2. Ausgabe 1996

Wärme und Feuchtigkeitstauscher in der Atemluft als Alternative zu konventionellen Anfeuchtungssystemen. Empfehlungen für die Praxis

J. Rathgeber

Ziel der Atemgasklimatisierung bei intubierten Patienten ist die Erhaltung bzw. Wiederherstellung physiologischer Wärme- und Feuchtigkeitsverhältnisse in den Atemwegen. Ebenso wie die Beatmung mit trockenen Atemgasen schädigt auch die Destillation von Wasser durch  übersättigte Atemgase die mukoziliäre Clearancefunktion und steigert die Inzidenz pulmonaler Komplikationen. Von physiologischer Atemgasklimatisierung kann immer dann ausgegangen werden, wenn der pulmonale Wasserverlust 7 mg H₂O/L Atemluft nicht  überschreitet.

Aktive Systeme zur Atemgasklimatisierung, Heated Humidifier (HH), die der Inspirationsluft angewärmte Feuchtigkeit aus externen Reservoirs zusetzen, sind seit Jahren in der Intensivmedizin bewährt. HH bedürfen jedoch einer sorgfältigen und der Körpertemperatur des Patienten angepaßte Temperatureinstellung, um pulmonale Wasserverluste zu vermeiden. Bei normo- und hyperthermen Patienten kann mit den meisten HH selbst bei maximaler Einstellung der Inspirationsluft keine Feuchtigkeit im  Überschuß zugesetzt werden; dies ist nur bei hypothermen Patienten möglich. Aus thermodynamischer Sicht ist die Erhöhung der Atemgastemperatur  über 37°C wenig effektiv, da der energetische Gewinn im Rahmen der Gesamt-Energiebilanz vernachlässigbar ist. Gleichzeitig erhöht sich jedoch das Risiko von Hitzeschäden in der Trachea (hot pot tracheitis), zumal die Temperaturmessung und damit die Temperaturüberwachung in wasserdampfgesättigten Gasen mit hohen Flußgeschwindigkeiten ungenau und fehlerbehaftet sind. Die Wiedererwärmung hypothermer Patienten allein durch atemgasklimatisierende Maßnahmen ist somit nicht möglich. Ebensowenig können perioperative Wärmeverluste durch Befeuchtung und Erwärmung der Narkosegase wirkungsvoll reduziert werden. Der theoretisch mögliche pulmonale Wärmeeintrag ist vernachlässigbar klein gegenüber den Energieverlusten durch Abstrahlung von der Körperoberfläche sowie durch Verdunstung, z.B. durch Hautdesinfektion und Eröffnung von Körperhöhlen. Sie können - insbesondere bei großen und langdauernden operativen Eingriffen - zu Wärmeverlusten von mehreren Hundert kcal führen, die durch pulmonale Energiezufuhr allein nicht kompensiert werden können.

Aufgrund der Nachteile von HH - hohe Anschaffungs- und Betriebskosten, Möglichkeiten der Fehlbedienung, Gerätefehlfunktion, Risiken der Kontamination und Keimübertragung - werden alternativ zunehmend Wärme- und Feuchtigkeitstauscher (Heat and Moisture Exchanger, HME) verwendet, deren Prinzip dem der Nase  ähnlich ist: Tubusnah im Gasstrom positioniert, speichern sie Wärme und Feuchtigkeit aus der Exspirationsluft und geben sie der Inspirationsluft wieder zu. Qualitätskriterium für die Anfeuchtungs- und Anwärmungsleistung von HME ist demnach ihre reversible Wasserspeicherkapazität, die durch hygroskopische Materialien erheblich gesteigert werden kann. Zielparameter ist der exspiratorische (=pulmonale) Wasserverlust, der den physiologischen Verhältnissen bei Nasenatmung entsprechend 7 mgH₂O/L nicht  überschreiten sollte. Falls keine Verdünnungseffekte wie z.B. durch continuous-flow-CPAP oder flow-by vorliegen, kann der pulmonale Wasserverlust leicht in der Abluft des Intensivpflege-Respirators bestimmt werden. HME sind bereits nach wenigen Atemzügen im Feuchtigkeits- und Wärmegleichgewicht mit dem Patienten, unabhängig von dessen Körpertemperatur.

