Universität zu Köln

Herff, Susanne J (2026). Verbesserung der apnoischen Oxygenierung durch Optimierung des Sauerstoffapplikationsortes und Entwicklung neuer Oxygenierungsspatel. PhD thesis, Universität zu Köln.

PDF DissHerffPDF.pdf - Accepted Version Download (1MB)

Abstract

Während einer geplanten oder notfallmäßigen Intubation im Rahmen einer Narkoseeinleitung kommt es aufgrund der Induktionsmedikamente zu einem Atemstillstand. Ist der Patient dann weder mit Maske zu beatmen noch zu intubieren beziehungsweise mit einer Larynxmas-ke/einem Larynxtubus zu beatmen, sprechen wir von einer sogenannten „cannot ventilate- cannot intubate“ Situation. Der Patient ist dann umittelbar von akutem Sauerstoffmangel be-droht. Aus diesem Grund ist eine suffiziente Präoxygenierung bei einer geplanten Intubation essentiell. Hierdurch lassen sich die pulmonalen Sauerstoffspeicher füllen und die Zeit bis zum Eintreten einer Hypoxie wird verlängert. Die Deutsche Gesellschaft für Anästhesiologie und Intensivmedizin e.V. (DGAI) empfiehlt ein solches Prozedere in ihrer 2023 erschienenen S1- Leitlinie zum Atemwegsmanagement. Die Apnoezeit nach der Präoxygenierung bis zum Abfall der Sauerstoffsättigung kann durch ein weiteres Sauerstoffangebot zusätzlich ent-scheidend verlängert werden. Hier kommt das Prinzip der apnoischen Oxygenierung zur Anwendung. Dabei wird im Körper verbrauchter Sauerstoff kontinuierlich durch in die Atem-wege insufflierten Sauerstoff ersetzt. Da zeitgleich nur wenig Kohlendioxid in die Lunge dif-fundiert, entsteht ein pulmonaler Unterdruck, der den im oberen Atemweg angebotenen Sau-erstoff in die Lunge saugt. Die apnoische Oxygenierung ist allerdings technisch nicht trivial, denn jegliches Eindringen von Stickstoff aus der Umgebungsluft vermindert drastisch ihre Effektivität. Während sich nach Präoxygenierung durch eine Beatmungsmaske die apnoische Oxygenierung bei dich-tem Sitz der Maske gut aufrechterhalten lässt, bedingt jeder Intubationsversuch mit einem konventionellen Laryngoskop auch ein Eindringen von Raumluft in den Atemweg. Der damit verbundene Einstrom von in der Raumluft befindlichem Stickstoff, welcher in der Lunge ak-kumuliert, behindert die weitere apnoische Oxygenierung. Daher gilt es, unter apnoischer Oxygenierung das Eindringen von Raumluft in die Atemwege zu verhindern. Unklar ist derzeit, welche Stelle im menschlichen Atemweg am besten geeignet ist, um Sau-erstoff anzubieten, das Eindringen von Stickstoff zu verhindern und so die besten Bedingun-gen für die apnoische Oxygenierung zu schaffen. In einem weiteren Schritt soll zudem ein modifiziertes Oxygenierungslaryngoskop entwickelt werden, welches diese Stelle möglichst präzise ansteuern kann. Um den besten Ort für ein optimales Sauerstoffangebot im menschlichen Atemweg zu finden, platzierten wir Sauerstoffkanülen an verschiedenen Stellen des Atemwegs eines Atem-wegsimulators und stellten im Weiteren eine apnoische Oxygenierung nach. Die Kanülen wurden im Rahmen dieses „proof of principle“ Ansatzes an drei Positionen im Atemweg plat-ziert. Parallel dazu wurde in einer Kontrollgruppe eine apnoische Oxygenierung mit Raumluft simuliert. Somit handelt es sich um eine technische „proof of principle“ Studie im anatomisch korrekten Modell. Unsere formale Hypothese war, dass es keinen Unterschied im Abfall der Sauerstoffkonzentration in einer simulierten Testlunge in Abhängigkeit von den verschiede-nen Applikationsorten gibt. In einer zweiten Versuchsreihe entwickelten wir ein ursprünglich vor Jahren entworfenes Oxygenierungslaryngoskop weiter. Dazu