Intensivmedizin · Stufe WBJ 3

ECMO-Grundlagen: Prinzip, Indikationen und Management

Die extrakorporale Membranoxygenierung übernimmt Gasaustausch und, als venoarterielle Form, auch Kreislauf. Sie verschafft Zeit, heilt aber nichts. Wer die beiden Formen, die beiden Stellgrößen und die typischen Komplikationen kennt, versteht die meisten Probleme am Bett.

Neufassung für das E-Learning (P35). Diese Lerneinheit schließt die Lücke „Grundlagen, Indikationen, Kreislauf- und Oxygenierungsunterstützung sowie klinisches Management“ der Einheit 50 Jahre ECMO. Grundlagen: S3-Leitlinie Invasive Beatmung und extrakorporale Verfahren (AWMF 001-021, 2025), Empfehlungen der Extracorporeal Life Support Organization (ELSO), EOLIA 2018, CESAR 2009, ECLS-SHOCK 2023, ARREST 2020, INCEPTION 2023 (Recherchestand September 2026). Kanülierung, Antikoagulationsziele und Geräteeinstellungen folgen den Protokollen des ECMO-Zentrums und den ELSO-Empfehlungen.
Lernziele
  • Venovenöse und venoarterielle ECMO nach Kanülierung und Wirkung unterscheiden.
  • Blutfluss und Sweep-Gas als getrennte Stellgrößen für Oxygenierung und CO₂-Elimination einsetzen.
  • Indikationen und Evidenz für VV- und VA-ECMO einordnen.
  • Typische Probleme erkennen: Rezirkulation, Harlekin-Syndrom, Linksherzdistension, Extremitätenischämie, Blutung.
  • Den Sauerstofftransfer des Oxygenators berechnen.

Zu dieser Lerneinheit

  1. Drei Lektionen mit zwei Rechenaufgaben, ein Fall in drei Schritten, Merksätze, Aufgabenblock, Abschlussquiz und Nachschlagen.
  2. Vertiefung: 50 Jahre ECMO (Geschichte, Kontroversen, verwandte Verfahren), Respiratorische Insuffizienz, Schock, Sauerstoffgehalt.

Lektion 1

Zwei Formen, zwei Stellgrößen

Zwei Formen der ECMOVV-ECMO: ersetzt die LungeDrainage V. femoralisRückgabe V. jugularis, rechter VorhofKreislauf: eigenes HerzIndikation: schweres ARDSProblem: RezirkulationVA-ECMO: Lunge und HerzDrainage venösRückgabe meist A. femoralisübernimmt den KreislaufIndikation: refraktärer Schock, ECPRProbleme: Harlekin, Linksherz, BeinBlutfluss steuert die Oxygenierung, Sweep-Gas die CO₂-Elimination. Eigene Darstellung.

Eine Zentrifugalpumpe saugt venöses Blut an, ein Membranoxygenator nimmt CO₂ auf und gibt Sauerstoff ab, dann fließt das Blut zurück. Entscheidend ist, wohin es zurückfließt.

Venovenös (VV): Drainage meist über die V. femoralis, Rückgabe über die V. jugularis interna in den rechten Vorhof, alternativ eine Doppellumenkanüle über die V. jugularis. Die VV-ECMO ersetzt den Gasaustausch der Lunge, der Kreislauf bleibt Aufgabe des eigenen Herzens. Indikation ist das schwere Lungenversagen.

Venoarteriell (VA): Drainage venös, Rückgabe arteriell, peripher meist über die A. femoralis, nach Herzchirurgie auch zentral. Die VA-ECMO übernimmt Gasaustausch und Kreislauf. Indikation ist der refraktäre kardiogene Schock, ausgewählt auch der Kreislaufstillstand (ECPR).

Die beiden Stellgrößen

Zwei Stellschrauben steuern die extrakorporale Unterstützung, und sie wirken auf unterschiedliche Gase. Der Blutfluss bestimmt die Oxygenierung. Bei der venovenösen ECMO zählt dabei nicht der absolute Fluss, sondern sein Anteil am Herzzeitvolumen: Je größer dieser Anteil, desto mehr oxygeniertes Blut erreicht das rechte Herz und damit den Körper. Steigt das Herzzeitvolumen, etwa bei Fieber oder unter Katecholaminen, sinkt dieser Anteil, und die Sättigung fällt, obwohl an der Maschine nichts verändert wurde; ein typischer Grund für eine plötzliche Verschlechterung. Begrenzt wird der Fluss durch die Kanülengröße und den venösen Rückfluss, und ein Teil des zurückgeführten Blutes kann direkt wieder angesaugt werden, die Rezirkulation, die den effektiven Anteil weiter senkt.

