Hyperbare Oxygenierung

mini|Moderne Mehrplatz-Druckkammer zur Anwendung der HBO in Deutschland mini|Druckkammer-Monitoring (HBO) Die hyperbare Oxygenierung (HBO; auch hyperbare Sauerstofftherapie, HBO-Therapie; , HBOT, HBO2) ist eine Therapieform, bei der 100%iger, medizinisch reiner Sauerstoff unter einem erhöhten Umgebungsdruck (der Druck ist höher als der normale Atmosphärendruck) für definierte Zeiträume und Intervalle bei Patienten durch Einatmung zur Anwendung kommt. Diese schulmedizinisch und wissenschaftlich abgesicherte Behandlungsmethode hat ihren Ursprung in der Tauchmedizin und kommt unter anderem auch bei Kohlenmonoxid- und Rauchgasvergiftungen zum Einsatz.

Durchführung Der erhöhte Umgebungsdruck (Überdruck) wird dabei typischerweise durch eine Druck- bzw. Dekompressionskammer bewerkstelligt. Es werden prinzipiell unterschieden: Einpersonendruckkammern: Hier ist die Kammerluft zugleich Behandlungs-Atemgas (100 % Sauerstoff). Es gibt auch Einpersonenkammern, die mit normaler Luft als Kammerluft arbeiten. Der Sauerstoff wird dann wie in den Mehrpersonenkammern zugeführt. Mehrpersonendruckkammern: In diesen besteht die Kammerluft nicht aus dem Atemgas. Dieses wird über separate Atmungssysteme zugeführt. Die Atmung von 100 % reinem Sauerstoff kann auf mehrere Weisen realisiert werden: Atmung über eine luftdicht sitzende Gesichtsmaske Atmung über ein so genanntes Kopfzelt Atmung über einen Tubus (Endotrachealtubus, Pharyngealtubus). Die Durchführung einer hyperbaren Sauerstofftherapie ist somit auch bei maschinell beatmeten Patienten möglich. Hierzu sind allerdings speziell zertifizierte Beatmungsgeräte erforderlich.

Prinzip

Physikalische Grundsätze Mehrere physikalische Prinzipien liegen der Erfindung und Anwendung der hyperbaren Sauerstofftherapie zugrunde. Die hyperbare Sauerstofftherapie basiert auf den physikalischen Gasgesetzen. Von besonderer Bedeutung für die Anwendung von Sauerstoff im Überdruck ist dabei das Gasgesetz von Henry:

Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten Das physikalische Gesetz von Henry beschreibt die Löslichkeit von Gasen in Flüssigkeiten. Dabei nimmt die Menge des in einer Flüssigkeit gelösten Gases proportional mit dem auf der Flüssigkeit lastenden Druck in dem System von Gas und Flüssigkeit zu. Konkretisiert bedeutet dies, dass man umso mehr Gas in einer Flüssigkeit lösen kann, je höher der Druck ist.

Beispiel Ein Beispiel ist die Flaschenabfüllung von Mineralwasser mit dem Gas Kohlenstoffdioxid (CO2). Dabei wird entsprechend dem Gesetz von Henry unter Überdruck CO2 dem Wasser zugeführt und vermehrt im Wasser gelöst. Wird beim Öffnen der Flasche der Druck oberhalb der Flüssigkeit vermindert, entweicht das Kohlenstoffdioxid und das im Wasser unter Überdruck gelöste Gas perlt als Sprudel aus. Die Löslichkeit des Kohlenstoffdioxids sinkt im Wasser mit der Minderung des Luftdrucks oberhalb der Flüssigkeit durch Öffnung.

Übertragung auf Lebewesen Weil Blut eine Flüssigkeit darstellt, gilt das Gesetz von Henry uneingeschränkt. Im Rahmen der hyperbaren Sauerstofftherapie wird der Patient mit 100 % reinem Sauerstoff behandelt, der sich nach Henry in den Körperflüssigkeiten entsprechend dem angewendeten Druck anreichert. Beim Menschen wird Sauerstoff überwiegend durch chemische Bindung an das in den roten Blutkörperchen enthaltene Hämoglobin transportiert. Die Menge des Hämoglobins ist daher ausschlaggebend für die Sauerstofftransportkapazität des Blutes.

