Beatmung

Inspiration = aktive Kontraktion insp. Atemmuskulatur (Zwerchfell, Mm. intercostales externus und ggf. Atemhilfsmuskulatur)
→ Vergrößerung Thorax-Volumen → Lunge ist über Pleura adhäsiv mit Thoraxwand verbunden und folgt Thoraxbewegung
→ Vergrößerung Lungen-Volumen → wegen Volumenvergrößerung Unterdruck in der Lunge
→ Lufteinstrom entlag des Druckgefälles von Umgebung und Lunge

Exspiration = Relaxation insp. Atemmuskulatur, ggf. Kontraktion exsp. Atemmuskulatur (Mm. intercostales internus, Bauchmuskulatur, Latissimus) + passive Rückstellkräfte der elastischen Fasern der Lunge
→ Verkleinerung Lungen- und Thorax-Volumen
→ alveolärer Überdruck → Luftausstrom

Inspiration: Erhöhtes Druckniveau → Lufteinstrom
→ steigende alveoläre (und intrathorakale) Drücke
→ Erreichen von Druck- oder Volumenbegrenzung → Beendigung der Inspiration

Exspiration: Vermindertes Druckniveau → Bereits vorhandener alveolärer Überdruck + passive Rückstellkräfte der Lunge → Luftausstrom (passiv)

durch Beatmungsgerät gemessene Drücke:

• PEEP (positiver endexspiratorischer Atemwegsdruck), Synonym „EPAP“: Der Minimaldruck, der vom Beatmungsgerät aufrecht erhalten wird und somit immer in der Lunge verbleibt. Verhindert exspiratorischen Kollaps von Alveolen, "schient" Atemwege; erhöht intrathorakalen Druck → verminderter venöser Rückstrom.
  • PEEPi (intrinsischer PEEP), Synonym „air trapping“: Falls Inspirationsvolumen > Exspirationsvolumen, bleibt Luft in den Alveolen zurück - typisch bei Pat. mit obstruktiven Lungenerkrankungen.
    Bei zunehmendem PEEPi droht akute Überblähung mit Schädigung der Lunge, z.B. Pneumothorax (insb. bei Lungenemphysem / COPD!)
    Manche Beatmungsgeräte können „gefangenes" Volumen messen (Vtrap).
    s. Grafik „unvollständige Exspiration“.
• VT (Tidalvolumen): Volumen eines Beatmungshubes
• I:E : Verhältnis Inspirationsdauer zu Exspirationsdauer
• P_mean: Mittlerer Atemwegsdruck (mittlerer Alveolardruck)
• P_insp: Inspirationsdruck
• P_plat: Plateau-Druck - entspricht am ehesten dem Inspirationsdruck in Alveolen
• PS (Druckunterstützung), Synonyme Psupp, IPAP, ASB: Durch Beatmungsgerät applizierter Unterstützungsdruck bei detektierter Spontanatmung Ppeak: (gemessener) Spitzendruck: Höchster (positiver) Druck in den Atemwegen, "öffnet" die Alveolen.
• P_max: Obere Druckbegrenzung des Beatmungsgeräts: Bei Erreichen üblicherweise Auslösung Alarm (z.B. "Atemwegsdruck hoch") und meist Abbruch des Beatmungshubes oder Fortführung auf etwas niedrigerem Druckniveau.

Grafik Beatmungskurven
grün: "normal"; gestrichelt/rot: unvollständige Exspiration

