Sauerstoffsättigung
Die Sauerstoffsättigung ist der Anteil des sauerstoffgesättigten Hämoglobins im Verhältnis zum gesamten Hämoglobin (ungesättigt + gesättigt) im Blut. Der menschliche Körper benötigt und reguliert ein sehr genaues und spezifisches Gleichgewicht von Sauerstoff im Blut. Die normale Sauerstoffsättigung im arteriellen Blut liegt beim Menschen zwischen 97 und 100 Prozent. Liegt der Wert unter 90 Prozent, gilt er als niedrig und wird als Hypoxämie bezeichnet. Arterielle Blutsauerstoffwerte unter 80 % können die Funktion von Organen wie dem Gehirn und dem Herzen beeinträchtigen und sollten umgehend behandelt werden. Anhaltend niedrige Sauerstoffwerte können zu Atem- oder Herzstillstand führen. Eine Sauerstofftherapie kann helfen, den Sauerstoffgehalt im Blut zu erhöhen. Die Oxygenierung erfolgt, wenn Sauerstoffmoleküle (O
2) in die Gewebe des Körpers gelangen. Beispielsweise wird das Blut in der Lunge mit Sauerstoff angereichert, wo die Sauerstoffmoleküle aus der Luft in das Blut gelangen. Der Begriff Oxygenierung wird in der Medizin häufig für die Sauerstoffsättigung verwendet. ⓘ
Definition
In der Medizin misst die Sauerstoffsättigung, allgemein als "sats" bezeichnet, den Prozentsatz der Hämoglobinbindungsstellen im Blutkreislauf, die mit Sauerstoff besetzt sind. Bei niedrigen Sauerstoffpartialdrücken wird der größte Teil des Hämoglobins desoxygeniert. Bei etwa 90 % (der Wert variiert je nach klinischem Kontext) steigt die Sauerstoffsättigung entsprechend einer Sauerstoff-Hämoglobin-Dissoziationskurve an und nähert sich bei Sauerstoffpartialdrücken von >11 kPa 100 %. Ein Pulsoximeter stützt sich auf die Lichtabsorptionseigenschaften von gesättigtem Hämoglobin, um die Sauerstoffsättigung zu messen. ⓘ
Physiologie
Der Körper hält die Sauerstoffsättigung größtenteils durch chemische Prozesse des aeroben Stoffwechsels in Verbindung mit der Atmung auf einem stabilen Niveau. Mit Hilfe des Atmungssystems sammeln die roten Blutkörperchen, insbesondere das Hämoglobin, den Sauerstoff in der Lunge und verteilen ihn an den Rest des Körpers. Der Bedarf des Körpers an Blutsauerstoff kann schwanken, z. B. bei sportlicher Betätigung, wenn mehr Sauerstoff benötigt wird, oder wenn man in höheren Lagen lebt. Eine Blutzelle gilt als "gesättigt", wenn sie eine normale Menge an Sauerstoff enthält. Sowohl zu hohe als auch zu niedrige Werte können sich nachteilig auf den Körper auswirken. ⓘ
Einsatzgebiete und Relevanz
| sO2 | Sauerstoffsättigung allgemein ⓘ |
| SaO2 | arterielle Sauerstoffsättigung (Messung in arterieller Blutprobe) |
| SpO2 | pulsoxymetrisch gemessene Sauerstoffsättigung (quasi-arteriell) |
| SvO2 | venöse Sauerstoffsättigung |
| SzvO2 | zentralvenöse Sauerstoffsättigung |
| S⊽O2 | gemischtvenöse Sauerstoffsättigung |
Die arterielle Sauerstoffsättigung (SaO2) ist ein wichtiger, durch Blutgasanalyse feststellbarer Parameter zur Beurteilung der Atemfunktion. In vielen Fällen lässt sie Rückschlüsse auf die Funktion und Tätigkeit der Lunge zu. Je nach Krankheitsbild, Alter und Situation des Patienten kann bzw. muss man unterschiedliche Sättigungswerte tolerieren. So wird man bei Kindern und jungen Erwachsenen unter normalen Umständen einen Wert nahe 100 % anstreben, bei älteren Menschen oder bestimmten Krankheiten (beispielsweise COPD oder Mukoviszidose) können auch Werte um 90 % genügen: Die Grenze für tolerierbare Sättigung muss aber unbedingt individuell festgelegt werden: Bei professionellen Bergsteigern lassen sich auf hohen Gipfeln beispielsweise erstaunlich niedrige Sauerstoffsättigungswerte nachweisen (< 70 %); diese Werte wären unter normalen Umständen bei den meisten Menschen hoch kritisch. Es existiert daher die Vermutung, dass nicht nur die Sauerstoffsättigung wichtig ist, sondern auch die individuelle Effizienz bei der Sauerstoffverwertung. Die entscheidende periphere Sauerstoffsättigung wird zur Berechnung des klinisch immer mehr an Bedeutung gewinnenden arteriellen Sauerstoffgehaltes (CaO2) mit Hilfe des Hämoglobingehalts und der Hüfner-Zahl benötigt. Bedeutsam ist hier, dass ein hoher Hämoglobingehalt einen Kompensationsmechanismus einer erniedrigten Sättigung darstellen kann. ⓘ
