Klinischer Hintergrund
Die Glukoseinfusionsrate (GIR) ist eine normalisierte Maßeinheit dafür, wie viel Glukose ein Patient pro Kilogramm Körpergewicht und Minute intravenös erhält. Sie hat eine zentrale Funktion in der neonatalen und pädiatrischen parenteralen Ernährung, wo die Glukosetoleranz je nach Gestationsalter, postnatalem Alter und klinischem Zustand erheblich variiert. Bei einem reifen Neugeborenen ist die endogene Glukoseproduktion schon bei niedriger GIR vollständig supprimiert, während bei extrem Frühgeborenen die hepatische Glukoseproduktion selbst bei einer GIR über 16 mg/kg/min fortbestehen kann [2]. Deshalb kann dieselbe Infusionsgeschwindigkeit für einen Patienten unzureichend und für einen anderen toxisch sein, wenn sie nicht auf das Körpergewicht bezogen wird.
Die Berechnung der GIR ist der erste Schritt bei der Abklärung einer neonatalen Hyperglykämie, noch bevor Insulin oder eine Anpassung der Aminosäurenzufuhr erwogen werden [2]. Die Leitlinien der ASPEN zur sicheren parenteralen Ernährung aus dem Jahr 2004 betonen, wie wichtig es ist, die Glukosezufuhr systematisch zu berechnen und zu dokumentieren, um sowohl Hypo- als auch Hyperglykämien zu vermeiden [1]. Die Leitlinien der ESPGHAN von 2018 empfehlen, bei Neugeborenen Blutglukosewerte über 8 mmol/l (145 mg/dl) zu vermeiden, da diese mit erhöhter Morbidität und Mortalität assoziiert sind [3, 2].
Berechnung der Glukoseinfusionsrate
Die GIR wird wie folgt berechnet:
Die Variablen sind:
- Glukosekonzentration in Prozent (g/100 mL), das heißt, eine 10-%-Glukoselösung enthält 10 g Glukose pro 100 mL. Der Faktor 10 rechnet Prozent in mg/mL um (10 % = 100 mg/mL).
- Infusionsgeschwindigkeit in mL/h an der Infusionspumpe.
- Gewicht in kg.
- Der Faktor 60 im Nenner rechnet Stunden in Minuten um.
Beispiel: Ein Frühgeborenes mit 1,2 kg, das 10 % Glukose mit 8 mL/h erhält, hat eine GIR von mg/kg/min.
Die GIR ist kein Risikoscore mit einer Ableitungskohorte im herkömmlichen Sinn. Sie ist eine physikalische Normalisierung der Glukosezufuhr, die auf allgemeinen pharmakokinetischen Prinzipien beruht. Die klinischen Referenzwerte dafür, was als adäquate, niedrige oder erhöhte GIR gilt, stammen aus physiologischen Studien zum neonatalen Glukosestoffwechsel und aus konsensbasierten Leitlinien zur parenteralen Ernährung [1, 3].
Interpretation in der Praxis
Die GIR wird stets in Relation zu Gestationsalter, postnatalem Alter und aktuellem Blutglukosewert des Patienten interpretiert. Die folgenden Bereiche sind allgemeine Richtwerte für Neugeborene und Säuglinge:
| GIR (mg/kg/min) | Interpretation | Klinisches Vorgehen |
|---|---|---|
| < 4 | Niedrige Zufuhr | Risiko einer Hypoglykämie. Infusionsgeschwindigkeit oder Glukosekonzentration erhöhen. Blutglukose kontrollieren. |
| 4 bis 8 | Normaler Erhaltungsbereich | Ausreichend für die meisten Neugeborenen und Säuglinge. Erhält die Glukosehomöostase, ohne den Stoffwechsel zu überlasten. |
| 8 bis 10 bis 12 | Oberer Normalbereich | Kann bei erhöhtem Energiebedarf gerechtfertigt sein, zum Beispiel bei Sepsis oder postoperativ. Blutglukose engmaschig überwachen. |
| > 12 bis 14 | Erhöhte Zufuhr | Risiko einer Hyperglykämie, insbesondere bei Frühgeborenen. Eine Senkung der Infusionsgeschwindigkeit oder der Glukosekonzentration erwägen, bevor Insulin in Betracht gezogen wird. |
| > 14 bis 16 | Hohe Zufuhr | Bei extrem Frühgeborenen kann die endogene Glukoseproduktion weiterhin unvollständig supprimiert sein [2]. Blutglukose häufig messen. GIR senken, wenn die Blutglukose 8 mmol/l überschreitet. |
Bei Hyperglykämie sollte zunächst die aktuelle GIR berechnet werden, um sicherzustellen, dass die Zufuhr nicht überhöht ist [2]. Liegt die GIR bereits im Normbereich und besteht die Hyperglykämie fort, sind behandelbare Ursachen abzuklären: Sepsis, Stress, Steroidbehandlung, Inotropika oder Koffein können alle dazu beitragen [2]. Insulin sollte bei Kindern mit sehr niedrigem Geburtsgewicht nicht routinemäßig zur Prävention einer Hyperglykämie eingesetzt werden, da ein Cochrane-Review ergab, dass Insulin die Hyperglykämie verringerte, aber das Risiko für Tod vor dem 28. Lebenstag sowie für Hypoglykämie erhöhte [4]. Insulin kann in Einzelfällen gerechtfertigt sein, wenn eine ausreichende Energiezufuhr für das Wachstum aufrechterhalten werden soll, ohne die GIR weiter zu erhöhen. Dann ist jedoch eine sorgfältige Glukoseüberwachung erforderlich [2, 4].