Bei bestimmungsgemäßem Einsatz erzeugen optimierte HME Druckabfälle von weniger als 2 mbar bei Gasflüssen von 60 L/min; sie sind damit nur geringfügig höher als die Druckabfälle, die durch moderne HH bewirkt werden.

Ebenso wie durch Atemgasfilter kann die Keimübertragung aus dem Schlauchsystem in den Patienten oder umgekehrt durch zusätzliche Filtermaterialien (HMEF) wirksam vermindert werden.

Anwendungshinweise

HME müssen immer im Atemstrom des Patienten angebracht werden, so daß sie bidirektional, also in- und exspiratorisch, durchströmt werden. Wegen der begrenzten Wasserspeicherkapazität nimmt die Leistungsfähigkeit mit steigendem Tidalvolumen ab. Hohe Gasflüsse vermindern die Kontaktzeit und können die Feuchtigkeitsaufnahme reduzieren. HME dürfen nicht gleichzeitig mit aktiven Befeuchtungssystemen oder Medikamentenverneblern betrieben werden: Abgesehen von der Verminderung der Funktionsfähigkeit durch Abspülen der aufgetragenen hygroskopischen Substanzen können insbesondere Medikamentenaerosole zu einer gefährlichen Erhöhung der in- und exspiratorischen Atemwegswiderstände führen. Vorsicht ist auch geboten bei Patienten mit erhöhter Sekretproduktion, Lungentrauma mit Blutung, Lungenödem oder dergleichen: Hierdurch kann es zu partieller Verlegung des HME mit zunehmender Erhöhung der Atemwegswiderstände kommen.

Das Innenvolumen von HME sollte möglichst gering sein, da es den effektiven Totraum erhöht. Kinder sollten daher nur mit speziellen HME mit kleinem Innenvolumen beatmet werden. Die Kombination von HME und sog. "Gänsegurgel" führt zur weiteren Zunahme des Totraums und muß daher - insbesondere bei Spontanatmung - kritisch gesehen werden. Ist sie dennoch als Zugentlastung erforderlich, so gehört der HME immer direkt auf den Tubus, die Gänsegurgel dahinter. Andernfalls wird die Befeuchtungsleistung des HME durch Kondensation von Wasser in der Gänsegurgel verringert.

HME mit CaCl₂-Beschichtung sind HME mit anderen hygroskopischen Beschichtungen - insbesondere mit LiCl - vorzuziehen. Lithium ist eine potentiell toxische Substanz, die durch unbeabsichtigtes Abspülen via bronchopulmonaler Resorption aufgenommen werden kann. Dadurch kann eine Gefährdung, besonders von Kindern und Säuglingen mit kleinem Verteilungsvolumen, nicht ausgeschlossen werden.

Bei Patienten mit sehr zähem Sekret, z.B. infolge der pulmonalen Grunderkrankung oder nach langdauernder Entwässerungstherapie, sind ggf. HH (Atemgastemperatur > 37°C!) vorzuziehen.

Schlußfolgerung

Leistungsfähige HME sind hinsichtlich der atemgasklimatisierenden Eigenschaften eine gute Alternative zu HH auch bei langzeitbeatmeten Patienten. Darüber hinaus werden pulmonale Wasser- und damit auch Energieverluste in Anästhesie und Intensivmedizin effektiv vermieden. Zahlreiche Untersuchungen der letzten Zeit haben jedoch gezeigt, daß nicht jeder als HME bezeichnete Tubusaufsatz auch tatsächlich zur effektiven Atemgasklimatisierung geeignet ist. Physiologische Atemgasklimatisierung, d.h. Begrenzung des pulmonalen Wasserverlusts auf weniger als 7 mgH₂O/L Atemluft, wird nur von wenigen HME erreicht. HME mit zusätzlichen Filtermedien (HMEF) sind eine effektive Alternative zur Verwendung von Atemgasfiltern (sog. Absolutfilter) während der Narkosebeatmung und in der Intensivmedizin, wobei auch hier erhebliche Qualitätsunterschiede zwischen den Produkten den unkritischen Einsatz verbieten.

Keywords
Intensivbehandlung, Beatmung, HME, Anwendung

Anschrift

Literatur
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