Pulsoximetrie – Lunge testen

Mit der Pulsoximetrie können wir die Lunge testen. Viel Menschen, und vor allen Dingen Menschen, die regelmäßig körperlich trainieren, haben ein Pulsoximeter zu Hause. Sie fragen sich vielleicht, was kann ich damit eigentlich sinnvoll anfangen? Auf die folgenden Fragen versuchen wir Ihnen daher eine Antwort zu geben.

Was misst eigentlich ein Pulsoximeter? Wie gehen wir mit diesem medizinisch wertvollen Gerät um? Auf welche Krankheiten weisen pathologische Messwerte hin? Welche Bedeutung kann die Pulsoximetrie bei der ambulanten Diagnose und Überwachung der gerade ablaufenden COVID-19 Virusepidemie haben?

Die Sauerstoffsättigung als Maß für den Sauerstoffgehalt im Blut

Sauerstoff hat für zahlreiche biochemische Prozesse in unserem Körper, zum Beispiel bei der Energiegewinnung eine kritische Bedeutung. Ohne Sauerstoff sind wir nicht überlebensfähig. Sauerstoff wird über die Lunge aus der Umgebungsluft in das Blut aufgenommen und über den arteriellen Kreislauf zu allen Organen und Geweben in unserem Organismus transportiert. Dieses sog. arterielle Blut hat einen hohen Sauerstoffgehalt. Das Blut gibt dann im Gewebe eine bestimmte Menge Sauerstoff ab und das sauerstoffärmere Blut wird dann im Körperkreislauf über die Venen zurück zur Lunge transportiert, wo dann erneut Sauerstoff aufgenommen wird.

Die arterielle Sauerstoffsättigung (SaO2 in %) des Blutes ist eine Messgröße, die es uns erlaubt den sogenannten Sauerstoffpartialdruck (paO2 in mmHg) beziehungsweise den Sauerstoffgehalt (CaO2 = SaO2 x Hämoglobin [g/dl] x 1,34 [ml/g] + paO2 [mmHg] x 0,0031 [1/mmHg*ml/dl]) des Blutes abzuschätzen.

Die Sauerstoffsättigung korreliert nicht linear, d.h. nicht im Verhältnis von 1:1 mit genaueren Parametern der Sauerstoffversorgung des Körpers, dem Sauerstoffpartialdruck bzw. Sauerstoffgehalt. Das heißt, dass zum Beispiel bei einer Sauerstoffsättigung von 80% schon ein schwerer Sauerstoffmangel vorliegt.

Die arterielle Sauerstoffsättigung kann direkt im Blut mittels Blutentnahme, zum Beispiel mit der sogenannten Blutgansanalyse oder auch mittels Pulsoximetrie unblutig und somit schmerzfrei über die Haut bestimmt werden.

Pulsoximetrie – technische Methode

Die Pulsoximetrie misst die Sauerstoffsättigung photometrisch. Das bedeutet, dass mittels Durchleuchtung der Haut die Veränderungen der Lichtabsorption messtechnisch bestimmt werden. Das Pulsoximeter besteht aus einem Sender und einem Empfänger. Der Sender hat 2 LED-Lichtquellen mit unterschiedlichen Wellenlängen, welche ihr Licht in ein Körperteil zum Beispiel den Finger abgeben. Nach Austritt des Lichtes wird dieses dann mittels Fotoelektrode im Empfänger des Pulsoximeters gemessen.

Durch diesen Prozess werden indirekt das oxygenierte (Oxyhämoglobin) und das desoxygenierte Blut (reduziertes Hämoglobin) bewertet. Hierfür werden 2 Lichtwellenlängen 660 nm (rot) und 940 nm (infrarot) verwendet. Das Verhältnis der Absorption bei diesen Wellenlängen wird berechnet um das Maß der arteriellen Sättigung (SpO2) zu ermitteln.

