Medizinische Gase: Informationen und Sicherheitshinweise

Grund genug, uns damit zu beschäftigen, welche Gase zu dieser Kategorie zählen und wie sie dabei helfen, Leben zu retten. Der folgende Beitrag liefert Ihnen alles Wichtige rund um dieses Thema.

Was sind medizinische Gase?

Gase werden in der Medizin für verschiedene Zwecke genutzt. Zu den medizinisch verwendeten Gasen zählen unter anderem Sauerstoff, Lachgas (Distickstoffmonoxid), Xenon, Stickstoffmonoxid, Kohlendioxid und Helium (häufig als Gemisch mit Sauerstoff, z. B. Heliox).

Wichtig: Nicht jedes Gas ist automatisch „medizinisch“, nur weil es chemisch identisch ist. Entscheidend sind Herstellung, Qualitätsanforderungen, Dokumentation und die rechtliche Einordnung.

Tatsächlich gab es bis zur AMG-Novelle im September 2005 keine durchgehende Anwendung der arzneimittelrechtlichen Regelungen auf medizinische Gase – in der Praxis konnten daher teils sehr ähnliche Lieferketten für Industrie und Klinik existieren. Seit der AMG-Novelle 2005 mussten Gase zur direkten Anwendung am Menschen schrittweise arzneimittelrechtlich eingeordnet und zugelassen/registriert werden (Übergangsfristen bis 2008).

Seitdem gibt es eine deutlichere Unterscheidung zwischen Gasen für die Industrie und solchen für den medizinischen Sektor. Sogenannte medizinische Gase werden speziell für die Nutzung im Gesundheitssektor produziert und bereitgestellt. Abhängig vom Verwendungszweck gelten sie als Arzneimittel (z. B. medizinischer Sauerstoff zur Inhalation/Beatmung) oder – je nach Zweck und Aufmachung – als Bestandteil/Versorgungsmedium in einem Medizinprodukt-Kontext (z. B. CO₂ als Insufflationsgas in der Chirurgie, je nach System). (Für Endkunden wichtig: Die genaue Einstufung hängt vom Produkt und der Zweckbestimmung ab.)

Aufgrund dieser Anforderungen müssen medizinische Gase GMP-gerecht hergestellt und abgefüllt werden: Dazu gehören dokumentierte Qualitätskontrollen, Hygieneanforderungen, Freigabeprozesse und die Rückverfolgbarkeit jeder Charge. „Steril“ ist dabei nicht die generelle Grundanforderung – entscheidend sind Reinheit/Qualität nach Arzneibuch, kontrollierte Prozesse und geeignete Verpackung/Behälter.

Für Planung und Betrieb medizinischer Gasversorgungssysteme in Einrichtungen (z. B. Rohrleitungssysteme, Entnahmestellen, Druckminderer, Schlauchsysteme) gelten außerdem wichtige Normen, u. a.:

ISO 7396-1 (Rohrleitungssysteme für medizinische Gase und Vakuum)
ISO 9170-1/-2 (Entnahmestellen/Terminal Units, u. a. auch für Anästhesiegas-Fortleitungssysteme)
ISO 10524-1 (Druckminderer für medizinische Gase)
ISO 5359 (Niederdruck-Schlauchleitungssysteme; nichtverwechselbare Anschlüsse)

In der modernen Medizin sind Gase unverzichtbar. Beispiele für die Verwendung medizinischer Gase:

Atemunterstützung / Beatmung
Narkose / Sedierung und Analgesie (je nach Gas/Gemisch)
Untersuchung und Diagnostik (z. B. Lungenfunktion, Blutgasanalyse – je nach Verfahren)
Betrieb und Kalibrierung medizinischer Geräte (je nach Gerät)

Sauerstoff

Sauerstoff (O2) ist eines der meistgenutzten Gase im Krankenhaus und zählt im Rettungsdienst zu den wichtigsten Notfall-Maßnahmen – immer unter fachlicher/ärztlicher Verantwortung. Zur Inhalation und Beatmung wird Sauerstoff über geeignete Geräte in unterschiedlichen Konzentrationen eingesetzt (je nach Indikation, Zielwerten und System). In der Literatur wird für Inhalation/Beatmung häufig ein Bereich von ca. 30 bis 100 % beschrieben – das heißt aber nicht, dass „viel hilft viel“: Zu hohe Sauerstoffgaben können je nach Situation auch nachteilig sein und werden deshalb medizinisch überwacht.

