Inhalationsanästhetika: Wirkung, Aufnahme, MAC und Klimawirkung

Inhalationsanästhetika sind die ältesten Narkosemittel und bis heute die einzigen, deren Konzentration am Wirkort sich Atemzug für Atemzug messen lässt. Die endtidale Konzentration spiegelt im Gleichgewicht den Partialdruck im Gehirn wider. Dieser Vorteil erklärt, warum volatile Anästhetika trotz der Konkurrenz der totalen intravenösen Anästhesie ihren Platz behalten haben. In Deutschland sind heute Sevofluran und Isofluran gebräuchlich, dazu Lachgas in abnehmendem Umfang. Desfluran darf seit dem 1. Januar 2026 in der EU nur noch verwendet werden, wenn es aus medizinischen Gründen unbedingt erforderlich ist (Lektion 6).

Wo wirken Inhalationsanästhetika?

Über ein Jahrhundert galt die Meyer-Overton-Regel als Erklärung: Die Wirkstärke korreliert eng mit der Fettlöslichkeit, gemessen als Öl-Gas-Verteilungskoeffizient. Daraus schloss man auf eine unspezifische Wirkung in der Lipidmembran. Heute weiß man, dass die Korrelation eine Eigenschaft der Bindungstaschen in Proteinen widerspiegelt. Volatile Anästhetika verstärken vor allem hemmende GABA-A- und Glycinrezeptoren und öffnen Kaliumkanäle der Zwei-Poren-Familie, was Nervenzellen hyperpolarisiert. Lachgas und Xenon wirken dagegen überwiegend als Antagonisten am NMDA-Rezeptor. Die verschiedenen Komponenten der Narkose entstehen an verschiedenen Orten: Bewusstlosigkeit und Amnesie im Gehirn, die Unterdrückung von Bewegungen auf Schmerzreize dagegen überwiegend im Rückenmark. Deshalb misst die MAC, die sich auf Bewegung bezieht, etwas anderes als ein EEG-Index, der die Hirnrinde abbildet.

MAC-Werte nach der Metaanalyse von Mapleson (1996); die Fachinformationen nennen teils abweichende Zahlen, etwa 2,05 % für Sevofluran bei 40 Jahren. Verteilungskoeffizienten gerundet aus der Primärliteratur.

Ein Inhalationsanästhetikum wirkt nicht über seine Menge, sondern über seinen Partialdruck. Das Gehirn nimmt so lange Wirkstoff auf, bis sein Partialdruck dem des arteriellen Blutes entspricht, und das Blut folgt der Alveole. Die zentrale Größe der Anflutung ist deshalb das Verhältnis FA/FI, also der alveoläre Anteil der inspiratorischen Konzentration. Je schneller FA/FI gegen 1 steigt, desto schneller wirkt die Narkose, und desto schneller lässt sie sich vertiefen oder abflachen.

Löslichkeit: der Blut-Gas-Verteilungskoeffizient

Der Blut-Gas-Verteilungskoeffizient gibt an, wie viel Wirkstoff das Blut bei gleichem Partialdruck im Vergleich zur Gasphase aufnimmt. Ein gut lösliches Anästhetikum wie Isofluran (1,4) wird vom Lungenkapillarblut in großer Menge abtransportiert, bevor der Partialdruck in der Alveole steigt. Das Blut wirkt wie ein großer Schwamm, der erst gefüllt sein muss. Ein schlecht lösliches Anästhetikum wie Desfluran (0,45) oder Lachgas (0,47) sättigt das Blut rasch, der alveoläre Partialdruck steigt schnell, und die Wirkung setzt früh ein. Diese Beziehung ist kontraintuitiv: Geringe Löslichkeit im Blut bedeutet schnelle Anflutung.

