Kasuistik
Im Sommer 2023 übernahm unser ECMO-Team einen 51 Jahre alten Mann aus einem kleinen Regionalversorger im hyperkapnischen Atemversagen. Eine kontrollierte Beatmung sowie pronale Lagerungstherapie hatten 24 Stunden zuvor keine Verbesserung der respiratorischen Situation ergeben, so dass ein Versterben unter bestehender Beatmung drohte und die Anfrage nach einer vv ECMO-Therapie an unsere Klinik gestellt wurde. Eine exakte Anamnese des Patienten war zu diesem Zeitpunkt nicht mehr möglich. Einzig war bekannt, dass der Patient als bulgarischer Gastarbeiter in Deutschland war und im Baugewerbe tätig war. Folgend ging man zumindest von einer normalen körperlichen Belastbarkeit aus. Eine Adipositas bestand nicht, ebenso keine regelmäßige Medikamenteneinnahme.
Bei Übernahme des Patienten vom Intensivtransportwagen (ITW) in unsere Notaufnahme bestand eine nicht-protektive kontrollierte Beatmungssituation mit einer Atemfrequenz (AF) von 28/min, einem PEEP von 12 mmHg und einer Driving Pressure (DP) von 25 mmHg. Die Compliance lag bei 8 ml/mbar, und es wurde unter diesen Einstellungen lediglich ein Tidalvolumen von 180 ml erreicht, so dass konsekutiv das endtidale CO2 bei >100 mmHg lag, mit einem pH-Wert von 7,10. Die Oxygenation war bei einer FiO2 von 0,6, einem paO2 von 64 % und einem folgenden Horovitz-Index von 106 kompromittiert.
Wir entschieden uns daher zügig zum Anschluss an die vv ECMO mit einer Kanülierung in der V. femoralis rechts (venöse Linie; 23 Fr.) und der V. jugularis interna rechts (arterielle Linie; 18 Fr.). Verwendet wurde eine CARL. (“controlled automated reperfusion of the whole body”) von der Firma Resuscitec. Diese ECMO hat standardmäßig zwei Betriebsmodi, neben dem ECLS-Modus mit initialer 45-minütiger Pulsation einen ECMO-Modus, bei dem die zweite Pumpe mit einer Umdrehungsdifferenz von maximal 3000/min im laminaren Fluss betrieben werden kann. Neben der Deaktivierung der Pulsation kann auch die zweite Pumpe komplett deaktiviert werden. Um kein Strömungshindernis mit Verwirbelungen und Gerinnungsaktivierung, gerade bei niedrigen Umdrehungswerten, zu erzeugen, wurde vor dem Anschluss der zweite Pumpenkopf aus dem System entfernt. Während der Covid-Pandemie wurden diese ECMOs bereits erfolgreich im vv-Modus eingesetzt. Im aktuellen Set der CARL. ist der Oxygenator der Fresenius-Konsole Xenios verbaut. Dieser hat ein Coating, um Thrombenbildung zu verringern, hingegen ist das Schlauchsystem nicht beschichtet. Daher wird das Set in Verwendung als vv ECMO regelhaft von uns mit Albumin geprimt. Nach Anfahren der vv ECMO mit Flüssen zwischen 4–5 l/min konnte sofort die Beatmungssituation deeskaliert werden. Gemäß unserer klinikinternen Leitlinie begannen wir eine ultraprotektive Beatmung mit einem PEEP von 10 mmHg, einer DP von 10 mmHg, einer AF von 10/min und einer FiO2 von 0,3. Der Sweep-Gasfluss war mit 2–3 l je nach pCO2-Werten eingestellt und eine FiO2 von 0,8–1,0.
In der nachfolgenden CT-Diagnostik zeigte sich der Verdacht auf eine vorbestehende Asbestose mit pathognomonischen Pleuraplaques und einer emphysematisch-bullösen Lunge am ehesten bei COPD (Abb. 1).
und einer emphysematisch-bullösen Lunge
Zeitgleich erreichte uns der PCR-Nachweis einer Covid-Infektion aus dem abgebenden Krankenhaus, so dass der Patient von diesem Zeitpunkt an mit der Diagnose einer Covid-Pneumonie behandelt wurde. Wenige Tage später zeigten die mikrobiologischen Befunde den Nachweis von Escherichia coli und Klebsiella aerogenes im Trachealsekret, so dass bei einer bakteriellen Superinfektion eine zusätzliche antibiotische Behandlung mit Piperacillin/Tazobactam und Ciprofloxacin begonnen wurde.
Innerhalb der ersten Tage der vv ECMO-Therapie war die Transfusion von insgesamt 5 Erythrozyten-Konzentraten notwendig. Gründe waren initial die Dilution durch kristalloide Infusionen im Rahmen der initialen Sepsis-Therapie und die Volumenzufuhr der Priminglösung. Nach hausinternem Protokoll versuchten wir, einen Hämoglobin-Wert von 10 g/ dl zu erreichen.
