* Abteilung für Anästhesie und Intensivmedizin
Krankenhaus St. Elisabeth-Stift
Damme

# Klinik für Anästhesiologie, operative Intensivmedizin und Schmerztherapie
St. Johannes-Hospital
Duisburg-Hamborn

** Klinik und Poliklinik für Anästhesie und Intensivmedizin
Evangelisches Krankenhaus Bethesda
Duisburg

† Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie und operative Intensivmedizin
der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster
Münster

Schlüsselwörter:

Hyperoxie, medizinische Luft, Patientensicherheit, Sauerstofftoxizität, Trägergas
 

Keywords:

Carrier gas, hyperoxia, medical air, oxygen toxicity, safety
 

 Summary
 

The current trend toward strict avoidance of the use of nitrous oxide means that detailed consideration of alternative carrier gas mixtures is required.

Preferably, a mixture of oxygen and medical air could be used. This would allow free selection of any oxygen concentration in accordance with the individual patient’s needs. There are absolutely no contraindications to the use of a gas mixture consisting of oxygen and nitrogen. However, not all anaesthetic machines are equipped with a gas control system for medical air.
The use of pure oxygen as the carrier gas would be an alternative. For safety reasons, high inspiratory oxygen concentrations are used routinely during induction and emergence phases. High inspiratory oxygen concentrations would significantly increase the pulmonary oxygen reservoir, improving safety during intended or accidental intraoperative apnoeic phases. The use of pure oxygen as the carrier gas would eliminate any risks resulting from the development of hypoxic gas mixtures and would make low flow techniques not only safer, but even more simple. Not using a second carrier gas component would also be advantageous in relation to logistic considerations, as it would not be necessary to store and transport a second type of gas cylinder.

High inspiratory oxygen concentrations significantly reduce the incidence of postoperative wound infections and may reduce the incidence of postoperative nausea and vomiting. The increased tendency for resorption atelectases to develop can be overcome by carrying out recruitment maneuvers and using ventilation with positive end-expiratory pressure. Several authors consider ventilation with high oxygen concentrations for a limited period of 6–8 hours not harmful in healthy patients.
However, the contraindications to the application of high oxygen concentrations need to be carefully observed. Severe bronchial secretion increases the incidence of resorption atelectases, and decreased tolerance for hyperoxia is observed after acid aspiration, in severe pulmonary inflammation, in premature neonates, and in patients undergoing chemotherapy with Bleomycin or Mitomycin. High oxygen concentrations must be avoided during laser surgery if the surgical area is in direct contact with the breathing gas.

It is still an open question whether the inspiratory oxygen concentration of just 80% that is reported in several current papers provides an optimum balance between the benefits and disadvantages of high oxygen concentrations.
 

1.  Einleitung: Der Verzicht auf Lachgas

Der aktuelle Trend, auf den Einsatz von Lachgas als Bestandteil des Trägergases zu verzichten, erscheint um so mehr gerechtfertigt, als die aktuellen Übersichtsarbeiten zum Thema Lachgas übereinstimmend den routinemäßigen Gebrauch dieses Inhalationsanästhetikums ablehnen, und dessen Einsatz nur bei gegebener Indikation für gerechtfertigt halten [1,2]. Zwingende Indikationen für Lachgas lassen sich aber bei der alternativen Verfügbarkeit neuerer Anästhetika und Analgetika mit ähnlich günstiger Pharmakokinetik heute kaum mehr definieren. Der nur geringe Beitrag von Lachgas im Rahmen einer Kombinationsanästhesie [3] und zahlreiche unerwünschte und nicht unerhebliche Nebenwirkungen [4,5] sind weitere Argumente für einen generellen Verzicht auf den Einsaz von Lachgas.
 

2.  Trägergaszusammensetzung bei Verzicht auf Lachgas

Als Trägergas wird die an der Gasdosiereinrichtung einzustellende Gasmischung bezeichnet. Sie kann - neben dem unverzichtbaren Sauerstoff - Stickstoff, Lachgas, Xenon oder Cyclopropan enthalten, wobei die drei zuletzt genannten Gase ihrerseits selbst Narkosegase sind. Die Zusammensetzung des Trägergases wird im Wesentlichen von der erforderlichen Sauerstoffkonzentration bestimmt, die so zu wählen ist, daß für den jeweiligen Patienten eine ausreichende Oxigenierung gewährleistet wird. Die Konzentration weiterer Trägergaskomponenten ergibt sich somit komplementär zur erforderlichen Sauerstoffkonzentration. Der Trägergasfluss und dessen Zusammensetzung müssen desweiteren der Art, dem technischen Aufbau und der gewünschten Nutzung des Narkosesystems angepasst werden [6]. Bei der Durchführung von Inhalationsnarkosen wird das Trägergas vor Einleitung in das Narkosesystem über einen Verdampfer geleitet und mit einem Inhalationsanästhetikum angereichert. Die an der Gasdosiereinichtung eingestellte Gasmischung dient somit als Transportmedium für das Inhalationsanästhetikum, was den Begriff Trägergas erklärt. Das Mischgas, das letztendlich in das Narkosesystem eingeleitet wird, wird als Frischgas bezeichnet. Bei Verzicht auf Lachgas stellt sich unmittelbar die Frage, welche Trägergasmischung bei der Durchführung von Allgemeinanästhesien alternativ zum Einsatz kommen sollte.

