Oxygenation

Oxygenation#

Atemweg Ⓐ, Atmung Ⓑ und der Kreislauf Ⓒ bilden, sozusagen als ABC-Komplex, eine Einheit, auch wenn dies auf den ersten Blick nicht gleich ersichtlich ist. Gemeinsames Ziel von Respiration und Kreislauf ist schlussendlich die Oxygenierung aller Zellen im Körper.

Während das respiratorische System (Atemweg, Atmung) dafür sorgt, dass die Alveolen mit sauerstoffreichem Atemgas gefüllt werden, so übernimmt der Kreislauf die Transportfunktion von den Alveolen zu den Zellen. Die Alveolen, das Interstitium und die Kapillaren bilden eine Schnittstelle zwischen dem respiratorischen und dem Kreislaufsystem.

Im ersten Schritt der Oxygenierungskette muss Atemgas über den Mundrachenraum bis hin zur Glottisebene passieren. Dazu muss der Atemweg frei passierbar sein, es dürfen keine Verlegungen, Schwellungen oder Flüssigkeiten, die zu Aspiration führen können, kommen. Tritt nun das Atemgas durch die Glottisebene, befinden wir uns in den unteren Atemwegen in Richtung Ventilation der Alveolen. Unter Ventilation verstehen wir, dass das Atemgas in ausreichendem Maße in die Alveolen kommt bzw. auch wieder von dort abtransportiert wird. Hierzu ist vor allem die neuromuskuläre Arbeit, Koordination und Steuerung, im Sinne des “Betriebs der Atempumpe”, entscheidend.

Ist das frische Atemgas, uns interessiert in diesem Zusammenhang vor allem der Sauerstoff, in den Alveolen angelangt, befinden wir uns am Übergang zwischen dem respiratorischen und dem Kreislaufsystem. Der Sauerstoff tritt nun von der Alveole durch die Alveolarwand, das Interstitium, die Blutgefäßwand in die Lungenkapillaren ein und wird nun vom Kreislaufsystem übernommen und zu den Zellen transportiert.

Dieses Zusammenspiel zwischen dem respiratorischen System und dem Kreislaufsystem ist essentiell, um die Zellen mit Sauerstoff zu versorgen.

Sauerstoffangebot DO₂#

Das Sauerstoffangebot DO₂ an den Körper wird durch drei Komponenten bestimmt:

  1. Eine respiratorische Komponente(Atemweg Ⓐ, (Be-)Atmung Ⓑ), welche durch Ventilation und Diffusion zu einer Oxygenation des Blutes führt (Sauerstoffsättigung \(\color{blue}\rm{SaO}_2\)). Der physikalisch gelöste Sauerstoff (\(\color{gray}\rm{paO}_2 \times 0,0031)\) hat hinsichtlich des Sauerstofftransports keine relevante Rolle);

    Hinweis

    Der physikalisch gelöste Sauerstoff hat zwar hinsichtlich des Sauerstofftransports keine relevante Rolle, hat jedoch über die Sauerstoffbindungskurve ein Verhältnis mit mit der Sauerstoffbindung, und ist somit ein wichtiger diagnostischer Parameter!

  2. Der Sauerstoffträger, im Wesentlichen Hämoglobin, und der Hüfner’schen Zahl, welche einen Umrechnungsfaktor darstellt. Sie gibt an, wieviel Milliliter Sauerstoff als Absolutwert pro Gramm Hämoglobin gebunden und transportiert werden kann[1]: \(\color{purple}\rm{Hb} \times 1,34\)

  3. Der Kreislauf (Kreislauf Ⓒ), welcher durch den Cardiac Output \(\color{red}\rm{CO}\) bestimmt wird. Der Cardiac Output ergibt sich aus Schlagvolumen und Frequenz: \({\color{red}\rm{CO}}={\color{red}{\rm{SV}} \times f}\)

Die respiratorische Komponente und der Gehalt an Sauerstoffträgern (Hämoglobin) ergibt den Sauerstoffgehalt des Blutes \(\color{blue}\rm{CaO}_2\):

\[ {\color{blue}\rm{CaO}_2} = {\color{purple}\rm{Hb} \times 1,34 \color{black}\times \color{blue}\rm{SaO}_2} {\color{gray} \; \; ( + \: \rm{paO}_2 \times 0{,}0031)} \]

Der physikalisch gelöste Sauerstoff macht nur einen verschwinden geringen Anteil am Sauerstoffgehalt (< 2 %) aus und wird daher in der Praxis (und im Folgenden) vernachlässigt. Bringt man nun mittels des Kreislaufs (\({\color{red}\rm{CO}}\)) Bewegung in das “stehende” Blut, so erhält man das Sauerstoffangebot DO₂:

\[ \rm{DO}_2 = {\color{red}\rm{CO}} \times {\color{blue}\rm{CaO}_2} \]

Blickt man nun etwas genauer[2] …

(7)#\[ \begin{align}\begin{aligned}\rm{DO}_2 \approx {\color{red}\rm{CO}} \times {\color{purple}\rm{Hb} \times 1{,}34 \color{black}\times \color{blue}\rm{SaO}_2}\\\rm{DO}_2 \approx {\color{red}{\rm{SV}} \times f} \times {\color{purple}\rm{Hb} \times \color{purple} 1{,}34 \color{black}\times \color{blue}\rm{SaO}_2}\end{aligned}\end{align} \]

… so sieht man, dass das Sauerstoffangebot von folgenden Faktoren abhängig ist:

  • Cardiac Output

    • \(\color{red}\rm{SV}\): Stroke Volume (Schlagvolumen)

    • \(\color{red}f\): (mechanische) Herzfrequenz

  • Sauerstoffgehalt

    • \(\color{blue}\rm{Hb}\): Sauerstoffträger (Hämoglobin)

    • \(\color{blue}\rm{SaO}_2\): Sättigung des Sauerstoffträgers

    • \(\color{blue}1,34\): Hüfner’sche Zahl. Sie gibt an, wieviel Milliliter Sauerstoff als Absolutwert pro Gramm Hämoglobin gebunden und transportiert werden kann[1].

    • \({\color{gray}\rm{paO}_2 \times 0,0031}\): Physikalisch gelöster Sauerstoff: Sauerstoffpartialdruck und Löslichkeitskoeffizient (für paO₂ in mm Hg)

Die DO₂ beträgt normalerweise, normalisiert auf die Körperoberfläche, 500–600-750 ml / min / m², die kritische DO₂ liegt bei 300 ml/min/m².

Sauerstoffbedarf#

Die ausreichende Oxygenierung der Zellen ist immer ein Balaceakt: Einerseits spielt natürlich das Sauerstoffangebot eine wichtige Rolle. Andererseits ist jedoch auch der Sauerstoffbedarf ein wichtiger Faktor. Hier sind insbesonders Stresssituationen zu nennen, aber auch der Grundumsatz und durch die Ernährung induzierten Stoffwechselvorgänge.

Siehe auch

  • Sauerstoffausschöpfung V̇O₂

    (\({\dot{\rm V}\rm O}_2 \approx {\rm\color{red}CO} \times {\color{blue}{\rm Hb}\times 1{,}34 \times } ( {\color{teal}{\rm S{\color{purple}a}O_2} - {\rm S{\color{violet}mv}O_2}})\))

Die Optimierung des Bedarfs, z.B durch Anxiolyse, Analgesie und Sedierung stellt somit einen wesentlichen Part in der Optimerung der Oxygenation dar.

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Fig. 68 Oxygenation: Therapeutische Interventionsmöglichkeiten#

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