• „Schlechte Kurve“: Bei peripherer Vasokonstriktion (u.a. Hypotonie, Hypothermie) werden teils keine oder falsche (zu niedrige) Werte gemessen 
→ immer auf adäquate Kurve achten, ein einzelner numerischer Wert ist ohne Kurve nicht aussagekräftig
• Nagellack: Potentiell falsche Messwerte insb. bei schwarzem dunkelblauem Lack.
  Lösungsmöglichkeiten:
  1) Drehen des Pulsoxymeters um 90° → statt „von oben“ - seitlich durch den Finger messen.
  2) Nagellack entfernen (bspw. mithilfe von Desinfektionsmittel)
• CO, Methämoglobin: Die meisten Pulsoxymeter können mit O2 und CO beladenes Hb bzw. Methämoglobin nicht voneinander unterscheiden: Daher bei CO-Intoxikation und Methämoglobinämie falsch hohe spO2!
• In neueren Untersuchungen wird eine schlechtere Korrelation zwischen spO2 und SaO2 insb. bei Pat. mit dunkler Hautfarbe diskutiert, welche wegen falsch hoher spO2 zur Unterschätzung des Sauerstoffbedarfs führen kann!

• Sauerstoffpartialdruck (pO₂): In Blut gelöstes O₂ (nur 1-2% des im Blut befindlichen O₂), jedoch hochgradig relevanter Marker für Gesamtversorgung mit Sauerstoff, wegen des direkten Zusammenhangs von pO₂ und sO₂ (siehe Sauerstoffbindungskurve)
  • In BGA gemessen (Normalwert 65-100mmHg)

• Gesamtsauerstoffkonzentration (ctO₂): Gesamtmenge des an Hb gebundenen inkl. des im Blut gelösten Sauerstoffs. Relevante Parameter: pO₂, Hb, sO₂, MetHb, COHb
  • Von BGA-Gerät berechnet (Normalwert ♀︎ 7,1-8,9mmol/L; ♂︎ 8,4-9,9mmol/L)
  • In der (peripher)venösen BGA ist sO₂, pO₂ und ctO₂ nicht sinnvoll beurteilbar

• Sauerstoffbindungskurve (Oxyhämoglobindissoziationskurve): Zusammenhang von pO₂ und sO₂. CAVE: Sauerstoffbindungskurve flacht am „Ende“ ab: Relevanter pO₂-Abfall kann erst verspätet anhand der sO₂ erkannt werden!
  • Linksverschiebung (bei Alkalose (pH↑), Temperatur↓, CO₂↓) → O₂-Affinität von Hb↑ (leichtere Bindung von O₂ in der Lunge, erschwerte Abgabe an Gewebe)
  • Rechtsverschiebung (bei Azidose (pH↓), Temperatur↑, CO₂↑) → O₂-Affinität von Hb↓ (erschwerte Bindung von O₂ in der Lunge, erleichterte Abgabe an Gewebe)

Je nach System kann Patient:innen im Vergleich zur Umgebungsluft (21% O₂) ein erhöhtes Sauerstoffangebot (FiO₂) gemacht werden.

FiO₂ hängt stark von der Applikationsform von Sauerstoff ab (Mess- und Schätzwerte in Literatur unterschiedlich).

• Nasenbrille nur bei geringem Sauerstoffbedarf (bis max 5-6 l/min) sinnvoll
• Sauerstoffmasken machen erst ab 5-6 l/min Sinn, davor vermehrte CO₂-Rückatmung
  • In Notfallmedizin machen Sauerstoffmasken ohne Reservoir keinen Sinn
• Bei Patient:innen mit hohem Atemminutenvolumen sind die Flowraten auch bei Sauerstoffmasken (insb. jedoch bei Nasenbrillen) relativ gering. Deswegen kommen bei solchen Pat. niedrigere tatsächliche O₂-Konzentrationen in der Lunge an, als es bei dem theoretisch hohen FiO₂ anzunehmen wäre. 
Daher: Bei Hypoxie zumindest Sauerstoffmaske mit Reservoir und 15l/min (bzw. maximalem Flow), oder besser: NIV oder nasale Highflow-Therapie (HFNC - s. unten)

• Sauerstoffbedürftigkeit, Maske nicht toleriert
• Präoxygenierung, ggf. in Kombination mit gleichzeitiger Sauerstoffgabe via Maske
• Hochrisiko-Intubation, insb. wenn auch kurze Hypoxie-Phasen kritisch sein können - HFNC läuft während der laufenden Intubation weiter, ermöglicht "Apnoe-Oxygenierung"
• Ggf. exazerbierte COPD mit leichter respiratorischer Azidose (pH 7,25-7,35)
  • durch Verminderung des physiologischen Totraumvolumens kann eine CO₂-Elimination erreicht werden