2.1  Sauerstoff und medizinische Luft als Trägergas

Auf den ersten Blick scheint die einfache und kostengünstige Lösung dieser Frage die Zumischung von medizinischer Luft zum Sauerstoff zu sein [7]. Das Trägergas besteht dann aus einem Gemisch von Sauerstoff und Stickstoff. Dies ist ein Gasgemisch, für das es keinerlei Kontraindikationen gibt. Die Trägergaszusammensetzung kann problemlos an die gewünschte inspiratorische Sauerstoffkonzentration angepaßt werden. Stickstoff nimmt wegen seiner sehr geringen Löslichkeit im Blut kaum am alveolären Gasaustausch teil, der Uptake dieses Gases durch den Patienten ist extrem gering.

Bei der Durchführung von Narkosen mit hohem Frischgasfluss über ein Rückatemsystem stellt sich bei einem Trägergasfluss von 4 L/min (1 l/min O2, 3 L/min medizinische Luft) in der Regel und sehr verläßlich eine inspiratorische Sauerstoffkonzentration von etwa 40% ein. Unter den heute gegeben technischen Vorausetzungen und entsprechend der Forderung nach wirtschaftlichem Einsatz der Ressourcen sollten die Möglichkeiten der Rückatmung mittels Durchführung von Niedrigfluss-Inhalationsnarkosen konsequent genutzt werden. Bei einem Trägergasfluss von 0.5 L/min (Minimal Flow Anästhesie) muß die Sauerstoffkonzentration wegen der Zunahme der sauerstoffverarmten Rückatmungsfraktion erheblich gesteigert werden. Mit der Einstellung von 0,3 L/min O2 und 0,2 L/min medizinischer Luft, was einer Sauerstoffkonzentration von 68% im Trägergasgemisch entspricht, läßt sich in der Regel die inspiratorische Sauerstoffkonzentration von 40% aufrechterhalten [8,9]. Wegen der Zunahme der Rückatmungsfraktion ist die Sauerstoffkonzentration im Atemsystem aber in erheblichem Maße vom individuellen Sauerstoffverbrauch abhängig. Bei geringem Sauerstoffverbrauch stellt sich eine deutlich höhere, bei hohem Sauerstoffverbrauch eine deutlich geringere inspiratorische Sauerstoffkonzentation ein. Trotz des Verzichts auf den Einsatz von Lachgas ist während der Durchführung von Niedrigflussnarkosen im Einzelfall die Entwicklung hypoxischer Gasgemische im Narkosesystem nicht sicher auszuschließen (Abb. 1).

Dies gilt gleichermaßen auch für die Durchführung von Narkosen mit geschlossenem Rückatemsystem, die sich erst bei Verzicht auf den Einsatz von Lachgas mit konventionellen Narkosegeräten realisieren lassen [8,9]. Nach einer etwa 10 Minuten dauernden Hochflussphase (Trägergaszusammensetzung 1 l/min O2, 3 L/min medizinische Luft) wird der Trägergasfluss auf das Sauerstoffvolumen reduziert, das der Patient pro Minute aufnimmt. Bei erwachsenen Patienten sind dies entsprechend der vereinfachten Brody-Formel zwischen 0,2-0,3 L Sauerstoff pro Minute (Abb. 2). Da diese Formel aber nur eine grobe Schätzung des jeweiligen individuellen Sauerstoffverbrauches zuläßt, kann die inspiratorische Sauerstoffkonzentration wiederum mehr oder weniger vom angestrebten Wert abweichen (Abb. 3).

Aus der im Einzelfall möglichen Abweichung der inspiratorischen Sauerstoffkonzentration vom angestrebten Sollwert, wie sie für die verschiedenen Varianten der Niedrigflussnarkose hier beschrieben werden, resultiert jedoch prinzipiell kein erhöhtes Risiko, muß doch jeder Anästhesiearbeitsplatz entsprechend der geltenden technischen Norm EN 740 und der Empfehlungen der DGAI zum Sicherheitsmonitoring mit einer Sauerstoffmessung im Atemsystem und einem Pulsoximeter ausgestattet sein [10].

Die Tatsache aber, daß bei einigen älteren Geräten die Gasdosiereinrichtungen für medizinische Luft nicht im Niedrigflussbereich kalibriert sind, oder gar eine Gasdosiereinrichtung für medizinische Luft völlig fehlt, setzt einer generellen Verwendung eines Sauerstoff-Luft-Gemisches als alternativem Trägergas zum gewohnten Sauerstoff-Lachgas-Gemisch Grenzen.