Das Sweep-Gas, also der Gasfluss durch den Oxygenator, bestimmt die CO₂-Elimination. Mehr Sweep wäscht mehr CO₂ aus und senkt den PaCO₂, weitgehend unabhängig vom Blutfluss, weil CO₂ viel besser löslich ist und schon geringe Blutflüsse für seine Elimination genügen. Die Sauerstofffraktion des Sweep-Gases wird meist bei 1,0 belassen. Praktisch heißt das: Bei Hypoxämie wird der Blutfluss erhöht, bei Hyperkapnie der Sweep, und eine zu rasche Senkung des lange erhöhten PaCO₂ wird vermieden, weil sie zerebrale Vasokonstriktion und Krampfanfälle auslösen kann.

Daraus folgt die wichtigste Regel am Bett: Bei Hypoxämie zuerst den Blutfluss prüfen, bei Hyperkapnie zuerst das Sweep-Gas. Hohes PaCO₂ vor Beginn nur schrittweise senken, weil ein rascher Abfall mit neurologischen Komplikationen verbunden ist.

Übung 1.1

Übung 1.2, Rechenaufgabe

VV-ECMO mit 4,0 l/min Blutfluss, Hb 10 g/dl, Sättigung vor dem Oxygenator 70 %, danach 100 %. Wie viel Sauerstoff überträgt der Oxygenator (ml/min, gelösten Sauerstoff vernachlässigt, Hüfner-Zahl 1,34)?

Lektion 2

Indikationen und Evidenz

VV-ECMO beim ARDS: Erwogen wird sie erst, wenn die lungenprotektive Beatmung einschließlich PEEP-Optimierung, Bauchlage und neuromuskulärer Blockade ausgeschöpft ist. Die Einschlusskriterien der EOLIA-Studie dienen als Orientierung:

  • PaO₂/FiO₂ unter 50 mmHg über mehr als 3 Stunden, oder
  • PaO₂/FiO₂ unter 80 mmHg über mehr als 6 Stunden, oder
  • pH unter 7,25 mit PaCO₂ ab 60 mmHg über mehr als 6 Stunden, bei Atemfrequenz bis 35/min und Plateaudruck bis 32 cmH₂O.

In EOLIA (NEJM 2018) lag die 60-Tage-Sterblichkeit mit ECMO bei 35 % gegenüber 46 % ohne (relatives Risiko 0,76), statistisch nicht signifikant; 28 % der Kontrollgruppe erhielten als Rettungsmaßnahme doch eine ECMO. Eine Bayes-Reanalyse und Metaanalysen sprechen für einen Nutzen bei sehr schwerem ARDS. Schon CESAR (Lancet 2009) hatte gezeigt, dass die Verlegung in ein ECMO-Zentrum das Überleben ohne schwere Behinderung verbessert. Früh mit dem Zentrum sprechen, nicht erst im Kreislaufversagen.

VA-ECMO beim kardiogenen Schock: ECLS-SHOCK (NEJM 2023) fand beim infarktbedingten kardiogenen Schock mit früher Revaskularisation keinen Überlebensvorteil einer routinemäßig frühen VA-ECMO (30-Tage-Sterblichkeit 47,8 gegen 49,0 %), aber mehr Blutungen und Gefäßkomplikationen. Die VA-ECMO bleibt ein individueller Rettungsweg bei refraktärem Schock mit realistischem Ziel: Erholung, Entscheidung, Herzunterstützungssystem oder Transplantation.

ECPR: Bei refraktärem Kammerflimmern zeigte die einzentrische ARREST-Studie (Lancet 2020) einen Überlebensvorteil, die multizentrische INCEPTION-Studie (NEJM 2023) keinen signifikanten. Voraussetzungen sind ein beobachteter Kollaps, sofortige Reanimation, kurze Zeit bis zur Kanülierung und ein eingespieltes Team.

Evidence BoxKontraindikationen sind überwiegend relativ und hängen vom Ziel ab: fehlende Perspektive auf Erholung oder Folgetherapie, schwere irreversible Hirnschädigung, nicht beherrschbare Blutung oder Kontraindikation gegen Antikoagulation, lange Beatmung vor ECMO. Der mutmaßliche Patientenwille gehört vor jede Entscheidung.