Hinweis von GASPROFI:
Die Farbe einer Gasflasche ist kein „medizinisch vs. technisch“-Beweis. Verbindlich sind Etikett/Bezeichnung, Zulassungsstatus und Kennzeichnung. Bei der Farbkennzeichnung ist in Europa vor allem die Schulterfarbe genormt (z. B. Sauerstoff: Schulter weiß).

Physikochemische Eigenschaften von Sauerstoff

Kürzel / Formel: O2
Aussehen: farblos
Geruch: geruchlos
Molmasse [g/mol]: 32,00
Schmelzpunkt [°C]: -219
Siedepunkt [°C]: -183
Kritische Temperatur [°C]: -119
Kritischer Druck [bar]: 50,4
Dichte* [kg/m³] (gasförmig, 15 °C, 1 bar): ca. 1,33
Relative Dichte (Luft = 1): ca. 1,11
Löslichkeit in Wasser (20 °C, 1 bar): ca. 42,8 mg/l bei reiner O2-Atmosphäre (in Luft – wegen geringerem O₂-Partialdruck – deutlich niedriger).

*Richtwerte, je nach Bezugsbedingungen.

Lachgas

Lachgas (N2O) – auch Distickstoffmonoxid genannt – ist eines der am längsten bekannten medizinischen Gase. Es kann zur Analgesie/Sedierung bei kurzen, mäßig schmerzhaften Eingriffen eingesetzt werden (typischerweise als Gemisch mit Sauerstoff und mit geeigneten Sicherheitsmaßnahmen).

Ein 1:1-Gemisch von Lachgas und Sauerstoff wurde Mitte 2008 in Deutschland als Fertigarzneimittel zur Behandlung kurzzeitiger Schmerzzustände zugelassen (bekannt z. B. als Livopan®).

Hinweis von GASPROFI:
Achtung: In geschlossenen Räumen besteht bei Lachgas nicht nur Erstickungsgefahr (Sauerstoffverdrängung), sondern es kann auch brandfördernd wirken (es ist nicht brennbar, kann aber Brände verstärken). Achten Sie deshalb auf gute Belüftung und halten Sie mögliche Zündquellen sowie brennbare Stoffe fern.

Physikochemische Eigenschaften von Lachgas

Kürzel / Formel: N2O
Aussehen: farblos
Geruch: leicht süßlich
Molmasse [g/mol]: 44,01
Schmelzpunkt [°C]: -91
Siedepunkt [°C]: -88,5
Kritische Temperatur [°C]: 36,4
Kritischer Druck [bar]: ca. 72,4
Dichte* [kg/m³] (gasförmig, 15 °C, 1 bar): ca. 1,85
Relative Dichte (Luft = 1): ca. 1,53
Löslichkeit in Wasser (20 °C, 1 bar): vergleichsweise hoch (Richtwert abhängig von Quelle/Definition).

Xenon

Seit 2005 ist Xenon (Xe) in Deutschland als Arzneimittel zur Inhalationsanästhesie zugelassen. Es besitzt hypnotische und analgetische Effekte. Aufgrund des niedrigen Blut-Gas-Verteilungskoeffizienten wird Xenon rasch über die Lunge ausgeschieden, was eine gute Steuerbarkeit der Narkose ermöglicht. Der hohe Preis (aufwendige Gewinnung, geringe Verfügbarkeit) begrenzt derzeit den breiten Einsatz.

Physikochemische Eigenschaften von Xenon

Kürzel / Formel: Xe
Aussehen: farblos
Geruch: geruchlos
Molmasse [g/mol]: 131,3
Schmelzpunkt [°C]: -112
Siedepunkt [°C]: -108,1
Kritische Temperatur [°C]: 16,5
Kritischer Druck [bar]: 58,4
Dichte* [kg/m³] (gasförmig, 15 °C, 1 bar): ca. 5,5
Relative Dichte (Luft = 1): ca. 4,5
Löslichkeit in Wasser: gering bis mäßig (Richtwert).

Stickstoffmonoxid

Stickstoffmonoxid (NO) ist ein Gas, das in der Luft nur in sehr geringer Konzentration vorkommt, im menschlichen Körper aber eine wichtige Rolle spielt. Inhalatives NO kann die Gefäße in der Lunge erweitern und so die Sauerstoffaufnahme verbessern.

