Klinischer Hintergrund
Der Oxygenierungsindex (OI) erfüllt eine Funktion, die der P/F-Quotient nicht erfüllt: Er erfasst nicht nur, wie schlecht der Gasaustausch ist, sondern auch, wie viel Beatmungsunterstützung erforderlich ist, um ihn zu erreichen. Der P/F-Quotient (PaO₂/FiO₂) berücksichtigt den Druckbereich des Beatmungsgeräts überhaupt nicht. Daher können zwei Patientinnen oder Patienten mit identischem P/F-Quotienten ein völlig unterschiedliches Lungenversagen aufweisen, wenn der Wert bei der einen mit niedrigem und bei der anderen mit hohem PEEP und hohem mittleren Atemwegsdruck erreicht wird. Der OI bezieht den mittleren Atemwegsdruck ein und spiegelt damit sowohl die Lungenschädigung als auch die Intensität der Unterstützung wider, die zur Oxygenierung erforderlich ist.
Das Instrument wurde ursprünglich für das neonatale Atemversagen entwickelt und später durch das Konsensusdokument der PALICC 2015 für das pädiatrische ARDS übernommen [1]. PALICC-2 aus dem Jahr 2023 bestätigt, dass der OI bei invasiv beatmeten Kindern mit PARDS weiterhin das primäre Maß für den Schweregrad ist [2]. Bei Erwachsenen bleibt der P/F-Quotient die etablierte Kenngröße der Berlin-Definition, der OI wurde jedoch in mehreren Erwachsenenkohorten validiert und zeigte eine vergleichbare oder bessere prognostische Aussagekraft [3, 4].
Berechnung des Oxygenierungsindex
Die FiO₂ wird in Prozent (21 bis 100), der mittlere Atemwegsdruck in cmH₂O und der PaO₂ in mmHg angegeben. Das Ergebnis ist dimensionslos, und höhere Werte weisen auf eine schlechtere Oxygenierung hin. In der klassischen Literatur wird die Formel gelegentlich als OI = (FiO₂ × MAP × 100) / PaO₂ mit der FiO₂ als Anteil (0 bis 1) geschrieben. Mathematisch ergeben beide Schreibweisen dasselbe Ergebnis, wenn die FiO₂ in Prozent angegeben wird, dem Format, das der Rechner verwendet.
Der mittlere Atemwegsdruck ist die durchschnittliche Druckhöhe in den Atemwegen während eines gesamten Atemzyklus und wird direkt am Beatmungsgerät abgelesen. Er wird von PEEP, inspiratorischem Spitzendruck, I:E-Verhältnis und Flussprofil beeinflusst und ist damit eine integrierte Variable, die sowohl die Compliance der Lunge als auch die eingestellte Unterstützung des Beatmungsgeräts widerspiegelt.
Die PALICC-Gruppe schlug 2015 den OI als primäre Schweregradmetrik für das pädiatrische ARDS bei invasiver Beatmung vor, basierend auf einem Gremium von 27 Expertinnen und Experten und einer modifizierten Delphi-Methode [1]. Die Schweregradkategorien des pädiatrischen ARDS bei invasiver Beatmung lauten:
| Kategorie | OI |
|---|---|
| Leicht | 4 bis <8 |
| Mittelschwer | 8 bis <16 |
| Schwer | ≥16 |
Diese Schwellenwerte gelten für Kinder und Jugendliche bei invasiver Beatmung. Bei Patientinnen und Patienten mit nichtinvasiver Beatmung (CPAP oder BiPAP mit mindestens 5 cmH₂O) verwendet die PALICC stattdessen den P/F-Quotienten, da der mittlere Atemwegsdruck zwischen invasiven und nichtinvasiven Systemen nicht vergleichbar ist [1].
