Investigation of near-infrared spectroscopy in patients after cardiac arrest in consideration of mild therapeutic hypothermia

Einleitung: Die Abschätzung des neurologischen Outcomes ist bei Patienten nach kardiopulmonaler Reanimation (CPR) während der milden therapeutischen Hypothermie (MTH) durch Sedierung und Kühlung erschwert. Die Nah-Infrarot- Spektroskopie (NIRS) bietet die Möglichkeit, die regionale gemischtvenöse Sauerstoffsättigung (rSO2) im Frontallappen des Patienten abzuschätzen. Vorangegangene Publikationen aus der Kardio- und Viszeralchirurgie beschreiben eine intraoperative Assoziation zwischen der rSO2 und dem neurologischen Outcome, bei der ein höherer Betrag mit einem besseren postoperativen neurologischen Ergebnis vergesellschaftet ist. Fragestellung: Es sollte untersucht werden, ob ein Zusammenhang zwischen der rSO2 und dem neurologischen Outcome nach CPR besteht und inwieweit dieser zur Prognosebildung genutzt werden kann. Methoden: Die Patienten wurden bei Beginn der CPR oder bei Eintreffen auf der hauseigenen Intensivstation mit den Optoden der NIRS versorgt. Anschließend wurde die rSO2 über die gesamte Zeit der MTH bis zum Erreichen der Normothermie bzw. bis zum Tod des Probanden erfasst. Auf dieser Grundlage konnte die „area under the curve“ (AUC) der rSO2 gebildet und auf eine Stunde normiert werden. Diese als mittlere rSO2 innerhalb einer Stunde benannte Fläche wurde zur weiteren Analyse herangezogen. Zur Quantifizierung des neurologischen Outcomes wurden die Patienten bei Entlassung von der Intensivstation anhand der Cerebral Performance Category Scale (CPC) eingeteilt. Anschließend wurde die AUC der „receiver operating characteristic“ (ROC) der mittleren rSO2 innerhalb einer Stunde berechnet und ein Cutoff-Wert für ein schlechtes Outcome ermittelt. Ergebnisse: Es wurden insgesamt 57 Patienten eingeschlossen. In die Kategorie CPC 1-2 mit einem neurologisch guten Ergebnis fielen 25 Probanden (43,9%), 32 Patienten (56,1%) erzielten ein schlechtes Outcome mit CPC 3-5. Es konnte gezeigt werden, dass Probanden mit besserem neurologischen Ergebnis eine signifikant höhere AUC der rSO2 innerhalb einer Stunde aufwiesen. Diese betrug für CPC 1-2 im Median 4043,8 (3684,3 - 4415,0) % min h-1 im Gegensatz zu 3420 (2999,9 - 4037,9) % min h-1 bei CPC 3-5 (p = 0,001). Für die mittlere rSO2 innerhalb einer Stunde in % min h-1 konnte eine AUC der ROC von 0,768 (0,647 – 0,888) ermittelt werden (p = 0,001). Mit einer Sensivität von 71,9% und Spezifität von 68 % konnte ein Cut-off-Wert für ein schlechtes Outcome bei 3840 % min h-1 errechnet werden. Schlussfolgerung: Während der MTH weisen Patienten nach CPR, die ein gutes neurologisches Outcome erzielen, eine höhere rSO2 auf als solche, die ein schlechtes Ergebnis erreichten. Unter Berücksichtigung der vorhandenen Limitationen kann die NIRS über die Messung der zerebralen rSO2 eine fehlende neurologische Erholung vorhersagen.Introduction: Estimation of neurological outcome in patients after cardiopulmonary resuscitation undergoing mild therapeutic hypothermia (MTH) is hindered by sedation and cooling. Non-invasive near-infrared spectroscopy (NIRS) offers the possibility to determine regional mixed venous oxygen saturation (rSO2) in patient’s frontal lobe. Earlier studies in patients undergoing abdominal or cardiac surgery identify an intraoperative relationship between rSO2 and neurological outcome showing higher values in persons with better postoperative neurological recovery. Aims of this dissertation: In this study, the relationship between rSO2 and neurological outcome after CPR and its potential for predicting cognitive recovery after MTH should be investigated. Methods: Patients received optodes of NIRS either at the beginning of CPR or at admission to ICU. Afterwards measurement was continued during the complete phase of MTH until reaching normothermia or until patient’s death. Based on that data the „area under the curve“(AUC) of rSO2 was calculated and standardised to one hour. That area called mean rSO2 standardised to an hour was used for following analysis. Neurological Outcome was determined at ICU discharge by Cerebral Performance Category Scale (CPC). Subsequently the AUC of the „receiver operating characteristic“(ROC) of mean rSO2 standardised to an hour was calculated and a cutoff value for poor neurological outcome was determined. Results: 57 patients were enrolled of which 25 persons (43.9%) showed a complete or almost complete cognitive recovery (CPC 1-2). A poor outcome, defined as CPC 3- 5, was achieved in 32 patients (56.1%). Patients with better outcome had higher mean rSO2 values standardised to an hour. In patients with CPC 1-2 median rSO2 was 4043.8 (3684.3 – 4415.0) % min h-1 in contrast to 3420 (2999.9 - 4037.9) % min h-1 in those with CPC 3-5 (p = 0,001). The AUC of ROC of mean rSO2 standardised to an hour was 0.768 (0.647 – 0.888) (p = 0,001). Outcome prediction by a cut-off value of 3840 % min h-1 yielded 71.9% sensitivity and 68% specificity for poor recovery. Conclusion: During MTH patients after CPR with a good neurological outcome show higher rSO2 values than those with a poor recovery. In consideration of existing limitations, measurements of cerebral rSO2 via NIRS may predict deficient neurological outcome