Übung 2.1

Übung 2.2

Lektion 3

Management und typische Probleme

Beatmung an der VV-ECMO: Die Lunge soll ruhen. In EOLIA lag der Plateaudruck höchstens bei 24 cmH₂O, mit PEEP ab 10 cmH₂O und niedriger Frequenz. Bauchlage ist auch an der ECMO möglich.

Antikoagulation: meist unfraktioniertes Heparin, überwacht über aPTT oder Anti-Xa nach ELSO-Empfehlung. Blutung ist die häufigste Komplikation, Thrombosen im System und Hämolyse (freies Hämoglobin, LDH) die zweithäufigsten. Den Oxygenator auf Gerinnsel und den Druckabfall über der Membran überwachen.

Tabelle 1: Typische Probleme an der ECMO
ProblemFormErkennenGegenmaßnahme
RezirkulationVVhohe Sättigung vor dem Oxygenator, Hypoxämie trotz hohem FlussKanülenabstand und Lage sonographisch prüfen, Fluss anpassen
Harlekin-Syndrom (Nord-Süd)VA, femoralHypoxämie im Oberkörper bei guter Sättigung der unteren KörperhälfteBlutgas und SpO₂ rechts radial messen, Beatmung verbessern, Rückgabe verlegen oder zusätzliche venöse Rückgabe (V-AV)
LinksherzdistensionVAfehlende Pulsatilität, geschlossene Aortenklappe, Lungenödem, EchoFluss reduzieren, Inotropie, Entlastung zum Beispiel mit Mikroaxialpumpe
ExtremitätenischämieVA, femoralkaltes, blasses Bein, NIRS, Dopplerdistale Perfusionskanüle, früh und vorsorglich
Ansaugen, „Chattering“beideschlagende Leitung, Flussabfall, niedriger DrainagedruckVolumenstatus, Lage und Kanüle prüfen, Pumpendrehzahl senken

Entwöhnung: Bei VV-ECMO wird das Sweep-Gas schrittweise reduziert und schließlich abgestellt; bleibt der Gasaustausch unter vertretbarer Beatmung über Stunden stabil, wird dekanüliert. Bei VA-ECMO wird der Fluss unter Echokardiographie reduziert; eine Geschwindigkeitszeitintegral-Messung im linksventrikulären Ausflusstrakt ab etwa 10 cm und eine LVEF über 20 bis 25 % bei reduziertem Fluss sprechen für eine erfolgreiche Entwöhnung (Aissaoui 2011).

Übung 3.1, Rechenaufgabe

VV-ECMO mit 4,2 l/min Fluss, Herzzeitvolumen 7,0 l/min. Welcher Anteil des Herzzeitvolumens läuft über die ECMO (%, ganzzahlig)?

Übung 3.2

Lektion 4

Fallsimulation: Influenza-ARDS

Ausgangslage

38-jähriger Mann, 180 cm, Influenza-Pneumonie, seit 36 Stunden beatmet. Tidalvolumen 6 ml/kg Standardgewicht, PEEP 16, FiO₂ 1,0, Plateaudruck 31 cmH₂O, zweimal 16 Stunden Bauchlage, neuromuskuläre Blockade. PaO₂ 58 mmHg seit fünf Stunden, pH 7,22, PaCO₂ 71 mmHg. Kreislauf mit Noradrenalin 0,1 µg/kg/min stabil, Echo mit guter Pumpfunktion.

Schritt 1: Indikation

Schritt 2: Welche Form?

Schritt 3: Tag 2 an der ECMO

Merksätze

  • VV ersetzt die Lunge, VA ersetzt Lunge und Herz.
  • Blutfluss für Sauerstoff, Sweep-Gas für CO₂.
  • VV-ECMO erst nach ausgeschöpfter Beatmung, Bauchlage und Relaxierung, aber früh mit dem Zentrum sprechen.
  • Routinemäßig frühe VA-ECMO beim Infarktschock brachte keinen Überlebensvorteil.
  • An der femoralen VA-ECMO rechts radial messen, distale Beinperfusion sichern, das linke Herz im Blick behalten.
  • Blutung ist die häufigste Komplikation.