Sauerstoff befindet sich aber nach Henry in geringem Umfang normalerweise auch in physikalisch gelöster Form im Blut sowie in allen Körperflüssigkeiten. Die Menge des physikalisch gelösten Sauerstoffs ist abhängig vom Sauerstoffpartialdruck in der Atemluft. Da die roten Blutkörperchen und das Hämoglobin bereits bei normaler Atemluft (21 % Sauerstoff) zu 95 bis 100 % ausgelastet oder gesättigt sind (Sauerstoffsättigung), ist eine Steigerung des Blutsauerstoffgehaltes über den an Hämoglobin gebundenen Sauerstoff nicht möglich. Die Anhebung des Sauerstoffanteils (Partialdrucks) in der Atemluft von 21 auf 100 % (etwa fünffach), bewirkt eine proportionale Erhöhung der im Blut gelösten Sauerstoffmenge. Eine weitere Steigerung des Sauerstoffpartialdrucks ist durch Erhöhung des Umgebungsdruckes möglich. Atmet der Mensch in einer Druckkammer reinen Sauerstoff bei einem Druck von zum Beispiel 2,5 bar, gelangt ungefähr die 20-fache Menge an Sauerstoff in Lösung im Blut. Auf den gesamten Sauerstoffgehalt im Blut bezogen ist der Steigerungseffekt nicht groß, aber bedeutsam: Hierdurch wird die mögliche Diffusionsstrecke für Sauerstoff im Kapillarbereich, also die Strecke zwischen Blutgefäß und Zelle von normalerweise 64 µm auf 247 µm vergrößert, was bei Durchblutungsstörungen und anderen Sauerstoffmangelzuständen von Bedeutung ist:

+ Beispiel Sauerstoffpartialdruck Lunge bei 21 % Sauerstoff (normale Luft)150mmHg Sauerstoffpartialdruck Lunge bei 100 % Sauerstoff bei 1 bar Umgebungsdruck (Normaldruck)713mmHg Sauerstoffpartialdruck Lunge bei 100 % Sauerstoff bei 2,5 bar Umgebungsdruck (Druckkammer)1800mmHg Sauerstoffgehalt arterielles Blut bei 100 % Sauerstoff und Hämoglobinkonzentration von 15 g/dL22,4mL/dL  – davon chemisch gebunden an Hämoglobin20,3mL/dL  – davon physikalisch gelöst im Plasma2,1mL/dL  – Menge gelöster Sauerstoff bei 3 bar Überdruck in der Druckkammer6,4mL/dL

Druck-Volumen-Beziehung Diese Beziehung richtet sich nach dem Gesetz von Boyle-Mariotte, das im Kern besagt, dass sich bei zunehmendem Druck das Volumen eines Gases verkleinert, bei abnehmenden Druck vergrößert sich das Volumen. Umgekehrt gilt auch, dass bei zunehmenden Volumen der Druck abnimmt oder bei abnehmenden Volumen der Druck zunimmt. Beispiel Ein Luftballon enthält bei Standardbedingungen 1 Liter Luft. Bringt man diesen Luftballon in eine Wassertiefe von 10 Metern, so enthält der gleiche Ballon ohne Zufuhr oder Abfuhr von Luft lediglich noch 500 Milliliter (0,5 Liter) Luft. Der Umgebungsdruck ist gleichzeitig von 1,0135 bar (Meereshöhe) auf 2,0 bar (etwa 10 Meter Wassertiefe) angestiegen.

Partialdruck-Prinzip Dieses Prinzip richtet sich nach dem Gesetz über die Partialdrücke von John Dalton. Dalton stellte fest, dass der Gesamtdruck eines Gasgemisches wie beispielsweise der normalen Atmosphärenluft der Erde sich aus den Partialdrücken der einzelnen Gase des Gemisches zusammensetzt.

Beispiel Auf Meereshöhe besteht Luft aus etwa 78 % Stickstoff, etwa 21 % Sauerstoff und etwa 1 % Edelgasen, Kohlendioxid und anderen Gasen und hat einen Druck von etwa 1,0 bar. Der Luftdruck auf Meereshöhe von 1,0 bar setzt sich nach dem Gesetz von Dalton daher zusammen aus: etwa 78 % Stickstoff = etwa 0,78 bar Partialdruck des Stickstoffs etwa 21 % Sauerstoff = etwa 0,21 bar Partialdruck des Sauerstoffs etwa 1 % restliche Gase = etwa 0,01 bar Partialdruck der restlichen Gase

Anwendung (Indikationen)

