Grundlegende Kurven-Kapnographie als Hilfsmittel für die kontinuierliche Überwachung während der maschinellen Beatmung

Viele Faktoren können eine Auswirkung auf den Anteil an Kohlendioxid im endtidalen Gas (PetCO2) haben. Die CO2-Eliminierung ist ein fein abgestimmter, kontinuierlicher Prozess von der CO2-Produktion im Gewebe über den Transport im Blut und die Diffusion in die Alveolen bis hin zur Eliminierung durch die Beatmung (Kremeier P, Böhm SH, Tusman G. Clinical use of volumetric capnography in mechanically ventilated patients. J Clin Monit Comput. 2020;34(1):7-16. doi:10.1007/s10877-019-00325-91​). Mit der grafischen Darstellung des ausgeatmeten CO2 stellt die Kapnographie ein nichtinvasives Mittel dar, mit dem in Echtzeit Informationen über die CO2-Kinetik bei maschinell beatmeten Patienten angezeigt werden können.

Ein Ansteigen oder Abfallen der metabolischen Rate des Patienten führt zu einer Veränderung in der CO2-Produktion und somit auch in der CO2-Eliminierung. Wenn die Durchblutung und Beatmung stabil sind, was nur bei einem passiven, maschinell beatmeten Patienten der Fall ist, kann das CO2-Monitoring als Indikator für die CO2-Produktion verwendet werden. Fieber, Sepsis, Schmerzen und Krämpfe sind Zustände, die den Metabolismus beschleunigen und zu einem entsprechenden Anstieg in der CO2-Produktion und in Folge des PetCO2 führen. Bei unterkühlten, sedierten oder gelähmten Patienten kommt es zu einer Verlangsamung des Metabolismus. Dies führt zu einer reduzierten CO2-Produktion und möglicherweise zu einer Verringerung des PetCO2, wenn das Minutenvolumen nicht gleichzeitig erhöht wird (Gravenstein, J., Jaffe, M., & Paulus, D. (2004). Capnography: Clinical Aspects. New York: Cambridge University Press.2​).

Der Transport des CO2 zur Lunge hängt von einer angemessenen Herz-/Kreislauffunktion ab; somit kann jeder Faktor, der die Herz-/Kreislauffunktion verändert, auch Auswirkungen auf den Transport des CO2 zur Lunge haben (Gravenstein, J., Jaffe, M., & Paulus, D. (2004). Capnography: Clinical Aspects. New York: Cambridge University Press.2​).

Die CO2-Abatmung aus der Lunge in die Umgebung wird von Veränderungen in der Atemfunktion beeinflusst. Obstruktive Lungenerkrankungen, Pneumonie, neuromuskuläre Störungen und Störungen des zentralen Nervensystems, die zu einer Beeinträchtigung der Atemfunktion führen, wirken sich somit auch auf den PetCO2-Wert aus (Gravenstein, J., Jaffe, M., & Paulus, D. (2004). Capnography: Clinical Aspects. New York: Cambridge University Press.2​).

Das gemessene CO2-Signal kann als Funktion der Zeit (zeitbasierte Kapnographie) oder des Exspirationsvolumens (volumetrische Kapnographie) aufgezeichnet werden. Die Menge an verfügbaren Informationen variiert je nach der unterschiedlichen Kapnographieart stark. In der Literatur werden bestimmte Muster in einem zeitbasierten Kapnogramm beschrieben, die als typisch für eine spezielle klinische Situation gelten. Eine Auswahl der häufigsten Muster ist in der Abbildung 1 unten dargestellt.

Die zeitbasierte Kapnographie hat jedoch auch Beschränkungen: Sie kann keine genaue Einschätzung des Ventilations-Perfusions-Verhältnisses der Lunge abgeben, und sie kann auch nicht zur Beurteilung der Komponente des physiologischen Totraums verwendet werden. Die volumetrische Kapnographie ist nicht so einfach und praktisch wie die zeitbasierte Kapnographie, bietet aber deutlich mehr Informationen an.

Die normale Form eines volumetrischen Kapnogramms umfasst drei Phasen. Es ist zu beachten, dass in einem Kapnogramm die Exspiration abgebildet wird.

• Phase I stellt das Gas ohne CO2 aus den Atemwegen dar (anatomischer und instrumenteller Totraum).
• Phase II ist eine Übergangsphase, in der sich das Gas aus den leitenden Atemwegen mit alveolärem Gas vermischt.
• Phase III ist eine Plateauphase mit Gas aus den Alveolen und aus den sich langsam entleerenden Lungenarealen (Gravenstein, J., Jaffe, M., & Paulus, D. (2004). Capnography: Clinical Aspects. New York: Cambridge University Press.2​). In Abbildung 2 unten ist dies grafisch dargestellt.

