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 15.04.2020 um 8:15Uhr 2679 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.
Im ersten Teil haben wir erklärt, was ein Beatmungsbett ist und wie ein Beatmungsgerät funktioniert. Heute wollen wir erklären, warum manche Patienten überhaupt künstlich beatmet werden müssen und warum künstliche Beatmung eigentlich gefährlich ist.
Wir wissen ja bereits, dass Atmung und damit auch Beatmung aus drei Bereichen besteht. Luft und damit Sauerstoff muss in die Lungenbläschen, der Sauerstoff muss aus den Lungenbläschen ins Blut und dann aus dem Blut in die Zelle.
Tritt in einem dieser Bereiche eine Störung auf, kann es notwenig sein, dass Patienten künstlich beatmet werden müssen.
Ich kann nicht mehr – jeder kennt das
Wir kennen das: Wir wollen einen Marathon laufen, aber nach zwölf, ähm zwei Kilometern machen die Beine nicht mehr mit. Die Muskulatur in den Beinen genauer gesagt. Wir können nicht mehr laufen, obwohl wir vielleicht wollen. So kann es unserer Atemmuskulartur auch gehen. Unsere Atemmuskulatur besteht in erster Linie aus dem Zwerchfell und der Zwischenrippenmuskulatur. Diese Muskeln sind eigentlich dafür gedacht, immer ohne Pause zu arbeiten (das unterscheidet sie von unserer Bein- oder Armmuskulatur) und das normale Ein- und Ausatmen fordert unsere Atemmuskulatur noch nicht so dermaßen, dass sie erschöpft ist. So wie manche Beine nach zwölf oder auch zwei Kilometern. Nun kann es aber vorkommen, dass das Ein- und Ausatmen anstrengender wird. Zum Beispiel, weil die Bronchien verengt sind oder weil wir ganz schnell atmen. Sind die Bronchien eng, erhöht sich der Flusswiderstand der Luft – wir kennen das von einem Strohhalm. Durch diesen zu atmen kosten viel Kraft. Das Gute ist: Wenn wir durch einen Strohhalm atmen und uns das zu schwer wird, dann legen wir den Strohhalm beiseite und das Problem – also der erhöhte Atmewegswiderstand – ist gelöst. Ist das Atmen allerdings schwer, weil der Strohhalm quasi in den Bronchien ist, wird es mit dem Beiseitelegen schwierig. Infolgedessen kann es durchaus sein, dass unsere Atemmuskulatur erschöpft und wir nicht mehr genug Luft in die Lungenbläschen und damit Sauerstoff ins Blut und im Endeffekt in die Zelle bekommen.
Drei verschiedene Ursachen
Dafür, dass nicht genug Sauerstoff im Blut ankommt, gibt es drei verschiedene Ursachen.
Die erste ist, wie bereits beschrieben: Es kommt nicht genug Luft in die Lungenbläschen. Da kann der Strohhalm dran Schuld sein, aber zum Beispiel auch viel Sekret in den Bronchien oder in den Lungenbläschen. Dann ist der Weg in die Lungenbläschen einfach blockiert. Jeder, der Mal eine richtig fiese Erkältung hatte oder vielleicht sogar eine Lungenentzündung, weiß, wenn man da mal kräftig hustet, dann kommt da echt fieses, zähes, gelbes Zeug raus. Und das kann so eine kleine Verzweigung der Bronchien durchaus mal verlegen. (Aus diesem Grund ist es auch wichtig, immer gut und kräftig zu husten und bei Erkältungen oder schlimmerem keine so genannten Hustenstiller zu nehmen.) Manche Patienten atmen auch nicht ausreichend tief ein und aus, weil sie eine Störung in der Kontrollzentrale der Atmung, also im Gehirn, haben. Bei einem Schlag gegen den Kopf zum Beispiel kann die Regulation des Atemantriebs gestört sein oder auch durch verschiedene Medikamente.
