Pathophysiologie und Management der Hitzeerkrankung

Der Klimawandel ist „fühlbare“ Realität geworden und die letzten Jahre waren weltweit von dramatischen Naturkatastrophen, zunehmender Trockenheit und einer steigenden Frequenz von Hitzewellen gekennzeichnet. Der Deutsche Wetterdienst definiert das Phänomen Hitzewelle als eine mehrtägige Periode mit ungewöhnlich hoher thermischer Belastung. Ähnlich wie in internationalen Definitionen von „heat waves“ legt der Deutsche Wetterdienst eine Kombination von perzentilbasierten Schwellenwerten (z. B. 98. Perzentil der Tagesmaximumwerte) und einer minimalen Dauer z. B. von 3 Tagen zugrunde [1]. Auch in Deutschland wird in den letzten Jahrzehnten eine Zunahme des Auftretens von Hitzewellen festgestellt, zweifelsfrei als Folge des Klimawandels und der Erderwärmung. So hat sich die Anzahl heißer Tage (Tagesmaximum der Lufttemperatur mindestens 30 °C) – über ganz Deutschland gemittelt – seit den 1950er-Jahren von etwa 3 Tagen pro Jahr auf derzeit durchschnittlich 9 Tage pro Jahr verdreifacht [2]. Da extreme Hitze einen bedeutenden Risikofaktor für die menschliche Gesundheit darstellt, ist die klinische und wissenschaftliche Auseinandersetzung mit der Hitzeerkrankung von besonderer Wichtigkeit, da erst kürzlich gezeigt wurde, dass Hitzewellen mit einer statistisch signifikanten Zunahme von Sterbefällen verknüpft sind [3]. Hitzeerkrankungen sind also potenziell lebensbedrohlich, sie erfordern bei der Behandlung in der Notaufnahme und ggf. der folgenden intensivmedizinischen Behandlung ein rasches und effektives Behandlungsmanagement. In diesem Beitrag wird der aktuelle Stand der Manifestation, Diagnostik und Behandlung von hitzeassoziierten Erkrankungen vorgestellt und diskutiert. Es handelt sich nicht um eine systematische Metaanalyse, sondern um eine vom Autor vorgenommene Sichtung und Gewichtung der international publizierten Studien und Übersichten zu diesem Thema.

Als Hitzeerkrankung werden pathophysiologische Veränderungen auf Hitzeexposition (sei es in Ruhe oder während Anstrengung, z. B. Arbeit oder Sport) bezeichnet, die von Hitzeerschöpfung über beginnende Organschädigung bis zum lebensbedrohlichen Fall eines Hitzschlags führen können. Eine differenzierte Beschreibung der Manifestationen findet sich später.

Der Mensch ist in seiner Entwicklungsgeschichte schon immer starken Temperaturschwankungen ausgesetzt gewesen (historisch häufiger allerdings in den unteren Kältebereich: z. B. Eiszeit, extreme Winter im Mittelalter), daher gehören Mechanismen zur Thermoanpassung und -regulation zu überlebenswichtigen Funktionen des autonomen Nervensystems [4]. Der menschliche Organismus reagiert auf (extreme) Hitze überwiegend durch 2 Mechanismen: Umverteilung des Bluts in die Haut, um somit die Hitze über die Haut abzuleiten und um die erhöhte Schweißsekretion auf der Haut als Kühlmechanismus („Verdunstungskälte“) einzusetzen. Das thermoregulatorische System des Menschen strebt eine Temperatur um 37 °C an als beste Temperatur für eine normale Zellfunktion. Die Homöostase der Thermoregulation wird durch den thermischen Kortex in der hinteren Inselrinde bewerkstelligt gemeinsam mit einem komplexen neuronalen Netzwerk (sensorische Rezeptoren in der Haut und den inneren Organen; [5]). Abweichungen von der „idealen“ Temperatur entstehen im Wesentlichen z. B. durch die Umgebungstemperatur sowie durch Störungen der zentralen Thermoregulation (z. B. Schädel-Hirn-Trauma, entzündliche zerebrale Erkrankungen, extreme körperliche Bewegung oder pharmakologische oder physische Intervention).

