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  • Zentrum für hyperbare Sauerstofftherapie (HBO) und Tauchmedizin

Worauf beruht die Wirkung der hyperbaren Sauerstofftherapie?

Unser Körper benötigt Sauerstoff zum Leben. In den Zellen unseres Körpers werden Zucker und Fette mit Hilfe von Sauerstoff in die benötigte Energie umgewandelt. Fehlt der Sauerstoff,  können die Zellen ihre Funktion auf Dauer nicht aufrechterhalten. Dabei sind die Gründe für das Fehlen von Sauerstoff vielfältig und können sowohl chronisch als auch akut sein.

Neben Erkrankungen der Lunge und des Herzens können Vergiftungen (z.B. die Kohlenmonoxidvergiftung), chronische Gefäßerkrankungen, Überdruckunfälle oder schwierige Wundverhältnisse die Ursache für eine Mangelversorgung der Zellen sein.

Ziel der HBO-Therapie ist es, die lokale Mangelversorgung an Sauerstoff durch ein Mehrangebot auszugleichen. Dies ist auch bei einer Atmung von 100% Sauerstoff bei normalem Umgebungsdruck nur bis zu einem gewissen Maße möglich.

Um mehr Sauerstoff im Blut zu lösen, muss der Umgebungsdruck erhöht werden. Dem physikalischen Gesetz von Henry folgend wird nun während der Patient oder die Patientin dem erhöhten Druck ausgesetzt ist, mehr Sauerstoff physikalisch im Blut gelöst und zu den Zellen transportiert.

Um den erhöhten atmosphärischen Luftdruck zu erreichen, wird der Patient täglich für eine bestimmte Therapiezeit in eine Druckkammer verbracht in der er dann unter erhöhtem Umgebungsdruck reinen Sauerstoff atmet.

Hierdurch lassen sich im Körper Sauerstoffwerte (sog. arterieller Sauerstoffpartialdruck) erreichen, die ein Vielfaches über dem liegen, der unter normalen Druckverhältnissen möglich wäre.

Die somit verbesserte Versorgung mit Sauerstoff ermöglicht dem kranken, durch Sauerstoffmangel bedrohten Gewebe sich dauerhaft zu regenerieren und die Heilungsprozesse anzustoßen und zu beschleunigen.

Um durch Sauerstoffmangel bedrohtes Gewebe auf Dauer ausreichend versorgen zu können, bedarf es in diesem Gewebe einer Neubildung von kleinen Blutgefäßen (Kapillaren)[1-7]. Hierfür wird ein steiler Sauerstoffgradient vom Wundrand  zum Wundzentrum benötigt, so dass eine entlang des Gradienten gerichtete Gefäßaussprossung erfolgt.

Hierdurch kommt es zu einer Neubildung von kleinen Blutgefäßen in vital bedrohtem Gewebe, so dass nach erfolgreich abgeschlossener Behandlung das ehemals bedrohte Gewebe wieder ausreichend mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt wird. Der Zellstoffwechsel hat sich normalisiert, das Gewebe heilt aus.

Weitere Positive Effekte der hyperbaren Sauerstofftherapie

Neben der Anreicherung des Körpergewebes mit Sauerstoff und der Neubildung von kleinen Blutgefäßen im sauerstoffarmen Gewebe erfolgen unter der hyperbaren Sauerstofftherapie weitere Veränderungen im Körper.

Die meisten an der Wundheilung beteiligten Zelltypen und ablaufenden Prozesse (z.B. Kollagensynthese) benötigen ein Mindestmaß an Sauerstoff um eine Funktion des Zellstoffwechsels und das Zellwachstum aufrecht halten zu können [8, 9]. So werden durch hyperbaren Sauerstoff Zellen des Bindegewebes in hypoxischem Gewebe durch den eingeatmeten Sauerstoff angeregt und aktiviert, wodurch es zu Umbauprozessen im kranken Weichteilgewebe und zur verbesserten Wundheilung kommt. Krankes, untergegangenes Gewebe wird abgebaut und neues, nun durchblutetes Gewebe durch den Körper aufgebaut. Diesen Effekt nutzt man auch zunehmend in der Chirurgie, um gefährdete Lappenplastiken und nicht heilende Wunden zu behandeln.

Unter HBO erfolgen auch im hypoxischen Knochen Umbauprozesse, sowohl Osteoklasten als auch Osteoblasten werden aktiviert [10-13]. Daher ermöglicht die HBO bei hypoxie- bedingten Erkrankungen des Knochengewebes auf der einen Seite einen vermehrten Abbau nekrotischen Materials durch eine erhöhte Osteoklastenaktivität und auf der anderen Seite einen vermehrter Knochenaufbau durch sauerstoffinduzierte Osteoblastenaktivierung. Diese Wirkung wird sich bei Osteomyelitiden, aseptischen Knochennekrosen und bei Knochentransplantaten zu Nutze gemacht.

Das Prinzip der „hyperoxischen Vasokonstriktion“ unter hyperbarer Sauerstofftherapie ist für die Reduktion von Gewebeschwellungen sowohl im Weichteilgewebe als auch im Knochen verantwortlich [14]. Durch das Überangebot von Sauerstoff kommt es in gut durchblutetem Gewebe zu einer Reduktion des Blutflusses (Vasokonstriktion), was jedoch auf das Gewebe durch die große Diffusionsstrecke des hyperbaren Sauerstoffes und die hohen Sauerstoffpartialdrücke keine negative Einfluss mit sich bringt. Es resultiert jedoch in allen Geweben mit erhaltener Autoregulation ein abschwellender Effekt, so dass die Versorgungssituation dieser Gewebe verbessert wird. Dieser Nebeneffekt der Therapie wird unter anderem beim Compartment- Syndrom, gefährdeten Lappentransplantaten und beim Knochenmarksödem therapeutisch genutzt.