Achte Klasse Physik – Diffusion
Die zweite Ursache liegt in den Lungenbläschen. Auch wenn genug Luft und damit Sauerstoff in den Lungenbläschen ankommt, heißt es nicht, dass der Sauerstoff auch ins Blut gelangt. Im Normalfall ist die Strecke zwischen Lungenbläschen und Blutgefäß und damit rotem Blutkörperchen ganz gering, Sauerstoff und Kohlendioxid können leicht von der einen auf die andere Seite. Wird der Weg nun länger, ist der Austausch deutlich schwieriger und es bedarf eines deutlich größeren Konzentrationsgefälles. Wenn wir uns in den Finger schneiden und das Messer nicht sauber war, dann entzündet sich die Wunde. Wie sieht so ein Finger dann aus? Er ist rot und geschwollen, weil er erstens gut durchblutet wird und zweitens zusätzliches Wasser im Gewebe ist. Haben wir eine Entzündung in der Lunge, verhält es sich da genau so: Wir haben mehr Wasser im Lungengewebe und dadurch wird der Weg von Lungenbläschen zu roten Blutkörperchen länger. Der Gasaustausch kann nicht ungehindert stattfinden. Wir haben also genug Sauerstoff in den Lungenbläschen, aber nicht im Blut und damit nicht in der Zelle.
Blutgerinnsel – immer schlecht
Der dritte Ursache betrifft das Blutgefäß und hat im Rahmen von Covid-19 keine Relevanz, sie sei der Vollständigkeit halber aber kurz erwähnt. Kann das rote Blutkörperchen nicht bis zum Lungenbläschen gelangen, weil das Blutgefäß durch ein Blutgerinnsel verstopft ist, dann kann es keinen Sauerstoff aus diesem aufnehmen, obwohl genug Sauerstoff im Lungenbläschen ist und auch der Weg zwischen Lungenbläschen und Blutgefäß nicht verlängert ist.
Drei Ursachen – ein Problem
Alle drei Uraschen führen zum gleich Problem: die Zellen werden nicht ausreichend mit Sauerstoff versorgt und das Blut wird das Kohlendioxid nicht los. Unterschreitet diese Unterversorgung gewisse Werte oder sammelt sich zu viel Kohlendioxid im Blut, dann muss der Patient künstlich beatmet werden. Das Beatmungsgerät kann manche Mechanismen kompensieren bzw. die Bedingungen verbessern, aber das schauen wir uns im Detail an.
Sauerstoff muss in die Lungenbläschen
Ist der Patient vom Ein- und Ausatmen zu erschöpft, dann kann das Beatmungsgerät Abhilfe schaffen. Es übernimmt ja quasi die Tätigkeit der Atemmuskular, auch wenn wir im ersten Teil gelernt haben, dass Atmung und Beatmung genau gegenteilig, einerseits mittels Unterdruck, andererseits mittels Überdruck funktionieren. Hat der Patient nicht mehr genug Kraft, ausreichend Unterdruck in seinem Brustkorb zu generieren, können wir mittels des Beatmungsgerätes die Luft in seine Lunge „pumpen“.
Moderne Intensivbeatmungsgeräte haben auch die Funktion den Patienten bei seiner Einatmung zu unterstützen. Das Gerät registriert, dass der Patient einatmen möchte und unterstützt dann den Atemzug, indem es Luft hinterherpumpt. So wird die Atemmuskulatur des Patienten entlastet, aber der Patient atmet quasi noch immer selbstständig. Man kann das mit einem E-Bike vergleichen: Der Radfahrer trampelt mit wenig Kraft und der Motor unterstützt. Mit modernen Beatmungsgeräten entstehen fließende Übergänge zwischen unterstützter eigener Atmung des Patienten und komplett durch das Beatmungsgerät gesteuerter Atmung.