Interpretation in der Praxis
| OI | Schweregrad (PARDS) | Klinisches Vorgehen |
|---|---|---|
| <4 | Keine nach ARDS-Kriterien einstufbare Oxygenierungsstörung | Andere Ursachen der Hypoxämie erwägen, Vorgehen an der Grunderkrankung ausrichten |
| 4 bis <8 | Leichtes PARDS | Lungenprotektive Beatmung, Verlauf beobachten, keine akute Eskalation erforderlich |
| 8 bis <16 | Mittelschweres PARDS | Lungenprotektive Strategie optimieren, adjuvante Maßnahmen (Bauchlagerung, neuromuskuläre Blockade) je nach klinischem Bild erwägen |
| ≥16 | Schweres PARDS | Eskalation der Behandlungsebene, Indikation für häufigere arterielle Blutgasanalysen und sorgfältige Optimierung prüfen, bei ausbleibender Besserung ECMO-Diskussion einleiten |
Der OI ist eher ein Verlaufsinstrument als ein einmaliges Maß. Einzelne Werte im mittelschweren Bereich können bei vorübergehenden Deeskalationen oder Anpassungen auftreten. Klinisch aussagekräftig ist der Verlauf über Stunden bis Tage. Ein steigender OI trotz unveränderter oder eskalierter Beatmungsunterstützung signalisiert einen verschlechterten Gasaustausch und sollte zu einer Überprüfung der Behandlungsstrategie führen.
Bei der ECMO-Beurteilung wird der OI als einer von mehreren Parametern herangezogen, nicht als alleiniges Kriterium. Bei erwachsenen Patientinnen und Patienten mit schwerem ARDS wurde in einer COVID-19-Kohorte ein OI >13,5 an Tag 1 als Schwellenwert mit einem siebenfach erhöhten Sterblichkeitsrisiko identifiziert. Dies stützt die Auffassung, dass Werte im schweren Bereich eine frühe Diskussion über extrakorporale Unterstützungsverfahren auslösen sollten [3]. Die Entscheidung über eine ECMO muss jedoch Ätiologie, Reversibilität, zeitlichen Verlauf und Komorbidität berücksichtigen, nicht allein den OI.
Validierung und Leistungsfähigkeit
Die pädiatrische Validierung beruht auf den Konsensusprozessen der PALICC und von PALICC-2 [1, 2]. PALICC-2 umfasste 52 klinische Expertinnen und Experten aus 15 Ländern und erarbeitete 146 Empfehlungen mit mehr als 80 % Übereinstimmung, führte jedoch keine neue prospektive Validierung der Diskriminationsfähigkeit des OI in einer separaten Kohorte durch [2]. Die Schweregradkategorien der PALICC beruhen auf Expertenkonsens und nicht auf einem empirisch abgeleiteten Risikomodell mit externer Validierung.
Bei Erwachsenen wurde der OI in der ARDSNet-Datenbank untersucht. Dechert et al. testeten eine altersadjustierte Variante des OI (AOI) im Hinblick auf die 28-Tage-Mortalität im ALVEOLI-Teil des ARDSNet und validierten sie in der vollständigen ARDSNet-Datenbank, mit einer AUC von 0,70 bis 0,78 für Tag 1 bis 4 [4]. Damit liegt der OI im gleichen diskriminatorischen Bereich wie der APACHE II für die ARDS-Mortalität.
In einer retrospektiven indischen Kohorte von 203 erwachsenen Patientinnen und Patienten mit COVID-19-ARDS (OXIVA-CARDS) korrelierte der OI stark mit dem P/F-Quotienten (r = −0,753) und sagte die Mortalität an Tag 1 mit einer AUC von 0,752 (95-%-KI 0,684 bis 0,819) voraus [3]. Ein OI-Schwellenwert von 13,5 an Tag 1 war mit einer siebenfach höheren Sterblichkeit assoziiert. Der OI schnitt in dieser Kohorte numerisch besser ab als der P/F-Quotient als Prädiktor der Mortalität.
DesPrez et al. untersuchten den nichtinvasiven Surrogatparameter OSI (Oxygenation Saturation Index, mit SpO₂ anstelle von PaO₂) bei 329 ARDS-Patientinnen und -Patienten und fanden eine starke Korrelation zwischen OI und OSI (rho = 0,862) [5]. Der OSI war unabhängig mit der Krankenhaussterblichkeit (OR 1,228 pro Anstieg um 5 Punkte) und mit weniger beatmungsfreien Tagen assoziiert. Bei Patientinnen und Patienten unter 40 Jahren betrug die AUC des OSI für die Mortalitätsvorhersage 0,779, was darauf hindeutet, dass die nichtinvasive Variante eine vertretbare Alternative sein kann, wenn keine arterielle Probenentnahme möglich ist.