Auffällig war, dass zeitgleich zu den Transfusionen die Oxygenator-Leistung von Tag zu Tag deutlich abnahm und wir am dritten Tag der Therapie lediglich post-Oxygenatorgase mit pO2-Werten von 80–90 mmHg erreichten. Die Blutproben für diese Wertebestimmung wurden direkt hinter dem Oxygenator abgenommen. Die transmembranösen Drücke blieben konstant niedrig. Die partielle Thromboplastinzeit (pTT) war von Beginn an unter einem Heparin-Perfusor auf 60–80 s eingestellt. Sichtbares Clotting gab es im gesamten System nicht.
Nach unserem Protokoll wurde einmal pro Schicht ein Flushen des Oxygenators mit anschließender Bestimmung eines Oxygenator-Gases durchgeführt, um eine Leistungsminderung durch Kondenswasser zu verhindern.
Abbildung 2 zeigt den Verlauf der pO2-Werte, dabei stellen die Peak-Werte die Oxygenator-Gase dar. Leider wurden diese gerade am Anfang häufig als Leistungstest erfasst, nicht elektronisch gespeichert und tauchen somit nicht in der benannten Abbildung auf. Abbildung 3 zeigt in paralleler Darstellung die zeitliche Entwicklung der Gerinnungsparameter pTT, Fibrinogen und der D-Dimere.
Es bestand der hochgradige Verdacht auf ein Clotting des Oxygenators als Ursache für die Leistungsabnahme. Da sich trotzdem noch ein akzeptabler Gasaustausch unter der Beatmung erzielen ließ, versuchten wir weiter die genaue Ursache zu finden.
Zeitgleich waren in Antikörper-Tests unseres Labors Unregelmäßigkeiten aufgetreten, so dass dort weitere Tests mit dem Patientenblut vorgenommen wurden. Hier fanden sich irreguläre Antikörper vom Typ Anti-Le(b)-Antikörper.
Das Lewis-System wurde erstmals 1946 von A. E. Mourant [1] beschrieben und ähnelt biochemisch dem klassischen AB0-System. Es ist ein plasmatisches Antigen-System, bei dem die Antigene nach plasmatischer Synthetisierung passiv von der zellulären Membran der Erythrozyten adsorbiert werden. Lewis-Antikörper sind meist natürliche Kälte-Antikörper der Klasse IgM und können das Komplement-System aktivieren. Klinisch relevant können die Antikörper im Rahmen einer hämolytischen Transfusion werden, wenn sie noch oberhalb von 30 °C reagieren.
Dabei führen sie über die Oberflächenantigene der Erythrozyten erst zur Agglutination und später zur Hämolyse. Durch einen Anstieg der Temperatur kann die Agglutination unter Umständen reversibel sein.
Es erhärtete sich damit der Verdacht eines Oxygenator-Clottings aufgrund einer möglichen Transfusionsreaktion durch ein Zusammenspiel der irregulären Antikörper und einer möglichen Gerinnungs-Aktivierung durch den Oberflächenkontakt der ECMO. Da die transmembranösen Drücke weiterhin in der Norm waren, versuchten wir eine lokale Lyse des Oxygenators mit 10 mg Alteplase direkt in den Inflow des Oxygenators. Dies war in der Literatur bereits für die potenzielle Verlängerung der Oxygenator-Laufzeit untersucht und beschrieben worden [2]. In einzelnen Fallberichten war damit auch ein Oxygenator-Clotting unter laufender Therapie behoben worden [3].
Allerdings brachte auch eine zweite Gabe von weiteren 10 mg Alteplase nur eine kurzzeitige Verbesserung, siehe Abbildung 2 grüner Pfeil, so dass wir uns schließlich zum Tausch des Oxygenators entschieden (Abb. 2, roter Pfeil). Abbildung 4 zeigt den Oxygenator nach dem Tausch mit möglichen Koagelbildungen.
Es erfolgte parallel eine Umstellung auf Argatroban, um nicht das Risiko einer erneuten Thrombosierung aufgrund einer Heparin-induzierten Thrombozytopenie (HIT) einzugehen. Eine innerklinische vorläufige HIT-Testung hatte ein grenzwertiges Ergebnis, die endgültige Austestung verlief in einem externen Labor und war schließlich negativ. Da jedoch die Gerinnungswerte gut eingestellt waren, behielten wir die Antikoagulation bei und stellten erst nach der ECMO-Explantation auf Heparin um. Die folgenden Transfusionen von Erythrozyten waren immer auf die Anti-Le(b)-Antikörper getestete und auf Körpertemperatur angewärmte Konserven. Es gab keine weiteren Komplikationen im weiteren Verlauf der vv ECMO-Therapie.