Unter Hitzestress kommt es zu folgenden typischen pathophysiologischen Reaktionen [6]:

Dies sind zusammenfassend die Endorganschäden als Folge des unbehandelten, distributiven Schocks. Darüber hinaus spielt ein weiterer Pathomechanismus eine wesentliche Rolle: Proinflammatorische Zytokine (Interleukin-1β und Interleukin‑6, Tumornekrosefaktor) sind entscheidende Regulatoren bei Fieber und sind offensichtlich bei extremer Hitzeexposition ebenfalls bedeutsam: Infektionen und Hitzschlag induzieren ähnliche thermoregulatorische und inflammatorische (z. B. Heat-shock-Proteine, Zytokine) Antworten, die ein „systemic inflammatory response syndrome“ (SIRS; [6]) hervorrufen können mit dem Risiko eines Multiorgandysfunktionssyndroms oder eines Multiorganversagens [7]. Vergleichbar mit den Pathomechanismen einer Sepsis werden angeborene und adaptive Immunantworten im Rahmen einer schweren Hitzeexposition als Auslöser eines „Hitzschlagsyndroms“ angesehen, die zum SIRS oder sogar bis zum Multiorganversagen führen können (Abb. 1). Prolongierte und ausgeprägte Hitzeexposition stellt also eine bedrohliche Situation dar und bestimmte Risikogruppen sind besonders gefährdet: alte Menschen, kleine Kinder, chronisch Vorerkrankte, Nierenkranke, Patienten mit Erkrankungen des zentralen Nervensystems, Alkoholkranke, Patienten mit bestimmter Dauermedikation, die die Thermoregulation beeinflusst (Anticholinergika, Antidepressiva, Spasmolytika), chronische Diuretikaeinnahme. Weitergehende konkrete Risikoeinschätzungen mit spezifischen Handlungsempfehlungen sind derzeit (noch) nicht aus der wissenschaftlichen Literatur abrufbar, hier besteht Forschungsbedarf.

Je nach Schwere und Dauer einer Hitzeexposition sowie des Risikostatus eines Patienten sind die folgenden typische Komplikationen und Organmanifestationen beschrieben (Übersicht in [8]).

Es hat sich international (noch) keine einheitliche Nomenklatur zur (Schweregrad‑)Einteilung durchgesetzt, auch die Empfehlungen zum Management basieren bisher nicht auf einer allgemein akzeptierten Leitlinie – ein solcher Schritt ist angesichts der Zunahme der medizinischen und gesellschaftlichen, städtebaulichen und – last, but not least – gesundheitspolitischen Bedeutung dringend geboten.

Bezüglich der Vorstellung einer klinisch praktikablen Einteilung hat sich der Autor an 3 – aus seiner Sicht – hierfür besonders geeignete Publikationen gehalten [21‐23] und diese in Tab. 1 zusammengefasst.

Die Einteilung erfolgt zunächst in die Symptome Hitzekrampf, Hitzeödem („heat edema“). Eine weitere Manifestation ist die Hitzeerschöpfung („heat exhaustion“). Der wohl schwerste Erkrankungsgrad ist der Hitzschlag („heat stroke“), die Bezeichnung signalisiert schon sprachlich die besondere zerebrale Gefährdung und die Bedrohlichkeit durch Organausfälle. Die einzelnen Symptome müssen nicht in einer bestimmten Reihenfolge auftreten oder vollzählig sein. Es handelt sich nicht um eine regelhafte Abfolge von bestimmten Stadien, sondern die Symptome können sich unabhängig voneinander entwickeln. Bei der pflegerischen (Erst‑)Versorgung ist besonders auf den Flüssigkeitsstatus und den Hautzustand zu achten – insbesondere bei alten Menschen und Risikopatienten, danach richtet sich das akute Volumenmanagement. Darüber hinaus sind die rasche neurologische Einschätzung, die unmittelbare Blutentnahme und das Monitoring der Vitalparameter (Körperkerntemperatur, Pulsoxymetrie, engmaschige Blutdruckmessung) wichtige pflegerische Sofortmaßnahmen.