Ein wichtiger Aspekt ist, dass die Aminosäurenzufuhr die Insulinsekretion stimuliert und dadurch die Glukosetoleranz verbessern kann. Eine Reduktion der gesamten parenteralen Ernährung mit dem Ziel, die GIR zu senken, kann daher kontraproduktiv sein, wenn dadurch gleichzeitig die Aminosäurenzufuhr sinkt [2].
Validierung und Testgüte
Die GIR ist eine Berechnungsformel und kein Prädiktionsmodell und besitzt daher keine herkömmlichen Maße für Diskrimination oder Kalibrierung. Die Gültigkeit der Formel beruht darauf, dass sie Konzentration, Infusionsgeschwindigkeit und Gewicht korrekt in eine gewichtsnormalisierte Zufuhrrate umrechnet, was eine einfache Dimensionsanalyse ist und keiner empirischen Validierung bedarf.
Die klinischen Referenzbereiche wurden jedoch indirekt durch physiologische Studien validiert. Bei gesunden Erwachsenen unterdrückt eine GIR von 6 mg/kg/min die endogene Glukoseproduktion vollständig. Bei Frühgeborenen sind deutlich höhere Werte erforderlich, teils über 16 mg/kg/min, bevor eine Suppression eintritt, und die Glukoseproduktion kann auch im Alter von 2 bis 5 Wochen noch fortbestehen [2]. Dieser physiologische Unterschied ist der Grund, warum dieselbe GIR bei verschiedenen Patienten zu unterschiedlichen Blutglukosewerten führen kann und warum die Toleranz individuell beurteilt werden muss.
Einschränkungen
Die GIR berücksichtigt keine anderen Quellen der Glukosezufuhr. Erhält der Patient gleichzeitig eine enterale Ernährung, glukosehaltige Medikamente oder Lipidemulsionen mit Glukose, tragen diese zur gesamten Glukosebelastung bei, sind in der Berechnung aber nicht sichtbar. Bei vollständiger parenteraler Ernährung muss die gesamte Glukose aus allen Lösungen aufsummiert werden, bevor die GIR berechnet wird.
Die Formel setzt voraus, dass die Glukosekonzentration korrekt in Prozent angegeben ist. Eine häufige Fehlerquelle ist die Verwechslung von Prozent und mg/mL, besonders beim Wechsel zwischen verschiedenen Standardlösungen. Zehn Prozent Glukose entsprechen 100 mg/mL, und der Faktor 10 im Zähler übernimmt genau diese Umrechnung.
Die GIR sagt nichts über die tatsächliche Glukosetoleranz des Patienten aus. Eine GIR im Normbereich kann bei einem insulinresistenten, extrem frühgeborenen Kind mit Sepsis dennoch zu einer Hyperglykämie führen, und eine erhöhte GIR kann von einem reifen Neugeborenen mit hohem Stoffwechselumsatz gut vertragen werden. Die Blutglukosemessung ist daher stets als Ergänzung notwendig, und die GIR ist als Planungsinstrument zu verstehen, nicht als Ersatz für die Glukosemessung.
Die Berechnung muss bei jeder Änderung von Infusionsgeschwindigkeit, Glukosekonzentration oder Gewicht wiederholt werden. Bei schnell wachsenden Frühgeborenen kann das Gewicht um mehrere Gramm pro Tag zunehmen, wodurch die GIR allmählich sinkt, wenn die Infusionsgeschwindigkeit nicht angepasst wird.
Quellen
- Mirtallo J et al. Safe practices for parenteral nutrition. JPEN J Parenter Enteral Nutr. 2004;28(6):S39-70. PMID: 15568296
- Beardsall K. Hyperglycaemia in the Newborn Infant. Physiology Verses Pathology. Front Pediatr. 2021;9:641306. PMID: 34368024
- Mesotten D et al. ESPGHAN/ESPEN/ESPR/CSPEN guidelines on pediatric parenteral nutrition: Carbohydrates. Clin Nutr. 2018;37(6 Pt B):2337-2343. PMID: 30037708
- Sinclair JC et al. Interventions for prevention of neonatal hyperglycemia in very low birth weight infants. Cochrane Database Syst Rev. 2011;(10):CD007615. PMID: 21975772