Nachteile/Einschränkungen:

• Extra Gerät notwendig
• Technischer Aufwand / Materialverbrauch höher als bei „normaler“ Sauerstoffmaske
• Eingeschränkt mobil (Heizung meist nicht mit Akku betreibbar, zudem sehr hoher Sauerstoffverbrauch)

• Applikation von PEEP
  • „Schienung“ der Atemwege → Verhinderung von alveolärem Kollaps
  • Öffnen von Atelektasen → Optimierung des Ventilations/Perfusions-Verhältnisses
  • Erhöhung intrathorakalen Drucks → Verminderung des venösen Rückstroms (vorteilhaft bei akuter pulmonaler Stauung bzw. Lungenödem)
  • PEEP muss bei Beginn der NIV durch Patient:innen selbst aktiv überwunden werden, wird anfangs oft als unangenehm empfunden
• Applikation von Druckunterstützung (PS)
  • Entlastung der Atem(hilfs)muskulatur 
(vorteilhaft z.B. bei progredienter Erschöpfung bei COPD-Exazerbation oder Muskeldystrophie)
  • Erleichtert Atembemühung, z.B. für Patient:innenkomfort

NIV kann nach neuer Evidenz insbesondere bei Hypoxie ein deutlich verbesserte Präoxygenierung ermöglichen. Gleichzeitig kann bei Wirkeintritt der Narkosemedikation "sanft" und effektiv über die NIV-Maske zwischenbeatmet werden.

Beispielablauf:

• Präoxygenierung mit NIV
  • FiO₂ 100%, z.B. PEEP 5 cmH₂O, P_supp 5 cmH₂O
• Vorbereitung "Backupbeatmung"
  • Atemfrequenz knapp unter der Pat.-Eigenfrequenz während NIV
    • z.B. Pat.-Frequenz 25/min → Backup-Frequenz 20/min (je nach Hersteller/Gerät (z.B. "NIV-ST" bei Hamilton®))
  • P_insp ca. 10-15mmHg (anpassen an P_supp)
• Bei Wirkeintritt Medikation / rückläufige Atemfrequenz Beginn (oder automatischer Beginn) mit druckkontrollierter Beatmung
• Nun "reguläre" Intubation

Bei akuter Dyspnoe kann die Applikation einer dicht sitzenden Gesichtsmaske und ein anfangs oft als unangenehm empfundener Atem-Widerstand (PEEP) für Patient:innen herausfordernd sein. Daher: Vorab Patient:innen erklären, was passiert, z.B.:

„Wir werden Ihnen gleich mit einer Atemunterstützung helfen. Dazu muss eine spezielle Maske auf Ihr Gesicht - und die muss wirklich dicht sitzen. Die ersten Atemzüge können unangenehm werden, danach wird es aber rasch besser. Wir sind immer da, wir passen gut auf Sie auf und passen die Einstellungen ganz an Sie an.“

Eine Sedierung ist dann oft nicht nötig. Falls Patient:innen die Maske und/oder Beatmung aber trotz Betreuung nicht tolerieren, kann Morphin oder Benzodiazepine genutzt werden, z.B. Boli mit Morphin 2-3mg iv. oder Midazolam 1-2mg iv.. CAVE: Opiatinduzierte Übelkeit/Erbrechen oder Atemdepression bei (zu) tiefer Sedierung!

