ECMO, die letzte Verteidigungslinie des Lebens

Bislang hat die weltweite Gesamtzahl der COVID-19-Infektionen fast 50 Millionen erreicht. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat bekannt gegeben, dass die Welt in die Phase der COVID-19-Pandemie eingetreten ist und die Zahl schwerer, kritischer und tödlicher Fälle stark zugenommen hat. Das neue Coronavirus ist hoch ansteckend, hat eine lange Inkubationszeit, eine hohe Sterblichkeitsrate und führt sogar zu asymptomatischen Infektionen. Diese Eigenschaften machen das neue Coronavirus zu einem „listigen Virus“. Aufgrund ihrer Eigenschaften ist die Prävention und Bekämpfung der Epidemie selbst sehr schwierig. In diesem Krieg gegen die Epidemie stürmten zahllose weiß gekleidete Krieger vor, um jedes Leben zu schützen. Unzählige einfache Menschen eilten an die Front, um jede Stadt zu schützen. Gleichzeitig haben sich zahllose Wissenschaftler aktiv an der entsprechenden Forschung zur Bekämpfung der Epidemie beteiligt und so den Kämpfern an vorderster Front und zig Millionen Chinesen die wirksamsten Waffen zur Bekämpfung der Epidemie zur Verfügung gestellt.

Ich glaube, dass jeder den Begriff ECMO in den jüngsten Nachrichtenberichten gehört hat, insbesondere im Zusammenhang mit der Behandlung einiger Patienten mit COVID-19. Nun gebe ich Ihnen einige grundlegende Informationen zur extrakorporalen Membranoxygenierung ECMO.

Bei der extrakorporalen Membranoxygenierung (ECMO) handelt es sich um eine Form der extrakorporalen Lebenserhaltungstechnologie, die hauptsächlich dazu verwendet wird, die kardiopulmonale Funktion des Patienten teilweise oder vollständig zu ersetzen. Dadurch können Herz und Lunge vollständig entlastet werden und Zeit für die Behandlung der Grunderkrankung gewonnen werden. Es eignet sich für verschiedene kardiogene und pulmonale Erkrankungen, wie etwa kardiogenen Schock, massives Herzblutungstrauma, schwere Lungenentzündung, akutes Atemnotsyndrom, neonatale Lungenerkrankung usw.

Während dieses COVID-19-Ausbruchs leiden schwer erkrankte und kritische Patienten an schweren Lungenschädigungen und Atemversagen. Wenn herkömmliche Methoden wie die endotracheale Intubation und Beatmung den Sauerstoffbedarf des Patienten nicht decken können, ist das ECMO-System erforderlich, um die Sauerstoffversorgung verschiedener Organe aufrechtzuerhalten, sodass die Lunge des Patienten vollständig entlastet wird und wertvolle Zeit für die Wiederherstellung der Lungenfunktion gewonnen wird. Bereits zu Beginn des Ausbruchs behandelte das Zhongnan-Krankenhaus der Universität Wuhan erfolgreich einen neuen Coronavirus-Patienten mittels ECMO. ECMO spielte eine wichtige Rolle bei der anschließenden Rettung schwerer und kritischer Patienten mit COVID-19, und dieses Fremdwort ist allmählich in das Blickfeld der Öffentlichkeit gerückt.

(Einsatz von ECMO zur Behandlung von Patienten mit COVID-19)

Am 4. März 2020 erklärten Mitarbeiter des Ministeriums für Industrie und Informationstechnologie auf einer Pressekonferenz, dass seit dem Ausbruch der neuen Coronavirus-Pneumonie und der Zunahme bestätigter und schwer erkrankter Patienten die Nachfrage nach ECMO in Wuhan, Hubei, weiter gestiegen sei. Derzeit gibt es in China etwa 400 ECMO-Einheiten, verteilt auf Krankenhäuser der tertiären Versorgung und Herzzentren mit besseren medizinischen Bedingungen. Obwohl das Land aktiv ECMO-Systeme aus dem Ausland kauft, kann es den Bedarf aufgrund der neuen Coronavirus-Epidemie immer noch nicht decken. Sieht man von öffentlichen Notfällen wie COVID-19 ab, begann die Nationale Gesundheitskommission bereits 2017, die Zahl der ECMO-Zentren und der ECMO-unterstützten Fälle in China zu zählen. Schätzungen zufolge wird die Zahl der ECMO-unterstützten Fälle bis 2020 auf über 5.000 steigen. Aufgrund der Epidemie steigt auch die Zahl der Patienten weltweit, die ECMO-Unterstützung benötigen. Aufgrund des gravierenden Mangels an ECMO-Produktionskapazitäten sterben in vielen Ländern viele Patienten, weil ihnen nicht rechtzeitig geholfen wird.

