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B978-3-437-22142-2.50027-6

10.1016/B978-3-437-22142-2.50027-6

978-3-437-22142-2

Zentralnervös und funktionell bedingte Atmungsstörungen – Chronische Hypoventilation

W.J. Randerath

S. Böing

Kernaussagen

  • Hypoventilationssyndrome können auf Störungen des zentralen Atemantriebs, der peripheren Nervenüberleitung und des thorakalen Apparats (Atemmuskeln, Thoraxwand, Skelett) beruhen.

  • Chronische Hypoventilation führt neben Allgemeinsymptomen bei zahlreichen zugrunde liegenden Erkrankungen zu einer verschlechterten Überlebensprognose.

  • Die nichtinvasive oder invasive Beatmung ist Therapie der Wahl, falls keine kausalen Ansätze vorliegen oder diese nicht ausreichen. O2-Gabe oder Medikamente sind keine ausreichenden Behandlungsoptionen.

  • Nichtinvasive Beatmung kann bei diversen Hypoventilationssyndromen eine Verbesserung von Morbidität und Mortalität erreichen.

  • Das Obesitas-Hypoventilationssyndrom (OHS) ist durch Adipositas (BMI ≥ 30 kg/m2), chronische Tageshyperkapnie (PaCO2 ≥ 45 mmHg) und den Ausschluss anderer zu Hypoventilation führende Ursachen gekennzeichnet. Nahezu immer geht es mit schlafbezogenen Atmungsstörungen einher.

Vorbemerkungen

Aus didaktischen Überlegungen kann das Atmungsorgan in eine pulmonale Komponente (Lungenparenchym und Atemwege) und die Atempumpe (Thoraxskelett, Atemmuskeln und neuronale Steuereinheit) untergliedert werden.
  • Störungen der pulmonalen Komponente resultieren vornehmlich in verminderter O2-Aufnahme.

  • Störungen der Atempumpe führen zu einer verminderten Abgabe von CO2 und wirken sich sekundär auf die O2-Aufnahme aus.

Das physiologische Funktionieren der Atempumpe beruht auf einem intakten Zusammenspiel von zentraler Atmungssteuerung, der nervalen Signalübertragung an die Atemmuskulatur sowie der effektiven Kraftübertragung der Atemmuskeln auf den regelrecht konfigurierten Thorax. Das korrekte Zusammenspiel dieser Teilkomponenten ermöglicht dem Atmungsgesunden eine adäquate Anpassung der Atemtiefe an die CO2-Produktion, sodass der PaCO2 stets zwischen Werten von 35 und 45 mmHg reguliert wird. Hypoventilationssyndrome können ihre Ursache auf allen Ebenen der Atempumpe haben:
  • Störungen des Atemantriebs können auf einer Fehlfunktion peripherer und zentraler Chemorezeptoren sowie der respiratorischen Neurone im Hirnstamm beruhen.

  • Erkrankungen des Rückenmarks, der peripheren Nerven und der Atemmuskulatur führen zu einer Beeinträchtigung der thorakoabdominalen Atembewegungen.

  • Auch wenn der neuromuskuläre Apparat intakt ist, können morphologische Veränderungen der Thoraxwand (z. B. bei Kyphoskoliose, Adipositas permagna, narbigen pleuralen Veränderungen oder Morbus Bechterew) oder obstruktive Veränderungen in den Atemwegen (z. B. bei hochgradiger Trachealstenose, pharyngeale Obstruktionen im Schlaf etc.) eine suffiziente Ventilation unmöglich machen.

DEFINITION

Chronische Hypoventilation ist charakterisiert durch einen dauerhaften Anstieg des PaCO2 auf Werte > 45 mmHg. Die hierbei auftretende respiratorische Azidose wird bei intakter Nierenfunktion durch Retention von Bikarbonat kompensiert. Eine Verminderung des Atemminutenvolumens ist für die Definition der Hypoventilation nicht ausreichend.

Symptome der chronischen Hypoventilation

Leitsymptom der chronischen Hypoventilation ist der Anstieg des alveolären PCO2 (PaCO2) und infolgedessen des arteriellen PCO2 (PaCO2), die mit einer respiratorischen Azidose einhergehen. Bei einer chronischen Hypoventilation kann die Azidose durch Zunahme des Plasmabikarbonatspiegels (HCO3) vollständig metabolisch kompensiert sein.
Klinische Symptome der chronischen Hypoventilation sind zumeist unspezifisch oder werden als Symptome einer zugrunde liegenden Grunderkrankung, wie z. B. neuromuskulären Erkrankungen fehlgedeutet.
  • Dyspnoe, Tachypnoe, eingeschränkte Belastbarkeit und rezidivierende Atemwegsinfektionen sind häufig zu findende Krankheitserscheinungen.

