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.