Zerebrale Weißlichtspektrometrie und Laser-Doppler-Spektroskopie zur prä- und postoperativen Bestimmung der lokalen Sauerstoffsättigung, des relativen Blutflusses und der relativen Hämoglobinmenge im Gehirn von Säuglingen mit angeborenen Herzfehlern

Abstract

Hintergrund: Komplexe angeborene Herzfehler bei Neugeborenen und Säuglingen beinhalten ein hohes Risiko für eine zerebrale Schädigung durch Hypoxie und Ischämie. Durch einen Rückgang der Morbidität und Mortalität dieser Patienten steigen jedoch die Erwartungen an ein gutes neurokognitives Langzeitergebnis, was die Relevanz der Etablierung eines geeigneten Neuromonitorings zur Erkennung und Vermeidung von zerebralen Schäden unterstreicht.

Patienten und Methoden: Die Methode „Oxygen to see“ (O2C) ermöglicht nicht-invasiv durch die Kombination von zwei optischen Techniken, der Weißlichtspektrometrie und der Laser-Doppler-Spektroskopie, die Messung der absoluten Sauerstoffsättigung, des relativen Blutflusses und der relativen Hämoglobinmenge im Gewebe. An 50 Neugeborenen und Säuglingen mit angeborenen Herzfehlern, welche eine korrigierende oder palliative Operation erhielten, wurden prä- und postoperativ die zerebrale Sauerstoffsättigung (cSO2), die relative zerebrale Hämoglobinmenge (rcHb) und der relative zerebrale Blutfluss (rcFlow) erhoben. Somit konnten die partielle zerebrale Gewebssauerstoffextraktion (cFTOE), die arterio-zerebrale Sauerstoffgehaltsdifferenz (acDO2) und der annähernde zerebrale Sauerstoffumsatz (aCMRO2) bestimmt werden.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die präoperativen Ergebnisse bestätigten aufgrund eines erniedrigten rcFlows und einer erhöhten acDO2 zwar eine erhöhte zerebrale Vulnerabilität von Patienten mit funktionell univentrikulären Herzfehlern vor einer Stadium-1-Operation gegenüber hämodynamischen Veränderungen, zeigten jedoch gleichzeitig, dass sich der aCMRO2 zwischen Neugeborenen und Säuglingen mit biventrikulären und funktionell univentrikulären Herzvitien nicht unterschied. Der postoperative aCMRO2 fiel bei Patienten nach einer palliativen Operation signifikant ab, wohingegen er bei Patienten nach einer Korrekturoperation unverändert und gleich dem präoperativen Ausgangsniveau blieb. Dies und eine im Vergleich zu den anderen Gruppen verminderte postoperative cSO2 deutete bei Kindern mit funktionell univentrikulären Herzfehlern auf einen verminderten zerebralen Sauerstoffmetabolismus hin, bedingt durch die palliative Operation und die bestehende univentrikuläre Pathophysiologie. Zudem konnte gezeigt werden, dass die postoperativen zerebralen O2C-Parameter signifikant mit klinisch etablierten Parametern zur kardiorespiratorischen Überwachung korrelierten. Die O2C-Messmethode lieferte somit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden des zerebralen Neuromonitorings interessante zusätzliche Informationen bezüglich des zerebralen Sauerstoffmetabolismus. Letztendlich könnten zukünftige Arbeiten daher die hier erhobenen Parameter, allen voran den aCMRO2, auf den Nutzen zur Entwicklung neuer gehirnprotektiver Operationstechniken und intensivmedizinischer Behandlungsverfahren überprüfen.

Background: Infants with complex congenital heart defects are at risk of cerebral injury and neurologic complications caused by hypoxia and ischemia. The decrease in morbidity and mortality of these patients lead to increased expectations of a good neurocognitive long-term outcome. A convenient monitoring instrument to reliably detect and prevent cerebral damage is therefore needed.

Patients and Methods: The Oxygen to see (O2C) method, based on laser Doppler-flowmetry and photo-spectrometry, allows the non-invasive monitoring of the absolute oxygen saturation, relative blood flow and relative amount of haemoglobin. In 50 neonates and infants with complex congenital heart defects, the cerebral oxygen saturation (cSO2), relative cerebral blood flow (rcFlow) and relative cerebral amount of haemoglobin (rcHb) were measured before and after repair or palliation of congenital heart disease. In addition, the cerebral fractional tissue oxygen extraction (cFTOE), the arterio-cerebral difference in oxygen content (acDO2) and the approximated cerebral metabolic rate of oxygen (aCMRO2) have been determined.

Results and Conclusion: The preoperative results showed a reduced rcFlow and an increased acDO2 in patients with single ventricle heart defects before a palliative stage-1-operation and approve the increased cerebral vulnerability to minor changes in their hemodynamics. Nevertheless, there was no difference in the preoperative aCMRO2 between neonates and infants with biventricular and single ventricle heart defects. The postoperative aCMRO2 decreased significantly in patients after a palliative operation, while it did not change and stayed on the preoperative base level in patients after a repair operation. This and a decreased postoperative cSO2 suggest decreased cerebral hemodynamics in children with univentricular heart defects because of the palliative operation and the single ventricle pathophysiology. In addition, there was a significant correlation between the postoperative cerebral O2C-parameters and the clinical parameters to monitor the cardiorespiratory function. The O2C-method offers interesting additional information concerning the cerebral oxygen metabolism. Finally, the parameters in this study, especially the aCMRO2, could be used for the development of new protective cerebral operation- and medicine procedures in the paediatric intensive care unit.