Darüber hinaus ermöglicht die hyperbare Sauerstofftherapie dem Körper eine Stärkung des körpereigenen Immunsystems. Neben der direkten antibakteriellen Wirkung des Sauerstoffes gegenüber gasbildenden Bakterien wie Clostridien (Clostridium perfringens u.a.) ermöglicht dieser den körpereigenen Immunzellen aber auch direkt vermehrt Krankheitserreger abzutöten [15, 16]. Nur wenn ausreichend Sauerstoff vorliegt können Fresszellen wie neutrophile Granulocyten und Makrophagen aufgenommene Bakterien durch Sauerstoffradikale abtöten. Dies ist in hypoxischen Wunden nicht der Fall, es kommt zu schwer therapierbaren Infektionen. Unter HBO verbessert sich somit die Immunabwehrlage und gleichzeitig wird die Wirkung von Antibiotika verstärkt.

Die bei einer Taucherkrankheit oder arteriellen Gasembolie vorliegenden intravasalen Gasblasen werden durch zwei Mechanismen verringert und aufgelöst. Die hohen Drücke in einer Druckkammer sorgen für die Reduktion von Gasblasen, meist Stickstoff- Blasen, durch die Kompression des Gases auf ein kleineres Volumen. Der Hauptwirkung liegt jedoch in dem Aufbau eines Gradienten des Stickstoffpartialdruckes. Durch das Einatmen von 100% Sauerstoff resultiert ein hoher Diffusionsgradient für Stickstoff (N2), so dass dieser aus der Blase wieder in Lösung gebracht wird. Die Blase verschwindet.

Die hyperbare Sauerstofftherapie stellt daher eine hochwirksame Therapie nicht nur für Gewebe mit Sauerstoffunterversorgung dar.

Literaturverweise

  1. Knighton, D.R., I.A. Silver, and T.K. Hunt, Regulation of wound-healing angiogenesis-effect of oxygen gradients and inspired oxygen concentration. Surgery, 1981. 90(2): p. 262-70.
  2. Marx, R.E., et al., Relationship of oxygen dose to angiogenesis induction in irradiated tissue. Am J Surg, 1990. 160(5): p. 519-24.
  3. Hopf, H.W., et al., Hyperoxia and angiogenesis. Wound Repair Regen, 2005. 13(6): p. 558-64.
  4. Sheikh, A.Y., et al., Hyperoxia improves microvascular perfusion in a murine wound model. Wound Repair Regen, 2005. 13(3): p. 303-8.
  5. Sander, A.L., et al., In vivo effect of hyperbaric oxygen on wound angiogenesis and epithelialization. Wound Repair Regen, 2009. 17(2): p. 179-84.
  6. Roth, V., et al., Stimulating angiogenesis by hyperbaric oxygen in an isolated tissue construct. Undersea Hyperb Med, 2011. 38(6): p. 509-14.
  7. Lin, K.C., et al., Attenuating inflammation but stimulating both angiogenesis and neurogenesis using hyperbaric oxygen in rats with traumatic brain injury. J Trauma Acute Care Surg, 2012. 72(3): p. 650-9.
  8. Anderson, L.H., et al., Influence of Intermittent Hyperoxia on Hypoxic Fibroblasts. Journal of Hyperbaric Medicine, 1992. 7: p. 103-114.
  9. Kang, T.S., et al., Effect of hyperbaric oxygen on the growth factor profile of fibroblasts. Arch Facial Plast Surg, 2004. 6(1): p. 31-5.
  10. Wu, D., et al., Effects of hyperbaric oxygen on proliferation and differentiation of osteoblasts from human alveolar bone. Connect Tissue Res, 2007. 48(4): p. 206-13.
  11. Yuan, L.J., et al., Effects of low-intensity pulsed ultrasound and hyperbaric oxygen on human osteoarthritic chondrocytes. J Orthop Surg Res, 2014. 9: p. 5.
  12. Tripathi, K.K., et al., Effect of hyperbaric oxygen on bone healing after enucleation of mandibular cysts: a modified case control study. Diving Hyperb Med, 2011. 41(4): p. 195-201.
  13. Sever, C., et al., Effect of hyperbaric oxygen therapy on bone prefabrication in rats. Acta Orthop Traumatol Turc, 2010. 44(5): p. 403-9.
  14. Nylander, G., et al., Reduction of postischemic edema with hyperbaric oxygen. Plast Reconstr Surg, 1985. 76(4): p. 596-603.
  15. Zanon, V., et al., Oxybiotest project: microorganisms under pressure. Hyperbaric oxygen (HBO) and simple pressure interaction on selected bacteria. Med Gas Res, 2012. 2(1): p. 24.
  16. Almzaiel, A.J., et al., Effects of hyperbaric oxygen treatment on antimicrobial function and apoptosis of differentiated HL-60 (neutrophil-like) cells. Life Sci, 2013. 93(2-3): p. 125-31.





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Zentrum für Sauerstoff-Überdrucktherapie und Tauchmedizin