Ventilation und Herzzeitvolumen

Die alveoläre Ventilation bringt Wirkstoff in die Alveole, die Lungendurchblutung trägt ihn fort. Mehr Ventilation beschleunigt die Anflutung, am deutlichsten bei gut löslichen Stoffen. Ein höheres Herzzeitvolumen verlangsamt sie, weil mehr Blut pro Minute Wirkstoff aus der Alveole entfernt. Umgekehrt steigt bei niedrigem Herzzeitvolumen, etwa im Schock, der alveoläre Partialdruck schneller, und eine Maskeneinleitung mit unveränderter Einstellung kann rasch zu tief werden. Ein Rechts-links-Shunt verlangsamt die Anflutung, weil ungesättigtes Blut dem arteriellen Blut beigemischt wird; dieser Effekt trifft schlecht lösliche Stoffe stärker, weil ihr Partialdruck im durchströmten Blut sonst rasch hoch wäre.

Die Gewebe bestimmen den weiteren Verlauf. Die gefäßreichen Organe mit Gehirn, Herz, Leber und Niere erhalten etwa drei Viertel des Herzzeitvolumens bei nur rund 10 % des Körpergewichts und sind nach wenigen Minuten gesättigt. Danach steigt der venöse Partialdruck, die Aufnahme sinkt, und FA/FI erreicht ein Plateau. Muskel und Fett füllen sich über Stunden, das Fett bei Isofluran und Sevofluran über viele Stunden. Beim Lachgas beschleunigen zwei Effekte die frühe Anflutung zusätzlich: Weil sehr viel Lachgas aufgenommen wird, konzentriert sich das verbleibende Gas in der Alveole (Konzentrationseffekt), und ein gleichzeitig gegebenes zweites Gas steigt mit (Second-Gas-Effekt). Das Modell im Simulator bildet diese beiden Effekte nicht ab.

Probieren Sie aus: Erhöhen Sie bei Isofluran die Ventilation auf 8 l/min und vergleichen Sie mit Desfluran. Senken Sie dann das Herzzeitvolumen auf 3 l/min. Beide Veränderungen wirken sich bei gut löslichen Stoffen deutlich stärker aus.

Frischgas und Kreissystem

Zwischen Verdampfer und Alveole liegt das Kreissystem mit mehreren Litern Volumen. Bei hohem Frischgasfluss gleicht sich die inspiratorische Konzentration rasch der Einstellung am Verdampfer an. Bei niedrigem Frischgasfluss liegt die inspiratorische Konzentration deutlich unter der eingestellten, weil das Rückatemgas mit dem Frischgas gemischt wird. Wie man mit niedrigem Frischgasfluss sicher arbeitet, behandelt die Lerneinheit Narkosegerät, Kreissystem und Low-Flow.

Die minimale alveoläre Konzentration ist die endtidale Konzentration im Gleichgewicht, bei der 50 % der Patientinnen und Patienten auf einen Hautschnitt nicht mit einer Abwehrbewegung reagieren. Sie ist ein Maß für die Wirkstärke, keine Dosisempfehlung: Bei 1 MAC bewegt sich jede zweite Person noch. Etwa 1,2 bis 1,3 MAC verhindern die Bewegung bei rund 95 %. Die Wachheitskonzentration (MAC-awake), bei der die Hälfte der Personen nicht mehr auf Ansprache reagiert, liegt bei etwa einem Drittel der MAC; Erinnerung wird schon unterhalb davon unterdrückt. Die Konzentration, die die Kreislaufreaktion auf den Hautschnitt unterdrückt (MAC-BAR), liegt ohne Opioid deutlich über 1 MAC.

