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Erschienen in: Medizinische Klinik - Intensivmedizin und Notfallmedizin 5/2022

Open Access 14.04.2022 | Hypoxämie | Leitthema

Optimale Sauerstoffversorgung – neue Erkenntnisse aus der COVID-19-Therapie?

verfasst von: Dr. Daniel Dankl

Erschienen in: Medizinische Klinik - Intensivmedizin und Notfallmedizin | Ausgabe 5/2022

Zusammenfassung

Für die Energiegewinnung und damit Überlebensfähigkeit menschlicher Zellen ist Sauerstoff von essenzieller Bedeutung. Kommt es durch Krankheit, Verletzung oder Veränderung der Umweltfaktoren zu einer Störung der Sauerstoffversorgung, ist der menschliche Körper bis zu einem gewissen Grad in der Lage, Kompensationsmechanismen in Gang zu setzten, um trotzdem ein ausreichendes Sauerstoffangebot für die Funktion und Integrität der Zellen bzw. Organsysteme breitzustellen. Werden diese Kompensationsmechanismen ausgeschöpft oder überlastet, droht ein Funktionsausfall von Zellen und Organsystemen. Im klinischen Alltag ist es bei abnormen Sauerstoffwerten oft schwierig zu entscheiden, ob die körpereigenen Kompensationsmechanismen noch ausreichen oder ob invasivere Therapieoptionen mit entsprechenden Nebenwirkungen angewandt werden sollten, um Organschäden zu verhindern. Um dies entscheiden zu können, ist neben der Kenntnis der aktuellen Studienlage und der Zielparameter ein Verständnis der grundlegenden physiologischen Mechanismen der Sauerstoffversorgung der Zellen notwendig. Ziel dieser Übersicht ist es, die physiologischen Grundlagen des Sauerstoffangebots zu wiederholen, aufzuzeigen, wie ein unzureichendes Sauerstoffangebot erkannt werden kann, und die aktuelle Studienlage bzw. die Leitlinien zu Sauerstoffzielwerten zu beleuchten. Zwar hat die Pandemie durch die Coronaviruserkrankung 2019 (COVID-19) die Aufmerksamkeit für Pathophysiologie und Therapiestrategien bei Oxygenierungsstörungen rezent in den Fokus gerückt, allerdings haben sich aus dieser Pandemie kaum neue Erkenntnisse hinsichtlich der Sauerstoffzielwerte ergeben. Somit bleiben die bisher empfohlenen Sauerstoffzielwerte unverändert bestehen.
Hinweise

Redaktion

Andreas Valentin, Wien
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Hintergrund

Müssen Organsysteme in der Intensivmedizin unterstützt oder ersetzt werden, stellt sich immer die Frage nach Zielwerten, die durch die Therapie erreicht werden sollen. Wie bei der Therapie anderer Organsysteme kommt es auch bei der Organunterstützungstherapie bzw. beim Organersatz der Lunge mit zunehmender Invasivität der Maßnahmen zu relevanten Nebenwirkungen, sodass die (Über‑)Therapie die Prognose möglicherweise per se verschlechtert. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die Frage nach dem optimalen bzw. ausreichenden Sauerstoffgehalt im Blut von essenzieller Bedeutung. Eine Definition der in der Sauerstoffversorgung relevanten Begriffe gibt Tab. 1.
Tab. 1
Definition der relevanten Begriffe in der Sauerstoffversorgung
Begriff
Definition
SpO2
Perkutan photometrisch gemessene Sauerstoffsättigung des funktionellen Hämoglobins
SaO2
Die durch ein Blutgasanalysegerät bestimmte Sauerstoffsättigung des Hämoglobins im arteriellen Blut
paO2
Partialdruck von physikalisch gelöstem Sauerstoff im arteriellen Blut
Hypoxämie
Sauerstoffsättigung des Hämoglobins liegt unter dem Normalbereich (SaO2 normal > 94 %)
Hypoxie
Unzureichende Versorgung mit Sauerstoff im Verhältnis zum Sauerstoffbedarf
Hyperoxämie
paO2 über dem Normwert (Normwert paO2 bei Raumluft: paO2 = 102 − 0,33 × Alter)