Pulsoximetrie – Ruhemessung

Die Sauerstoffsättigung mittels Pulsoximetrie wird üblicherweise am Finger gemessen, kann aber auch am Ohrläppchen oder am Zeh abgeleitet werden. Wichtig ist, dass der Sensor stabil und erschütterungsfrei sitzt.

Bei der Messung am Finger wird ein Fingerclip über den Finger gestülpt. Aus einem Anteil wird Licht gesendet, und im anderen Anteil wird das Licht nach Durchscheinen des Körperteils analysiert.

Der Normalbereich der Sauerstoffsättigung beträgt 92-97%.

Sind alle Fehlerquellen ausgeschaltet (siehe unten), dann ist die pulsoximetrisch bestimmte Sauerstoffsättigung ein Maß für die Funktionsfähigkeit Ihrer Lunge. Die Messmethode wird sowohl bei akuten als auch bei chronischen Lungenerkrankungen eingesetzt

Bei den akuten bzw. potentiell bedrohlichen Zuständen sind dieses vor allen Dingen die Überwachung bei:

  • Narkosen einschl. Aufwachphase
  • mechanischer Langzeitbeatmung
  • Überwachung medizinischer Maßnahmen mit Sedierung, z.B. Gastroskopie (während und danach)

Die Methode hat sich im akut-medizinischen Bereich besonders bewährt, da sie im Gegensatz zur punktuellen arterielle Blutgasanalyse die Sauerstoffsättigung kontinuierlich messen kann. So wird eine zeitlich lückenlose Überwachung von gefährdeten Patienten möglich.

Allerdings muss die pulsoximetrisch ermittelte Sauerstoffsättigung gerade bei der mechanischen Beatmung auf einer Intensivstation immer wieder mit einer arteriellen Blutgasanalyse abgeglichen werden, zum Beispiel alle 2 Stunden durch eine arterielle Blutentnahme aus einer arteriellen Verweilkanüle.

Bei den chronischen Erkrankungen können wir mit Hilfe der Pulsoximetrie die Funktionsfähigkeit der Lunge sowohl bei den Atemwegserkrankungen, wie zum Beispiel der häufigen chronisch obstruktiven Atemwegserkrankung, der sog. COPD, den Lungengerüsterkrankungen, wie der Lungenfibrose und Lungengefäßerkrankungen, zum Beispiel der pulmonal-arteriellen Hypertonie besser abschätzen. Dabei ist die Pulsoximetrie allerdings nur ein, wenn auch ein wichtiger Baustein der Diagnostik.

Pulsoximetrie – Belastungstest

Unter körperlicher Belastung bleibt die Sauerstoffsättigung bei gesunden Menschen normal. Ein Abfall der Sauerstoffsättigung auf Werte <92% ist, vorausgesetzt es liegt kein Messfehler vor, nicht normal. Lediglich in Ausnahmefällen können auch Herz-Kreislauf- und Lungen-gesunde Menschen einen Sättigungsabfall bei maximaler exzessiver körperlicher Überanstrengung aufweisen.

Wir müssen bei der Interpretation berücksichtigen, dass ein Sättigungsabfall unter Belastung auch bei einer gesunden Lunge auftreten kann. Dieses kann ein Hinweis auf eine periphere Durchblutungsstörung sein, vor allen Dingen bei Herzschwäche und Bluthochdruck. Der Abfall der Sauerstoffsättigung tritt dann schon bei mittel-schwerer Belastung auf, zum Beispiel bei schnellem Gehen ohne einschränkende Luftnot (aber ohne das Vermögen beim Gehen zusätzlich zu sprechen).

Im Krankheitsfall ist hier es gerade bei den chronischen Lungenerkrankungen so, dass die Sauerstoffsättigung in Ruhe häufig Normwerte aufweist. Daher macht eine Belastungsuntersuchung mit Bestimmung der Sauerstoffsättigung vor, während aber mindestens bei Ende der körperlichen Belastung hier Sinn.

