How to Administer Near-Infrared Spectroscopy in Critically ill Neonates, Infants, and Children

Nora Bruns; Julia Moosmann; Frank M&#252;nch; Christian Dohna-Schwake; Joachim Woelfle; Robert Cesnjevar; Sven Dittrich; Ursula Felderhoff-M&#252;ser; Hanna M&#252;ller

doi:10.3791/61533

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Tıp

Wie man Nahinfrarot-Spektroskopie bei kritisch kranken Neugeborenen, Säuglingen und Kindern verabreicht

Published: August 19, 2020

doi:

10.3791/61533

Nora Bruns¹, Julia Moosmann², Frank Münch³, Christian Dohna-Schwake¹, Joachim Woelfle⁴, Robert Cesnjevar³, Sven Dittrich², Ursula Felderhoff-Müser¹, Hanna Müller⁴

¹Department of Pediatrics I – Neonatology, Pediatric Intensive Care, Pediatric Neurology,University Hospital Essen, University of Duisburg-Essen, ²Department of Pediatric Cardiology,University Hospital Erlangen, University of Erlangen-Nürnberg, ³Department of Pediatric Cardiac Surgery,University Hospital Erlangen, University of Erlangen-Nürnberg, ⁴Division of Neonatology and Pediatric Intensive Care, Department of Pediatrics,University Hospital Erlangen, University of Erlangen-Nürnberg

Özet

Dieses Protokoll soll Ärzten helfen, die regionale Gewebesauerstoffversorgung an verschiedenen Körperstandorten bei Säuglingen und Kindern zu messen. Es kann in Situationen verwendet werden, in denen die Sauerstoffversorgung des Gewebes potenziell beeinträchtigt wird, insbesondere während des herzkarnierenden Bypasss, bei der Verwendung nicht-pulsatiler Herzhilfegeräte und bei kritisch kranken Neugeborenen, Säuglingen und Kindern.

Abstract

Die Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) berechnet die regionale Gewebesauerstoffversorgung (rSO₂) anhand der verschiedenen Absorptionsspektren von sauerstoffhaltigen und desoxygenierten Hämoglobinmolekülen. Eine Sonde auf der Haut emittiert Licht, das vom darunter liegenden Gewebe absorbiert, gestreut und reflektiert wird. Detektoren in der Sonde spüren die Menge des reflektierten Lichts: Dies spiegelt das organspezifische Verhältnis von Sauerstoffzufuhr und -verbrauch wider – unabhängig vom pulsatilen Fluss. Moderne Geräte ermöglichen die gleichzeitige Überwachung an verschiedenen Körperstandorten. Ein Anstieg oder Eintauchen in der rSO_2-Kurve visualisiert Veränderungen des Sauerstoffangebots oder der Sauerstoffnachfrage, bevor Vitalzeichen darauf hinweisen. Die Entwicklung der rSO_2-Werte in Bezug auf den Ausgangspunkt ist für die Interpretation wichtiger als absolute Werte.

Eine routinemäßige klinische Anwendung von NIRS ist die Überwachung der somatomatischen und zerebralen Sauerstoffversorgung während und nach der Herzoperation. Es wird auch bei Frühgeborenen mit Risiko für nekrotisierende Enterokolitis, Neugeborene mit hypoxischer ischämischer Enzephalopathie und einem potenziellen Risiko einer gestörten Gewebesauerstoffversorgung verabreicht. In Zukunft könnte NIRS zunehmend im multimodalen Neuromonitoring eingesetzt oder zur Überwachung von Patienten mit anderen Erkrankungen (z. B. nach Reanimation oder traumatischen Hirnverletzungen) eingesetzt werden.

Introduction

Nahinfrarotspektroskopie (NIRS) misst nichtinvasiv die regionale Gewebesauerstoffsättigung (rSO₂) im Gehirn, Muskel, Nieren, Leber oder Darm¹^,²^,³^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷^,⁸^,⁹. Es wird in der Intensivmedizin und Herzchirurgie angewendet, um “Echtzeit” Sauerstoffverbrauch und somatische Gewebesättigung¹⁰zu überwachen.

Eine Sonde auf der Haut emittiert Nahinfrarotlicht (700 – 1000 nm)^11, das bis zu einer Tiefe von ca. 1-3 cm in Gewebe und Knochen eindringt und dadurch gestreut, absorbiert und reflektiert wird¹². Detektoren in der Sonde spüren die Menge des reflektierten Lichts – die relativ viel desoxygeniertes Hämoglobin darstellt – und berechnen einen numerischen Wert, der die regionale Sauerstoffsättigung in Prozent (%)²angibt. Im Gegensatz zur Pulsoximetrie (die die systemische Sauerstoffversorgung reflektiert und einen pulsatilen Durchfluss erfordert), reflektiert NIRS die venöse Sauerstoffsättigung und benötigt keinen pulsatilen Durchfluss, wodurch es für Strömungsarme Situationen wie den kardiopulmonalen Bypass⁷geeignet ist.

