Medizinischer Sauerstoff: Krankenhausversorgung mit technischen Gasen

Medizinischer Sauerstoff ist eines der wichtigsten technischen Gase in Krankenhäusern, das in unterschiedlichsten Bereichen medizinischer Anwendungen zum Einsatz kommt. Abhängig von der Größe des Klinikums kann die Krankenhausversorgung mit medizinischem Sauerstoff über verschiedene Behältergrößen und Lagerungsarten erfolgen.

Entnahmestelle für medizinischen Sauerstoff in einem Krankenhauszimmer

Während Krankenhäuser mit niedrigerem Bedarf noch mit einzelnen Sauerstoffflaschen beliefert werden können, werden große Krankenhäuser und Unikliniken teilweise mit großen vakuumisolierten Sauerstofftanks, sogenannten Kaltvergasern, mit flüssigem medizinischem Sauerstoff versorgt. So lassen sich sehr große Mengen speichern und bedarfsgerecht entnehmen.

Sauerstoff – ein kurzer Exkurs

Sauerstoff ist ein chemisches Element der sechsten Hauptgruppe und steht im Periodensystem an achter Stelle. Sauerstoff ist das häufigste Element der Erde, kommt aufgrund seiner Reaktionsfreudigkeit allerdings zumeist in Verbindungen mit anderen Elementen vor. Beispiele dafür sind das Kohlendioxid (CO2), Eisenoxid (FEO2) oder die Stickoxide (NOx). In elementarer Form kommt es gelöst in Wasser oder gasförmig als O2 in der Atmosphäre vor, so hat unsere Atemluft eine Sauerstoffkonzentration von etwa 21 %.

Die Physiognomie von Luft atmenden Lebewesen ist auf eben diese Konzentration ausgelegt. Eine übermäßige Zuführung von Sauerstoff kann deshalb auch gefährlich sein, für viele Lebewesen sind höhere Konzentrationen giftig.

Sauerstoff ist ein technisches Gas, das auch in vielen nicht-medizinischen Bereichen Anwendung findet. Industriell wird er unter anderem in der Metallindustrie und innerhalb der chemischen Prozessindustrie verwendet. Brenngase wie zum Beispiel Acetylen erreichen oftmals erst durch Zugabe von Sauerstoff ihre gewünschten Maximaltemperaturen.

Medizinischer Sauerstoff: Herstellung und Transport

Sauerstoff wird üblicherweise in großen Luftzerlegungsanlagen gewonnen. Hier wird atmosphärische Luft verdichtet und über diesen Prozess so stark heruntergekühlt, bis sie sich verflüssigt. Aufgrund verschiedener Siedepunkte lassen sich so Sauerstoff und Stickstoff voneinander trennen, aber auch Argon und die anderen atmosphärischen Edelgase lassen sich über diesen Prozess isolieren und gewinnen.   

Auf molekularer Ebene unterscheidet sich der so gewonnene Industrie-Sauerstoff nicht von medizinischem Sauerstoff, die Unterschiede liegen in der Handhabung und Verarbeitung. Da medizinischer Sauerstoff als Arzneimittel gilt, müssen die Produzenten über pharmazeutische Herstellungserlaubnisse verfügen. Das gelieferte Produkt entspricht dann einem Fertigarzneimittel, für das der Hersteller die Verantwortung trägt.

Medizinischer Sauerstoff ist deshalb unter anderem rückverfolgbar. Sowohl das reine Gas als auch der verwendete Behälter wird über eine Chargen- und Seriennummer nachvollziehbar gehalten. Damit kann zweifelsfrei festgestellt werden, woher der eingesetzte Sauerstoff kommt, beziehungsweise wer ihn abgefüllt hat.

Durch diesen hohen Aufwand wird medizinischer Sauerstoff für die Krankenhausversorgung wesentlich teurer als das technische Gas.

Medizinischer Sauerstoff: Transport wahlweise gasförmig oder flüssig

Um medizinischen Sauerstoff transportieren zu können, wird er entweder unter sehr hohem Druck komprimiert oder tiefkalt verflüssigt. Medizinischer Sauerstoff in Transportgasflaschen, wie er im Rettungsdienst und der Krankenhausversorgung üblich ist, steht deshalb unter einem Druck von 200 – 300 bar. Derartig komprimiert ergibt sich ein Füllvolumen, das bei einem Umgebungsdruck von 1 bar um diesen Faktor expandiert.

1 Liter Sauerstoff bei 200 bar entspricht 200 Litern Sauerstoff bei 1 bar.

Die Druckbehälter für medizinischen Sauerstoff sind üblicherweise komplett weiß lackiert. Bei technischem Sauerstoff sind die Gasflaschen in der Regel grau und lediglich einer weißen Flaschenschulter gekennzeichnet, so werden Verwechslungen vermieden.

