Der Anaesthesist

, Volume 55, Issue 9, pp 980–988

Behandlungsstrategien des akuten Rauchgasinhalationstraumas

Authors

    • Sektion Anästhesiologische Pathophysiologie und VerfahrensentwicklungUniversitätsklinik für Anästhesiologie
    • Departments of Anesthesiology and SurgeryThe University of Texas Medical Branch and Shriners Burns Hospital for Children
  • D. L. Traber
    • Departments of Anesthesiology and SurgeryThe University of Texas Medical Branch and Shriners Burns Hospital for Children
  • P. Radermacher
    • Sektion Anästhesiologische Pathophysiologie und VerfahrensentwicklungUniversitätsklinik für Anästhesiologie
  • D. N. Herndon
    • Departments of Anesthesiology and SurgeryThe University of Texas Medical Branch and Shriners Burns Hospital for Children
  • M. O. Maybauer
    • Departments of Anesthesiology and SurgeryThe University of Texas Medical Branch and Shriners Burns Hospital for Children
    • Orthopädische Universitätsklinik mit Querschnittgelähmtenzentrum am Rehabilitationskrankenhaus Ulm
Intensivmedizin

DOI: 10.1007/s00101-006-1050-3

Cite this article as:
Maybauer, D.M., Traber, D.L., Radermacher, P. et al. Anaesthesist (2006) 55: 980. doi:10.1007/s00101-006-1050-3

Zusammenfassung

Die Mehrzahl der tödlichen Brandunfälle ist nicht auf Brandwunden, sondern auf die Inhalation toxischer Gase während des Verbrennungsvorgangs zurückzuführen. Feuer erzeugt eine komplizierte toxische Umgebung durch Hitze, Sauerstoffverbrauch und die Entstehung toxischer Gase, wie Kohlenmonoxid und Zyanid. Die zunehmende Nutzung synthetischer Baumaterialien in Gebäuden, Möbeln, Teppichböden, elektrischen Kabelsträngen und Dekorationen erhöht das potenzielle Risiko der Inhalation toxischer Brandgase. Dieser Übersichtsartikel beschreibt die pathophysiologischen Prozesse nach Inhalationsverletzungen, die durch toxische Substanzen und Chemikalien in Rauchgasen ausgelöst werden, sowie Strategien für die notärztliche Versorgung an der Unfallstelle und die weiterführende intensivmedizinische Behandlung.

Schlüsselwörter

AtemwegeInhalationstraumaKohlenmonoxidRauchgasZyanid

Treatment strategies for acute smoke inhalation injury

Abstract

Most fatalities from fires are not due to burns, but are a result of inhalation of toxic gases produced during combustion. Fire produces a complex toxic environment, involving flame, heat, oxygen depletion, smoke and toxic gases such as carbon monoxide and cyanide. As a wide variety of synthetic materials is used in buildings, such as insulation, furniture, carpeting, electric wiring covering as well as decorative items, the potential for poisoning from inhalation of products of combustion is continuously increasing. The present review describes the pathophysiologic effects from smoke inhalation injury as well as strategies for emergency treatment on scene and in the intensive care setting.

Keywords

AirwayCarbonmonoxideCyanideInhalation injurySmoke

Einführung und Epidemiologie

Inhalationsverletzungen stellen einen Haupt-, wenn nicht sogar den Hauptfaktor für eine erhöhte Mortalität bei Verletzungen durch Hitzeeinwirkung dar [25, 49]. Rauchgasinhalationen gehen in den Vereinigten Staaten mit jährlich 5.000-10.000 Todesfällen einher, zusätzlich werden mehr als 23.000 Menschen verletzt; hiervon gehören ca. 5000 den Rettungskräften der Feuerwehren an. Die Vereinigten Staaten haben eine der höchsten durch Brände verursachte Mortalitätsraten unter den industrialisierten Ländern [1]. Eine isolierte Rauchgasinhalation muss nicht tödlich enden. Nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) entwickelt etwa 1 Mrd. Menschen, v. a. in Drittweltländern, Atemwegs- und Lungenentzündungen durch chronische Rauchgasinhalation als Folge von häuslichen Kochfeuern, Wald- und Erntefeuern [38].

Mehr als 30% aller durch Hitzeeinwirkung verletzten Patienten, die weltweit in Verbrennungszentren stationär behandelt werden, weisen ein begleitendes Rauchgasinhalationstrauma auf [49]. Trotz effektivem Flüssigkeitsmanagement, frühzeitiger chirurgischer Exzision von verbranntem Gewebe und verbesserter Beatmungstechniken konnte die Mortalität von Patienten, die ein kombiniertes Verbrennungs- und Rauchgasinhalationstrauma erlitten haben, in den letzten Jahren nicht wesentlich gesenkt werden. Hierbei ist die Lunge der betroffenen Patienten das kritische Organ, da das entstehende Lungenödem die progressive Ateminsuffizienz fördert und damit den zentralen Faktor für die hohe Mortalität darstellt [36, 40].