• PEEP (auch „EPAP“)
• Druckunterstützung (PS), (auch „ASB“, „P_supp“, „IPAP“)
• FiO₂
• Ggf. weitere Einstellungen:
  • „Trigger“: Notwendige Atemanstrengung durch Pat. um Beatmungshub (PS) auszulösen
  • „Rampe“: Geschwindigkeit des Druckanstieges bei Beatmungshub

Tipp: Meist wird der Unterstützungsdruck additiv zu PEEP angegeben / als "Delta" (bspw. bei PEEP 5 cmH₂O und PS 6 cmH₂O beträgt der Spitzendruck insgesamt (additiv) 11 cmH₂O. Manche Beatmungsgeräte nutzen aber absolute Zahlen: d.h. Differenz zwischen PS und PEEP ist der zusätzlich Unterstützungsdruck. Bei PEEP 5 cmH₂O und PS 6 mmH₂O wäre dann die Druckunterstützung nur 1 cmH₂O.

Als Überbrückung kann auch über einen gut platzierten supraglottischen Atemweg im Notfall beatmet werden.

Problematisch ist dies jedoch bei längerer Beatmung (Aspirationsrisiko), höheren Beatmungdrücken (inadäquate Beatmung, Aspiration, Mageninsufflation) und vor allem bei laufender Reanimation (Thoraxkompressionen), hier kann es zu insuffizienter Oxygenierung und Ventilation mit Hyperkapnie kommen.

Auswahl zentraler Einstellungen (Geräte- und Beatmungsform-abhängig)

• Allgemein:
  • FiO₂
  • maximale Druckbegrenzung
  • Rampe
• Druckkontrollierte Beatmung:
  • PEEP
  • Pinsp
  • AF
  • Inspirationszeit (oder I:E)
• Volumenkontrollierte Beatmung:
  • PEEP
  • VT
  • AF
  • Inspirationszeit (oder I:E)

• D islokation (Tubus)
• O bstruktion (Beatmungssystem Tubus)
• P atient:in (Kreislaufversagen/-stillstand; Pneumothorax; Pressen)
• E quipment (Beatmungsgerät - Defekt, Einstellungen; Beatmungsschlauch; Sauerstoff-Anschluss defekt etc.)
• S tomach (Magen z.B. wegen kürzlicher Maskenbeatmung überbläht?) → insb. bei Kindern relevant
• S edation ("Pressen" bei zu flacher Narkose / Reiz)

• H and: Patient:in manuell mit Beatmungsbeutel und FiO₂ 1,0 beatmen:
  • Hören (Atemgeräusche? Rassel-/Nebengeräusche? Cuffleak?)
  • Sehen (Thoraxexkursion? Tubuslage (Fixierung Zahnreihe)? Hinweis auf "Pressen"?)
  • Fühlen (Wie „fühlt“ sich die Beatmung an?)
• A bsaugen (problemloses Einführen des Absaugkatheters bestätigt auch die Durchgängigkeit des Tubus)
  • Ggf. Einlegen einer Magensonde (insb. bei möglicher Magen-Überblähung)
• N eueinstellung Beatmungsgeräte
  • Sind aktuelle Einstellungen sinnvoll? Wurden diese vielleicht akzidentiell verändert?
  • Air-Trapping (iPEEP) insb. bei Obstruktion (COPD/Asthma)?
• D iagnostik
  • Thoraxsonographie (Pneumothorax? B-Lines?)
  • (Arterielle) BGA
  • „Schock-Sonographie“ bei V.a. Kreislaufdepression
  • Evtl. Röntgen (CAVE: Hier oft Zeitverzögerung, je nach Verfügbarkeit!)
  • Evtl. Bronchoskopie
• (S) edierung
  • Bei V.a. "Pressen": Sedierungsbolus

FiO₂ verbessert insb. kurzfristig die Oxygenierung, für eine nachhaltig gute Oxygenierung ist PEEP jedoch wichtiger!

O₂ hat eine 10x kleinere Diffusionskapazität als CO₂ (12-20 ml/mmHg/min vs. 150-250 ml/mmHg/min), daher ist eine große Lungenoberfläche zur O₂ Aufnahme notwendig. Durch den PEEP werden Atelektasen geöffnet und offen gehalten - eine größere Gasaustauschfläche bei geringerem funktionellem Shunt ist die gewünschte Folge. Der optimale PEEP kann mit sog. „Best-PEEP“ Manövern bestimmt werden. In der Akutversorgung ist die Verwendung von Tabellen zur schnellen Abschätzung des korrekten PEEP anhand des benötigten FiO₂ aber einfacher (siehe PEEP Tabelle).