Einschränkungen
Der OI erfordert eine arterielle Blutgasanalyse und damit einen arteriellen Katheter oder eine arterielle Punktion. Dies ist ein praktischer Nachteil in ressourcenarmen Umgebungen und bei Patientinnen und Patienten, bei denen ein arterieller Zugang schwer zu legen ist. Der OSI kann als nichtinvasive Alternative verwendet werden, ist jedoch weniger breit validiert und beruht auf der Pulsoxymetrie, die von der peripheren Zirkulation abhängt und bei niedriger Perfusion falsche Werte anzeigen kann.
Das Instrument gilt nur für invasiv beatmete Patientinnen und Patienten. Der mittlere Atemwegsdruck ist zwischen invasiver und nichtinvasiver Beatmung nicht vergleichbar, weshalb die PALICC für nichtinvasiv beatmete Kinder den P/F-Quotienten empfiehlt [1]. Der OI sollte bei spontan atmenden Patientinnen und Patienten nicht verwendet werden.
Eine spezifische Fallgrube besteht darin, dass sich der OI mit den Beatmungseinstellungen ändert, auch wenn die Lungenschädigung unverändert ist. Eine PEEP-Erhöhung, die den PaO₂ aufgrund eines verminderten venösen Rückstroms oder einer Überdehnung senkt, kann den OI ansteigen lassen, ohne dass sich die Lungenschädigung tatsächlich verschlechtert hat. Eine PEEP-Reduktion kann den OI senken, ohne dass es dem Patienten besser geht. Der OI muss daher im Zusammenhang mit den aktuellen Beatmungseinstellungen und nicht isoliert interpretiert werden.
Die pädiatrischen PALICC-Schwellenwerte (4, 8 und 16) sind konsensbasiert und nicht empirisch in einer großen prospektiven Validierungskohorte abgeleitet. Ihre Übertragung auf erwachsene Patientinnen und Patienten ist nicht validiert, und die vorhandenen Erwachsenenstudien verwenden andere Schwellenwerte (zum Beispiel 13,5 in OXIVA-CARDS), die retrospektiv in spezifischen Kohorten abgeleitet wurden [3]. Keiner dieser Schwellenwerte wurde in einer prospektiven multizentrischen Studie mit externer Validierung bei Erwachsenen festgelegt.
Patientinnen und Patienten mit zyanotischem angeborenem Herzfehler oder chronischer Lungenerkrankung mit Basisbeatmung sollten gemäß PALICC nicht anhand von OI oder OSI stratifiziert werden, da sich die Ausgangsoxygenierung und die Physiologie von der Population mit akutem PARDS unterscheiden [1].
Quellen
- Pediatric Acute Lung Injury Consensus Conference Group. Pediatric Acute Respiratory Distress Syndrome: Consensus Recommendations From the Pediatric Acute Lung Injury Consensus Conference. Pediatr Crit Care Med 2015;16(5):428-39. PMID: 25647235
- Emeriaud G, López-Fernández YM, Iyer NP et al. Executive Summary of the Second International Guidelines for the Diagnosis and Management of Pediatric Acute Respiratory Distress Syndrome (PALICC-2). Pediatr Crit Care Med 2023;24(2):e426-e781. PMID: 36661420
- Vadi S, Suthar D, Sanwalka N. Correlation and Prognostic Significance of Oxygenation Indices in Invasively Ventilated Adults (OXIVA-CARDS) with COVID-19-associated ARDS: A Retrospective Study. Indian J Crit Care Med 2023;27(11):801-805. PMID: 37936792
- Dechert RE, Park PK, Bartlett RH. Evaluation of the oxygenation index in adult respiratory failure. J Trauma Acute Care Surg 2014;76(2):469-73. PMID: 24458052
- DesPrez K, McNeil JB, Wang C et al. Oxygenation Saturation Index Predicts Clinical Outcomes in ARDS. Chest 2017;152(6):1151-1158. PMID: 28823812