Sowohl die klinische Einschätzung als auch die Auswahl der entsprechenden Therapie richten sich nicht nur nach dieser Einteilung, sondern vor allem auch nach dem Risikopotenzial, dem chronischen Gesundheitsstatus und den in der jeweiligen Behandlungsinstitution vorhandenen Möglichkeiten. Viele ältere Studien – vor allem aus dem speziellen Bereich des Leistungssports oder des Militärs – haben sich ausschließlich mit der Hitzekrankheit durch Anstrengung („exertional heatstroke“) befasst. Vergleicht man diese Studien mit solchen zum „classical heatstroke“, die für diese Arbeit überwiegend herangezogen werden, können keine klaren Unterscheidungen im Management, der Behandlung oder dem Outcome erkannt werden, sodass das Thema „Hitzschlag durch Anstrengung“ nicht separat behandelt wird, wenngleich während Hitzewellen solche arbeits- oder sportbedingten Hitzschlagerkrankungen eine gewisse Bedeutung haben [24, 25].

Die frühzeitige Einschätzung der Manifestation der akuten Hitzeerkrankung – idealerweise noch im präklinischen Setting (Rettungsdienst, Notarzt, Notaufnahme) – ermöglicht die Ansteuerung einer Institution mit gezielter, sofortiger und medizinisch adäquater Behandlungsstrategie [26]: Während die Behandlung eines Hitzekrampfs meist ambulant möglich sein wird, sollte bei Hitzeerschöpfung nach ambulantem Check zumindest die stationäre Aufnahme bei Risikokonstellation erwogen werden, um (z. B. während Kühlung) die Vitalparamater zu überwachen. Diese ist natürlich zwingend erforderlich beim Auftreten eines Hitzschlages. Für Patienten mit Hitzeerschöpfung/Hitzschlag und hohem Risikopotenzial (hohes Alter, kardiale, renale oder respiratorische Vorerkrankungen) kann es sogar nach individueller Einschätzung geboten sein, das Management der Kühlung und weiteren Behandlung dem Intensivpersonal zu übergeben [27], ohne dass dies allerdings zu einer Verzögerung des Behandlungsbeginns führen sollte. Nach Senkung der Körperkerntemperatur und bei Ausbleiben einer quantitativen (z. B. Somnolenz, Sopor) oder qualitativen Bewusstseinsstörung (z. B. Halluzinationen, Symptome eines Delirs) sowie stabilen Vitalparametern kann eine Entlassung aus der Notaufnahme nach Hause erwogen werden. Liegen – auch nach Wiederherstellung einer Normothermie – eine Bewusstseinsstörung und/oder andere moderate Funktionsstörungen anderer Organsysteme (Hypotension, Tachypnoe, Oligurie) vor, ist die Überwachung auf einer Intermediate-Care-Station empfehlenswert. Bei progredienten oder manifesten Organstörungen (zunehmende Somnolenz, zerebrale Krämpfe, beginnendes Schocksyndrom oder beginnende respiratorische Insuffizienz, Anurie, Gerinnungsstörung) ist die intensivmedizinische Behandlung indiziert. Hier gilt ebenfalls für eine Entscheidungsfindung die sorgfältige individuelle Einschätzung der aktuellen Situation und der Anamnese.