Bei Patienten, die innerhalb oder ausserhalb des Krankenhauses transportiert werden müssen, können sowohl die zeitbasierte als auch die volumetrische Kapnographie wertvolle Informationen zur Optimierung des Monitorings und Unterstützung der Pflege bereitstellen. Sie kann mit Endotrachealtuben, Tracheostomietuben sowie vielen supraglottischen Atemwegsvorrichtungen sicher eingesetzt werden, solange eine wirksame Abdichtung gegeben ist. Für die Platzierung und Durchgängigkeit der Atemwege, für das Monitoring der Beatmung und für den Perfusionsstatus liefert PetCO2 wichtige Informationen. Ein weiterer wertvoller Parameter ist das Volumen des pro Minute eliminierten Kohlendioxids (V'CO2), mit dem das Pflegepersonal die Wirksamkeit der Perfusion und der Bemühungen zur Volumensubstitution beurteilen kann (I-Gnaidy E., Abo El-Nasr, L., Ameen, S., & Abd El-Ghafar, M. (2019). Correlation between Carbon Dioxide Production and Mean Arterial Blood Pressure in Fluid Response in Mechanically Ventilated Patients. Medical Journal of Cairo University, 87(4), 2679-2684.3​).

Auf der Intensivstation kann die Kurven-Kapnographie die Überwachung der Platzierung und Durchgängigkeit der Atemwege mit verschiedenen Atemwegsvorrichtungen fortführen. Eine wichtige Messung mit der Kapnographie ist das Verhältnis von Totraum zu Tidalvolumen (Vd/Vt).  Ein zunehmendes Vd/Vt-Verhältnis kann je nach Stärke das Anstiegs auf eine mögliche erhöhte Mortalität hinweisen (Kallet RH, Alonso JA, Pittet JF, Matthay MA. Prognostic value of the pulmonary dead-space fraction during the first 6 days of acute respiratory distress syndrome. Respir Care. 2004;49(9):1008-1014. 4​, Nuckton TJ, Alonso JA, Kallet RH, et al. Pulmonary dead-space fraction as a risk factor for death in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2002;346(17):1281-1286. doi:10.1056/NEJMoa0128355​). Mit der PetCO2-Kurve und V’CO2 kann das Pflegepersonal das Lungenrecruitment optimieren, die optimale PEEP-Anpassung bewerten und Probleme mit der Perfusion (systemisch und lungenbezogen) erkennen (Kallet RH, Alonso JA, Pittet JF, Matthay MA. Prognostic value of the pulmonary dead-space fraction during the first 6 days of acute respiratory distress syndrome. Respir Care. 2004;49(9):1008-1014. 4​, Nuckton TJ, Alonso JA, Kallet RH, et al. Pulmonary dead-space fraction as a risk factor for death in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2002;346(17):1281-1286. doi:10.1056/NEJMoa0128355​, Blankman P, Shono A, Hermans BJ, Wesselius T, Hasan D, Gommers D. Detection of optimal PEEP for equal distribution of tidal volume by volumetric capnography and electrical impedance tomography during decreasing levels of PEEP in post cardiac-surgery patients. Br J Anaesth. 2016;116(6):862-869. doi:10.1093/bja/aew1166​, Nguyen LS, Squara P. Non-Invasive Monitoring of Cardiac Output in Critical Care Medicine. Front Med (Lausanne). 2017;4:200. Published 2017 Nov 20. doi:10.3389/fmed.2017.002007​). V’CO2 kann auch bei der Entwöhnung von der maschinellen Beatmung verwendet werden, da es dem Pflegepersonal Rückschlüsse auf eine mögliche Ermüdung des Patienten oder ein Fehlschlagen der Entwöhnung erlaubt (Erhöhung der Totraumfraktion, unzureichende Atembemühungen und Ermüdung der Atemmuskulatur). Der mit V’CO2 ermittelte Energieverbrauch ist eine genaue und präzise Methode, mit der das Pflegepersonal die Ernährungsbedürfnisse bei maschinell beatmeten Patienten berechnen kann (Stapel SN, de Grooth HJ, Alimohamad H, et al. Ventilator-derived carbon dioxide production to assess energy expenditure in critically ill patients: proof of concept. Crit Care. 2015;19:370. Published 2015 Oct 22. doi:10.1186/s13054-015-1087-28​).

Alle Beatmungsgeräte von Hamilton Medical bieten volumetrische Kapnographie (Alle Modelle ausser HAMILTON-MR1A ), entweder als Standardausstattung oder als optionale Funktion. Die CO2-Messung wird mit einem CAPNOSTAT® 5 Hauptstrom-CO2-Sensor an der Atemwegsöffnung des Patienten vorgenommen. Zudem bieten die Beatmungsgeräte im Fenster „Monitoring“ > „CO2“ einen Überblick über alle wichtigen CO2-bezogenen Werte.