Grundsätzliches

Die hyperbare Sauerstofftherapie wird weltweit bei Erkrankungen eingesetzt, bei denen ein Sauerstoffmangel ursächlich für ungenügende Heilung ist und der Mangel durch den HBO-Einsatz ausgeglichen werden kann. Hinzu kommen einige Notfall-Erkrankungen, bei denen Sauerstoff lebensrettend ist. Die Anwendung von hyperbarem Sauerstoff basiert dabei auf wissenschaftlichen Studien unterschiedlicher Qualität. Nach den Kriterien der evidenzbasierten Medizin gibt es inzwischen zahlreiche Studien für diverse Krankheitsbilder der höchsten Evidenzklasse (1a). Für weitere Krankheitsbilder gibt es Studien der Klasse 1b und im Übrigen umfassende Literatur, die, wie in der Medizin allgemein üblich, den Erfahrungsschatz der Hyperbarmedizin wiedergibt. Die HBO wird infolgedessen weltweit von vielen nationalen Gesundheitssystemen für sich ausweitende Indikationskataloge anerkannt und finanziert. Dennoch ist in Deutschland und anderen Ländern die Anwendung der HBO umstritten. Dies ist auf mehrere Faktoren zurückzuführen:

Für viele noch als experimentell anzusehende Indikationsgebiete existieren zurzeit keine nach den Maßstäben der evidenzbasierten Medizin qualitativ hochwertigen Studien (idealerweise: prospektiv, randomisiert, kontrolliert, doppel-verblindet). Die Strukturen der HBO in der Bundesrepublik Deutschland mit Einrichtungen vorwiegend in privater Trägerschaft bedingen finanzielle Notwendigkeiten, die einer rein wissenschaftlich gesteuerten Erkenntnisgewinnung nicht hilfreich sind. Die Verfügbarkeit von Einrichtungen zur HBO ist limitiert. Folgerichtig gestaltet sich die Etablierung von klinischer Forschung an Patientengruppen schwierig (Transportprobleme, wissenschaftliche Begleitung durch Universitäten etc.). Die hohen Kosten einer solchen Therapie infolge Vorhaltung (24 Stunden zumal) von Technik und Personal wirken auf die Durchführung von Studien nicht förderlich (hoher Finanzeinsatz für ungewisse Ergebnisse notwendig). In den einzelnen Ländern haben sich unterschiedliche Indikationsspektren etabliert, trotz Konsensfindungen über Indikationsgebiete auf nationaler und supranationaler Ebene. Hieraus resultieren zum Teil beträchtliche Unterschiede in der Erstattung der Kosten einer HBO-Therapie

Patientenaufklärung für die Behandlung mit HBO Hinsichtlich des Umfanges der Aufklärungspflicht ergibt sich zwischen der hyperbaren Sauerstofftherapie und anderen medizinischen Maßnahmen kein Unterschied (umfassende Aufklärungsverpflichtung). Dies schließt die Information über die Situation hinsichtlich der Kostenerstattung (oder der nicht erfolgenden Kostenerstattung) durch Krankenversicherungsträger ein. Die Aufklärungspflicht ist dabei entsprechend dem zu behandelnden Krankheitsbild so aufzufassen, dass auch Behandlungsalternativen aufgezählt werden. Die Behandlungsalternativen schließen die Möglichkeit des Beobachtens oder keiner Intervention ein (siehe hierzu auch Spontanheilungsrate bei den Erkrankungen Tinnitus und Hörsturz).

Anwendungsgebiete für hyperbare Sauerstofftherapie Nach den Empfehlungen der medizinisch wissenschaftlichen Fachgesellschaften für hyperbare Sauerstofftherapie in Europa und weltweit – European Committee for Hyperbaric Medicine (ECHM), European Underwater and Baromedical Society (EUBS), Gesellschaft für Tauch- und Überdruckmedizin (GTÜM), Undersea and Hyperbaric Medical Society (UHMS) – ergeben sich aufgrund von evidenzbasierten wissenschaftlichen Untersuchungen folgende Indikationen:

Indikationen mit dringlicher Empfehlung zur Anwendung der HBO Clostridiale Myonekrose/Gasbrand¹-Infektion oder andere anaerobe Infektion Dekompressionskrankheit – Taucherunfall¹ Knochennekrosen Kohlenmonoxid-/Cyanid-/Rauchgas-Vergiftung¹L. K. Weaver u. a.: Hyperbaric oxygen for acute carbon monoxide poisoning. In: The New England Journal of Medicine., 3. Oktober 2002, 347(14), S. 1057–1067. PMID 12362006.N. B. Hampson u. a. Carbon monoxide poisoning: interpretation of randomized clinical trials and unresolved treatment issues. In: Undersea Hyperb Med. 28(3), 2001, S. 157–164. PMID 12067152D. N. Juurlink u. a.: Hyperbaric oxygen for carbon monoxide poisoning. In: Cochrane Database Syst Rev.(1), 2005, S. CD002041. PMID 15674890 Luft- oder Gasembolie, verursacht durch Tauchunfall oder iatrogene Luftembolie¹ Nekrotisierende Weichteilinfektionen