Oszillation bringt Bewegung. Aber Bewegung allein reicht nicht.

Was bringt Sekret eigentlich voran? In den Atemwegen liegt Sekret als zähflüssige Schicht auf der Schleimhaut. Die Atemluft strömt daran entlang und übt dabei an der Sekretoberfläche sogenannte Scherkräfte aus. Vereinfacht gesagt: Die vorbeiströmende Luft versucht, den Schleim in ihre Strömungsrichtung mitzuziehen. Sind diese Kräfte groß genug, um den Widerstand des Sekrets zu überwinden, kann es sich entlang der Atemwegswand verschieben.

Genau dieses Zusammenspiel bezeichnet man als Zweiphasentransport: Die strömende Luft als Gasphase und das Sekret als Flüssigkeitsphase beeinflussen sich an ihrer gemeinsamen Grenzfläche [1, 2].

Oszillationen können zusätzlich die Fließeigenschaften des Sekrets verändern und dadurch seine Mobilisation erleichtern [9]. Doch wohin es anschließend transportiert wird, hängt davon ab, wie sich die Spitzenflüsse beim Ein- und Ausatmen zueinander verhalten. Sind beide annähernd gleich, kann sich das Sekret zwar hin- und herbewegen, ohne nennenswert in Richtung Kehlkopf voranzukommen. Überwiegt dagegen der exspiratorische Spitzenfluss ausreichend, wird der Transport in diese Richtung begünstigt [2, 3].

Und auch das Sekret selbst spielt eine Rolle: Seine Viskosität, Elastizität und die Dicke der Sekretschicht beeinflussen, wie leicht es vom Luftstrom mitgenommen werden kann [1, 2].

Experimentelle Untersuchungen liefern dafür zwei wichtige Orientierungswerte [2, 3]:

Diese Werte beschreiben experimentelle Bedingungen, die einen gerichteten Sekrettransport begünstigen können. Sie sind jedoch keine allgemeingültigen klinischen Grenzwerte [2–4].

Untersuchungen an Testlungenmodellen zeigen: Je nach Verhältnis zwischen Ein- und Ausatemfluss bewegte sich das Sekretsimulat entweder in Richtung der Atemwegsöffnung oder tiefer in die Testlunge [3].

Besonders anschaulich zeigt das eine Laborstudie zur manuellen Hyperinflation. Zunächst wurde das Sekretsimulat durch die übliche Anwendung mit einem Beatmungsbeutel tiefer in die Testlunge transportiert. Nach einer kurzen Anleitung änderten die Anwender ihre Technik: Sie ließen die Luft langsamer einströmen, hielten eine kurze inspiratorische Pause ein und ermöglichten anschließend eine rasche passive Ausatmung. Dadurch entstand ein günstigerer exspiratorischer Flow Bias – und das Sekretsimulat bewegte sich nun in Richtung der Atemwegsöffnung [6]. Die Studie umfasste allerdings nur zwölf Physiotherapeutinnen und Physiotherapeuten.

Ein Blick in die Beatmungspraxis überrascht: Bei 19 von 20 untersuchten invasiv beatmeten Erwachsenen lag der inspiratorische Spitzenfluss mindestens 10 % über dem exspiratorischen. Bei acht betrug die mittlere Differenz sogar mindestens 17 L/min – zugunsten der Inspiration [4].

Experimentelle Untersuchungen zeigen, dass ein solcher inspiratorischer Flow Bias den Sekrettransport tiefer in die Atemwege begünstigen kann [2, 3]. Ob dies bei den untersuchten Patienten tatsächlich geschah, wurde allerdings nicht untersucht [4]. Die Untersuchung bezieht sich zudem auf die invasive Beatmung und nicht auf Oszillationsgeräte. Sie verdeutlicht aber einen entscheidenden Zusammenhang: Nicht allein die Luftbewegung zählt, sondern auch das Verhältnis zwischen inspiratorischem und exspiratorischem Spitzenfluss.

Der inspiratorische Fluss lässt sich technisch gezielt steuern. Bei der passiven Ausatmung sieht das allerdings anders aus: Hier bestimmen vor allem die elastischen Rückstellkräfte von Lunge und Brustkorb sowie der Atemwegswiderstand, wie schnell die Luft wieder ausströmt [5].

Genau hier liegt eine Herausforderung für Oszillationsgeräte. Systeme, die nur während der Inspiration aktiv Druck oder Fluss erzeugen, haben auf den exspiratorischen Fluss nur begrenzten Einfluss. Besonders bei ausgeprägter Atemwegsobstruktion, etwa bei COPD, kann es dadurch schwierig werden, einen günstigen exspiratorischen Flow Bias zu erreichen [5, 7].

Ein anderer technischer Ansatz setzt deshalb gezielt bei der Ausatmung an: Durch getrennte Gebläse für Inspiration und Exspiration lässt sich die Druckführung auch während der Ausatmung aktiv beeinflussen [7]. Entscheidend ist allerdings nicht allein, was die Technik ermöglicht, sondern welcher Flow Bias tatsächlich entsteht. Und genau das lässt sich messen [7].

Doch auch die aktive Exspiration hat ihre Grenzen. Bei ausgeprägter exspiratorischer Flusslimitation oder instabilen Atemwegen lässt sich der Ausatemfluss nicht beliebig steigern. Die Einstellungen müssen deshalb immer an die individuelle Lungenmechanik angepasst werden.