  • Die sekundär bei Hypoventilation auftretende Hypoxämie kann zu Zyanose und Polyglobulie führen.

Vermehrt bilden sich eine pumonale Hypertonie und Zeichen der Rechtsherzbelastung aus.
Da physiologischerweise die Ventilation vom Wachzustand, über den NREM-Schlaf zum REM-Schlaf hin um bis zu 20% abnimmt, manifestiert sich eine chronische Hypoventilation initial überwiegend im Schlaf. Gleichzeitig ist die Hyperkapnie zumeist im REM-Schlaf am stärksten ausgeprägt.
Infolge der vasodilatierenden Wirkung des CO2 werden gehäuft morgendliche Zephalgien beklagt.
Hyperkapnisch und hypoxisch getriggerte unterschwellige Weckreaktionen (Arousals) führen über vermehrte Schlaffragmentation zu Tagesschläfrigkeit, Konzentrationsstörungen und eingeschränkter kognitiver Leistungsfähigkeit am Tage.
  • !

    Diese Beschwerden können zur Fehldiagnose einer alleinigen obstruktiven Schlafapnoe führen.

Diagnostik und Differenzialdiagnostik chronischer Hypoventilationssyndrome

Für den Nachweis der die Hypoventilation definierenden Hyperkapnie (PaCO2 > 45 mmHg) ist die arterielle Blutgasanalyse (BGA) zentrales Diagnostikum. Bei alleiniger schlafbezogener Hypoventilation findet sich in der BGA im Wachzustand am Morgen ein erhöhtes Bikarbonat als Ausdruck der nächtlichen, metabolischen Kompensation. Nach dem Erwachen ist durch eine Zunahme der Ventilation im Wachzustand der PaCO2 bereits schon wieder im Normbereich. Sehr hilfreich in der Detektion der schlafbezogenen Hypoventilation ist die transkutane Kapnometrie, die eine Langzeitbeurteilung des PCO2 ermöglicht.
In der Differenzialdiagnostik müssen von den Störungen der zentralen Atemregulation Erkrankungen des neuromuskulären Apparats, der Thoraxwand sowie der Atemwege abgegrenzt werden.
  • Dazu dienen Untersuchungen der Atemantwort auf chemische Stimuli (CO2, Hypoxie). Diese ist bei Störungen der zentralen Atmungsregulation abgeschwächt, während sich Lungenfunktionsparameter, wie das MVV-Manöver (maximale willkürliche Ventilation), Pimax (maximaler Inspirationsdruck: Kapazität der Atempumpe), Atemwegswiderstand und Flussvolumenkurve sowie der Gasaustausch (gemessen an der AaD O2) normal verhalten.

  • Neuromuskuläre Erkrankungen zeigen einen regelrechten Gasaustausch und Atemwegswiderstand, während Parameter der Atemmechanik (MVV, Pimax, Flussvolumenkurve) erniedrigt sind. Die Atemantwortkurven werden bei neuromuskulären Erkrankungen ebenfalls krankhaft verändert sein, da sie neben einer regelrechten zentralen Atemregulation auch den gesunden neuromuskulären Apparat als ausführendes Organ voraussetzen.

  • Liegt die Ursache der chronischen Hypoventilation im Bereich der Thoraxwand oder der Atemwege, werden sich Atemwegswiderstand und Compliance, wie auch die übrigen Lungenfunktionsparameter pathologisch darstellen. Auch kommt es bei obstruktiven Ventilationsstörungen wie der COPD zu einer Störung des Gasaustauschs.

Die kardiorespiratorische Polysomnographie weist bei den meisten Krankheitsentitäten zentrale Apnoen, längerstreckige O2-Desaturationen als Folge einer Hypoventilation sowie Auswirkungen von Atmungsereignissen auf den Schlaf nach. Kombiniert mit einer Kapnometrie ermöglicht sie vielfach die Indikationsstellung zur Einleitung einer Positivdruckatmung, noch bevor die Grenzwerte der Tageshyperkapnie überschritten werden.
Schwierig kann die Differenzialdiagnostik von Atemregulationsstörungen sein, zu denen Defekte der peripheren und zentralen Chemorezeptoren sowie der Atemzentren im Hirnstamm gehören.
  • Chemorezeptordefekte bewirken Erkrankungen des Glomus caroticum z. B. im Rahmen von Traumen, einer prolongierten Hypoxie und metabolischen Alkalose.