Aufgaben

Aufgabe 1: Hypoxämie an der VV-ECMO

Gegeben:
Fluss 4,5 l/min, Sättigung vor dem Oxygenator 88 %, arteriell 82 %, Sweep 6 l/min, Herzzeitvolumen 6 l/min.

Frage:
Woran denken Sie?

Lösung

An Rezirkulation: Oxygeniertes Blut wird direkt wieder angesaugt, erkennbar an der hohen Sättigung vor dem Oxygenator. Kanülenlage und Abstand sonographisch und im Röntgenbild prüfen, gegebenenfalls umpositionieren; mehr Fluss allein verstärkt die Rezirkulation oft.

Aufgabe 2: Der blaue Kopf

Gegeben:
Femorale VA-ECMO nach Infarktschock, Herz erholt sich. SpO₂ am rechten Ohr 78 %, am Fuß 99 %, Lunge mit Infiltraten.

Frage:
Was liegt vor, und was tun Sie?

Lösung

Harlekin-Syndrom: Das erholte Herz wirft schlecht oxygeniertes Blut aus der kranken Lunge in Aortenbogen, Koronarien und Gehirn. Blutgas rechts radial, Beatmung optimieren (PEEP, FiO₂), Fluss prüfen; bleibt die Hypoxämie, auf eine Konfiguration mit zusätzlicher venöser Rückgabe umstellen oder auf VV wechseln, wenn der Kreislauf es erlaubt.

Aufgabe 3: Das kalte Bein

Gegeben:
Femorale VA-ECMO seit 8 Stunden, rechtes Bein kalt und marmoriert, keine distale Perfusionskanüle.

Frage:
Was ist dringend?

Lösung

Extremitätenischämie durch die okkludierende arterielle Kanüle: sofort distale Perfusionskanüle anlegen lassen, Kompartmentsyndrom ausschließen, Durchblutung mit Doppler oder NIRS überwachen. Künftig die distale Perfusion bei der Anlage mitplanen.

Aufgabenblock abschließen

Markieren Sie den Block als bearbeitet, wenn Sie alle drei Aufgaben gelöst und mit den Lösungen verglichen haben.

Abschlussquiz, etwa 8 Minuten

Abschlussquiz

Zehn Fragen. Bestanden ab 80 %.

Zum Nachschlagen

Begriffe und Literatur

BegriffBedeutung
VV-ECMOvenovenöse ECMO, Gasaustausch ohne Kreislaufunterstützung
VA-ECMOvenoarterielle ECMO, Gasaustausch und Kreislaufunterstützung
Sweep-GasGasfluss durch den Oxygenator, steuert die CO₂-Elimination
FdO₂Sauerstofffraktion des Sweep-Gases
ECPRextrakorporale kardiopulmonale Reanimation
Rezirkulationdirektes Wiederansaugen oxygenierten Blutes bei VV-ECMO
Harlekin-SyndromHypoxämie der oberen Körperhälfte an der femoralen VA-ECMO

Literatur

  1. Combes A, Hajage D, Capellier G, et al. Extracorporeal membrane oxygenation for severe acute respiratory distress syndrome (EOLIA). N Engl J Med 2018;378:1965–1975.
  2. Peek GJ, Mugford M, Tiruvoipati R, et al. Efficacy and economic assessment of conventional ventilatory support versus extracorporeal membrane oxygenation for severe adult respiratory failure (CESAR). Lancet 2009;374:1351–1363.
  3. Thiele H, Zeymer U, Akin I, et al. Extracorporeal life support in infarct-related cardiogenic shock (ECLS-SHOCK). N Engl J Med 2023;389:1286–1297.
  4. Yannopoulos D, Bartos J, Raveendran G, et al. Advanced reperfusion strategies for patients with out-of-hospital cardiac arrest and refractory ventricular fibrillation (ARREST). Lancet 2020;396:1807–1816.
  5. Suverein MM, Delnoij TSR, Lorusso R, et al. Early extracorporeal CPR for refractory out-of-hospital cardiac arrest (INCEPTION). N Engl J Med 2023;388:299–309.
  6. Aissaoui N, Luyt CE, Leprince P, et al. Predictors of successful extracorporeal membrane oxygenation weaning after cardiogenic shock. Intensive Care Med 2011;37:1738–1745.
  7. DGAI. S3-Leitlinie Invasive Beatmung und Einsatz extrakorporaler Verfahren bei akuter respiratorischer Insuffizienz, AWMF 001-021, Version 2.0, 2025.