Die rasche und gezielte Einteilung der Manifestation beim Eintreffen von Hitzeerkrankten in der Notaufnahme oder auf der Intensivstation mit entsprechendem individuellem Therapieangebot trägt wesentlich zu einem guten Outcome bei [7]. Kühlungsmaßnahmen sollten so früh wie möglich begonnen werden, manche Studien sehen einen Vorteil mit dem Beginn bereits im Rettungsmittel (Notarztwagen, Hubschrauber) mittels spezieller präklinischer Devices (Entkleidung, „body bags“, Abdeckungen, Gebläse; [28]), vor allem wenn der Transport länger als 30 min dauern sollte [25].

Die unmittelbare Sichtung und Klassifizierung sollte nach folgenden Kriterien vorgehen [26]:

Nach der Einschätzung sind unmittelbare Sofortmaßnahmen zu treffen, die von Maßnahmen des bekannten ABCDE-Schemas als einer Strategie zur Untersuchung und Versorgung kritisch kranker oder verletzter Patienten auf der Basis einer Prioritätenliste eingerahmt werden:

Das allgemeine Behandlungskonzept richtet sich nach dem aktuellen Grad der Organeinschränkung (Hämodynamik, respiratorisches System, Gerinnung, Niere etc.). In diesem Kontext kommt der gezielten Bestimmung wichtiger Laborparameter eine große Bedeutung zu: Die Erkennung (und Korrektur) akuter Elektrolytstörungen, die Erfassung von Hämolyseparametern (Nierenschädigung, Rhabdomyolyse) sowie die Abnahme von Laborparametern, die Hinweise auf ein Schocksyndrom geben (Laktat, evtl. zentralvenöse O₂-Sättigung).

Zusätzlich ist die schnelle Einleitung kühlender Maßnahmen für den Behandlungserfolg und das Outcome im Sinne der Vermeidung bleibender mentaler Einschränkungen und längerfristiger Organschäden entscheidend [3, 7, 8]. Hierbei sollte der/die Hitzschlagpatient:in ab einer Körperkerntemperatur ≥ 39 °C auf etwa 38 °C heruntergekühlt werden, allerdings (in der Regel) nicht schneller als mit etwa 0,5 °C pro 30 min, um schwerwiegende hämodynamische oder zerebrale (Gegen‑)Reaktionen zu vermeiden (Abb. 2). Ab dem Erreichen von 38 °C sollte die Kühlung gestoppt werden, um eine überschießende weitere Temperaturabnahme zu verhindern.

Als mögliche Kühltechniken (hier in absteigender Invasivität) wird die Immersion in kaltes (8–17 °C) oder temperiertes Wasser (20–26 °C) beschrieben. Darüber hinaus kommen kommerzielle Eispackungen, temperierte Duschen (etwa 20 °C), kalte Handtücher (etwa 5 °C), Kühlwesten und -jacken, die Infusion kalter Flüssigkeit (etwa 4 °C), die Applikation eines kalten Luftstroms (Ventilator), die Reduktion der Raumtemperatur oder die Verdunstungskühlung in Betracht. Die Anzahl prospektiv randomisierter Studien zum Vergleich verschiedener Kühlungstechniken ist überschaubar, sie lässt keine evidenzbasierten Aussagen zur grundlegenden Effektivität oder Zuordnung der verschiedenen Techniken zur Anwendung bei spezifischen Patientengruppen zu. Während für die Anwendung der Eiswasserimmersion als „invasivster“ Kühltechnik die Gruppe jüngerer Menschen (militärisches Personal, Sportler, [Straßen-]Arbeiter) als Zielgruppe gesehen wird, bieten sich für ältere Patienten und vor allem für solche mit Vorerkrankungen die „schonenderen Verfahren“ (Extremitätenimmersion, Kühlpackungen, passive Kühlung) an. Zu beachten ist, dass Kühlverfahren ein besonderes Komplikationspotenzial (Herzrhythmusstörungen, z. B. ventrikuläre Tachykardie – Aspiration – neurologische Verschlechterung, z. B. Eintrübung, Übelkeit, Erbrechen – Hypotension, Krampfanfälle, Muskelspasmen) aufweisen abhängig vom Invasionsgrad der Kühlungsmethode sowie vom (Vor‑)Erkrankungsstadium des Patienten. Daher sollten Kühlungsmethoden, die über die passive Kühlung hinausgehen, unter der ständigen Überwachung von spezialisiertem Personal erfolgen mit entsprechendem Monitoring und rasch einsetzbarer technischer Unterstützung (Schrittmacherapplikation, Intubation und Beatmung, Einsatz vasoaktiver Substanzen). Bei milderen Fällen wird ein großlumiger venöser Zugang über die Peripherie ausreichend sein, während bei „klassischem“ Hitzschlag von manchen Autoren die Anlage eines zentralen Venenkatheters empfohlen wird [8]. Auch die Anlage eines Blasenkatheters kann – insbesondere bei Hitzschlag von Patienten mit vorbestehenden Nierenerkrankungen – besonders im Hinblick auf die frühzeitige Identifikation einer Rhabdomyolyse indiziert sein. Der Einsatz von Dantrolen [29] oder antipyretischen Substanzen (z. B. Metamizol) zur Hitzschlagbehandlung wird derzeit nicht empfohlen, da in kleinen Fallserien kein Vorteil gezeigt wurde und mit ausgeprägten Nebenwirkungen (v. a. Hypotension) zu rechnen ist.