2.2  Sauerstoff als Trägergas

Als alternative Lösung bietet es sich an, Sauerstoff allein als Trägergas einzusetzen, da jedes Narkosegerät mit einer Gasdosiereinrichtung für Sauerstoff ausgerüstet ist. Nach einer etwa 10 Minuten dauernden Initialphase mit einem Trägergasfluss von 4,0 L/min O2, die der Etablierung der gewünschten Narkosemittelkonzentration dient, wird der Gasfluss bei Minimal Flow Narkosen auf 0,5 L/min oder bei Narkosen mit geschlossenem System gar auf 0,2-0,3 L/min reduziert. Bei letztgenanntem Verfahren nimmt die inspiratorische Sauerstoffkonzentration während der Initialphase auf etwa 94% zu, um dann nach Flowreduktion in den folgenden 60 Minuten auf etwa 88-85% abzufallen. Dies ist auf den Eintrag von Stickstoff in das Atemsystem zurückzuführen, der wegen seiner niedrigen Blutlöslichkeit nur langsam aus den Körpergeweben ausgewaschen wird und dann im Atemsystem akkumuliert. Die inspiratorische Sauerstoffkonzentration, die sich während der Initialphase im Atemsystem einstellt, ist von deren Dauer und vom initialen Flow abhängig, während das Maß der Stickstoffakkumulation und damit der nach Flowreduktion zu beobachtende Abfall der FiO2 um so akzentuierter ist,  je kräftiger der Patient und je niedriger der Trägergasfluss ist. Festzuhalten bleibt, daß, auch wenn mit reinem Sauerstoff als Trägergas gearbeitet wird, beim Einsatz von Rückatemsystemen und Durchführung von Niedrigflussnarkosen den Patienten immer ein Sauerstoff-Stickstoff-Gasgemisch angeboten wird, wobei die inspiratorische Sauerstoffkonzentration in der Regel zwischen 80-90% liegt (Abb. 4).

Zugegebenermaßen gibt es erhebliche Vorbehalte gegenüber der Anwendung hoher Sauerstoffkonzentrationen während der Durchführung von Narkosen, so daß vor klinischer Etablierung eines solchen Narkoseregimes die Vor- und Nachteile sorgsam abzuwägen sind.

2.2.1  Hohe Sauerstoffkonzentrationen und die Lunge

Eine Minderventilation abhängiger Lungenarreale, Bildung von Kompressionsatelektasen, Verminderung der funktionellen Residualkapazität, Zunahme des intrapulmonalen Shunts und Abnahme der Compliance sind Phänomene, die bei jeder Allgemeinanästhesie zu beobachten sind. Die Entwicklung dieser Veränderungen beginnt bereits mit der Einleitung einer Narkose. Die Rückenlage als solche, die Dysfunktion der Atemmuskulatur und die sich verändernden Ventilations-Perfusions-Verhältnisse sind die Ursachen dieser Veränderungen. Als begünstigende Faktoren gelten Übergewicht, hohes Lebensalter und ein erhöhter intraabdomineller Druck [11,12]. Die Ausbildung halbmondförmiger Atelektasen in abhängigen Lungenarrealen wird gleichermaßen unter moderaten als auch hohen Sauerstoffkonzentrationen beobachtet [11,13-15]. Anästhesiebedingte Dystelektasen können durch Recruitment-Manöver geöffnet und verhindert werden, zu denen die manuelle Blähung der Lungen mit einem Druck bis 40 cmH2O über 8-15 Sekunden und die Einstellung eines positiv endexspiratorischen Drucks zwischen 5-10 cmH2O gehören [11,12,16,17].

Die Bedeutung hoher Sauerstoffkonzentrationen für die Ausbildung von Atelektasen wird unterschiedlich gewichtet. In zahlreichen Arbeiten, vor allem von der Arbeitsgruppe um Hedenstierna, wird einer hohen Sauerstoffkonzentration im Beatmungsgas und der daraus resultierenden Begünstigung der Ausbildung von alveolären Resorptionsatelektasen eine entscheidende Bedeutung zugemessen [18-21]. Bei der Beatmung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen führen Rekruitmentmanöver nur zu kurzdauernder Eröffnung der Atelektasen [18,20] und es wird geschlußfolgert, daß während der Durchführung von Narkosen eine Beatmung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen vermieden werden sollte [19]. Zweifellos wird die Bildung von Resorptionsatelektasen bei Beatmung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen durch Sekretverhalt in den Bronchiolen mit konsekutiver Ausgrenzung abhängiger Alveolarbereiche von der Ventilation besonders begünstigt [11,18,22]. Andere Autoren beobachten ebenfalls eine Zunahme von Atelektasen bei Beatmung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen, diese sei aber im Vergleich zur Beatmung mit niedrigen Konzentrationen moderat und bezüglich des postoperativen Gasaustausches und der Atmungsfunktion klinisch kaum relevant [23,24]. Alternativ werden vorrangig Ausmaß, Lokalisation und Dauer des operativen Eingriffs [25], die Dysfunktion der Atemmuskulatur und die Kompression abhängiger Alveolarbezirke [11,26] als verursachend für die postoperative Verschlechterung der Atmungsfunktion der Lungen angesehen, und der Atemgaszusammensetzung nur geringe Bedeutung zugemessen. Neben der Bildung von Resorptionsatelektasen wird auch die Schädigung oder Bildungsstörung von Surfactant  durch die Beatmung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen als Ursache für die perioperative Verschlechterung der Atmungsfunktion der Lungen diskutiert [27].