  • In der Hirnstammregion können sich eine bulbäre Poliomyelitis oder Enzephalitis, Durchblutungsstörungen im Rahmen arteriosklerotischer Prozesse (Hirnstamminfarkt), traumatische, hämorrhagische oder degenerative Hirnstammveränderungen auswirken.

  • Zu den Medikamenten, die gehäuft den Atemantrieb beeinträchtigen gehören Opiate, Barbiturate und Benzodiazepine.

  • Neben bildgebenden Verfahren (z. B. MRT Schädel) spielen in der Differenzialdiagnostik die detaillierte Anamnese und klinische Untersuchung eine wichtige Rolle.

Über diese Störungen hinaus sind die primäre alveoläre Hypoventilation und das Obesitas-Hypoventilationssyndrom abzugrenzen.

Therapie

Allgemeine Maßnahmen

Zur Behandlung der Grunderkrankung gehören eine optimale Einstellung obstruktiver Atemwegserkrankungen, der Auswurfleistung des Herzens mit medikamentösen und operativen Maßnahmen sowie der zerebralen Perfusion.

Beatmungstherapie

  • Die mechanische Beatmung ist bei der chronischen Hypoventilation therapeutischer Goldstandard. Sie reduziert die Atemarbeit und entlastet hierdurch die Atempumpe. Die Verbesserung der Ventilation drückt sich in einer Reduktion des PaCO2 aus. Die historisch im Rahmen der Polioepidemien weitverbreitete Negativdruckatmung mittels „eiserner Lunge”, ist inzwischen durch die nichtinvasive Positivdruckatmung (NIV) über eine Atemmaske abgelöst worden.

  • Effekte der mechanischen Beatmung sind i. d. R. eine deutliche klinische Beschwerdebesserung und Rückbildung sekundärer Krankheitszeichen. Bei speziellen Krankheitsentitäten wie der COPD oder diversen neuromuskulären Erkrankungen verbessert NIV sogar die Überlebensprognose.

  • Zur Beatmung werden meist druckgesteuerte Verfahren (z. B. PCV, Pressure Controlled Ventilation) eingesetzt, die jedoch volumengesteuerten Verfahren (z. B. VCV, Volume Controlled Ventilation) nicht prinzipiell überlegen sind. Moderne duale Beatmungsverfahren kombinieren die druckgesteuerte Beatmung mit der Vorgabe eines Atemzielvolumens und bieten aus physiologischer Sicht (z. B. während verschiedener Schlafphasen, NREM- vs. REM-Schlaf) einen interessanten Ansatzpunkt.

  • Reine Spontanatmungsmodi, wie CPAP (Continuous Positive Airway Pressure), Bilevel im Spontanmodus (S-Mode) sind sogenannte assistierte (Be-)Atmungsmodi, die nur eine partielle Entlastung der Atemarbeit ermöglichen. Sie sind bei Störungen des Atemantriebs oder der Nervenleitung meist nicht ausreichend, da hier die Impulse der Atmung oder ihre Weiterleitung gestört sind.

Kontrollierte Beatmungsmodi, wie z. B. Bilevel im T-Modus, übernehmen die Atemarbeit komplett, sind aber nicht immer praktikabel (z. B. bei Desynchronisation zwischen Patient und Beatmungsgerät). Abgesicherte Beatmungsmodi (z. B. Bilevel ST), die eine Spontantriggerung der Atmung ermöglichen, bieten einen klinisch sinnvollen Kompromiss.
Die NIV-Therapie kann in der Regel über eine Nasenmaske oder Mund-Nasen-Maske bei einer Beatmungsdauer bis 12 h/d zumeist problemlos durchgeführt werden. Bei dauerhaft längeren Beatmungszeiten ist gehäuft eine invasive Beatmung über einer Trachealkanüle erforderlich. Auch andere Konstellationen wie z. B. ein unzureichendes Sekretmanagement bei neuromuskulären Erkrankungen können Notwendigkeit für eine invasive Beatmung sein.
Die direkte Zwerchfellstimulation über implantierbare Phrenikuselektroden kann bei Patienten mit Erkrankungen des Atemantriebs erwogen werden, setzt jedoch einen gesunden muskulären Apparat voraus.

