Nicht-invasive Beatmung und High-Flow bei Kohlenmonoxidintoxikation

Die Adventzeit ist erfahrungsgemäß die Zeit, in der viele Brände entstehen. Ein typisches Gift bei der Rauchgasintoxikation ist Kohlenmonoxid. Dies nehmen wir zum Anlass, neue Ansätze in der Therapie der Kohlenmonoxid-Intoxikation und die Datenlage hierzu genauer unter die Lupe zu nehmen.

Einen detaillierten Artikel zu Kohlenmonoxid-Intoxikationen werden wir nachliefern, wir warten noch die ursprünglich vor 2 Jahren angekündigte deutsche Leitlinie zur CO-Intoxikation ab, die zum 31.12.2020 veröffentlicht werden soll.

In der Zwischenzeit möchten wir uns damit beschäftigen, ob und warum eine nicht-invasive Beatmung oder nasale High-Flow-Therapie bei Kohlenmonoxid-Intoxikation hilfreich sein kann.

Warum könnte nicht-invasive Beatmung und High-Flow bei CO-Intox pathophysiologisch Sinn ergeben?

CO hat eine etwa 210x stärkere Affinität zu Hämoglobin (bzw. das Eisen im Hb) als O2 und vermindert somit den Sauerstofftransport über das Hämoglobin dramatisch.1 Nach Aufenthalt in einer Umgebung mit 200 ppm CO über 60 Minuten liegt der CO-Hb-Anteil bei Probanden etwa bei 10%.2 In kohlenmonoxidfreier Umgebung auf Meerehöhe mit normaler Luftzusammensetzung erfolgt die Elimination dann mit einer Halbwertzeit von etwa 4 Stunden (andere Quellen geben teils eher 6 Stunden an) bei normalem atmosphärischen Druck.1

Welche Faktoren nehmen nun Einfluss auf die Elimination des Kohlenmonoxid aus dem Blut? Dies ist neben der kohlenmonoxidfreien Umgebung (z.B. Rettung des Patienten aus dem Badezimmer mit defekter Gastherme ins Freie) vor allem das Atemminutenvolumen und der Sauerstoffpartialdruck in den Alveolen. (Für die Nerds unter uns, vermutlich wegen des im Verhältnis höheren Atemminutenvolumen ist die Halbwertzeit von CO-Hb bei Kindern deutlich kürzer (etwa 44 Minuten bei 100% O2 per Maske vs. ~80 Minuten bei Erwachsenen3)
Außerdem scheint die Elimination bei längerem Aufenthalt in einer Umgebung mit niedriger Kohlenmonoxid-Konzentration länger zu dauern, als wenn ein kurzer Aufenthalt in einer Umgebung mit hohem Kohlenmonoxidpartialdruck zum gleichen CO-Hb-Anteil im Blut geführt hat.1

Als Standardmaßnahme wird deshalb dem Patienten bei CO-Intoxikation Sauerstoff in hoher Konzentration zugeführt, worunter sich die Halbwertzeit des CO-Hb deutlich (wie z.B. hier4 beschrieben) auf etwa 80 Minuten (plus/minus etwa 10 Minuten reduziert).

Mittels maschineller Beatmung kann die Halbwertzeit noch weiter reduziert werden. Diese Maßnahme ist jedoch sehr invasiv. Eine weitere oft vorgeschlagene Methode ist die hyperbare Sauerstofftherapie, deren klinischer Nutzen in der Literatur kritisch diskutiert wird und für die es keine klar definierten Indikationskritieren gibt, die jedoch die kürzeste Halbwertzeit von etwa 15-20 Minuten erreicht. Der Nachteil neben dem fraglichen klinischen Nutzen ist vor allem, dass diese Therapie nur in speziellen Zentren durchgeführt werden kann, die Patientin also mit oft großem Zeitverlust dorthin transportiert werden müssen, und dass die Versorgung der Patienten während der Therapie in der Druckkammer nur eingeschränkt möglich ist. (Nebenbei bemerkt: wir sind gespannt, wie die deutsche Leitlinie den Nutzen der HBOT einordnet und ob und vor allem wann sie diese empfehlen wird)