Nach 6 bis 12-stündiger Sauerstoffexposition können Brustschmerz, Engegefühl, retrosternale Beklemmung und Husten auftreten. Die Vitalkapazität kann vermindert sein, Atemfrequenz, physiologischer Shunt, Pulmonalarteriendruck und extravaskuläres Lungenwasser bleiben jedoch unverändert [28,29]. In zahlreichen Publikationen wird resumierend festgestellt, daß unter normobaren Bedingungen eine zeitlich auf 6 bis 12 Stunden begrenzte Beatmung mit reinem Sauerstoff vom lungengesunden Patienten ohne nachteilige Folgen toleriert wird [24,29-33].

2.2.2  Hohe Sauerstoffkonzentrationen und das Herz-Kreislaufsystem

Hohe Sauerstoffkonzentrationen in der Beatmungsluft bedingen einen hohen Sauerstoffpartialdruck im arteriellen Blut. Dies kann bei starkem Abfall der Hämoglobinkonzentration eine normale Gewebsoxigenierung sichern [32]. Hohe arterielle Sauerstoffpartialdrücke führen jedoch auch zu einer Vasokonstriktion von Arteriolen mit entsprechender Perfusionsminderung in den abhängigen kapillären Stromgebieten, pulmonaler Vasodilatation und vagal vermittelter Bradykardie [32,34]. Der Sauerstoffverbrauch nimmt unter Hyperoxie ab, bei normovolämischer Anämie hingegen leichtgradig zu [32,35] Hohe Sauerstoffkonzentrationen sollten bei normoxämischen Patienten mit linksventrikulärer Myocardinsuffizienz nur mit Vorsicht angewandt werden, da Hyperoxie zu einer Verminderung der diastolischen Ventrikelerschlaffung mit erhöhtem linksventrikulären Füllungsdruck führe [36].

Die klinische Relevanz gerade auch der systemischen Vasokonstriktion bei Anwendung hoher Sauerstoffkonzentrationen bleibt unklar, da ungeachtet der Perfusionsminderung der Sauerstoffpartialdruck in den Geweben wegen der Hyperoxämie erhöht ist.

2.2.3  Hohe Sauerstoffkonzentrationen und Gewebsreaktionen

Hohe Sauerstoffpartialdrucke in den Geweben führen zu vermehrter Bildung von freien Sauerstoffradikalen. Diese sind sehr kurzlebig, können aber Nucleinsäuren, Lipide der Zellmembranen und Proteine angreifen [27,33,37]. Freie Sauerstoffradikale sind die Determinanten für die Sauerstofftoxizität [28]. Zugleich werden aber auch antioxidative Prozesse aktiviert und die Aktivität antioxidativer Enzyme nimmt zu  [28,33]. Die Einschätzung der klinischen Bedeutung des Anstiegs freier Sauerstoffradikale und der gleichzeitigen Aktivierung antioxidativer Prozesse sowie des daraus resultierenden Schädigungspotentials fällt im Einzelfall überaus schwer [27,38]. So führt die hyperoxiebedingte Aktivitätssteigerung proinflammatorischer Cytokine, vom lungengesunden Patienten problemlos toleriert,  im Fall einer stattgehabten Säureaspiration zu erhöhter Vulnerabilität der Lungen [27,39]. Andererseits erhöht im Tierversuch eine Sepsis die Hyperoxietoleranz des Lungengewebes [27]. In diesem Zusammenhang sei auch die erhöhte Hyperoxieempfindlichkeit der Lungen bei Patienten unter cytostatischer Therapie mit Bleomycin oder Mitomycin, gegebenfalls akzentuiert durch deren Kombination mit anderen lungentoxisch wirkenden Chemotherapeutika (Tab. 1), zu erwähnen. Die Aussagen sind nicht einheitlich, da anscheinend erst weitere Kofaktoren zu erhöhter Hyperoxieempfindlichkeit führen,  wie etwa ein hohes Lebensalter, die Dauer der Sauerstoffexposition, eine additive Strahlentherapie, verminderte Kreatininiclearance, vorbestehende Lungenerkrankungen, Rauchen und eine kumulative Bleomycindosis > 450 mg [40-47]. Nach einem bleomycinfreien Intervall von etwa 6 Monaten ist eine perioperative Sauerstoffrestriktion nicht mehr erforderlich [44]. Wegen der Unmöglichkeit, im Einzelfall die Hyperoxieempfindlichkeit der Lunge korrekt einzuschätzen, sollte  bei Patienten mit vorbestehender schwerer entzündlicher Lungenerkrankung oder unter antineoplasischer Behandlung mit Bleomycin und Mitomycin die inspiratorische Sauerstoffkonzentration individuell auf das für eine ausreichende Oxigenierung erforderliche Minimum eingestellt werden [24,42,47-49]. Im Zweifelsfall sollte der Rat eines Onkologen eingeholt werden [48].