Als Faustregel gilt:

Die Therapie der Wahl bei chronischer Hypoventilation ist die mechanische Beatmung.

Sauerstoffgabe

Die O2-Therapie kann bei zusätzlich vorliegender Lungenparenchymerkrankung oder bei sekundärer Hypoxämie infolge chronischer Hypoventilation additiv zur mechanischen Beatmung sinnvoll sein.
Hypoxämie, Polyglobulie und pulmonale Hypertonie können durch Sauerstoffgabe vermindert werden.
  • Die Sauerstoffapplikation sollte unter Kontrolle des Blutgasmusters in einer schrittweisen Dosissteigerung z. B. in Schritten um 1 l/Min. O2 erfolgen.

  • Ein Anstieg des PaCO2 um > 5 mmHg unter O2-Gabe sollte auch im Schlaf vermieden werden. Dies ist bei der Therapieeinleitung zu dokumentieren.

CAVE

  • !

    Die O2-Gabe stellt keine Therapie der Hypoventilation dar, die nur mit Beatmung möglich ist.

Als Faustregel gilt:

Eine O2-Therapie macht nur Sinn, wenn ein absoluter Anstieg des PaO2 um mind. 5 mmHg, möglichst auf einen Absolutwert von > 60 mmHg erreicht werden kann.

Medikamentöse Therapie

Atemanaleptika
  • !

    Atemanaleptika wie Amiphenazol, Doxapram, Pentetrazol und Nikethamid haben ihre Bedeutung in der Therapie der akuten und chronischen respiratorischen Insuffizienz mit Hypoventilation fast vollständig verloren, da sie die Ursache der Störung, die häufig mit der Erschöpfung der Atempumpe einhergeht, nicht beseitigen.

  • Eine Sonderrolle besitzt Almitrin, das die Entladungsfrequenz der peripheren Chemorezeptoren im Glomus caroticum erhöht und die Perfusion in Lungenarealen mit verminderter Ventilation optimiert. In einer Dosis von 50–75 mg/d steigert es den PaO2 um 4 bis max. 8 mmHg bei gering vermindertem PaCO2.

Im Gegensatz zur O2-Langzeittherapie konnte unter Almitrin bei chronisch hypoxischer Atmungsinsuffizienz allerdings keine Prognoseverbesserung nachgewiesen werden.
Sonstige Medikamente
  • Medroxyprogesteron erhöht den Atemantrieb bei Gesunden und wird vereinzelt bei Patienten mit Hypoventilationssyndromen eingesetzt.

  • Der Carboanhydrase-Hemmer Acetazolamid hemmt die Umwandlung von CO2 zu Bikarbonat und damit den Anstieg des PCO2 im Gewebe und erzeugt eine metabolische Azidose, was den zentralen Atemantrieb erhöht. Umgekehrt kann in der Lunge CO2 nur erschwert freigesetzt werden. Daraus resultiert ein Anstieg des PCO2 auf jedem Niveau der Atmung, was bei Patienten, die ihre Atmung nicht ausreichend steigern können (z.B. bei einer COPD), zu einer ernsten Azidose führen kann.

  • Theophyllin steigert die Atemantwort auf Hypoxie, besitzt jedoch eine nur geringe therapeutische Breite, die insbesondere bei kardialer Komorbidität problematisch sein kann.

CAVE

  • !

    Insgesamt sind medikamentöse Maßnahmen als nicht ausreichend in der Dauertherapie der chronischen Hypoventilationssyndrome anzusehen.

Spezielle Therapie alveolärer Hypoventilationssyndrome

Obesitas-Hypoventilations- syndrom (OHS)

Diagnosekriterien des OHS sind Adipositas (BMI > 30 kg/m2) und die chronische Tageshyperkapnie, die nicht besser durch andere Erkrankungen wie z. B. thorakopulmonale oder neuromuskuläre Störungen erklärt werden kann. Nahezu immer findet sich eine begleitende schlafbezogene Atmungsstörung, in mehr als 90% der Fälle in Form einer obstruktiven Schlafapnoe (OSA). Mortalität und Morbidität beim OHS sind deutlich erhöht.
Die Adipositas beeinträchtigt die Atmung durch
  • eine restriktive Ventilationsstörung und

  • eine Verminderung der Kapazität der muskulären Atempumpe.

