Mitarbeitende der Abteilung Anästhesiologie,
- ärztliche Rotandinnen und Rotanden anderer Fachdisziplinen auf der Intensivstation 39,
- Teilnehmende der Fachweiterbildung Anästhesiologie und Intensivmedizin.
Wir bieten auch spezielle Workshops zur nicht invasiven Atemunterstützung für das Team der Intermediate-Care-Station an.
Die Teilnahme ist freiwillig, kostenlos und nach Anmeldung möglich. Die Beatmungsworkshops sind fester Bestandteil des abteilungsinternen Fortbildungskalenders. Die geleisteten Stunden sind für die Teilnehmenden Arbeitszeit. Für die ärztlichen Kolleginnen und Kollegen ist die Fortbildung bei der Landesärztekammer mit vier Punkten zertifiziert. Die Möglichkeit der Teilnahme nehmen alle Berufsgruppen unserer Intensivstation sehr offen an. Das Feedback ist durchweg positiv.
Beatmungssimulation – aufwendig, aber sinnvoll
Die Implementierung der Beatmungssimulation in das Stationskonzept einer Intensivstation ist mit technischem, finanziellem und personellem Aufwand verbunden. Doch das Training am Lungensimulator ist für uns eine sehr lohnende Option, da einerseits etwa die Hälfte bis zwei Drittel aller Patienten auf einer Intensivstation einer Beatmung bedürfen und andererseits deutschlandweit ein Mangel an Intensivfachpersonal herrscht.
[1] Asbaugh D, Bigelow D, Petty T et al. Acute Respiratory Distress in Adults. The Lancet 1967; 7511 (290): 319–323
[2] Slutsky A. History of Mechanical Ventilation. Am J Respir Crit Care Med 2015; 191 (10): 1106–1115
[3] ARDS Network. Ventilation with Lower Tidal Volumes as Compared with Traditional Tidal Volumes for Acute Lung Injury and the Acute Respiratory Distress Syndrome. New Engl J Med 2000; 342 (18): 1301–1308
[4] Bellani G, Laffey J, Pham T et al. Epidemiology, patterns of care, and mortality for patients with acute respiratory distress syndrome in intensive care units in 50 countries. JAMA 2016; 315 (8): 788–800
[5] Kohn L, Corrigan J, Donaldson M (Hrsg.) To Err Is Human. Institute of Medicine 2000
[6] Marini J. Dealing With the CARDS of COVID-19. Crit Care Med 2020; 48 (8): 1239–1241
[7] Swindin J, Sampson C, Howatson A. Airway pressure release ventilation. BJA Education 2020; 20 (3): 80–88
[8] Neetz B, Flohr T, Herth F et al. Patient self-inflected lung injury. Med Klin Intensivmed Notfmed 2021; 116 (7): 614–623
[9] Bellani G, Grassi A, Sosio S et al. Plateau and driving pressure in the presence of spontaneous breathing. Intensiv Care Med 2019; 45 (1): 97–98
