intensiv erklärt (1)

Auch in Deutschland werden mittlerweile viele Patienten wegen Covid-19 auf einer Intensivstation behandelt. Die Deutsche interdisziplinäre Vereinigung für Intensiv- und Notfallmedizin (DIVI) verzeichnet in ihrem Intensivregister mit dem Stand vom 13.04.2020 um 8:15Uhr 2447 intensivmedizinisch behandelte „Corona-Patienten“. Da nicht alle Kliniken in Deutschland an dieses Register melden, ist diese Zahl nicht absolut.
Doch was bedeutet das überhaupt? Warum müssen Covid-19-Patienten auf die Intensivstation? Was ist maschinelle Beatmung? Wie funktioniert ein Beatmungsgerät? Wie sieht die Behandlung eines Covid-19-Patienten auf einer Intensivstation aus? Warum liegen die Patienten alle auf dem Bauch? Wer arbeitet auf einer Intensivstation?
Diese und weitere Fragen wollen wir in unserer neuen Rubrik „intensiv erklärt“ für Laien verständlich beantworten.

Wir wollen mit der Frage nach den vielzitierten Beatmungsbetten beginnen: Was ist ein Beatmungsbett, wie funktioniert künstliche Beatmung überhaupt?
Deutschland verdoppelt seine Beatmungsbetten. Diese und ähnliche Sätze hört man in den letzten Tagen und Wochen regelmäßig. Doch worum handelt es sich bei so einem Beatmungsbett eigentlich?
Unter einem Beatmungsbett ist zuerst die Kapazität gemeint, einen Patienten auf der Intensivstation künstlich bzw. maschinell (diese Worte werden synonym gebraucht) zu beatmen. Eine Intensivstation mit zehn Beatmungsbetten hat die Kapazität, zehn Patienten künstlich zu beatmen. Anstatt Beatmungsbetten ist auch häufig von Beatmungsplätzen die Rede, beide Begriffe haben dieselbe Bedeutung. Wenn die Rede von einem Beatmungsbett ist, wird also nicht über ein Möbelstück gesprochen, sondern in erster Linie über die strukturellen Voraussetzungen für die intensivmedizinische Therapie eines auf künstliche Beatmung angewiesenen Patienten. Neben dem eigentlich Bett – jetzt ist das Möbelstück gemeint – gehört dazu noch ein Beatmungsgerät, weitere Medizintechnik zur Überwachung des Herzschlags, des Blutdrucks und weiterer Vitalparameter des Patienten, sowie Geräte zur Gabe von Flüssigkeit und Medikamenten direkt in ein Blutgefäß. Je nach Zustand des Patienten können noch viele weitere Geräte notwendig sein. All diese Geräte müssen bedient werden, der Patient überwacht, behandelt und gepflegt. Demzufolge gehört zu einem Beatmungsbett auch das entsprechende pflegerische, ärztliche und therapeutische Fachpersonal. Deshalb ist es auch schwierig schnell zusätzliche Beatmungsbetten – oder eben Beatmungskapazitäten – zu schaffen. Ein Bett ist schnell in einen Raum gestellt, notwendige Medizintechnik ebenfalls. In Zeiten von Fachkräftemangel im Gesundheitswesen im Allgemeinen und im Bereich der Intensivmedizin und Intensivpflege im Besonderen ist das qualifizierte Personal der limitierende Faktor für die Erweiterung der Beatmungskapazitäten.

