Bedeutung der invasiven und nichtinvasiven CO₂-Überwachung auf der Neugeborenenintensivstation (NICU)

Frühgeburten gehören fast überall auf der Welt zu den Hauptursachen für Mortalität und Morbidität bei Neugeborenen [1]. Die Behandlung extrem unreifer Frühgeborener ist inzwischen so weit fortgeschritten, dass Neonatologen heute routinemäßig Frühchen mit einem Gestationsalter in Schwangerschaftswoche 22 und 23 versorgen, was früher als an der Grenze der Lebensfähigkeit galt [2].

Da zunehmend mehr dieser kleinsten Frühchen überleben, stehen verstärkt die langfristigen Folgen einer Frühgeburt im Fokus [2]. Seit Langem ist bekannt, dass eine engmaschige Überwachung der CO₂-Werte im Blut von Frühgeborenen die Wahrscheinlichkeit eines positiven Verlaufs erhöht [3]. Sowohl Hypokapnie als auch Hyperkapnie werden mit unerwünschten langfristigen Folgen für Frühchen in Verbindung gebracht, wie dem erhöhten Risiko einer bronchopulmonalen Dysplasie (BPD), intraventrikulärer Blutung (IVH) und Hirnläsionen [4]. Aufgrund der Bedeutsamkeit der CO₂-Überwachung empfehlen die aktuellen Leitlinien des UK National Institute for Health and Care Excellence (NICE) die CO₂-Überwachung von Neugeborenen unmittelbar nach der ersten Stabilisierung bis zur Entlassung [5].

Die CO₂-Überwachung kann invasiv (durch Fersenstich, Punktion einer Vene/Arterie oder Blutentnahme über einen Verweilkatheter) oder nichtinvasiv (z. B. durch endtidales oder transkutane Monitoring) erfolgen. In der Fachwelt besteht Konsens darüber, dass das nichtinvasive Monitoring die invasive Überwachung nicht ersetzen kann, aber eine sinnvolle Ergänzung dazu ist [6].

CO₂ und zerebrale Autoregulation

Das Gehirn ist in der Lage, den zerebralen Blutfluss über einen großen Wertebereich des zerebralen Perfusionsdrucks hinweg konstant zu halten. Dies wird als zerebrale Autoregulation bezeichnet [7]. Mit anderen Worten führen Blutdruckschwankungen, die bei Frühgeborenen häufig auftreten, nicht zu einer Veränderung des zerebralen Blutflusses und der Sauerstoffversorgung (Abbildung 1).

Die zerebrale Autoregulation verfolgt drei Hauptziele: Versorgung des Gehirns mit einer konstanten O₂-Menge, Elimination von CO₂ und anderen Metaboliten und Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden zerebralen Blutflusses [7]. Obwohl die zerebrale Autoregulation seit den 1970er Jahren erforscht wird, ist der zugrunde liegende Mechanismus immer noch nicht vollständig geklärt. Bei Frühgeborenen wird die zerebrale Autoregulation von zahlreichen Faktoren beeinflusst, wie Gestationsalter, Hypoxie, Atemwegserkrankungen, angeborenen Herzerkrankungen und nekrotisierender Enterokolitis. Diese können die Reaktionsfähigkeit der Blutgefäße im Gehirn gegenüber CO₂ und O₂ beeinflussen [7]. .

Eine Änderung der Reaktionsfähigkeit kann sich auf den zerebralen Blutfluss auswirken und Schwankungen der CO₂- und O₂-Werte verursachen. Das erhöht das Risiko einer intraventrikulären Blutung (IVH) und damit eines negativen Verlaufs für das Frühgeborene [8]. Demzufolge ist eine engmaschige CO₂-Überwachung gerade für Neugeborene, auf die die o.g. Faktoren zutreffen, besonders wichtig.

Abb. 1. Korrelation zwischen Perfusionsdruck und Blutfluss im Gehirn. Im Bereich der Autoregulation bleibt der zerebrale Blutfluss auch bei Veränderungen des Perfusionsdrucks im Gehirn konstant. Grundlage: [7].

Nichtinvasive CO₂-Überwachung bei der nichtinvasiven Beatmung von Neugeborenen

Die mechanische Beatmung und die Verabreichung von Tensiden spielen für den positiven Verlauf nach einer Frühgeburt eine zentrale Rolle. Es zeigt sich aber immer deutlicher, dass eine mechanische Beatmung insbesondere über einen längeren Zeitraum die Entwicklung der Lunge hemmen und so das Risiko für BPD erhöhen kann [9]. Damit rückten nichtinvasive Beatmungsmethoden und eine weniger invasive Verabreichung von Tensiden immer mehr in den Mittelpunkt des Interesses [9].

