Bereits bei Aufnahme im Schockraum wird eine Hypothermie, definiert als ein Abfallen der Körperkerntemperatur auf unter 35°C, nach schwerem Trauma bei bis zu 66% der Patienten beobachtet. Im Gegensatz zu den günstigen Effekten der therapeutisch induzierten Hypothermie in der elektiven Chirurgie scheint die im Rahmen eines Polytraumas auftretende Hypothermie einen ungünstigen Einfluss auf den klinischen Verlauf zu haben. Daher stellt eine effiziente Wiedererwärmung in der frühen klinischen Phase eine wesentliche Voraussetzung für eine hämodynamische Stabilisierung und Blutungskontrolle dar.

Akzidentelle Hypothermie – Bedeutung für polytraumatisierte Patienten

Der Schweregrad der Hypothermie wird traditionell als mild, moderat und schwer klassifiziert (Tab. 1). Anhand der Ursache einer Hypothermie erfolgt eine Unterteilung in endogen, kontrolliert-induziert und akzidentell [9, 18].

Tab. 1 Klassifikation der traditionellen Hypothermie im Vergleich zur Hypothermie nach Polytrauma
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Eine endogene Hypothermie resultiert entweder durch metabolische Dysfunktionen mit verminderter Wärmeproduktion (z. B. Schilddrüsenunterfunktion, Hypoglykämie) oder eine zentralnervösen Störung mit insuffizienter Thermoregulation (z. B. Tumor). Zusätzlich können dermale Schädigungen (z. B. Verbrennungen, Erythrodermie) in einer Hypothermie resultieren [9, 18]. Die kontrolliert-induzierte Hypothermie durch aktive Kühlung wird klinisch in der elektiven Chirurgie (z. B. Neurochirurgie, Herz-Thorax-Chirurgie, Transplantation) aufgrund ihrer zytoprotektiven Effekte regelmäßig eingesetzt [18]. Die akzidentelle Hypothermie wird als ein unbeabsichtigter Abfall der Körperkerntemperatur aufgrund einer Kälteexposition definiert, ohne dass eine endogene Dysfunktion der Thermoregulation vorliegt [18]. Die durch eine Hypothermie induzierten pathophysiologischen Veränderungen sind in Tab. 2 zusammengefasst.

Tab. 2 Pathophysiologische Veränderungen abhängig vom Schweregrad der Hypothermie
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Die Inzidenz einer akzidentellen Hypothermie wird beim polytraumatisierten Patienten bei Ankunft im Schockraum zwischen 12 und 66% angegeben [5, 9]. Die Ursache der Hypothermie nach einemPolytrauma wird als multifaktoriell angesehen. Die thermoneutrale Zone des Menschen (25–30°C) wird als diejenige Umgebungstemperatur definiert, die im Rahmen der basalen Rate der Thermogenese in der Lage ist, Wärmeverluste auszugleichen. Die Aufrechterhaltung einer Normothermie bei Temperaturen unterhalb dieser thermoneutralen Zone setzt daher eine gesteigerte Wärmeproduktion mit einem daraus resultierenden erhöhten Sauerstoffverbrauch voraus. Wenn die Umgebungstemperatur unterhalb der thermoneutralen Zone liegt und der Sauerstoffverbrauch im Gewebe durch einen bestehenden hämorrhagischen Schock limitiert ist, kann die Wärmeproduktion den Wärmeverlust nicht ausgleichen. Bei persistierendem Schock und einer reduzierten Sauerstoffversorgung, die in einem metabolischen Versagen mit einer Anhäufung von Laktat und einem Abfall der ATP-Konzentrationen resultieren, kommt es unabhängig von der Umgebungstemperatur zu einem Abfall der Körperkerntemperatur [18].

Dies kann eine Hypothermie verursachen. Eine um ca. 1/3 verminderte Wärmeproduktion kann durch Anästhetika und Muskelrelaxanzien hervorgerufen werden, da diese Medikamente eine Reduktion der Wärmeproduktion, eine verminderte Vasokonstriktion und ein reduziertes Kältezittern bewirken [9]. Der Wärmeverlust kann durch die Entfernung der Bekleidung und die Applikation ungewärmter Infusionen verschlimmert werden. So kann die Infusion von 2 l kristalloider Lösungen (18°C) eine Reduktion der Körperkerntemperatur von 0,6°C bewirken [10].

