ILA® – DIE ZWEITE LUNGE
Das Lungenunterstützungssystem iLA® („interventional Lung Assist“) Membranventilator der Firma Novalung ist weltweit die erste künstliche Lunge, die außerhalb des Menschen ohne Maschinen die Atmung für Patienten mit Lungenversagen übernimmt.
Entstanden auf Grund einer medizinischen Bedarfsnotwenigkeit aus dem Bereich Beatmung, wurde Novalung 2002 gegründet, um praktikable Lösungen für Patienten mit Lungenversagen zu erarbeiten und technisch umzusetzen. Auch aus dem wehrmedizinischen Bereich kam der Anstoß für die Entwicklung eines innovativen Produktes auf Basis einer vollkommen neuen Idee. Einsatzgebiet sollte dabei auch die Traumatologie im wehrmedizinischen und Katastrophenschutzbereich sein. Das innovative Konzept: Ein System zu schaffen, das wie eine zweite Lunge funktioniert, die außerhalb der menschlichen Lunge unabhängig von der pulmonalen Situation des Patienten den Gasaustausch und das Überleben sicherstellt.
Durch die enge Verbindung zum US-amerikanischen Medizinmarkt – insbesondere zum militärmedizinischen Teil der US-Streitkräfte – gründete Novalung bereits nach zweijährigem Bestehen im Jahre 2004 in Ann Arbor die Novalung Inc. zur Zusammenarbeit im nordamerikanischen Markt. Schnelle Auslastungen im kaufmännischen wie produktionstechnischen Bereich ließen die Firma rasch expandieren und mehrfach den Standort wechseln. Mittlerweile hat sich Novalung im Zukunfts park „Wohlgelegen“ in Heilbronn, einem Technologiepark für forschungs- und entwicklungsorientierte Unternehmen, angesiedelt.
Mit dem iLA® Membranventilator platzierte Novalung ein Produkt auf dem Markt, das ein Lungenunterstützungsverfahren bietet, das lediglich einer Sauerstoffzufuhr bedarf und keine weitere technische Ausstattung oder Energiezufuhr benötigt. Die Gasaustausch - membran (Oberfläche = 1,3 m²) ist das zentrale Element des Systems. Sie ist charakterisiert durch einen geringen Widerstand in Relation zur durchgeleiteten Blutströmung. Durch die Entwicklung einer neuen Diffusionsmembran aus Polymethylpenten ist es möglich, einen ausreichend hohen Blutfluss mit einer treibenden Druckdifferenz von circa 70 mm Hg (A. femoralis – V. femoralis) zu generieren. Da keine chirurgischen Interventionen erforderlich sind, bietet sich der Einsatz auch in Notaufnahmen, beispielsweise in wehrmedizinischer Umgebung, an.
Ziel der iLA® Therapie: Lungenheilung
Der iLA® Membranventilator bewirkt das Entfernen des Kohlendioxids außerhalb der menschlichen Lunge bei gleichzeitiger Durchblutung vom Herzen, wie es bei natürlichen Organen der Fall ist. Dieses Verfahren hat den Bubgroßen Vorteil, dass es die Patientenlunge aufgrund der Unterstützung des Gasaustauschs und der Entlastung der Atempumpe schont. Damit kann die sonst notwendige invasive mechanische Beatmung möglichst lungenschonend gestaltet oder aber sogar ganz vermieden werden. Damit ändert sich die Behandlungsumgebung grundlegend: die Patienten sind wach statt tief sediert, können damit aktiv an ihrer Physiotherapie teilnehmen. Auch eigenständiges Kommunizieren, Essen und eine frühe Erstmobilisierung tragen dazu bei, den Genesungsprozess zu beschleunigen. Der iLA® Membranventilator wird mittels NovaPort® one Kanülen arteriovenös an die Femoralgefäße angeschlossen. Diese Kanüle zeichnet sich durch geringe Flusswiderstände und ihre hohe Knickstabilität aufgrund des High-Flex-Manteldesigns bei gleichzeitiger enormer Flexibilität aus. Somit ist eine uneingeschränkte Anwendung gewohnter Therapiemaßnahmen, wie beispielsweise Lagerung, möglich.
Abb. 1
Der iLA® Membranventilator entfernt innerhalb kürzester Zeit über eine plasmadichte mit Heparin beschichtete Diffusionsmembran bei geringen Blutflüssen von etwa 1 l/min effektiv und zuverlässig Kohlendioxid bis zum gewünschten Wert. Der Gasaustausch erfolgt über künstliche Alveolen. In der nur 14 mal 14 Zentimeter kleinen künstlichen Lunge übernimmt eine Hohlfasermembran den Gasaustausch der Lunge und ergänzt oder ersetzt die mechanische Beatmung. Die extrapulmonale Ventilationsleistung wird über den Gasfluss gesteuert.
