ECMO bei COVID-19 – Was haben wir gelernt?

Etwa 40 % der Patienten mit COVID-19, die auf die Intensivstation eingeliefert werden, entwickeln das schwere akute Atemnotsyndrom (ARDS, Acute Respiratory Distress Syndrome) [1,2] - der häufigste lebensbedrohliche Zustand im Zusammenhang mit einer SARS-CoV-2-Infektion [3].

Bei Patienten ohne COVID-19, die trotz optimaler Unterstützung durch konventionelle mechanische Beatmung ein fortschreitendes akutes Lungenversagen entwickeln, senkt die venovenöse extrakorporale Membranoxygenierung (vvECMO) die Sterblichkeit, indem sie den Gasaustausch aufrechterhält und die durch die mechanische Beatmung verursachte Lungenschädigung mildert, während sich die Lunge erholen kann [4-6]. Die ECMO ist daher keine Therapie, sondern eine Überbrückungsmaßnahme, die wertvolle Zeit verschafft, in der es eine patienten-spezifische Behandlungsstrategie zu entwickeln gilt.

Kaum Unterschiede zu ARDS anderer Ursachen

Die vvECMO wurde früh in der Pandemie eingesetzt, um die schwersten Formen des COVID-19-assoziierten ARDS zu versorgen [7]. Einige anfängliche Berichte wiesen auf eine hohe Sterblichkeit hin [8]. Spätere Pandemiestudien zeigten deutlich positivere Outcomes, nämlich, dass sich die ECMO-Ergebnisse zwischen COVID-19 und anderen Arten akuter Atemnot nicht unterscheiden. So konnte die internationale Kohortenstudie des Registers der Extracorporeal Life Support Organization eine geschätzte kumulative Inzidenz der Krankenhaussterblichkeit von 37 % nachweisen - für kritisch kranke Erwachsene 90 Tage nach Einleitung der ECMO, wenn diese in erfahrenen Centern durchgeführt wird [9]. Basierend auf 1.035 ECMO-Patienten aus 213 Zentren in 36 Ländern, war dieser Bericht ein wichtiger Meilenstein, der erstmals eine verallgemeinerbare Schätzung der ECMO-Mortalität im Rahmen von COVID-19 zuließ.

Darüber hinaus berichteten weitere Studien über ähnliche Ergebnisse [10-13], die mit früheren Beobachtungen über die Wirkung der ECMO bei Patienten mit akutem Atemversagen anderer Ursachen vergleichbar waren [4,5], auch wenn Mortalitätsraten im Pandemieverlauf und in verschiedenen Ländern teilweise variieren [14-18].

Abbildung 1: Mortalitätsraten von ECMO-Patienten mit COVID-19-assoziiertem ARDS

Evidenter Mortalitätsvorteil

Dass ECMO „funktioniert“ und einen Mortalitätsvorteil bringen kann, ist für Patienten mit schwerem ARDS schon seit langem erwiesen [4]. Die Pandemie-Datenlage zeigt, dass auch das COVID-19-assoziierte ARDS effizient mit ECMO behandelt werden kann [3], das Überleben ausgewählter schwerkranker Patienten begünstigt wird [17] und mit einer Verringerung der Sterblichkeit verbunden sein kann [19].

Wird eine ECMO-Implantation verweigert, liegt die 90d-Mortalitätsrate in einer Studie sogar bei 86 %. Bei Patienten, die ECMO sofort oder verzögert erhielten, hingegen bei 49 % bzw. 46 % [20].

Eine Verringerung der Krankenhausmortalität um 7 % im Vergleich zur konventionellen mechanischen Beatmung ohne ECMO konnte im Rahmen einer Beobachtungsstudie aufgezeigt werden [19].

Erheblicher Anstieg der Mortalitätsrate bei Mangel an ECMO-Kapazitäten

Reichen die Kapazitäten des Gesundheitssystems für die Bereitstellung einer ECMO nicht aus, steigt die Mortalitätsrate: Gannon und Kollegen berichten von einer Überweisungsregion, in der bei weniger als der Hälfte der Patienten, die für ECMO in Frage kamen, ECMO-Kapazitäten zur Verfügung standen. Die Sterblichkeitsrate lag hier bei 90 %. In der Gruppe mit vorhandenen ECMO-Kapazitäten bei 43 %. Trotz jungen Alters und geringer Anzahl an Komorbiditäten. Die Autoren schlussfolgern, dass ECMO bei der Behandlung von COVID-19 einen signifikanten Sterblichkeitsvorteil bieten kann und dass mangelnde Ressourcen des Gesundheitssystems zu potenziell vermeidbaren Todesfällen führen können [15].