Physiologische Grundlagen

Menschliche Zellen sind zur Aufrechterhaltung der zellulären Integrität und der zelltypuseigenen Funktionen von Sauerstoff zur Energiegewinnung abhängig. Eine Unterversorgung mit Sauerstoff führt zunächst zur anaeroben Energiegewinnung, die weitaus inneffizienter ist als die aerobe Energiegewinnung. Im weiteren Verlauf führt der Sauerstoffmangel zu einer unzureichenden Energieversorgung der Zellen mit schlussendlich Zellschäden oder Zelltod. Die Determinanten der Sauerstoffversorgung sind der Sauerstoffgehalt des Bluts (CaO2) und die Menge an Blut, die zu den Geweben gepumpt wird, der Cardiac Output (CO). Somit ergibt sich für das Sauerstoffangebot (DO2) die nachfolgende Formel, wobei SaO2 die Sauerstoffsättigung des Bluts und paO2 den Anteil physikalisch gelösten Sauerstoffs im Blut bezeichnet:
$$\mathrm{DO}_{\mathrm{2}}\,=\,\mathrm{C}_{\mathrm{a}}\mathrm{O}_{\mathrm{2}}\,\times\,\mathrm{CO}$$
Der Sauerstoffgehalt des Bluts (CaO2) wird folgendermaßen errechnet (Hb = Hämoglobingehalt):
$$\mathrm{C}_{\mathrm{a}}\mathrm{O}_{\mathrm{2}}=\mathrm{Hb}\times \,\mathrm{SaO}_{\mathrm{2}}\,\times \,1{,}34 + (\mathrm{PaO}_{2} \times \,0{,}{003})$$
Damit ergibt sich folgende Formel für das Sauerstoffangebot (DO2):
$$\mathrm{DO}_{2}=\,\mathrm{CO}\times \mathrm{Hb}\times \,\mathrm{SaO}_{2}\,\times \,1{,}34\,+\,(\mathrm{PaO}_{2}\,\times \,0{,}003)$$
Somit lassen sich 4 beeinflussbare Variablen im Sauerstoffangebot identifizieren: Es ergibt sich 1. der Cardiac Output aus Schlagvolumen und Frequenz, beides Variablen, die physiologisch, durch Pathologien oder durch Medikamente in die eine oder andere Richtung beeinflusst werden können. Es besteht hier ein erster, auch therapeutisch beeinflussbarer Faktor, um das Sauerstoffangebot zu verändern.
Die 2. beeinflussbare Variable ist der Hämoglobingehalt des Bluts. Änderungen des Hämoglobingehalts können hier das DO2 in die eine oder andere Richtung verändern.
Als 3. geht die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins in die Gleichung ein. Hier gilt ebenfalls eine direkte Beziehung zum Sauerstoffangebot. Auch diese Variable kann durch medizinische Intervention beeinflusst werden und ist eine wichtige Zielvariable bei der Sauerstofftherapie.
Diese bisherigen Variablen gehen alle als Multiplikatoren in die Gleichung ein, dies gilt jedoch nicht für die 4. Variable, den physikalisch gelösten Sauerstoff im Blut (paO2), der nach Multiplikation mit dem Faktor 0,003 nur zum vorherigen Produkt addiert wird. Somit wird klar, dass die Relevanz des physikalisch gelösten Sauerstoffs am Anteil des Sauerstoffangebots minimal ist.
Die Relevanz des physikalisch gelösten Sauerstoffs am Anteil des Sauerstoffangebots ist minimal
Auch der paO2 lässt sich natürlich durch Interventionen wie Sauerstoffgabe oder Anpassung der Beatmungseinstellung verändern und korreliert im Rahmen der sigmoiden Sauerstoffbindungskurve eng mit der Sauerstoffsättigung. Ein paO2 von 60 mm Hg entspricht etwa einer SaO2 von 90 %, ein paO2 von 25 mm Hg etwa einer SaO2 von 50 %. Diese Korrelation ist aber abhängig von Temperatur, 2,3-Bisphosphoglycerat-Gehalt, pH-Wert und CO2-Gehalt des Bluts [1, 2]. Dadurch können bei gleichem paO2 unterschiedliche SaO2-Werte zustande kommen (Abb. 1). Der Effekt der Stärke der Sauerstoffbindung an das Hämoglobin und damit auch die Abgabefähigkeit von O2 bei Verschiebungen der Sauerstoffbindungskurve nach links (O2 stärker an Hb gebunden) oder nach rechts (O2 schwächer an Hb gebunden) ist in den Empfehlungen von Sauerstoffzielparametern nicht berücksichtigt und hat auch in der Formel des DO2 keinen Einfluss.
Als Zielvariable der Sauerstofftherapie ist der paO2 weniger sinnvoll, da er kaum einen Einfluss auf das DO2 hat und zudem nicht wie die SpO2 in nahezu Echtzeit gemessen werden kann. Allerdings erlaubt die Messung des paO2 in gleichzeitiger Kenntnis des zugeführten Sauerstoffs die Abschätzung der Oxygenierungsleistung der Lunge. Hierzu existiert etwa den Horowitz-Index (HI), der den paO2 ins Verhältnis zur inspiratorischen Sauerstoffkonzentration (FiO2) setzt: HI = paO2 /FiO2 (0,21–1). Somit ist der paO2 besser zur Beurteilung der Oxygenierungsleistung der Lunge als zur Therapiesteuerung geeignet.
Der paO2 ist ein Monitoringparameter für die Oxygenierungsleistung der Lunge
Im klinischen Alltag ist immer wieder die Frage relevant, ob eine Modifikation der Beatmungseinstellungen aufgrund eines niedrigen paO2 erfolgen sollte, um ein bestimmtes paO2-Ziel zu erreichen. Unter der Annahme, dass eine Ziel‑SaO2 von 90 % festgelegt wurde, der gemessene paO2 bei einer FiO2 von 50 % bei 65 mm Hg liegt und die SaO2 mit 93 % gemessen wird, liegt also die SaO2 als wesentliche Determinante der DO2 im Zielbereich. Der paO2 gibt zwar Auskunft über die in diesem Fall wohl schlechte Oxygenierungsleistung der Lunge, muss aber aufgrund des minimalen Einflusses auf die DO2 bei gleichzeitig im Zielbereich liegender SaO2 nicht etwa durch die Erhöhung der FiO2 gesteigert werden. Damit ist der paO2 also ein Monitoringparameter für die Oxygenierungsleistung der Lunge und SaO2 bzw. SpO2 sind Monitoringparameter in der Therapiesteuerung der Sauerstofftherapie.

