Homöostase und Vitalzeichen: ihre Rolle für die Gesundheit und ihre Wiederherstellung

Einführung

Der gesunde menschliche Körper erledigt alle Arbeit, die er braucht, um sich selbst zu erhalten, Dazu gehören die Ausscheidung von Abfallstoffen und das Einatmen von Sauerstoff, um Energie aus Zucker freizusetzen. Er nutzt auch den Prozess der Homöostase, um sich selbst im Gleichgewicht zu halten – er stellt genau die richtige Anzahl von Zellen her, um abgenutzte Zellen zu ersetzen, und genau die richtige Menge an Hormonen, um eine notwendige Reaktion zu signalisieren. Dieser Artikel erklärt die Homöostase, ihre zentrale Rolle bei der Aufrechterhaltung der Gesundheit und wie die Vitalzeichen bei Krankheit entscheidend dazu beitragen, sie wiederherzustellen.

Aktivitäten des täglichen Lebens

Die meisten gesunden Erwachsenen führen ein unabhängiges Leben, in dem sie eine Reihe von Tätigkeiten wie Gehen, Füttern, Ausscheiden, Waschen und Anziehen ausüben. Diese Aktivitäten, die als Aktivitäten des täglichen Lebens (ADL) bezeichnet werden, spiegeln die zugrunde liegenden physiologischen Prozesse des Körpers wider und werden als Maß für die Gesundheit verwendet.

Kranke Menschen sind nicht immer in der Lage, alle ADLs auszuführen, oder nicht im gleichen Maße wie gesunde Menschen. Die Bestimmung der ADLs, die sie nicht oder nur schwer ausführen können, hilft den Angehörigen der Gesundheitsberufe bei der Beurteilung ihrer Bedürfnisse. Die ADLs messen den Grad der Abhängigkeit einer Person von Hilfe. Sie werden beispielsweise verwendet, um Patienten vor der Entlassung zu beurteilen, ob sie wieder ein unabhängiges Leben führen können oder weitere Unterstützung benötigen.

Alle ADLs, die wir ausführen, spiegeln die Lebensprozesse wider, die uns am Leben erhalten. Diese wiederum werden von unseren Körpersystemen ausgeführt. Wenn wir gesund sind, geschieht dies korrekt und auf dem richtigen Niveau. Wie geschieht das?

Stabilisierung der Zellen

Alles Leben ist zellulär, das heißt, es besteht aus Zellen. Wie alle lebenden Organismen müssen auch wir Menschen unsere Zellen pflegen, um uns am Leben zu erhalten. Lebende Organismen existieren in zwei Umgebungen:

• Die äußere Umgebung, der Planet, auf dem wir uns befinden, die Erde;
• die innere Umgebung, die unter unserer Haut liegt.

Unsere äußere Umgebung verändert sich ständig. Wir können die Dinge, die sich verändern, oder Variablen (wie die Außentemperatur, den Wasserstand, den Luftdruck, den Sauerstoffgehalt und den Stickstoffgehalt) messen, aber wir können wenig dagegen tun. Unser inneres Milieu wird von diesen Veränderungen beeinflusst, muss aber stabil sein, damit das Leben weitergehen kann.

Alle Zellen im Körper bestehen aus chemischen Stoffen, wie Proteinen, die nur unter ganz bestimmten Bedingungen überleben können. Eier zum Beispiel bestehen hauptsächlich aus einem Eiweiß namens Albumin; wenn man es erhitzt, wird es fest, und wir können es nicht „entkochen“. Auch unser Körper enthält Albumin und ist ebenso empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen. Enzyme, die körperliche Reaktionen ermöglichen, bestehen aus Proteinen. Jede schädliche Veränderung der inneren Bedingungen würde dazu führen, dass die Enzyme nicht mehr funktionieren und wir auch nicht mehr: Unser gesamter Stoffwechsel, die Chemie unserer Zellen, würde zum Erliegen kommen.

Sowohl Zellen als auch Proteine reagieren äußerst empfindlich auf Veränderungen der Variablen in der inneren (wie auch der äußeren) Umgebung. Die Zellen müssen unter anderem bestimmte Temperaturen, einen bestimmten pH-Wert (ein Maß für die Wasserstoffionenkonzentration, das unser Säure-Basen-Gleichgewicht verrät), ein osmotisches Gleichgewicht (das Gleichgewicht zwischen Wasser und gelösten Stoffen) und einen bestimmten Energiegehalt (Zucker und Sauerstoff) einhalten. Da die Zellen eine riesige Gemeinschaft bilden – ein durchschnittlicher erwachsener Mensch hat mehrere Billionen von ihnen – müssen sie auch miteinander kommunizieren, um sich gegenseitig mitzuteilen, was vor sich geht. All dies ist Teil unserer inneren Umgebung, in jedem von uns.

