Das respiratorische System besteht aus zwei Systemen: der Lunge und der Atempumpe. Sofern in der Lunge, dem gasaustauschenden System, eine Störung vorliegt, zeigt sich in der Blutgasanalyse eine respiratorische Insuffizienz Typ 1, eine Hypoxämie. Bei einer Insuffizienz Typ 1 ist das O₂ ist erniedrigt, das CO₂ jedoch im Normbereich oder sogar leicht erniedrigt, da der Patient oftmals kompensatorisch hyperventiliert. Das klassische Beispiel ist die akute Pneumonie, die zu einer Hypoxämie führt und meist mit Sauerstoffgabe behandelt wird.

Bei einer Störung des ventilierenden Systems, der sogenannten respiratorischen Insuffizienz Typ 2, oder Atempumpeninsuffizienz, liegt zusätzlich zur Hypoxämie eine Hyperkapnie vor. Die typische Therapie ist hier nicht Sauerstoff allein, sondern die nicht-invasive Beatmung.

Zur Atempumpe gehören alle an der Atmung beteiligten Organe: das Atemzentrum im Hirnstamm, die zentralen und peripheren Nervenbahnen, die Atemmuskulatur (allen voran das Zwerchfell) sowie die skelettalen Strukturen wie die Rippen.

Eine Atempumpeninsuffizienz entsteht, wenn zwischen der Last auf diesem System und der verfügbaren Kraft eine Diskrepanz besteht: entweder eine geschwächte Muskulatur, eine zu hohe Last – oder, wie bei den meisten Erkrankungen, eine Kombination aus beidem. Wichtig zu wissen: Die Atemmuskulatur ist erschöpfbar. Während in Ruhe nur rund 5 % der maximalen Atemmuskelkraft benötigt werden, führt ein dauerhafter Bedarf von 40 % oder mehr zur Erschöpfung. Praktisch jede unbehandelte strukturelle Lungenerkrankung endet – über einen längeren Zeitraum betrachtet – in einer Atempumpeninsuffizienz.

Typische Krankheitsbilder, die im klinischen Alltag zur nicht-invasiven Beatmung führen, sind COPD in fortgeschrittenem Stadium, Obesitas-Hypoventilation, neuromuskuläre Erkrankungen wie Duchenne-Muskeldystrophie oder ALS, ausgeprägte Skoliose sowie fortgeschrittene restriktive bzw. fibrotische Lungenerkrankungen.

Die Symptome der ventilatorischen Insuffizienz können eher unspezifisch sein. Zwei Symptome sind jedoch besonderes typisch:

• Morgendliche Kopfschmerzen (Cephalgien): Ein CO₂-Anstieg führt zur Vasodilatation, was wiederum als Kopfschmerz wahrgenommen wird.
• Ungewollte Gewichtsabnahme (pulmonale Kachexie): Eine überlastete Atempumpe verbraucht so viel Energie, dass Betroffene trotz Nahrungsaufnahme nicht auf ihr Normalgewicht zurückkommen.

Viele Patienten zeigen in der Polygraphie bereits typische Merkmale einer möglichen respiratorischen Insuffizienz Typ 2: Neben erhöhtem Aufkommen von Apnoen und Hypopnoen und einer zyklischen Entsättigung zeigt sich eine insgesamt erniedrigte mittlere Sauerstoffsättigung (Hypoxämie) – die Sättigungskurve „hängt durch”. Das sind Hinweise, jedoch keine sichere Diagnose: Eine zusätzliche Hypoventilation lässt sich aus der Polygraphie allein nicht sichern. Dafür braucht es eine zusätzliche CO₂-Messung.

Zur Durchführung einer transkutanen CO₂-Messung wird der Sensor mit Hilfe eines Befestigungsrings und etwas Kontaktgel auf einer geeigneten Messstelle auf der Haut angebracht. Geeignete Messstellen sind in den Trainingsmaterialien angegeben und umfassen u. a. die Stirn, den oberen und seitlichen Thorax. Für besonders empfindliche Haut und Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit wurde, speziell für Sentec Systeme, ein Klettbandapplikator entwickelt, der die klebstofffreie Anbringung des Sensors am Oberschenkel ermöglicht.