Künstliche Beatmung

Den Zahlen des Intensivregisters der DIVI zufolge ist die Kapazität der Intensivstationen in Deutschland noch mehr als ausreichend. Von gut 11500 Betten in den meldenden Kliniken sind über 8300 frei. Die DIVI geht davon aus, dass ihr Register aktuell weniger als die Hälfte der Kapazitäten deutscher Intensivstationen abbildet. Dennoch sind knapp 2500 Covid-19-Patienten zur Zeit auf einer Intensivstation. Gut drei Viertel dieser Patienten müssen künstlich beatmet werden. Was ist eine künstliche oder maschinelle Beatmung und wie funktioniert so ein Beatmungsgerät?
Um zu verstehen, was Beatmung ist, muss man zunächst verstehen, was Atmung oder Atmen ist. Allgemein versteht man unter Atmen zunächst den Fluss der Luft durch Mund und Nase in die Lunge und wieder heraus. Das ist nicht verkehrt, stellt aber nur einen Teil der Atmung da. Atmung besteht aus drei Bereichen. Der erste ist der mechanische Bereich, den wir umgangssprachlich unter Atmen verstehen. Luft und in der Luft enthaltener Sauerstoff strömt über Mund und/oder Nase in den Rachen, durch die Luftröhre in die Bronchien, die sich immer weiter verzweigen, bis in die Lungenbläschen ganz am Ende. Lungenbläschen haben einen Durchmesser zwischen 50 und 250μm. Ein Mensch hat etwa 300 Millionen dieser Lungenbläschen. Wenn wir einatmen, nimmt die Atemluft den genannten Weg vom Mund bis in die Lungenbläschen, atmen wir aus, geht es genau andersherum. Wie gelangt aber nun Luft bis in die Lungenbläschen? Atmen ist zunächst ein nicht willkürlicher Akt. Wir können die Luft anhalten oder auch bewusst ein- und ausatmen, aber der Vorgang verläuft normalerweise ganz autonom. Wir müssen nicht darüber nachdenken, dass wir ein- oder ausatmen müssen, im Schlaf atmen wir ganz automatisch, wenn wir uns nicht darauf konzentrieren, atmen wir ganz automatisch. Das Gehirn steuert diesen Vorgang selbstständig. Selbst wenn wir wollen würden, wir können den Antrieb einzuatmen nicht unterdrücken. Mit viel Training geht dies einige Minuten, irgendwann atmen wir aber ganz von alleine wieder ein. Wie funktioniert das rein mechanisch, dass die Luft bis in die Lungenbläschen strömt? Wenn wir einatmen, ob bewusst oder unbewusst, produzieren wir im Brustkorb durch Anspannung des Zwerchfells (der große Muskel, der Brust- und Bauchraum voneinander trennt) und der Muskulatur zwischen den Rippen einen Unterdruck. Durch diesen Unterdruck strömt passiv Luft in die Lunge. Ist der Einatemvorgang abgeschlossen, entspannen wir die Muskulatur und die Luft strömt wieder heraus. Anstatt eines Unterdruckes können wir auch einen Überdruck im Brustkorb mithilfe dieser Muskulatur herstellen. Das ermöglicht uns dann, einen Luftballon aufzublasen oder die Kerzen auf unserer Geburtstagstorte kraftvoll auszupusten.

Sauerstoff muss aus der Luft ins Blut

Nun wissen wir, wie der mechanische Vorgang des Ein- und Ausatmens funktioniert, wie Atemluft in die Lungenbläschen gelangt und wieder heraus. Die Atemluft bzw. der in ihr enthaltende Sauerstoff hilft uns in den Lungenbläschen aber nicht weiter. Er muss ins Blut. Dafür sorgen die Lungenbläschen. Die Lungenbläschen sind von einem Netz ganz feiner Blutgefäße umspannt, so genannter Kapillare. In diesen Blutgefäßen befindet sich unser Blut, und in unserem Blut unter anderem rote Blutkörperchen. Diese roten Blutkörperchen sind unser Transportvehikel für den Sauerstoff. Wir haben auf der einen Seite also ein mit Sauerstoff gefülltes Lungenblächen, und nur durch eine dünne Wand getrennt auf der anderen Seite die roten Blutkörperchen, die bereit sind Sauerstoff aufzunehmen. Da die Natur immer darauf bedacht ist, möglichst einen Konzentrationsausgleich herzustellen (wir kennen das von unserem Gin Tonic: Wir kippen erst Gin ins Glas, dann Tonic und die Natur sorgt dafür, dass Gin und Tonic sich gleichmäßig im Glas verteilen), wandern die Sauerstoffmoleküle nun durch die dünne Wand und heften sich an die roten Blutkörperchen. Da wir in den Lungenbläschen wenig Kohlendioxid haben, im Blut aber viel, nimmt das Kohlendioxid den gleichen Weg, nur in die andere Richtung, es löst sich aus dem Blut und geht ins Lungenbläschen. Wer in der Schule in Physik aufgepasst hat, weiß, dass man diesen Vorgang „Diffusion“ nennt. Da verschiedene Gase (Sauerstoff und Kohlendioxid) ausgetauscht werden, sprechen wir von Gasaustausch. Dieser stellt den zweiten Bereich der Atmung dar. (Physikalisch korrekter wäre natürlich ein Vergleich mit Tee statt mit Gin Tonic, weil es beim Gin Tonic ja nur Osmose ist und der Teebeutel dann die dünne Wand zwischen Lungenbläschen und Blut darstellt, aber wer trinkt schon Tee, wenn er Gin Tonic haben kann.)

