Hyperbare Physik & Medizin: StatPearls Leitlinie

Hintergrund

Die hyperbare Medizin und die hyperbare Sauerstofftherapie (HBOT) nutzen 100 % Sauerstoff unter einem Druck, der den atmosphärischen Umgebungsdruck übersteigt. Die Behandlung erfolgt in speziellen Druckkammern, die für einzelne oder mehrere Personen ausgelegt sind.

Die Tauchmedizin befasst sich ergänzend mit den Auswirkungen der Unterwasserumgebung auf den menschlichen Körper. Ein tiefgreifendes Verständnis der physikalischen Grundprinzipien ist laut der StatPearls-Leitlinie unerlässlich, um umgebungsbedingte Stressoren und Verletzungsmechanismen zu verstehen.

Empfehlungen

Die StatPearls-Leitlinie beschreibt die physikalischen Grundlagen, die für die hyperbare Sauerstofftherapie (HBOT) und die Tauchmedizin relevant sind.

Physikalische Grundlagen und Gasgesetze

Der absolute Druck (ATA) setzt sich aus dem atmosphärischen Druck und dem hydrostatischen Druck zusammen. Unter Wasser steigt der Druck pro 10 Meter Meerwasser um 1 Atmosphäre (atm) an.

Die Leitlinie hebt drei Gasgesetze als besonders relevant für die hyperbare Umgebung hervor:

Gasgesetz	Prinzip	Klinische Relevanz
Boyle-Mariotte-Gesetz	Volumen verhält sich umgekehrt proportional zum absoluten Druck.	Grundlage für Barotrauma und die Verkleinerung von Gasblasen durch HBOT.
Dalton-Gesetz	Gesamtdruck eines Gasgemisches entspricht der Summe der Partialdrücke.	Erklärt Sauerstofftoxizität und Inertgasnarkose bei erhöhtem Umgebungsdruck.
Henry-Gesetz	Die Menge eines in Flüssigkeit gelösten Gases ist direkt proportional zu seinem Partialdruck.	Erklärt die Stickstoffaufnahme (DCS-Risiko) und die erhöhte Sauerstofflösung im Plasma bei der HBOT.

Wirkmechanismen und Indikationen der HBOT

Die HBOT wird typischerweise mit 100 % Sauerstoff bei 2 bis 3 ATA durchgeführt. Die topische Anwendung von Sauerstoff oder das Atmen von 100 % Sauerstoff bei 1 ATA gilt laut Leitlinie nicht als HBOT.

Die Therapie basiert auf folgenden Hauptmechanismen:

• Verkleinerung von Gasblasen im Blut durch den erhöhten Umgebungsdruck.

• Erzeugung günstiger Diffusionsgradienten für den Gasaustausch in hypoxischen Geweben.

• Erhöhung der Sauerstofftransportkapazität des Blutes durch vermehrte physikalische Lösung im Plasma (bis zu 60 ml/l bei 3 ATA).

Es werden 14 spezifische Indikationen für die HBOT aufgeführt. Dazu gehören unter anderem die Dekompressionskrankheit (DCS), arterielle Gasembolien (AGE), Kohlenmonoxidvergiftungen, schwere Weichteilinfektionen und refraktäre Osteomyelitis.

Tauchmedizinische Erkrankungen

Barotraumen entstehen durch Druckveränderungen in nicht belüfteten, gashaltigen Körperhöhlen. Ein Barotrauma des Mittelohrs beim Abstieg ist die häufigste Komplikation.

Beim Aufstieg kann eine Ausdehnung von eingeschlossenem Gas in der Lunge zu Pneumothorax oder arterieller Gasembolie führen. Die Dekompressionskrankheit (DCS) wird durch die Bildung von Inertgasblasen (meist Stickstoff) bei zu schnellem Druckabfall verursacht.

Die Leitlinie betont, dass Blasen mechanische Schäden verursachen und inflammatorische Reaktionen auslösen können. Zudem wird auf spezifische Gastoxizitäten hingewiesen:

• Sauerstofftoxizität: Kann das zentrale Nervensystem (ZNS) oder die Lunge betreffen. Das ZNS-Risiko steigt unter Wasser ab einem Partialdruck von 1,6 ATA.

• Inertgasnarkose: Führt zu einer reversiblen Dämpfung der neuronalen Erregbarkeit, typischerweise ab einer Tiefe von 30 Metern.

• Kontaminierte Atemgase: Spuren von Kohlenmonoxid können in der Tiefe aufgrund des erhöhten Partialdrucks letal wirken.

Kontraindikationen

Die einzige absolute Kontraindikation für eine hyperbare Sauerstofftherapie ist ein unbehandelter Pneumothorax. Gemäß dem Boyle-Mariotte-Gesetz dehnt sich das Gas im Pleuraspalt bei der Druckabnahme am Ende der Behandlung aus, was zu einem lebensbedrohlichen Spannungspneumothorax führen kann.

Zudem wird vor der hohen Brand- und Explosionsgefahr in Druckkammern gewarnt. Es wird darauf hingewiesen, dass auf Make-up, Öle und Deodorants bei der Behandlung verzichtet werden muss und alle Zündquellen strikt zu vermeiden sind.

Praxis-Tipp

Ein unbehandelter Pneumothorax stellt die einzige absolute Kontraindikation für die hyperbare Sauerstofftherapie dar, da die Druckabnahme am Ende der Behandlung einen Spannungspneumothorax auslösen kann. Zudem wird in der Leitlinie betont, dass das Mittelohr-Barotrauma die häufigste Komplikation sowohl beim Tauchen als auch bei der klinischen HBOT ist, weshalb ein adäquater Druckausgleich essenziell ist.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einem Barotrauma und der Dekompressionskrankheit?

Ein Barotrauma entsteht durch direkte Druck- und Volumenänderungen in gashaltigen Körperhöhlen gemäß dem Boyle-Mariotte-Gesetz. Die Dekompressionskrankheit wird hingegen durch die Bildung von Inertgasblasen im Blut oder Gewebe bei zu schnellem Druckabfall verursacht.

Ab welchem Druck spricht man von einer hyperbaren Sauerstofftherapie (HBOT)?

Laut Leitlinie wird die HBOT typischerweise mit 100 % Sauerstoff bei einem Druck von 2 bis 3 absoluten Atmosphären (ATA) durchgeführt. Das Atmen von reinem Sauerstoff bei normalem Umgebungsdruck (1 ATA) gilt nicht als HBOT.

Wie wirkt die HBOT bei einer Kohlenmonoxidvergiftung?

Durch den hohen Umgebungsdruck wird gemäß dem Henry-Gesetz deutlich mehr Sauerstoff physikalisch im Blutplasma gelöst. Dies verbessert die Sauerstoffversorgung der Gewebe unabhängig von der durch Kohlenmonoxid blockierten Hämoglobin-Transportkapazität.

Welche Symptome weisen auf eine Sauerstofftoxizität des ZNS hin?

Die Leitlinie nennt Sehstörungen, Tinnitus, Übelkeit, Muskelzuckungen, Reizbarkeit, Schwindel und Krampfanfälle als mögliche Symptome. Das Risiko hierfür steigt bei einem Sauerstoff-Partialdruck von über 1,6 ATA unter Wasser.

Warum ist ein unbehandelter Pneumothorax eine absolute Kontraindikation für die HBOT?

Am Ende der hyperbaren Behandlung wird der Umgebungsdruck in der Kammer wieder gesenkt. Dadurch dehnt sich das eingeschlossene Gas im Pleuraspalt aus, was einen lebensbedrohlichen Spannungspneumothorax verursachen kann.