In flüssiger Form lässt sich das Gas sogar noch platzsparender bevorraten und transportieren. Ein Liter flüssiger Sauerstoff lässt sich zu etwa 850 Litern gasförmigen Sauerstoffs verdampfen. Der medizinische Sauerstoff kann in flüssiger Form in entsprechend isolierten Tankwagen direkt zum Krankenhaus transportiert und angeliefert werden.

Anwendung von medizinischem Sauerstoff im Krankenhaus

Nahezu alle Lebewesen auf der Erde benötigen Sauerstoff zum Überleben, neben Stickstoff ist es vermutlich das wichtigste Element für biologisches Leben. Die meisten medizinischen Anwendungen für Sauerstoff haben demnach mit der Beatmung bzw. der Therapie von Lungenerkrankungen und Sauerstoffmangel zu tun. Medizinischer Sauerstoff wird über eine Maske oder einen Tubus dem Patienten zugeführt. Neben der Bereitstellung von keimfreiem, geprüftem medizinischem Sauerstoff ist die Dosierung aus benannten Gründen besonders wichtig. Dies wird über manuelle Druckregler mit Manometer oder über digitale Dosierpumpen gewährleistet.

Üblicherweise wird medizinischer Sauerstoff unter anderem bei folgenden Erkrankungen eingesetzt:

  • Sauerstoff-Langzeittherapie (LTOT) bei chronisch obstruktiven Lungenerkrankungen (COPD) oder anderen chronischen Atemwegserkrankungen
  • akute oder chronische Hypoxie (verminderter Sauerstoffgehalt im Blut. z.B. durch Herzinsuffizienz, Lungenödem, Lungenemphysem, Anämie, Herzfehler, respiratorische Insuffizienz)
  • Als Mischgas in Kombination mit Lachgas (Distickstoffmonoxid, N2O) im Mischverhältnis bis zu 50% O2 und 50% N2O zur Schmerzlinderung oder in Kombination mit Helium (Heliox) zur Behandlung bei verengten Atemwegen
  • Während einer Narkose, um die Versorgung mit Sauerstoff aufrechtzuerhalten
  • Im Rahmen von Wiederbelebungsmaßnahmen
  • Behandlung von Atemwegsverbrennungen und Kohlenmonoxidvergiftungen

Medizinischer Sauerstoff kann auch von Privatpersonen zur Behandlung diverser Krankheiten und Symptomen eingesetzt werden. Typische Anwendungsfälle sind folgende:

  • bei Cluster-Kopfschmerz/Migräne
  • bei der Nachsorge von Lungenverletzungen
  • bei Lähmungen im Atemapparat
  • bei Verengung oder Erkrankungen der Atemwege

Die Patienten werden dazu vom Pflegepersonal im Umgang mit der Sauerstoffflasche geschult. Sie erhalten vergleichsweise kleine Gebinde, die sich noch gefahrlos tragen oder mit einem entsprechenden Flaschenwagen verschieben lassen. Durch die kleineren Gebinde reduziert sich auch die Gefahr von Unfällen mit reinem Sauerstoff.

Die Lagerung von medizinischem Sauerstoff: Gasflaschen, Bündel oder Tanks

Üblicherweise wird medizinischer Sauerstoff für die Krankenhausversorgung in folgenden Gebinden angeboten:

  • Behälter (2-10 Liter) mit integriertem Druckminderer
  • Druckgasbehälter (0,8 bis 50-Liter-Flaschen)
  • Bündel (12 x 50-Liter-Flaschen)
  • Kaltvergaser (Tankanlagen für tiefkalt verflüssigte Gase, 3.000 – 80.000 Liter flüssig).

Kleinere Druckgasbehälter

Die kleinen Literflaschen und Druckgasbehälter eignen sich ideal für mobile Lösungen. Dazu zählt der Einsatz im Rettungsdienst oder für die Sauerstoffversorgung von Patienten mithilfe eines Flaschenwagens. Der Einsatz kann unkompliziert erfolgen und die mobile Sauerstoffversorgung praktisch überall angewendet werden.

Flaschenbatterieanlagen

Flaschenbündel Sauerstoff sind für mittelgroße Verbraucher prädestiniert. Ein Flaschenbündel umfasst üblicherweise 12 Sauerstoffflaschen mit jeweils 50 Litern bei 200-300 bar Druck. Sie sind untereinander verrohrt und verfügen in der Regel über einen zentralen Anschluss (bei 300 bar auch über zwei). Diese Gebinde lassen sich aufgrund ihrer genormten Größe und einem festen Metallrahmen relativ einfach transportieren und bevorraten schon größere Mengen medizinischen Sauerstoffs.

