Xenon-Recycling in Vollnarkosen

Anästhetikum an der Zulassungsschwelle

Eine anästhetische Substanz, die bei Raumtemperatur flüssig ist und in Narkoseverdampfern verdampft wird, wird als volatiles Anästhetikum bezeichnet. Gegenwärtig werden die Substanzen Halothan (eine Entwicklung aus den 50er Jahren und in Europa fast nicht mehr im klinischen Gebrauch), Enflurane und Isoflurane (aus den 80er Jahren) eingesetzt. Neuere Entwicklungen sind die fluorierten Kohlenwasserstoffe Desflurane und Sevoflurane. Lachgas wird als Ergänzung zu den volatilen Anästhetika verabreicht. Mit Lachgas allein lassen sich jedoch keine Narkosen durchführen. Die Anästhetika werden nicht oder nur zum geringen Teil metabolisiert und während und nach den Narkosen an die Atmosphäre abgegeben.

Das Statistische Bundesamt beziffert die Zahl der in den alten Bundesländern im Jahr 1992 durchgeführten Vollnarkosen mit jährlich 8 Mio. Das entspricht einer jährlichen Immission von 4 Milliarden Litern Lachgas und 40 Mio. Litern volatiler Anästhetika. Der weltweite Ausstoß dieser Stoffe kann aus der Zahl der jährlich durchgeführten Narkosen berechnet werden, die etwa bei 50 Mio. liegt. Da es sich bei den volatilen Anästhetika um teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe (FCKWs) handelt, wurde 1992 beschlossen, deren Einsatz bis zum Jahre 2030 gänzlich einzustellen. Desflurane und Sevoflurane sind keine FCKWs, sondern Fluorkohlenwasserstoffe (FKWs), die zwar weniger als Ozonkiller, dafür aber als Treibhausgase gelten. Deren weltweite Reduktion wurde bereits in Kyoto 1997 gefordert. Die seinerzeitigen Beschlüsse sind jedoch noch nicht von allen Staaten ratifiziert worden. Bei Lachgas verursacht die Medizin etwa 10 % der weltweiten Emissionen. Der Rest stammt aus natürlichen Quellen. Lachgas hat sowohl ozonzerstörende als auch erderwärmende Eigenschaften. Zwar ist sein Einsatz bisher nicht verboten; jedoch gibt es – vor allem in der deutschen Anästhesie – starke Bestrebungen gegen dessen allgemeine Verwendung („Say no to N2O“).

Als Folgen chronischer Arbeitsplatzbelastungen mit Narkosegasen werden teratogene (keimschädigende), mutagene (erbgutverändernde) und frühgeburtsauslösende Effekte diskutiert. Die Gegner dieser Annahmen berufen sich auf das Fehlen kontrollierter Studien, die aus ethischen Gründen jedoch kaum jemals durchgeführt werden können. Weltweit orientiert man sich daher eher an empirisch und aufgrund technischer Gegebenheiten festgelegten Arbeitsplatz-Maximalwerten.

Eine gewisse Entlastung könnte die Verwendung von Xenon als Anästhetikum bewirken. Xenon ist das einzige Edelgas, das bei Normaldruck eine anästhetische Wirkung zeigt. Diesen Effekt vermutete man schon seit 1939 aufgrund von Bewußtseinsstörungen beim Überdruckeinsatz von Edelgasen bei Tauchern. Infolge der damaligen geringen technischen Verfügbarkeit der Substanz konnte die Annahme nicht überprüft werden. 1941 wurden die narkotischen Eigenschaften von Xenon durch den russischen Wissenschaftler Nikolay Vasilievich Lazarev nachgewiesen, der seine Beobachtungen wegen des Krieges jedoch nicht veröffentlichen konnte. Die ersten publizierten Studien über Xenonnarkosen (Exposition von Mäusen) stammen aus dem Jahr 1946. Im Jahre 1951 verabreichte Cullen Patienten Xenon in Konzentrationen bis zu 82 % mit ausgezeichnetem Erfolg.

Der narkotische Effekt des Xenons ist 1,5mal stärker als der von Lachgas. Aufgrund seiner extrem geringen Blutlöslichkeit wird Xenon schneller abgeatmet als alle bisher bekannten Anästhetika. Es ist weder ozonschädlich noch ein Treibhausgas, es brennt nicht und ist ungefährlich für Schwangere. Während einer Xenon-Narkose bleiben die Kreislaufverhältnisse äußerst stabil, so daß sie besonders für Patienten mit Herz-Kreislauf-Schäden geeignet ist. Zur Zeit läuft die von Messer Griesheim beantragte Zulassungsprozedur für Xenon als Anästhetikum nach dem Arzneimittelgesetz (AMG). Die Zulassung in Deutschland wird für 2004 erwartet, später für die gesamte EU-Region.