Physiologische Kompensationsmechanismen bei fallendem Sauerstoffangebot

Kommt es im Oxygenierungssystem des Körpers zu Problemen und fällt damit das DO2 ab, gibt es akute Kompensationsmechanismen, um die Sauerstoffversorgung der Zellen aufrechtzuerhalten. Anders ausgedrückt bleibt die Sauerstoffaufnahme (VO2) des Körpers bzw. der Organe auch bei sinkendem Sauerstoffangebot (DO2) über einen relativ weiten Bereich konstant, bevor bei weiter fallendem DO2 auch die VO2 und damit die Sauerstoffversorgung der Zellen abfällt und die VO2 abhängig vom DO2 wird.
Bei gesunden Individuen besteht über weite Strecken keine Abhängigkeit der VO2 von der DO2
Dies trifft zunächst auf gesunde Individuen zu, bei denen die Kompensationsmechanismen physiologisch funktionieren. Hierzu führten Shibutani et al. [3] an narkotisierten gesunden Probanden eine Untersuchung durch. Es wurde gezeigt, dass es erst bei einem DO2 <330 ml/min × m2 zu einem Abfall der VO2 kommt und es über dieser Grenze bei einer weitgehend konstanten VO2 trotz fallender DO2 bleibt. Anders ausgedrückt besteht bei gesunden Individuen über weite Strecken keine Abhängigkeit der VO2 von der DO2, da der Körper in diesem Bereich über Kompensationsmechanismen verfügt, die verhindern, dass es bei abnehmendem Sauerstoffangebot zu einer Organhypoxie kommt.
Ein akuter Kompensationsmechanismus besteht hier in einer Steigerung der Sauerstoffextraktionsrate. Diese Sauerstoffextraktionsrate liegt physiologischer Weise und in Ruhe bei etwa 15–30 %, d. h.: Vom arteriellen Sauerstoffgehalt „extrahieren“ die Körperzellen in Summe etwa 20–30 % des enthaltenen Sauerstoffs. Hier haben die verschiedenen Organe unterschiedliche Extraktionsraten: das Herz etwa 60 %, die Leber etwa 50 % und die Nieren etwa 15 %. In Summe aller Organsysteme ergeben sich 15–30 %. Kommt es nun zu einem Abfall des DO2 durch Verminderung einer oder mehrerer der Determinanten des DO2 oder steigt die VO2 überproportional zum DO2 an (wie z. B. bei körperlicher Belastung), steigt auch die Sauerstoffextraktionsrate an. Diese kann Werte bis zu 70 % bei maximaler körperlicher Belastung annehmen. Zur Berechnung der Sauerstoffextraktionsrate (O2ER) werden eine arterielle und eine gemischt-venöse Blutprobe benötigt. Die gemischt-venöse Probe enthält auch das desoxygenierte Blut des Herzens. Alternativ zur gemischt-venösen Probe kann auch Blut aus einem zentralen Venenkatheter (ZVK), idealerweise mit Lage der ZVK-Spitze im rechten Vorhof, verwendet werden. Der Messfehler ist hierbei tolerabel.
Die Berechnung lautet dann:
$$\mathrm{O}_{2}\text{ER in }\mathrm{\% }=[(\mathrm{SaO}_{2}2 - \mathrm{SvO}_{2})/\mathrm{SaO}_{2}]\times 100$$
Hierbei gibt SvO2 die gemischt-venöse Sauerstoffsättigung an.
Ein weiterer Kompensationsmechanismus bei sinkendem DO2 ist die Steigerung des Herzzeitvolumens, sofern das kardiovaskuläre System dazu in der Lage ist. Exemplarisch wäre auch hier wieder die körperliche Anstrengung zu sehen, bei der es neben der bereits beschriebenen Steigerung der Sauerstoffextraktionsrate auch zu einer Steigerung des Herzzeitvolumens kommt, um dem erhöhten Sauerstoffbedarf der Muskulatur und damit der steigenden Sauerstoffaufnahme VO2 gerecht zu werden. Zusätzlich spielen sich Kompensationsmechanismen auf mikrovaskulärer Ebene ab. Es kommt hier zu einer Steigerung des mikrovaskulären Blutflusses und damit zu einer Steigerung des regionalen Sauerstoffangebots [4].