In Deutschland ist inhalatives NO vor allem zur Behandlung bestimmter Neugeborener mit hypoxisch-respiratorischer Insuffizienz und Zeichen einer pulmonalen Hypertonie etabliert; es kann die Oxygenierung verbessern und eine ECMO-Therapie ggf. hinauszögern/vermindern, ohne die Mortalität zwingend zu senken.

Physikochemische Eigenschaften von Stickstoffmonoxid

Kürzel / Formel: NO
Aussehen: farblos
Geruch: geruchlos
Molmasse [g/mol]: 30,01
Schmelzpunkt [°C]: ca. -164
Siedepunkt [°C]: ca. -152
Kritische Temperatur [°C]: -93
Kritischer Druck [bar]: ca. 64,8 (nicht 6,4)
Dichte* [kg/m³] (gasförmig, 15 °C, 1 bar): ca. 1,25
Relative Dichte (Luft = 1): ca. 1,03
Löslichkeit in Wasser: gering.

Kohlendioxid

Kohlendioxid (CO2) wird medizinisch in unterschiedlichen Kontexten eingesetzt. In der modernen Medizin kommt CO2 insbesondere bei minimalinvasiven Operationen zur Aufdehnung von Körperhöhlen (Insufflation) zum Einsatz. Außerdem gibt es Anwendungen in speziellen therapeutischen Verfahren (z. B. Bäder), deren Nutzen je nach Indikation unterschiedlich bewertet wird.

Hinweis von GASPROFI:
Wichtig bei jedweder Nutzung von Kohlendioxid: Da das Gas schwerer als Luft ist, sammelt es sich in Bodennähe. Bei einer Lagerung in Räumen ohne natürliche Be- und Entlüftung empfiehlt sich ein Gasmelder oder eine entsprechende technische Einrichtung.

Physikochemische Eigenschaften von Kohlendioxid

Kürzel / Formel: CO2
Aussehen: farblos
Geruch: geruchlos
Molmasse [g/mol]: 44,01
Schmelzpunkt [°C]: -56,6 (bei 5,2 bar)
Siedepunkt [°C]: -78,5 (Sublimation bei 1 bar)
Kritische Temperatur [°C]: 31
Kritischer Druck [bar]: 73,8
Dichte* [kg/m³] (gasförmig, 15 °C, 1 bar): ca. 1,85
Relative Dichte (Luft = 1): ca. 1,53
Löslichkeit in Wasser (20 °C, 1 bar): hoch (Richtwert).

Helium

Bei Helium (He) handelt es sich um ein inertes Edelgas. Im medizinischen Bereich ist die alleinige Verwendung von Helium nicht die Regel, vielmehr kommt es oft in Form eines Helium-Sauerstoff-Gemischs (Heliox) zum Einsatz. Durch die geringe Dichte kann Heliox in bestimmten Situationen den Atemfluss bei verengten Atemwegen unterstützen (Anwendung erfolgt klinisch/unter Fachaufsicht).

Zur rechtlichen Verfügbarkeit gilt: Ob Heliox in einem Land als Fertigarzneimittel verfügbar ist, hängt von Produkt, Zulassung und Versorgungskonzept ab. Für Endkunden ist die wichtigste Botschaft: Medizinische Gasgemische gehören in die Hand von Fachpersonal und in geregelte Versorgungssysteme.

Hinweis von GASPROFI:
Helium ist weder brennbar noch „giftig“. Achten Sie beim normalen Umgang – beispielsweise im Rahmen von Heliumballons – dennoch darauf, dass Sie es nicht einatmen: Es kann den Sauerstoff verdrängen und zu Bewusstlosigkeit führen.

Physikochemische Eigenschaften von Helium

Kürzel / Formel: He
Aussehen: farblos
Geruch: geruchlos
Molmasse [g/mol]: 4,00
Schmelzpunkt [°C]: ca. -272
Siedepunkt [°C]: ca. -269
Kritische Temperatur [°C]: ca. -268
Kritischer Druck [bar]: ca. 2,27 (nicht negativ)
Dichte* [kg/m³] (gasförmig, 15 °C, 1 bar): ca. 0,17
Relative Dichte (Luft = 1): ca. 0,14
Löslichkeit in Wasser: sehr gering.