Nun kann bei Nutzung einer normalen Sauerstoff-Maske mit Reservoir und 15 l/min O2-Flow keine Sauerstoffkonzentration der Einatemluft von 100%, sondern eher von 60-80 % erreicht werden. Daher liegt der Gedanke nahe, eine Nicht-Invasive Beatmung (NIV) zu nutzen, um bei wirklich dicht sitzender Maske eine FiO2 von nahezu 1,0 zu erreichen und ggf. mit niedrigem PEEP zusätzlich noch eine etwas größere Alveolar-Oberfläche zu schaffen. Auch die nasale High-Flow-Therapie (HFNC) könnte genutzt werden, um sehr hohe Sauerstoffkonzentrationen in der Einatemluft zu erzielen.

Daten zur NIV bei Kohlenmonoxidintoxikation

Tatsächlich wurden beide Techniken auch schon in der Praxis in kleineren Studien getestet. Los ging es mit einzelnen Fallberichten, dem prominentesten vielleicht von Roth und Kollegen aus Wien, die den Fall eines verheirateten Paares mit einem CO-Hb-Anteil von jeweils 21 %, verursacht durch eine defekte Gastherme berichteten. Der eine Partner bekam eine NIV und hatte einen CO-Hb von 3 % nach 90 Minuten, während der andere Partner Hochdosis-O2 per Maske erhielt und erst nach 6 Stunden einen CO-Hb-Anteil von 3 % erreichte.5

Eine bereits zuvor durchgeführte, aber vor dem Fallbericht noch nicht veröffentlichte Studie am Schwein zeigte dann keinen Vorteil von NIV gegenüber der O2-Gabe per normaler Rebreather-Maske mit 15 l /min O2 (HWZ 83 vs. 82 Minuten), allerdings wurde hier im CPAP auch nur eine FiO2 von knapp 0,6 erreicht – und damit auch nicht mehr als per normaler O2-Maske.6

Beim Menschen hingegen gab es in den letzten zwei Jahren drei weitere Studien, die eine verkürzte Halbwertzeit des CO-Hb unter NIV zeigten.
Die erste Studie war  von Caglar und Kollegen, die die CO-Hb Werte von je etwa vierzig Patienten vor und 30 Minuten nach NIV, bzw. 15 Liter O2 per Maske verglichen. Hier konnte gezeigt werden, dass die NIV-Gruppe einen signifikant niedrigeren CO-Hb erreichte (gemittelter CO-Hb-Anteil initial 22 % gesunken auf 9% nach 30 Minuten in NIV-Gruppe vs. 19% auf 14 % in der Gruppe O2-Maskengruppe).7
Turgut und Kollegen verglichen dann 45 Patienten mit Kohlenmonoxidvergiftung, die abwechselnd zu NIV oder O2 per Maske randomisiert wurden. Hier zeigten sich wieder bei vergleichbaren initialen CO-Hb-Anteilen (um 20%) niedrigere CO-Hb-Werte nach 30, 60 und 90 Minuten in der NIV-Gruppe. Die Halbwertzeit des CO-Hb lag bei 105 Minuten in der Gruppe mit Therapie per O2-Maske und 45 Minuten in der NIV-Gruppe und war somit unter NIV weniger als halb so lang.8
Kürzlich zeigten Bal und Kollegen dann in einer kleinen Studie mit 43 Patienten, dass NIV mit CPAP  verglichen mit der O2-Gabe per normaler Sauerstoffmaske ebenfalls zu einer deutlichen HWZ-Verminderung führt (HWZ etwa 36 Minuten mit NIV vs. etwa 80 Minuten mit 15 Liter O2 per Maske).9

Diese Studien sind allesamt klein und methodisch teils nicht optimal, kommen aber konsistent zum selben Ergebnis, nämlich dass die Halbwertzeit des CO-Hb unter NIV etwa halb so hoch wie unter O2-Gabe per Maske (15 l/min). Sie liegt etwa bei 30-45 Minuten. Ob die verkürzte Halbwertzeit einen klinischen Nutzen hat und zum Beispiel zu weniger Spätfolgen der CO-Intoxikation führt, wurde nicht untersucht.