befestigten wir an einem Standard Macintosh Spa-tel drei unterschiedlich lange Sauerstoffschläuche. Diese drei Spatel untersuchten wir eben-falls an oben beschriebenem Modell unter der Bedingung einer apnoischen Oxygenierung bezüglich des Abfalls der Sauerstoffkonzentration in der Testlunge. Zum Vergleich führten wir den gleichen Versuch mit einer Kontrollgruppe durch. Der Kontrollgruppe wurde Raumluft angeboten. Auch hier war die formale Hypothese, dass es keinen signifikanten Unterschied zwischen den vier Gruppen gibt. Bei der ersten Versuchsreihe einer simulierten apnoischen Oxygenierung mittels einer han-delsüblichen Sauerstoffkanüle an verschiedenen Positionen im Atemweg einer präoxygenier-ten Intubationspuppe hielt die Sauerstoffinsufflation am Zungengrund den Sauerstoffanteil auf dem Ausgangswert von 99 %. Dies demonstrierte eine vollständige Blockade der in die Atemwege des Modells einströmenden Umgebungsluft. Die Sauerstoffinsufflation am weichen Gaumen oder die Insufflation auf Höhe des Naseneingangs waren in Bezug auf diesen Effekt deutlich weniger wirksam. In der zweiten Versuchsreihe mit einem präoxygenierten Atemwegsmanikin konnte durch die Verwendung eines modifizierten Macintosh- Laryngoskopspatels mit einer an der Spitze, in der Mitte oder am oberen Ende angebrachten Sauerstoffleitung eine apnoische Oxygenierung ohne messbaren Abfall des Sauerstoffgehalts über 20 Minuten aufrechterhalten werden. Die proximale Platzierung der Sauerstoffzufuhr zeigte zwar immer noch einen Vorteil gegenüber der Raumluft, verhinderte jedoch nicht vollständig das Eindringen derselben in die Atemwege. Mit Hilfe der beiden Versuchsreihen konnten wir zeigen, dass der Applikationsort der Sauer-stoffinsufflation wesentlich entscheidend ist. Vorangegangene Studien zeigten bereits, dass eine Erhöhung des Sauerstofflusses nur sehr bedingt zu einer Verbesserung der Oxygenie-rung führt. In unseren Versuchsreihen konnte man nun deutlich sehen, dass sogar ein recht niedriger Sauerstofffluss von nur 3-4 l/min vollkommen ausreichend ist, eine apnoische Oxygenierung aufrecht zu erhalten, wenn dieser Fluss nur möglichst tief in den Atemweg eingebracht wird. Entscheidend ist möglicherweise die Verwirbelung mit Raumluft durch den offenstehenden Mund und damit den Venturi-Effekt zu umgehen, der mit dem turbulenten Sauerstoffstrom Stickstoff aus der umgebenden Raumluft mit in den Atemweg saugen kann. Dies erreichten wir, in dem die Sauerstoffzufuhr auf Höhe des Zungengrundes eingebracht wurde. Wie sich in der zweiten Versuchsreihe zeigte, könnten entsprechend konstruierte Oxygenierungsspatel daher geeignete Instrumente sein, den Sauerstoff am korrekten Ort zu insufflieren. Sie könnten bei entsprechender Bewährung in klinischen Studien zukünftig Ein-zug in die Patientenversorgung erhalten.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Herff, Susanne J susanne-herff@hotmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-811235
Date:	2026
Language:	German
Faculty:	Faculty of Medicine
Divisions:	Faculty of Medicine > Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin > Klinik für Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin
Subjects:	Medical sciences Medicine
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language apnoische Oxygenierung German Oxygenierungslaryngoskop German Intubation German Sauerstoff German
Date of oral exam:	10 June 2026
Referee:	Name Academic Title Wetsch, Wolfgang Professor Dr. med. univ. Dück, Michael Privatdozent Dr. med.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/81123