Medizinische Gase zur Beatmung

Ist die intakte Kreislauffunktion gestört oder ist die Atmung nicht ausreichend, muss die natürliche Atmung unterstützt werden. Dafür gibt es vielfältige Methoden. Diese reichen vom Erhöhen der Sauerstoffkonzentration in der Atemluft über die vollständig kontrollierte Beatmung bis zur direkten Anreicherung des Bluts mit Sauerstoff über eine Herz-Lungen-Maschine.

Für die Sauerstofftherapie zuhause sind Sauerstoff und Geräte über geregelte Versorgungswege (z. B. ärztliche Verordnung, Apotheke/Versorger) erhältlich. Auch zum Erhalt der Atemfunktionen im narkotisierten Zustand bei Operationen werden medizinische Gase eingesetzt.

Krankenhäuser sowie andere medizinische Einrichtungen erhalten Sauerstoff entweder in flüssigem Zustand (Tanks) oder gasförmig (Druckgasflaschen). Außerdem gibt es mobile Versorgungslösungen für bestimmte Anwendungen.

Um nicht auf die Anlieferung von Sauerstoff-Druckgasflaschen angewiesen zu sein, kann Sauerstoff 93 (O2 93) durch Druckwechseladsorption/Zeolithe aus Umgebungsluft erzeugt werden. Dabei liegt der Sauerstoffanteil typischerweise zwischen 90 und 96 %; der Rest besteht hauptsächlich aus Argon und Stickstoff. Dieses Verfahren ist z. B. für besondere Versorgungslagen (z. B. mobile/temporäre Einrichtungen) relevant.

Auch sogenannte medizinische Luft (Gemisch aus Sauerstoff und Stickstoff in definierter Qualität) wird für die künstliche Beatmung eingesetzt.

Hinweis vom GASPROFI:
Sie haben weitere Fragen zum sicheren Umgang mit Gasen und gasführenden Teilen? Dann empfehlen wir Ihnen einen Blick in unser Gaslexikon. Dort haben wir weitere hilfreiche Beiträge rund um dieses Thema für Sie gesammelt.

Zur Historie medizinischer Gase

Bereits in der Antike zeigte sich die bewusstseinsverändernde Wirkung von Gasen. Der Überlieferung nach saß die Priesterin des Orakels von Delphi auf einem Dreifuß über einer Erdspalte. Aus dieser stiegen Dämpfe auf, die den Trance-Zustand der Priesterin bewirkten. Die Forschung ist sich allerdings nicht einig, ob es sich dabei um Ethylen oder um Methan sowie Kohlendioxid gehandelt habe.

Auch die Literatur griff dieses Thema schon früh auf. So vertritt die Kurzgeschichte Eine Idee des Dr. Ox von Jules Verne die Theorie, dass Tugend, Mut, Talent, Phantasie und alle anderen Fähigkeiten des Geistes nur von oxygène (frz. für Sauerstoff) abhängen.

Der Ursprung von Gasen im medizinischen Kontext liegt im Jahr 1800. Der Engländer Humphry Davy beschrieb, dass Lachgas in der Lage sei, physischen Schmerz zu lindern und dementsprechend bei chirurgischen Operationen eingesetzt werden könne. Doch zunächst wurde Lachgas aufgrund seiner euphorisierenden Wirkung vor allem zur Belustigung des Publikums und in Varietés eingesetzt. 1844 besuchte der amerikanische Zahnarzt Horace Wells eine solche Veranstaltung. Währenddessen zog sich ein Mann im Lachgasrausch eine größere Wunde zu – ohne offenbar Schmerzen zu empfinden. Am nächsten Morgen unternahm Wells in seiner Praxis einen Versuch, der die Annahme der schmerzlindernden Wirkung von Lachgas bestätigte.

Fazit: Gase aus der Medizin nicht mehr wegzudenken

Auch wenn man bis heute im Zusammenhang mit der Medizin nicht direkt an gasförmige Substanzen denkt, sind Gase aus der Medizin nicht mehr wegzudenken. Sie unterstützen Atmung und Narkose, helfen bei Diagnostik und Therapie und können bei korrekter, fachlicher Anwendung die Versorgung von Patientinnen und Patienten entscheidend verbessern.

Unabhängig von Indikation und Methode gilt: Gase, die an Patienten eingesetzt werden, müssen als Arzneimittel bzw. im vorgesehenen medizinischen Kontext bereitgestellt sein – und dürfen nur im Rahmen geregelter Prozesse und unter fachlicher Verantwortung verwendet werden.