Unsere Zellen brauchen Sauerstoff zum Leben

Jetzt haben wir frischen Sauerstoff im Blut und sind das Kohlendioxid losgeworden, indem wir es ausatmen. Wirklich nützen tut uns der Sauerstoff im Blut allerdings auch noch nicht, er muss in die Zelle. Zum Beispiel in die Hirnzellen, damit wir nachdenken können, in die Herzzelle, damit das Herz schlagen kann und das Blut im Körper und somit überall Sauerstoff verteilt wird und auch in die Muskelzelle, damit wir bei dem guten Wetter um den See laufen können oder auf dem Balkon die Sonne genießend unser Bierglas anheben können (bei mir eher zweiteres).
Da dieser dritte Teil der Atmung für unser eigentliches Thema, nämlich Patienten mit Covid-19, nur indirekt etwas zu tun hat und auch recht kompliziert ist, gehe ich darauf nur kurz ein. Das Herz pumpt also nun das Blut aus der Lunge, welches dort Sauerstoff aufgenommen und Kohlendioxid abgegeben hat, durch den ganzen Körper und zu jeder einzelnen Zelle. Die Zelle nimmt den Sauerstoff auf, da sie diesen für ihre Arbeit benötigt. Bei dieser Arbeit produzuiert sie – quasi als Abfallprodukt – Kohlendioxid. Dieses gibt sie dann wieder ins Blut ab, wodurch es zur Lunge transportiert wird, wo es wieder ausgeatmet werden kann.

Luft rein und wieder raus? Mehr als das!

Atmen ist also nicht nur „Luft in die Lunge rein und wieder raus“. Atmen ist „Sauerstoff aus der Luft bis in die Zelle und Kohlendioxid aus der Zelle zurück in die Luft“, ein sehr komplexer Vorgang, der hier deutlich verkürzt dargestellt wurde. Dieses Verständnis ist allerdings wichtig, um zu verstehen, was nun künstliche Beatmung ist, und damit kommen wir direkt zu dieser Frage.

Wir wissen, Atmung besteht aus drei Bereichen. Dem mechanischen Teil des Luftstromes in die Lungenbläschen und wieder heraus, dem Gasaustausch in der Lunge zwischen Lungenbläschen und roten Blutkörperchen und dem Gasaustausch zwischen Blut(körperchen) und Zelle. Künstliche oder maschinelle Beatmung (wir werden im folgenden nur noch von Beatmung sprechen) muss also eingesetzt werden, wenn einer dieser Bereiche gestört ist oder nicht mehr funktioniert. Da der dritte Bereich mit Beatmung nur sehr indirekt zu kompensieren ist, gehen wir hier nicht darauf ein.

Nur Sauerstoff ist noch keine Beatmung

Zuallererst müssen wir auch noch differenzieren zwischen Beatmung und Sauerstoffinsufflation. Häufig werden diese beiden Maßnahmen verwechselt oder gleichgesetzt. Bei der Sauerstoffinsufflation atmet der Patient komplett selbstständig, ihm wird in der Einatemluft nur zusätzlicher Sauerstoff z.B. über einen dünnen Schlauch, der vor der Nase liegt, oder eine Maske, die vor Nase und Mund liegt, gegeben. In der Folge ist die Sauerstoffkonzentration in den Lungenbläschen höher und das Konzentrationsgefälle größer. Wenn wir an den Gin Tonic oder meinetwegen auch an den Tee denken: Mehr Gin im Glas bzw. zwei Teebeutel in der Tasse bedeutet mehr Gin im Tonic bzw. Tee im Wasser. Es geht also mehr Sauerstoff aus dem Lungenbläschen ins Blut. Bei Patienten mit einer Störung des Gasaustausches, die also nicht genug Sauerstoff aus dem Lungenbläschen ins Blut aufnehmen können, kann es reichen, ihnen einfach zusätzlichen Sauerstoff zuzuführen. Diese Maßnahme ist allerdings noch keine Beatmung.