Was die MAC verändert

Das Lebensalter ist der wichtigste physiologische Faktor. Nach der Metaanalyse von Mapleson sinkt die MAC ab dem ersten Lebensjahr um etwa 6 % pro Jahrzehnt, und dieser Faktor gilt für alle Inhalationsanästhetika gleich. Säuglinge um sechs Monate haben die höchste MAC. Gesenkt wird die MAC außerdem durch Hypothermie, Schwangerschaft, akute Alkoholintoxikation, Hyponatriämie und vor allem durch andere zentral wirksame Medikamente: Opioide, Benzodiazepine, Alpha-2-Agonisten und Lachgas. Bereits eine Fentanylkonzentration unter 2 ng/ml halbiert die MAC von Isofluran; höhere Konzentrationen senken sie weiter, mit abnehmendem Zusatzeffekt (McEwan 1993). Erhöht wird die MAC durch Hyperthermie, chronischen Alkoholkonsum und Hypernatriämie. Die Dauer der Narkose, das Geschlecht, die Schilddrüsenfunktion und der Kalium- oder Kohlendioxidpartialdruck im Normbereich verändern sie nicht nennenswert.

MAC-Anteile verschiedener Inhalationsanästhetika addieren sich näherungsweise. 60 % Lachgas entsprechen bei einer 40-jährigen Person etwa 0,6 MAC; zusammen mit 0,5 MAC Sevofluran ergibt sich rund 1,1 MAC. Im höheren Alter sinkt die MAC für beide Anteile. Die Kombination mit Opioiden ist dagegen stark überadditiv, weshalb die MAC in der Praxis nur ein grober Anhalt ist. Die Narkosetiefe wird deshalb klinisch, am Kreislauf und in vielen Situationen am prozessierten EEG geführt.

Alle volatilen Anästhetika wirken qualitativ ähnlich auf die Organsysteme; die Unterschiede liegen im Ausmaß und in einigen Besonderheiten. Für die Praxis entscheidend sind Gehirn, Atemweg und Kreislauf.

Gehirn

Volatile Anästhetika senken den zerebralen Sauerstoffverbrauch dosisabhängig bis zur Burst-Suppression im EEG. Gleichzeitig erweitern sie die Hirngefäße. Unterhalb von etwa 1 MAC überwiegt die Kopplung an den gesenkten Stoffwechsel, und die Hirndurchblutung bleibt nahezu gleich; darüber nimmt sie zu, und der Hirndruck kann steigen. Sevofluran erweitert die Gefäße am wenigsten. Bei hohem Hirndruck wird deshalb eine intravenöse Anästhesie bevorzugt oder die volatile Konzentration unter 1 MAC gehalten. Hohe Sevoflurankonzentrationen, besonders bei der Maskeneinleitung von Kindern, können epileptiforme Muster im EEG hervorrufen.

Atemweg und Atmung

Sevofluran reizt die Atemwege kaum und riecht nicht stechend; es ist das Mittel der Wahl für die Einleitung per Maske. Isofluran und vor allem Desfluran reizen die Atemwege und lösen in höheren Konzentrationen Husten, Laryngospasmus und Speichelfluss aus. Alle volatilen Anästhetika wirken bronchodilatierend, was bei Asthma und Bronchospasmus genutzt wird. Sie dämpfen den Atemantrieb dosisabhängig: Die Atemantwort auf Kohlendioxid flacht ab, und die Antwort auf Hypoxie wird schon durch geringe Restkonzentrationen nach der Narkose gedämpft. Die hypoxische pulmonale Vasokonstriktion wird bis etwa 1 MAC nur wenig beeinträchtigt, was bei der Einlungenbeatmung relevant ist.

Kreislauf

Alle volatilen Anästhetika senken den Blutdruck dosisabhängig, vor allem über eine Abnahme des systemischen Gefäßwiderstands, dazu kommt eine geringe negative Inotropie. Isofluran und Desfluran steigern eher die Herzfrequenz. Eine rasche Steigerung der Desflurankonzentration über etwa 1 MAC löst eine sympathische Aktivierung mit Tachykardie und Hypertonie aus. Sevofluran verlängert die QT-Zeit geringfügig. Im Tierversuch schützen volatile Anästhetika das Myokard vor Ischämie (Präkonditionierung). In der großen randomisierten MYRIAD-Studie bei aortokoronaren Bypassoperationen unterschied sich die Sterblichkeit nach einem Jahr zwischen volatiler und intravenöser Anästhesie jedoch nicht (Landoni 2019).