Das rSO₂ spiegelt das Gleichgewicht zwischen Sauerstoffzufuhr und Verbrauch im Gewebe wider – Veränderungen in beiden werden sichtbar, noch bevor Veränderungen sonst klinisch sichtbar werden. Änderungen relativ zur Basislinie sind wichtiger als die absoluten Messwerte selbst¹⁰^,¹³^,¹⁴^,¹⁵^,¹⁶. Die Messung von rSO₂ hilft Ärzten, Patienten während einer Herzoperation, des Herz-Lungen-Bypasss und auf der Intensivstation zu überwachen; es kann auch bei der Führung der Sauerstofftherapie bei Frühgeborenen helfen und Nieren-, Splanchnic- und systemische Perfusion^12,^17,^18,^19,²⁰^,²¹überwachen.

NIRS ist eine sichere, machbare²²und einfache Möglichkeit, die Sauerstoffversorgung des Gewebes kontinuierlich zu überwachen. In Kombination mit anderen zerebralen Biomarkern und Neuromonitoring-Techniken (z. B. kontinuierliches oder amplitudenintegriertes EEG) wird NIRS wahrscheinlich bei der zukünftigen (multimodalen) Überwachung bei Neonaten und Kindern²³^,²⁴eine Rolle spielen. In diesem Artikel zeigen wir Ärzten, wie man NIRS-Monitoring für verschiedene Organsysteme einrichtet, erklärt, wie sich rSO_2-Werte entsprechend Veränderungen in der Physiologie entwickeln, und präsentieren typische Ergebnisse aus verschiedenen klinischen Umgebungen.