Weißes Gasflaschen Bündel Render

Ein Flaschenbündel speichert bei 200 bar so bis zu 120.000 Liter Sauerstoff. Über diese Flaschenbatterieanlagen wird das Gas über eine Umfüllstation entweder in kleinere Gebinde oder in eine zentrale Versorgungsleitung eingespeist.

Flüssige Lagerung im Kaltvergaser

Kaltvergaser sind vakuumisolierte Tankanlagen für besonders große Sauerstoffreservoirs. Schon ein kleinerer Kaltvergaser stellt mit einer Kapazität von 3000 Litern flüssigem Sauerstoff etwa 2.500.000 Liter gasförmigen Sauerstoffs bereit.

Sie werden üblicherweise von Großkliniken angewendet, die über entsprechend viele Betten und Entnahmestellen verfügen. Je größer das Klinikum, desto größer sind üblicherweise die entsprechenden Versorgungssysteme.

Das Uniklinikum Dresden hat z.B. ein fast 3,5 km langes Ringrohrleitungssystem mit angeschlossenen Kaltvergasern und Verdampfern installiert.

Weißer Kaltvergaser mit flüssigem Sauerstoff steht vor Krankenhaus

Damit gehen allerdings in diesem Beispiel auch ca. 5500 Entnahmestellen innerhalb dieses Leitungssystem einher, die jährlich inspiziert und überwacht werden müssen. Das verzweigte System aus Rohrleitungen, Abzweigen, Manometern und Ventilen ist anfällig für Leckagen und sonstige Betriebsstörungen, die im Krankenhausbetrieb durchaus eine Gefahr für Personal und Patienten darstellen können.

Medizinische Gase unterliegen auch der Prüfpflicht nach Apothekenbetriebsordnung (ApBetrO) und müssen regelmäßig nach Pharmacopoea Europaea (Ph. Eur., auch Europäisches Arzneibuch) geprüft werden. Das erfolgt üblicherweise durch die Mitarbeiter der Klinikapotheke, kann aber auch durch die Hersteller des medizinischen Sauerstoffs erfolgen. Die Hersteller bzw. Lieferanten des medizinischen Sauerstoffs bieten diesen Service häufig mit an, wenn das belieferte Klinikum nicht die erforderlichen Prüfkapazitäten hat.

Sicherer Umgang mit Sauerstoff in der Krankenhausversorgung

Aufgrund seiner spezifischen Eigenschaften muss das Personal im Umgang mit Sauerstoff geschult sein. Das gilt für das reine Hantieren mit diesem Gas ebenso, wie für die Versorgung der Patienten.

Die Kenntnisse über den Umgang mit Sauerstoff in der Krankenhausversorgung gehören zur Ausbildung von Rettungs- und Pflegepersonal. Dazu werden folgende Inhalte vermittelt und abgeprüft:

  • Lagerung
  • Anschluss von Gasflaschen an Endgeräten
  • Überprüfung von Chargen
  • Dokumentation
  • Berechnung von Inhalten
  • Verhaltensweisen bei Stör- und Notfällen

Dieses Wissen wird bei Pflegepersonal vorausgesetzt. Im Zweifel sollten Krankenhausbetreiber oder das Pflegepersonal selbst aktiv werden und sich um eine Schulung oder Auffrischung des Wissens bemühen. Geschehen beim Hantieren mit Sauerstoff schwere Fehler, kann das für das betroffene Personal zivil- und arbeitsrechtliche Folgen haben.

Medizinischer Sauerstoff – potentielle Gefahren

Denn Sauerstoff, egal ob medizinisch oder technisch, kann bei falscher Handhabung durchaus gefährlich sein. Es darf keinesfalls angenommen werden, dass Sauerstoff die Atmung nur verbessern kann. Bei einer übermäßigen Sauerstoffzufuhr tritt eine Übersättigung des Blutes auf. Die Folgen sind Krampfanfälle, die bis zum Tod führen können. Dazu bedarf es häufig nicht mal der externen Zugabe medizinischen Sauerstoffs. Um das Blut zu übersättigen, genügt eine Hyperventilation, wie sie bei Drogenmissbrauch, Panikattacken oder hysterischen Anfällen auftreten können.

Ein typisches Symptom für diesen Fall ist die „Pfötchenhaltung“. Die Betroffenen liegen auf dem Rücken, strecken die Arme in die Luft und pressen die Finger an jeder Hand zusammen. Die Ersthelfer-Therapie ist glücklicherweise recht einfach: Man lässt die Betroffenen in eine Tüte atmen. Damit senkt sich die Sauerstoffkonzentration im Blut. Eine medizinische Nachsorge ist in diesem Fall aber dennoch angezeigt.