Einsatzgebiete
Die Anwendung des extrakorporalen interventionellen Lungenunterstützungssystems iLA® Membranventilator ist insbesondere im Notfall- und wehrmedizinischen Bereich vorgesehen. Es geht darum „Bridging-Lösungen“ bis zur Erholung zu bieten, in Situationen in denen die menschliche Lunge temporär nicht mehr in der Lage zum Gasaustausch ist. So wird ein Helfen im Akutfall und damit die Rettung des Patienten mit schweren Gasausa) tauschstörungen ermöglicht. Einsetzbar ist das System sowohl stationär als auch während des Transports. Diese Bedingung ist insbesondere beim militärischen Einsatz notwendig, da ein Patient mit Lungenversagen nach Erstversorgung zur Weiterbehandlung transportiert werden muss und dabei mit dem gleichen System im intensivmedizinischen Bereich weiterbehandelt werden sollte.
So wurde der iLA® Membranventilator beispielsweise im Jahre 2006 in Bagdad bei einem schwer verletzten US-Soldaten eingesetzt. Der Patient hatte nach einem Explosionstrauma rasch ein schweres akutes Lungenversagen erlitten. Das iLA®-System wurde wegen kritischer Hypoxämie und Hyperkapnie angewandt und zum Transport in das Universitätsklinikum Regensburg benutzt.
Bei dem schwer verletzten und von akuter Hypoxämie/Hyperkapnie bedrohten 22-jährigen amerikanischen Soldaten wurde durch einen Militärarzt die Implantation der Kanülen vorgenommen und das iLA®-System erfolgreich angeschlossen. Unmittelbar nach iLA®-Implantation nahm die Oxygenierung rasch zu und die Kohlendioxid-Elimination verbesserte sich. Da vor Ort bisher keine weitere Erfahrung mit dem System vorlag, wurde der Patient nach einer Stabilisierungsphase am fünften Tag nach Trauma zunächst per Militärtransporter nach Landstuhl und dann per Hubschrauber in das Universitätsklinikum Regensburg auf die Operative Intensivstation verlegt. Der Langstreckentransport verlief problemlos und ohne Aufwand. Beim Transport wurde lediglich eine Sauerstoffflasche für das iLA®-System benötigt.
Im Universitätsklinikum Regensburg stabilisierte sich der Patient unter der durch den iLA® Membranventilator ermöglichten lungenschonenden Beatmung schnell, sodass das System nach 15 Tagen entfernt und der Patient wenig später extubiert werden konnte. Im Bundeswehrkrankenhaus Berlin wird die iLA unter der Leitung von Oberstarzt Dr. Bub ser und Oberfeldarzt Dr. Stefan Markoff bereits seit vielen Jahren zur regelmäßigen Therapie eingesetzt. So wurde beispielsweise ein 55-jähriger Patient nach einem Sturz behandelt. Er wies Verletzungen im Thorax mit Rippenserien- und Schenkelhalsfraktur auf. Eine COPD war als relevante Vorerkrankung bekannt. Nach der initialen operativen Versorgung der Schenkelhalsfraktur stellte sich am fünften postoperativen Tag ein respiratorisches Versagen mit Hypoxämie ein. Der Patient wurde auf die Intensivstation verlegt. Die Beatmung des Patienten erfolgte nichtinvasiv (NIV). Nachdem sich der Zustand des Patienten, hervorgerufen durch einen septischen Schock, dramatisch verschlechterte, wurden die nicht invasiven Beatmungsmaßnahmen abgebrochen. Durch die orotracheale Intubation erfolgte die weitere Beatmung des Patienten. Der pH-Wert des Patienten lag bei 7,1 trotz der Beatmungsoptimierung. Vier Stunden nach Abbruch der NIV-Beatmung implantierten die Ärzte dann einen iLA® Membranventilator. Durch diesen konnte das Blut des Patienten vom Kohlendioxid gereinigt und ausreichend Sauerstoff zugeführt werden. Dadurch wurde eine sog. ultraprotektive Beatmung ermöglicht; d.h. mit einem Tidalvolumen von 3-4 ml/ kg IKG und einer Atemfrequenz von 6 pro Minute konnte die Lunge maximal geschont werden und sich erholen. Infolgedessen begannen die Ärzte mit dem Weaning; sie konnten die Analgosedierung reduzieren und zur Spontanatmung verhelfen.
Nach vier Tagen konnte der Patient über ein Sprechventil ohne Anzeichen eines kognitiven Defizits kommunizieren. Nach zwölf Behandlungstagen nahmen die Ärzte die Explantation der iLA® vor. Die augmentierte Spontanatmung war nun möglich. Der Patient wurde zum Langzeitweaning in ein Beatmungszentrum verlegt, wo nach sechs weiteren Wochen die erfolgreiche Dekanülierung und Verlegung zur Rehabilitation erfolgte.