Leber, Niere, Uterus und Nebenwirkungen

Die Halothanhepatitis, eine immunvermittelte Leberschädigung, spielt mit den heutigen Stoffen praktisch keine Rolle, weil sie kaum verstoffwechselt werden. Sevofluran reagiert mit stark basischen Absorbern zu Compound A, das bei Ratten nierenschädigend wirkt; beim Menschen ist eine klinisch relevante Nierenschädigung nicht belegt. Mit ausgetrockneten Absorbern können Desfluran und Isofluran Kohlenmonoxid bilden. Volatile Anästhetika relaxieren den Uterus dosisabhängig, was bei der Sectio in Allgemeinanästhesie die Atonie begünstigen kann. Sie sind der wichtigste Einzelrisikofaktor für frühe postoperative Übelkeit und Erbrechen (Apfel 2002) und lösen bei entsprechender Veranlagung eine maligne Hyperthermie aus; Lachgas und Xenon tun das nicht.

Lachgas ist ein schwaches Anästhetikum mit einer MAC von 104 %. Es kann allein keine Narkose aufrechterhalten, wird aber mit volatilen oder intravenösen Anästhetika kombiniert, um deren Bedarf zu senken, und wirkt analgetisch. In der Geburtshilfe wird ein Gemisch aus 50 % Lachgas und 50 % Sauerstoff zur Schmerzlinderung verwendet. Sein Einsatz im OP geht seit Jahren zurück, aus klinischen und aus ökologischen Gründen.

Gasgefüllte Räume

Lachgas ist im Blut etwa 30-mal besser löslich als Stickstoff. Es diffundiert deshalb schneller in luftgefüllte Räume hinein, als Stickstoff sie verlässt. Nachgiebige Räume wie ein Pneumothorax oder ein luftgefüllter Darm vergrößern sich, starre Räume wie das Mittelohr oder ein Pneumozephalus geraten unter Druck. Unter 70 % Lachgas verdoppelt sich ein Pneumothorax innerhalb von etwa 10 Minuten (Eger 1965). Lachgas ist deshalb kontraindiziert bei Pneumothorax, Ileus, Luftembolie, Pneumozephalus und nach Netzhautoperationen mit intraokularer Gastamponade, solange das Gas im Auge ist, also für Wochen. Auch Tubuscuffs füllen sich mit Lachgas, ihr Druck steigt und muss gemessen werden.

Vitamin B12, Übelkeit und Diffusionshypoxie

Lachgas oxidiert Vitamin B12 und hemmt dadurch die Methioninsynthase. Nach längerer Exposition, bei bestehendem Vitamin-B12-Mangel und besonders bei missbräuchlichem Konsum drohen megaloblastäre Anämie und eine funikuläre Myelose. In der ENIGMA-II-Studie mit Patientinnen und Patienten mit kardiovaskulärem Risiko erhöhte Lachgas weder Sterblichkeit noch kardiovaskuläre Komplikationen, wohl aber schwere Übelkeit und Erbrechen (Myles 2014). Am Narkoseende strömt Lachgas in großer Menge aus dem Blut in die Alveolen und verdünnt dort den Sauerstoff. Deshalb wird am Ende einige Minuten mit 100 % Sauerstoff beatmet.

Xenon

Xenon ist ein Edelgas mit sehr niedrigem Blut-Gas-Verteilungskoeffizienten von 0,115. Es flutet extrem schnell an und ab, belastet den Kreislauf kaum und löst keine maligne Hyperthermie aus. Mit einer MAC von etwa 63 bis 71 % lässt es wenig Raum für Sauerstoff. Weil es aus der Luft gewonnen wird und teuer ist, braucht es geschlossene Systeme. Ein neuroprotektiver Nutzen ist beim Menschen nicht belegt; Xenon bleibt eine Nischenanwendung.

