Zielsetzung: Die veno-venöse extrakorporale Membranoxygenierung (VV-ECMO) ist eine Bridging-Therapie für Patienten mit akutem Lungenversagen (ARDS) bei therapierefraktärer Hypoxämie unter ausgeschöpfter konservativer Therapie. Bei der VV-ECMO wird Blut aus einer Hohlvene mittels Hergabekanüle zur extrakorporalen Oxygenierung und Decarboxylierung entnommen und mittels Rückgabekanüle wieder in eine Hohlvene zurückgeführt. Ein Teil dieses rückgeführten Blutes gelangt von dort direkt wieder in die Hergabekanüle, ohne zur systemischen Oxygenierung des Patienten beizutragen. Der Anteil des auf diese Weise rezirkulierenden ECMO-Blutflusses ist die Rezirkulationsfraktion. Wir untersuchten das Ausmaß und die Einflussfaktoren der Rezirkulationsfraktion bei ARDS-Patienten an einer high flow VV-ECMO. Abhängig von der gemessenen Rezirkulationsfraktion wurde anschließend der ECMO-Blutfluss reduziert. Methodik: Von August 2017 bis August 2018 wurden alle Patienten, die in der Charité CVK Station 8i eine high flow VV-ECMO-Therapie erhielten, für die Teilnahme an der Beobachtungstudie gescreent (ClinicalTrials.gov-Kennung: NCT03200314). Die Rezirkulationsfraktion wurde mittels Ultraschallverdünnungstechnik baldmöglichst nach Anschluss der ECMO bestimmt. Bei einer Rezirkulationsfraktion ≥10% wurde der ECMO-Blutfluss schrittweise reduziert. Ergebnisse: Es wurden 21 ARDS-Patienten [medianes Alter: 54 Jahre (25, 75%-Perzentile: 39-63), 33% Frauen] in die Studie eingeschlossen. Die Patienten waren zum Zeitpunkt des ECMO-Anschlusses für 6 Tage (4-10) beatmet [positiver endexspiratorischer Druck: 15 mmHg (11-18); Oxygenierungsindex (PaO2/FIO2): 71 mmHg (63-137)]. Die Rezirkulationsfraktion betrug 14% (7-25) bei einem ECMO-Blutfluss von 3,9 l/min (3,4-4,4). Weder der ECMO-Blutfluss noch der Abstand der Kanülenspitzen zueinander waren eine signifikante Determinante der Rezirkulationsfraktion. Der Punktionsort zur Kanülierung hatte keinen Einfluss auf die Rezirkulationsfraktion. Bei einer Rechtsherzdysfunktion kam es zu einer signifikant höheren Rezirkulationsfraktion [25% (21 – 30) vs. 9% (7 – 15), p<0,024]. Bei 12 der Patienten wurde eine Rezirkulationsfraktion ≥10% gemessen. Der ECMO-Blutfluss konnte bei 8 dieser 12 Patienten reduziert werden. Im Median erfolgte eine Reduktion um 0,71 l/min (0,54 – 0,84). Nach der Reduktion des ECMO-Blutflusses, blieb die systemische Oxygenierung suffizient [SaO2: 99% (97-99), PaO2: 104 mmHg (83-130) vs. SaO2: 98% (95-98), PaO2: 83 mmHg (71-91); p<0.05]. Während eines 3-tägigen Beobachtungszeitraums blieb die systemische Oxygenierung stabil und weder eine Erhöhung des ECMO-Blutflusses noch eine Eskalation der Beatmung waren notwendig. Schlussfolgerung: Die Bestimmung der Rezirkulationsfraktion mittels Ultraschallverdünnungstechnik war in der hier vorgestellten Pilotstudie klinisch praktikabel. Von den untersuchten Patienten hatten 90% unter VV-ECMO-Therapie eine messbare Rezirkulationsfraktion. Bei 57% der Patienten war die Rezirkulationsfraktion größer-gleich 10%. Bei zwei Dritteln der Patienten mit einer Rezirkulationsfraktion ≥10% war eine Reduktion des ECMO-Blutflusses möglich. Die systemische Oxygenierung wurde durch die Reduktion des ECMO-Blutflusses nicht klinisch relevant beeinträchtigt.
Background: Veno-venous extracorporeal membrane oxygenation (VV-ECMO) is a bridging therapy for patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS) suffering refractory hypoxemia despite maximum conservative therapy. During VV-ECMO, blood is drained from, and returned to, a caval vein for extracorporeal oxygenation and decarboxylation. Oxygenated blood can partially recirculate directly between the drainage and return cannula, without contributing to the systemic oxygenation. The proportion of recirculating blood of the total ECMO blood flow is the recirculation fraction. We investigated the degree and determinants of the recirculation fraction in ARDS patients on high-flow VV-ECMO. Depending on the recirculation fraction we reduced the ECMO blood flow. Methods: Between August 2017 and August 2018, all patients in the Charité CVK ward 8i receiving VV-ECMO therapy were screened for eligibility (ClinicalTrials.gov-Identifier: NCT03200314). The recirculation fraction was measured with the ultrasound dilution technique as soon as feasible after VV-ECMO initiation. If the recirculation fraction was ≥10%, the ECMO blood flow was incrementally reduced. Results: 21 ARDS-patients [median age of 54 years (25, 75%-percentiles: 39-63), 33% women] were included. When VV-ECMO was initiated, the patients had been mechanically ventilated for 6 days (4-10) [positive end-expiratory pressure: 15 mmHg (11-18); Oxygenation-Index (PaO2/FIO2): 71 mmHg (63-137)]. The recirculation fraction was 14% (7-25) with an ECMO blood flow of 3,9 l/min (3,4-4,4). Neither ECMO blood flow nor the distance between the cannula tips were statistically significant determinants of the recirculation fraction. The cannulation site had no impact on the recirculation fraction. A right heart dysfunction was associated with a significantly higher recirculation fraction [25% (21 – 30) vs. 9% (7 – 15), p<0,024]. Twelve patients had a recirculation fraction ≥10%. ECMO-Blood flow was successfully reduced in 8 of these patients. The median reduction was 0,71 l/min (0,54 – 0,84). After the reduction of the ECMO blood flow, the systemic oxygenation remained sufficient [SaO2: 99% (97-99), PaO2: 104 mmHg (83-130) vs. SaO2: 98% (95-98), PaO2: 83 mmHg (71-91); p<0.05]. During a 3-day observational period, systemic oxygenation remained stable. Neither an increase of the ECMO blood flow nor an escalation of the ventilation were necessary. Conclusion: In this pilot study the measurement of the recirculation fraction using the ultrasound dilution technique was practical in a clinical setting. From the patients undergoing VV-ECMO-Therapy, 90% had a measurable recirculation fraction. Fifty-seven percent had a recirculation fraction ≥10%. In two thirds of these patients, ECMO blood flow reduction was possible without a clinically relevant impairment of the systemic oxygenation.