Protocol

NIRS wird als Teil der klinischen Routine des Krankenhauses durchgeführt. Es wird in pädiatrischen Herzchirurgie-Interventionen im Rahmen der Qualitätssicherung vom Kompetenznetzwerk angeborene Herzfehler (http://www.kompetenznetz-ahf.de), der Pediatric Cardio Anesthetic Working Group und der Deutschen Gesellschaft für Herz-Kreislauf-Technik25empfohlen. Das Protokoll folgt den Leitlinien der Ethikkommission für Humanforschung der Institution. Wir haben von beiden Elternteilen jedes Imbisses die schriftliche Zustimmung bezüglich der Dreharbeiten und veröffentlichung des Materials eingeholt. Das Protokoll, das wir vorlegen, entspricht der klinischen Praxis im Krankenhaus und gilt für Säuglinge und Kinder jeden Alters. Wenn es besondere Bedenken für eine bestimmte Altersgruppe gibt, weisen wir dies in einer Notiz im Protokoll darauf hin. 1. Vorbereitung Schließen Sie das NIRS-Gerät an, und schalten Sie es ein. Geben Sie die Daten des Patienten entsprechend der Einrichtung des Geräts ein. Wählen Sie die richtige Sonde nach dem Gewicht des Patienten und dem vorgesehenen Einsatzort aus. Der Gewichtsbereich ist auf der Verpackung der Sonde angegeben und hängt vom Hersteller ab (siehe Tabelle 1 für eine Übersicht der Gewichtsbereiche bei gängigen Herstellern). Stellen Sie sicher, dass die Haut des Patienten sauber und trocken ist, um eine optimale Haftung zu erzielen. Trocknen Sie die Haut bei Bedarf mit einem Tupfer. Seien Sie sehr vorsichtig oder lassen Sie die Reinigung weg, wenn die Haut anfällig ist. 2. Stellen Sie die Sonde Nachdem Sie die richtige Sondenposition identifiziert haben, biegen Sie die Mitte der Sonde vorsichtig zur Seite der weißen Abdeckung, bis sie abspringt. Ziehen Sie die Abdeckung vorsichtig ab, ohne die klebrige Oberfläche der Sonde zu berühren. Legen Sie den Sensor von der Mitte der Sonde bis zu den Seiten auf die Haut. Stellen Sie sicher, dass die Ränder der Sonde fest mit der Haut verbunden sind. Wenn der Prüfpunkt getrennt wird, werden falsche NIRS-Werte abgerufen. Die Trennung in einer hellen Umgebung verursacht falsche hohe Werte. Die Trennung in einer dunklen Umgebung verursacht falsche niedrige Werte.HINWEIS: Um Hautläsionen zu vermeiden, legen Sie die Sonde nicht auf sehr unreife oder empfindliche Haut. Wenn die Sonde auf empfindlicher Haut platziert werden muss, verwenden Sie eine Schicht von Zellophan zwischen der Haut und der Sonde, oder lassen Sie die Abdeckung auf. Vermeiden Sie bei der Befestigung der Sonde Druck auf sie auszuüben (z. B. über eine Baby-Flow-Cap oder ein Stirnband), da dies die Hautdurchblutung beeinträchtigen und eine fehlerhafte Messung verursachen kann. 3. Wählen Sie die Sondenposition Zerebrale: Legen Sie die NIRS-Sonde im supraorbitalen Bereich auf die Stirn unterhalb des Haaransatzes, um Werte aus dem frontalen Kortex zu erhalten. Stellen Sie die Sonde nicht über das Haar, die Frontalsinus, den temporalen Muskel, Nevi, den überlegenen sagittalen Sinus, intrakranielle Blutungen oder andere Anomalien, da dies die Messung ändern kann und die erhaltenen Werte keine regionale Gewebesauerstoffversorgung darstellen. Die Platzierung von zwei Sonden, eine auf jeder Stirn, ermöglicht eine selektive Analyse beider Hemisphären, wenn die klinische Einstellung dies erfordert. Benachbarte Sonden emittieren und messen abwechselnd Signale, um Interferenzen zu vermeiden.HINWEIS: Der rSO2-Wert spiegelt nur den Sauerstoffzustand des Gewebes unter der Sonde wider – für ein großes Organ wie das Gehirn spiegeln die erhaltenen Werte nicht den Sauerstoffzustand des gesamten Organs wider. Somatic: Wählen Sie eine Position über dem Interessenbereich aus. Vermeiden Sie Fettablagerungen, Haare und Knochen. Stellen Sie die Sonde nicht über Nevi, Hämatom und verletzter Haut. Denken Sie immer daran, dass die Tiefe des NIRS-Signals ca. 2,5 cm beträgt – wenn das Interessensorgan weiter von der Sonde entfernt ist, kann es nicht analysiert werden. Verwenden Sie für renales oder hepatisches NIRS Ultraschall, um die korrekte Platzierung zu gewährleisten. Nieren: Suchen Sie die Niere über dorsal sagittale Sonogramm vor der Platzierung der Sonde. Stellen Sie sicher, dass der Haut-zu-Organ-Abstand die maximale Tiefe der Sonde nicht überschreitet.HINWEIS: Die Verwendung von Ultraschall kann das Prinzip der minimalen Handhabung beeinträchtigen (z. B. bei sehr frühgeborenen Säuglingen). Darm: Platzieren Sie die Sonde im Interessenbereich (z. B. unterhalb des Nabels oder im rechten oder linken unteren Quadranten).HINWEIS: Freie Luft oder Flüssigkeit im Bauch kann die Messung der gewebesauerstofffreien Versorgung des gewünschten Organs unmöglich machen. Leber: Stellen Sie die Sonde genau über die Leber. Wenn möglich, bestätigen Sie seine Position durch Ultraschall. Um zu vermeiden, dass das falsche Organ gemessen wird, stellen Sie sicher, dass das Lebergewebe unter der Sonde mindestens so tief ist, wie das emittierte Licht eindringt (1-3 cm, je nach ausgewählter Sonde). Fuß: Legen Sie die Sonde auf den Plantarteil des Fußes. Die Messung von NIRS im entferntesten Teil des Körpers gibt Informationen über die periphere Perfusion während der Unterkühlung, bei Patienten mit Schock oder in einer Situation, in der die Pulsoximetrie nicht funktioniert. Muskel: Legen Sie die Sonde über den Muskel von Interesse. 4. Legen Sie die Basislinie fest 1-2 Minuten nach dem Platzieren der Sonde, stellen Sie die Basislinie durch Drücken der entsprechenden Taste auf dem Gerät. Die Basislinie spiegelt den Startpunkt der Messung wider. Die Entwicklung der Gewebeperfusion in jedem überwachten Bereich kann individuell beobachtet und interpretiert werden, indem man sich auf die Veränderung vom Ausgangswert stützt. 5. Prüfen Sie auf Probleme mit dem Gerät oder klinische Komplikationen Wenn das Gerät angibt, dass eine schlechte Aufnahmequalität oder Werte unglaubwürdig sind, bestätigen Sie, dass alle oben genannten Schritte korrekt ausgeführt wurden. Ersetzen Sie bei Bedarf die Sonde und den Vorverstärker, und überprüfen Sie alle elektrischen Steckerkontakte. Überprüfen Sie, ob externe Lichtquellen den Sensor und den Kontakt beeinflussen können. Bedecken Sie die Sonde lichtdicht, wenn störende Lichtquellen nicht eliminiert werden können. Nachdem Sie technische Probleme ausgeschlossen haben, überprüfen Sie den Patienten auf klinische Komplikationen.

