Anwendungsmöglichkeiten von Pulsoximetrie

Das Pulsoximeter gehört zu den wichtigsten, nicht-invasiven Monitorsystemen im Krankenhaus. Es erlaubt Aussagen über die Sauerstoffversorgung (mit den unten beschriebenen Limitationen) und über die Kreislaufsituation. Im Folgenden sollen dazu verschiedene Aspekte dargestellt werden.

Der Fall: Niedrige Sauerstoffsättigung vor Narkoseeinleitung

Ihr 62-jähriger Patient liegt im Einleitungsraum und wird an das Monitoring angeschlossen. Geplant ist eine Vollnarkose für eine elektive Resektion eines Meningeoms. Erstaunt registrieren Sie eine Sauerstoffsättigung (SaO2) von nur 90 %. Mit 6 Liter Sauerstoff lässt sich die Sättigung auf 93 % steigern.

Sie schauen sich den Patienten und seine Akte genauer an:

Weder eine Cyanose noch eine Dyspnoe oder Tachypnoe liegen vor. Der Patient kann sich weder an eine Herz- noch an eine Lungenerkrankung erinnern. Er sei normal belastbar, erklärt er Ihnen, und schon lange Nichtraucher.

Auskultatorisch ist alles unauffällig, alle Laborbefunde liegen im Normbereich, und das Röntgenbild der Thoraxorgane ist altersgerecht. Die Pulskurve Ihres Pulsoximeters ist klar und deutlich – trotzdem überprüfen Sie es bei sich selbst und Ihrer Anästhesieschwester. 97 % und 100 % zeigt es an, und Sie glauben nicht mehr an eine Fehlfunktion des Gerätes. Am Patienten fällt die Anzeige dann wieder auf 90 % ab.

Der OP signalisiert Ihnen:

Gleich fertig mit den Vorbereitungen – Sie sollen mit der Narkose anfangen. Eine Entscheidung muss gefällt werden: Absetzen der OP und Ursachenforschung betreiben? Oder Narkose einleiten und hoffen, dass wie bei den 4 Vollnarkosen des Patienten im letzten Jahr alles gut gehen wird. Ein Kollege hatte da schon angemerkt: „Pneumologen vorstellen“ und „Rö-Thorax erforderlich“. Die Kollegen Holbrook und Quinn aus Leeds ¹ entschieden sich für die Durchführung von Narkose und OP, allerdings nach Anlage eines arteriellen Zugangs mit häufigen Blutgasanalysen (BGA) und nach Blutuntersuchung im CO-Oximeter.

Eine Reihe von BGA zeigte folgende Konstellationen:

Die 3-stündige Operation verlief vollständig unauffällig. Die Kollegen diskutierten die möglichen Ursachen. Methämoglobin lag nur im normalen Umfang vor, Hinweise für eine Hämolyse bestanden nicht. Bestand eine bis dahin nicht diagnostizierte Hämoglobinopathie? Um das herauszufinden, wurde das Blut des Patienten in einem hämatologischen Labor mit einem Massenspektrometer untersucht. Tatsächlich zeigte sich eine abnormale Zusammensetzung des Hämoglobins – eine Hämoglobinopathie –im Bereich der alpha-Ketten. (Hämoglobin setzt sich zusammen aus 2 alpha- und 2 beta-Ketten, die jeweils eine Hämgruppe tragen). Bisher sind hunderte von Hämoglobinopathien beschrieben worden, wo meist – wie in diesem Fall – nur eine Aminosäure gegenüber dem Normalen ausgetauscht ist.

Folgen einer Hämoglobinopathie durch einen solchen Aminosäureaustausch können sein:

• Hämolyse (z. B. bei Sichelzellanämie),
• Polycythämie oder Zyanose durch verminderte Affinität zu Sauerstoff,
• Methämoglobinämie (selten angeboren, meist erworben durch z. B. Prilocain o.Ä.),
• Störung des Pulsoximeters bis hin zur Unbrauchbarkeit der Messwerte.