Die Inhalation von Rauchgasen gewann zunehmende Bedeutung bei der Entwicklung und Verwendung von Kampfgasen im Ersten Weltkrieg. Durch die Brandkatastrophe im Bostoner Nachtclub „Cocoanut Grove“, bei der 1942 annähernd 500 Menschen in einem brennenden Gebäude eingeschlossen waren und durch die Inhalation von Rauch zu Tode kamen, rückte das Interesse an der zivilen Erforschung des Inhalationstraumas in den Vordergrund [34]. Als im April 1947 im Hafen von Texas City (Galveston Bay, Texas, USA) ein mit Ammoniumnitrat beladenes Tankschiff explodierte und eine Kette von Explosionen sowie Folgefeuern an angrenzenden Raffinerien der chemischen Industrie auslöste, kam es zu einem bis dato noch nicht da gewesenen zivilen Massenanfall von Verletzten. Etwa 3000 Menschen wurden bei der Explosion und den daraus resultierenden Folgen verletzt, 576 starben, 380 wurden mit Verbrennungsverletzungen und kombinierten oder isolierten Rauchgasintoxikationen in den umliegenden Kliniken versorgt [5]. Resultierend aus den Ereignissen in Boston und Galveston wurden spezielle Zentren etabliert, die sowohl auf die operative und intensivmedizinische Behandlung als auch auf die Erforschung der Pathophysiologie von Verbrennungen und Inhalationsverletzungen spezialisiert sind.

Durch das in der jüngsten Vergangenheit vermehrte Aufkommen terroristischer Aktivitäten sind die toxischen Inhaltsstoffe des Rauches erneut in den Fokus des Interesses geraten. Von den 790 verletzten Überlebenden des Terroristenangriffs auf das World Trade Center in New York am 11. September 2001 erlitten 49% Inhalationsverletzungen. Die Situation bei dem Parallelangriff auf das amerikanische Verteidigungsministerium Pentagon war identisch [21, 54].

Toxische Rauchgase

Rauchtoxizität ist ein wachsendes Problem, da sich die heute verwendeten Industrieerzeugnisse weg von Hölzern und natürlichen Rohstoffen in Richtung leichterer Baumaterialien, Kunststoffe und auf Petrochemie basierenden Produkten verlagert, die sich rascher entzünden sowie 2- bis 3-mal heißer und schneller verbrennen als konventionelle Materialien. Die Toxizität der entstehenden Rauchgase ist demzufolge um ein Vielfaches höher [1]. Aus diesem Grund bleibt den Feuerwehren weniger Zeit, die Kontrolle über ein Feuer zu gewinnen, und den Opfern einer Rauchgasinhalation immer weniger Zeit, dem toxischen Rauch zu entkommen. Inhalationstraumen werden durch Dämpfe, Dünste oder toxische Reizgase (z. B. Ammoniak, Salzsäure, Phosgen, Nitrosegase) verursacht. Dämpfe bestehen aus kleinsten, sich in die Umgebungsluft verteilenden Partikeln, an die sich verschiedene Reizstoffe oder zytotoxische Chemikalien heften. Dünste beinhalten aerosole Reizstoffe oder zytotoxische Flüssigkeiten. Rauch setzt sich aus einer Kombination von Dämpfen, Gasen, Dünsten und Heißluft zusammen; deshalb sind Hitze, toxische Gase und niedrige Sauerstoff- (O2-) Konzentrationen die häufigsten Todesursachen an Brandstellen. Eine große Vielfalt an toxischen Gasen und Chemikalien kann aufgrund verschiedener Brandstoffe freigesetzt werden (Tab. 1) [50]. Viele dieser Stoffe, insbesondere Kohlenmonoxid (CO) und Zyanid (CN), haben eine gemeinsame pathophysiologische Endstrecke und erhöhen die Mortalität, da dieser Synergismus zu erhöhter Gewebehypoxie und -acidose durch Hemmung der mitochondrialen Zytochromoxidase führt [29]. Betroffene Personen können von den irritierenden Effekten des Rauches und durch eine verminderte O2-Konzentration bei ihren Fluchtversuchen beeinträchtigt werden; dies führt zu Verbrennungen und unter zunehmender Hypoxie zur Verwirrung [28, 29].
Tab. 1

Ursprung ausgewählter toxischer Grundstoffe

Gase und Chemikalien

Material

Quelle

Kohlenmonoxid (CO)

Polyvinylchlorid

Polsterungen

Leitungs-/Rohranstriche

Wand-, Bodenanstriche

Möbelbezüge, Textilien

Zellulose

Holz, Papier, Baumwolle

Zyanid (CN)

Wolle, Seide, Baumwolle

Bekleidungsstoffe

Papier, Plastik, Polymere

Decken, Möbel

Polyurethan

Isolierungs-, Polsterungsmaterial

Polyacrylnitril

Gerätetechnik, Plastik

Polyamid

Teppichböden, Kleidung

Melaminharze

Haushalts- und Küchengüter

Wasserstoffchlorid (HCl)

Polyvinylchlorid

Polsterungen

Leitungs-/Rohranstriche

Wand-, Bodenanstriche

Möbelbezüge, Textilien

Polyester

Kleidung, Stoff

Phosgen

Polyvinylchlorid

Polsterungen

Leitungs-/Rohranstriche

Wand-, Bodenanstriche

Möbelbezüge, Textilien

Ammonium (NH4)

Wolle, Seide

Bekleidungsstoffe, Decken, Möbel

Polyurethan

Isolierungs-, Polsterungsmaterial

Polyamid

Teppichböden, Kleidung

Melaminharze

Haushalts- und Küchengüter

Schwefeldioxid (SO2)