Zu nichtinvasiven Beatmungsmethoden für Neugeborene gehören Beatmung mit kontinuierlichem positivem Atemwegsdruck der Nase (NCPAP), nasale intermittierende positive Druckbeatmung (NIPPV), Hochfrequenz-Oszillationsbeatmung (HFOV) und High-Flow-Nasenkanüle [10].

Bei den meisten dieser Beatmungsformen ist eine endtidale Kapnografie aufgrund der Eigenschaften der Neugeborenenlunge und der Beatmung mit niedrigen Tidalvolumina, großem Beatmungstotraum, hohen Atemfrequenzen und kurzer Exspirationszeit nicht möglich [11].

In einer solchen Situation ist das transkutane Monitoring von CO₂ eine geeignete nichtinvasive Methode zur kontinuierlichen Bereitstellung von CO₂-Werten. Dies spiegelt sich in den Leitlinien der American Association For Respiratory Care (AARC) wider, in denen das transkutane Monitoring für die „mechanische Beatmung, einschließlich konventioneller Beatmungsformen, Hochfrequenzbeatmung, Hochfrequenz-Jetbeatmung und nichtinvasiver Beatmung“ [12] empfohlen wird. Die Arbeitsgruppe um Scrivens kam zu dem Schluss, dass „TCCO₂ im Vergleich zur endtidalen Überwachung eine sichere und sinnvolle Möglichkeit für die PCO₂- Überwachung mit weniger Blutentnahmen darstellt, wobei Eltern sich aber darauf verlassen können, dass eine angemessene Überwachung stattfindet“ [13].

Qualitätsverbesserungen und Sicherheit durch transkutanes Monitoring von CO₂

Studien haben gezeigt, dass die Anzahl von Blutentnahmen bei Frühgeborenen mithilfe des transkutanen CO₂-Monitorings um bis zu 25 % reduziert werden kann [14]. So wird nicht nur die Anzahl der schmerzhaften Eingriffe reduziert, denen ein Neugeborenes ausgesetzt ist, sondern auch der damit verbundene Blutverlust, der bei einem extrem unreifen Frühgeborenen in den ersten Lebenswochen bis zu 1/3 des gesamten Blutvolumens ausmachen kann [15].

Für das transkutane Monitoring wird ein Sensor verwendet, der bei Säuglingen üblicherweise auf 38 bis 44 °C erwärmt wird. Dies führte anfänglich zu Sicherheitsbedenken, insbesondere bei extrem unreifen Frühgeborenen mit äußerst empfindlicher Haut [16].

Diese Bedenken wurden durch erste Fallberichte über Hautläsionen verstärkt, die – so wurde angenommen – auf die Temperatur des Hautsensors zurückzuführen waren [17].

Die Arbeitsgruppe um Prizant berichtete von Hautläsionen bei Neugeborenen (neonatale Anetodermie). Sie vermuteten, dass es sich dabei um Komplikationen handelte, die von anderen in der Neonatalmedizin verwendeten Sensoren wie EKG, Temperaturfühler mit Klebstoff verursacht wurden. Sie nahmen an, dass das Risiko persistierender Hautschäden auf eine fehlende Rotation der Sensorplatzierung zurückzuführen war, anstatt nur auf hohe Temperaturen [18].

Moderne transkutane Geräte verwenden in der Regel eine niedrigere Temperatur für die Überwachung von CO₂ bei Neugeborenen. In neuesten Fachartikeln wird nicht von langfristigen Hautschäden berichtet. In einer Studie wurde bei 2 % der überwachten Säuglinge ein vorübergehendes Erythem an der Anwendungsstelle beobachtet, dauerhafte Hautverbrennungen wurde nicht festgestellt [19].

Zusammenfassung

Die kontinuierliche Überwachung von CO₂ ist ein wichtiges Element der Neonatalmedizin, insbesondere bei besonders kleinen und kranken Neugeborenen mit hohem Risiko für Veränderungen der zerebralen Perfusion aufgrund von CO₂-Schwankungen. Idealerweise erfolgt die CO₂-Überwachung mittels einer Kombination aus invasiven und nichtinvasiven Methoden. Das transkutane Monitoring von CO₂ kann unabhängig von der Beatmungsmethode verwendet werden und bietet eine sichere, nichtinvasive Überwachung, sodass die Anzahl der entnommenen Blutproben, die für eine ordnungsgemäße Überwachung des Neugeborenen erforderlich sind, verringert werden kann.

