Pharmakologie des Atmungssystems

Die Weite der Atemwege wird maßgeblich durch die glatte Muskulatur der Bronchien reguliert: Eine Kontraktion führt zur Verengung der Atemwege (Bronchokonstriktion), eine Erschlaffung zur Weitstellung (Bronchodilatation).
Im gesunden Zustand wird der Tonus der Bronchialmuskulatur durch ein Gleichgewicht zwischen parasympathischem und sympathischem Nervensystem reguliert:

• Parasympathikus: Aktivierung muskarinerger Rezeptoren → Kontraktion der Bronchialmuskulatur → Verengung der Atemwege
• Sympathikus: Aktivierung β₂-Adrenozeptoren durch Adrenalin oder β₂-Sympathomimetika → Relaxation der glatten Muskulatur → Weitstellung der Bronchien

• Bei Erkrankungen wie Asthma bronchiale oder COPD kommt es zu einer pathologischen Engstellung der Atemwege, was die Atmung deutlich beeinträchtigen kann.

 Merke

Typische Mechanismen für eine Bronchokonstriktion

• Bronchospasmus: Überaktivität der Bronchialmuskulatur, oft durch Reize wie Allergene oder kalte Luft ausgelöst (z.B. bei Asthma bronchiale)
• Schleimhautödem: Entzündliche Reaktion der Bronchialschleimhaut mit Schwellung und Einengung des Lumens
• Vermehrte Schleimproduktion: Sekretansammlung in den Atemwegen, insbesondere bei COPD oder allergischen Reaktionen

Diese Mechanismen führen typischerweise zu Dyspnoe, exspiratorischen Atemgeräuschen (z. B. Giemen) und ggf. Hypoxie. Eine rasche Besserung erfordert eine gezielte medikamentöse Bronchodilatation, die entweder direkt in die glatte Muskulatur eingreift oder entzündliche Prozesse hemmt.

 Info

Hagen-Poiseuille-Gesetz

Das Hagen-Poiseuille-Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen dem Strömungswiderstand in einem Rohr und dessen Radius. Auch wenn es streng genommen nur auf laminare Strömung in starren Röhren zutrifft, lässt sich der Grundsatz auf die Bronchien übertragen:

• Der Luftstrom ist proportional zur vierten Potenz des Bronchusradius
• Eine Halbierung des Durchmessers reduziert den Luftstrom um das 16-Fache

→ Bereits geringe Verengungen führen daher zu einem massiven Anstieg des Atemwegswiderstands und zu schwerer Atemnot.

• Das vegetative Nervensystem (autonomes Nervensystem) kontrolliert Prozesse, die sich weitestgehend der willkürlichen Kontrolle entziehen
• Es steuert lebenswichtige Funktionen wie die Verdauung, die Atmung und den Stoffwechsel
• Auch bestimmte Organe wie die Geschlechtsorgane oder die inneren Augenmuskeln werden vom vegetativen Nervensystem beeinflusst
• Das vegetative Nervensystem kann in drei Komponenten eingeteilt werden:
  1. Sympathisches Nervensystem
  2. Parasympathisches Nervensystem
  3. Enterisches Nervensystem

Vergleich von Sympathikus und Parasympathikus

	Sympathikus	Parasympathikus
Wirkung	Aktivierung Leistungssteigerung Angriff oder Flucht	Dämpfung Ruhe und Verdauung
Merkhilfe	„Fight or Flight“	„Rest and Digest“
Präganglionäre Transmitter	Acetylcholin
Postganglionäre Transmitter	Noradrenalin (NA) Nebennierenmark: Adrenalin (95%), NA (5%) Cave: bei Schweißdrüsen erfolgt die sympathische Innervation ebenfalls über Acetylcholin	Acetylcholin
Rezeptoren	Adrenozeptoren (α₁,α2, β₁, β2,β3) Cholinorezeptoren (nikotinerg, muskarinerg)	Cholinorezeptoren (nikotinerg, muskarinerg)