Rezeptoren und Effektoren

Der Körper überwacht sich selbst automatisch durch Körpersysteme wie das Nerven- und Hormonsystem. Er hat viele Detektoren, die Informationen über Veränderungen in seiner inneren Umgebung empfangen – sie werden Rezeptoren genannt. Einige Rezeptoren erkennen Veränderungen bei Chemikalien (Chemorezeptoren), andere beim Blutdruck (Barorezeptoren), bei der Temperatur (Thermorezeptoren) oder bei Berührungen oder Hitze, die so extrem sind, dass sie Schmerzen verursachen (Nozizeptoren). Jeder Rezeptor ist auf eine bestimmte Frequenz, die so genannte Modalität, abgestimmt und erkennt eine bestimmte Variable.

Erhält ein Rezeptor Informationen über eine Zustandsänderung der Variable, die er überwachen soll, sendet er Signale an das Gehirn zur zentralen Koordinierung, so dass alle Informationen an einem Ort gesammelt werden. Daraufhin wird eine Antwortnachricht gesendet, um ein entsprechendes Verhalten oder eine Reaktion hervorzurufen. Diese Antwort kann elektrisch (über das Nervensystem) oder chemisch (über das endokrine System) sein und bewirkt eine Veränderung oder einen Effekt, um unsere inneren Bedingungen wieder in einen optimalen Zustand zu bringen.

Dies wird durch Organe oder Zellen bewirkt, die als „Effektoren“ bezeichnet werden, weil sie eine Reaktion bewirken (Abb. 1).

Schwankende Umweltbedingungen

Die Bedingungen in der äußeren und inneren Umwelt ändern sich ständig. Die äußere Umgebung kann wärmer und kälter werden. In der inneren Umgebung verdunstet Wasser aus dem Körper, die Nahrung verändert den pH-Wert, Zellen sterben und müssen in der richtigen Anzahl ersetzt werden. Die Auswirkungen dieser Veränderungen im inneren Milieu werden überwacht und kompensiert.

Der Körper kann zwar das äußere Milieu nicht kontrollieren, aber er ist in der Lage, das innere Milieu zu regulieren, um auf Veränderungen in allen Variablen richtig zu reagieren. Die Nieren regulieren beispielsweise Salz, Wasser und den pH-Wert; das Blut transportiert Wärme in alle Teile des Körpers, versorgt die Zellen mit Sauerstoff und entzieht ihnen Kohlendioxid. All diese Regulierungen erfolgen durch die Homöostase.

Der Grundstein der Gesundheit

Die Homöostase steht im Zentrum unseres Seins. Sie ist der Regulationsmechanismus, der uns am Leben erhält, und nicht nur eine Ansammlung von Chemikalien. Es ist das, was uns biologisch und nicht nur chemisch macht (Cedar, 2012).

Das Konzept wurde erstmals 1865 von Claude Bernard vorgeschlagen und später von Walter Cannon benannt (Cannon, 1926). Es wird oft als „die Aufrechterhaltung eines stabilen inneren Milieus“ beschrieben. Diese Definition ist jedoch für angehende Mediziner eher unbedeutend; wenn sie zu qualifizierten Praktikern werden, wird die fehlende Verbindung zwischen Gesundheit und Homöostase zu einem Problem für die klinische Praxis. Zu verstehen, dass die Homöostase der Eckpfeiler der Gesundheit und ihre Wiederherstellung der Eckpfeiler der klinischen Versorgung ist, ist der erste Schritt zum Verständnis der Patientenreise und der klinischen Entscheidungsfindung.

Die Homöostase verbindet die physiologischen Prozesse (was der Körper tut) mit seinen Zellen (woraus der Körper besteht). Homöostatische Mechanismen sorgen dafür, dass die Variablen im Körper auf dem richtigen Niveau und innerhalb ihres normalen Bereichs bleiben, damit die Zellen überleben und gedeihen. Homöostase ist der physiologische Prozess, der die innere Umgebung in einem stabilen, normalen Zustand hält. Die Homöostase nutzt chemische und biologische Prozesse zur Selbsterhaltung.