Gummi

Reifen

Schwefelwasserstoff (H2S)

Wolle, Seide

Bekleidungsstoffe, Decken, Möbel

Acrolein

Zellulose

Holz, Papier, Baumwolle, Jute

Polypropylen

Teppichböden, Polsterungen

Acryl

Flugzeugfenster

Textilien, Wandbehänge

Formaldehyd

Melaminharze

Haushalts- und Küchengüter

Isozyanat

Polyurethan

Isolierungs-, Polsterungsmaterial

Acrynitril

Polyurethan

Isolierungs-, Polsterungsmaterial

Inhalationstraumen werden in
  • Verletzung der oberen Atemwege,

  • Verletzung der unteren Atemwege und des Lungenparenchyms, sowie

  • systemische Toxizität

klassifiziert.

Das Ausmaß eines Inhalationsschadens wird von der Umgebung eines Feuers sowie der Zündungsquelle, Temperatur, Konzentration und Löslichkeit des toxischen Gases bestimmt [19]. Thermische und chemische Zusammensetzungen verursachen in der Regel Verletzungen im Oropharyngealraum. Wasserlösliche Materialien, wie Acrolein und Aldehyde, sowie Agenzien mit niedriger Wasserlöslichkeit, wie z. B. Chlor, Phosgen, Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2), Distickstofftrioxid (N2O3) oder sogar Distickstofftetroxid (N2O4) schädigen die Atemwege und lösen Reaktionen aus, die zu Entzündungen der Bronchien und des Lungenparenchyms führen [19]. Um Opfer von Rauchgasinhalationen richtig zu behandeln, ist es deshalb besonders wichtig, Informationen über die Entstehungsursache des Feuers zu erhalten (Tab. 1). Von besonderer Bedeutung ist die Expositionsdauer, um die Inhalation toxischer Substanzen quantitativ beurteilen zu können [13]. Für die präklinische Diagnostik ist die klinische Inspektion des Patienten wesentlich. Das Vorhandensein von Verbrennungen im Bereich des Gesichtes und Halses (Abb. 1), orale Rußablagerungen sowie verbrannte Vibrissae (Nasenhaare) sind für die Diagnose einer Rauchgasinhalation wegweisend [20].
Abb. 1

Gesichtsverbrennung

Kohlenmonoxid

Kohlenmonoxid ist ein geruch- und farbloses Gas, das bei der unvollständigen Verbrennung verschiedener Treibstoffe, aber auch bei der Verbrennung von Zelluloseprodukten, wie Holz, Papier und Baumwolle, entsteht [46]. Kohlenmonoxidtoxizität ist eine der häufigsten unmittelbaren Ursachen für den Tod nach Rauchgasinhalationen. Bei Bränden muss daher auch immer an eine Intoxikation durch CO gedacht werden. Durch die hohe Bindungsaffinität von CO zum Hämoglobin (ca. 200- bis 300-mal höher als von O2) kommt es zu einer Hemmung der O2-Bindung. Die Inhalation einer 0,1%igen CO-Mischung kann zu einer Erhöhung des Carboxyhämoglobin- (COHb)-Gehalts von mehr als 50% führen [43]. Die kompetitive Bindung des CO zu Hämoglobin hat dann eine kritische Verminderung des O2-Angebots zur Folge. Die O2-Hb-Dissoziationskurve verliert ihren sigmoidalen Verlauf. Es kommt zu einer Linksverschiebung; dies führt zu einer weiter verstärkten Beeinträchtigung der intrazellulären O2-Verfügbarkeit [35]. Darüber hinaus erklärt die Bindungsfähigkeit von CO an intrazelluläre Zytochrome und Metalloproteine die CO-Toxizität. Die kompetitive Hemmung der Zytochromoxidase (insbesondere von Zytochrom a/a3 und P450) geht mit einer Blockade der mitochondrialen Atmungskette einher [16]. Mit fallendem Sauerstoffpartialdruck (pO2) nimmt die Bindung des CO an intrazelluläre Hämoproteine, wie Myoglobin und Zytochromoxidase, zu. Nach der Exposition und Behandlung mit O2 kommt es zum Anstieg des pO2 in der Lunge und im Blut mit rascher Senkung des COHb-Gehalts in diesem Kompartiment. Der intrazelluläre COHb-Gehalt hinkt dieser Elimination jedoch hinterher. Dies führt dazu, dass der wahre Zustand des Patienten oft nicht mit dem klinischen Bild übereinstimmt [33, 52]. Shimazu et al. [39] zeigten, dass die Bindung von CO an Zytochrome und andere Strukturen 10–15% des Gesamtkörper-CO-Gehalts ausmachen; dies erklärt die oben genannte 2-Kompartment-Elimination im Kreislauf. Durch diese Dysfunktion der Elektronenübertragung kommt es zur Produktion von Superoxid und zu oxidativem Stress [26, 39].