• Der Neurotransmitter des Sympathikus am Erfolgsorgan ist Noradrenalin. Zusätzlich schüttet das Nebennierenmark Adrenalin ins Blut aus, das über die gleichen Adrenozeptoren wirkt
• Der Effekt der ausgeschütteten Neurotransmitter ist abhängig von der Verteilung und Art der Rezeptoren am Erfolgsorgan

• Man kann 5 verschiedene Adrenozeptoren unterscheiden. Es handelt sich dabei um G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
  1. α₁ ( G_q )
  2. α₂ ( G_i )
  3. β₁ ( G_s )
  4. β₂ ( G_s )
  5. β₃ ( G_s )

Übersicht über die Wirkung

Erfolgsorgan	Adrenozeptor	Physiologischer Effekt der Aktivierung
Auge	α₁	Mydriasis (Pupillenerweiterung)
Herz	β₁	Positiv inotrop (Kontraktilität) Positiv chronotrop (Herzfrequenz) Positiv dromotrop (Überleitung) Positiv lusitrop (Erschlaffungsgeschwindigkeit)
Bronchien	β2	Bronchodilatation
Gastrointestinaltrakt	α₁	Sphinkterkontraktion
	α2 , β₁ , β2	Hemmung der Peristaltik
Gefäße	α₁	Kontraktion (Bsp.: Haut)
	β2	Dilatation  (Bsp.: Skelettmuskulatur)
Niere	β₁	Reninsekretion
Fettgewebe	β₁ , β2 ,  β3 (braunes Fett)	Lipolyse
Harnblase	α₁	Sphinkterkontraktion
	β₃ (β₂)	Detrusorrelaxation
Mastzellen	β2	Hemmung der Histaminfreisetzung
Uterus	β2	Wehenhemmung (Tokolyse)
Leber, Skelettmuskel	β2	Glykogenolyse
Pankreas	β2	Aktivierung der Insulinsekretion
ZNS	α2	Senkung des Sympathikotonus

Zusammenfassung der zentralen Wirkungen der Adrenozeptoren

• Der Neurotransmitter des Parasympathikus ist Acetylcholin
• Am Erfolgsorgan wirkt Acetylcholin über muskarinerge Acetylcholinrezeptoren (M-Cholinozeptoren)
• Man kann 5 verschiedene M-Rezeptoren unterscheiden. Es handelt sich dabei um G-Protein-gekoppelte Rezeptoren
  1. M₁ (Gq)
  2. M₂ (Gi)
  3. M₃ (Gq)
  4. M₄ (Gi)
  5. M₅ (Gq)

 Tipp

Ungerade Zahl → Gq, gerade Zahl → Gi

Übersicht über die Wirkung

 Info

Besonderheiten

• Gefäße: Die meisten Blutgefäße sind kaum parasympathisch innerviert. Die Vasodilatation entsteht über M₃-Rezeptoren am Gefäßendothel, die Stickstoffmonoxid (NO) freisetzen und so die Gefäßmuskulatur entspannen. Klinisch spielt das vor allem bei der Gabe von Acetylcholin-ähnlichen Substanzen eine Rolle
• Schweißdrüsen: Sie werden vom Sympathikus versorgt. Ausnahmsweise setzt der Sympathikus hier jedoch Acetylcholin frei, das an M₃-Rezeptoren wirkt. Deshalb hemmen Parasympatholytika auch die Schweißsekretion, die Haut wird trocken und warm

 Merke

Parasympatholytika wie Atropin oder Ipratropiumbromid blockieren diese Wirkungen. Die typischen Nebenwirkungen ergeben sich direkt aus der Tabelle: Tachykardie, Mydriasis, Mundtrockenheit, Harnverhalt und verminderte Darmtätigkeit.

In den folgenden Abschnitten werden die wichtigsten Medikamentengruppen sowie häufig verwendete Arzneimittel im rettungsdienstlichen Kontext vorgestellt. Dabei liegt der Fokus auf Wirkmechanismus, Indikation, Dosierung und praktischen Hinweisen zur Anwendung im Einsatz.