Anpassung an Veränderungen

Der Mensch ist ein dynamisches Wesen. Den ganzen Tag über schwankt der Körper: Er wird heißer und kälter, verschwitzt und dehydriert, energiegeladen und müde. Wenn wir gesund sind, bemerken wir diese Veränderungen kaum, da wir in der Lage sind, Verhaltensweisen anzunehmen, die unsere Variablen anpassen und uns wieder in einen sicheren Zustand versetzen: Wir trinken heiße oder kalte Getränke, wir essen oder hören auf zu essen, wir sind aktiv oder ruhen. Die Motivation, unser Verhalten zu ändern, ist eine Folge interner Prozesse, die darauf abzielen, uns in einen sicheren Zustand zu versetzen und zu verhindern, dass uns zu heiß, zu kalt, zu dehydriert oder zu energiearm wird.

Da sich die äußere und innere Umgebung ständig verändert, muss der Körper die Variablen seiner inneren Umgebung innerhalb von Bereichen halten, die für seine Zellen tolerierbar sind, und dies geschieht durch Homöostase. Der Körper misst die Veränderungen, die Sekunde für Sekunde auftreten, und sendet dann Signale, um weitere Veränderungen herbeizuführen, die die Stabilität seiner inneren Umgebung wiederherstellen und seine Variablen innerhalb normaler Bereiche halten. Der wichtigste Mechanismus, durch den dies geschieht, wird als „negative Rückkopplung“ bezeichnet.

Gegenwirkung von Veränderungen

Die negative Rückkopplung funktioniert, indem sie der Richtung der Veränderung entgegenwirkt. Wenn sich eine Variable in eine Richtung bewegt, bewirkt die negative Rückkopplung, dass sie sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt, um sie so nahe wie möglich an einem „Sollwert“ zu halten (Abb. 2). Zum Beispiel ist der innere Thermostat des Menschen auf etwa 37 °C eingestellt. Wird es uns zu heiß, werden negative Rückkopplungsmechanismen aktiviert, um uns abzukühlen: Wir fangen an zu schwitzen, damit die Wärme aus dem Körper verdunstet; die Blutgefäße auf der Hautoberfläche erweitern sich, damit die Wärme nach außen abgegeben werden kann; wir suchen kühle Orte und kühle Getränke auf. Wenn uns zu kalt wird, wirken negative Rückkopplungsmechanismen auch dieser Veränderung entgegen: Wir erwärmen uns durch Zittern, ein Prozess, bei dem sich die Muskeln zusammenziehen, ohne sich zu bewegen, um Wärme zu produzieren; die Blutgefäße verengen sich, um den Wärmeverlust zu verhindern; wir suchen Wärme und heiße Getränke.

Negative Rückkopplungsmechanismen wirken sich nicht nur auf unsere Physiologie aus, sondern auch auf unser Verhalten, indem sie uns dazu motivieren, bestimmte Dinge zu tun – zum Beispiel ein kühles Getränk zu trinken oder einen warmen Pullover anzuziehen. Der Grund dafür ist, dass die meisten Kontrollzentren für die Homöostase im Gehirn angesiedelt sind. Die Ausgänge des Gehirns beeinflussen die Hormonausschüttung unserer endokrinen Drüsen, die Muskelbewegungen, die Stimmung, die Motivation und die Emotionen.

Verstärkung von Veränderungen

Homöostase funktioniert auch durch positive Rückkopplung, bei der eine Veränderung eher gefördert als bekämpft wird. Ein klassisches Beispiel für eine positive Rückkopplung ist die Blutgerinnung nach einer Schädigung eines Blutgefäßes. Die Beschädigung löst Signale an Faktoren im Blut aus, die normalerweise ruhen. Sobald der erste Faktor aktiviert ist, folgt eine Signalkaskade, bei der eine Vielzahl von Faktoren aktiviert wird, was zur Blutgerinnung führt und es dem Körper ermöglicht, das beschädigte Gefäß zu reparieren – wir wollen nicht, dass eine negative Rückkopplung diesen Veränderungen entgegenwirkt und den Prozess stoppt. Eine positive Rückkopplung ist zielgerichtet und verstärkt eine Veränderung, anstatt eine Variable zurückzusetzen, was jedoch wahrscheinlich dazu führt, dass die Variable in ihren vorherigen, gesunden Zustand zurückversetzt wird.

Das Verständnis der Homöostase und der Zustände, die für Körperzellen optimal sind, kann im Gesundheitswesen genutzt werden. Dies kann empirisch durch die Beobachtung von Menschen in Gesundheit und Krankheit und wissenschaftlich durch objektive Messungen geschehen.