Vorsicht ist auch angezeigt bei der Beatmung prämaturer Neonaten mit einem Geburtsgewicht unter 1,5 kg oder einem Reifezustand zwischen der 28. und 34. Gestationswoche. Die unreifen Gewebe, wie Netzhaut, Gehirn, Lunge und Darm zeigen eine erhöhte Vulnerabilität bei Hyperoxie [29]. Zum Anderen berichten Cappelier et al., daß Neonaten eine längerdauernde Beatmung  über etwa 4 Tage mit mittleren Sauerstoffkonzentrationen von 92% ohne Anzeichen eines Lungenschadens überlebten [28].

2.2.4  Klinischer Nutzen hoher Sauerstoffkonzentationen

An einem Patientenkollektiv mit dickdarmchirurgischen Eingriffen wurde gezeigt, daß das perioperative Angebot einer inspiratorischen Sauerstoffkonzentration von 80% gegenüber einem Kontrollkollektiv mit 40% zu einer signifikanten Abnahme postoperativer Wundinfektionen um 50% führt [51]. Dies wird auf eine Optimierung der Gewebssauerstoffversorgung zurückgeführt [52,53]. Desweiteren wurde nach perioperativer Applikation hoher Sauerstoffkonzentrationen eine Verminderung der Auftretensfrequenz postoperativer Übelkeit und Erbrechens um 50% beobachtet [54,55]. Es erscheint fraglich, ob diese Beobachtung generell gilt, da bei gynäkologischen Operationen die Häufigkeit von PONV durch die perioperative Applikation hoher inspiratorischer Sauerstoffkonzentrationen nicht beeinflußt wurde [56].

2.2.5  Hohe Sauerstoffkonzentrationen und Patientensicherheit

2.2.5.1  Präoxigenierung

Die Anwendung hoher Sauerstoffkonzentrationen bei der Narkosebeatmung ist ein  Beitrag zur Gewährleistung der Patientensicherheit. Eine suffiziente Präoxigenierung mit Sauerstoff verlängert die Dauer von Apnoephase bis zum Auftreten einer Hypoxämie erheblich und sichert so die Intubationsphase [22,57]. Für den praktisch tätigen Anästhesisten ist dies ein unverzichtbarer Sicherheitsfaktor, zumal bei der Einleitung von Kindern, von Schwangeren, die zur Sectio caesarea unter Vollnarkose anstehen, oder auch von adipösen Patienten. Nach suffizientem Einwaschen des Sauerstoffs dient das in der funktionellen Residualkapazität der Lungen enthaltene Gas als Sauerstoffreservoir. Das Auffüllen des intrapulmonalen Sauerstoffspeichers ist die einzige therapeutisch nutzbare Möglichkeit, Sauerstoff zu bevorraten [58]. Bei einer alveolären Sauerstoffkonzentration von 88% enthält die FRC eines erwachsenen Patienten etwa 2.250 mL Sauerstoff, womit im Extrem eine Apnoephase von etwa 10 Minuten überbrückt werden kann [57,58]. Selbst aus der Arbeitsgruppe um Hedenstierna wird zur Risikominimierung die Präoxigenierung mit reinem Sauerstoff trotz der erhöhten Neigung zu Atelektasenbildung empfohlen [22].

2.2.5.2  Intraoperative Apnoephasen

Der bei Beatmung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen gut aufgefüllte pulmonale Sauerstoffspeicher kann auch bei allen akzidentellen intraoperativen Unterbrechungen der Beatmung, etwa bei Ventilatorversagen, Diskonnektion und - häufiger als gemeinhin angenommen - Bedienungsfehlern am Narkosegerät, eine erhebliche Risikominimierung bedeuten. Diese Reserve wird durch das geräteseitig verfügbare Sauerstoffreservoir noch vergrößert [59]. Die Reaktionszeit, die Zeit zur Fehleranalyse und -korrektur, wird erheblich verlängert. Darüberhinaus lassen sich unter solchen Voraussetzungen komplexe Lagerungsmanöver, wie etwa die Positionierung eines Patienten zur lumbalen Bandscheibenoperation, nach Abnehmen des Patienten von Narkosebeatmungsgerät in einer Phase intentionierter Apnoe erheblich einfacher und trotzdem sicher durchführen. Auch kurzdauernde kehlkopfchirurgische Eingriffe oder Bronchoskopien lassen sich bei gefülltem pulmonalem Sauerstoffspeicher sicher am apnoischen Patienten ausführen.