Weitere Informationen findest du in den jeweiligen Lernkarten zu den Medikamenten.

Wirkstoffe

Inhalative β₂-Sympathomimetika werden je nach Wirkdauer in zwei Gruppen unterteilt:

 Achtung

Für den Rettungsdienst sind vor allem die kurzwirksamen β₂-Sympathomimetika wie Salbutamol und Reproterol von Bedeutung.

Wirkung

• Selektive Aktivierung der β₂-Rezeptoren:
  • Bronchodilatation
  • Tokolyse (Wehenhemmung)
  • Histaminfreisetzung durch Mastzellen ↓
  • Vasodilatation

Wirkmechanismen auf die Atemwege

• Bronchospasmolyse durch Membran-Hyperpolarisation: Ein Teil der Wirkung erfolgt über die Aktivierung spannungsabhängiger Kaliumkanäle (Kv-Kanäle), was zur Hyperpolarisation der Zellmembran führt → Dadurch wird der Calcium-Einstrom gehemmt und die Muskelkontraktion reduziert → Bronchodilatation
• Aktivierung der mukoziliären Clearance: β₂-Sympathomimetika regen die Schleimhautreinigung der Atemwege an, indem sie die Bewegung der Flimmerhärchen (Zilien) fördern. Dies unterstützt den Abtransport von Schleim und Fremdstoffen aus den Bronchien
• Hemmung von Entzündungsmediatoren: Darüber hinaus hemmen β₂-Sympathomimetika die Freisetzung von Entzündungsstoffen aus Mastzellen und anderen Immunzellen. Dadurch tragen sie auch zu einer entzündungshemmenden (antiphlogistischen) Wirkung bei

 Info

Anwendungsgebiete

• Asthma bronchiale
• COPD
• Anaphylaxie 

Praxisrelevante Hinweise

• Dosierung Salbutamol:
  • Erwachsene: 2,5 - 5 mg inhalativ über O₂-Verneblermaske
  • Kinder: 0,5 mg/Lebensjahr, max. 2,5 mg inhalativ über O₂-Verneblermaske

 Achtung

Für eine effektive Medikamentenverneblung muss der Sauerstofffluss mindestens 8 Liter pro Minute betragen, um eine ausreichende Tröpfchengröße und Wirkstoffverteilung in den Atemwegen sicherzustellen.

Je nach Literatur kann dieser Wert jedoch zwischen 6 und 10 Liter pro Minute variieren. 

 Tipp

Salbutamol wird im Rettungsdienst häufig gemeinsam mit Ipratropiumbromid vernebelt.

Die Kombination nutzt zwei unterschiedliche Wirkmechanismen zur Bronchodilatation:

• Salbutamol wirkt sympathomimetisch
• Ipratropium wirkt parasympatholytisch 

→ Synergieeffekt: Stärkere und länger anhaltende Bronchienerweiterung

• Dosierung Reproterol:
  • Erwachsene: 0,09 mg i.v. über 0,5–1 min (ggf. Wiederholung nach 10–15 min)
  • Kinder (ab 3. Lebensmonat): 1 μg/kg KG i.v. über 10 min

Wirkstoff

• Ipratropiumbromid

Wirkung

• Hemmung muskaringer Acetylcholinrezeptoren (M₃-Rezeptor) → Bronchodilatation

Wirkmechanismus auf die Atemwege

• Ipratropiumbromid blockiert kompetitiv muskarinerge M-Cholinozeptoren. Es wirkt dabei nicht selektiv, für die Wirkung an den Bronchien ist aber vor allem die Blockade der M₃-Rezeptoren entscheidend
• An den Atemwegen wird Acetylcholin vom Nervus vagus freigesetzt. Über M₃-Rezeptoren bewirkt es eine Kontraktion der glatten Bronchialmuskulatur und eine gesteigerte Schleimsekretion. Ipratropiumbromid hebt diese Wirkung auf. Daraus folgen:
  • Bronchodilatation: Die glatte Bronchialmuskulatur erschlafft, die Atemwege weiten sich
  • Weniger Bronchialsekret: Die Bronchialdrüsen bilden weniger Schleim
  • Lösung vagal ausgelöster Bronchospasmen: Verkrampfungen, die über den Nervus vagus ausgelöst werden, lösen sich

