Vor über 50 Jahren wurde über die Risiken einer hochkonzentrierten Sauerstofftherapie bei akuten Exazerbationen einer chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD) berichtet. Seitdem hat sich gezeigt, dass eine hochkonzentrierte Sauerstofftherapie sowohl bei stabiler COPD als auch bei Exazerbationen der COPD zu einem Anstieg des PaCO2 führen kann, und dass dieser Effekt bei einigen Patienten sowohl schnell als auch deutlich sein kann, mit einem Anstieg des PaCO2 von >20 mmHg innerhalb von 60 Minuten. Die klinische Bedeutung dieses Effekts geht aus einer kürzlich durchgeführten randomisierten kontrollierten Studie (RCT) hervor, in der nachgewiesen wurde, dass bei akuten Exazerbationen der COPD eine hochkonzentrierte Sauerstofftherapie vor dem Krankenhausaufenthalt die Sterblichkeit im Vergleich zu einer titrierten Therapie, bei der eine arterielle Sauerstoffsättigung zwischen 88 % und 92 % erreicht wird, deutlich erhöht. Bei Patienten mit bestätigter COPD, die eine Sauerstofftherapie gemäß dem Protokoll erhielten, war der PaCO2-Wert in der Gruppe mit hochkonzentrierter Sauerstofftherapie um 34 mmHg höher (Tabelle 1).

Die Hauptmechanismen, die für den Anstieg des PaCO2 bei hochkonzentrierter Sauerstofftherapie verantwortlich sind, sind eine Verringerung des Atemantriebs und eine Verschlechterung des Ventilations-Perfusions-Missverhältnisses aufgrund der Freisetzung einer hypoxischen pulmonalen Vasokonstriktion. Das Missverhältnis zwischen Ventilation und Perfusion ist auch bei anderen akuten Atemwegserkrankungen wie Asthma und Lungenentzündung eine vorherrschende Anomalie im Gasaustausch, wobei sich das Missverhältnis mit der Verabreichung von Sauerstoff noch verschlimmert. Daher wäre zu erwarten, dass eine hochkonzentrierte Sauerstofftherapie bei schwerem Asthma und Lungenentzündung zu einem Anstieg des PaCO2 führt, ähnlich wie bei der Verabreichung bei akuten Exazerbationen der COPD.

In jüngster Zeit hat eine Reihe von RCTs gezeigt, dass eine hochkonzentrierte Sauerstoffbehandlung bei Patienten mit schweren Exazerbationen von Asthma zu einem signifikanten Anstieg des PaCO2 oder der transkutanen Kohlendioxidspannung (PtCO2) führt. Die klinische Bedeutung dieses physiologischen Effekts wird durch die Beobachtung unterstrichen, dass 10 % der Patienten, die nach dem Zufallsprinzip eine hochkonzentrierte Sauerstofftherapie erhielten, einen Anstieg des PtCO2 von ≥10 mmHg und einen PtCO2 von ≥45 mmHg nach 60 Minuten Behandlung aufwiesen, während kein Patient, der eine titrierte Sauerstofftherapie zur Aufrechterhaltung der arteriellen Sauerstoffsättigung zwischen 93 und 95 % erhielt, diese Reaktion zeigte (Abbildung 1). In einer ähnlichen RCT wurde auch gezeigt, dass eine hochkonzentrierte Sauerstofftherapie bei Patienten mit ambulant erworbener Lungenentzündung den PtCO2-Wert im Vergleich zu einer titrierten Sauerstofftherapie erhöht, die sowohl Hypoxie als auch Hyperoxie vermeidet. Das drei- bzw. sechsfache relative Risiko eines PtCO2-Anstiegs von mindestens 4 mmHg bzw. mindestens 8 mmHg deutet darauf hin, dass dieser Effekt möglicherweise sowohl physiologisch als auch klinisch von Bedeutung ist (Tabelle 2).

Die transkutanen Kohlendioxidpartialdruckwerte (PtCO 2 ) zu Beginn und nach 60 Minuten hochkonzentriertem (offene Kreise) oder titriertem (gefüllte Kreise) Sauerstoff bei Patienten, die mit einer schweren Asthmaexazerbation in die Notaufnahme kamen. Reproduziert aus der Referenz.

Chronisches Atemversagen kann auch bei anderen chronischen Atemwegserkrankungen wie dem Adipositas-Hypoventilationssyndrom auftreten, Daher könnte man erwarten, dass eine hochkonzentrierte Sauerstofftherapie in diesem Zustand eine CO2-Retention verursachen könnte, ähnlich wie bei einer stabilen COPD. Dieser physiologische Effekt wurde kürzlich in einer randomisierten, placebokontrollierten Studie mit 100 % Sauerstoff und Raumluft bei Patienten mit Adipositas-Hypoventilationssyndrom und Hyperkapnie im Ausgangszustand nachgewiesen (Abbildung 2). Der Hauptmechanismus, der für die Verschlechterung der Hyperkapnie beim Atmen von 100 % Sauerstoff verantwortlich war, war eine Verringerung der Minutenventilation, die zu einer alveolären Hypoventilation führte. Auf die klinische Bedeutung dieses physiologischen Effekts deutet die Tatsache hin, dass die Studie bei einem von acht untersuchten Patienten wegen eines Anstiegs des PtCO2 ≥10 mmHg innerhalb von 20 Minuten nach Erhalt einer Therapie mit 100 % Sauerstoff abgebrochen werden musste.

Die Veränderung des PtCO 2 (mmHg) gegenüber dem Ausgangswert nach Einatmung von 100 % Sauerstoff oder Raumluft bei Probanden mit Adipositas-Hypoventilationssyndrom. Die vertikalen Linien sind der Mittelwert (zentrale horizontale Linie) ±1 SD für 20 Minuten PtCO2 minus Ausgangswert.

Es gibt also Belege dafür, dass das Potenzial einer hochkonzentrierten Sauerstofftherapie zur Erhöhung des PaCO2 nicht auf stabile und akute Exazerbationen der COPD beschränkt ist, sondern auch für andere akute Atemwegserkrankungen mit abnormalem Gasaustausch wie Asthma und Lungenentzündung sowie für chronische Atemwegserkrankungen mit Hyperkapnie wie das Adipositas-Hypoventilationssyndrom. Diese Erkenntnisse bilden die Grundlage für Konsensus-Leitlinien, in denen empfohlen wird, die Sauerstofftherapie bei COPD und anderen Atemwegserkrankungen zu titrieren, um sicherzustellen, dass der maximale Nutzen der Sauerstofftherapie erreicht und gleichzeitig das Schadenspotenzial aufgrund von Hyperoxie reduziert wird.