Kühlen und Hypothermie im Rettungsdienst - dr-schoechlin.de · (I) Grundlagen 1. Der Begriff...

Kühlen und Hypothermieim

Rettungsdienst

www.promedic.de

ProMedic Rettungsdienst

Thema

J. Schöchlin:

Kühlen und Hypothermie im RettungsdienstSeite 1

Physik und Praxis

Karlsruhe, 29.10.2010

Dr. Jürgen Schöchlin

p2hc = physics to health care

Kühlen tut gut …

traditional „en(d)swell“

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


… aber wie kühlt man am besten?

Beutel mit „hot ice“

Roter Faden

I. Etwas Thermodynamik muss sein

II. Kalte Infusionen

III. Externe Kühlung

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


IV. Fazit

(I) Grundlagen1. Der Begriff Kälte existiert in der Physik nicht als Faktum.

2. Die Physik bzw. die Thermodynamik redet ausschließlich von Wärme oder Wärmeenergie.

3. Ein Zustand ohne bzw. mit Null Wärme ist (per Definition) der absolute (Temperatur-)Nullpunkt.

4. Dieser ist der Ursprung der Kelvin-Temperaturskala mit T0=0K.

5. Die Kelvin-Skala hat deshalb keine negativen Werte: T ∈ (0,∞)K.

6. Der Schmelzpunkt von Wasser (T=0°C) befindet sich bei

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


6. Der Schmelzpunkt von Wasser (T=0°C) befindet sich bei T=273,15K. Analog gilt: T0= −273,15°C.

7. Die Celsiusskala und die Kelvin-Skala sind äquidistant: ∆T = 1K = 1°C.

8. „Kälte“ aus der Umgangssprache bedeutet in der Physik weniger Wärme(energie).

9. „Kühlen“ bedeutet demnach Wärme(energie) entziehen.

(I) Etwas Geschichte

„Door metentot weten“

„Durch Messen zum Wissen“

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Paul Ehrenfest, Hendrik Lorentz, Niels Bohr und Heike KamerlinghOnnes im Kältelabor der Universität Leiden, Holland (1919).

Quelle: Wikipedia.

… durch Entzug/Verlust/Transport von Wärme(energie):

1. Wärmestrahlung (= e/m Strahlung)

2. Wärmemitführung (Wärmetransport durch Teilchen)

3. Wärmeleitung (Wärmetransport ohne Teilchen,

4Tt

Q∝

∂

∂

(I) Wie kühlt man?

Dewar-Gefäß

Stefan-Boltzmann-Gesetz

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


3. Wärmeleitung (Wärmetransport ohne Teilchen, → Energiediffusion)

4. Phasenübergänge (1. Ordnung)Wärme wird „verbraucht“, aber T=const.Beispiele: Schmelzen, SiedenUmordnungsvorgänge � potentielle Energiekinetische Energie der Teilchen bleibt konstant

Dewar-Gefäß

Wesentlicher Effekt bei Flüssigkeiten/Gasen: Wärmemitführung

(I) Mischen

Großer Vorteil:

Die benötigte Zeit zum Erreichen des Temperaturgleichgewichtes ist nur eine Frage der Durchmischung bzw. der

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Versuch zur Bestimmung der spezifischen Wärme von Metallen mit Hilfe eines Kalorimeters.

Quelle: Uni Jena

Durchmischung bzw. derMischungsgeschwindigkeit.