Symptome und Diagnostik

Symptome manifestieren sich überwiegend in Organen und Systemen mit hohem O2-Verbrauch; der Schweregrad der klinischen Manifestationen kann variieren. Steigen die COHb-Werte im Blut auf 40–50%, kommt es im zentralnervösen System zu Symptomen, wie Kopfschmerzen, Verwirrung und Kollaps. Beim Erreichen von COHb-Werten über 60% treten Bewusstlosigkeit, intermittierende Krämpfe und Ateminsuffizienz auf. Bei kontinuierlicher Exposition kommt es zum Tod. Je nach Schweregrad kann die kardiovaskuläre Manifestation zu Tachykardie, erhöhtem Herz-Zeit-Volumen, Arrhythmien, Herzmuskelischämien und Hypotension führen. Die grobe Korrelation von klinischer Manifestation und Schweregrad der CO-Vergiftung ist in Tab 2 zusammengefasst [50].
Tab. 2

Symptomatik bei Kohlenmonoxid- (CO-)Intoxikation

COHb [%]

Symptome

0–10

Keine

10–20

Enge über Stirn, leichter Kopfschmerz, Dilatation von Hautblutgefäßen

20–30

Kopfschmerzen und Pulsieren in den Temporalgefäßen

30–40

Heftige Kopfschmerzen, Schwächegefühl, Schwindel, Sehkraft getrübt, Übelkeit, Erbrechen, Kreislaufkollaps

40–50

Symptome wie oben, Synkope, erhöhte Herz- und Atemfrequenz

50–60

Synkope, erhöhte Herz- und Atemfrequenz, intermittierende Krämpfe, Koma, Zyanose, ausgeprägter Schock, Cheyne-Stokes-Atmung

60–70

Koma, intermittierende Krämpfe, eingeschränkte Herz- und Atemfunktion, Tod möglich

70–80

Schwacher Puls, langsame Atmungen, Tod innerhalb von Stunden

80–90

Tod in weniger als 1 h

90–100

Tod innerhalb von Minuten

COHb Carboxyhämoglobin.

Eine Diagnose sollte auf der Grundlage der direkten COHb-Messung in arteriellem oder venösem Blut mithilfe der CO-Oxymetrie erfolgen. Hierbei muss man beachten, dass COHb-Werte in venösem Blut meist unter dem tatsächlichen Wert liegen, sodass eine arterielle COHb-Messung Mittel der Wahl ist [53]. Mit der Verwendung von portablen Atemgasanalysatoren kann die Diagnose vor Ort erleichtert werden. Da es nicht möglich ist, Oxyhämoglobin von COHb zu unterscheiden, ist die Verwendung eines handelsüblichen Pulsoxymeters mit nur 2 Wellenlängen (660 und 940 nm) limitiert [7, 8, 18].

Behandlung

Für die Behandlung von Patienten mit CO-Intoxikation ist es besonders wichtig, bereits an der Unfallstelle und auf dem Transport in die Klinik hohe O2-Konzentrationen zu verabreichen. Durch die Applikation von 100%igem O2 über eine Maske mit Reservoirbeutel kann eine alveoläre O2-Konzentration von 50–60% erreicht werden. In schweren Fällen mit Bewusstseinsverlust, Zyanose oder Ateminsuffizienz sollte eine kontrollierte Beatmung mit positiv-endexpiratorischem Druck (PEEP) erfolgen, bis die COHb-Werte unterhalb von 10–15% liegen [11, 44]. Dies vermeidet einen endexspiratorischen Alveolarkollaps, führt zur Wiedereröffnung atelektatischer Bezirke und damit insgesamt zur Verbesserung der Oxygenierung sowie zur Vermeidung hypoxisch pulmonaler Vasokonstriktion nach Rauchgasinhalation [20, 24].

Anhand von Normogrammen kann der initiale COHb-Wert des Patienten zum Zeitpunkt der Rauchgasinhalation bestimmt werden. Die Halbwertszeit (HWZ) von COHb im Blut eines erwachsenen Mannes beträgt 250 min bei Raumluft. Wenn jedoch reiner O2 (1 atm) geatmet wird, reduziert sich die HWZ auf ca. 40–60 min. Für die optimale Behandlung einer CO-Vergiftung ist es sehr wichtig, den COHb-Gehalt so früh wie möglich zu bestimmen [10, 32].

Effektiv lässt sich die COHb-Konzentration durch eine hyperbare Oxygenierungstherapie (HBOT) vermindern, also der Atmung von reinem O2 bei supraatmosphärischen Drücken in einer speziellen Druckkammer. Die HBOT kann für Patienten mit Rauchgasinhalation notwendig und nützlich sein, wenn der COHb-Gehalt 25% übersteigt [45, 52]. Wenn die Toxizität durch kardiale oder neurologische Ereignisse klinisch bedeutsam wird, sollten Drücke von 3 atm verabreicht werden; dies reduziert die HWZ von COHb auf 15–30 min [31]. Die HBOT bewirkt die Dissoziation des CO vom Zytochrom a/a3 [48]. Falls neurologische Beeinträchtigungen auftreten, kann die Behandlung wiederholt werden. Letztendlich kann es bei 10% der Überlebenden sogar noch einige Monate nach initialer Erholung („Pseudoerholung“) zu einer neurologischen Verschlechterung kommen. Durch hyperbaren O2 können diese neurologischen Probleme jedoch reduziert werden [50]. Trotz aller Vorteile bei der Behandlung von Patienten mit isolierter Rauchgasinhalation wird die Verwendung der HBOT an Verbrennungspatienten nach wie vor kontrovers diskutiert. Verbrennungspatienten sind in den engen Druckkammern schwierig zu überwachen, und das Risiko ist groß, dass der Patient hämodynamisch instabil wird oder es zu Komplikationen, wie Krampfanfällen oder Aspiration, kommt. Villanueva et al. konnten keine ausreichenden Beweise für die Effektivität der HBOT bei Patienten mit Verbrennungen darlegen, die diese Therapie befürworten oder widerlegen könnten [51]. Die Studienlage ist zurzeit jedoch nicht ausreichend, um klare Richtlinien für die Praxis zu schaffen.