2.2.5.3  Ausleitungsphase

Auch in der Ausleitungsphase minimiert die Füllung des pulmonalen Sauerstoffreservoirs während der gegebenenfalls auftretenden Apoe- beziehungsweise Hypoventilationsphasen das Risiko. Die Bildungstendenz von Atelektasen während dieser Phase [21] sollte durch ein Rekruitmentmanöver mittels manuellen Blähens der Lungen zum Zeitpunkt der Extubation verringert werden.

2.2.5.4  Entwicklung hypoxischer Gasgemische

Es wurde zu Beginn dieser Abhandlung bereits darauf hingewiesen, daß bei Beatmung mit einem Trägergasgemisch aus Sauerstoff und Lachgas oder Stickstoff während der Durchführung von Niedrigflussnarkosen im Einzelfall die Entwicklung eines hypoxischen Gasgemisches im Atemsystem nicht sicher ausgeschlossen werden kann. Wird aber Sauerstoff allein, ohne Zumischung einer zweiten Gaskomponente als Trägergas verwandt, so ist die Entwicklung hypoxischer Gasgemische im Atemsystem auch bei Einstellung niedrigster Gasflüsse, optimalster Nutzung der Rückatmung und hohem individuellen Sauerstoffverbrauch bei korrekter Funktion des Narkosegerätes unmöglich. Dies wäre nur bei Vorhandensein großer Leckagen und daraus resultierendem unkontrolliertem Einstrom von Umgebungsluft in das Atemsystem denkbar, aber mit der vorgeschriebenen Sauerstoffkonzentrationsmessung rechtzeitig zu erfassen.

2.2.5.5  Entzündungs- und Brandunfallgefahr

Es ist selbstverständlich, daß zur Vermeidung von Brandunfällen immer dann, wenn  mit hoher thermischer Energie gearbeitet, und der chirurgische Arbeitsbereich unmittelbar dem Beatmungsgas ausgesetzt ist, mit möglichst niedrigen Sauerstoffkonzentrationen gearbeitet werden muß [37]. Dies gilt zumal für alle laserchirurgischen Eingriffe an den oberen Atemwegen, aber auch für elektrochirurgische Techniken am Lungengewebe. Bei operationssitusnaher Insufflation sauerstoffangereicherter Luft bei analgosedierten Patienten, wie sie in der Ophtalmochirurgie Anwendung findet, ist diese Vorsichtsmaßregel ebenfalls unbedingt zu beachten.
 

3.  Technische Implikationen

Die Vereinfachung der Trägergaszusammensetzung könnte desweiteren weitgreifende technische Veränderungen nach sich ziehen.

3.1  Logistik der Trägergaskomponenten

Der konsequente Verzicht auf die Beimischung von Lachgas zum Trägergas ermöglicht die Abschaltung der zentralen Lachgasversorgung. Die technische Wartung der Versorgungsanlage, die Lachgaslogistik, und die im Fall des Verdachts der Überschreitung der Arbeitsplatzkonzentration verbindlich vorgeschriebene Messung der Arbeitsplatzkonzentration werden entbehrlich [9]. Dies mag auch besonders im Arbeitsbereich niedergelassener Anästhesisten von Vorteil sein, steht doch nicht an allen Arbeitsplätzen eine Narkosegasabsauganlage zur Verfügung. Darüberhinaus entfällt die Logistik zur Versorgung der Arbeitsplätze mit Lachgasflaschen.

Die Anforderungen an die Reinheit medizinischer Luft zu Beatmungszwecken sind seit 2002 in der europäischen Pharmakopoe definiert [60]. „Luft zum Atmen“ ist damit zum Arzneimittel avanciert, und die Überwachung des Herstellungsprozesses an die Apotheker übergegangen. Krankenhäuser mit Beatmungsbetten werden nicht umhin können, ihre zentralen Versorgungsanlagen entsprechend den Vorgaben in der Pharmakopoe um-, oder beim Neubau der Versorgungsanlage für medizinische Luft diese mit den den neuen Anforderungen entsprechenden Filter- und Trocknungsanlagen auszurüsten.