Anwendungsgebiete

• Bronchiale Obstruktion, z.B. bei:
  • Asthma bronchiale
  • COPD

Praxisrelevante Hinweise

• Dosierung:
  • Erwachsene: 0,5 mg inhalativ über O₂-Verneblermaske
  • Kinder: 0,25 mg inhalativ über O₂-Verneblermaske 

 Achtung

Für eine effektive Medikamentenverneblung muss der Sauerstofffluss mindestens 8 Liter pro Minute betragen, um eine ausreichende Tröpfchengröße und Wirkstoffverteilung in den Atemwegen sicherzustellen.

Je nach Literatur kann dieser Wert jedoch zwischen 6 und 10 Liter pro Minute variieren. 

 Tipp

Ipratropiumbromid wird im Rettungsdienst häufig gemeinsam mit Salbutamol vernebelt.

Die Kombination nutzt zwei unterschiedliche Wirkmechanismen zur Bronchodilatation:

• Salbutamol wirkt sympathomimetisch
• Ipratropium wirkt parasympatholytisch 

→ Synergieeffekt: Stärkere und länger anhaltende Bronchienerweiterung

Wirkung

• Adrenalin gehört zu den direkten Sympathomimetika
• Es wirkt aktivierend auf 𝛼1-/β1-/β2-Adrenozeptoren:
  • 𝛼1: Vasokonstriktion → Anstieg des Blutdrucks
  • β1: Positiv chronotrop (Herzfrequenz↑), positiv inotrop (Kontraktilität↑), positiv lusitrop (Erschlaffungsgeschwindigkeit↑), positiv dromotrop (Erregungsleitung↑), positiv bathmotrop (Erregbarkeit↑)
  • β2: Bronchodilatation

Wirkmechanismen auf die Atemwege

• 𝛼1-Rezeptoren: Adrenalin aktiviert 𝛼1-Rezeptoren in der glatten Gefäßmuskulatur und führt dadurch zu einer Vasokonstriktion, was den Blutdruck steigert und Schleimhäute abschwellen lässt
• β2-Rezeptoren: Bronchodilatation

Die genauen Wirkmechanismen werden im Abschnitt β₂-Sympathomimetika erklärt.

Anwendungsgebiete

• Anaphylaxie
• Pseudokrupp / Epiglottitis

Praxisrelevante Hinweise

• Dosierung
  • Anaphylaxie:
    • Erwachsener: 0,5 mg i.m. in die Oberschenkelaußenseite
    • Kinder (6–12 Jahre): 0,3 mg i.m.
    • Kinder (<6 Jahre): 0,15 mg i.m.
  • Verneblung (bei Bronchospastik oder Pseudokrupp): 2–4 mg pur

 Achtung

Für eine effektive Medikamentenverneblung muss der Sauerstofffluss mindestens 8 Liter pro Minute betragen, um eine ausreichende Tröpfchengröße und Wirkstoffverteilung in den Atemwegen sicherzustellen.

Je nach Literatur kann dieser Wert jedoch zwischen 6 und 10 Liter pro Minute variieren. 

 Merke

Bei der inhalativen Gabe von Adrenalin ist eine kontinuierliche Überwachung von EKG und Blutdruck zwingend erforderlich. Hierbei kann es zu Tachykardie, Hypertonie und Herzrhythmusstörungen kommen. Diese kardiovaskulären Nebenwirkungen treten insbesondere bei höheren Dosierungen oder bei Patient:innen mit vorbestehenden Herz-Kreislauf-Erkrankungen auf.