Wir haben gesehen, dass jede Variable einen „Sollwert“ hat, um den sie in begrenztem Maße schwankt; wir haben die Natur nachgeahmt, unsere Variablen gemessen und ihre Sollwerte und normalen Bereiche herausgearbeitet. Wenn diese bei Patienten gemessen und überwacht werden, nennt man sie Vitalzeichen.

Anzeichen für das, was geschieht

Patienten zeigen „Symptome“ oder subjektive Empfindungen wie „Fieber“ oder „Unwohlsein“. Da diese Symptome keinen Aufschluss über die zugrundeliegende Ursache geben, ist eine objektive Messung erforderlich, um festzustellen, was vor sich geht. Die Vitalparameter können gemessen und mit ihrem normalen Sollwert oder Bereich verglichen werden. Messungen, die außerhalb des normalen Bereichs liegen, deuten darauf hin, dass etwas nicht stimmt.

In Tabelle 1 sind die wichtigsten von Krankenschwestern und -pflegern überwachten Vitalparameter mit ihren Normalwerten aufgeführt. Weitere diagnostische Untersuchungen können umfassen:

• Elektrolyte (z. B. Natrium, Kalium, Kalzium);
• Blut (z. B. Hämoglobin, rote Blutkörperchen, Neutrophile, Erythrozytensenkungsgeschwindigkeit);
• Harn (z. B. Glukose, Kreatinin).

Wenn ein Vitalzeichen, wie z.B. Temperatur oder Blutdruck, außerhalb des Normalbereichs liegt, kann diese Information dazu dienen, die Ursache des Problems zu diagnostizieren und zu entscheiden, welche Behandlung erforderlich ist.

Bestimmen, welche Vitalzeichen außerhalb ihres normalen Bereichs liegen, hilft dem medizinischen Personal, die zugrunde liegende Ursache zu finden und zu diagnostizieren. Die Messung der Vitalzeichen ist also die Grundlage, um herauszufinden, was nicht in Ordnung ist.

Die meisten Menschen haben Vitalzeichen, die „normal“ sind. Zum Beispiel brauchen wir eine Körpertemperatur von etwa 37 °C, damit die chemischen Reaktionen in den Zellen ablaufen können, und die meisten von uns haben die meiste Zeit über diese Temperatur. Da jedoch starke Aktivität die Körperwärme erhöhen kann, sollte die Temperatur im Ruhezustand gemessen werden. Aus diesem Grund können Patienten gebeten werden, eine Weile zu warten, bevor ihre Vitalzeichen gemessen werden, wenn sie sich kürzlich angestrengt haben. Wenn die Vitalzeichen in Ruhe außerhalb des normalen Bereichs liegen, gelten sie als abnormal.

Den ganzen Tag über schwankt jede Variable oder jedes Vitalzeichen um seinen Sollwert (Abb. 2) – das ist normal, und homöostatische Mechanismen arbeiten ständig daran, sie wieder auf ihren Sollwert zu bringen. Das ist Homöostase in Aktion.

Homöostase bei Krankheit

Homöostase, die es dem Körper ermöglicht, seine innere Umgebung unabhängig von klinischer Unterstützung aufrechtzuerhalten, ist ein Maß für Gesundheit. Krank ist der Körper dann, wenn er nicht mehr homöostatisch ist (Cedar, 2012), und die klinische Intervention ist ein Versuch, die Homöostase wiederherzustellen.

Wenn der Körper krank ist, wird seine Homöostase zu weit aus den Bereichen herausgefordert, in denen sich seine Variablen befinden sollten – über die Grenzen oder Zeiträume hinaus, innerhalb derer er die Variablen wieder auf ihre Sollwerte zurückführen kann, und wir fühlen uns nicht wohl. Oft kann der Körper sich selbst reparieren und die Homöostase wiederherstellen. In solchen Situationen fühlen wir uns subjektiv unwohl (Symptome), aber wir erholen uns, bevor wir klinische Hilfe suchen und/oder objektive Messwerte (Zeichen) erhalten.

Manchmal kann sich der Körper nicht selbst reparieren und benötigt einen klinischen Eingriff zur Wiederherstellung der Homöostase. Durch die Messung der Vitalparameter können die Angehörigen der Gesundheitsberufe feststellen, ob und welche Werte zu stark oder zu lange schwanken (Rose und Clarke, 2010). Klinische Interventionen – wie Medikamente, chirurgische Eingriffe oder Atemunterstützung – können dann eingesetzt werden, um die Homöostase wiederherzustellen.

Vitalzeichen und Notfälle

In Notfällen können die Vitalzeichen von der Norm abweichen. Zum Beispiel kann der Blutdruck durch eine Blutung gesunken sein, der pH-Wert kann durch einen Herzinfarkt aus dem Gleichgewicht geraten sein, das osmotische Gleichgewicht kann durch Nierenversagen verändert sein.