Nach insgesamt 18 Tagen vv ECMO-Therapie konnte der Patient geweant und schließlich von der vv ECMO getrennt werden. Neben der Funktionsbeeinträchtigung des Oxygenators gab es keine Auswirkungen der beschriebenen Transfusionsreaktion – weder lokale noch systemisch thrombembolische Ereignisse oder Folgeerscheinungen.
Diskussion
Die extrakorporale Membran-Oxygenation (ECMO) ist eine lebensrettende Therapie, indem sie eine Zeit überbrückt, bis eine Erholung oder eine Heilung der Grunderkrankung eingetreten ist. Allerdings weist sie eine hohe Komplikationsrate auf, unter anderem durch die Bildung von Thromben gefolgt von Hämolyse, Thromboembolien und pathologischen Veränderungen im ECMO-Kreislauf [4,5]. Figueroa Villalba et al. konnten nachweisen, dass im untersuchten Kollektiv von 53 untersuchten ECMO-Systemen (Oxygenatoren, Schlauchsysteme, Konnektoren, Pumpenköpfe, etc.) 81 % Thrombosierungen aufwiesen mit dem in Tabelle 1 dargestellten Verteilungsmuster [6].
Nicht dargestellt ist in diesen Zahlen, inwieweit es zu relevanten Funktionsausfällen oder gesundheitlichen Beeinträchtigungen kam. Diese Daten kann man mit Daten aus einer ELSO Register-Studie aus 2020 vergleichen, bei der es bei 11.984 erwachsenen Patient:innen unter va ECMO 8457 HRAEs (hemocompatibility-related adverse events) gab, davon 37,9 % mit relevanten thrombotischen Ereignissen [7]. Staessens et al. zeigten in ihrer Untersuchung von 25 Patient:innen nach va ECMO, dass sich bei einer Thrombosierung im extrakorporalen Kreislauf die Thromben hauptsächlich im Schlauchsystem bilden (92 % der untersuchten Systeme), zu 76 % in den Pumpenköpfen und zuletzt mit 64 % im Oxygenator [8]. All diese Untersuchungen wurden allerdings mit einem Patient:innenkollektiv durchgeführt, bei dem es im Rahmen der ECMO-Therapie nicht wissentlich zu einem Transfusions-Zwischenfall im Sinne einer Inkompatibilität gekommen war. Im vorliegenden Fall war dies anders, da der Patient Anti-Le(b) Antikörper besaß. In einer Studie von 1997 von Nanu et al. konnte in der indischen Population ein Auftreten von verschiedenen Anti-Le(b)-Konstellationen zwischen 18,6 % und 60,6 % nachgewiesen werden [9]. Die sonst eher klinisch inapparenten Antikörper können erst bei Temperaturen unter 37 °C zu Hämolyse-Erscheinungen führen [10]. Es gibt nur vereinzelte dokumentierte Fallberichte, bei denen es zu schweren Hämolyse-Zwischenfällen gekommen ist [11]. Im konkreten Fall trat die Funktionsbeeinträchtigung des Oxygenators nach der Transfusion von fünf inkompatiblen Erythrozyten-Konzentraten auf. Andere pathologische Mechanismen (z. B. ein HIT II) konnten ausgeschlossen werden. Eine lokale Lyse im zuführenden Schenkel des Oxygenators mittels Alteplase zeigte leider keinerlei Verbesserung des Gasaustausches, so dass es schlussendlich zum Austausch des Oxygenators kam. Retrospektiv muss angenommen werden, dass die zu diesem Zeitpunkt unter 37 °C liegende Körpertemperatur des Patienten zusammen mit der Unkenntnis über die vorhandenen Antikörper und der daraus inkompatiblen Transfusion von 5 Erythrozyten-Konzentraten zum Clotting des Oxygenators unter der vv ECMO-Therapie geführt hat. Zwar ist das verwendete Schlauchsystem im Gegensatz zum verbauten Xenios Oxygenator nicht beschichtet, doch dass es dadurch nach primärem Albumin-Priming zum frühen Ausfall des Oxygenators kommt, scheint unwahrscheinlich.
Schlussfolgerung
Da in der Initialphase einer ECMO-Therapie häufig noch nicht alle Testergebnisse und Laborwerte vorliegen, es aber bereits hier zu akut notwendigen Transfusionen von Erythrozyten-Konzentraten kommen kann, sollte bei Auffälligkeiten hinsichtlich der Leistung der ECMO an eine Transfusionsreaktion gedacht werden. Ein Clotting in den Pumpenköpfen oder im Oxygenator kann innerhalb von Stunden einsetzen und ohne Intervention den Verlauf der Therapie negativ beeinflussen. Es sollte daher schnellstmöglich die Austestung der transfusionsrelevanten Antikörper vorgenommen werden.