Neben der Bestimmung im arteriellen Blut wird die Sauerstoffsättigung auch im venösen Blut (SvO2) verschiedener Stromgebiete untersucht. Aus der Differenz zur arteriellen Sättigung (SaO2) lässt sich unter Berücksichtigung der Durchblutung die Sauerstoffaufnahme des Gewebes abschätzen. Setzt man hingegen eine konstante Sauerstoffaufnahme voraus, weist eine Zunahme der Differenz auf eine Abnahme der Durchblutung hin. Je nach Herkunft der Blutprobe lassen sich so Informationen über den Zustand der O2-Versorgung in den vorgeschalteten Organen gewinnen. Für wissenschaftliche Untersuchungen und spezielle Fragestellungen kann nach demselben Prinzip die lokale Organdurchblutung bestimmt werden (Lebervene, Halsvenen, Sinus coronarius u. a.). ⓘ
Pulsoxymetrie
Die Pulsoxymetrie ist eine Methode zur Schätzung des prozentualen Anteils des an Hämoglobin gebundenen Sauerstoffs im Blut. Dieser Näherungswert für SaO2 wird als SpO2 (periphere Sauerstoffsättigung) bezeichnet. Das Pulsoximeter besteht aus einem kleinen Gerät, das an den Körper geklemmt wird (in der Regel an einen Finger, ein Ohrläppchen oder den Fuß eines Säuglings) und seine Messwerte per Kabel oder drahtlos an ein Messgerät überträgt. Das Gerät verwendet Leuchtdioden in verschiedenen Farben in Verbindung mit einem lichtempfindlichen Sensor, um die Absorption von rotem und infrarotem Licht in der Extremität zu messen. Der Unterschied in der Absorption zwischen sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Hämoglobin macht die Berechnung möglich. ⓘ
Medizinische Bedeutung
Gesunde Personen auf Meereshöhe weisen in der Regel Sauerstoffsättigungswerte zwischen 96 % und 99 % auf und sollten über 94 % liegen. In einer Höhe von 1.600 Metern (etwa eine Meile hoch) sollte die Sauerstoffsättigung über 92 % liegen. ⓘ
Ein SaO2-Wert (arterielle Sauerstoffsättigung) unter 90 % bedeutet Hypoxie (die auch durch Anämie verursacht werden kann). Eine Hypoxie aufgrund eines niedrigen SaO2-Wertes wird durch Zyanose angezeigt, aber die Sauerstoffsättigung spiegelt nicht direkt die Gewebeoxygenierung wider. Die Affinität des Hämoglobins zu Sauerstoff kann die Sauerstofffreisetzung auf Gewebeebene beeinträchtigen oder verstärken. Sauerstoff wird leichter an das Gewebe abgegeben (d. h. Hämoglobin hat eine geringere Affinität zu Sauerstoff), wenn der pH-Wert sinkt, die Körpertemperatur steigt, der arterielle Partialdruck des Kohlendioxids (PaCO2) erhöht ist und der 2,3-DPG-Spiegel (ein Nebenprodukt des Glukosestoffwechsels, das auch in gespeicherten Blutprodukten vorkommt) erhöht ist. Wenn das Hämoglobin eine höhere Affinität für Sauerstoff hat, steht den Geweben weniger zur Verfügung. Bedingungen wie ein erhöhter pH-Wert, eine verringerte Temperatur, ein verringerter PaCO2-Wert und ein verringerter 2,3-DPG-Wert erhöhen die Bindung von Sauerstoff an das Hämoglobin und schränken dessen Abgabe an das Gewebe ein. ⓘ
Sauerstoffsättigung und Sauerstoffpartialdruck
Die Sauerstoffsättigung ist umso höher, je höher der Sauerstoffpartialdruck (pO2) im Blut ist. Durch die Abhängigkeit der Sauerstoffaffinität des Hämoglobins von der Anzahl der bereits gebundenen O2-Moleküle (Kooperativität) ist dieser Zusammenhang nicht-linear. Die Sauerstoffbindungskurve zeigt einen schrägen s-förmigen Verlauf. ⓘ
Normwerte:
| pO2 | sO2 ⓘ | |
|---|---|---|
| arteriell: | 71–100 mm Hg | 94–97 % |
| gemischtvenös: | 36–44 mm Hg | 65–82 % |