In dem geschilderten Fall bestand das Problem darin, dass auch durch die Messung mit dem CO-Oximeters nicht bestimmt werden konnte, wie groß die Affinität der Hb-Variante zum Sauerstoff war. Damit konnte nichts über das Ausmaß der Gewebshypoxie gesagt werden.

Die normalen Sauerstoffpartialdrucke wirken da primär beruhigend. Aber – so die Autoren – ein normaler PaO2 sagt noch nichts über die Sauerstofftransportkapazität angesichts einer Hämoglobinopathie mit ungewissem Sauerstoffbindungsvermögen. In diesem Fall waren allerdings nur 7 % des gesamten Hämoglobins von der Veränderung betroffen.

Wichtig ist die genaue Abklärung der Störung (durch Hämatologen): besonders im Hinblick auf zukünftige Narkosen und um unnötige Untersuchungen und Aufregungen zu vermeiden. Ein 1. Screening der Familie kann mit Hilfe der Pulsoximetrie sehr einfach erfolgen.

Störmöglichkeiten der Pulsoximetrie ²:

• Geringe Gewebsperfusion,
• Bewegungsartefakte („motion tolerance“ getestete Geräte kompensieren dies besser),
• Hautpigmentation (cave bei Patienten aus Indien, Pakistan u. Ä.: Es werden fälschlich hohe Werte gemessen!),
• Nagellack,
• Methämoglobin (nach Gabe von Prilocain oder Methylenblau),
• Carboxyhämoglobin (cCO-Hb): nach Rauchen bis 10 %, das aber nach 6 Stunden verschwindet; das Pulsoximeter zeigt fälschlich hohe „normale“ Werte an.
• Hämoglobinopathien wie z. B. „HbM“ oder „HbKöln“ (Pulsoximetrie meist ohne Aussagewert),
• Hb-Konzentration: ab Hb < 8 g/dl sinkt die Genauigkeit der Messung.

Das Pulsoximeter zeigt meist korrekte Werte an bei:
Thalassämie und Sichelzellanämie, aber bei kritisch Kranken mit Sichelzellanämie oder gar mit Sichelzellkrise unterschätzt es die Sauerstoffsättigung.

Das „normale“ Pulsoximeter erfasst mit der SpO2 die „funktionelle Sauerstoffsättigung“, nämlich den Anteil des oxygenierten Hämoglobins an der Summe von Hämoglobinen, die Sauerstoff binden können.
Dazu werden 2 Wellenlängen im roten und infraroten Bereich verwendet.

So genannte CO-Oximeter oder Häm-Oximeter messen dagegen mit 4–7 Wellenlängen in vitro in hämolysiertem Blut, sie erfassen auch Carboxyhämoglobin, Methämoglobin, fetales Hämoglobin.

Seit kurzem existiert für den klinischen Einsatz ein neues transportables und batteriebetriebenes CO-Pulsoximeter (Masimo Rainbow SET Rad-57 Pulse CO-Oximeter, Irvine California), das mit 8 Wellenlängen nicht-invasiv CO-Hämoglobin und Methämoglobin korrekt erkennen kann ³. Ein sinnvoller Einsatz eines solchen Gerätes könnte das routinemäßige Screening von Patienten in der Notaufnahme oder im Rettungswagen sein.

Einige Begriffe ⁴
Arterieller O2-Partialdruck paO2: Normwert 90–110 mm Hg (12–15 kPa)
Der Unterschied zwischen dem Partialdruck in den Kapillaren und dem Gewebe ist die treibende Kraft für die Oxygenierung des Gewebes.