Der Zeitpunkt des größten Wärmeverlusts nach einem Trauma wird unterschiedlich bewertet. So wurde in einer Arbeit von Gregory et al. [5] beschrieben, dass der größte Abfall der Körperkerntemperatur im Schockraum zu verzeichnen ist, wogegen in einer anderen Studie gezeigt wurde, dass die Hälfte der schwerverletzten Patienten bereits am Unfallort eine Körpertemperatur von unter 34°C aufweisen [9].

Insbesondere Verletzungen der Extremitäten, des Beckens und des Abdomens begünstigen die Entstehung einer Hypothermie. In diesem Zusammenhang wurde berichtet, dass eine schwere Hypothermie mit einer signifikant höheren Inzidenz von Verletzungen der großen Blutgefäße assoziiert ist als eine moderate Hypothermie [9, 21].

Bei schwerverletzten Patienten scheint die kritische Körperkerntemperatur, unterhalb derer ein signifikanter Anstieg der Mortalität beschrieben wird, bei 34°C zu liegen, was zu einer separaten Klassifizierung des Schweregrads bei diesen Patienten geführt hat (Tab. 1). Die in der Literatur angegeben Mortalitätsraten polytraumatisierter Patienten mit akzidenteller Hypothermie liegen zwischen 30 und 80% und somit signifikant höher als die normothermer Traumapatienten [9, 21]. Jurkovich et al. [12] zeigten in einer Studie, dass eine Körperkerntemperatur von unter 32°C bei polytraumatisierten Patienten mit einer Mortalität von 100% assoziiert ist. In einer retrospektiven Studie wurde belegt, dass eine effiziente Wiedererwärmung einen wesentlichen Faktor für ein verbessertes Überleben nach Hämorrhagie und massiver Transfusion darstellt [4].

Die klinischen Ergebnisse konnten in experimentellen Modellen einer traumatischen Hämorrhagie bestätigt werden. So führte die Wiedererwärmung des Körpers auf Normalwerte während der hämodynamischen Stabilisierung mittels Infusionstherapie zu einer verbesserten kardialen Kontraktilität, einem erhöhten Herzauswurf, einer gesteigerten hepatozellulären Funktion und verbesserten renalen Durchblutung. Ebenso scheinen die schädlichen Effekte von Schock und akzidenteller Hypothermie auf die hämodynamischen Parameter und die Gerinnung additiv zu wirken [9, 21]. Insgesamt lässt sich somit feststellen, dass die akzidentelle Hypothermie beim polytraumatisierten Patienten verhindert werden und so schnell als möglich durch eine Wiedererwärmung ausgeglichen werden sollte.

Ob die akzidentelle Hypothermie einen unabhängigen Faktor für die Entstehung posttraumatischer Komplikationen darstellt, wird in der Literatur kontrovers diskutiert [9, 19, 21, 23]. Gentilello et al. [4] zeigten in einer prospektiven Studie, dass die Hypothermie als unabhängiger Faktor die akute Mortalität nach schwerem Trauma signifikant erhöht. In dieser Studie war die Wahrscheinlichkeit für ein Überleben unabhängig von der Verletzungsschwere, dem Vorliegen eines Schocks und dem Infusionsbedarf. Nach den Ergebnissen anderer Studien war die Inzidenz der Hypothermie allerdings bei hoher Verletzungsschwere und dem Vorliegen eines Schocks signifikant erhöht, womit die Hypopthermie keinen unabhängigen Faktor für posttraumatische Komplikationen darstellt [9, 21]. Steinemann et al. [19] zeigten, dass hypotherme Patienten nach Trauma eine niedrigere Überlebenswahrscheinlichkeit und eine höhere Mortalitätsrate aufwiesen als normotherme Patienten. Wurden die Patienten allerdings nach physiologischen und anatomischen Indikatoren stratifiziert (TRISS), konnten bzgl. der Mortalitätsrate keine signifikanten Unterschiede zwischen den normo- und hypothermen Patienten nachgewiesen werden.

