Kann eine hyperbare Sauerstofftherapie eine Sauerstofftoxizität verursachen?

Autor: Liu Yaling Beijing Tiantan Krankenhaus, Capital Medical University

Gutachter: Du Juan, stellvertretender Chefarzt, China Rehabilitation Research Center

Kann eine hyperbare Sauerstofftherapie eine Sauerstofftoxizität verursachen? Dieses Thema bereitet vielen Klinikmitarbeitern, Patienten, die sich einer hyperbaren Sauerstofftherapie unterziehen, und deren Familien große Sorgen.

1. Was ist der hohe Druck bei hyperbarem Sauerstoff?

Der hohe Druck bei hyperbarem Sauerstoff ist relativ zum Normaldruck. Der Normaldruck beträgt 1 Standardatmosphärendruck. Im Allgemeinen wird der Luftdruck auf Meereshöhe unter Standardatmosphärenbedingungen bei 0 °C als 1 Standardatmosphärendruck bezeichnet, was 760 mmHg entspricht. Der Luftdruck ändert sich mit der Höhe. In großen Höhen ist der Luftdruck niedriger, beispielsweise in Tibet, wo die Höhe hoch ist und der Luftdruck niedrig ist. Unter dem Meeresspiegel ist der Luftdruck hoch. Die durchschnittliche Höhe von Peking beträgt mehr als 40 Meter. Wir gehen grob davon aus, dass in der Lebensumgebung ein Druck von 1 Atmosphäre herrscht, was wir gerade als Normaldruck bezeichnet haben, und dass ein höherer Druck zu Hochdruck wird. Natürlich hängt der Luftdruck auch mit Temperaturänderungen zusammen. Die Schnellkochtöpfe, die wir in unserem Alltag häufig verwenden, nutzen die durch erhöhte Temperaturen entstehende Hochdruckumgebung.

2. Sind hyperbarer Sauerstoff und hyperbare Sauerstofftherapie dasselbe?

Obwohl sich hyperbarer Sauerstoff und hyperbare Sauerstofftherapie nur im Wort „Behandlung“ unterscheiden, sind ihre Bedeutungen sehr unterschiedlich. Hyperbarer Sauerstoff ist ein relativ weit gefasster Begriff. Solange Sauerstoff in einer Umgebung mit mehr als 1 absoluter Atmosphäre (ATA) eingeatmet wird, kann man von hyperbarem Sauerstoff sprechen. Theoretisch liegt seine untere Druckgrenze bei 1ATA; die obere Druckgrenze kann unendlich sein. Allerdings stellt die hyperbare Sauerstofftherapie sehr strenge Anforderungen an den Umgebungsluftdruck und die Sauerstoffinhalationszeit. Bereits im Jahr 2003 empfahl die American Society of Undersea and Hyperbaric Medicine, die maximale Dosis an hyperbarem Sauerstoff in der klinischen Behandlung auf 3 ATA für 2 Stunden zu begrenzen (außer bei besonderen Erkrankungen). Darüber hinausgehende hyperbare Sauerstoffdosen können zu Sauerstofftoxizität führen.

3. Der Ablauf der hyperbaren Sauerstofftherapie

Die hyperbare Sauerstoffkammer ist eine riesige, luftdichte und hochdruckbeständige Metallkabine, in die kontinuierlich Normaldruckluft von außen geleitet wird. Da die Metallkabine druckfest ist, ist das darin enthaltene Gasvolumen relativ konstant; Wenn die Gasmenge in der Kabine weiter zunimmt, steigt der Gasdruck in der Kabine weiter an und es entsteht ein hoher Druck in der Kabine. Während der hyperbaren Sauerstofftherapie muss der Patient in der hyperbaren Sauerstoffkammer drei Phasen durchlaufen: Druckaufbau, druckstabilisierende Sauerstoffinhalation und Dekompression.

(Hyperbare Sauerstoffkammer, in der Patienten im Sitzen Sauerstoff atmen können)

Abbildung 1 Copyright Bild, keine Erlaubnis zum Nachdruck

Die Druckbeaufschlagungsphase bezeichnet den Vorgang, bei dem der Luftdruck in der Kabine allmählich vom Normaldruck auf den Zielhochdruck ansteigt, nachdem der Patient die Kabine betreten hat und die Tür der hyperbaren Sauerstoffkabine geschlossen wurde. Die Druckbeaufschlagungszeit beträgt im Allgemeinen 15 bis 30 Minuten. Während dieser Phase atmet der Patient Druckluft mit einem gleichmäßig steigenden Luftdruck in der Kabine.