Im zivilen klassischen Pneumoniesektor findet der Einsatz von iLA® ebenfalls Anwendung. Als Komapatient wurde ein an einer chronischen Lungenentzündung leidender Erkrankter in das Katharinen-Hospital in Unna eingeliefert. Lebenserhaltende Maßnahmen lehnte der Patient bereits zuvor ab. Somit musste eine Lösung gefunden werden, bei der sein Überleben dennoch gesichert werden konnte. Aufgrund der Tatsache, dass der Körper des Patienten das Kohlendioxid nicht durch Ausatmen ausschied wie ein gesunder Mensch, entschieden sich die Herzspezialisten des Krankenhauses für das iLA®-System.
Funktionsweise des iLA® Membranventilators
Ähnlich der Funktionsweise einer Herz-Lungenmaschine wird das Blut außerhalb des Körpers mit Sauerstoff angereichert und das Kohlendioxid entfernt. Nach Kanülierung von Arteria und Vena femoralis erzeugt der arterielle Blutdruck einen „passiven“ Shunt, in den eine Membranlunge eingeschaltet ist. Die Pumpleistung des Herzens betreibt das iLA®-System entsprechend der Wirkungsweise einer normal funktionsfähigen Lunge.
Der Vorteil der Methode ist der Umstand, dass der Gasaustausch der mensch lichen Lunge vorübergehend unterstützt werden kann. Auf diese Weise kann der Grad der invasiven Beatmung deutlich und im Sinne einer Lungenprotektion reduziert werden. Die Patienten sind flacher sediert oder sogar wach und können spontan atmen. Durch den iLA®-Einsatz erfährt der Patient Erleichterung beim Atmen, die erkrankte Lunge kann sich erholen und regenerieren.
Praktisches Vorgehen
Nach Einbringen entsprechender Kanülen (13– 17 Fr) in die Arteria und Vena femoralis mittels Seldinger-Technik wird das zuvor mit einer kristalloiden Lösung gefüllte Gasaustauschsys - tem angeschlossen. Anschließend wird der arterio- venöse Shunt freigegeben. In das Gasaustauschsystem wird sukzessive ein kontinuierlicher Gasfluss – bis maximal 10 l O2/min – insuffliert, der zum einen das durch strömende Blut oxygeniert und zum anderen Kohlendioxid effektiv „herausbläst“. Nach Inbetriebnahme des Systems ist keine weitere Wartung notwendig. Das gesamte System ist mit Heparin beschichtet. Während der Therapie sollte eine milde Verlängerung der aktivierten partiellen Thromboplastin-Zeit (PTT) auf etwa 50 Sekunden erzielt sein. Der aktuelle Shuntfluss kann mittels Doppler-Ultraschall „online“ erfasst werden. Nach erfolgreicher Behandlung des Lungenversagens werden die Kanülen unter den Bedingungen einer intakten Gerinnung gezogen und die Punktionsstellen ausgiebig abgedrückt (etwa 30 min). Direkt anschließend angebrachte Druckverbände vermeiden bedeutsame Nachblutungen.
iLA® Therapie: der Allrounder zur Lungenunterstützung
Inzwischen bietet Novalung um die iLA® herum ein großes Produktportfolio an. Auf der pumpengetriebenen iLA activve® Systemplattform können verschiedene Membranventilatoren eingesetzt werden, auch eine Kühlung und Erwärmung des Blutes mit dem NovaTherm® Heater/Cooler ist möglich. Eine iLA® Therapie kann nun die gesamte Bandbreite der Lungenunterstützung abdecken: von effizienter Entfernung des Kohlendioxyds (gesteuert durch den Spülgasfluss) bis hin zur vollständigen Oxygenierung (wird hauptsächlich über die Höhe des Blutflusses bestimmt). Die konsequente Erweiterung des Portfolios vom pumpenlosen iLA® Membranventilator hin zum venovenösen, pumpenbetriebenen System ging mit der Beobachtung einher, dass die Patienten sobald sie keine Luftnot mehr verspüren einen großen Drang zu Mobilität haben. Mit der neuesten High-Tech Doppellumenkanüle NovaPort® twin kann der Zugang über nur eine Vene, z.B. die Vena Jugularis erfolgen. Damit ist eine frühe Mobilisierung des Patienten unter laufender iLA® Therapie möglich.
Eine iLA® Therapie erlaubt damit bei jedem Ausmaß des Lungenversagens eine adäquate Unterstützung des Patienten. Die Lunge gewinnt Zeit zu heilen.
Weitere Informationen:
Novalung GmbH
Im Zukunftspark 1
74076 Heilbronn
Tel.: 07131 / 27 06-100
Fax: 07131 / 2706-299
E-Mail: info@novalung.com
Datum: 22.03.2012
Quelle: Wehrmedizin und Wehrpharmazie 2012/1