Kontrolliert-induzierte Hypothermie nach Trauma und Hämorrhagie

Die hier beschriebenen negativen Effekte der akzidentellen Hypothermie stehen im Gegensatz zu den weithin bekannten günstigen Effekten der kontrolliert-induzierten Hypothermie in der elektiven Chirurgie. Ebenso konnten in zahlreichen experimentellen Studien günstige Effekte einer kontrolliert-induzierten Hypothermie in Tiermodellen des hämorrhagischen Schocks nachgewiesen werden. So wurde durch ein Absenken der Körperkerntemperatur die „golden hour of shock“ aufgrund einer Verminderung des hypoxischen Organschadens und des assoziierten Multiorganversagens verlängert [6]. Bei unkontrolliertem hämorrhagischem Schock führte eine moderate Hypothermie im Vergleich zur Normothermie zu einer verbesserten Überlebensrate [13]. Hier war eine kurze Hypothermie weniger effektiv als ein prolongiertes Absenken der Körperkerntemperatur [13]. Wladis et al. [27] konnten in einem Modell mit kombinierter Hämorrhagie und Gewebetrauma zeigen, dass durch eine Hypothermie eine Reduktion des Gewebeschadens erreicht wurde.

Die Unterschiede zwischen den klinischen Untersuchungen am polytraumatisierten Patienten mit den ungünstigen Effekten der Hypothermie für den klinischen Verlauf und den Ergebnissen der experimentellen Studien, die günstige Effekte eines Absinkens der Körperkerntemperatur nachweisen, sind zur Zeit noch nicht ausreichend analysiert. Ein wesentlicher Grund für diese Unterschiede könnte die Ätiologie der Hypothermie sein. So wurde in den klinischen Studien an polytraumatisierten Patienten bisher nur die akzidentelle Hypothermie untersucht, die Effekte einer kontrolliert-induzierten Hypothermie nach Polytrauma aber bisher nicht. Allerdings sind die möglichen negativen Auswirkungen einer kontrolliert-induzierten Hypothermie auf die Gerinnungsfunktion sowie die Wechselwirkung zwischen einem Absinken der Körperkerntemperatur und der immunologischen Funktion nach Polytrauma ebenso nicht ausreichend untersucht.

Auswirkungen einer Hypothermie auf das Gerinnungssystem beim Polytrauma

Die Hypothermie verursacht eine Beeinträchtigung der Hämostase. So konnte in Studien gezeigt werden, dass eine Hypothermie die perioperativen und posttraumatischen Blutverluste erhöhen kann. Eine intraoperative Körperkerntemperatur von 35°C war dabei mit einem signifikant höheren Blutverlust assoziiert als eine intraoperative Normothermie [17]. Winkler et al. [26] berichteten, dass bei chirurgischen Patienten bereits eine Reduktion der Körperkerntemperatur von 36,6 auf 36,1°C eine deutliche Zunahme des intraoperativen Blutverlusts bewirkt. Allerdings resultierte der erhöhte Blutverlust nicht zwingend in einem vermehrten Transfusionsbedarf von Erythrozytenkonzentraten [11]. Ein signifikanter Unterschied der Gerinnungsfunktion im Vergleich zu normothermen Patienten konnte in einer klinischen Studie an polytraumatisierten Patienten erst unterhalb einer Körperkerntemperatur von 34°C festgestellt werden. In dieser Studie wurde vermutet, dass die traumainduzierte Hyperkoagulabilität die hypothermiebedingten Einschränkungen der Gerinnungsfunktion oberhalb von 34°C zumindest partiell kompensieren könnte [24]. In einer experimentellen Studie an Schweinen führte die Induktion einer Hypothermie durch eine induzierte Verletzung der Milz zu keinem vermehrten Blutverlust, wohl aber zu einer verbesserten Überlebensrate [29].

