Freies Wasserdefizit bei Hypernatriämie

Klinischer Hintergrund

Eine Hypernatriämie entsteht, wenn der Wasserverlust den Natriumverlust übersteigt, sodass das Serumnatrium über 145 mEq/L steigt. Die Entscheidung, der das Instrument dient, ist, wie groß das aufgelaufene Wasserdefizit ist und damit, wie viel freies Wasser zugeführt werden muss, um die Natriumkonzentration zu normalisieren. Ohne eine Schätzung des Defizits droht entweder eine zu geringe Zufuhr mit fortbestehender Hypernatriämie oder eine zu große und zu rasche Zufuhr mit dem Risiko eines Hirnödems bei chronischer Hypernatriämie.

Die Berechnung ist besonders auf Intensivstationen und in Notaufnahmen relevant, wo Personen große insensible Verluste, ein vermindertes Durstempfinden oder einen Diabetes insipidus haben können. Die klinische Schwierigkeit liegt nicht darin, eine Zahl auszurechnen, sondern darin, sie im Licht der laufenden Verluste und der für die einzelne Person sicheren Korrekturgeschwindigkeit zu interpretieren.

Berechnung des freien Wasserdefizits

Die Formel beruht auf dem Prinzip, dass die Serumnatriumkonzentration das Verhältnis zwischen dem Gesamtkörpernatrium und dem Gesamtkörperwasser widerspiegelt. Ist Wasser ohne entsprechenden Natriumverlust verloren gegangen, lässt sich das fehlende Wasser aus der erhöhten Natriumkonzentration und dem geschätzten Gesamtkörperwasser berechnen.

$$\text{Freies Wasserdefizit (L)} = f \times \text{Gewicht (kg)} \times \left(\frac{[\text{Na}^+]_{\text{Serum}}}{140} - 1\right)$$

Dabei ist $f$ der Anteil des Gesamtkörperwassers und $[\text{Na}^+]_{\text{Serum}}$ das gemessene Serumnatrium in mEq/L.

Die Variablen der Formel:

• Anteil des Gesamtkörperwassers ($f$): eine Schätzung des Wasseranteils am Körper. Für erwachsene Männer wird $f = 0{,}6$ angesetzt, für erwachsene Frauen oder ältere Männer $f = 0{,}5$, für ältere Frauen $f = 0{,}45$ und für Kinder $f = 0{,}6$. Diese Werte beruhen auf klassischen Verdünnungsstudien zum Gesamtkörperwasser, in denen Watson et al. anthropometrische Vorhersagegleichungen aus 458 erwachsenen Männern und 265 erwachsenen Frauen ableiteten [5]. Die Prozentanteile sind vereinfachte Mittelwerte für die klinische Anwendung; der tatsächliche Körperwasseranteil variiert individuell mit der Körperzusammensetzung, insbesondere mit dem Ausmaß der Adipositas.
• Körpergewicht: das aktuelle Gewicht in kg.
• Gemessenes Serumnatrium: der tatsächliche Serumnatriumwert in mEq/L. Der Normwert 140 im Nenner ist die Natriumkonzentration, auf die das Wasserdefizit bezogen wird.

Die Formel wurde von Adrogué und Madias in einer Übersichtsarbeit im New England Journal of Medicine 2000 hergeleitet und verbreitet, die die quantitativen Prinzipien der Behandlung von Dysnatriämien zusammenfasste [1]. Sie ist kein empirisch aus einer definierten Kohorte mit einem bestimmten Endpunkt abgeleitetes Risikomodell, sondern eine theoretische Massenbilanzgleichung auf Basis der physiologischen Prinzipien des Wasser- und Natriumhaushalts.

Interpretation in der Praxis

Das Ergebnis gibt die Wassermenge in Litern an, die theoretisch erforderlich ist, um das Serumnatrium auf 140 mEq/L zu senken. Es ist ein Ausgangswert für die Planung des Flüssigkeitsersatzes und keine Anordnung, diese Menge auf einmal zu infundieren.

Nach Berechnung des Ersatzvolumens ist die Wahl der Flüssigkeit zu treffen. Freies Wasser wird oral oder über eine Sonde gegeben, sofern es vertragen wird. Intravenös wird eine Glukoselösung (5 %) oder, klinisch häufiger, hypotone Kochsalzlösung (0,45 %) verwendet. Die Wahl beeinflusst, wie sich das Serumnatrium verändert, und die Adrogué-Madias-Formel für die Serumnatriumänderung pro Liter Infusat kann ergänzend genutzt werden, um die Wirkung der gewählten Flüssigkeit abzuschätzen [1].

Das Serumnatrium ist während der Korrektur alle zwei bis vier Stunden zu messen, und die Infusionsgeschwindigkeit ist eher an der gemessenen Veränderung als an der Ausgangsberechnung auszurichten.

Validierung und Testgüte

Die theoretische Grundlage der Formel wurde nie in einer prospektiven Studie validiert, in der das vorhergesagte Wasserdefizit systematisch mit der gemessenen Serumnatriumantwort verglichen worden wäre. Die relevanteste externe Auswertung stammt von Lindner et al., die vier Formeln zur Vorhersage der Serumnatriumänderung (Adrogué-Madias, Barsoum-Levine, Kurtz-Nguyen und eine eigene, auf der elektrolytfreien Wasser-Clearance beruhende Formel) bei 66 Personen einer Intensivstation mit insgesamt 681 Patiententagen, davon 194 hypernatriämisch, verglichen [2]. Alle Formeln korrelierten signifikant mit den gemessenen Veränderungen, doch die individuellen Schwankungen waren groß. Die mittlere Differenz zwischen vorhergesagtem und gemessenem Serumnatrium lag für die publizierten Formeln bei 3,4 bis 4,5 (±4,4 bis 4,7) mEq/L. Unter aktiver Hypernatriämie waren die Abweichungen noch größer: 5,0 bis 6,7 (±3,9 bis 4,3) mEq/L. Die Autoren schlossen daraus, dass die verfügbaren Formeln die Serumnatriumänderungen der einzelnen Intensivpatientin oder des einzelnen Intensivpatienten nicht genau vorhersagen und dass die Infusionstherapie eher durch Serienmessungen als durch Formelberechnungen allein gesteuert werden sollte [2].