Die Suche nach dem Sweet Spot

Idealerweise sollten klinische Entscheidungen für oder gegen ECMO auf wissenschaftlichen Erkenntnissen und der Identifikation von Patienten beruhen, die am wahrscheinlichsten profitieren [20].

Die Suche nach dem Sweet Spot bzw. der „effektiven Zone“, in der die ECMO ihre optimale Wirkung entfalten kann, beschäftigt die Fachwelt seit langem. ‚Don’t blame the tool‘ kommentiert Alain Vuylsteke vom NHS Royal Papworth Hospital in Lancet: „Die Auswahl des richtigen Patienten zum richtigen Zeitpunkt richtet sich nach klinischen Grundsätzen und Erfahrungen sowie nach der Verfügbarkeit. Kliniker wägen sorgfältig und subjektiv das Risiko und den Nutzen des Beginns der ECMO für jeden Patienten ab. Der Wendepunkt, an dem das eine besser ist als das andere, ist unbekannt, selbst wenn die Kriterien gut definiert und regelmäßig überprüft werden [21]. Kliniker verlassen sich bei der Zuweisung von Patienten auf eine Erfahrung, die sie noch nicht haben, und übersehen dabei möglicherweise wichtige Merkmale. Es ist nicht überraschend, dass sich die Ergebnisse mit dem Fortschreiten der Pandemie verändern.“ [22]

Was wir gelernt haben

Die aktuelle Evidenzlage zeigt, dass bestimmte Faktoren die Überlebenswahrscheinlichkeit von Patienten mit vvECMO als Rescue-Verfahren bei COVID-19-assoziiertem ARDS erhöhen. Ein jüngeres Alter [3,9,16-19] sowie eine schnelle Entscheidung zur Einleitung der ECMO innerhalb von 7 Tagen [3,16] sind unabhängig voneinander mit einer verbesserten Überlebensrate verbunden. Ebenso die Durchführung der ECMO in erfahrenen Zentren mit mindestens 30 Fällen pro Jahr [3] - ein Phänomen, das auch in vielen anderen klinischen Szenarien zu finden ist [23].

Schweregrad der Hypoxämie [9,19], Intensität [19] und Dauer der mechanischen Beatmung [16,19] sowie eine optimale ARDS-Therapie vor ECMO mit der Gabe neuromuskulärer Blocker und Bauchlagerung [3,9,16] erwiesen sich als weitere Einflussfaktoren für die Wirksamkeit der Behandlung. Komorbiditäten wie fortgeschrittenes Herz-, Atemwegs- oder Leberversagen, irreversible Organschäden und Nierenfunktionsstörungen vor ECMO sind kontraindiziert [3,9].

Das COVID-19-assoziierte ARDS kann effizient mit ECMO behandelt werden, ein möglicher Mortalitätsvorteil ist erwiesen. Die individuelle, patientenzentrierte Entscheidung über die Einleitung einer ECMO bei Patienten mit schwerem ARDS bleibt natürlich komplex, insbesondere angesichts begrenzter Ressourcen während einer Pandemie. Hier zählt Erfahrung mit entsprechender Fallmenge. Spezielle Ein- und Ausschlusskriterien und die Standardisierung von Behandlungsschemata könnten der Schlüssel für eine kluge Auswahl von Patienten sein [18]. Ein frühzeitiges ECMO-Management sollte auch dazu beitragen, eine Ressourcenknappheit zu vermeiden.

Quellen

[1] Wu C et al. Risk Factors Associated With Acute Respiratory Distress Syndrome and Death in Patients With Coronavirus Disease 2019 Pneumonia in Wuhan, China. JAMA Intern Med. 2020;180(7):934-943

[2] Li X et al. Extracorporeal Membrane Oxygenation for Coronavirus Disease 2019 in Shanghai, China. ASAIO J. 2020;66(5):475-481

[3] Lebreton G et al. Extracorporeal membrane oxygenation network organisation and clinical outcomes during the COVID-19 pandemic in Greater Paris, France: a multicentre cohort study. Lancet Respir Med. 2021;9(8):851-862.