Zyanid

Wasserstoffzyanid (HCN, Blausäure) ist die gasförmige Form des CN und wird bei der Verbrennung von Substanzen freigesetzt, die Stickstoff (N) und Kohlenstoff (C; Wolle, Seide, Baumwolle, Papier) enthalten, aber auch durch synthetische Substanzen, wie Plastik und andere Polymere. Es kommt zu rascher und tödlicher Inkorporation bei Rauchgasinhalationsopfern [37]. Wasserstoffzyanid ist ein farbloses Gas. Der Geruch, der am Brandort nur schwer wahrzunehmen ist, erinnert an Bittermandeln. Die CN-Toxizität entsteht durch die Inhibition der zellulären Oxygenierung mit resultierender Gewebeanoxie, die durch die reversible Hemmung der Zytochrom-c-Oxidase verursacht wird [23]. Zyanid wirkt toxisch auf eine Reihe von Enzymsystemen. Diese Mechanismen schließen Verbindungen mit essenziellen Metallionen, die Bildung von Zyanohydrin mit Karbonylverbindungen und die Sequestration von Schwefel zu Thiozyanaten ein [7].

Die Bedeutung des CN bei einem Inhalationstrauma wird durch eine in Paris durchgeführte Studie an Opfern von Rauchgasinhalationen reflektiert. Hierbei zeigte sich, dass die mittlere Blut-CN-Konzentration in der Gruppe der überlebenden (21,6 mol/l) und verstorbenen (116,4 mol/l) Patienten signifikant höher war als im Kontrollkollektiv (5,0 mol/l) Gesunder. Die Werte der verstorbenen Opfer liegen ebenfalls signifikant höher als bei den Überlebenden [3]. Diese Daten konnten Silverman et al. bei Untersuchungen in Dallas (Texas) bestätigen. Erhöhte CN-Konzentrationen zeigten eine direkte Beziehung zur Mortalität, d. h. dass eine CN-Vergiftung als gefährlicher als eine CO-Intoxikation anzusehen ist [41]. Zyanid hatte auch maßgeblichen Anteil an der hohen Mortalität bei einem Flugzeugfeuer im Jahr 1985 auf dem internationalen Flughafen von Manchester. Die meisten der Opfer wurden nicht schwer verbrannt, doch wurden bei 87% der 54 Verstorbenen potenziell letale CN-Dosen gefunden. Demgegenüber wurden bei nur 21% erhöhte COHb-Werte (>50%) festgestellt. Dies zeigt, dass CN unter bestimmten Bedingungen, mit einer hohen Wahrscheinlichkeit der ausschlaggebende Faktor für eine erhöhte Mortalität bei Rauchgasinhalation ist, obwohl CO i. Allg. als größere toxische Bedrohung bei Bränden gilt [1].

Rauch ist eine oft übersehene Quelle der CN-Freisetzung bei terroristischen Bombenattentaten. Das „Center of Disease Control“ und das „Department of Homeland Security“ der USA betrachten CN als den „wahrscheinlichsten“ Stoff für chemischen Terrorismus: Zyanid erfüllt alle Attribute an eine „ideale“ Waffe für Terroristen, da es aufgrund seiner weit verbreiteten Verwendung in Industrie und Laboratorien in großen Mengen vorkommt und relativ leicht erhältlich ist. Hinzu kommt, dass die Verwendung von CN kein Spezialwissen erfordert [12, 22].

Symptome und Diagnostik

Die frühzeitige Diagnose an der Brandstelle ist sehr schwierig. Intoxikationen bedingen je nach CN-Konzentration und -Exposition unterschiedliche zentralnervöse-, pulmonale- und/oder kardiovaskuläre Dysfunktionen (Tab. 3) [1, 12, 15]. Veränderungen im Elektrokardiogramm (EKG), wie z. B. ST-Hebungen, die in der Regel kennzeichnend für den akuten Herzinfarkt sind, können ebenfalls auftreten [42]. Eine Laktatacidose gilt als guter Indikator für eine CN-Intoxikation, auch eine erhöhte gemischtvenöse O2-Sättigung, kann einen Hinweis darstellen. Zyanid führt zur Hyperventilation durch Stimulation von Chemorezeptoren; dies bedingt eine Erhöhung der Toxizität im frühen Stadium durch vermehrte Einatmung des Giftes [8]. Geringe Mengen von HCN werden routinemäßig auch im Blut von gesunden Nichtrauchern (0,02 µg/ml) gefunden; bei Rauchern verdoppelt sich der Wert (0,04 µg/ml). Toxizität tritt auf, wenn Werte von 0,1 µg/ml überschritten werden; der Tod tritt bei Werten von 1,0 µg/ml ein [4]. Eine Korrelation von Blut-CN-Konzentrationen und klinischen Symptomen ist in Tab. 4 zusammengefasst [50].
Tab. 3