Die Abflutung folgt denselben Regeln wie die Anflutung, nur rückwärts. Nach Abstellen des Verdampfers und bei hohem Frischgasfluss sinkt der alveoläre Partialdruck zunächst rasch, dann langsamer, weil Blut aus Muskel und Fett Wirkstoff nachliefert. Je löslicher ein Anästhetikum im Blut und im Gewebe und je länger die Narkose, desto länger dauert das Aufwachen. Nach kurzen Eingriffen sind die Unterschiede zwischen Sevofluran und Desfluran klein; nach langen Eingriffen und bei Adipositas wachen Patientinnen und Patienten nach Desfluran schneller auf. Für die Praxis wichtiger als die Wahl des Stoffes ist eine angemessene Dosierung am Narkoseende, etwa gesteuert über die endtidale Konzentration und das prozessierte EEG.

Klimawirkung

Inhalationsanästhetika werden fast vollständig unverändert ausgeatmet und gelangen über die Narkosegasabsaugung in die Atmosphäre. Dort wirken sie als Treibhausgase. Ihr Treibhauspotenzial über 100 Jahre beträgt nach Sulbaek Andersen (2012) etwa 130 für Sevofluran, 510 für Isofluran und 2 540 für Desfluran, jeweils bezogen auf die gleiche Masse Kohlendioxid. Lachgas hat ein Treibhauspotenzial von 273, verbleibt aber über 100 Jahre in der Atmosphäre, schädigt die Ozonschicht und wird in großen Mengen verbraucht; zentrale Lachgasanlagen verlieren zudem erhebliche Mengen durch Leckagen. Weil Desfluran bei gleicher Wirkung eine mehrfach höhere Konzentration braucht, verursacht eine Stunde Desflurannarkose ein Vielfaches der Emissionen einer Sevoflurannarkose.

Den größten Hebel hat der Frischgasfluss: Er bestimmt, wie viel Anästhetikum pro Stunde verdampft und emittiert wird. Eine Narkose mit niedrigem Frischgasfluss senkt Verbrauch und Emission auf einen Bruchteil. Die totale intravenöse Anästhesie vermeidet Treibhausgase fast vollständig, hat aber eigene Umweltlasten durch Kunststoffabfall und durch Propofol, das im Wasser schlecht abgebaut wird und deshalb nicht in den Ausguss gehört.

Volatil oder intravenös?

Für die meisten Endpunkte zeigen randomisierte Studien keinen belastbaren Unterschied zwischen volatiler und intravenöser Anästhesie. Das gilt für die Sterblichkeit nach Herzchirurgie (Landoni 2019) und für das rezidivfreie Überleben nach Brustkrebsoperationen (Enlund 2023). Weitere große Studien zur Onkologie laufen. Die intravenöse Anästhesie senkt das Risiko früher postoperativer Übelkeit und ist bei Veranlagung zur malignen Hyperthermie Standard. Die volatile Anästhesie ist einfacher zu überwachen, weil die Konzentration gemessen wird. Die Wahl richtet sich deshalb nach dem Patienten, dem Eingriff und den Zielen, und die ökologische Bilanz ist ein legitimes Kriterium, wenn medizinisch gleichwertige Alternativen bestehen.

Merksätze

• Geringe Löslichkeit im Blut bedeutet schnelle An- und Abflutung.
• Niedriges Herzzeitvolumen beschleunigt die Anflutung: Vorsicht bei der Maskeneinleitung im Schock.
• Die MAC sinkt um etwa 6 % pro Lebensjahrzehnt; MAC-Anteile addieren sich, Opioide wirken überadditiv.
• Lachgas nie bei Pneumothorax, Ileus, Pneumozephalus oder intraokularem Gas.
• Der Frischgasfluss ist der größte Hebel für Verbrauch und Klimawirkung.
• Desfluran nur noch bei medizinischer Notwendigkeit mit dokumentierter Begründung.

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