Als Folgen der Restriktion treten eine Obstruktion der kleinen Atemwege und eine Erhöhung der AaDO2 auf.
  • Die Atemarbeit wird durch die größere Körpermasse, den erhöhten O2-Bedarf, die reduzierte Zwerchfellbeweglichkeit, die Einengung der oberen Atemwege und die O2-Desaturationen erhöht, die zu einem Missverhältnis von O2-Bedarf und -Angebot führen.

  • Zumindest bei einem Teil der Patienten oder in einem späteren Stadium der Erkrankung kann eine Überbeanspruchung der muskulären Atempumpe durch eine Veränderung der Schwellenwerte der Chemorezeptoren vermieden werden, was zur Hyperkapnie führt.

  • Darüber hinaus scheint aufgrund einer Resistenz ein relativer Leptinmangel im zentralen Nervensystem zu bestehen, sodass Leptin die Ventilation nicht in adäquatem Maße steigern kann.

  • Neben den Zeichen der chronischen Hypoventilation bis hin zur dekompensierten Rechtsherzinsuffizienz treten die typischen Tagessymptome schlafbezogener Atemstörungen hinzu.

  • Diese Phänomene können jedoch von den meisten adipösen Personen, zumindest über lange Zeit, durch eine verstärkte hyperkapnische Atmungsantwort und damit des Atemminutenvolumens kompensiert werden. Eine Hypoventilation tritt also nur ein, wenn diese Steigerung des Atemantriebs nicht vorliegt oder verloren geht.

    Zur Therapie sollten alle Möglichkeiten der Gewichtsreduktion in Erwägung gezogen werden. Dies schließt auch, unter streng definierten Bedingungen (▸ N 5 Adipositas) operative Maßnahmen mit ein. Als apparative Therapie stehen die verschiedenen Formen der Positivdruckatmung (CPAP, Bilevel-PAP und NIV) zur Verfügung, die ggf. nach erfolgreicher Gewichtsreduktion auch wieder eingestellt werden können.

Primäre Hypoventilations-syndrome

Gemäß der 2014 publizierten Internationalen Klassifikation der Schlafstörungen (ICSD-3) kann die ehemals als Gruppe der „primären Hypoventilationssyndrome” in die Formen
  • kongenitales zentrales alveoläres Hypoventilationssyndrom (CCHS),

  • late-onset zentrale Hypoventilation mit hypothalamischer Dysfunktion und

  • idiopathische zentrale alveoläre Hypoventilation

untergliedert werden.
Das CCHS wurde vormals mit dem Namen „Undines Fluch” bezeichnet. Charakteristikum der Erkrankung ist eine Mutation des PHOX2B-Gens, die zu einer diffusen Imbalance des autonomen Systems führt. Trotz des angeborenen Charakters dieses Hypoventilationssyndroms werden teils erst Krankheitsmanifestationen im Erwachsenenalter beobachtet. Zumeist ist beim CCHS die Hypoventilation im Schlaf stärker ausgeprägt, teils kann im Wachzustand eine komplette Kompensation beobachtet werden.
Die late-onset zentrale Hypoventilation mit hypothalamischer Dysfunktion ist eine Störung der zentralen Atmungskontrolle. Patienten fallen neben einer Hypoventilation mit Adipositas, endokrinen Auffälligkeiten, schweren Verhaltens- und emotionalen Störungen oder neuronalen Tumoren auf. Mutationen des PHOX2B-Gens und anderweitige, eine Hypoventilation erklärende Störungen müssen ausgeschlossen werden.
Die idiopathische zentrale alveoläre Hypoventilation ist eine Ausschlussdiagnose, deren genaue Pathophysiologie noch unklar ist. In der Krankheitsentstehung werden Veränderungen des Atemantriebs und der Atemantwort auf Hyperkapnie und Hypoxie diskutiert.
Bei allen Formen ist Luftnot angesichts des fehlenden oder gestörten Atemantriebs selten.
  • Im Wachzustand können die Patienten die Hyperkapnie häufig kompensieren, sodass lediglich eine respiratorische Azidose mit Vermehrung des Bikarbonatwerts auf die Atemstörungen hinweist.

  • Die Hypoventilation manifestiert sich jedoch insbesondere im Schlaf.

  • Unbehandelt ist die Prognose ungünstig.

Therapie der Wahl ist auch hier die nichtinvasive nächtliche Beatmung, die meist für eine suffiziente Behandlung der Patienten notwendig ist. Nur in Einzelfällen können Atemstimulanzien oder Sauerstoffgabe ausreichend sein.

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