Dennoch halten wir es aufgrund dieser Daten für sinnvoll, Patienten mit relevanter CO-Intoxikation (vielleicht CO-Hb-Anteil ab 15-20% plus Symptomatik), die noch wach und nicht aspirationsgefährdet sind und keine sonstige Kontraindikation für eine NIV haben, eine NIV-Therapie anzubieten. Angesichts der guten Verfügbarkeit der NIV könnte diese eine wirklich praktikable und sinnvolle Therapieoption, auch in der Präklinik, sein. Besonders wenn die Patienten diese gut tolerieren, und die Therapie bereits präklinisch eingeleitet werden kann, scheint uns hier eine rasche Reduktion des CO-Hb-Anteils ganz ohne Druckkamer möglich zu sein. Ob dies aber auch einen klinischen Nutzen hat, ist aktuell noch unklar. Aufgrund der wenigen Nebenwirkungen und Risiken der NIV, erscheint dieser Therapieversuch aus unserer Sicht jedoch möglich.

Daten zur HFNC bei Kohlenmonoxidintoxikation

Die NIV ist sowohl klinisch als auch präklinisch flächendeckend verfügbar. Einige Patienten tolerieren diese jedoch schlecht oder haben Kontraindikationen, sodass sich die Frage stellt, ob nicht durch die nasale High-Flow-Therapie (HFNC), welche viele Patienten als angenehmer empfinden, mit ihren hohen ermöglichten Sauerstoffkonzentrationen ein ähnlicher Effekt wie bei der NIV zu erzielen ist.

Hier ist die Datenlage aktuell noch schlechter als für die NIV; zwei kleinere Untersuchungen mit ersten Hinweisen gibt es jedoch bereits.
Ozturan und Kollegen konnten bei 33 Patienten mit CO-Intoxikation (mittlerer CO-Hb 22,5 % bei Einschluss), die eine HFNC erhielten, eine Halbwertzeit des CO-Hb von 37 Minuten ermitteln, hatten jedoch keine Kontrollgruppe eingeschlossen. Als Einstellungen wählten sie eine Sauerstoffbeimischung von 100 % und einen Flow von 60 Litern pro Minute.10
Eine weitere kleine Pilot-Studie zeigte eine – bei nur jeweils knapp 10 Patienten pro Gruppe statistisch nicht signifikante– reduzierte Halbwertzeit des CO-Hb von 48 Minuten bei HFNC-Therapie versus 99 Minuten bei Gabe von Hochdosis-Sauerstoff per Maske.11

Zusammenfassend und pathophysiologisch plausibel gibt es also Hinweise darauf, dass auch die HFNC-Therapie die Halbwertzeit des CO-Hb auf etwa 30-45 Minuten reduzieren könnte. Diese Methode könnte also bei Patienten, die eine NIV nicht tolerieren, oder bei welchen diese technisch nicht möglich ist, eine Alternative darstellen.

Fazit

Kurz zusammengefasst weisen vorläufige Daten darauf hin, dass die Halbwertzeit von CO-Hb durch NIV deutlich gesenkt werden kann. Es gibt auch erste Hinweise, dass mittels HFNC vielleicht eine der NIV-Therapie vergleichbare reduzierte Halbwertzeit erreicht werden kann. Ob diese reduzierte Halbwertzeit des CO-Hb auch klinische Vorteile hat, ist bisher nicht untersucht oder belegt.

Wir würden trotzdem bei symptomatischer und relevanter CO-Intoxikation (z.B. CO-Hb-Anteil ab 15-20% plus Symptomatik) aufgrund des sehr günstigen Risikoprofils dem Patienten eine NIV empfehlen (Sauerstoffanteil 100%, PEEP 3-5 mmHg) und Patienten, welche die NIV nicht tolerieren oder bei welchen diese technisch nicht möglich ist (z.B. undichte Maske) die HFNC-Therapie anbieten (Einstellung Sauerstoffbeimischung 100%, Flow 60 l/min).

In den nächsten Jahren sind weitere Studien, die hoffentlich auch den klinischen Effekt mit untersuchen, zu erwarten. Wir könnten uns vorstellen, dass die NIV und vielleicht auf HFNC dann zur Standardtherapie bei CO-Intox werden.