Die Steigerung des Herzzeitvolumens ist ein Kompensationsmechanismus bei sinkendem DO2
Die bei abfallendem Sauerstoffpartialdruck, etwa in großer Höhe, oder bei Hypoxämie auftretende Hyperventilation führt neben einer Linksverschiebung der Sauerstoffbindungskurve durch die respiratorische Alkalose dazu, dass der alveoläre CO2-Partialdruck abfällt. Nachdem die Summe der Partialdrücke aller Gase in den Alveolen konstant ist, wie durch die Alveolargasgleichung definiert (pAO2 = FiO2 × (patm-pH2O) − paCO2/RQ; RQ = respiratorischer Quotient), nimmt durch die Hyperventilation der alveoläre CO2-Partialdruck ab und der alveoläre Sauerstoffpartialdruck steigt an, was zu einer Steigerung des paO2 führen kann.
Zu bedenken gilt, dass alle diese akuten Kompensationsmechanismen bei kranken oder kritisch kranken Patienten nur eingeschränkt oder gar nicht funktionieren und somit die Toleranz für ein fallendes DO2 geringer sein kann.

Marker einer Hypoxämie

Zwar können bei Einzelorgansystemen, wie Herz, Leber oder Nieren, durch Anstieg von organspezifischen Laborwerten Dysfunktionen erkannt werden, diese müssen aber nicht primär durch ein zu geringes Sauerstoffangebot verursacht werden. Hier bieten sich andere globalere Messwerte an, die zwar auch nicht ideal sind, um einen globalen Sauerstoffmangel beim Intensivpatienten zu erkennen, die aber im Gesamtbild der Beurteilung, ob ein ausreichendes Sauerstoffangebot vorliegt, wichtige Bausteine sein können.

Laktat

Historisch wurde Laktat immer mit anaerobem Stoffwechsel gleichgesetzt, was es per se zu einem idealen Marker für eine Sauerstoffunterversorgung des Körpers machen würde. Laktat kann aber auch auf andere Weise unter aeroben Bedingungen gebildet werden.
Zu einem Laktatanstieg kann es allerdings auch unter verschiedenen anderen, auch aeroben, Bedingungen kommen. Diese sog. Typ-B-Laktatämie kommt etwa bei gesteigertem Pyruvatanfall durch vermehrte Glykolyse, durch etwa endotoxinvermittelte Mitochodriendysfunktion oder eine durch Thiaminmangel bedingte Dysfunktion der Pyruvatdehydrogenase, die für die Aufnahme von Pyruvat in die Mitochondrien notwendig ist, vor.
Medikamente, Toxine oder hämatologische Erkrankungen können zur Laktatämie führen
Auch die endogen katecholaminbedingte Glykolyse und die Aktivierung der Na-K-ATPase bei Sepsis führen unter aeroben Bedingungen zu einem Laktatanstieg. Gleichzeitig kann es bei entsprechenden Organdysfunktionen zu einer verminderten hepatischen oder renalen Laktatclearance kommen. Auch Medikamente, Toxine oder hämatologische Erkrankungen können zur Laktatämie unter aeroben Bedingungen führen [5].
Nachdem auch eine verminderte Mikrozirkulation zu einer regionalen Hypoxie führen kann, sollte bei Verwendung von Laktat als Marker für eine DO2-abhängige VO2 – also eine globale Hypoxie – zunächst versucht werden, die Mikrozirkulation zu verbessern. Im Wissen um den Ursprung und die Differenzialdiagnosen einer Laktatämie kann Laktat ein wertvoller Marker sein, um ein kritisches Sauerstoffangebot zu erkennen.