TmcQ ∆⋅⋅=∆ Q = Wärmemenge/-energieT = Temperaturc = Spezifische Wärmekapazitätm = Masse

(I) Mischtemperatur

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


( ) ( ) 12222111 TTTmitTTmcTTmc mmm <<−⋅⋅=−⋅⋅

2211

222111

mcmc

TmcTmcTm

⋅+⋅

⋅⋅+⋅⋅=

21

2211

2211

222111

03,0

03,0

cc

TcTc

mcmc

TmcTmcTm

⋅+

⋅⋅+⋅=

⋅+⋅

⋅⋅+⋅⋅=

(II) Kalte Infusion nach ERC

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


21 03,0 cc ⋅+

)Empfehlung (ERC 03,030

Beispiel) se,(Körpermas 80

)4 Wasser, Wärme(spez.4200

Körper) Wärme(spez. 3470

11

1

2

1

11

2

11

1

mmkgmlm

kgm

CbeiKkgJc

KkgJc

⋅≅⋅=

=

°=

=

−

−−

−−

Annahmen:

• Kühlung mit Infusionslösung, Menge lt. ERC: 30 ml/kg, (bei 60 ml/kg ungefähr doppelter Kühlungseffekt)

Spez. Wärme Infusionslösung

T1 (°C) T2 (°C) Tm (°C) ∆∆∆∆T1 (K)

37,0 5,0 35,9 1,1

36,0 5,0 34,9 1,1

35,0 5,0 33,9 1,1

37,0 7,0 35,9 1,1

(II) Wertebereiche

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


• Spez. Wärme Infusionslösung ≈ Spez. Wärme von Wasser ≈ 4.200 J/(kg K), bei T2=5°C

• Spez. Wärme Körper≈ 3.470 J/(kg K) bei T1=37°C, Quelle: D.C. Giancoli, Physik.

• Kühlschrank für NEF nach DIN 75079: → 5°C, bei max. 5 l Aufnahmekapazität.

37,0 7,0 35,9 1,1

36,0 7,0 35,0 1,0

35,0 7,0 34,0 1,0

37,0 9,0 36,0 1,0

36,0 9,0 35,1 0,9

35,0 9,0 34,1 0,9

Parameter Werte Auswirkung

Temperaturdifferenz∆T = T1 – T2

∆T = [33…23] K Kühlung: ∆T1 = [1,2 … 0,8] K

T1 nach Reanimation: hoch (∼ 37,0°C)Zieltemperatur kann nicht

erreichet werden

T1 nach Reanimation: niedrig (∼ 35,0°C)Zieltemperatur kann gerade

erreichet werden

(II) Diskussion

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


T1 nach Reanimation: niedrig (∼ 35,0°C)erreichet werden

Infusionsrate: < 100 ml/minInfusionsmenge von 30 ml/kg wird bis KH evt. nicht erreicht

Narkose: nicht ausreichendMuskelzittern,

� Wiedererwärmung

Quelle:Studie (randomisiert und kontrolliert) von S.A. Bernard et al., durchgeführt in Australien 2005 bis 2007, veröffentlicht in Circulation 122 (2010) 737-742.

Inhalt:− Hypothermie nach Rea durch Rettungsdienst− Infusionen: T2<8°C, max. 2000ml, ∅=1900ml− keine Angaben zum Körpergewicht!− Kühlgruppe: n=118, Kontrollgruppe: n=116

(II) Die Realität

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Ergebnisse:

− Studiengruppe direkt nach der Rea: T1=35,9°C Kontrollgruppe: T1=35,8°C

− Kühlung bis zur Notaufnahme mit Infusionen: ∆T1=1,3Kohne Kühlung (Kontrollgruppe): ∆T1=0,4K

− die resultierende Kühlung durch Infusionen lag lediglich bei: ∆T1=0,9K− ein verbessertes Outcome (durch Präklinik) konnte nicht nachgewiesen werden

(II) Experiment

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


(III) Externe Kühlung

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


… durch Entzug/Verlust von Wärme(energie):




Erinnerung: Wie kühlt man?