Die fachgerechte Versorgung von Patienten mit Hitzschlag – einer potenziell lebensbedrohlichen Erkrankung – erfordert spezielles Wissen und praktische Expertise im Team, darüber hinaus sollte der Einsatz passiver oder aktiver Kühlungsverfahren Routine oder mindestens gut eingeübt sein. Die Einschätzung der Gefährdung des individuellen Patienten, die Auswahl des passenden Behandlungsverfahrens, der Einsatz adäquater Monitoringverfahren und die Bereitstellung aller organunterstützenden technischen Verfahren (bei Bedarf künstliche Beatmung, Kreislauftherapie, Nierenersatzverfahren) sind entscheidende Weichenstellungen für den Erfolg der Behandlung.

Systematische Untersuchungen zu Behandlung und zum Verlauf von Patienten mit Hitzschlag auf Intensivstationen sind rar, mehrere Publikationen liegen zur Datenauswertung während der Hitzewelle 2003 aus Frankreich vor. Mittels einer Umfrage auf mehreren französischen Intensivstationen wurden die Daten und Verläufe von 345 Patienten erfasst [27], die Krankenhausmortalität für diese Gruppe betrug 62,6 % (!). Als unabhängige Risikofaktoren für eine erhöhte Letalität wurden statistisch errechnet: Ereignis des Hitzschlags zuhause oder in einer Gesundheitsinstitution (im Gegensatz zu einem öffentlichen Ort), ein hoher Simplified Acute Physiology Score II, hohe Körperkerntemperatur, verlängerte Prothrombinzeit, vasoaktive Substanzen am ersten Tag und Behandlung auf einer Intensivstation ohne Klimaanlage (130-Tage-Letalität = 88 %) im Vergleich zur Ausstattung mit Klimaanlage (130-Tage-Letalität = 72 %, p = 0,006), obwohl bei allen diesen Patienten Methoden der Kühlung (Eispackungen, Kühlwesten) angewendet wurden. Einer künstlichen Beatmung wurden 95 % der Hitzschlagpatienten unterzogen und etliche erhielten weitere Organunterstützungsverfahren. In einer weiteren multizentrischen Beobachtungsstudie aus Frankreich während der Hitzewelle 2003 wurden von Hausfater et al. [30] 16 Notaufnahmen im Großraum Paris einbezogen und 1456 Patienten, die sich mit einer Körperkerntemperatur > 38,5 °C vorstellten, analysiert. Das mittlere Alter betrug 79 ± 19 Jahre. Obwohl bei 27 % der Patienten eine kritische Situation festgestellt wurde, fand eine Verlegung auf die Intensivstation nur bei 5 % statt. Kühlungsmaßnahmen wurden bei 64 % der Patienten durchgeführt (Eispackungen, feuchte Tücher, Zufuhr von kalter Luft, Luftbefeuchtung und Infusion kalter Lösungen). Die 1‑Jahres-Überlebensrate für alle Patienten betrug 57 %. Die unabhängigen Risikofaktoren für eine erhöhte Letalität entsprachen weitgehend den Ergebnissen von Misset et al. [27]. Die Autoren diskutieren selbstkritisch, dass sie zu diesem Zeitpunkt (2003) die potenzielle Lebensbedrohung durch Hitzschlag unterschätzt und in der Behandlung (strikte Kühlung, Verlegung auf die Intensivstation) nicht konsequent waren, da sie nicht mit einer so hohen 1‑Jahres-Letalität gerechnet hatten.