Setzt man diese Menschen dann einem standardisierten Belastungs-Test, zum Beispiel einem 6-Minuten Gehtest oder dem Treppensteigen in einem Treppenhaus aus, dann können wir wertvolle Hinweise nicht nur auf den Funktionszustand der Lunge, sondern auch auf die Langzeitprognose gewinnen. Fällt die Sauerstoffsättigung während der körperlichen Belastung ab, dann ist das ein prognostisch ungünstiges Zeichen.

Pulsoximetrie – Fehlerquellen

Bei der Pulsoximetrie gibt es verschiedene Fehlerquellen:

  • instabiler Sitz des Fingersensors führt zu sogenannten Bewegungsartefakten
  • Nagellack (auch Acryllack)
  • geringe Durchblutung (zum Beispiel durch Herzschwäche oder kalte Hände)
  • dunkle Hautfarbe
  • starkes Kunstlicht in der Umgebung
  • Blutarmut mit geringem Hämoglobingehalt (sogenannte Anämie)
  • Störungen vorhandenen Hämoglobins durch Vergiftungen (zum Beispiel durch Caboxyhämoglobin oder Methämoglobin, eher selten)

Somit werden als Fehlmessung praktisch ausschließlich falsch zu niedrige Werte abgeleitet. Das bedeutet also bei einer gemessenen Sauerstoffsättigung, zum Beispiel von <90%, dass Sie zunächst die Fehlerquellen ausschalten sollten. Vor allen Dingen bei kalten Fingern, sollten Sie diese in warmem Wasser erwärmen.

COVID-19 Viruspneumonie – die H-Form und die L-Form

Bei der COVID-19 Pneumonie gibt es grundsätzlich 2 verschiedene Varianten, die COVID-19-L-Pneumonie (L = light, engl. für leicht) und die COVID-19-H-Pneumonie (H = heavy, engl. für schwer).

Die H-Form entspricht funktionell einer typischen Pneumonie, d.h. hier sind sowohl das Lungengerüst als auch der Luftraum entzündlich verändert und mit Flüssigkeit gefüllt; aus einem leichten trockenen Schwamm ist so ein schwerer nasser Schwamm geworden. Das bedeutet, dass die Atemarbeit erschwert ist und wir die Lungenbeteiligung durch Luftnot und Anstieg der Atemzüge pro Minute, zum Beispiel von in Ruhe normal 8-16 auf >20 Atemzüge pro Minute in der Regel merken. Die H-Form tritt nicht bei allen Patienten mit COVID-19 Pneumonie auf, und damit meistens erst in der späten Phase.

Bei der L-Form, welche typischerweise und gerade in der Frühphase einer Lungenbeteiligung durch COVID-19 vorkommt, ist nur das Lungengerüst betroffen. Die Atemarbeit in Ruhe ist in der Regel nicht erhöht, obwohl bereits schwere Lungenveränderungen in der Computertomografie des Thorax nachweisbar sind und die Sauerstoffsättigung bis auf Werte von unter 80% eingeschränkt ist. Darüber hinaus ist es auch so, dass zwar die Atemfrequenz bis auf Werte von deutlich >20 Atemzüge steigt, dieses von den Patienten allerdings nicht bedrohlich empfunden wird. Folglich können wir ein frühe Lungenbeteiligung, die im weiteren Verlauf lebensbedrohlich werden kann, gerade in der Frühphase häufig gar nicht subjektiv merken.

Zusammengefasst finden wir bei der L-Form der COVID-19 Pneumonie also in Bezug auf die Lunge häufig folgende Konstellation vor:

  • geringe oder gar keine subjektiven Symptome der Luftnot in Ruhe, wie z.B. Unruhe, Angst oder Panik
  • schrittweiser Anstieg der Atemfrequenz bis auf Werte von >20 Atemzüge pro Minute (ohne Symptome)
  • Sauerstoffsättigung <92%
  • ausgeprägte radiologische Veränderungen der Lunge im Computertomogramm

Pulsoximetrie – Stellenwert bei COVID-19

Vor dem Hintergrund der Besonderheiten der COVID-19-L-Pneumonie kann die Anwendung der Pulsoxymetrie in der frühen und mittleren Phase der Erkrankung eine diagnostische Bedeutung haben. Dieses gilt vor allen Dingen für die Anwendung durch Ärzte der sog. Primärversorgung, das heißt für Hausärzte und Fachärzte in der ambulanten Versorgung. Auch medizinische Laien können diese Messung einfach zu Hause durchführen.