Representative Results

Der gemessene rSO2-Wert ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen Sauerstoffzufuhr und -verbrauch (Abbildung 1A); unterschiedliche metabolische Eigenschaften führen je nach Alter und Organ zu leicht unterschiedlichen Normalwerten (Tabelle 2). Beachten Sie, dass – mit Ausnahme des Gehirns – wissenschaftlich ausgewertete Referenzwerte nur für Frühgeborene und Neugeborene existieren26,27,28,29,30,31 und die meisten Protokollschritte auf den Empfehlungen der Hersteller, der persönlichen Erfahrung und dem Gutachten beruhen ( Tabelle3). Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Werte vom verwendeten Gerät und den verwendeten Sensoren abhängen und eine hohe interindividuelle Variabilität30,32aufweisen. Kritisch niedrige Werte und kritische Änderungen im Verhältnis zur Basislinie stammen aus Erfahrung und Expertenmeinung. Wenn Sauerstoffversorgung und -nachfrage mit physiologischen Werten ausgeglichen sind, liegt die Sauerstoffversorgung des Gewebes im normalen Bereich. Veränderungen der Sauerstoffversorgung oder des Sauerstoffverbrauchs führen dazu, dass der rSO2-Wert sinkt oder steigt (Abbildung 1B,1C). Eine typische Kurve, die normale zerebrale und renale NIRS-Werte anzeigt, wird in Abbildung 2 von Anfang bis 14:25 Uhr angezeigt. Im Folgenden bieten wir Beispiele, um zu zeigen, wie sich Veränderungen der zugrunde liegenden physiologischen Bedingungen auf rSO2auswirken. Während der Herzchirurgie manipulieren Ärzte die Durchblutung kontrolliert – daher sind die Auswirkungen auf rSO2 leicht zu beobachten. Zum Beispiel führt das Spannen der absteigenden Aorta dazu, dass die zerebrale Perfusion und das entsprechende rSO2 ansteigt; Durchblutung des Unterkörpers führt zu einer rSO2 Abnahme (Abbildung 2). Eine weitere – nicht-chirurgische – Ursache für erhöhte zerebrale Durchblutung und erhöhte zerebrale rSO2 ist hyperdynamischer Schock in Verbindung mit hoher Herzleistung (Abbildung 3). Bei Kälteschock kann ein fallendes Renal rSO2 zusammen mit stabilem zerebralen rSO2 das erste Zeichen sein; eine Abnahme sowohl der Nieren- als auch der HirnrSO2 kann später im Kurs23auftreten. Kombinierte zerebrale und renale NIRS kann helfen, frühe Stadien des Schocks zu identifizieren, in denen die zerebrale Perfusion auf einem normalen Niveau gehalten wird, aber die somatische Perfusion bereits23beeinträchtigt ist. Bei Verwendung von zwei zerebralen NIRS-Sonden sollten die Werte von der rechten und linken Seite ähnlich sein – Dissonanz zwischen dem rechten und linken Kanal NIRS kann durch die unvollständige Haftung des NIRS-Sensors verursacht werden(Abbildung 4, roter Stern) oder auf eine Komplikation hinweisen: Bei einigen Herzoperationen wird das Gehirn selektiv über eine Halsschlagader durchdrungen, indem es intracererale Kollaterale verwendet. Während dieses Verfahrens kann dissonanz zwischen den beiden zerebralen NIRS-Kanälen helfen, einen dysfunktionalen Kreis von Willis zu diagnostizieren (Abbildung 5). Ein weiteres Beispiel für eine von NIRS entdeckte Komplikation ist eine dislozierte Vena cava superior Kanüle während des herzkarrenförmigen Bypasss, die zu venöser Stase und einer abgesenkten zerebralen Sauerstoffversorgung führt (Abbildung 6). Die Verwendung von NIRS kann helfen, beeinträchtigte zerebrale Perfusion zu identifizieren, die sonst unentdeckt bleiben würde und zu schweren Hirnschäden führen würde. Neben der Herzchirurgie und der Herzintensivpflege können rSO2-Messungen auch die “Standard”-Pädiatrische Intensivpflege erleichtern – Komplikationen und Therapieveränderungen können mit Veränderungen des zerebralen rSO2 einhergehen (Abbildung 7). Abbildung 1: Ausgleich des Verhältnisses zwischen Sauerstoffangebot und -nachfrage.(A) Unter physiologischen Bedingungen sind Sauerstoffversorgung und -verbrauch ausgewogen, und die regionale Gewebesauerstoffversorgung liegt im normalen Bereich. (B) Eine abnehmende zerebrale rSO2 resultiert entweder aus einem erhöhten Sauerstoffverbrauch oder einer verringerten Sauerstoffversorgung. Gründe für niedrige oder abnehmende zerebrale NIRS-Werte sind in der Abbildung dargestellt. Zum Beispiel erhöht Fieber den zerebralen Sauerstoffverbrauch um 10-13% pro 1 °C Erhöhung der Körpertemperatur. Zerebrale Krämpfe können den Sauerstoffverbrauch um bis zu 150-250% erhöhen. (C) Eine Erhöhung des zerebralen rSO2 resultiert aus einem verringerten Sauerstoffverbrauch oder einer erhöhten Sauerstoffversorgung. Gründe für hohe oder steigende zerebrale NIRS-Werte sind in der Abbildung angegeben. Ein zerebrales rSO2 über 80%, verursacht durch hohen zerebralen Blutfluss nach dem Verlust der zerebralen vaskulären Autoregulation, wird auch als “Luxusperfusion” bezeichnet. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 2: Evolution von zerebraler und renaler rSO2 während der Klemmung aus der absteigenden Aorta.Zunächst ist das zerebrale (blaue) rSO2 niedriger als das renale rSO2 (gelb), wie bei physiologischen Bedingungen. Während des Ausklammerns der absteigenden Aorta nimmt der zerebrale Blutfluss zu, während die untere Körperhälfte unterversorgt ist. So steigt das zerebrale rSO2 und renale rSO2 Tropfen. Der rote Bereich zeigt an, dass die rSO2-Werte der Nierennichten kritisch niedrig sind, da sie um mehr als 25 % unter die Ausgangsbasis gesunken sind. Nach dem Entfernen der Aortenklemme und der Rekonstruktion der Aorta und der Etablierung einer normalen Zirkulation normalisieren sich beide rSO2-Kurven. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 3: Hyperdynamischer Schock.Nach der Ankunft auf der Intensivstation nach einer Herzoperation und dem Wechsel der Atemschutzschläuche hatten wir große Probleme mit der mechanischen Belüftung (nur geringe Gezeitenvolumina bei hohen Belüftungsdrücken durch einen defekten Filter). Der Patient entwickelte hyperdynamischen Schock und Atemazidose mit erhöhter zentraler venöser Sättigung von 90% und zunehmender zerebraler rSO2 bis zu 92%. Nach dem Wechsel des Filters, der Reanimation und der Vasopressorbehandlung stabilisierte sich der Patient schnell und zerebraler rSO2 normalisierte sich. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 4: Entwicklung der NIRS-Werte während der Unterkühlung und des tiefen hypothermischen Herzstillstands.Diese Abbildung zeigt, wie sich die zerebralen und renalen NIRS-Werte unter Unterkühlung, Einstellung des kardiopulmonalen Bypassflusses und bei tiefem hypothermischem Herzstillstand (arterielle Schalterchirurgie bei einem Patienten mit Transposition der großen Arterien und ventrikulärem Septumdefekt) verändern. Die Basiswerte des Patienten rSO2 sind 59% (links, gelb) und 64% (rechts, blau) für das Gehirn und 32% (grün) für die linke Niere. Die Blutversorgung der unteren Körperhälfte hängt vom Ductus arteriosus ab. Intraoperativ induzierte Hypothermie reduziert den Sauerstoffverbrauch, was zu steigenden NIRS-Werten führt, insbesondere in der Niere. Mit steigenden NIRS-Werten haben wir die Durchflussrate des herzkaritus-bypass reduziert. Aufgrund fallender NIRS-Werte, die durch eine veränderte Stoffwechselsituation (z.B. durch unzureichende Tiefe Anästhesie) verursacht wurden, wurde der Fluss wieder angepasst. Während des tiefen hypoothermen Herzstillstands fielen Nieren- und HirnrSO2 auf kritisch niedrige Werte und stiegen unmittelbar nach der Wiederherstellung des physiologischen Kreislaufs wieder an. Der rote Stern mit Pfeilen zeigt zwei Einbrüche in der rechten zerebralen NIRS-Kurve aufgrund unvollständiger Sondenhaftung. Nach dem sanften Umformen des Sensors auf die Haut laufen die Werte wieder parallel zur linken Seite. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 5: Dysfunktionaler Kreis von Willis während der Aortenbogenoperation.Sobald das Gehirn selektiv über die rechte Halsschlagader (roter Pfeil) durchdrungen wird, nimmt das auf der linken Seite gemessene rSO2 (dunkelblau) ab, weil die intracerebralen Kollateralen über den Kreis von Willis nicht ausreichen. Nach dem Platzieren einer zusätzlichen Kanüle in der linken Halsschlagader wird eine ausreichende Durchblutung beider Hemisphären und damit normale NIRS-Werte erreicht. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 6: Nachweis der oberen Vena-Cava-Obstruktion durch eine dislozierte herz-pulmonale Bypasskanüle.Kurz nach dem Beginn des herzkarrenförmigen Bypasss (zur Schließung eines vorgerichtlichen Septumdefekts) sanken die zerebralen NIRS-Werte. Die Fehlerbehebung zeigte, dass die venöse kardiopulmonale Bypasskanüle sich verrenkt hatte, was zu einer Okklusion der überlegenen Vena cava führte und die zerebrale Venendrainage behinderte. Dies führte zu einer zerebralen Unterversorgung mit Sauerstoff, die nur durch den niedrigen rSO2-Wert nachgewiesen wurde. Nach der Neupositionierung der überlegenen Vena-Cava-Kanüle wurde der venöse Fluss wiederhergestellt und die NIRS-Werte normalisiert. Nr. 6: Start des herzkarnierenden Bypasss; Nr. 36 aorta geklemmt; Nr. 11 Ende der Ischämie. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 7: Veränderungen des zerebralen rSO2 bei einem pädiatrischen Patienten.Nach dem Beinahe-Ertrinken wurde dieser Patient auf extrakorporale Membransauerstoffversorgung gesetzt. Aufgrund von Seitenunterschieden in der arteriellen Blutgasanalyse haben wir einen zweiten zerebralen NIRS-Sensor (gelb) eingesetzt. Das Ende der Muskelentspannung (A), Veränderung des extrakorporalen Membransauerstoffsystems (B), Blutdruckschwankungen (A, C) und die Wirkung eines Hämothorax (C) werden durch Veränderungen in den NIRS-Kurven widergespiegelt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 8: Platzieren der NIRS-Sonde über dem Haar.(A) Dieser Patient hat viel Haar auf der Stirn. (B) Die NIRS-Sonde wurde noch eingesetzt. (C) Das Gerät zeigt an, dass die Signalintensität suboptimal ist. (D) Die NIRS-Kurvenwerte und der Verlauf der Kurve folgen den Aktionen während des chirurgischen Eingriffs (Rekonstruktionschirurgie in Ebsteins Anomalie). Bitte beachten Sie, dass die absoluten Werte nicht interpretiert werden können, auch wenn sie normal erscheinen. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Hersteller Gerät Altersgruppe Neugeborenen Kleinkinder/Kinder Erwachsene Casmed Fore-Sight Elite < 8 kg ≥ 3 kg ≥ 40 kg Masimo Wurzel mit O3-Oximetrie < 40 kg < 40 kg ≥ 40 kg Medtronic INVOS 5100C < 5kg 5-40 kg > 40 kg Medtronic INVOS 7100C – – > 40 kg Nonin SenSmart Modell X-100 < 40 kg < 40 kg > 40 kg Tabelle 1: NIRS-Sonden nach Hersteller und Gewichtsbereich. Orgel Altersgruppe Ungefähre Werte unter physiologischen Bedingungen [%] Kritisch niedrige Werte Kritisch hohe Werte Kritische relative Änderung der Basislinie [%]E [%] E [%] E Gehirn Frühgeborene 60 – 9026,27,30 < 45 > 90 > 25 Neugeborenen 60 – 9026,29,E < 45 > 80 > 25 Kleinkinder/Kinder 60 – 8026,E < 45 > 80 > 25 Nieren Frühgeborene 70 – 9028,30 < 40 Nicht definiert > 25 Neugeborenen 80 – 9526,29 < 40 > 25 Kleinkinder/Kinder Nicht definiert, sind in der Regel 5-15 % höher als die Hirnwerte26,31,E < 40 > 25 Darm Frühgeborene 18 – 8026,30 Nicht definiert Nicht definiert Nicht definiert Neugeborenen 55 – 8026,29 Kleinkinder/Kinder Nicht definiert, sind in der Regel 5-15 % höher als die Hirnwerte26,E Leber Nicht definiert Nicht definiert Nicht definiert Nicht definiert Muskel Nicht definiert Nicht definiert Nicht definiert Nicht definiert E Erfahrung/Expertenmeinung Absolute Werte hängen vom Gerät und den verwendeten Sensoren, vom Stoffwechselzustand ab und weisen eine hohe interindividuelle Variabilität auf. Sie sollten mit Vorsicht interpretiert werden – im Zweifelsfall ist die Änderung im Verhältnis zur Basislinie aussagekräftiger. Tabelle 2: Typische rSO2-Werte nach Organen und Altersgruppe. Schritt Nachweisniveau* Reinigung der Haut vor dem Platzieren der NIRS-Sonde 5 Verwendung von NIRS bei Neugeborenen, Säuglingen und Kindern unterschiedlichen Alters 1-5 Einsatz von zwei NIRS-Sensoren an der Stirn 5 Einsatz von Ultraschall zur korrekten Platzierung von NIRS-Sonden 5 Platzieren von NIRS-Sonde in verschiedenen Positionen (Gehirn, Leber, Darm, Niere, Fuß, Muskeln) (1-)2-5 Interpretieren von NIRS-Werten in Bezug auf Referenzwerte 2-5 *Nach dem Oxford Center of Evidence Based Medicine Evidence Levels: 1 – Systematische Überprüfungen von randomisierten kontrollierten Studien/randomisierte kontrollierte Studien mit einem engen Konfidenzintervall; 2 – Systematische Überprüfungen von Kohortenstudien/Einzelkohortenstudien oder randomisierten kontrollierten Studien niedriger Qualität; 3 – Systematische Überprüfung von Fall-Kontroll-Studien/Einzelfall-Kontrollstudien; 4 – Fallserien und Kohorten- und Fallkontrollstudien von schlechter Qualität; 5 – Gutachten. Tabelle 3: Nachweisniveaus der Protokollschritte.