Offensichtlich kommt der konsequenten Nutzung von Klimaanlagen („heating, ventilation“ und „air conditioning“ [HVAC]) auf Intensivstationen, nicht nur für die Behandlung von hitzekranken Patienten, sondern auch aus hygienischen Gründen, eine besondere Bedeutung zu. Zahlreiche nationale und internationale Vereinigungen (in Deutschland: Verein Deutscher Ingenieure) fordern für jede Intensivstation das Betreiben von Klimaanlagen mit bestimmten Qualitätskriterien [31]; ob diese Forderung – zumindest in Deutschland – konsequent umgesetzt ist, konnte der Autor dieses Beitrages nicht in Erfahrung bringen. In Frankreich zumindest sind, bzw. waren im Jahre 2003, nur die Hälfte der untersuchten Intensivstationen mit Klimaanlagen ausgestattet.

In einer weiteren Studie wurden die Auswirkungen einer massiv erhöhten Temperatur im Krankenzimmer ohne Klimaanlage auf Mitarbeiter und Patienten untersucht [32]. Während einer Hitzewelle betrug die durchschnittliche Temperatur im Intensivbehandlungszimmer 32,1 °C mit einem Maximum von 38 °C und einem Minimum von 20 °C. Während der extremen Temperaturanstiege der Umgebungstemperatur im Behandlungszimmer stiegen die Körperkerntemperaturen aller Patienten – ohne eine Intervention durch das Team – auf 38,5 °C oder mehr an, es zeigte sich also eine unmittelbare und lineare Beeinflussung der Temperaturentwicklung der Patienten durch die steigende Umgebungstemperatur. Mittlerweile – und das völlig zu Recht und im Licht nicht nur der eben vorgestellten Studie – im Zeitalter des „fühlbaren“ Klimawandels mit vermehrten Hitzewellen werden Rufe auch nach einer konsequenten Ausstattung von Pflegestationen mit Klimaanlagen laut, aber die Realität scheint hiervon (noch) weit entfernt zu sein.

Es ist davon auszugehen, dass Patienten mit Hitzschlag in Zukunft häufiger ihren Weg über die Notaufnahmen auf die Intensivstationen finden werden und die Aufnahme dieses Krankheitsbilds in intensivmedizinische Aus- und Fortbildungen ist unabdingbar. Hier sollten auch die Fachgesellschaften die Initiative ergreifen. Nur die genaue Kenntnis der Pathophysiologie, des Managements, der Rahmenbedingungen und der bestmöglichen medizinischen Therapie im Ärzte- und Pflegeteam wird es ermöglichen, mit der großen Gefährdung dieser Patienten fachgerecht umzugehen und somit die Überlebensrate und Überlebensqualität zu verbessern [32]. Es fehlen leider sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene noch mittels Konsensuskonferenzen durch Experten erstellte Leitlinien, aber immerhin kann man sich mit einem sorgfältig erstellten und praxistauglichen Manual behelfen [23].