Die Druckstabilisierungsphase bezeichnet den Vorgang, bei dem der Patient intermittierend oder kontinuierlich 100 % reinen Sauerstoff mit dem angestrebten hohen Druck einatmet. Dieser Vorgang dauert etwa 50 Minuten bis 1 Stunde.

Als Dekompressionsphase bezeichnet man den Vorgang der Reduzierung des Luftdrucks in der Kabine vom angestrebten Hochdruck auf Normaldruck, der in der Regel 15 bis 30 Minuten dauert. Während dieses Vorgangs atmet der Patient Druckluft, da der Luftdruck in der Kabine immer weiter abnimmt. Nach Abschluss der Dekompression wird die Kabinentür geöffnet und der Patient verlässt die Kabine. Der gesamte Prozess der hyperbaren Sauerstofftherapie ist abgeschlossen.

IV. Historische Vorfälle von Sauerstoffvergiftungen

Sauerstoffvergiftungen werden seit mehr als 140 Jahren untersucht. Im Jahr 1878 beschrieb der französische Physiologe Paul Bert erstmals die epileptischen Symptome von Krämpfen bei Feldlerchen bei einem Luftdruck von 15 bis 20 ATA, den sogenannten Paul-Bert-Effekt. Er glaubte, dass dies eine Manifestation einer durch eine Sauerstoffvergiftung verursachten Hirngewebeschädigung sei.

Bald darauf, im Jahr 1899, stellte J. Lorain Smith fest, dass Ratten, die vier Tage lang unter Normaldruck 73 % Sauerstoff inhalierten, eine tödliche Lungenentzündung entwickelten. Dies wurde als Smith-Effekt bezeichnet und ist eine Manifestation einer durch Sauerstoffvergiftung verursachten Lungenschädigung.

Später unterteilten Wissenschaftler die Sauerstoffvergiftung in zentrale, pulmonale, okuläre und hämolytische Typen, je nach der Stelle der durch die Sauerstoffvergiftung verursachten Organschädigung. Die entsprechenden Schädigungsorte sind Hirngewebe, Lunge, Augen und Blutsystem.

Aus der obigen Vorgeschichte lässt sich unschwer erkennen, dass eine Sauerstoffvergiftung sowohl in einer Umgebung mit hohem Druck als auch in einer Umgebung mit normalem Druck auftreten kann. Hirngewebeschäden durch Sauerstoffvergiftung treten häufiger in Umgebungen mit kurzfristigem Hochdruck auf (der Luftdruck ist mehr als dreimal so hoch wie der Normaldruck). Eine Sauerstoffvergiftung führt häufiger zu Schäden am Lungengewebe und an den Augen, wenn in einer Umgebung mit normalem Druck über längere Zeit hochkonzentrierter Sauerstoff eingeatmet wird.

5. Unter welchen Umständen kommt es zu einer Sauerstoffvergiftung?

Dies hängt mit dem Ungleichgewicht zwischen dem Oxidationssystem und dem Antioxidationssystem des menschlichen Körpers zusammen. Unter Normaldruck befinden sich das Oxidationssystem und das Antioxidationssystem des Körpers in einem dynamischen Gleichgewicht, um einen gesunden Zustand aufrechtzuerhalten. Vereinfacht ausgedrückt entstehen nach der Sauerstoffinhalation des menschlichen Körpers im Zuge des Sauerstoffstoffwechsels eine Reihe von Stoffen mit oxidierenden Eigenschaften, wie beispielsweise aktiver Sauerstoff, die wir als oxidatives System bezeichnen. Normale Konzentrationen reaktiver Sauerstoffspezies spielen eine wichtige Rolle bei der Zellsignalisierung und der Aufrechterhaltung menschlicher Funktionen. Steigt der Gehalt an reaktivem Sauerstoff jedoch ungewöhnlich stark an, führt dies zu schweren Schäden an der Zellstruktur. Natürlich verfügt der menschliche Körper auch über ein Antioxidationssystem, zu dem auch einige aktive Enzyme gehören. Beim Einatmen von Sauerstoff in einer hyperbaren Sauerstoffumgebung ist die erste physiologische Reaktion des menschlichen Körpers eine Zunahme oxidativer Substanzen wie reaktiver Sauerstoff, gefolgt von den aktiven Enzymen des Körpers mit antioxidativer Kapazität, die beginnen, eine Rolle zu spielen. Unter konventioneller hyperbarer Sauerstofftherapie können das Oxidationssystem und das Antioxidationssystem ein dynamisches Gleichgewicht erreichen; Wenn der Luftdruck zu hoch oder die Sauerstoffinhalationszeit zu lang ist, übersteigt die Menge des produzierten reaktiven Sauerstoffs die Fähigkeit des körpereigenen Antioxidantiensystems, ihn zu eliminieren. Dies führt zu einem Ungleichgewicht im Oxidationssystem und im Antioxidantiensystem und führt zu Schäden an Gewebe und Organen. Aus diesem Grund kommt es zu Sauerstofftoxizität.