Und dann weiter ins Blut
Dass ein Beatmungsgerät bei Störungen im mechanischen Teil der Atmung – also Luft strömt in die Lungenbläschen und wieder heraus – helfen kann, erscheint logisch. Aber auch bei Störungen der Diffusion ins Blut, dem so genannten Gasaustausch, können wir dem Patienten helfen. Wir wissen, ist die Strecke zwischen Lungenbläschen und rotem Blutkörperchen zu lang, funktioniert die Diffusion nicht gut. Verbessern könnten wir dies durch ein höheres Konzentrationsgefälle, also mehr Sauerstoff im Lungenbläschen. In der normalen Umgebgungsluft sind 21% Sauerstoff enthalten, am Beatmungsgerät können wir den Anteil des Sauerstoffs in der Atemluft aber regulieren, bis auf 100%, also reinen Sauerstoff. Wir können den Sauerstoffanteil im Lungenbläschen also erhöhen, dadurch erhöhen wir das Konzentrationsgefälle zwischen Lungenbläschen und Blut und fördern die Diffusion.
Eine zweite Möglichkeit ist die Diffusionsfläche, also die Kontaktfläche zwischen Lungenbläschen und Blutgefäß, zu erhöhen. Indem wir den Druck, mit dem das Beatmungsgerät Luft in der Lunge hält, erhöhen, können wir die Lungenblächsen quasi „aufpusten“. Die Fläche der Lungenbläschen wird größer. Ein weiterer Effekt ist, dass sich dadurch das Wasser im Lungengewebe, welches die Strecke für die Diffusion ja verlängert, etwas verdrängen lässt.
Atmung ist aber ja nicht nur die Versorgung mit Sauerstoff, sondern auch die „Entsorgung“ des Kohlendioxids. Auch da können wir mit einem Beatmungsgerät unterstützen. Wir können mittels des Beatmungsgerätes bestimmen, wie schnell und wie tief der Patient atmen soll. Lassen wir den Patienten schneller oder tiefer atmen, hat er mehr Möglichkeit, das Kohlendioxid loszuwerden. Zur Veranschaulichung gehen wir nochmal zurück auf die Marathonstrecke: Bei sportlicher Aktivität müssen unsere Muskelzellen mehr Arbeit leisten, dadurch produzieren sie mehr Kohlendioxid. Strengen wir uns also an, atmen wir automaisch schneller und tiefer, um das mehr produzierte Kohlendioxid auszuatmen. Diesen Effekt, also dass schnellere Atmung für mehr „Kohlendioxidentsorgung“ sorgt, machen wir uns zunutze.
Was war mit dem Blutgerinnsel?
Wir hatten ja noch das dritte Problem, auch wenn das für Covid-19 nicht relevant ist: Blut kann wegen eines Blutgerinnsels nicht bis zum Lungenbläschen gelangen, um dort Sauerstoff aufzunehmen. Da hilft uns ein Beatmungsgerät auch nur indirekt weiter. Das Blutgerinnsel bekommen wir mit dem Beatmungsgerät nicht weg, wir können aber in den Bereichen der Lunge, in denen die Durchblutung problemlos funktioniert, durch mehr Sauerstoff im Lungenbläschen dafür sorgen, dass dort mehr Sauerstoff aufgenommen wird.
Was für ein Problem haben nun die Covid-19-Patienten?
Das SARS-CoV-2-Virus kann eine Lungenentzündung auslösen und wir wissen ja bereits, wo eine Entzündung ist, da ist Wasser. Die Patienten mit einer durch Covid-19 ausgelösten Lungenentzündung haben also viel zu viel Wasser im Lungengewebe, dadurch ist – wie beschrieben – der Gasaustausch erheblich gestört. Der Körper versucht dies zunächst durch schnellere Atmung zu kompensieren, wodurch irgendwann die Atemmuskular erschöpft. Covid-19-Patienten haben also mehrere Probleme: Sie bekommen zu wenig Luft in die Lungenbläschen und der Sauerstoff aus den Lungenbläschen kann nicht gut ins Blut bzw. das Kohlendioxid nicht gut aus diesem heraus. Durch die Lungenentzündung und auch den Sauerstoffmangel in den Zellen kommt es zusätzlich zu einer Immunreaktion im Körper, wodurch sich noch mehr Wasser in der Lunge und auch im ganzen Körper ansammelt. Es entsteht quasi überall eine Entzündungsreaktion, die Lungenentzündung hat Auswirkungen auf das Gehirn, das Herz, die Blutgefäße, die Nieren, die Leber und auf eigentlich alle Organe. Man spricht von einem so genannten Lungenversagen und einer systemischen Entzündungsreaktion. Das Lungenversagen lässt sich in mehrere Schweregrade einteilen. Je schwerer die Störung der Lungenfunktion, desto schlechter ist die Prognose des Patienten.