Ein Übermaß an Sauerstoff ist für Neugeborene ebenfalls sehr gefährlich. Wird bei beatmeten Babys die Sauerstoffvergabe nicht exakt berechnet, können sie schnell dauerhaft erblinden. Dies ist einer der häufigsten Gründe für Blindheit in Westeuropa. Medizinischer Sauerstoff in der Krankenhausversorgung muss deshalb stets mit Bauteilen zur exakten Dosierung und Regelung ausgestattet sein. Nur so wird eine Überversorgung mit diesem lebensnotwendigen Gas vermieden.

Bei unsachgemäßer Verwendung von medizinischem Sauerstoff droht Brandgefahr

Eine der größten Gefahren von Sauerstoff geht allerdings von seinen brand- und explosionsfördernden Eigenschaften aus. Sauerstoff selbst ist zwar nicht brennbar, sorgt aber dafür, dass andere Materialien leichter entzündet und deutlich heftiger brennen können.

Schon bei einer geringen Erhöhung um 2,5% auf 23,5% Sauerstoffgehalt gegenüber dem üblichen atmosphärischen Sauerstoffgehalt (21%) spricht man von einer Sauerstoffanreicherung.

Materialien in Sauerstoff angereicherter Luft sind leichter entzündlich, elektronische Geräte in dieser Umgebung müssen entsprechend geprüft und funkensicher sein. Kleidung sollte sehr sorgfältig gelüftet werden, da sich der Sauerstoff dort anreichert und Zündquellen, wie beispielsweise eine brennende Zigarette, schwere Kleiderbrände auslösen kann.

Medizinischer Sauerstoff in der Krankenhausversorgung erfordert deshalb eine maximale Sorgfalt im Umgang bei Lagerung und Einsatz.

In Gasflaschen gelagerter Sauerstoff sollte stets an gut belüfteten Stellen gelagert werden. Feuer und Rauchen sind in der unmittelbaren Nähe verboten. Brennbare Materialien müssen weit genug entfernt sein.

Sauerstoff ist an sich geruchslos, man merkt sein konzentriertes Auftreten üblicherweise dennoch zuverlässig. Die Atemluft wird ausgesprochen „frisch“. Es wirkt, als wäre ein Fenster geöffnet. In einem geschlossenen Raum sollte das deshalb ein Warnzeichen sein. In diesem Fall könnte Sauerstoff aus einem Leck austreten.

Medizinischer Sauerstoff: Krankenhausversorgung nach Bedarf flüssig oder gasförmig

Medizinischer Sauerstoff ist in der heutigen Krankenhausversorgung nicht wegzudenken. Bei vielen Krankheitsbildern wird das Gas therapeutisch eingesetzt und der Bedarf an medizinischem Sauerstoff ist üblicherweise relativ hoch.

Für kleinere Krankenhäuser, Kliniken, Praxen oder für den Rettungsdienst ist die Lagerung von medizinischem Sauerstoff in Gasflaschen bzw. mobilen Druckbehältern oftmals vorteilhafter und günstiger als eine zentrale Sauerstoffversorgung. Der Beschaffungsaufwand ist hier üblicherweise etwas höher, da man die Lagerbestände regelmäßiger prüfen und je nach Bedarf Neubestellungen tätigen muss. Die Kosten pro Liter sind in der Regel auch abhängig von der abgenommenen Menge, je geringer die Bestellung, desto teurer wird es üblicherweise.

Die Vorteile einer zentralen Sauerstoffversorgung mittels Flaschenbatterieanlage oder einem Kaltvergaser sind allerdings auch nicht unbeträchtlich. Während die Anschaffungskosten und der Wartungsaufwand relativ hoch sind, ist der alltägliche Umgang mit den medizinischen Gasen umso einfacher. Üblicherweise befinden sich die Gasentnahmestellen direkt am Bett des Patienten und ermöglichen eine optimale, bedarfsgerechte Entnahme des medizinischen Sauerstoffs. Den initialen Kosten der Anlage stehen je nach Abnahmemenge auch geringere Beschaffungskosten des medizinischen Sauerstoffs gegenüber, was man in langfristiger Planung gegenrechnen muss.    

Author: Johannes Partz

Johannes Partz

Johannes ist Geschäftsführer bei Gasido. Er ist ein Experte auf dem Gebiet der Industriegase. In der Energiebranche ist er seit 2013. Er war in verschiedenen Positionen in Technik und Vertrieb tätig. Gasido.de wurde im Jahr 2017 gegründet und ist seit Anfang 2020 Teil seiner Unternehmungen.