Eine methodische Einschränkung, auf die Chen et al. hinwiesen, ist, dass die Adrogué-Madias-Formel für die Serumnatriumänderung pro Liter Infusat nur für 1 L exakt ist; die proportionale Hochrechnung auf andere Volumina ist nicht linear, und die Abweichung nimmt mit dem Volumen zu [4]. Das betrifft die verwandte Adrogué-Madias-Infusatformel, doch das Prinzip, dass die Formeln auf der Annahme eines während der Behandlung unveränderten Gesamtkörperwassers beruhen, ist beiden gemeinsam.

Zur Sicherheit der Korrektur wurde die traditionelle Empfehlung, 0,5 mEq/L pro Stunde nicht zu überschreiten, durch eine retrospektive Studie von Chauhan et al. infrage gestellt, die 122 Personen mit schwerer Hypernatriämie (>155 mmol/L) bei Aufnahme und 327 mit im Krankenhaus erworbener Hypernatriämie auf der Intensivstation analysierte [3]. Eine rasche Korrektur (>0,5 mmol/L pro Stunde) war im Vergleich zur langsameren Korrektur nicht mit erhöhter Mortalität, Krampfanfällen, Bewusstseinsminderung oder Hirnödem assoziiert. Bei der manuellen Durchsicht der Akten ließ sich kein einziger Fall eines Hirnödems auf eine rasche Korrektur zurückführen. Die Studie ist retrospektiv und beobachtend, und die Ergebnisse betreffen Intensivpatientinnen und -patienten mit in vielen Fällen akuter Hypernatriämie. Sie ist nicht dahingehend zu deuten, dass die Korrekturgeschwindigkeit unerheblich sei, zeigt aber, dass die Evidenzgrundlage für die Schwelle von 0,5 mEq/L pro Stunde schwach ist [3].

Limitationen

Die Formel für das freie Wasserdefizit gilt nur, wenn die Hypernatriämie durch einen reinen Wasserverlust verursacht ist. Bei hypotonem Flüssigkeitsverlust, also wenn sowohl Wasser als auch Natrium verloren gingen, proportional aber mehr Wasser, liefert die Formel keine vollständige Information darüber, wie sich Infusate mit unterschiedlicher Natrium- und Kaliumkonzentration auf das Serumnatrium auswirken [6]. Das ist die häufigste klinische Situation, besonders bei gastrointestinalen Verlusten oder Diuretikagebrauch.

Weitere wichtige Einschränkungen:

• Die Annahme eines unveränderten Gesamtkörperwassers: Die Formel berechnet das statische Defizit zu einem gegebenen Zeitpunkt und berücksichtigt weder laufende insensible Verluste noch Urinausscheidung oder Drainageverluste während der Behandlung. Diese müssen im Tagesflüssigkeitsplan gesondert addiert werden.
• Der Körperwasseranteil ist eine grobe Schätzung: Die Anteile 0,6, 0,5 und 0,45 sind Populationsmittelwerte. Bei ausgeprägter Adipositas ist der tatsächliche Wasseranteil niedriger, und die Formel überschätzt dann das Wasserdefizit. Umgekehrt gilt dies bei niedrigem Körpergewicht und hoher Muskelmasse.
• Nicht anwendbar bei Hyperglykämie: Ein erhöhter Blutzucker verschiebt Wasser nach intravasal und senkt das Serumnatrium (translokationale Hyponatriämie), was kein tatsächliches Natrium- oder Wasserdefizit widerspiegelt. Das Serumnatrium ist vor Anwendung der Formel für die Glukose zu korrigieren.
• Nicht für Kinder mit niedrigem Körpergewicht validiert: Der Anteil 0,6 für Kinder ist eine Näherung; Säuglinge haben einen höheren Wasseranteil (bis 0,7), der in den ersten Lebensjahren allmählich sinkt.

Quellen

1. Adrogué HJ, Madias NE. Hypernatremia. N Engl J Med. 2000;342(20):1493-9. PMID: 10816188
2. Lindner G, Schwarz C, Kneidinger N, et al. Can we really predict the change in serum sodium levels? An analysis of currently proposed formulae in hypernatraemic patients. Nephrol Dial Transplant. 2008;23(11):3501-8. PMID: 18723567
3. Chauhan K, Pattharanitima P, Patel N, et al. Rate of Correction of Hypernatremia and Health Outcomes in Critically Ill Patients. Clin J Am Soc Nephrol. 2019;14(5):656-663. PMID: 30948456
4. Chen S, Shieh M, Chiaramonte R, et al. Improving on the Adrogué-Madias Formula. Kidney360. 2021;2(2):365-370. PMID: 35373033
5. Watson PE, Watson ID, Batt RD. Total body water volumes for adult males and females estimated from simple anthropometric measurements. Am J Clin Nutr. 1980;33(1):27-39. PMID: 6986753
6. Nguyen MK, Kurtz I. A new quantitative approach to the treatment of the dysnatremias. Clin Exp Nephrol. 2003;7(2):125-37. PMID: 14586731