Im Bereich der ambulanten Anästhesie stellt sich jedoch die Frage, ob der Verzicht auf den Einsatz von Lachgas zwangsläufig zum Aufbau einer Logistik mit medizinischer Luft führen muß, dies mit dem einzigen Ziel, dem Trägergas Stickstoff zuzumischen. Auch unter diesem Aspekt wäre die Beschränkung auf Sauerstoff als alleinigem Trägergas vorteilhaft.

3.2  Gasdosiereinrichtungen

Gasdosiereinrichtungen mit der Möglichkeit zur Dosierung von Lachgas müssen entsprechend der geltenden Norm EN 740 mit einer technischen Vorrichtung versehen sein, die die Einstellung einer Sauerstoffkonzentration unter 21% im Trägergas verhindert. Dies wird durch mechanische oder pneumatische Koppelung der Sauerstoff- an die Lachgasdosierung erreicht. Die Sicherheitsrelevanz dieser „Anti-Hypoxic-Devices“ wird zu Recht angezweifelt [61,62]. Bei Trägergas-Sauerstoffkonzentrationen zwischen 21 und 25% können sich unter den Bedingungen der Niedrigflussnarkose sehr wohl hypoxische Gasgemische im Narkosesystem entwickeln. Darüberhinaus sind diese Systeme technisch sehr komplex und können die exakte Einstellung sehr niedriger Gasflüsse an der Gasdosiereinrichtung behindern [61]. Da in England die Gasdosiereinrichtungen vieler Narkosegeräte nicht mit einer Sauerstoffverhältnisregelung ausgerüstet sind, wurde allein aus diesem Grunde empfohlen, die Lachgasversorgung dieser Geräte zu demontieren und auf den Einsatz von Lachgas aus Sicherheitsgründen ganz zu verzichten [63].

Bei einer Beschränkung auf die Trägergaskomponenten Sauerstoff und medizinische Luft muß die Gasdosiereinrichtung nicht mit einer Sauerstoffverhältnisregelung ausgestattet sein. Auch bei alleiniger Dosierung von medizinischer Luft enthält das Trägergas zumindest 21% Sauerstoff. Es sei auch an diesr Stelle nochmals betont, daß die Entwicklung hypoxischer Gasgemische im Atemsystem bei so niedriger Sauerstoffkonzentration nicht auszuschließen ist. Die wirklich relevanten Sicherheitsmodule bleiben die Sauerstoffkonzentrationsmessung im Atemsystem und die Pulsoximetrie. Aber der technische Aufbau der Gasdosiereinrichtungen könnte bei Verzicht auf ein Modul zur Dosierung von Lachgas erheblich vereinfacht werden.

Dies gälte um so mehr, wenn Narkosegeräte nur mit einer einzigen Gasdosiereinrichtung für Sauerstoff ausgerüstet wären. Ein Feinnadelventil mit nachgeschaltetem Niedrigflussmeßröhrensatz würde ausreichen, die Notwendigkeit zur Ausstattung mit einem „Anti-Hypoxic-Device“ entfiele, da nur Sauerstoff dosiert würde.
 

4. Zusammenfassung

Der Trend zum Verzicht auf Lachgas macht es nötig, über Alternativen zum herkömmlichen Lachgas-Sauerstoff-Trägergasgemisch nachzudenken.

Für den Gebrauch einer Trägergasmischung aus Sauerstoff und Luft spricht, daß sich im Atemsystem eine zur erforderlichen oder angestrebten Sauerstoffkonzentration komplementäre Stickstoffkonzentration im Atemsytem etabliert. Es gibt keinerlei Kontraindikationen für ein solches Gasgemisch, die Gaszusammensetzung im Atemsystem kann jedem Erfordernis entsprechend angepasst werden.

Für die Beschränkung auf Sauerstoff als einzigem Bestandteil des Trägergases sprechen folgende Überlegungen: Nicht alle Narkosegeräte sind mit Gasdosiereinrichtungen für Luft ausgerüstet, oder diese sind nicht für die Dosierung niedriger Gasflüsse geeignet. Die Zumischung der zweiten Trägergaskaskomponente Luft wäre somit unmöglich oder zumindest unökonomisch. Hohe Sauerstoffkonzentrationen werden in der Einleitungs- und der Ausleitungsphase zum Schutz der Patienten regelhaft angewandt. Während des Ablaufes einer Narkose garantieren sie durch Vergrößerung des intrapulmonalen Sauerstoffspeichers eine hohe Patientensicherheit in allen gewollten oder akzidentellen Apnoephasen. Wird auf die Beimischung einer zweiten Gaskomponente zum Sauerstoff verzichtet, ist die Entwicklung hypoxischer Gasgemische im Atemsystem ausgeschlossen, dies unabhängig vom Trägergasfluss. Die Narkoseführung wird durch den alleinigen Gebrauch von Sauerstoff nicht nur sicherer, sondern auch einfacher, weil die gerade bei Niedrigflussnarkosen zu beobachteten  großen Unterschiede zwischen der Trägergaszusammensetzung und der Gaszusammensetzung im Atemsystem entfallen.  Die Beschränkung auf Sauerstoff als Trägergas könnte zu einer erheblichen technischen Vereinfachung der Gasdosiersysteme führen. Sie brächte desweiteren logistische Vorteile, da Ankauf, Vorratshaltung und Transport von Gasflaschen mit der zweiten Trägergaskomponente Luft entfallen.