Sauerstoffextraktionsrate

Ein weiterer Parameter zur Beurteilung, ob ein kritisches DO2 vorliegt, ist die bereits erwähnte Sauerstoffextraktionsrate (O2ER). Analog trifft dies auf die zentralvenöse Sättigung (ScVO2) zu, die ebenfalls ein Surrogatparameter zur Beurteilung der Balance zwischen DO2 und VO2 ist. Somit ist bei einer O2ER < 30 % bzw. einer ScVO2 > 65 % von einem nichtkritischen DO2 auszugehen.
Allerdings gibt es auch hier Fehlerquellen, die beachtet werden müssen. Die Erkenntnis, dass es Patienten, insbesondere mit Sepsis, gibt, bei denen eine normale oder hochnormale zentralvenöse Sättigung mit einer erhöhten Mortalität einhergeht [6], hat gezeigt, dass die Sauerstoffaufnahme aus dem Blut in die Zellen aufgrund von Zellmembranödem, anderweitig verlängerter Diffusionsstrecke, Beeinträchtigung der mitochondrialen Funktion oder globalen bzw. regionalen Mikrozirkulationsstörungen gestört sein kann und die globale Sauerstoffextraktion trotz Gewebehypoxie nicht steigt. Somit ist die O2ER bzw. ScVO2 insbesondere bei Patienten mit schwerer Sepsis kritisch zu sehen, kann aber bei isoliertem respiratorischem Versagen bzw. im kurzfristigen Verlauf durchaus zur Abschätzung eines grenzwertigen oder kritischen DO2 herangezogen werden.

Hypoxietoleranz

Bahr et al. [7] zeigten, dass Patienten, die aufgrund eines akuten Lungenversagens (ARDS) eine extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) benötigten und während der ECMO eine im Mittel niedrige SpO2 (89 %) hatten, Jahre später im Vergleich zu der Gruppe von Patienten, die unter ECMO normale SpO2-Werte erreichten (97 %), kein neurokognitives Defizit aufwiesen. Die Laktatwerte waren bei diesen hypoxämischen Patienten normal und die Präoxygenatorsättigung, also die Sättigung des venösen Bluts nach der Sauerstoffextraktion durch den Körper (entsprechend der SCVO2), betrug im Mittel 75 %.
Eine längerfristige Hypoxämie unter ECMO führte nicht zu neurokognitiven Schäden
In einer Vorgängerstudie zeigten Holzgraefe et al. bei 7 ECMO-Patienten mit noch geringeren SpO2-Werten (80 %) ebenfalls, dass eine längerfristige Hypoxämie (ECMO-Dauer bis zu 349 Tage) nicht zu neurokognitiven Schäden führte. Auch diese Patientengruppe hatte normale Laktatwerte (Mittelwert 1,4 mmol/l) und eine normale zentralvenöse Sättigung (Mittelwert 74,4 %).
Grocott et al. führten Im Jahr 2009 Blutgasanalysen bei Höhenbergsteigern am Mount Everest in einer Höhe von 8400 m durch. Der mittlere paO2 betrug 24,6 mm Hg und die mittlere SaO2 betrug 54 %. Die mittlere Laktatkonzentration war mit 2,2 mmol/l nur leicht erhöht. Auch im Mount-Everest-Basislager auf 5300 m Höhe, wo sich die Bergsteiger teilweise wochenlang aufhalten, beträgt die mittlere SpO2 nur 80 %. Natürlich waren diese Bergsteiger durch längere Akklimatisierungszeit im Basislager adaptiert, so betrug etwa der mittlere Hb-Wert bei den Probanden in der Grocott-Studie 19,3 mg/dl. Somit gibt es Hinweise für eine beträchtliche Hypoxämietoleranz des menschlichen Körpers.

