Statische Lungencompliance (Cstat)

Klinischer Hintergrund

Die Static Lung Compliance (Cstat) erfüllt bei der maschinellen Beatmung eine spezifische Funktion: Sie quantifiziert die Steifigkeit des Atmungssystems am Krankenbett und ermöglicht es, eine Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Lunge von einer Veränderung eines eingestellten Beatmungsparameters zu unterscheiden. Die klinische Entscheidung betrifft die Titration von PEEP und Tidalvolumen, um die beatmungsassoziierte Lungenschädigung (ventilator-induced lung injury, VILI) zu minimieren, ohne den Gasaustausch zu verschlechtern. Ohne direkte Messung der Compliance fehlt ein Maß dafür, wie groß das effektive Lungenvolumen tatsächlich ist und damit, wie stark jeder Atemzug die Alveolen belastet.

Entscheidend ist die Herleitung, dass der Driving Pressure, also die Differenz zwischen Plateaudruck und gesamtem PEEP, dem Quotienten aus Tidalvolumen und Compliance des Atmungssystems entspricht. In großen Beobachtungskohorten hat sich der Driving Pressure als die Beatmungsvariable erwiesen, die am stärksten mit dem Überleben bei ARDS korreliert [4]. Cstat ist somit nicht nur eine mechanische Messgröße, sondern die Variable, über die sich der Driving Pressure am Krankenbett verstehen und interpretieren lässt.

Berechnung der Static Lung Compliance (Cstat)

Die Formel beruht auf der grundlegenden Beziehung zwischen Volumenänderung und Druckänderung in einem elastischen System, beschrieben als $C = \Delta V / \Delta P$ in der ursprünglichen Übersichtsarbeit zur Atemmechanik [1]. Am Krankenbett wird Cstat wie folgt berechnet:

$$\text{Cstat} = \frac{\text{Tidalvolumen}}{(\text{Plateaudruck} - \text{PEEP}_{\text{total}})}$$

Das Tidalvolumen ist das eingestellte Atemzugvolumen in mL. Der Plateaudruck wird während einer inspiratorischen Pause (Okklusion) bei Nullfluss gemessen, wobei sich der Atemwegsdruck mit dem alveolären Druck angleicht. Der PEEP (total) ist der gesamte positive endexspiratorische Druck, einschließlich eines etwaigen Auto-PEEP (intrinsischer PEEP). Wird der Auto-PEEP nicht gesondert gemessen, wird PEEP_total unterschätzt und die Compliance damit überschätzt.

Die Herleitungsgrundlage ist eine Übersichtsarbeit von Grinnan und Truwit aus dem Jahr 2005, in der die Prinzipien der Atemmechanik bei spontaner und assistierter Beatmung zusammengefasst wurden [1]. Der Normalwert für die Compliance des Atmungssystems bei einer gesunden Person unter maschineller Beatmung wird dort mit über 50 bis 100 mL/cmH₂O angegeben. Der Wert leitet sich aus physiologischen Prinzipien und früheren Referenzstudien ab, die in der Übersichtsarbeit zitiert werden, nicht aus einer einzelnen prospektiven Kohorte mit definierter Population.

Interpretation in der Praxis

Cstat wird am besten zusammen mit der davon abgeleiteten Größe, dem Driving Pressure ($\Delta P = \text{Plateaudruck} - \text{PEEP}_{\text{total}}$), interpretiert. Eine niedrige Cstat bei unverändertem Tidalvolumen bedeutet einen höheren Driving Pressure und damit eine höhere alveoläre Belastung pro Atemzug. Validiert gegenüber klinischen Endpunkten wurde der Driving Pressure, nicht Cstat selbst.

Ein Driving Pressure über etwa 15 cmH₂O ist bei ARDS mit einem schlechteren Outcome assoziiert [2,4]. Der Schwellenwert stammt aus einer Kohorte von 150 ARDS-Patienten, in der der Driving Pressure mit dem Stress der Lunge (transpulmonaler Druck) korrelierte, mit einer ROC-AUC von 0,85 bei einem Cut-off von 15,0 cmH₂O für einen Lungenstress von 24 cmH₂O [2]. Bei einem PEEP von 5 cmH₂O betrug der Zusammenhang zwischen Driving Pressure und Lungenstress $r^2 = 0{,}58$ ($p < 0{,}0001$) und bei einem PEEP von 15 cmH₂O $r^2 = 0{,}35$ ($p < 0{,}0001$) [2].

Validierung und Leistungsfähigkeit

Die einflussreichste Validierung des Driving Pressure und damit indirekt von Cstat ist die Mediationsanalyse von Amato und Mitarbeitern mit Patientendaten von 3.562 ARDS-Patienten aus neun früheren randomisierten Studien [4]. Unter allen Beatmungsvariablen war der Driving Pressure am stärksten mit dem Überleben assoziiert. Ein Anstieg um eine Standardabweichung (etwa 7 cmH₂O) des Driving Pressure war mit einem relativen Sterberisiko von 1,41 assoziiert (95 %-KI 1,31 bis 1,51, $p < 0{,}001$), auch bei Patienten, die „protektive“ Plateaudrücke und Tidalvolumina erhielten [4]. Veränderungen von Tidalvolumen oder PEEP waren nur insoweit unabhängig mit dem Überleben assoziiert, als sie zu einer Senkung des Driving Pressure führten [4].

