Pulsoxymetrie

Die Pulsoxymetrie ist ein medizinisch-technisches Verfahren, das der kontinuierlichen nicht invasiven Messung der Sauerstoffsättigung (SpO₂) des arteriellen Blutes sowie der Pulsfrequenz dient. Es handelt sich um ein alltäglich verwendetes Standardverfahren, das Teil des Basismonitorings (Basisüberwachung) in der Klinik ist. Die Pulsoxymetrie kommt hauptsächlich in der Anästhesie (medizinisches Fachgebiet, das unter anderem die perioperative Schmerztherapie und Narkosemedizin umfasst) zur Anwendung. Sie wird jedoch auch regelmäßig in vielen anderen medizinischen Fachdisziplinen verwendet.

Das Messungsprinzip beruht auf der Lichtabsorption des Hämoglobins (roter Blutfarbstoff) in den zirkulierenden Erythrozyten (rote Blutkörperchen), die Rückschlüsse auf die arterielle Sauerstoffsättigung (SaO₂) zulässt. Die Pulsoxymetrie ist eine sehr einfach zu handhabende Methode und kann ubiquitär (überall) eingesetzt werden. Erste Messwerte sind bereits nach wenigen Sekunden verfügbar und ermöglichen eine aussagekräftige Verlaufskontrolle der Hämodynamik (Kreislauffunktion) und der Lungenfunktion.

Für die pulsoximetrisch gemessene Sauerstoffsättigung (SpO₂)-Messwerte besteht zwischen 40 und 90 % eine lineare Beziehung zum Sauerstoffpartialdruck (pO₂).

Zielsetzung der Pulsoxymetrie

Die Pulsoxymetrie dient der nicht-invasiven, kontinuierlichen Überwachung der Sauerstoffsättigung des arteriellen Blutes (SpO2) sowie der Pulsfrequenz. Dieses Verfahren ist von zentraler Bedeutung in der Überwachung von Patienten während chirurgischer Eingriffe, in der Intensivmedizin, während der Anwendung von Anästhetika, in der Notfallmedizin und in vielen anderen klinischen Situationen. Die Pulsoxymetrie ermöglicht eine schnelle und effektive Beurteilung der respiratorischen Effizienz und kann somit frühzeitig Hinweise auf Hypoxämie und andere respiratorische Komplikationen geben. Die einfache Handhabung und die schnelle Verfügbarkeit von Ergebnissen machen sie zu einem unverzichtbaren Instrument in der modernen Medizin.

Indikationen (Anwendungsgebiete)

Prinzipiell bildet jede Situation, die eine Überwachung der Sauerstoffsättigung bzw. der Lungenfunktion erfordert, eine Indikation für die Verwendung der Pulsoxymetrie. Am häufigsten wird das Verfahren in der perioperativen Überwachung, bei jedem Einsatz von Narkotika (betäubenden Substanzen) sowie in der Notfallmedizin eingesetzt. Besonders in der Anästhesie ist die Anwendung in einigen Fällen zwingend erforderlich:

• Pulsoxyme­trie-Screening für Neugeborene – zur Entdeckung kritischer angeborener Herzfehler (Vitien); optimaler Zeitpunkt: 24.-48. Lebensstunde [Früherkennungsuntersuchung: U1]
• Ambulante Überwachung von COVID-19-Infizierten in Quarantäne*
• Adipositas per magna – Extremes Übergewicht, das ab einem BMI (Body-Mass-Index) von über 40 definiert ist.
• Anästhesie bei Patienten mit Z. n. Lungenresektion (Operative Entfernung eines Lungenflügels)
• Analgosedierung – Gabe eines Analgetikums (Schmerzmittels) in Kombination mit einem Sedativum (Beruhigungsmittel) zur Durchführung kleinerer Eingriffe. Im Unterschied zur Narkose atmet der Patient selbstständig.
• Aufwachphase (Phase im Anschluss an eine Narkose)
• Beatmungspatienten in der Intensivmedizin
• Eingeschränkte Lungenfunktion – z. B. bei der chronisch obstruktiven Lungenerkrankung (COPD)
• Hochfrequenzbeatmung – Beatmungsform, die durch eine sehr hohe Frequenz (60-600/min) gekennzeichnet ist.
• Kinderanästhesie – Überwachung von Frühgeborenen, Neugeborenen oder Säuglingen.
• Obstruktive Schlafapnoe-Syndrom (OSAS) – Dieses ist durch eine Verengung der Atemwege und Apnoen (Atemstillstände) oder Hypopnoen (Phasen, in denen der Patient im Schlaf nicht oder zu wenig atmet) sowie häufig durch Schnarchen (Rhonchopathie) gekennzeichnet. Die Erkrankung führt zu Tagesmüdigkeit, Sekundenschlaf und sekundärer Hypertonie (Bluthochdruck)
• Transport von Notfall- und Intensivpatienten
• Zyanotische Herzfehler – Angeborene Herzfehler, die zu einer stark verminderten Sauerstoffsättigung und in der Folge zu einer bläulichen Färbung der Haut (Zyanose) führen.
• Magnetresonanztomographie (MRT)