FiO₂ und PEEP sollten immer parallel betrachtet und anhand der PEEP Tabelle (s.unten) angepasst werden!

Ventilation: Steuerung über Atemminutenvolumen (AMV höher → mehr CO₂ Elimination)

Durch die hohe Diffusionskapazität von CO₂ reicht eine geringe Lungenoberfläche zur Elimination aus, allerdings muss über die Ventilation ein Abatmen und damit ein ausreichender Diffusionsgradient in der Lunge ermöglicht werden. Ein zu hohes Atemzugvolumen ist nicht lungenprotektiv, daher wird das Atemminutenvolumen insb. über die Atemfrequenz geregelt.

Bei hohen Atemfrequenzen muss darauf geachtet werden, dass das richtige Inspiration zu Expiration Verhältnis (I:E) gewählt wird. Wird die Inspiration verkürzt, werden höhere Inspirationsdrücke für ein gleichbleibendes VT benötigt. Ist die Exspiration zu kurz, kommt es zu „Airtrapping“ – es verbleibt bei jedem Atemzug Ausatemluft und die Lunge wird langsam überbläht (s. Beatmungskurven oben). In der Praxis muss daher insb. bei obstruktiven Atemwegs-Erkrankungen oft ein Mittelweg zwischen lungenprotektiver Beatmung und ausreichender Ventilation gewählt werden.

• Bilevel Sequence Intubation (BSI) (Pulmcrit 2024)
• Europäische Leitlinie ARDS (ESICM 2023)
• Leitlinie Nichtinvasive Beatmung bei akuter respiratorischer Insuffizienz (AWMF 2023)

• Gibbs, K. W. et al. Noninvasive Ventilation for Preoxygenation during Emergency Intubation. N. Engl. J. Med. 390, 2165–2177 (2024).
• Grasselli, G. et al. ESICM guidelines on acute respiratory distress syndrome: definition, phenotyping and respiratory support strategies. Intensiv. Care Med. 49, 727–759 (2023).
• DGPB. S2k-Leitlinie Nichtinvasive Beatmung als Therapie der akuten respiratorischen Insuffizienz. AWMF 7, 277–288 (2023).
• Oczenski, W. Atmen - Atemhilfen: Atemphysiologie und Beatmungstechnik. 11. Auflage (2023).
• Fleischmann, T. & Hohenstein, C. Klinische Notfallmedizin Band 2 Skills: Emergency Medicine nach dem EU-Curriculum. (2021).
• Bald, M. & Hocke, C. High-Flow-Sauerstofftherapie in der Notaufnahme – Schritt für Schritt. Notaufnahme up2date 2, 327–335 (2020).
• Fandler, M. & Gotthardt, P. SOP Nichtinvasive Beatmung im Notfall. Notfallmedizin up2date 14, 352–356 (2019).
• Fandler, M. & Gotthardt, P. SOP Akutes Beatmungsproblem. Notfallmedizin up2date 13, 234–236 (2018).
• Sacherer, F., Zoidl, P., Fandler, M. & Bößner-Weiss, T. SOP Prähospitale Notfallbeatmung. Notfallmedizin up2date 12, 123–125 (2017).
• Dormann, H. & Lödel, S. Nichtinvasive Beatmung in der Notaufnahme. Notf. Rettungsmedizin 20, 658–667 (2017).
• Dormann, H. & Wolf, M. Nicht invasive Beatmung (NIV) im Notarzteinsatz und in der Notaufnahme. Notarzt 31, 256–267 (2015).
• Kumle, B., Merz, S., Hauschel, M., Kläger, K. & Kumle, K. Umgang mit Notfallrespiratoren. Notfallmedizin up2date 10, 213–221 (2015).