Discussion

Dieser Artikel veranschaulicht, wie zerebrale und somatische NIRS bei Säuglingen und Kindern eingerichtet wird. Cerebral NIRS wird zur Überwachung von Verfahren wie Patent ductus arteriosus Verschluss, Tensid-Administration, Herzchirurgie und herzkaritaler Bypass verwendet; es wird auch verwendet, um kritisch kranke Patienten auf der Intensivstation zu überwachen, nekrotisierende Enterokolitis bei Frühgeborenen vorherzusagen und das Ergebnis nach hypoxischer ischämischer Enzephalopathie²^,⁵,⁶^,³³^,³⁴^,³⁵^,³⁶^,³⁷^,³⁸^,³⁹,⁴⁰^{vorherzusagen.} Darüber hinaus kann NIRS bei der Führung der Sauerstofftherapie bei Frühgeborenen¹⁷^,¹⁸^,¹⁹helfen. Somatic NIRS hilft, Nieren-, Planchnic- und systemische Perfusion¹²^,²⁰^,²¹ zu überwachen und kann auch wertvoll sein, um Komplikationen während oder nach der Lebertransplantation zu erkennen⁸^,⁴¹^,⁴². Die gleichzeitige Verwendung mehrerer Sonden (multisite NIRS) erleichtert die Detektion systemischer Hypoperfusion²³^,⁴³.