*Hypoxämie (Sauerstoffmangel bzw. erniedrigter Sauerstoffgehalt im arteriellen Blut), aber keine Dyspnoe (Atemnot): Das Pulsoxymeter kann mitunter früh die von Patienten nicht bemerkte erniedrigte Sauerstoffsättigung ("stille Hypoxämie") anzeigen. 
Beachte: Bei ca. 14 % der Erkrankten tritt rund 7 bis 10 Tage nach Symptombeginn eine klinische Verschlechterung mit Dyspnoe und/oder Hypoxie auf.

Kontraindikationen (Gegenanzeigen)

Bei der Pulsoxymetrie handelt es sich um ein nicht-invasives diagnostisches Verfahren, sodass keine Kontraindikationen zu nennen sind. In einigen Situationen hat die Messung der Pulsoxymetrie eine begrenzte Aussagekraft, und sollte mit Bedacht eingesetzt werden. Diese Situationen werden im nachfolgenden Textabschnitt unter Störfaktoren näher beschrieben.

Vor der Untersuchung

Bei der Untersuchung mit dem Pulsoxymeter handelt es sich um eine nicht-invasive diagnostische Methode, die keinerlei Vorbereitung des Patienten erforderlich macht. Lediglich die Körperstelle für die Anbringung des Gerätes sollte auf kleinere Verletzungen hin überprüft werden, um Schmerzen oder Irritationen zu vermeiden.

Das Verfahren

Die Pulsoxymetrie basiert auf einer photometrischen Messung der Lichtabsorption des Hämoglobins. Desoxygeniertes (ohne Sauerstoffmolekül) und oxygeniertes (mit Sauerstoffmolekül) Hämoglobin weisen unterschiedliche Absorptionsspektren auf, sodass ihre relative Konzentration mithilfe eines physikalischen Gesetztes (Lambert-Beer-Gesetz) berechnet werden kann. Das Absorptionsmaximum des Desoxyhämoglobin liegt bei 660 nm im Rotlichtbereich, das von Oxyhämoglobin bei 940 nm im Infrarotlichtbereich.

Für die Messung werden eine Leuchtdiode und eine Photodiode benötigt, die gegenüberliegen angeordnet sind. Für die Durchführung eignen sich am besten die Ohrläppchen, die Fingerbeeren (häufigster Anwendungsort) oder die Zehen. In speziellen Fällen kann das Pulsoxymeter auch an Nase, Zunge, Hand und Fuß angebracht werden. Das Pulsoxymeter ist in Form einer Klemmvorrichtung konstruiert, sodass das Gerät an die genannten Körperteile geklemmt werden kann. Das Licht der Leuchtdiode durchdringt das Gewebe und ein Teil des Lichtes wird durch das Hämoglobin in den vorbeiströmenden Erythrozyten absorbiert. Der verbleibende Anteil wird von der Photodiode registriert (Transmissionsprinzip). Um eine Verfälschung der Messung durch die Lichtabsorption des umliegenden Gewebes zu vermeiden, ist ein pulsatiler Blutfluss notwendig. Aus der sogenannten systolischen Spitzenabsorption, die durch das arterielle Blut verursacht wird, kann die Hintergrundabsorption durch das umliegende Gewebe herausgerechnet werden.

Mögliche Befunde und ihre Interpretation

Die Sauerstoffsättigung (SpO₂) des Blutes wird in Prozent angegeben und sollte über 95 % liegen, normal ist eine Sättigung von 98 %.

Bei einer Sauerstoffsättigung von < 90 % spricht man von einer Hypoxie (Sauerstoffmangel).

Besondere Hinweise

• Lebensalter und Geschlecht: Diese Faktoren beeinflussen die Sauerstoffsättigung nicht signifikant.
• Pulmonale Vorerkrankungen: Patienten mit chronisch obstruktiver Lungenerkrankung (COPD) oder anderen Lungenkrankheiten können sich an niedrigere SpO₂-Werte gewöhnt haben. Bei diesen Patienten kann eine Untergrenze von 88 % noch tragbar sein.
• Atmung während des Schlafs: Werte zwischen 90 und 95 % können bei einer niedrigen Atemfrequenz (ca. 12 Atemzüge pro Minute) als unauffällig gelten, insbesondere wenn keine weiteren Symptome oder Beschwerden vorliegen. Eine dauerhafte Überwachung und ggf. eine genauere Abklärung sind jedoch empfehlenswert, um sicherzustellen, dass keine zugrunde liegende Pathologie vorliegt.