Klinische Symptome nach Zyanid- (CN-)Inhalation

CN-Konzentration

Klinische Symptome

Gering oder mäßig

Schwäche

Flush

Angst

Aufregung

Schwitzen

Schwindel

Kopfschmerzen

Schläfrigkeit

Tachypnoe

Dyspnoe

Tachykardie

Mäßig oder hoch

Hypotension

Tremor

Kardiale Arrhythmien

Konvulsionen

Stupor

Paralyse

Koma

Atemdepression

Ateminsuffizienz

Kardiovaskulärer Kollaps

Schock

Tab. 4

Wasserstoffzyanid- (HCN-)Konzentration in der Luft und zugehörige Symptome am Menschen

HCN-Konzentration [ppm]

Symptome

0,2–5,0

Geruchsschwelle

10

(MAK)

18–36

Leichte Symptome, Kopfschmerzen

45–54

Kann 0,5–1 h toleriert werden

100

Tod innerhalb 1 h

110–135

Tod innerhalb 0,5–1 h

181

Tod innerhalb 10 min

280

Sofort tödlich

MAK maximale Arbeitsplatzkonzentration.

Behandlung

Der Behandlungserfolg nach einer CN-Intoxikation hängt primär von der CN-Konzentration, der Expositionsdauer sowie der Zeit zwischen Exposition und Behandlung ab. Es ist besonders wichtig, eine frühzeitige intensivmedizinische Behandlung anzustreben. Beim Verdacht auf CN-Vergiftung sollte der Patient sofort, aber unter Beachtung des Eigenschutzes der rettenden Personen, aus dem Gefahrenbereich entfernt und vollständig dekontaminiert werden [1]. Dies ist in Deutschland Aufgabe der Feuerwehren unter Nutzung umluftunabhängiger Atemschutzgeräte.

Nach entsprechendem Management der Atemwege und der Gabe von O2 sollten allen Opfern i.v.-Zugänge gelegt und Flüssigkeit substituiert werden. Bei einer Kombination aus Inhalationstrauma und Verbrennungsverletzung empfiehlt sich der Flüssigkeitsersatz mithilfe der Baxter-Parkland-Formel. Hier sollte beachtet werden, dass durch das Inhalationstrauma der Flüssigkeitsbedarf stark ansteigen kann [14]. Wenn klinisch indiziert, sollten Antikonvulsiva (Benzodiazepine), kreislaufunterstützende Medikamente (Katecholamine, ggf. Vasopressin) oder Antiarrhythmika verabreicht werden [15].

Zyanide werden durch die hepatische Thiosulfatsulfurtransferase (Rhodanase) metabolisiert, die die Reaktion von Schwefel (S) und CN katalysiert, um Thiozyanate zu formen. Die HWZ des CN beträgt beim Menschen ca. 1–3 h [3, 23]. Die Behandlung der CN-Vergiftung wird kontrovers diskutiert; nur wenige Antidote, wie Kelocyanor® (Kobalt-EDTA), stehen zur Verfügung und sind in der Notfallmedizin etabliert, wegen der Eigentoxizität jedoch umstritten. Gebrauchsfertige Zyanidantidotsets (Lilly-, Taylor- oder Pasadena-Kit) stehen zur Verfügung und enthalten Amylnitrit, Thiosulfate und Natriumnitrit. Diese Agenzien stehen auf Intensivstationen, nicht aber präklinisch zur Verfügung, da sie Methämoglobin (MetHb) bilden [23]. Das therapeutische Ziel besteht darin, Cyanohämoglobin (CNHb) in Methämoglobin umzuwandeln. Hierbei wird das CN-Ion vom 2-wertigen Eisen durch Zytochromoxidase zum 3-wertigen Eisen des MetHb übertragen, und es besteht die Gefahr des verminderten O2-Transports durch MetHb-Bildung.

Die derzeitige Standardtherapie besteht aus einer Kombination von 4-Dimethylaminophenol (4-DMAP®) (Dimethylaminophenol, 50 mg/ml) und Natriumthiosulfat. 4-DMAP® wird in einer Dosierung von 3–4 mg/kgKG i.v. injiziert. Sofort im Anschluss sollten 100 mg Natriumthiosulfat/kgKG appliziert werden. Bei Überdosierung von 4-DMAP® oder wenn es sich nach der Gabe von 4-DMAP® herausstellt, dass eine HCN- bzw. CN-Vergiftung nicht vorliegt, sollten 2 mg/kgKG Toluidinblau® (30 mg/ml) i.v. gegeben werden.

Alternativ können MetHb-Bildner, wie Natriumnitrit oder Amylnitrit, zur Anwendung kommen. Da diese Medikamente auch die O2-Transportkapazität reduzieren, sollten sie nur mit besonderer Vorsicht bei Patienten mit Mischintoxikation von HCN und CO eingesetzt werden. Bei Patienten mit Verbrennungsschock können oben genannte Medikamente aufgrund vasodilatorischer Effekte zur verstärkten Hypotension führen [28].

Das therapeutische Ziel von S-Donatoren ist die Umwandlung von CN zu Thiocyanat (Rhodanid). Das Medikament der Wahl in dieser Gruppe ist Natriumthiosulfat, dessen Toxizität durch zusätzliche Gabe eines osmotisch wirksamen Diuretikums minimierbar ist. Der Wirkungseintritt erfolgt jedoch nur langsam [35].