Damit die NIRS-Messung genau funktioniert, ist die Auswahl der geeigneten Sonde und Position entscheidend. Gefährdete Haut kann die Verwendung von nicht-klebenden Sonden erfordern (z. B. durch Verlassen der Abdeckung oder Befestigen einer Schicht von Zellophan an der klebrigen Seite). Die gesamte Sonde muss jedoch in festem Kontakt mit der Haut stehen; Andernfalls liefern die Sensoren keine zuverlässigen Werte (Abbildung 4 und Abbildung 8). Eine helle Umgebung verursacht falsche hohe und dunkle Umgebung falsch niedrige Werte, wenn die Sonde nicht fest an der Haut befestigt ist. Bei schlechter Aufnahmequalität (angezeigt durch das Gerät) oder unglaubwürdigen Werten beginnt die Fehlerbehebung mit der Überprüfung, ob die oben genannten wesentlichen Schritte durchgeführt wurden. Wenn das Problem weiterhin besteht, sollten Sonde und Vorverstärker ausgetauscht und alle elektrischen Steckerkontakte überprüft werden. Externe Lichtquellen, die auf den Sensor einwirken, können auch falsche Werte auslösen; die Sonden mit einer lichtundurchlässigen Abdeckung zu bedecken, wird abhelfen. Wenn abnormale NIRS-Werte fortbestehen, muss der Patient untersucht werden, um Komplikationen auszuschließen. Folgende Parameter sollten bewertet und optimiert werden: arterieller Blutdruck, systemische Sauerstoffversorgung, pH-Wert, Hämoglobin, hirnhaltige reine Sauerstoffrückführung (wenn der Patient einen kardiopulmonalen Bypass hat)⁴⁴.

Um die Standardverwendung zu ändern, gibt es keine Begrenzung für die möglichen Anwendungen. Es ist möglich, eine NIRS-Sonde an jeder Stelle von Interesse zu platzieren, sofern die Haut intakt ist. Die gleichzeitige Ableitung von Werten von mehreren Standorten ermöglicht eine Vielzahl von Setups entsprechend jeder spezifischen klinischen oder wissenschaftlichen Frage. NirS und multisite NIRS können z. B. außerhalb kritischer Betreuung und sogar während Übung¹²verwendet werden.

Trotz seiner einfachen Anwendung und Verwendung weist die Messung von rSO₂ einige Einschränkungen auf, die bei der Interpretation von Werten und Kurven berücksichtigt werden müssen. Die gemessenen Werte hängen vom Gerät und den verwendeten Sensoren^{ab 32}. Absolute Werte sind daher mit Vorsicht zu interpretieren – Referenzwerte können nicht einfach zwischen Geräten und Setups übertragen werden³². rSO₂ Werte für andere Organe als das Gehirn variieren stark zwischen Individuen³⁰. Aber auch innerhalb einer Aufzeichnung können Werte um bis zu 6 % schwanken, wenn eine Sonde abgelöst wird und dann^{wieder angefügt}wird 45 . Zusätzlich hängen die NIRS-Werte vom Stoffwechselzustand des Individuums ab, der durch Interventionen wie therapeutische Hypothermie und Medikamente verändert wird²⁴.

Veränderungen der Geweberandbedingungen – z.B. das Eindringen von Blut oder Luft durch Operation – ergeben ebenfalls falsche NIRS-Werte⁴⁶. In den ersten Lebenstagen von Frühgeborenen verändert der Übergang vom Meconium zum regulären Stuhl die Fäkalabsorptionsspektren und kann die gemessenen DarmrSO_2-Werte ^{beeinflussen 47}. Das Platzieren einer NIRS-Sonde über einem anderen Gewebe als dem vorgesehenen Ort führt zu Ungenauigkeiten in absoluten Werten, kann aber dennoch hilfreich sein, um Trends zu überwachen⁷.

Trotz seiner Einschränkungen ist NIRS ein gutes Mittel, um die Sauerstoffversorgung einer bestimmten Region in Echtzeit nicht und kontinuierlich zu überwachen. Alternative Methoden zur Beurteilung der globalen Gewebeperfusion sind invasiv und diskontinuierlich: arterielle Blutentnahmen, Serumlaktatkonzentration, zentrale venöse Sättigung oder Sauerstoffsättigung der Jugularbirne. Diese können besonders problematisch bei Frühgeborenen sein, die häufig eine iatrogene Anämie aufgrund wiederholter Blutentnahmen entwickeln und deren zerebrales rSO₂ bei der arteriellen Blutentnahme beeinträchtigt ist⁴⁸. Bei geringer Herzleistung, bei extrakorporaler Membransauerstoffversorgung oder bei nichtpulsatilen Herzhilfsgeräten funktioniert NIRS weiterhin – im Gegensatz zur Pulsoximetrie – da es keinen pulsatilen Durchfluss erfordert und sogar risikogefährdete Bereiche selektiv überwachen kann⁷^,⁴⁹. rSO₂ Veränderungen in diesen Regionen können als frühe Anzeichen einer reduzierten^Herzleistung7 dienen. Durch diese Merkmale liefert NIRS wesentliche klinische Informationen, die derzeit nicht aus anderen Messungen der Gewebesättigung gewonnen werden können.