Die Freisetzung sowohl eines heparinähnlichen Faktors durch Mastzellen als auch von Thromboplastin durch geschädigtes Gewebe wurde mit der hypothermieassoziierten Koagulopathie in Verbindung gebracht. Es konnte allerdings gezeigt werden, dass die reduzierte Funktion der Thrombozyten und eine Verminderung der enzymatischen Reaktionsgeschwindigkeit innerhalb der Gerinnungskaskade mit Verlängerung der Prothrombinzeit (PT) und der aktivierten, partiellen Thromboplastinzeit (PTT [24]) die wesentlichen Faktoren für die Entstehung einer Koagulopathie beim Trauma darstellen. In diesem Zusammenhang führte Martini [16] in einer tierexperimentellen Studie den Nachweis, dass eine Hypothermie einen verzögerten Beginn der Thrombinbildung verursacht. Da Thrombin innerhalb der Gerinnungskaskade eine zentrale Rolle durch die Aktivierung von Kofaktoren, Thrombozyten, Enzymen, Inhibitoren und die Umwandlung von Fibrinogen in Fibrin hat, könnte die verzögerte Bildung des Thrombins eine zentrale Ursache der hypothermiebedingten Koagulopathie sein. Des Weiteren wird eine verminderte Verfügbarkeit von Fibrinogen bei einer Temperatur <32°C als eine Ursache für eine eingeschränkte Gerinnungsfähigkeit diskutiert [16].

Experimentelle Daten weisen auf einen vom Schweregrad der Hypothermie abhängigen Einfluss auf die verschiedenen Faktoren der Gerinnung hin. Bis zu einer Temperatur von 33°C scheinen dabei in erster Linie die Thrombozytenadhäsion und die Aggregation gestört zu sein. Unter 33°C ist darüber hinaus mit einer klinisch relevanten Beeinträchtigung der plasmatischen Gerinnung zu rechnen [28].

Die endgültige Festigkeit des Gerinnsels wird durch eine Hypothermie nicht beeinflusst. So schlossen Heinius et al. [8] in ihrer In-vitro-Studie, dass die Induktion einer Hypothermie nach Abschluss der Gerinnselbildung nicht zum Auftreten einer erneuten Blutung führt. Allerdings sind die Ergebnisse bzgl. der Gerinnselfestigkeit bei Hypothermie in der Literatur nicht unbestritten. So wurde in einer experimentellen Studie im Rahmen einer unkontrollierten Hämorrhagie eine verminderte Festigkeit des Gerinnsels anhand der Thrombelastographie bei Hypothermie ermittelt [14]. Der Einfluss der Hypothermie auf die fibrinolytische Aktivität wird in der Literatur ebenso unterschiedlich bewertet. So scheint die Fibrinolyse durch eine Hypothermie verlangsamt zu werden, was auf eine temperaturabhängige Inhibition der fibrinolytischen Enzyme schließen lassen würde [8]. Allerdings wurde auch kein Einfluss der Hypothermie auf die Fibrinolyse beschrieben [16].

Auswirkungen einer Hypothermie auf die posttraumatische Immunreaktion nach elektiven Operationen und Polytrauma

Ein Polytrauma und elektive Operationen führen zu einer Aktivierung des Immunsystems, die mit erhöhten systemischen Zytokinkonzentrationen assoziiert ist. In klinischen und experimentellen Studien konnte im Rahmen elektiver Eingriffe und nach verschiedenen traumatischen Insulten (Schädel-Hirn-Trauma, Hämorrhagie) nachgewiesen werden, dass eine moderate Hypothermie eine Suppression der proinflammatorischen Zytokinsynthese bewirken kann [6, 9, 25]. Ebenso konnten in eigenen Versuchen protektive Effekte einer Hypothermie auf die posttraumatische Organschädigung gezeigt werden (Abb. 1). Im Gegensatz zur Reduktion der Freisetzung proinflammatorischer Zytokine wurden für die antiinflammatorischen Zytokine (v. a. IL-10) eine Induktion der Synthese durch eine Hypothermie beschrieben [22]. Als potenzielle Mechanismen hierfür wurden eine vermehrte Glukokortikoidsekretion und ein verminderter Glukokortikoidabbau diskutiert [22]. Neben den Effekten auf die Zytokinfreisetzung wurden ebenso regulatorische Mechanismen einer Hypothermie auf die Aktivierung des Komplementsystems und des C-reaktiven Proteins (CRP) nachgewiesen [1].

Abb. 1
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Einfluss der Hypothermie auf die pulmonale Gewebeschädigung nach Traumahämorrhagie. Repräsentative, HE-gefärbte pulmonale Gewebeschnitte nach experimenteller Traumahämorrhagie abhängig von der Körperkerntemperatur (Kontrollgruppe, Normo- und Hypothermie), Vergrößerung 200-fach. Mit freundlicher Genehmigung des Elsevier-Verlags

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Für das zentrale, proinflammatorische Zytokin TNFα gibt es jedoch auch Hinweise, dass Hypothermie zu einer gesteigerten Synthese dieses Mediators führen kann, was in vitro an Monozoyten [3], aber auch in vivo nach hämorrhagischem Schock bei der Ratte [30] gezeigt werden konnte.