[4] Combes A et al. Extracorporeal Membrane Oxygenation for Severe Acute Respiratory Distress Syndrome. N Engl J Med. 2018;378(21):1965-1975

[5] Peek GJ et al. Efficacy and economic assessment of conventional ventilatory support versus extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure (CESAR): a multicentre randomised controlled trial. Lancet. 2009;374(9698):1351-1363

[6] Munshi L et al. Venovenous extracorporeal membrane oxygenation for acute respiratory distress syndrome: a systematic review and meta-analysis. Lancet Respir Med. 2019;7(2):163-172

[7] Wiersinga WJ, Prescott HC. What Is COVID-19?. JAMA. 2020;324(8):816

[8] Henry BM, Lippi G. Poor survival with extracorporeal membrane oxygenation in acute respiratory distress syndrome (ARDS) due to coronavirus disease 2019 (COVID-19): Pooled analysis of early reports. J Crit Care. 2020;58:27-28

[9] Barbaro et al. Extracorporeal membrane oxygenation support in COVID-19: an international cohort study of the Extracorporeal Life Support Organization registry. Lancet. 2020;396(10257):1071-1078

[10] Ramanathan K et al. Extracorporeal membrane oxygenation for COVID-19: a systematic review and meta-analysis. Crit Care 2021; 25:211

[11] Schmidt M et al. Extracorporeal membrane oxygenation for severe acute respiratory distress syndrome associated with COVID-19: a retrospective cohort study. Lancet Respir Med. 2020;8(11):1121-1131

[12] Shaefi S et al. Extracorporeal membrane oxygenation in patients with severe respiratory failure from COVID-19. Intensive Care Med. 2021;47(2):208-221

[13] Diaz RA et al. Extracorporeal Membrane Oxygenation for COVID-19-associated Severe Acute Respiratory Distress Syndrome in Chile: A Nationwide Incidence and Cohort Study. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(1):34-43

[14] Mustafa AK et al. Extracorporeal Membrane Oxygenation for Patients With COVID-19 in Severe Respiratory Failure. JAMA Surg. 2020;155(10):990-992

[15] Gannon WD et al. Association between Availability of Extracorporeal Membrane Oxygenation and Mortality in Patients with COVID-19 Eligible for Extracorporeal Membrane Oxygenation: A Natural Experiment. Am J Respir Crit Care Med. 2022;205(11):1354-1357

[16] Nesseler N, Fadel G, Mansour A, et al. Extracorporeal Membrane Oxygenation for Respiratory Failure Related to COVID-19: A Nationwide Cohort Study. Anesthesiology. 2022;136(5):732-748

[17] Hall CA et al. Multi-institutional Analysis of 505 Patients With Coronavirus Disease-2019 Supported With Extracorporeal Membrane Oxygenation: Predictors of Survival. Ann Thorac Surg. 2022;114(1):61-68

[18] Karagiannidis C et al. High In-Hospital Mortality Rate in Patients with COVID-19 Receiving Extracorporeal Membrane Oxygenation in Germany: A Critical Analysis. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(8):991-994

[19] Urner M et al. Venovenous extracorporeal membrane oxygenation in patients with acute covid-19 associated respiratory failure: comparative effectiveness study. BMJ. 2022;377:e068723

[20] Levy D et al. Outcomes of Patients Denied Extracorporeal Membrane Oxygenation during the COVID-19 Pandemic in Greater Paris, France. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(8):994-997

[21] Camporota L et al. Consensus on the referral and admission of patients with severe respiratory failure to the NHS ECMO service. Lancet Respir Med. 2021;9(2):e16-e17

[22] Vuylsteke A. ECMO in COVID-19: do not blame the tool. Lancet. 2021;398(10307):1197-1199

[23] Nguyen YL et al. The Volume-Outcome Relationship in Critical Care: A Systematic Review and Meta-analysis. Chest. 2015;148(1):79-92