In einer internationalen Beobachtungsstudie mit 745 COVID-19-Patienten unter maschineller Beatmung aus 22 Ländern hatte Cstat nur einen marginalen prädiktiven Wert für die 28-Tage-Mortalität, aber eine höhere Cstat war mit einer früheren Entlassung von der Intensivstation assoziiert (HR 1,14 pro 10 mL/cmH₂O, 95 %-KI 1,02 bis 1,28, $p = 0{,}018$) [3]. Frauen hatten eine niedrigere Cstat als Männer, mit einer durchschnittlichen Differenz von 7,4 bis 11,8 mL/cmH₂O, trotz höherem BMI [3]. Die Studie zeigt, dass Cstat mit Merkmalen der Population variiert und nicht allein mit der Pathophysiologie der Lunge.

Ein systematisches Review mit Metaanalyse aus dem Jahr 2025, das vier randomisierte Studien mit insgesamt 465 Patienten mit ARDS oder akutem respiratorischem Versagen einschloss, fand keinen signifikanten Unterschied bei der 28-Tage-Mortalität (OR 1,01, 95 %-KI 0,49 bis 2,10), der Mortalität auf der Intensivstation (OR 1,24, 95 %-KI 0,81 bis 1,89) oder der Krankenhausmortalität (OR 1,21, 95 %-KI 0,79 bis 1,84) zwischen einer durch den Driving Pressure limitierten Beatmung und einer konventionellen lungenprotektiven Beatmung [5]. Die Driving-Pressure-limitierte Beatmung verkürzte jedoch die Dauer des Intensivaufenthalts im Mittel um 2,95 Tage (95 %-KI 5,17 bis 0,74 weniger, $p = 0{,}009$) [5]. Zusammenfassend stützen die Beobachtungsdaten den prognostischen Wert des Driving Pressure deutlich, die RCT-Evidenz für eine am Driving Pressure ausgerichtete Strategie ist jedoch noch begrenzt.

Einschränkungen

Die Messung setzt einen passiven Patienten ohne Spontanatmung während der inspiratorischen Pause voraus. Eigenaktivität des Patienten während der Messung verfälscht den Plateaudruck und damit Cstat. In der Praxis sind für verlässliche Werte häufig eine Sedierung und manchmal eine neuromuskuläre Blockade erforderlich [1,2].

Der Auto-PEEP (intrinsischer PEEP) muss gesondert mit einer exspiratorischen Pause gemessen und zum externen PEEP addiert werden, damit PEEP_total korrekt ist. Wird der Auto-PEEP ignoriert, wird der Nenner der Formel zu klein und Cstat überschätzt. Dies ist besonders bei obstruktiven Lungenerkrankungen relevant, bei denen der Auto-PEEP erheblich sein kann [1].

Cstat misst die Gesamtcompliance des Atmungssystems einschließlich des Beitrags des Thorax. Bei erhöhter Thoraxelastizität, zum Beispiel bei Adipositas, Aszites oder in Bauchlage, kann die tatsächliche Compliance der Lunge niedriger sein, als Cstat angibt. Eine vollständige Trennung von Lungen- und Thoraxcompliance erfordert die Messung des Ösophagusdrucks, die am Krankenbett grundsätzlich nicht routinemäßig eingesetzt wird [1,2].

Der Normalwert von 50 bis 100 mL/cmH₂O gilt für Erwachsene ohne zugrunde liegende Lungenerkrankung. Der Wert ist für Kinder nicht kalibriert, und dieselben Schwellenwerte können nicht direkt auf die pädiatrische Praxis übertragen werden.

Quellen

1. Grinnan DC, Truwit JD. Clinical review: Respiratory mechanics in spontaneous and assisted ventilation. Crit Care 2005;9(5):472-84. PMID: 16277736
2. Chiumello D, Carlesso E, Brioni M, et al. Airway driving pressure and lung stress in ARDS patients. Crit Care 2016;20(1):276. PMID: 27545828
3. Li Bassi G, Suen JY, Dalton HJ, et al. An appraisal of respiratory system compliance in mechanically ventilated COVID-19 patients. Crit Care 2021;25(1):199. PMID: 34108029
4. Amato MBP, Meade MO, Slutsky AS, et al. Driving pressure and survival in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 2015;372(8):747-55. PMID: 25693014
5. Cheng J, Ma A, Liang G. Driving pressure-limited ventilation strategies versus conventional lung protective ventilation strategies for patients with ARDS/ARF: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Crit Care 2025;29(1):129. PMID: 41345693