Weitere spezifische Hinweise

• PEF-Variabilität: Wenn die morgendliche SpO₂ signifikant niedriger ist als der Wert vor dem Schlafengehen, könnte dies auf nächtliche Atmungsprobleme hinweisen, insbesondere bei Patienten mit Schlafapnoe oder COPD.
• Reaktion auf Sauerstofftherapie: Eine positive Reaktion auf die Verabreichung von Sauerstoff (Anstieg der SpO₂-Werte) bestätigt die Hypoxämie und die Wirksamkeit der Sauerstoffzufuhr.
• Langzeitüberwachung: Für Patienten mit chronischen Atemwegserkrankungen oder bei längerfristiger Sauerstofftherapie ist die kontinuierliche Überwachung mittels Pulsoxymetrie essentiell, um die Sauerstoffversorgung sicherzustellen und die Therapie entsprechend anzupassen.

Das physikalische Messprinzip der Pulsoxymetrie unterliegt einigen Einschränkungen. Fehlt z. B. der pulsatile Blutfluss, funktioniert die Messung nicht. Dies ist möglich bei:

• Arrhythmien (Herzrhythmusstörungen)
• Hypothermie (Unterkühlung)
• Hypovolämie (vermindertes Blutvolumen)
• Hypotonie (verminderter Blutdruck)
• Vasokonstriktion im Rahmen eines Schocks 

Folgende Faktoren vermindern ebenfalls die Aussagefähigkeit der Pulsoxymetrie:

• Armhaltung und körperliche Bewegung 
• Nicht entfernter Nagellack
• Dunkle Hautfarbe (fälschlich zu hohe Messwerte)
• Farbstoffe – z. B. Methylenblau
• Helle Umgebungsbeleuchtung
• Anämie (Blutarmut)
• Extrakorporale Zirkulation (Ersatz der natürlichen Kreislauffunktion durch eine Herz-Lungen-Maschine)
• Fetales Hämoglobin (HbF; Hämoglobinform des ungeborenen Kindes)
• Fieber (kann die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins senken, weil die Löslichkeit von Sauerstoff im Blut gesteigert ist – und das, obwohl der Partialdruck gleich bleibt)
• Kohlenmonoxid-Intoxikation (Vergiftung durch CO, das z. B. bei Verbrennungsprozessen entsteht. Kohlenmonoxid bindet mit einer vielfach höheren Affinität (Bindungskraft) an Hämoglobin als Sauerstoff und blockiert so den Sauerstofftransport zu den Zellen) – Hämoglobin mit Kohlenmonoxid gebunden (COHb), weist eine ähnliche Absorptionsfähigkeit wie Oxyhämoglobin auf, sodass mit abnehmender Sauerstoffsättigung falsch hohe Werte gemessen werden. Diese Situation kann zu einer fatalen Fehleinschätzung der Sauerstoffversorgung des Patienten führen.
• Methämoglobinämie – Hämoglobin enthält zweiwertiges Eisen, wird dieses zu dreiwertigem oxidiert, z. B. durch Medikamente, entsteht Methämoglobin.
• Ödeme (Wassereinlagerungen) – z. B. venöse Stauung des untersuchten Gewebes
• Venöse Pulsationen – z. B. bei Trikuspidalinsuffizienz (Leckage mit Blutrückfluss der Herzklappe zwischen dem rechten Vorhof und der rechten Herzkammer.)
• Magnetresonanztomographie (MRT) – Für die Verwendung während einer MRT-Untersuchung, muss ein nichtmagnetisches Gerät verwendet werden.

Nach der Untersuchung

Im Anschluss an die Untersuchung sind in der Regel keine besonderen Maßnahmen am Patienten notwendig. In Abhängigkeit vom Untersuchungsergebnis müssen gegebenenfalls medikamentöse oder andere therapeutische Maßnahmen durchgeführt werden. Bei Fehlmessungen, Artefakten oder nicht gegebener Aussagekräftigkeit ist eine Wiederholung der Untersuchung zu erwägen bzw. eventuelle Einschränkungen der Aussagefähigkeit (siehe oben) zu evaluieren. Nach langfristiger Verwendung des Gerätes ist die Anbringungsstelle auf Drucknekrosen hin zu überprüfen und der Ort ggf. zu wechseln.

Mögliche Komplikationen

Da es sich um ein nicht invasives Verfahren handelt, sind in der Regel keine Komplikationen zu erwarten. Das Gerät wird mithilfe einer Klemmvorrichtung befestigt, sodass eine mechanische Irritation bis zu einer Drucknekrose (Absterben von Gewebe durch Druck) auftreten kann. Aus diesem Grund sollte das Gerät wechselnd an unterschiedlichen Stellen angebracht werden.

Literatur

1. Roewer N, Thiel H: Taschenatlas Anästhesie. Georg Thieme Verlag 2013
2. Roewer N, Thiel H: Anästhesie Compact. Georg Thieme Verlag 2007