Happy oder Silent Hypoxämie

In der Pandemie die Coronaviruserkrankung 2019 (COVID-19) hat sich der Begriff der Happy/Silent Hypoxämie geprägt. Darunter versteht man Patienten, die trotz einer niedrigen Sauerstoffsättigung kaum das Symptom Dyspnoe aufweisen. Zwar tritt dieses Phänomen bei COVID-19 gehäuft auf, jedoch gibt und gab es solche Patienten auch schon vor dem Auftreten von COVID-19. Eine Erklärung dafür liefert die zugrunde liegende Pathophysiologie.
Dyspnoe ist ein Symptom und speziell hier ist es wichtig, zwischen Symptomen (= subjektive Wahrnehmungen) und Zeichen (= objektiv messbare Parameter) zu unterscheiden. Bei Dyspnoe muss auch die Tachypnoe (= schnelle Atemfrequenz) von der Hyperpnoe (= tiefere Atemzüge) unterschieden werden.
Dyspnoe wird durch erhöhte Atemarbeit hervorgerufen
Um das Symptom Dyspnoe hervorzurufen, sind im Wesentlichen folgende pathophysiologischen Veränderungen ursächlich: Zunächst wird Dyspnoe durch erhöhte Atemarbeit hervorgerufen. Hierfür sind unter anderem die Aktivierung von Mechanorezeptoren in Lunge und Thoraxwand und die Aktivierung bzw. Erschöpfung der Atemmuskulatur verantwortlich. Der primäre Trigger, der zu einer Steigerung des Atemantriebs (ist noch keine Dyspnoe) führt, ist eine Erhöhung des paCO2 (Hyperkapnie), die über PH-Wertveränderungen an den zentralen und peripheren Chemorezeptoren den Atemantrieb und damit die Ventilation erhöht. Pulmonale Gründe für eine Hyperkapnie können ein vergrößerter Totraum, auch auf alveolarer Ebene, eine verminderte Lungencompliance oder ein erhöhter Atemwiderstand, wie z. B. bei Bronchokonstriktion, sein.
Eine isolierte Hypoxämie bei nichterschöpfter Atemmuskulatur führt nicht zum Symptom Dyspnoe
Eine isolierte Hypoxämie führt kaum zum Symptom Dyspnoe, solange die Atemmuskulatur durch Hyperventilation nicht erschöpft ist. Somit können sich Pathologien, die bei normaler Lungencompliance, normalem Totraum und normalem Atemwegswiderstand ohne anderweitig bestehender Hyperkapnie zu einer Hypoxämie führen, ohne wesentliche Dyspnoe präsentieren, solange die Atemarbeit nicht erhöht ist. Bei COVID-19-Patienten scheint es durch vaskuläre Veränderungen zu einem ausgeprägten pulmonalen Shunt zu kommen. Dieser Shunt führt bei noch ausreichender Decarboxylierungsleistung aufgrund der normalen Lungencompliance und der normalen Atemwegswiderstände zwar zu einer Hypoxämie, jedoch nicht zwangsläufig zu Dyspnoe, solange die Atemmuskulatur die notwendige Leistung erbringen kann. Zusätzlich werden direkte Einflüsse des Virus auf die Empfindlichkeit der Chemorezeptoren diskutiert [8].
Die Shuntphysiologie der Happy Hypoxämie bei COVID-19 kann aber auch bei Patienten mit anderer Pathologie zutreffen. Das einfachste Beispiel hier wäre ein Patient mit intrakardialem Rechts-Links-Shunt, der ebenfalls eine Hypoxämie, jedoch keine erhöhte Atemarbeit und damit keine Dyspnoe aufweisen muss. Auch ein intrapulmonaler Shunt, etwa durch eine Atelektase, kann bei erhaltender Lungencompliance und normalen Atemwegswiderständen zu einer Hypoxämie ohne Dyspnoe führen.

