Einfluss Helium-haltiger Atemgase auf die Atemarbeit in einem Modell der oberen Atemwegsobstruktion

Fragestellung: HELIOX ist ein Gemisch aus dem Edelgas Helium und Sauerstoff. Helium (Anteil 75 bis 79%) weist eine geringere Dichte als Luft, Stickstoff oder Sauerstoff auf und ermöglicht hierdurch ein laminares Strömungsprofil. Die „Atempumpe“ kann eine Gasmischung leichter bewegen, wenn dieses laminar strömt. In Situationen, in denen die Atemarbeit („work of breathing“ (WOB)) durch eine Atemwegsobstruktion stark erhöht ist, erscheint es daher sinnvoll HELIOX einzusetzen, um ein Versagen der Atempumpe mit konsekutiv folgender mechanischer Beatmung zu verhindern. Anhand einer künstlichen oberen Atemwegsobstruktion untersuchten wir im Rahmen einer Pilotstudie, ob HELIOX die WOB reduzieren kann und ob hämodynamische Auswirkungen der Atemwegsobstruktion unter HELIOX zu beobachten sind.

Methode: Erwachsene freiwillige Probanden (n=5) atmeten zunächst spontan ohne zusätzlichen Atemwegswiderstand (Ruheatmung) und dann über ein Mundstück durch einen Tubus mit einem Innendurchmesser (ID) von 4,0mm aus einem Reservoir Raumluft oder HELIOX ein und über ein Ventil mit fixem Atemwegswiderstand aus. Die Atemarbeit wurde nicht invasiv durch respiratorische Induktionsplethysmographie (RIP, Respitrace plus, Fa. NIMS, Florida) erfasst. Hierbei diente die Phasenbeziehung (PhAng) zwischen den beiden Kompartimenten Thorax und Abdomen als Maß für die Atemarbeit. In Ruhe ohne Obstruktion ist PhAng klein (<10°). Mit Zunahme der WOB nimmt der PhAng zu. Die systolische Blutdruck (sBP) wurden kontinuierlich und nichtinvasiv erfasst und zur Bestimmung des „Pulsus paradoxus“ (PP; n <10mmHg) benutzt. Daneben wurde ein Dyspnoescore (DS) durch Befragung der Probanden erhoben. Ein DS von 0 findet sich bei Ruheatmung ohne Widerstand, 10 sollte die maximal vorstellbare Atemnot beschreiben.

Ergebnisse: Die Atmung durch einen 4,0er Tubus ist deutlich erschwert. Der Phasenwinkel PhAng nimmt gegenüber der Ruheatmung auf durchschnittlich 53° zu und wird durch HELIOX-Inhalation um 34% (p<0,05)) vermindert. Unter HELIOX nimmt die Phasenbeziehung allerdings nicht den Wert bei Ruheatmung an. In ähnlicher Weise kann HELIOX den PP von 20,1 (+/- 9,8) auf 13,2 (+/-6,3) mmHg (p<0,05) reduzieren. Der Dyspnoescore nahm beim Atmen über einen 4,0mmID Tubus von 5,7 (+/- 2,4) auf 4,0 (+/-2,2) bei Übergang von Raumluft auf Heliox ab (p=0,07).

Diskussion: In einer kleinen Pilotstudie wurde geprüft, welche kardiorespiratorischen Effekte die Inhalation von HELIOX bei einer oberen Atemwegsobstruktion bewirkt. Alle Probanden spürten eine Abnahme ihres Atemnotgefühls (DS). Es zeigte sich ferner, dass Parameter, die indirekt Atemarbeit beschreiben (PhAng und PP) ebenfalls günstig beeinflusst werden. In einer weiterführenden Studie soll nun an einem größeren Kollektiv untersucht werden, welche Abhängigkeit der HELIOX-Wirkung vom Grad der Obstruktion und der Helium-Konzentration besteht.