Zwei Gebläse statt einem – das klingt zunächst nach einem technischen Detail. Doch welchen Unterschied macht das für den exspiratorischen Flow Bias? Genau dieser Frage ging eine Laboruntersuchung des Seattle Children's Hospital nach [7].

Verglichen wurden zwei unterschiedliche Oszillationssysteme: BiWaze Clear mit zwei getrennten Gebläsen für Inspiration und Exspiration sowie einem geschlossenen Koaxialschlauchsystem mit getrennten Flusswegen. Das Vergleichssystem arbeitet dagegen mit einem Gebläse und einem offenen Schlauchsystem mit Leckventil [7].

Durch die getrennten Flusswege und die aktive Druckführung kann während der Oszillation ein höherer exspiratorischer als inspiratorischer Spitzenfluss entstehen [7]. Der Patient muss dafür nicht bewusst besonders kräftig oder schnell ausatmen. Im Lungenmodell entstand der gemessene Flow Bias bereits durch das Zusammenspiel der vom Gerät erzeugten Oszillation mit den simulierten Atemmustern. Wie ausgeprägt dieser Effekt beim einzelnen Patienten ausfällt, hängt allerdings auch von dessen Lungenmechanik und den gewählten Einstellungen ab [7].

Mittelwerte der Trachealmessungen aus der Laboruntersuchung [7]:

Was die Messwerte verraten

Der Unterschied fällt deutlich aus: BiWaze Clear erzeugte unter allen zwölf untersuchten Bedingungen einen höheren exspiratorischen als inspiratorischen Spitzenfluss. In elf von zwölf Messkonstellationen lag das PIF/PEF-Verhältnis sogar unter dem experimentellen Orientierungswert von 0,9. Nur im obstruktiven Kindermodell bei 20 cmH₂O lag es mit 0,91 knapp darüber. Das Vergleichssystem zeigte dagegen in allen zwölf Konstellationen ein PIF/PEF-Verhältnis über 1,0 [7].

Doch ein günstiges Flussverhältnis ist noch nicht alles. Den experimentellen Orientierungswert für die Differenz von mehr als 17 L/min erreichte BiWaze Clear in beiden normalen Erwachsenenmodellen sowie im restriktiven Erwachsenenmodell bei 30 cmH₂O [7].

Gerade bei obstruktiver Lungenmechanik blieb diese Differenz jedoch darunter. Der erhöhte Atemwegswiderstand kann den exspiratorischen Fluss begrenzen – mehr Druck bedeutet deshalb nicht automatisch mehr Ausatemfluss. Bemerkenswert ist dennoch, dass BiWaze Clear auch unter diesen Bedingungen einen exspiratorischen Flow Bias erzeugte, während beim Vergleichssystem weiterhin der inspiratorische Spitzenfluss überwog [7]. Auch in den Kindermodellen waren die gemessenen Flussdifferenzen deutlich geringer; der Orientierungswert von 17 L/min lässt sich nicht ohne Weiteres auf Kinder übertragen [3, 7].

Die Messungen zeigen damit einen deutlichen technischen Unterschied zwischen den untersuchten Systemen. Dabei spielt das gesamte Gerätekonzept mit seiner Schlauchführung, Druckübertragung und aktiven Beeinflussung der Exspiration eine Rolle [7].

Was bedeutet das für die praktische Anwendung?

BiWaze Clear kombiniert drei therapeutische Möglichkeiten, die sich individuell aufeinander abstimmen lassen: PEP-Therapie, Oszillation und Verneblung [8]. Die PEP-Therapie kann helfen, die Atemwege zu stabilisieren und die Lungenexpansion zu unterstützen. Während der Oszillation sollen Druck- und Flussschwingungen das Sekret mobilisieren. Gleichzeitig kann durch die aktive Druckführung ein exspiratorischer Flow Bias entstehen [7, 8]. Die Verneblung kann je nach Inhalationslösung die Sekrethydratation unterstützen und so das Abhusten erleichtern [10].

Einen festen Einstellwert für einen günstigen Flow Bias gibt es nicht. Entscheidend ist, welches Flussprofil unter den gewählten Einstellungen tatsächlich entsteht – und das hängt auch von der individuellen Lungenmechanik und dem Atemmuster des Patienten ab [7].

Denn bei aller Begeisterung für technische Möglichkeiten darf eines nicht in den Hintergrund geraten: der Patient. Was nützt das günstigste Flussprofil, wenn der Patient die Therapie nicht toleriert?

Die Ergebnisse aus dem Lungenmodell sind vielversprechend und machen neugierig. Doch eine entscheidende Frage bleibt: Kommt das Sekret dadurch beim Patienten tatsächlich besser voran?

Die experimentellen Schwellenwerte für den exspiratorischen Flow Bias stammen überwiegend aus Laboruntersuchungen und Studien zur invasiven Beatmung [1–4, 6]. Auch beim Gerätevergleich wurden Druck und Fluss gemessen – nicht aber die tatsächliche Sekretbewegung [7]. Ob sich diese Ergebnisse auf spontan atmende Patienten mit Mundstück oder Maske übertragen lassen und dadurch die Sekretclearance tatsächlich verbessert wird, muss klinisch noch untersucht werden.

Die Messwerte machen neugierig – doch wie sieht das Ganze in der praktischen Anwendung aus? Neugierig geworden? Dann lernen Sie die Technik selbst kennen! Sprechen Sie uns an. Gerne stellen wir Ihnen BiWaze Clear im Rahmen einer Produktvorführung vor und zeigen Ihnen die verschiedenen Einstell- und Therapiemöglichkeiten – auf Wunsch auch in einer praxisnahen Schulung.