Leitlinien und Studien

Welche Sauerstoffwerte sollen nun in Anbetracht des bisher diskutierten Inhalte angestrebt werden? Die aktuellen Leitlinien geben relativ ähnliche Zielwerte an. Die Empfehlung des ARDSnet für Patienten mit einem ARDS nennen einen paO2 von 55–80 mm Hg bzw. eine SpO2 von 88–95 % [9]. Die Surviving Sepsis Campaign Guidelines on the Management of Adults with Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) in the ICU empfehlen eine Sauerstofftherapie bei einer SpO2 < 90 % [10]. Die deutsche S3-Leitlinie Empfehlungen zur stationären Therapie von Patienten mit COVID-19 empfiehlt eine SPO2 von > 92 % (bei Patienten mit chronisch-obstruktiver Lungenerkrankung [COPD] > 88 %; [11]). Die deutsche S3-Leitlinie Sauerstoff in der Akuttherapie beim Erwachsenen empfiehlt eine Ziel‑SpO2 von 92–96 %. Bei Patienten mit vorbestehender COPD oder einem anderweitigen Hyperkapnierisiko wird eine Ziel‑SpO2 von 88–92 % angegeben [12].
Die deutsche S3-Leitlinie empfiehlt eine Ziel‑SpO2 von 92–96 %
Die Evidenz dieser Empfehlungen leitet sich aus wenigen Studien mit relativ geringen Patientenzahlen gemischter Kollektive auf der Intensivstation (ICU) ab, die hauptsächlich SpO2-Werte im Bereich von 90 % mit Werten über 96 % verglichen. Die primäre Intention vieler dieser Studien war zu klären, ob höhere Sauerstoffwerte schädlich sind und nicht wie tief tolerable SpO2-Werte liegen.
Die rezenteste und auch größte dieser Studien war der HOTICU Trial, bei dem multizentrisch an 2928 Patienten eines gemischten Patientenkollektivs auf der ICU untersucht wurde, ob ein liberales Sauerstoffziel mit einem paO2 von 60 mm Hg vs. ein konservatives Sauerstoffziel mit einem paO2 von 90 mm Hg einen Unterschied in der Mortalität verursacht. Es konnte hier kein Unterschied in der 90-Tage-Mortalität gezeigt werden. Auch bei den sekundären Endpunkten, wie Schlaganfall, Myokardinfarkt oder intestinale Ischämie, gab es keinen Unterschied. Im Endeffekt lag der mittlere paO2-Wert in der liberalen Gruppe bei 70,8 mm Hg und die SpO2 bei 93 %; in der konservativen Gruppe lag der paO2 bei 93,9 mm Hg, die SpO2 bei 96 %.
Keine der Studien untersuchte Sauerstoffsättigungen < 88 %
In der LOCO2-Studie [13] wurde eine SpO2 > 96 % mit einer SpO2 88–92 % verglichen. Diese Studie wurde aus Sicherheitsbedenken nach 201 Patienten abgebrochen, da es in der Gruppe mit dem niedrigeren Sättigungsziel mehr Todesfälle und 5 Mesenterialischämien gab. Weitere Studien mit ähnlichem Design, aber ohne signifikant schlechteres Outcome für eine konservativere Sauerstoffsättigungszielsetzung waren ICU-ROX [14] oder OXYGEN-ICU [15]. Keine dieser Studien hatte jedoch das Ziel, Sauerstoffsättigungen < 88 % zu untersuchen.
Diese Studien liefern also keine wirkliche Antwort auf die Frage, ob ein deutlich niedrigeres Oxygenierungsziel bzw. die Toleranz deutlich niedrigerer Oxygenierungswerte tatsächlich mit einer höheren Mortalität einhergehen.
Eine Ausnahme zu den bereits angeführten Empfehlungen stellt die Leitlinie der Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) für die ECMO-Therapie [16] dar. Dort wird bei einer venovenösen ECMO eine SaO2 > 80 % und eine venöse-arterielle Sättigungsdifferenz (entsprechend der Sauerstoffextraktionsrate) von 20–30 % empfohlen.
Hinsichtlich der Frage, ob der inzwischen häufig angewandte Weg, COVID-19-Patienten eher später zu intubieren und gegebenenfalls eine gewisse Hyoxämie zu tolerieren, sicher ist, zeigten Papoutsi et al. in einer rezenten Metaanalyse [17] mit fast 9000 Patienten, dass eine spätere Intubation nicht mit einem schlechteren Outcome einhergeht. Somit scheint bei diesen Patienten möglicherweise eine gewisse Toleranz von Hypoxämie gerechtfertigt zu sein, sofern die Surrogatparameter der Gewebeoxygenierung – wie bereits beschrieben – sowie die Atemarbeit und damit die Dyspnoesymptomatik innerhalb tolerabler Grenzen liegen. Allerdings werden auch hier keine eindeutigen Sauerstoffgrenzwerte herausgearbeitet bzw. bleibt unklar, ob und wie lange bei den später intubierten Patienten eine Hypoxämie bestand.