Wirkstoff

• Prednisolon

Wirkung

• Entzündungshemmend
• Antiallergisch
• Antiödematös
• Immunsuppressiv

Wirkmechanismen auf die Atemwege

• Entzündungshemmung: Prednisolon hemmt die Aktivität von Entzündungszellen (z.B. Mastzellen, eosinophile Granulozyten, Makrophagen) und unterdrückt die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine. Dadurch wird die Schleimhautreizung in den Atemwegen reduziert

• Antiallergische Wirkung: Prednisolon dämpft allergische Reaktionen durch Hemmung der Histaminwirkung und der Freisetzung anderer Mediatoren aus Mastzellen, was besonders bei Anaphylaxie oder allergischem Asthma wichtig ist
• Ödemreduktion: Die Glukokortikoidwirkung führt zu einer Abnahme der Gefäßpermeabilität 
  → Schleimhautödem↓
  • Dies hat eine Verringerung des Atemwegswiderstands zur Folge
• Verstärkung der β₂-Sympathomimetika-Wirkung: Prednisolon erhöht die Empfindlichkeit der β₂-Rezeptoren, wodurch Bronchodilatatoren wie Salbutamol besser wirken

Anwendungsgebiete

• Asthma bronchiale
• COPD
• Anaphylaxie
• Pseudokrupp / Epiglottitis

Praxisrelevante Hinweise

• Dosierung:
  • COPD:
    • Erwachsene: 50 mg i.v.
  • Status asthmaticus:
    • Erwachsene: 100 mg i.v.
    • Kinder: 2 mg/kg Kg i.v., alternativ 100 mg rektal
  • Anaphylaxie:
    • Erwachsene: 250 mg i.v.
    • Kinder: 2 mg/kg Kg i.v., alternativ: 100 mg rektal
  • Pseudokrupp / Epigottitis:
    • Kinder: 2 mg/kg Kg i.v., alternativ: 100 mg rektal 

 Tipp

Aufgrund der vergleichsweise langen Anschlagszeit soll eine frühzeitige Gabe erfolgen. 

Wirkung

• Mineralstoff, der als physiologischer Calcium-Antagonist wirkt:
  • Bronchodilatation
  • Membranstabilisierung am Herz 

Wirkmechanismen auf die Atemwege

• Hemmung des Calciumeinstroms: Magnesium wirkt als physiologischer Calcium-Antagonist und beeinflusst die glatte Muskulatur durch Hemmung des Calcium-Einstroms → Kontraktion der Bronchialmuskulatur nimmt ab → Bronchodilatation
• Stabilisierung von Mastzellen: Magnesium reduziert die Freisetzung von Histamin und anderen Entzündungsmediatoren → Reduktion der bronchialen Reizung
• Synergieeffekt mit β₂-Sympathomimetika: Wirkverstärkung von z.B. Salbutamol, indem es die cAMP-vermittelte Relaxation der Bronchien unterstützt 

Anwendungsgebiete

• Status asthmaticus, nach Versagen der Initialtherapie

Praxisrelevante Hinweise

• Dosierung:
  • 2 g i.v. über 20 Minuten

 Merke

Magnesiumsulfat soll als Kurzinfusion in 100 ml NaCl 0,9 % über 20 Minuten verabreicht werden. Diese langsame Applikation dient der Verträglichkeit und reduziert das Risiko unerwünschter Wirkungen wie Hypotonie oder Herzrhythmusstörungen. Die Gabe soll stets unter EKG- und Blutdrucküberwachung erfolgen.

 Achtung

Bei Kindern ist die Anwendung von Magnesium im Rettungsdienst nicht vorgesehen, da Sicherheit und Wirksamkeit in dieser Altersgruppe nicht ausreichend belegt sind. Daher sollte Magnesium nur bei Erwachsenen eingesetzt werden.

Grundlagen der Atemwegspathophysiologie
 

 Definition

Bronchokonstriktion und Bronchodilatation

Eine Kontraktion der glatten Bronchialmuskulatur führt zur Verengung der Atemwege (Bronchokonstriktion), eine Erschlaffung zur Weitstellung (Bronchodilatation).