Experimentelle Studien konnten belegen, dass eine Hypothermie die Interaktion neutrophiler Granulozyten und Endothelzellen beeinflussen kann. Westermann et al. [25] konnten in ihrer Studie belegen, dass eine Oberflächenkühlung die Granulozytenadhäsion an den Endothelzellen nach TNFα-Applikation reduzieren kann. In klinischen Studien wurde eine reduzierte CD11b/CD18-Expression bei Hypothermie beschrieben, die im Rahmen der Wiedererwärmung deutlich anstieg [2]. Zusätzlich konnte eine Reduktion der Selektinexpression durch eine Hypothermie gezeigt werden [7].

Trotz dieser Ergebnisse muss der Effekt einer induzierten Hypothermie auf die postoperative und -traumatische Entzündungsreaktion sowie die Interaktion von neutrophilen Granulozyten und Endothelzellen weiter untersucht werden. So wird in anderen Studien vermutet, dass eine Hypothermie die Expression von CD11b, CD11c, Selektinen sowie proinflammatorischen Zytokinen und die dadurch induzierte Adhäsion der neutrophilen Granulozyten an den Endothelzellen lediglich verzögert, aber nicht verhindert [15]. Es wird sogar von einer Prolongation der Aktivierung der neutrophilen Granulozyten sowie der Zytokinexpression ausgegangen [3]. Ebenso muss die Bedeutung einer vermehrten antiinflammatorischen Immunantwort durch eine Hypothermie weiter untersucht werden. So könnte hierdurch eine erhebliche Prädisposition der Patienten für infektiöse Komplikationen hervorgerufen werden. Die Bedeutung der Hypothermie für die Inzidenz systemischer und lokaler Infektionen wird in der Literatur weiterhin kontrovers diskutiert. Ebenso erwies sich eine Hypothermie jedoch auch als zusätzliche Noxe in einer experimentellen Sepsis. So wurde eine um 20% erhöhte Mortalität in Mäusen nach experimenteller Sepsis bei prolongierter akzidenteller Hypothermie beobachtet [20].

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Mehrzahl der Studien davon ausgeht, dass eine induzierte Hypothermie zu einer Reduktion der proinflammatorischen Immunreaktion führt, wogegen die antiinflammatorische Reaktion durch ein Absinken der Körperkerntemperatur stimuliert wird. Die Wiedererwärmung nach induzierter Hypothermie scheint im Vergleich zu einer prolongierten Hypothermie mit einem Anstieg der proinflammatorischen Mediatoren assoziiert zu sein. Eine schnelle Wiedererwärmung könnte somit zu einer systemischen Entzündungsreaktion führen, dagegen eine prolongierte Hypothermie mit einer erhöhten Inzidenz infektiöser Komplikationen assoziiert sein. Dies könnte die initialen positiven Effekte einer kontrolliert-induzierten Hypothermie nach elektiven Eingriffen oder nach Polytrauma aufheben.

Fazit für die Praxis

Eine akzidentelle Hypothermie stellt ein relevantes Problem bei der Behandlung polytraumatisierter Patienten dar, da sie eine wesentliche Ursache für posttraumatische Komplikationen ist. Eine frühe und effiziente Wiedererwärmung ist daher für eine erfolgreiche Behandlung essenziell. Im Gegensatz zum akzidentellen Absinken der Körperkerntemperatur hat eine kontrolliert-induzierte Hypothermie günstige Effekte im Rahmen elektiver Operationen und experimenteller Hämorrhagiemodelle gezeigt. Weiterhin kann die Hypothermie die proinflammatorische Reaktion und die damit assoziierte Organschädigung nach einem Trauma vermindern. Allerdings kann eine Hypothermie ebenso zu einer Immunsuppression führen. Sowohl die potenziell günstigen Effekte als auch mögliche negative Auswirkungen einer kontrollierten Hypothermie auf den klinischen Verlauf, die nach operativer Blutungskontrolle und hämodynamischer Stabilisierung induziert wird, müssen in klinisch relevanten Modellen weiter untersucht werden.