Direkt bindende Agenzien basieren auf Kobaltchemie und chelatieren das CN direkt. Hydroxocobalamin (Vitamin B12a) geht eine stabile Verbindung mit CN-Ionen ein. Es bindet CN im Plasma, indem der Hydroxoligand durch einen Zyanoliganden ersetzt wird. Das dabei entstandene Zyanocobalamin wird renal ausgeschieden und färbt den Urin dunkelrot. Für die Komplexbildung sind sehr große Mengen des Antidots erforderlich. Bei einer Exposition mit 1 mg CN/kgKG benötigt der Patient ca. 50 mg Antidot/kgKG [2, 17]. Das HCN-Antidot Cyanokit® ist bereits in Frankreich zugelassen, und in den USA ist das Interesse an dem Produkt vor dem Hintergrund der Gefahr von Anschlägen groß. Dort wird die Zulassung mit Unterstützung der amerikanischen Gesundheitsbehörde „Food and Drug Administration“ (FDA) vorangetrieben. Die präklinische Verwendung von Hydroxycobalamin bei CN-Vergiftungen zeigt ein akzeptables Sicherheitsprofil mit günstigem Risiko-Nutzen-Verhältnis. Die Initialdosis 70 mg/kgKG i.v. (Erwachsene 5 g, Kinder 2,5 g) erscheint adäquat für Patienten mit Rauchgasinhalation [15]; 200 mg Hydroxycobalamin binden 1 mg CN. Bei schweren Vergiftungen kann diese Dosis 1- bis 2-mal wiederholt werden. Cyanokit® sollte nicht zusammen mit Natriumthiosulfat verabreicht werden, um eine Wirkungsabschwächung zu vermeiden. Da beide Pharmaka für dieselbe Indikation eingesetzt werden, kommt dieser Interaktion eine besondere Bedeutung zu. Bisher wurde Natriumthiosulfat oder bei gesicherter Exposition und entsprechender Symptomatik 4-DMAP® eingesetzt. Da Cyanokit® im Gegensatz zu 4-DMAP® den O2-Transport nicht negativ beeinflusst, ist es das Mittel der Wahl.

Sonstige toxische Inhaltsstoffe von Rauchgasen

Diverse Inhaltsstoffe von Rauchgasen können die Morbidität und Mortalität beträchtlich erhöhen. Wasserstoffchlorid (HCl), ein Produkt der Polyvinylchloriddegradation, verursacht schwere Atemwegsschädigungen und führt zum Lungenödem. Stickoxide können ebenfalls ein Lungenödem sowie eine chemikalieninduzierte Pneumonitis verursachen und tragen zu kardiovaskulärer Depressionen und Acidose bei. Aldehyde, wie Acrolein und Acetaldehyd, die in Holz und Kerosin vorkommen, lösen ein Lungenödem und Atemwegsirritationen aus [50]. Toxische industrielle Chemikalien, wie Phosgen, Chlor, Schwefelwasserstoff (H2S) und Ammoniak, sind in diesem Zusammenhang von Bedeutung.

Phosgen

Phosgen ist farblos, nichtentzündbar, bei Raumtemperatur schwerer als Luft und mit dem Geruch von frisch gemähtem Heu vergleichbar. Unter 8°C ist Phosgen eine geruchlose und brennbare Flüssigkeit. Phosgen ist leicht wasserlöslich, daher kann es das Lungenparenchym tief penetrieren. Bei Wasserkontakt hydrolysiert Phosgen zu CO und Salzsäure, die per se zur direkten Zellschädigung führt. Phosgen zeigt je nach Intensität der Exposition einen verzögerten Wirkungseintritt von 20 min bis hin zu 48 h. Phosgeninhalation führt zu einem schweren Lungenödem. Zu Beginn entwickeln die Patienten Irritationen der oberen Atemwege (Augenirritation, Rhinorrhö, Husten); im weiteren Verlauf entwickeln sich Symptome, wie Kurzatmigkeit, substernales Brennen und Engegefühl in der Brust. Die Entwicklung eines Lungenödems innerhalb der ersten 4 h nach Exposition deutet auf eine schlechte Prognose hin [6].

Chlor

Chlor ist ein grünlich-gelbes Gas mit beißendem Geruch. Es ist ein oxidierendes Agens, das sehr schnell mit Wasser reagiert und bei Kontakt Chloride freisetzt, die zu Hypochlorsäure und Salzsäure reagieren. Die Reizwirkung des Chlors beschränkt sich weitestgehend auf die nasale Mukosa und die oberen Atemwege; ein Befall des gesamten Atemwegstraktes ist jedoch möglich. Durch seine starke Oxidationsneigung führt es vermehrt zu Zellschäden. Phosgen und Chlor wurden im Ersten Weltkrieg exzessiv als Kampfgase verwendet [50].

Ammoniak

Ammoniak ist ein farbloses Gas, das sich bei Raumtemperatur leicht in Wasser zu Ammoniumhydroxid, einer sehr ätzenden alkalischen Lösung auflöst. Es verursacht Haut-, Augen- und Lungenverletzungen. Inhaliertes Ammoniak kann rasch zu Kehlkopfverletzungen, zur Obstruktion der Atemwege, zu Nekrosen der tracheobronchialen Mukosa und zu einem massiven Lungenödem führen [6].