• Parasympathikus: Muskarinerge Rezeptoren → Kontraktion → Verengung
• Sympathikus: β₂-Adrenozeptoren → Relaxation → Weitstellung
• Mechanismen der Bronchokonstriktion: Bronchospasmus, Schleimhautödem, vermehrte Schleimproduktion
• Folgen: Dyspnoe, exspiratorische Atemgeräusche (z. B. Giemen), ggf. Hypoxie

 Info

Hagen-Poiseuille-Gesetz: 

Der Luftstrom ist proportional zur vierten Potenz des Bronchusradius. Eine Halbierung des Durchmessers reduziert den Luftstrom um das 16-Fache.

Physiologie des vegetativen Nervensystems

Sympathikus:

 Merke

5 Adrenozeptoren, Merkhilfe „Qiss“: α₁ (Gq), α₂ (Gi), β₁ (Gs), β₂ (Gs), β₃ (Gs)

Parasympathikus:

Häufig verwendete Arzneimittel im Rettungsdienst

β₂-Sympathomimetika:

• Wirkung: Selektive Aktivierung der β₂-Rezeptoren → Bronchodilatation
• Im Rettungsdienst relevant: Kurzwirksame Wirkstoffe (SABA) Salbutamol und Reproterol, Wirkeintritt 30 sek, Wirkdauer 4–6 Std
• Anwendungsgebiete: Asthma bronchiale, COPD, Anaphylaxie
• Salbutamol: Erwachsene 2,5–5 mg inhalativ, Kinder 0,5 mg/Lebensjahr (max. 2,5 mg)
• Reproterol: Erwachsene 0,09 mg i.v. über 0,5–1 min, Kinder (ab 3. Lebensmonat) 1 µg/kg KG i.v. über 10 min

 Achtung

Für eine effektive Verneblung muss der Sauerstofffluss mindestens 8 Liter pro Minute betragen.

Parasympatholytika (Anticholinergika):

• Wirkstoff: Ipratropiumbromid
• Wirkung: Kompetitive Blockade der M₃-Rezeptoren → Acetylcholinwirkung gehemmt → Bronchodilatation
• Dosierung: Erwachsene 0,5 mg, Kinder 0,25 mg inhalativ

 Tipp

Salbutamol + Ipratropiumbromid werden häufig gemeinsam vernebelt → Synergieeffekt mit stärkerer und länger anhaltender Bronchienerweiterung.

Adrenalin:

• Wirkung: α₁ (Vasokonstriktion, Schleimhautabschwellung), β₁ (positiv chronotrop, inotrop), β₂ (Bronchodilatation)
• Anwendungsgebiete: Anaphylaxie, Pseudokrupp/Epiglottitis
• Anaphylaxie: Erwachsene 0,5 mg i.m., Kinder 6–12 Jahre 0,3 mg i.m., Kinder < 6 Jahre 0,15 mg i.m.
• Verneblung: 2–4 mg pur

 Merke

Bei inhalativer Gabe ist eine kontinuierliche EKG- und Blutdrucküberwachung zwingend: Gefahr von Tachykardie, Hypertonie und Herzrhythmusstörungen.

Glukokortikoide:

• Wirkstoff: Prednisolon
• Wirkung: Entzündungshemmend, antiallergisch, antiödematös, immunsuppressiv; verstärkt die Wirkung von β₂-Sympathomimetika
• Dosierung: COPD 50 mg i.v., Status asthmaticus 100 mg i.v., Anaphylaxie 250 mg i.v.; Kinder 2 mg/kg KG i.v. oder 100 mg rektal

 Tipp

Wegen der langen Anschlagszeit frühzeitig geben.

Magnesium:

• Wirkung: Physiologischer Calcium-Antagonist → Bronchodilatation, Mastzellstabilisierung
• Anwendungsgebiet: Status asthmaticus nach Versagen der Initialtherapie
• Dosierung: 2 g i.v. über 20 min, unter EKG- und Blutdrucküberwachung