Arterielle O2-Sättigung SaO2: Normwert 97–100 %
Anteil des mit Sauerstoff gesättigten Hämoglobins (Oxy-Hb) am Gesamthämoglobin (cHb)
Das Gesamthämoglobin setzt sich zusammen aus Oxy Hb (02Hb) + Desoxy-Hb (Hb) + Hb-Varianten [das sind Carboxy-Hb (CO-Hb) + Sulf-Hb (SHb) +Methämoglobin (Met-Hb) + weitere Hämoglobinvarianten].

Arterielle O2-Konzentration cO2: Normwert 20,3 ml/dl (Männer); 18,6 ml/dl (Frauen)
Chemisch am Hb gebundener O2 + physikalisch in Erythrozyten und Plasma gelöster O2
cO2 (ml/dl) = (cHb (g/dl) x sO2 [Einheit: Bruchteil von 1] x 1,39 (ml/g) + (0,3 ml/dl)
Damit ist die Konzentration eigentlich die relevanteste, weil umfassende Größe für die Beurteilung des Sauerstoffstatus – aus praktischen Gründen (Gewohnheit, fehlende Geräte, umfasst zu viel, um das praktische Handeln einfach zu machen) wird sie in der alltäglichen Praxis meist nicht berücksichtigt. 

Was können Sie aus der Puls-plethysmographischen (PPG) Kurve des Pulsoximeters ableiten?

Jeder Herzschlag pumpt Blut in die Peripherie und weitet die Arterien und Arteriolen des subkutanen Gewebes. Das wird vom Pulsoximeter erkannt – entweder durch plötzliche Änderung des durch das Gewebe durchgelassenen Lichtes (z. B. bei Messung an der Fingerspitze) oder durch veränderte Reflexion des Lichtes (z. B. bei Messung an der Stirn). Die resultierende Kurvenform ähnelt der invasiv gemessenen arteriellen Druckkurve. Damit erfasst das Verfahren Aspekte der Makro- und der Mikrozirkulation.

Bei geringer Perfusion kann es zu schwachen Pulskurvenformen kommen. Dann sind Fehlmessungen möglich. Das kann auftreten bei einem Herzindex von < 2,4 l/min/m2, Hypothermie oder bei arteriellem Verschluss.

Versuchsweise wurde mit der plethysmographischen Kurve ein peripherer Perfusionsindex erstellt ⁵.

Ähnlich der invasiv gemessenen Pulskonturvariation zeigt eine im Rhythmus der Beatmung deutlich kleiner und größer werdende Pulswelle einen niedrigen Preload und damit ein Volumendefizit an ⁶. Vor allem aber zeigt eine solche Variation an, dass der Patient gut auf eine Volumengabe ansprechen wird, je ausgeprägter die Unterschiede der Pulswelle im Verlauf des Atemzyklus sind.
Eine Übersichtsarbeit ⁷ beklagt, dass die diagnostischen Möglichkeiten des Pulsoximeters im klinischen Alltag noch nicht voll genutzt werden können. Es gibt viele wissenschaftliche Arbeiten, die den Nutzen des Verfahrens zur Beurteilung kardiozirkulatorischer Größen beschreiben. Inwieweit die Gerätehersteller die Erkenntnis aus der Pulskurve aber in einfach abzulesende Parameter umformen können, wird die Zukunft zeigen.

1) Holbrook SP et al.; British Journal of Anaesthesia 2008; 101:350-353
2) Hoeft, A et al (Hrsg): Monitoring in Anästhesie und Intensivmedizin 2008 XVI, S. 258-270 Springer
3) Hampson NB et al. Respiratory Care 2006;51:758-760
4) Zander, R (Hrsg): Der Sauerstoff-Status des arteriellen Blutes. Karger Basel, München, Paris 1988
5) Lima AP et al. Crit Care Med 2002; 30:1210-1213
6) Feissel M et al. Crit Care Med 2005; 33:2534-2539
7) Bendjelid K Curr Opin Crit Care 2008; 14:348-353

Quelle: Anästhesie aktuell; Dezember 2008