Nachdem der Sensor angebracht ist, erwärmt dieser die Haut an der Messstelle und steigert dadurch die CO₂-Diffusionskapazität sowie die lokale Durchblutung. Nach einer kurzen Stabilisierungsphase wird der CO₂-Trend am Monitor angezeigt.

Für Neugeborene kann der Sensor anschließend – je nach Profil – bis zu 8 Stunden bei einer Sensortemperatur von 41°C verbleiben.

Die Pulsoxymetrie gehört zur Standarddiagnostik: Ein Fingerclip misst über reflektiertes Licht aus dem roten und infraroten Wellenlängenbereich die Sauerstoffsättigung. Fehlerquellen sind unter anderem roter Nagellack und ein niedriger Hämoglobin-Gehalt, der zu einer scheinbar schnelleren Sättigung führt.

Die arterielle Blutgasanalyse bleibt das genaueste Verfahren für pO₂ und pCO₂ – sowohl arteriell als auch kapillär. Der entscheidende Nachteil: Sie ist punktuell. Beim schlafenden Patienten ist eine Messung nicht möglich, da schon der Einstich selbst die Werte verändert – eine echte Verlaufsbeobachtung ist so nicht möglich.

Die transkutane CO₂-Messung schließt genau diese Lücke. Sie liefert – nicht-invasiv und kontinuierlich – den CO2-Verlauf über die gesamte Nacht. Beide Verfahren, Blutgasanalyse und transkutane Messung, sind dabei keine Konkurrenten, sondern ergänzen sich.

Der Sensor von transkutanen Systemen kombiniert eine pulsoxymetrische mit einer kapnometrischen Messmethode. Auf die Haut aufgebracht – idealerweise an einer gut kapillarisierten Stelle wie dem Ohrläppchen – diffundiert CO₂ aus dem Kapillarbett über ein Kontaktgel durch die Sensormembran in eine Elektrolytlösung. Dort entsteht eine chemische Reaktion auf deren Basis der pCO₂-Wert abgeleitet werden kann. Damit die Diffusion funktioniert, wird die Haut auf etwa 42 °C erwärmt. Regelmäßige Kalibrierung sowie eine laufende Driftkorrektur sichern die Messgenauigkeit.

Studien zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen transkutan und arteriell bzw. kapillär gemessenen CO₂ Werten. Entscheidend ist jedoch die Verfügbarkeit eines kontinuierlichen Trends.

Die aktuelle S3-Leitlinie (2024) definiert für jedes Krankheitsbild eigene Grenzwerte für das pCO₂:

Für eine detailliertere Betrachtung und Indikationsstellung müssen die gesamtheitlichen Ausführungen der Leitlinie betrachtet werden.

Nach Einleitung der Beatmung sind regelmäßige Kontrollen entscheidend – typischerweise zunächst nach 4–8 Wochen, im Anschluss alle sechs bis zwölf Monate. Dabei wird immer wieder polygraphisch bzw. polysomnographisch mit transkutaner CO₂-Messung kontrolliert, ob die Geräteeinstellungen noch den Bedürfnissen des Patienten entsprechen oder angepasst werden müssen.

Bei bestimmten Krankheitsbildern sollte daran gedacht werden, dass auch eine Atempumpeninsuffizienz vorliegen könnte. Hinweise darauf liefert z.B. eine Hypoxämie in der PG/ PSG oder eine Bicarbonaterhöhung am Tage. Pulsoxymetrie und Blutgasanalyse liefern dabei wichtige, aber unvollständige Informationen: Die eine misst keine CO₂-Werte, die andere nur das CO₂ zu einem Zeitpunkt. Die transkutane CO₂-Messung schließt diese Lücke, indem sie den CO₂-Verlauf kontinuierlich und nicht-invasiv über die gesamte Nacht abbildet – als Grundlage für Diagnose, Therapieentscheidung und Verlaufskontrolle.

Hinweis: diese Aussagen sind gekürzt und zum Teil stark vereinfacht. Für ausführlichere Informationen sollten weitere Fachmedien konsultiert werden.

Dr. Dora Triché, Oberärztin und Leiterin des Schlaflabors am Klinikum Nürnberg, erläutert in diesem On-Demand-Webinar anhand konkreter Fallbeispiele aus dem klinischen Alltag, wie sich die Atempumpeninsuffizienz frühzeitig erkennen lässt und wie transkutanes CO₂-Monitoring die Therapieentscheidung sicherer macht.