Als natürlicher Bestandteil der Luft verhält sich Xenon umweltneutral. Es entstammt der Erdatmosphäre, an der es in einer Konzentration von 0,089 ppm (= parts per million, 1 ppm = 1 Milliliter pro Kubikmeter) beteiligt ist. Dem entspricht eine Gesamtmenge von etwa 800 Mio. Tonnen. Xenon kann wirtschaftlich bislang ausschließlich in sehr großen kryogenen Luftzerlegungsanlagen durch fraktionierte Verflüssigung der Luft als Nebenprodukt der Sauerstoff- und Stickstoffgewinnung erzeugt werden. Die weltweite Jahresproduktion liegt derzeit bei etwa 6 bis 8 Mio. Litern. Davon geht der weitaus größte Teil in technische Anwendungen wie Beleuchtungstechnik, Elektronik und Halbleiterfertigung sowie in Lasergas für die Wissenschaft. Ein geringer Teil wird für Ionentriebwerke in der Raumfahrt genutzt.

Für den Einsatz in der Medizin wird in Zukunft die Produktion deutlich ansteigen. Xenon ist aufgrund seiner Eigenschaften und seiner Verfügbarkeit allerdings kein Ersatz für Lachgas und etablierte Anästhetika, sondern wird sie ergänzen. Für bestimmte Indikationen hat Xenon aufgrund seiner Eigenschaften deutliche Vorteile im Vergleich zu anderen Mitteln. Die reinen Stoffkosten werden zwar höher ausfallen, bezogen auf die Kosten der Gesamtbehandlung wird Xenon jedoch deutlich preiswerter sein.

Eine weitere Möglichkeit zur Kostensenkung besteht darin, das benutzte Xenon durch Recycling erneuter Verwendung zuzuführen. Arbeitsgruppen in Deutschland (Universität Ulm), Italien (Universität Pisa), Portugal (Universität Porto) und Rußland (Moskau) haben verschiedene Recyclingsysteme entwickelt und patentieren lassen. Im routinemäßigen Einsatz sind die Systeme noch nicht. Als erste Forschungsgruppe in Deutschland hat sich bereits in den 90er Jahren die damalige Sektion Anästhesiologische Technologie und Verfahrensentwicklung (Leiter Dr. Wolfgang Friesdorf) zunächst mit der Rückgewinnung volatiler Anästhetika beschäftigt. Aus diesem Projekt erwuchs die Idee der Rückgewinnung von Xenon, ein Projekt, das von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt gefördert wurde.

PD Dr. med. habil. Thomas Marx und seine Mitarbeiter in der Abteilung Kardioanästhesiologie (komm. Leiter PD Dr. Uwe Schirmer) der Universität Ulm haben in jüngerer Zeit ein kryogenes Verfahren entwickelt, mit dem Xenon verflüssigt und schließlich abgetrennt werden kann. Im Tierversuch konnte die Ulmer Gruppe damit etwa zwei Drittel des zur Anästhesie eingesetzten Xenons in einer Reinheit von mehr als 90 % zurückgewinnen. Dadurch erweitert sich das Anwendungsgebiet für die Xenon-Anästhesie auf Operationen mit sehr hohen Gasverbräuchen wie z. B. am Herz-Kreislauf-System. Am 1. April 2004 ist Dr. Marx für seine Arbeiten mit dem internationalen Messer-Innovationspreis ausgezeichnet worden. Der Preis, 1998 gestiftet, wurde von der Messer Griesheim GmbH jetzt zum dritten Mal für innovative Entwicklungen beim Einsatz von Industriegasen vergeben. Er ist mit 45.000 Euro dotiert, die sich auf drei Peisränge verteilen. Dr. Marx erhielt den 2. Preis (10.000 Euro).

Derzeit sind die einschlägigen Ulmer Arbeiten Teil eines europäischen Gemeinschaftsprojektes, in dem die Abteilung Kardioanästhesiologie mit den Universitäten Porto, Madrid, Belfast, dem Forschungszentrum GKSS/Geesthacht, dem Membranhersteller Blue Membranes / Wiesbaden und dem Narkosegerätehersteller DRÄGER/Lübeck kooperiert. Das inzwischen patentierte kryogene Rückgewinnungsverfahren der Ulmer Gruppe wird in diesem Projekt durch Membrantrennungsverfahren ergänzt.