Was können wir dagegen tun?
Das erste Ziel ist dafür zu sorgen, dass die Zellen genug Sauerstoff bekommen und das Blut das Kohlendioxid loswerden kann. Dies gestaltet sich mitunter sehr schwierig, die Funktion der Lunge der Patienten ist massiv gestört, selbst mit modernen Beatmungsgeräten lässt sich dieses nicht immer ausreichend kompensieren. Dazu kommen die durch die Entzündungsreaktion entstandenen Probleme der anderen lebenswichtigen Organe wie Gehirn, Herz, Nieren und Leber. Neben dem Lungenversagen können weitere Organsysteme ausfallen bzw. bedürfen maschineller bzw. medikamentöser Unterstützung.
Und ist künstliche Beatmung nun gut oder schlecht?
Prinzipiell möchten wir einen Beatmung vermeiden. Manchmal ist sie allerdings notwendig und unvermeidbar. Jedoch gehen mit einer Beatmung immer Risiken einher und man schadet dem Patienten. Wir wissen, Atmung und Beatmung haben wenig gemeinsam, bei der Atmung erzeugt Muskulatur einen Unterdruck, bei der Beatmung ein Gerät einen Überdruck, einerseits strömt Luft passiv in die Lunge, andererseits aktiv.
Bei Menschen, die eine längere Zeit beatmet sind, die also ihre Atemmuskulatur nicht oder nur sehr wenig einsetzen, verkümmert diese Muskulatur sehr schnell. Das kennen wir auch wieder vom Marathonlauf. Wenn wir regelmäßig trainieren sind wir fit, lassen wir das Trainingsprogramm schleifen, wirft uns das schnell weit zurück. Bei der Atemmuskulatur reichen bereits wenige Tage, um eine messbare Störung dieser zu verursachen. Genauso, wie wir nicht von heute auf morgen einen Marathon laufen können, benötigen diese Patienten sehr lange, um wieder komplett ohne Unterstützung atmen zu können.
Neben den Problemen der Atemmuskulatur birgt eine Beatmung noch weitere Gefahren. Es ist quasi unvermeidbar, dass durch den Beatmungsschlauch, der ja bis in der Luftröhre liegt, Bakterien in die Lunge gelangen. Diese Bakterien können dann wiederum eine Lungenentzündung auslösen. Besonders gefährlich ist das z.B. bei Covid-19-Patienten. Diese haben bereits eine Lungenentzündung durch ein Virus. Kommt nun noch eine bakterielle Infektion der Lunge dazu, wird es sehr kritisch.
Weiter problematisch ist zudem, dass die Druckverhältnisse im Brustkorb während einer Beatmung vollkommen andere sind als bei normaler Atmung. Es herrscht ein Überdruck im Brustkorb, Luft wird mit einem bestimmten Druck in die Lunge „gepumpt“. Dieser mechanische Vorgang kann – wenn der Druck, mit dem die Luft in die Lunge gepumpt wird, zu groß ist – zu Verletzungen des Lungengewebes führen. Diese Verletzungen können einerseits dafür sorgen, dass die Lunge quasi „undicht“ wird, sie hat dann ein Loch und die Atemluft kann in den Brustkorb strömen, was zu lebensbedrohlichen Komplikationen führen kann. Andererseits werden durch diese Verletzung des Lungengewebes weitere Entzündungsreaktionen in der Lunge ausgelöst, dadurch sammelt sich zusätzliches Wasser im Lungengewebe an, in dessen Folge der Gasaustausch noch mehr gestört wird.
Der Überdruck im Brustkorb hat nicht nur Auswirkungen auf die Lunge, sondern auch auf alle anderen Organe, die im Brustkorb liegen, unter anderem auch auf die großen Blutgefäße sowie das Herz. Ein hoher Druck bei der Beatmung beeinträchtigt also auch das Herz in seiner Arbeit.