Das Beatmungsgerät

Von einer Beatmung sprechen wir, wenn ein Beatmungsgerät eingesetzt wird. Das Beatmungsgerät kann mitunter auch ganz rudimentär sein: wenn wir auf der Kettwiger Straße in Essen einen Patienten wiederbeleben und eine Mund-zu-Mund-Beatmung durchführen, dann sind wir das „Beatmungsgerät“ und das verdeutlicht auch gut die Funktionsweise eines Beatmungsgerätes. Im Gegensatz zur normalen Atmung, die ja mittels Unterdruck funktioniert, arbeitet ein Beatmungsgerät – und da ist es egal, ob das ein Mensch der Mund-zu-Mund-Beatmung durchführt, ein Beatmungsbeutel oder ein hochkomplexes Beatmungsgerät von der Intensivstation ist – immer mit Überdruck. Ein Beatmungsgerät erzeugt einen Überdruck und „pumpt“ damit Luft in die Lunge des Patienten. Damit das möglich ist, muss ein Zugang zur Lunge des Patienten geschaffen werden. Bei der Mund-zu-Mund-Beatmung schaffen wir das dadurch, dass wir die Nase zuhalten und den Kopf überstrecken (wodurch sich die Luftröhre „öffnet“). Nun können wir die Luft durch den Mund und den Rachen in die Luftröhre und die Bronchien bis in die Lungenbläschen „pumpen“. Bei der Beatmung mit einem Beatmungsgerät gibt es mehrere Wege für einen Zugang. Dies kann gut über eine sehr dicht über Mund und Nase sitzende Maske erfolgen, durch Schläuche und spezielle Masken, die im Rachen direkt vor der Luftröhre liegen, oder – und so wird es auf der Intensivstation in der Regel gemacht – durch einen Schlauch, den man durch den Mund (seltener auch durch die Nase) in die Luftröhre einlegt. Man spricht von einer Intubation. Müssen Patienten sehr lange beatmet werden, dann kann man auch durch einen Hautschnitt am Hals diesen Schlauch direkt in die Luftröhre legen. Nun haben wir einen Zugang zur Lunge des Patienten – auf der Intensivstation in der Regel durch die dicht sitzende Mund-Nasen-Maske oder den Schlauch in der Luftröhre. An diese Maske bzw. den Schlauch wird nun das Beatmungsgerät angeschlossen, welches mit einer eingestellten Anzahl pro Minute eine definierte Menge Luft mit einem festgelegten Druck in die Lunge des Patienten „pumpt“. Dadurch entsteht ein Überdruck im Brustkorb. Hört das Gerät auf, Luft zu pumpen, strömt diese aus der Lunge wieder heraus. Der mechanische Vorgang der Atmung und Beatmung unterscheidet sich also grundlegend. Atmung erfolgt mittels Unterdruck und Beatmung mittels Überdruck. Um den Schlauch im Rachen bzw. der Luftröhre zu tolerieren – wir alle wissen, wie unangenehm es ist, wenn wir uns verschlucken und einen kleinen Brötchenkrümel in der Luftröhre haben – müssen die Patienten dazu häufig Schmerz- und Schlafmittel bekommen. Beatmung – und das beschreibt der Begriff „künstliche Beatmung“ sehr treffend – hat mit Atmung also nicht viel gemein, außer dass beide am Ende das Ziel haben, dass in der Lunge genug Sauerstoff ins Blut und Kohlendioxid aus dem Blut geht, damit die Zellen im Körper gut versorgt werden können.

Im nächsten Teil erklären wir, warum Patienten manchmal – wie jetzt z.B. bei Covid-19 – beatmet werden müssen und warum das eigentlich überhaupt nicht gut ist.
Gibt es weitere Fragen, die wir klären sollen oder gibt es Unklarheiten zu bereits thematisierten Dingen? Einfach als Kommentar unter diesen Artikel, wir versuchen dann Klarheit zu schaffen.

Unser Autor Simon Ilger ist Krankenpfleger und arbeitet seit vielen Jahren auf der Intensivstation.