Der Anwendungsbereich der rSO_{2-Überwachung} in der neugeborenen und pädiatrischen Intensivmedizin dürfte in Zukunft zunehmen. Eine mögliche Anwendung ist die Überwachung der zerebralen Hämodynamik nach traumatischen Hirnverletzungen, die bereits bei Erwachsenen untersucht wird⁵⁰^,⁵¹^,⁵²^,⁵³^,⁵⁴^,⁵⁵. Bei Frühgeborenen kann eine zielorientierte Sauerstoffergänzung zu besseren neuroentwicklungsbedingten Ergebnissen führen, indem die zerebrale Hypoxämie¹⁷^,¹⁸^,¹⁹reduziert wird. Die Kombination von zerebralen NIRS mit anderen zerebralen Biomarkern kann ebenfalls vielversprechend sein. Beispielsweise kann die Kombination von amplitudenintegriertem EEG und NIRS helfen, die Prognose bei einer moderaten hypoxischen ischämischen Enzephalopathie zu bestimmen⁵⁶. Mögliche weitere Anwendungen für diese Kombination sind kompromittierte Hämodynamik oder Krampfanfälle²³.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass NIRS eine vielversprechende Technologie mit dem Potenzial für eine noch breitere Anwendung ist. Korrekt angewendet und interpretiert, helfen rSO₂ Messungen, Komplikationen oder verschlechterte klinische Bedingungen in einem frühen Stadium zu erkennen und die Therapie in verschiedenen klinischen Umgebungen zu leiten. Dieses Protokoll stellt Ärzten die Werkzeuge zur Verfügung, um rSO_2-Messungen an verschiedenen Körperstandorten einzurichten und zu interpretieren und diese Ergebnisse zu interpretieren.

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Wir danken Carole Cürten für die Sprachbearbeitung. Für dieses Video wurden keine Mittel bereitgestellt. Die NB erhielt ein internes Forschungsstipendium (IFORES) von der medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen.

Materials

cotton swab			for skin cleaning
INVOS (Adult Regional Saturation Sensor)	Covidien/Medtronic	SAFB-SM	The adult regional saturation sensor Model SAFB_SM has been designed for cerebral-somatic monitoring of site-specific regional oxygen saturation (rSO₂) in adult patients > 40 kg.
INVOS (Pediatric Regional Saturation Sensor)	Covidien/Medtronic	SPFB	The pediatric regional saturation sensor Model SPFB has been designed for cerebral-somatic monitoring of site-specific regional oxygen saturation (rSO₂) in pediatric patients < 40 kg.
INVOS (preamplifier with Cable)	Covidien/Medtronic	5100C- PA (Ch 1&2)	Amplifier connects NIRS sensors (Canal 1&2) to monitor 5100C.
INVOS (preamplifier with Cable)	Covidien/Medtronic	5100C- PB (Ch 3&4)	Amplifier connects NIRS sensors (Canal 3&4) to monitor 5100C.
INVOS (Reusable Sensor Cable)	Covidien/Medtronic	RSC-1 – RSC-4	The Reusable Sensor Cables are intended for multiple use. For use with SomaSensor SAFB-SM and SPFB.
INVOS 5100C Monitor (Cerebral/Somatic Oximeter)	Covidien/Medtronic	5100C	Monitor for displaying and recording NIRS data.
INVOS Analytics Tool	Covidien/Medtronic	Version 1.2	Evaluation and display of "Real Time" and Case History data.
OxyAlert NIRSensor (Cerebral/somatic -Neonatal)	Covidien/Medtronic	CNN/SNN	OxyAlert NIRSensors disposable sensor has a small adhesive pad with a gentle hydrocolloid adhesive for use with peadiatric, infant an neonatal patientes. Suitable for patients <5kg.
USB Flash Drive	Covidien/Medtronic	5100C-USB	Collects and transfers Date to INVOS Analytics Tool

Referanslar

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Near-infrared Spectroscopy NIRS Noninvasive Critical Illness Neonates Infants Children Cardiopulmonary Bypass ECMO Probe Placement Skin Preparation Probe Positioning Cerebral Monitoring Somatic Monitoring Kidney Monitoring

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Bruns, N., Moosmann, J., Münch, F., Dohna-Schwake, C., Woelfle, J., Cesnjevar, R., Dittrich, S., Felderhoff-Müser, U., Müller, H. How to Administer Near-Infrared Spectroscopy in Critically ill Neonates, Infants, and Children. J. Vis. Exp. (162), e61533, doi:10.3791/61533 (2020).