Beatmung ist also eine mitunter gefährliche Maßnahme, die jedoch in vielen Situationen lebensrettend ist.
Versöhnliches zum Ende
Die meisten Covid-19-Patienten durchlaufen einen milden Verlauf und nicht alle, die auf einer Intensivstation behandelt werden müssen, bedürfen Beatmung bzw. erleiden ein schweres Lungenversagen. Aktuell sind die Kapazitäten auf den Intensivstationen in Deutschland noch so gut, dass jedem Patienten mit schwerem Lungenversagen die bestmögliche Therapie zukommen kann, was seine Überlebenschancen erheblich steigert.
Im nächsten Teil erklären wir nochmal genauer, wie ein schweres Lungenversagen entsteht und warum gerade Covid-19-Patienten deshalb häufig auf dem Bauch liegen, wenn sie auf der Intensivstation sind.
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.
Spannend zu lesen.
Eine Frage hätte ich:
Ich las irgendwo über die Funktionsweise einer sog. eisernen Lunge, in der der Patient ab dem Hals liegt, dass diese mit Unterdruck arbeitet: Indem um den Patienten herum Unterdruck hegestellt wird, muss sich der Brustkorb weiten, und es strömt auf dem normalen Weg Luft in die Lunge, und vice versa.
Dieses Verfahren scheint doch einen Teil der geschilderten Problem der künstlichen Beatmung zu lösen. Warum ist man davon abgekommen? Hilft es vielleicht nur beim Weg des Sauerstoffs von außen in die Lunge, aber nicht mehr beim Übergang ins Blut?
So ist es, es kompensiert den mechanischen Teil der Atmung. Mitunter ist es aber erforderlichen einen gewissen Druck in der Lunge aufrecht zu erhalten, das geht mit einer "Eisernen Lunge" nicht. Vollkommen korrekt ist, dass die "Eiserne Lunge" quasi die normale Atmung imitiert.
In den seltensten Fällen ist aber nur der mechanische Teil der Atmung kompromittiert.
Ein weiterer großer Nachteil ist, dass der Patient ja quasi nicht zugänglich ist, pflegerische und therapeutische Maßnahmen sind nur bedingt durchführbar, der Patient kann nicht mobilisiert werden.
Vielen Dank für die gut verständliche Aufklärung aus Sicht eines Praktikers.
Aber wie steht es nun wirklich um das benötigte erfahrene Fachpersonal für die optimale Betreuung von intubierten Patienten.
Gibt es die überhaupt in hinreichender Anzahl? Und stellt diese neue Erkrankung nicht auch nochmal eine völlig neue Herausforderung dar? Gibt es aus Deutschland schon Daten darüber, wie hoch der Anteil der Covid-19 Patienten, die von der Intubierung profitiert haben, gegenüber den negativen Ausgängen?
Dem Thema Personal widmen wir uns im Laufe der Woche.
Was die Prognose bei Covid-19 im Zusammenhang mit Beatmung und ob die Patienten davon profitieren oder nicht angeht ist ein komplexes Thema. Da wurde leider in den letzten Tagen in der Presse viel verkürzt dargestellt und auch Unfug erzählt. Zunächst nur ebenfalls verkürzt, in einem der nächsten Teile dann ggf. ausführlicher: der größte Teil der Covid-19-Patienten wäre ohne Beatmung verstorben und dass Patienten mit einer schweren Lungenentzündung trotz Beatmung versterben ist nicht verwunderlich. Die Lunge ist eines der essentiellen Organe die wir zum Leben benötigen. Schwere Funktionensstörungen der Lunge sind nur begrenzt und mit erheblichem technischen und personellen Aufwand zu kompensieren. Oder anders ausgedrückt: Patienten die schwer an Covid-19 erkrankt sind, sind todkrank und in lebensgefahr. Beatmung ist ihre einzige Chance zu überleben.
Sehr guter Artikel: Danke. Mir gefällt auch die Ironie.
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