Dewar-Gefäß

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:




Dewar-Gefäß

(III) Beispiel: Klinik

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


(III) Beispiel: Rettungsdienst

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Bildquelle: EMCOOLS

(I) Wärmeleitung

Wärmemenge Q1

Körper-Temperatur: T1

End-Temperatur: Te

Wärmemenge Q2

Temperatur Kühlkörper: T2

End-Temperatur: Te

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Wärmestrom [in W]

Temperatur: Te

Tl

A

t

Q∆=

∂

∂λ

Wärmeleitfähigkeit λ [in W/(m K)]

Endtemperatur Te [in K]

Temperatur: Te

(III) Beispiel: EMCOOLSKühlelement

Haut

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Video: EMCOOLS, 03:32 min

(III) Kühlrate

Kühlrate: ∅=3,3°C/h

(mit EMCOOLSpad)

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


(mit EMCOOLSpad)

(III) Endtemperatur ?

Wärmemenge Q1

Körper-Temperatur: T1

End-Temperatur: Te

Wärmemenge Q2

Temperatur Kühlkörper: T2

End-Temperatur: Te

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Wärmestrom [in W]

Temperatur: Te

Endtemperatur Te [in K]

Temperatur: Te

2211

222111

mcmc

TmcTmcTe

⋅+⋅

⋅⋅+⋅⋅=

… durch Entzug/Verlust von Wärme(energie):




Erinnerung: Wie kühlt man?

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:




(III) Umsetzung

− EMCOOLSpads (Set mit 10 Stück) mind. 72h bei T2= -9°Cgefrieren � Spezialkühlschrank (z. B. in Klinik oder in der RW)

− EMCOOLSpads sind einsatzbereit, wenn alle Teile fest(gefroren) sind.

− thermische Kapazität lt. Hersteller: 1.620kJ bei 6,2kg im Temperaturbereich von T2= -9…0°C� c = c ≈ 29 kJ/(kg K)

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


2� ceff = c2 ≈ 29 kJ/(kg K)� (hypothetisches) therm. Gleichgewicht: Te ≈19°C (10 Pads, 80 kg)

Für den präklinischen Einsatz:

− Die EMCOOLSpads müssen in eine spezielle Kühlbox (= EMCOOLSbox) umgeladen und mit einem Kühlakku (= EMCOOLSkeep) vor demAuftauen bewahrt werden. Konservierungszeit: 24h.

− Es ist eine Fahrzeughalterung notwendig.

(III) Kosten

Einmalig pro Fall Listenpreis(netto)

Spezialgefrierschank 895,00 €

Temperatursensor 1.639,00 €

10x EMCOOLSpad 620,00 €


www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:



Transportbox 869,00 €

Fahrzeughalterung 459,00 €

EMCOOLSkeep 215,00 €

− typisch in den ersten 48h nach Kreislaufstillstand: Hyperpyrexie � obligatorisch: Kühlung (nicht ausreichend untersucht)

− Hypothermie � cerebrale Stoffwechselrate für O2 sinkt um 6%/K

− Hypothermie � Hemmung entzündlicher Reaktionen

− Hypothermie � Apoptose (programmierter Zelltod) wird unterdrückt

− Zieltemperatur Te=[32…34]°C, Dauer: 12-24h

− Infusion: Ringer- oder NaCl-Lösung, T2=4°C, 30ml/kg � ∆T1=1,5K

− Infusions-Methode nur zur Einleitung der Hypothermie

(IV) ERC 2010

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


− Infusions-Methode nur zur Einleitung der Hypothermie

− weitere Maßnahmen zur Aufrechterhaltung der Hypothermie nötig

− die Körpertemperatur sinkt in der 1h nach Reanimation auch ohne Kühlung (Bernard, 2010: ∆T1=0,4K)

− Muskelzittern muss unbedingt vermieden werden � Narkosetiefe

− Kühlung in der Präklinik: Laborergebnisse deuten einen Effekt an, aber: bisher durch keine Studie, die das (sauber) belegt

(IV) Fazit für die Praxis

1. Kalte Infusionslösungen im Rahmen der präklinischenHypothermiebehandlung stellen für den Rettungsdienst ein logistisches Problem dar:

− Kühlschrank im NEF zu klein− für RTW keine DIN-Vorschrift

2. Beim Mischkühlungsverfahren mit Infusionen ist max. eine Abkühlung von ca. 1,0K zu schaffen.

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Abkühlung von ca. 1,0K zu schaffen.