Zusammenfassung

  • Die Halbwertzeit von CO-Hb liegt beim Erwachsenen etwa bei 240(-320) Minuten unter Raumluft (bei normalem atmosphärischem Druck), etwa bei 80 Minuten unter Gabe von 15 l/min O2 per Maske mit Reservoir und vermutlich bei 30-45 Minuten bei Gabe von 100% Sauerstoff mittels NIV oder (noch mit großer Vorsicht!) auch HFNC.  Bei hyperbarer Sauerstofftherapie liegt sie bei etwa 15-20 Minuten
  • Die NIV kann ein Therapieversuch bei relevantem CO-Hb-Anteil und Symptomatik sein, wenn keine Kontraindikation besteht. Ein klinischer Nutzen ist noch nicht bewiesen
  • Wenn die NIV eingesetzt wird, dann je früher desto besser! Möglichst bereits präklinisch – so kann auf einer ja durchaus realistischen Einsatzzeit von 30-45 Minuten bis zur Übergabe im Krankenhaus der CO-Hb-Anteil bereits halbiert werden
  • Für die HFNC-Therapie gibt es ebenfalls erste Daten. Diese sind aber noch deutlich schwächer, dennoch kann der Einsatz hier aufgrund der ebenfalls geringen zu erwartenden Nebenwirkungen erwogen werden

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Quellen

1. Pan K-T, Leonardi GS, Croxford B. Factors Contributing to CO Uptake and Elimination in the Body: A Critical Review. Int J Environ Res Public Health. 2020;17(2). doi:10.3390/ijerph17020528

2. Peterson JE, Stewart RD. Predicting the carboxyhemoglobin levels resulting from carbon monoxide exposures. J Appl Physiol. 1975;39(4):633-638. doi:10.1152/jappl.1975.39.4.633

3. Klasner AE, Smith SR, Thompson MW, Scalzo AJ. Carbon Monoxide Mass Exposure in a Pediatric Population. Academic Emergency Medicine. 1998;5(10):992-996. doi:https://doi.org/10.1111/j.1553-2712.1998.tb02778.x

4. Weaver LK. Carbon monoxide poisoning. Undersea Hyperb Med. 2020;47(1):151-169.

5. Roth D, Mayer J, Schreiber W, Herkner H, Laggner AN. Acute carbon monoxide poisoning treatment by non-invasive CPAP-ventilation, and by reservoir face mask: Two simultaneous cases. Am J Emerg Med. 2018;36(9):1718.e5-1718.e6. doi:10.1016/j.ajem.2018.05.066

6. Delvau N, Penaloza A, Liistro G, et al. Effect of Pressure Support Ventilation on Carboxyhemoglobin Toxicokinetic after Acute Carbon Monoxide Intoxication: a Swine Model. J Med Toxicol. 2018;14(2):128-133. doi:10.1007/s13181-018-0654-8

7. Caglar B, Serin S, Yilmaz G, Torun A, Parlak I. The Impact of Treatment with Continuous Positive Airway Pressure on Acute Carbon Monoxide Poisoning. Prehosp Disaster Med. 2019;34(6):588-591. doi:10.1017/S1049023X19005028

8. Turgut K, Yavuz E. Comparison of non-invasive CPAP with mask use in carbon monoxide poisoning. The American Journal of Emergency Medicine. 2020;38(7):1454-1457. doi:10.1016/j.ajem.2020.04.050

9. Bal U, Sönmez BM, Inan S, Işcanli MD, Yilmaz F. The efficiency of continuous positive airway pressure therapy in carbon monoxide poisoining in the emergency department. Eur J Emerg Med. 2020;27(3):217-222. doi:10.1097/MEJ.0000000000000647

10. Ozturan IU, Yaka E, Suner S, et al. Determination of carboxyhemoglobin half-life in patients with carbon monoxide toxicity treated with high flow nasal cannula oxygen therapy. Clin Toxicol (Phila). 2019;57(7):617-623. doi:10.1080/15563650.2018.1540046

11. Kim Y-M, Shin H-J, Choi D-W, et al. Comparison of high-flow nasal cannula oxygen therapy and conventional reserve-bag oxygen therapy in carbon monoxide intoxication: A pilot study. Am J Emerg Med. 2020;38(8):1621-1626. doi:10.1016/j.ajem.2019.158451

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