6. Kann eine hyperbare Sauerstofftherapie eine Sauerstoffvergiftung verursachen?

Wissenschaftliche Untersuchungen zeigen, dass das Auftreten einer Sauerstoffvergiftung eng mit dem Umgebungsluftdruck, der Sauerstoffkonzentration und der Sauerstoffinhalationszeit des menschlichen Körpers zusammenhängt. Unabhängig davon, ob es sich um den Paul-Bert-Effekt aufgrund einer Hirngewebeschädigung infolge einer Sauerstoffvergiftung oder den Smith-Effekt aufgrund einer Lungenschädigung handelt, ist es unwahrscheinlich, dass der oben genannte Luftdruck, die Sauerstoffkonzentration und die Sauerstoffinhalationszeit bei der klinischen Behandlung von Patienten in verschiedenen Krankenhäusern in meinem Land reproduziert werden und dass es kaum zu einer Sauerstoffvergiftung kommt. Trotzdem vertreten Wissenschaftler und Experten für hyperbare Sauerstofftherapie immer noch eine strenge und vorsichtige Haltung gegenüber einer Sauerstoffvergiftung. Dies ist ein wichtiger Grund, warum die Dosis der hyperbaren Sauerstofftherapie streng auf 3ATA 2 Stunden begrenzt ist. Dieser begrenzte Bereich erreicht weder den Luftdruck, der um ein Vielfaches oder sogar Dutzende Male höher ist als der normale Druck, der für eine Sauerstoffvergiftung erforderlich ist, um Hirngewebeschäden zu verursachen, noch wird die hohe Sauerstoffkonzentration erreicht, die mehrere Tage lang über die Inhalationszeit anhält, um eine Sauerstoffvergiftung der Lunge und der Augen zu verursachen. Daher kommt es klinisch selten zu einer Sauerstoffvergiftung.

(Hyperbare Sauerstoffkammer, in der Patienten in liegender Position Sauerstoff atmen können)

Abbildung 2 Copyright Bild, keine Erlaubnis zum Nachdruck

Pläne für eine hyperbare Sauerstofftherapie im häuslichen Bereich umfassen im Allgemeinen 1,6–2,8 ATA für eine Stunde kontinuierliche oder intermittierende Sauerstoffinhalation. Der Zieldruck und die Dauer der Sauerstoffinhalation liegen unter den von der American Society of Undersea and Hyperbaric Medicine empfohlenen 3ATA für 2 Stunden, sodass die Wahrscheinlichkeit einer Sauerstoffvergiftung geringer ist. Aufgrund von Unstimmigkeiten bei den Plänen für die hyperbare Sauerstofftherapie, den Patienten und der Ausrüstung zur Sauerstoffinhalation schwankt die Häufigkeit einer hyperbaren Sauerstoffvergiftung zwischen eins zu zehntausend und neun zu zehntausend.

Obwohl die Häufigkeit einer Sauerstofftoxizität im Rahmen einer hyperbaren Sauerstofftherapie äußerst gering ist, müssen wir dennoch wachsam bleiben. Eine durch eine Sauerstoffvergiftung verursachte Schädigung des Hirngewebes kann sich in Form von Zittern der Gesichts- oder Gliedmaßenmuskulatur, Schwäche in Händen und Füßen sowie Krämpfen in den Gliedmaßen äußern. Lungenschäden durch eine Sauerstoffvergiftung äußern sich vor allem durch Symptome wie Brustschmerzen und Reizhusten. Natürlich sind die oben genannten Symptome nicht spezifisch und können auch andere Ursachen haben. Dazu ist ein Fachmann für hyperbare Sauerstofftherapie erforderlich, der sie anhand des Zustands des Patienten und des Behandlungsplans sorgfältig identifiziert.

Daher kommen wir zu der Schlussfolgerung, ob eine hyperbare Sauerstofftherapie zu einer Sauerstoffvergiftung führen kann: Erstens kann hyperbarer Sauerstoff unter Bedingungen mit übermäßig hohem Luftdruck und übermäßig langer Sauerstoffinhalationszeit eine Sauerstoffvergiftung verursachen. Zweitens kommt es bei der derzeit üblichen hyperbaren Sauerstofftherapie zu Hause im Allgemeinen nicht zu einer Sauerstoffvergiftung.