3. Patienten kühlen um ca. 0,5K während des Transports aus.

4. Das EMCOOLS-System ist für die Präklinik geeignet.

5. Die Kosten (pro Fall) können vom Rettungsdienst z.Zt. nicht abgerechnet werden: � Abstimmungen mit Kliniken im Bereich sind notwendig.

(IV) ZusammenfassungMaterial Wärmekapazität

[J / kg K]Wärmeleitfähigkeit

[W / m K]

Wasser, bei 20°C 4.187 0,6

Eis (ρStahl ≈ 7�ρHot-Ice) 1.380 – 2.100 2,3

Schokolade 3.140

Alkohol (Ethanol) 2.428

Paraffin 2.094

Stahl 477 48 – 58

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Stahl 477 48 – 58

Alu (ρAl ≈ 1/3�ρStahl) 896 236

Kupfer 381 401

Messing 389 120

Kohlenstoff, Grafit 715 119 – 165

Kohlenstoff, Diamant 472 2.300

HypoCarbon® (29.000) 35

Fragen ?

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Kontakt

= physics to health care

Dr.rer.nat. Jürgen SchöchlinBergstr. 20 B

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Bergstr. 20 B76287 Rheinstetten

www.p2hc.de

(1) M. Holzer: Mild therapeutic hypothermia to improve the neurologic outcome after cardiac arrest, N. Engl. J. Med. 346,8 (2002) 549-556

(2) S.A. Bernard et al.: Treatment of comatose survivors of out-of-hospital cardiac arrestwith induced hypothermia, N. Engl. J. Med. 346,8 (2002) 557-563

(3) J.P. Nolan et al.: Therapeutic hypothermia after cardiac arrest. An advisory statementby the Advanced Live Support Task Force of the International Liaison Committee on Resuscitation, Resuscitation 57 (2003) 231-235

(4) F. Kim et al.: Pilot Study of rapid infusion of 2l of 4°C normal saline for induction ofmild hypothermia in hospitalized, comatose survivors of out-of-hospital cardiac arrest,

Literatur/Quellen 1

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


mild hypothermia in hospitalized, comatose survivors of out-of-hospital cardiac arrest, Circulation 112 (2005) 715-719

(5) N. Pichon et al.: Efficacy of and tolerance to mild induced hypothermia aufter out-of-hospital cardiac arrest using an endovascular cooling system, Critical Care 11 (2007)

(6) T. Uray, R. Malzer: Out-of-hospital surface cooling to induce mild hypothermia in human cardiac arrest: A feasibility trial. Resuscitation (2008)

(7) B. Wolff et al.: Early achievement of mild therapeutic hypothermia and the neurologicoutcome aufter cardiac arrest, Int. J. of Cardiology (2008)

(8) K. Bayegan et al.: Rapid non-invasive external cooling to induce mild therapeutichypothermia in adult human-sized swine, Resuscitation 76 (2008) 291-298

(9) S.A. Bernard et al.: Induction of therapeutic hypothermia by paramedics after resuscitation from out-of-hospital ventricular fibrillation cardiac arrest, Circulation 122(2010) 737-742

(10) ERC Richtlinien 2010

(11) Produktunterlagen EMCOOLS, Fa. Mefina medical, Massweiler

Literatur/Quellen 2

www.promedic.de


Thema

J. Schöchlin:


Kühlen und Hypothermie im Rettungsdienst - dr-schoechlin.de · (I) Grundlagen 1. Der Begriff...

Documents

Transcript of Kühlen und Hypothermie im Rettungsdienst - dr-schoechlin.de · (I) Grundlagen 1. Der Begriff...