Hohe Sauerstoffkonzentrationen im Atemgas erhöhen nicht nur die Patientensicherheit, sie senken darüberhinaus die Auftretenshäufigkeit postoperativer Wundinfektionen und möglicherweise auch die Auftretenshäufigkeit von Übelkeit und Erbrechen. Die unter hohen Sauerstoffkonzentrationen zu beobachtende Zunahme der Bildung von Atelektasen scheint bezüglich der postoperativen Atmungsfunktion und des Gasaustausches im Vergleich zur Beatmung mit niedrigen Sauerstoffkonzentrationen keine wesentliche klinische Bedeutung zu haben. Mit Rekruitmentmanövern und der Einstellung eines positiv endexspiratorischen Druckes kann der Atelektasenbildung entgegengewirkt werden. Eine zeitlich auf 6 bis 8 Stunden begrenzte Beatmung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen wird von zahlreichen Autoren für den gesunden Patienten als unproblematisch und nicht nachteilig angesehen.

Zu beachten sind allerdings die Kontraindikationen für die Beatmung mit hohen Sauerstoffkonzentrationen: Bei Patienten mit starker bronchialer Sekretion kann es durch Verschluß der Bronchiolen mit Sekret und konsekutivem Ausschluß abhängiger Alveolarregionen von der Ventilation zu gravierender Ausbildung von Resorptionsatelktasen kommen. Eine verminderte Hyperoxietoleranz ist nach stattgehabter Säureaspiration, schweren entzündlichen Alterationen des Lungenparenchyms, bei prämaturen Neonaten und bei Patienten unter Chemotherapie mit Bleomycin und Mitomycin anzunehmen. Auch laserchirurgische Eingriffe in Regionen, die unmittelbar dem Beatmungsgas ausgesetzt sind, verbieten wegen der Entzündungs- und Brandunfallgefahr den Einsatz hoher Sauerstoffkonzentrationen. Diese im klinischen Alltag der Regelversorgung eher selten vorkommenden Kontraindikationen erfordern den Einsatz von Narkosegeräten, die mit einer zweiten Gasdosiereinrichtung für Luft ausgerüstet sind.

Fraglich bleibt, ob die in zahlreichen aktuellen Publikationen und Untersuchungen angesprochene inspiratorische Sauerstoffkonzentration von 80% wirklich eine klinische Schwelle der Balance zwischen positiven und negativen Effekten hoher Sauerstoffkonzentrationen ist [18,64].
 

5.  Schlußfolgerung

Steht eine zentrale Gasversorgung für medizinische Luft zur Verfügung, und sind die am Arbeitsplatz verfügbaren Narkosegeräte mit einem für den Niedrigflussbereich ausgelegten Gasdosiersystem ausgerüstet, so kann der Anästhesist die Trägergaszusammensetzung so wählen, daß sich die von ihm präferierte inspiratorische Sauerstoffkonzentration im Atemsystem einstellt. Die Möglichkeiten wirtschaftlicher Narkoseführung bis hin zur Narkose mit geschlossenem System sind nicht beschränkt.

Steht ein Narkosegerät zur Verfügung, dessen Gasdosiersystem für medizinische Luft eine Einstellung von Gasflüssen im Niedrigflussbereich nicht zuläßt, so muß der Anästhesist entscheiden, ob er auf die Möglichkeit der wirtschaftlichen Narkoseführung mittels Low Flow - oder Minimal Flow Anästhesie zu Gunsten einer niedrigen inspiratorischen Sauerstoffkonzentration verzichten will. Allerdings kann mit solchen Geräten dennoch die Technik der Narkose mit geschlossenem System realisiert werden, bei der nach der Hochflussphase ja nur noch Sauerstoff in geringsten Mengen dosiert wird.

Steht  aber eine Gasversorgung mit medizinischer Luft gar nicht zur Verfügung, oder ist das Narkosegerät nicht mit einem entsprechenden Gasdosiersystem ausgerüstet, so kann bei Verzicht auf den Einsatz von Lachgas nur die Beschränkung auf Sauerstoff als alleinigem Trägergas die Alternative sein. Dies ist für den begrenzten Zeitraum von sechs bis acht Stunden, in dem die weitaus überwiegende Zahl aller operativen Eingriffe durchzuführen sind, ohne Nachteil für die Patienten. Zahlreiche medizinische und Sicherheitsaspekte sprechen sogar für die vorteilhafte Anwendung hoher Sauerstoffkonzentrationen während der Durchführung von Narkosen.

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