Hyperoxämie

Neben den negativen Effekten einer Hypoxämie ist inzwischen aber auch eindeutig bewiesen, dass eine Hyperoxämie in verschiedenen Situationen negative Auswirkungen hat. In einer Metaanalyse mit 25 Studien und über 16.000 Intensivpatienten legten Chu et al. dar, dass für verschiedene Erkrankungen, wie Sepsis, Apoplex, Trauma, Myokardinfarkt, Kreislaufstillstand oder Notfallchirurgie, eine liberale Sauerstofftherapie mit SpO2-Werten > 96 % mit einem schlechteren Outcome vergesellschaftet ist. Somit sollte nicht nur die Vermeidung einer Hypoxämie, sondern ebenso die Vermeidung einer Hyperoxämie im klinischen Alltag angestrebt werden [18, 19].

Fazit für die Praxis

  • Bei nichtrelevant chronisch-pulmonal vorerkrankten Patienten ist eine Sauerstofftherapie zur Anhebung der Sauerstoffsättigung auf Werte von 88–96 % durchzuführen, eine Hyperoxämie jedoch zu vermeiden.
  • Muss eine extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) durchführt werden, kann eine niedrigere Sauerstoffsättigung von bis zu 80 % toleriert werden.
  • Ist eine ECMO keine Therapieoption, gilt es abzuschätzen, ob eine Steigerung der Therapieinvasivität zugunsten der Zielsauerstoffsättigung (Ziel-SpO2) gerechtfertigt ist. Abseits von Grenz- oder Extremsituationen besteht aktuell jedoch keine Evidenz für den Nutzen oder die Ungefährlichkeit eine permissive Hypoxämie mit SpO2-Werten < 88–92 %.
  • Bei Patienten mit Coronaviruserkrankung 2019 (COVID-19), die eine Hypoxämie klinisch relativ gut tolerieren, kann mit einer Intubation zunächst gewartet werden. Aufgrund fehlender Studien zum Zusammenhang von Hypoxämiegrad und Organschäden muss die Entscheidung zur Intubation letztendlich aufgrund klinischer Parameter ohne wirkliche Evidenz getroffen werden.

Einhaltung ethischer Richtlinien

Interessenkonflikt

D. Dankl gibt an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Für diesen Beitrag wurden von den Autoren keine Studien an Menschen oder Tieren durchgeführt. Für die aufgeführten Studien gelten die jeweils dort angegebenen ethischen Richtlinien.
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Literatur
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Zurück zum Zitat S3-Leitlinie – Empfehlungen zur stationären Therapie von Patienten mit COVID-19, Version Oktober 2021 S3-Leitlinie – Empfehlungen zur stationären Therapie von Patienten mit COVID-19, Version Oktober 2021
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Zurück zum Zitat Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) (2017) General guidelines for all ECLS cases Extracorporeal Life Support Organization (ELSO) (2017) General guidelines for all ECLS cases
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Zurück zum Zitat Michael PW (2009) Grocott Arterial Blood Gases and Oxygen Content in Climbers on Mount Everest. N Engl J Med 360:140–149CrossRef Michael PW (2009) Grocott Arterial Blood Gases and Oxygen Content in Climbers on Mount Everest. N Engl J Med 360:140–149CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Holzgraefe B, Andersson C, Kalzén H, Bahr V von, Mosskin M, Larsson EM, Palmér K, Frenckner B, Larsson A (2017) Does permissive hypoxaemia during extracorporeal membrane oxygenation cause long-term neurological impairment?: A study in patients with H1N1-induced severe respiratory failure. Eur J Anaesthesiol 34(2):98–103. https://doi.org/10.1097/EJA.0000000000000544. PMID: 28030441CrossRefPubMed Holzgraefe B, Andersson C, Kalzén H, Bahr V von, Mosskin M, Larsson EM, Palmér K, Frenckner B, Larsson A (2017) Does permissive hypoxaemia during extracorporeal membrane oxygenation cause long-term neurological impairment?: A study in patients with H1N1-induced severe respiratory failure. Eur J Anaesthesiol 34(2):98–103. https://​doi.​org/​10.​1097/​EJA.​0000000000000544​. PMID: 28030441CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Optimale Sauerstoffversorgung – neue Erkenntnisse aus der COVID-19-Therapie?
verfasst von
Dr. Daniel Dankl
Publikationsdatum
14.04.2022
Verlag
Springer Medizin
Erschienen in
Medizinische Klinik - Intensivmedizin und Notfallmedizin / Ausgabe 5/2022
Print ISSN: 2193-6218
Elektronische ISSN: 2193-6226
DOI
https://doi.org/10.1007/s00063-022-00914-8

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