Helium (Inhalation)

Helium ist ein inertes Gas, das aufgrund seiner geringen Dichte, geringen Löslichkeit und hohen Wärmeleitfähigkeit in Heilzwecken und diagnostischen Verfahren Verwendung findet. Helium wird in braunen Flaschen geliefert. Die Inhalation von Sauerstoff-Helium-Gemischen erfolgt über eine Atemmaske oder einen Endotrachealtubus. Unter Überdruck ersetzt Helium andere Gase in der Mischung, was das Atmen dank der deutlich geringeren Dichte erleichtert.

Helium wird hauptsächlich zur Untersuchung der Atemfunktion, zur Behandlung obstruktiver Lungenerkrankungen, bei Operationen der Atemwege mit Lasereinsatz, bei Tieftauchgängen und seit Neuestem auch als Marker bei der MRT verwendet. Für die Bestimmung des Residualvolumens der Lungen und anderer damit verbundener Atemfunktionsparameter wird ein ungiftiges und unlösliches (also nicht aus den Lungen in das Blut diffundierendes) Gas benötigt. Helium erfüllt diese Anforderungen und ist darüber hinaus deutlich kostengünstiger als andere solche Gase. Die Verdünnungsmethode besteht darin, dass der Patient ein Gemisch mit bekannter Heliumkonzentration einatmet und anschließend anhand der Veränderung der Heliumkonzentration im Ausatemgas das gesuchte Lungenvolumen bestimmt wird.

Unter normalen Bedingungen ist der Luftstrom in den Lungen laminar, wird die Strömungsgeschwindigkeit jedoch erhöht oder verengen sich die Atemwege, wird er turbulent. Die Anwendung von Sauerstoff-Helium-Gemischen erfolgt bei Auftreten von Turbulenzen infolge von Atemwegsverengungen. Aufgrund der deutlich geringeren Dichte des Heliums im Vergleich zur Luft nimmt die Geschwindigkeit des turbulenten Gasstroms bei sinkender Dichte der Einatemluft zu. Dadurch wird bei Verwendung von Sauerstoff-Helium-Gemischen der Atemaufwand reduziert. Die Möglichkeiten des Heliumeinsatzes sind jedoch begrenzt. So muss bei Atemwegsverengungen oft in erster Linie die Sauerstoffversorgung des Blutes verbessert werden. Dafür muss der Sauerstoffanteil in der eingeatmeten Mischung erhöht und folglich der Heliumanteil reduziert werden. Außerdem ist die Viskosität von Helium höher als die von Luft, was den Fluss laminarer Gasströme verringert.

Aufgrund seiner hohen Wärmeleitfähigkeit findet Helium auch Anwendung in der Lasenchirurgie der Atemwege. Die schnelle Ableitung der Wärme vom Kontaktbereich des Laserstrahls mit dem Gewebe ermöglicht eine Verringerung des Gewebeschadens und des Entzündungsrisikos. Auch lässt sich durch die geringe Dichte des Heliums der Gasfluss durch enge Endotrachealtuben, wie sie bei solchen Eingriffen verwendet werden, verbessern.

In jüngster Zeit wird bei der MRT der Lungen zudem polarisiertes Laserhelium als inhalatives Kontrastmittel eingesetzt. Die optische Anregung des nicht-radioaktiven Heliums verstärkt das Signal des in den Lungen befindlichen Gases und ermöglicht somit eine detaillierte Darstellung der Atemwege und Besonderheiten des Gastransports.

Heliumanwendung bei Tieftauchgängen

Tauchtiefe und -dauer sind durch die Toxizität von Sauerstoff, die narkotische Wirkung von Stickstoff und Stickstoffübersättigung bei der Dekompression begrenzt. Die Sauerstofftoxizität tritt bei längerem Atmen von Pressluft unter einem Druck von 500 kPa (5 bar) und mehr auf. Dieses kann durch Verdünnung des Sauerstoffs mit Helium verringert werden. Helium hat selbst bei sehr hohem Druck keine narkotische Wirkung, und seine schlechte Löslichkeit in Geweben verringert das Risiko von Blasenbildung, was eine schnellere Dekompression ermöglicht. Aufgrund seiner geringen Dichte senkt Helium auch den Atemwiderstand, was besonders wichtig ist, da die Dichte der Gasgemische unter Überdruck sehr hoch ist. Die relativ geringe Wärmekapazität von Helium ermöglicht zudem eine Verringerung der Wärmeverluste mit der Ausatemluft, die beim Unterwasserauftauchen erheblich sein können.