(Datenquelle: Nationale Kommission für Gesundheit und Familienplanung und Weißbuch zur Herzchirurgie)

Derzeit sind fast alle ECMO-Produkte in China importierte Produkte und es gibt keine ähnlichen Produkte mit unabhängigen Rechten an geistigem Eigentum. Darüber hinaus können aufgrund der hohen Kosten von ECMO und der Knappheit der ECMO-Ressourcen nicht alle Patienten, die es benötigen, davon profitieren. Je nach Marke liegen die Kosten für einen ECMO-Host zwischen 2 und 3 Millionen Yuan. Noch teurer sind jedoch die ECMO-Verbrauchsmaterialien: Ein Set kostet zwischen 60.000 und 120.000 Yuan. ECMO-Verbrauchsmaterialien stehen in direktem Kontakt mit menschlichem Blut, es handelt sich also um Einwegprodukte und im Allgemeinen kann ein Satz Verbrauchsmaterialien maximal 7–14 Tage lang verwendet werden. Die hohen Kosten der Nutzung schrecken viele Patienten vor der Anwendung ab.

Die Hauptkomponenten der ECMO sind die Blutpumpe und der Oxygenator (Membranlunge). Die Blutpumpe kann das menschliche Herz ersetzen oder teilweise ersetzen, um die für Lebensaktivitäten erforderliche Energie bereitzustellen. Der Oxygenator (Membranlunge) kann die menschliche Lunge ganz oder teilweise ersetzen, um die Sauerstoffversorgung sicherzustellen und so die normale Funktion verschiedener Organe zu ermöglichen. Derzeit betreiben viele namhafte inländische Universitäten und Forschungsinstitute wie die Tsinghua-Universität, die Peking-Universität und die Chinesische Akademie der Wissenschaften aktiv unabhängige Forschung und Entwicklung im Bereich ECMO.

Wie ersetzt ECMO die Arbeit unseres Herzens und unserer Lunge oder ersetzt sie teilweise?

Bei der ECMO wird eine Kanüle in die Vene des Patienten eingeführt und anschließend mit einem sterilen Kunststoffschlauch verbunden, um das venöse Blut des Körpers abzusaugen und zur Sauerstoffanreicherung zum Oxygenator (Membranlunge) an der ECMO zu transportieren. Der Oxygenator entfernt Kohlendioxid aus dem Blut und führt ihm gleichzeitig Sauerstoff zu, wodurch es in arterielles Blut umgewandelt wird. Anschließend wird das Blut durch die Blutpumpe der ECMO gepumpt und anschließend durch den Schlauch zurück zur arteriellen oder venösen Kanüle des Patienten gepumpt, wodurch Kreislauf und Atmung unterstützt werden.

(Diagramm des ECMO-Funktionsprinzips)

Der aktuelle Oxygenator ist ein Membranoxygenator

Der Membranoxygenator ist mit Hohlfasermembranen gefüllt. Das Mischgas strömt durch die Hohlfasern, während Blut (venöses Blut) zwischen den Hohlfasern fließt. Die Membran hat Löcher, die Gasmoleküle durchlassen, während sie Wassermoleküle und verschiedene Zellbestandteile im Blut blockiert. Aufgrund der unterschiedlichen Partialdrücke von Sauerstoff und Kohlendioxid auf beiden Seiten der Hohlfasermembran tritt ein Gasdiffusionsaustauschphänomen auf, d. h., die hohe Konzentration an Kohlendioxidgas im venösen Blut diffundiert in das Mischgas und der darin gemischte Sauerstoff diffundiert in das Blut, wodurch der Sauerstoffanreicherungsprozess des Blutes im Oxygenator (Membranlunge) abgeschlossen wird und das dunkelrote venöse Blut in sauerstoffreiches arterielles Blut umgewandelt wird.

(Schematische Darstellung des Gasaustausches in der Membranlunge)

Die Blutpumpe ist eine zentrifugale magnetgekoppelte Blutpumpe

Die magnetisch gekoppelte Zentrifugalblutpumpe ist eine Pumpe, die Flüssigkeit durch die Zentrifugalkraft transportiert, die durch die Rotation des Laufrads erzeugt wird.

(ECMO-Prinzipmaschine)

Derzeit ist die COVID-19-Epidemie im Inland im Wesentlichen unter Kontrolle. Allerdings ist auch der unkontrollierte Ausbruch der Epidemie in Ländern und Regionen außerhalb Chinas besorgniserregend. ECMO ist Hoffnung für Patienten mit schwerer Lungenentzündung und auch für viele Patienten mit Herz-Kreislauf- und Lungenerkrankungen eine gute Nachricht. Von entscheidender Bedeutung sind die Forschung, Entwicklung und Anwendung im Inland produzierter ECMO-Geräte und Verbrauchsmaterialien mit hervorragender Leistung und relativ niedrigen Preisen.

Während der kritischen Phase des weltweiten COVID-19-Ausbruchs ist die Nachfrage nach ECMO-Produkten in verschiedenen Ländern dramatisch gestiegen. Die hohen Kosten für Träger und Verbrauchsmaterialien haben jedoch die Einführung von ECMO in vielen Ländern und auch die Verwendung von ECMO durch viele Patienten eingeschränkt. Wissenschaftler aus aller Welt haben noch einen langen Weg vor sich.