Behandlung

Spezielle Therapieverfahren sind nur für wenige Substanzen etabliert, so gibt es z. B. kein spezifisches Antidot gegen Reizgase, wie Phosgen, Chlor und Ammoniak. Je nach Schweregrad der Exposition sollten kardiovaskuläres Monitoring und unterstützende Therapien, wie Sicherung der Atemwege und Beatmung, durchgeführt werden. Die Indikation zur Intubation sollte großzügig gestellt werden (Tab. 5) [20, 47, 50].
Tab. 5

Allgemeine Therapieverfahren

Präklinisch

Standardisiertes kardiovaskuläres Monitoring (Puls, RR, EKG, Pulsoxymetrie)

Applikation von 100%igem Sauerstoff (mit nichtrückatembarer Maske, ggf. CPAP)

I.v.-Zugang und kristalloide Infusionslösung

Stabilisierung der Vitalparameter (ABC-Regel)

Kreislaufunterstützende Medikation (Antiarrhythmika, Katecholamine)

Psychovegetative Abschirmung (Sedierung, ggf. Antikonvulsiva)

Intubation und Bronchoskopie bei respiratorischer Dekompensation (maschinelle Beatmung)

Klinisch (jeweils bei Aufnahme, 8 und 24 h nach Aufnahme)

Fortführung präklinischer Maßnahmen/intensivmedizinische Überwachung)

Blutgasanalysen

Röntgen der Thoraxorgane

Lungenfunktionskontrollen

Bronchoskopie (abhängig von Schwere der Verletzung), Bronchialtoilette

Inhalative Applikation von Heparin bei Schleimhautnekrosen

NO-Beatmung bei Ausbildung eines ARDS

I.v.-Kortikoidgabe bei Ausbildung eines SIRS

Spezielle Therapieverfahren

Kohlenmonoxidvergiftung

Hyperbare Sauerstofftherapie

Zyanidvergiftung

Cyanokit® oder

4-DMAP®und Natriumthiosulfat

ARDS “acute respiratory distress syndrome“, CPAP „continuous positive airway pressure“, 4-DMAP 4-Dimethylaminophenol, EKG Elektrokardiogramm, NO Stickstoffmonoxid, RR Blutdruckmessung nach Riva-Rocci.

Die Therapie der Rauchgasinhalation stützt sich im Wesentlichen auf langjährige klinische Erfahrungen und theoretische Überlegungen. Eine evidenzbasierte sichere Wirksamkeit ist meist nicht nachgewiesen, da prospektive, randomisierte Studien klinisch-ethisch kaum praktikabel bzw. akzeptabel sind. Therapien, wie die prophylaktische, inhalative Kortikoidapplikation, haben in klinischen Studien keinen eindeutig positiven Effekt beweisen können [20]. Patienten mit Inhalationstraumen zeigen eine erhöhte Inzidenz von Infektionen der Atemwege bis hin zur generalisierten Sepsis [25, 40] und sind durch die Schwächung der körpereigenen Immunabwehr durch Kortikoide stark gefährdet. Die Anwendung inhalativer Kortikoide beruht ausschließlich auf klinischen Erfahrungen und gilt als Behandlungsversuch [20]. Die prophylaktische Antibiotikatherapie zur Vermeidung von Pneumonien bzw. einem pneumonieinduzierten „acute respiratory distress syndrome“ (ARDS) ist ähnlich umstritten, da eine Breitbandantibiotikagabe die Bildung multipler Resistenzen fördert.

Eine Obstruktion der Atemwege entsteht aufgrund von Nekrosen der tracheobronchialen Mukosa (Abb. 2) bzw. eines „airway cast“ (Abb. 3). Dieser Cast bildet eine feste, schwer zu lösende (gummiartige) Masse, die im Wesentlichen aus Epithelien, Granulozyten und Fibrin besteht [9]. Heparininhalation und rezidivierende Brochiallavage können zur Lösung von Schleimhautnekrosen und zur Reduktion der Cast-Bildung führen [30]. Therapieoptionen, wie die intravenöse bzw. inhalative Applikation von rekombinantem humanem aktiviertem Protein C bei Rauchgasinhalation, sind zurzeit im experimentellen Stadium und für den klinischen Einsatz noch nicht zu empfehlen [27].
Abb. 2

Nekrose der tracheobronchialen Mukosa

Abb. 3

„Airway cast“

Fazit für die Praxis

Inhalationsverletzungen stellen einen Haupt-, wenn nicht sogar den Hauptfaktor für eine erhöhte Mortalität bei thermisch verletzten Patienten dar. Kenntnisse der Pathophysiologie und Symptomatik von Intoxikation durch Rauchgase, wie CO und CN, gewährleisten eine frühzeitige Diagnose und Beginn der Behandlung. Die Kombination aus mutmaßlicher Diagnosestellung und empirischer Behandlung erweist sich aufgrund der oft schwierigen präklinischen Situation als vorteilhaft. Applikation von O2 und Stabilisierung der kardiovaskulären Funktionen sind in jedem Fall unerlässlich. Die Gabe von Antidoten ist abhängig von Art und Umfang der Intoxikation.

Interessenkonflikt

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