Um das Problem zu beurteilen, müssen alle Angehörigen der Gesundheitsberufe sofort handeln und die Vitalzeichen messen, um festzustellen, welches Körpersystem versagt, und sicherstellen, dass diese Messungen genau und umfassend sind (Lord und Woollard, 2010). Eine rasche und häufige Messung der Vitalparameter trägt dazu bei, Schmerzen zu vermeiden (Elliot und Coventry, 2012) und die Erkennung der ursächlichen Erreger zu verbessern.

Eine frühzeitige Diagnose durch die gründliche Bewertung der Vitalparameter ermöglicht eine rasche Behandlung des kränkelnden Körpersystems. Dies kann einen bedeutenden Unterschied ausmachen, nicht nur zwischen Leben und Tod, sondern auch zwischen einem guten Ergebnis (mit vollständiger Wiederherstellung der Gesundheit) und einem schlechten (mit anhaltenden Problemen) (Kim et al., 2017; Kenzaka et al., 2012).

Bedeutung der Vitalzeichen

Ärzte können beurteilen, ob sich der Gesundheitszustand von Patienten verbessert oder verschlechtert, indem sie deren Vitalzeichen kontinuierlich überwachen (Kim et al., 2017), die objektive Messgrößen für die Homöostase darstellen. Mit diesen objektiven Messwerten können sie klinische Interventionen durchführen, die die Homöostase wiederherstellen und möglicherweise den Tod hinauszögern.

Die Messung der Vitalparameter ist jedoch oft unvollständig, was sich auf die Ergebnisse auswirkt. In einer Studie an 23 australischen Krankenhäusern fehlte bei 77 % der Patienten, bei denen es später zu unerwünschten Ereignissen kam, mindestens ein Vitalzeichen in den Aufzeichnungen (Chen et al., 2009).

Nach Mok et al. (2015) wird die Einstellung des Pflegepersonals zur Messung der Vitalzeichen von ihrem Ausbildungsstand beeinflusst, und die Autoren kommen zu dem Schluss, dass „die Überwachung der Vitalzeichen bei der Planung der Arbeitsbelastung Vorrang haben muss“.

Eine kleinere Studie kam zu dem Schluss, dass die Fähigkeit des Pflegepersonals, klinische Entscheidungen zu treffen, durch das Fehlen einer vollständigen Messung der Vitalparameter beeinträchtigt wurde, was zu Einschränkungen bei der Erkennung von Verschlechterungen bei Patienten führte (Cardona-Morrell et al, 2016). Es gibt viele andere Arbeiten, die zeigen, wie zentral die Vitalzeichen für die Diagnose und Überwachung sind (Boulanger und Toghill, 2009).

Es ist entscheidend, dass Gesundheitsfachkräfte und Studierende die Theorie verstehen, die den Vitalzeichen zugrunde liegt, und dass sie über die klinischen Fähigkeiten zur Durchführung der Messungen verfügen (Rose und Clarke, 2010). Wenn sie die Messung der Vitalparameter nur als eine weitere Aufgabe betrachten und sich nicht bewusst sind, dass sie für die Wiederherstellung der Homöostase und der Gesundheit von zentraler Bedeutung ist, ist die Patientensicherheit gefährdet (Griffiths et al., 2015). Das Pflegepersonal muss erkennen, dass die Messung der Vitalparameter für die Diagnose, die klinische Entscheidungsfindung, die Behandlung und die Überwachung von zentraler Bedeutung ist. Es reicht nicht aus, zu wissen, wie man Vitalzeichen misst – es ist das Verständnis dafür, was sie bedeuten, und das Wissen, warum sie durchgeführt werden, das für die Patientenergebnisse von Bedeutung ist.

Rolle des Pflegepersonals

Wenn klinische Interventionen erfolgreich sind, werden die Patienten zu einer möglichst unabhängigen Existenz zurückgeführt oder zu dem Zustand, in dem sie sich befanden, bevor sie klinische Hilfe suchten und von einer klinischen Intervention abhängig wurden. Die Rolle der Krankenschwestern und Krankenpfleger bei der genauen Bewertung der Vitalparameter und deren regelmäßiger Überwachung ist von wesentlicher Bedeutung, da dadurch sichergestellt wird, dass die richtigen Behandlungen durchgeführt werden, die Genesung gefördert wird, die Homöostase wiederhergestellt wird und der Patient wieder gesund wird.

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