Referenzen

1. Liu L, Oza S, Hogan D et al. Global, regional, and national causes of under-5 mortality in 2000–15: An updated systematic analysis with implications for the Sustainable Development Goals. The Lancet 2016; 388, 10063: 3027–35.
2. Saugstad OD. The Newborn at the edge of viability. Acta paediatrica (Oslo, Norway : 1992) 2016; 105, 11: 1249–51.
3. Müller AM, Morales C, Briner J, Baenziger O, Duc G, Bucher HU. Loss of CO₂ reactivity of cerebral blood flow is associated with severe brain damage in mechanically ventilated very low birth weight infants. European journal of paediatric neurology : EJPN : official journal of the European Paediatric Neurology Society 1997; 1, 5-6: 157–63.
4. Hochwald O, Borenstein-Levin L, Dinur G, Jubran H, Ben-David S, Kugelman A. Continuous Noninvasive Carbon Dioxide Monitoring in Neonates: From Theory to Standard of Care. Pediatrics 2019; 144, 1.
5. NICE. Specialist neonatal respiratory care for babies born preterm, 2021 [cited 2021 Aug 5]. Available from: URL:https://www.nice.org.uk/guidance/ng124.
6. Sandberg KL, Brynjarsson H, Hjalmarson O. Transcutaneous blood gas monitoring during neonatal intensive care. Acta Paediatr 2011; 100, 5: 676–79.
7. Kooi EMW, Richter AE. Cerebral Autoregulation in Sick Infants: Current Insights. Clinics in perinatology 2020; 47, 3: 449–67.
8. Rhee CJ, da Costa CS, Austin T, Brady KM, Czosnyka M, Lee JK. Neonatal cerebrovascular autoregulation. Pediatric research 2018; 84, 5: 602–10.
9. Herting E, Härtel C, Göpel W. Less invasive surfactant administration: Best practices and unanswered questions. Current opinion in pediatrics 2020; 32, 2: 228–34.
10. Permall DL, Pasha AB, Chen X-Q. Current insights in non-invasive ventilation for the treatment of neonatal respiratory disease. Italian journal of pediatrics 2019; 45, 1: 105.
11. Schmalisch G. Current methodological and technical limitations of time and volumetric capnography in newborns. Biomedical engineering online 2016; 15, 1: 104.
12. Restrepo RD, Hirst KR, Wittnebel L, Wettstein R. AARC clinical practice guideline: Transcutaneous monitoring of carbon dioxide and oxygen: 2012. Respir Care 2012; 57, 11: 1955–62.
13. Scrivens A, Zivanovic S, Roehr CC. Is waveform capnography reliable in neonates? Archives of disease in childhood 2019; 104, 7: 711–15.
14. Mukhopadhyay S, Maurer R, Puopolo KM. Neonatal Transcutaneous Carbon Dioxide Monitoring--Effect on Clinical Management and Outcomes. Respir Care 2016; 61, 1: 90–97.
15. Counsilman CE, Heeger LE, Tan R et al. Iatrogenic blood loss in extreme preterm infants due to frequent laboratory tests and procedures. The journal of maternal-fetal & neonatal medicine : the official journal of the European Association of Perinatal Medicine, the Federation of Asia and Oceania Perinatal Societies, the International Society of Perinatal Obstetricians 2019: 1–6.
16. Hirata K, Nishihara M, Oshima Y, Hirano S, Kitajima H. Application of transcutaneous carbon dioxide tension monitoring with low electrode temperatures in premature infants in the early postnatal period. Am J Perinatol 2014; 31, 5: 435–40.
17. Golden SM. Skin craters--a complication of transcutaneous oxygen monitoring. Pediatrics 1981; 67, 4: 514–16.
18. Prizant TL, Lucky AW, Frieden IJ, Burton PS, Suarez SM. Spontaneous atrophic patches in extremely premature infants. Anetoderma of prematurity. Archives of dermatology 1996; 132, 6: 671–74.
19. Uslu S, Bulbul A, Dursun M, Zubarioglu U, Turkoglu E, Guran O. Agreement of Mixed Venous Carbon Dioxide Tension (PvCO₂) and Transcutaneous Carbon Dioxide (PtCO₂) Measurements in Ventilated Infants. Iranian journal of pediatrics 2015; 25, 1: e184.