Bei der pulsoximetrischen Ruhemessung sollte zeitgleich beziehungsweise zeitnah die Atemfrequenz in körperlicher Ruhe gemessen werden. Dafür setzen Sie sich am besten 5 Minuten ruhig auf einen Stuhl. Sie legen dann mit Blick auf eine Uhr die gefalteten Hände leicht auf den Oberbauch und zählen über 1 Minute die Atemzüge. Individuell unterschiedlich betragen die Normalwerte hier zwischen 12-20 Atemzüge pro Minute.

Da die Sauerstoffsättigung durch eine kompensatorische Steigerung der Atemfrequenz bei einer Lungenerkrankung normal sein kann, ist wahrscheinlich ein individuell standardisierter Belastungstest sinnvoll. So können Sie zum Beispiel 2-4 Treppen steigen und die Sauerstoffsättigung vor und nachher bestimmen. Denkbar ist, dass die Sauerstoffsättigung unter mittel-schwerer Belastung bei Patienten mit asymptomatischen Patienten mit COVID-19 Pneumonie deutlich abfällt. Dieses wäre dann ein hilfreicher Provokationstest, der helfen würde, die Lungenbeteiligung bei Menschen mit normaler Sauerstoffsättigung in Ruhe zu demaskieren.

Bei allen Überlegungen zur Bedeutung der Pulsoximetrie zur Unterstützung der Diagnose bzw. Überwachung der COVID-19 Pneumonie im ambulanten Bereich, d.h. außerhalb des Krankenhauses müssen wir festhalten, dass zu diesem Thema noch keine wissenschaftlichen Daten vorliegen. Daher können die gemachten Ausführungen zunächst nur ein Hinweis sein.

Grundsätzlich kann die Diagnose einer Lungenerkrankung durch COVID-19 alleine auf der Grundlage einer pulsoximetrischen Messung weder ausgeschlossen noch gestellt werden. Wir müssen weitere Zusatzsymptome bzw. Kontakte mit COVID-positiven Menschen beachten. Im Zweifel müssen Sie auf jeden Fall frühzeitig eine Ärztin bzw. einen Arzt um Rat bitten.

Pulsoximetrie – Lunge: grundsätzliches Vorgehen bei der Selbstmessung

Sollten Sie mit einem Pulsoximeter pathologische Messwerte messen, dann gilt es zunächst mögliche Fehlerquellen ausschließen. Falls Sie nach Ausschluss aller Fehlerquellen weiterhin pathologische Werte ableiten, dann ist es sinnvoll, wenn Sie zeitnah eine Ärztin oder einen Arzt konsultieren, vor allen Dingen dann, wenn Zusatzsymptome vorliegen. Am besten gehen Sie zu einem Facharzt für Lungenheilkunde beziehungsweise für Kardiologie, da diese in der Regel selber über die Möglichkeit der Pulsoxymetrie verfügen und gegebenenfalls weitere diagnostische Schritte einleiten können.

Sollten Sie bei sich selber den Verdacht auf eine COVID-19 Virusinfektion haben, dann sollten Sie den Hausarzt anrufen und sich telefonisch über weitere Schritte informieren. Ihr Hausarzt kennt immer den von Gesundheitsämtern vorgegeben aktuellen Stand zu den weiteren Maßnahmen.

 

Literatur

 

Mehr zu: Dr. Frank-Chris Schoebel

 

 

 

 

 

 


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