Perinatale Asphyxie kann zu schwerwiegenden entwicklungsneurologischen
Beeinträchtigungen führen. Ebenso kann es bei Neugeborenen, Säuglingen und
Kindern mit angeborenen Herzfehlern, welche sich komplexen Prozeduren wie
Herzkatheteruntersuchungen oder Herzoperationen unterziehen müssen,
schwerwiegende neurologische Komplikationen geben. Neuromonitoring zur
Erkennung von zerebralen Schäden rückt daher zunehmend in den Mittelpunkt des
Interesses bei der Behandlung dieser neonatalen bzw. pädiatrischen
Patientengruppen. Die hier vorgestellten Arbeiten haben sich in einem
Schwerpunkt systematisch mit Vergleichsstudien und klinischer Anwendung der
Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) beschäftigt. Der zweite Schwerpunkt liegt in
der Analyse biochemischer Parameter (Protein S-100, CK-BB und NSE) in Bezug
auf ihren Stellenwert als früher Marker zur Erkennung einer hypoxämisch-
ischämischen Enzephalopathie nach Asphyxie und ihre Vorhersagekraft für
entwicklungsneurologische Folgeschäden. Darüber hinaus wurde das Vorkommen von
Protein S-100 in verschiedenen extrazerebralen Flüssigkeiten vor und nach
Herzoperationen untersucht, um ein besseres Verständnis für die Beurteilung
von Protein S-100 Konzentrationen nach Herzoperationen zu bekommen. Methodik
Alle Untersuchungen wurden im Rahmen der klinischen Routine entweder auf der
kinderkardiologischen bzw. neonatologischen Intensivstation, im
Herzkatheterlabor, im Operationssaal oder im klinischen Labor durchgeführt.
1\. Nah-Infrarot-Spektroskopiegeräte liefern sogenannte zerebrale
Oxygenierungsindices: das Gerät NIRO 200 bzw. 300 der Firma Hamamatsu
Photonics (Hamamtsu Photonics, Japan) liefert den zerebralen
Gewebeoxygenierungs-Index, den tissue oxygenation index (=TOI-Wert), das Gerät
INVOS 5100 (Somanetics Corporation, Troy, U.S.A.) einen vergleichbaren
zerebralen „regionalen Gewebesättigungswert“ (= rSO2 Wert). Um den zerebralen
Oxygenierungsindex (TOI, NIRO 300 der Firma Hamamatsu Photonics)
interpretieren zu können, wurden Vergleiche zwischen dem TOI und den simultan
oximetrisch gemessenen Sauerstoffsättigungen im Bulbus der Vena jugularis
sowie im rechten Vorhof vorgenommen. Der zerebrale Gewebesättigungswert (rSO2,
INVOS 5100 von Somanetics Corp.) wurde mit der Sättigung im Bulbus jugularis
und in der oberen Hohlvene verglichen. Parallel dazu wurde ein Gerätevergleich
durchgeführt, indem die oximetrisch gemessenen Sättigungen im Bulbus jugularis
und in der oberen Hohlvene zeitgleich sowohl mit dem TOI als auch mit der rSO2
verglichen wurden. 2\. Bei Patienten nach Herzoperationen mit Herzfehler-
bedingter pulmonaler Hypertension wurde in der unmittelbar postoperativen
Phase mit Hilfe von NIRS die zerebrale Oxygenierung und ihre Beeinflussung
durch ein pulmonal- antihypertensives Medikament (Sildenafil) untersucht.
Darüber hinaus wurde die Wertigkeit der NIRS in der Beurteilung klinisch
extrem kritischer Situationen (Reanimation) analysiert. 3\. Die biochemischen
Parameter Protein S-100, CK-BB und NSE im Serum wurden unmittelbar nach einem
geburtsasphyktischen Ereignis in definierten Zeitabständen bestimmt, um ihre
prognostische Wertigkeit hinsichtlich der Entwicklung einer hypoxisch-
ischämischen Enzephalopathie (HIE) zu analysieren. Nach 20 Monaten wurden die
Patienten entwicklungsneurologisch nachuntersucht und die Ergebnisse mit den
Serumkonzentrationen der biochemischen Marker korreliert. 4\. Zur Klärung
möglicher Störeinflüsse bei der Verwendung des Protein S-100 als zerebraler
Marker nach Herzoperationen im Kindesalter wurde das Protein prä- und
postoperativ in verschiedenen extrazerebralen Körperflüssigkeiten (native
Perikardflüssigkeit, postoperative Perikard-, Pleura- und
Peritonealflüssigkeit) untersucht. Resultate 1\. Vergleich zerebraler
Oxygenierungsindices Die Arbeiten konnten zeigen, dass die zerebralen
Oxygenierungsindices geräteunabhängig sowohl eine Korrelation zu den
Sättigungswerten im Bulbus jugularis als auch zu der globalen
Oxygenierungssituation (gemessen in der oberen Hohlvene und im rechten Vorhof)
aufweisen. Im Gerätevergleich korrelierten die Ergebnisse des INVOS 5100
jedoch besser. 2\. Klinische Anwendungen des Neuromonitorings „NIRS“ Durch den
Einsatz von NIRS scheint sich ein direkter Einfluss von Sildenafil auf den
neuronalen Zellmetabolismus nachweisen zu lassen, in dem mittels NIRS nach
Sildenafilgabe ein Anstieg des oxygenierten Hämoglobins messbar ist. Während
kardiopulmonaler Reanimation dokumentiert NIRS zuverlässig hämodynamische
Veränderungen in Echtzeit. 3\. Untersuchungen biochemischer Marker zur
Erkennung einer hypoxisch-ischämischen Enzephalopathie und deren
entwicklungsneurologische Folgen nach Asphyxie Die Kombination einer frühen
Serumuntersuchung von Protein S-100 und CK-BB bereits zwei Stunden nach
Asphyxie hat einen hohen prädiktiven Wert bezüglich der Vorhersage der
Entwicklung einer hypoxisch-ischämischen Enzephalopathie. Andererseits zeigte
sich in derselben Patientengruppe kaum ein Zusammenhang zu den biochemischen
Parametern im Hinblick auf entwicklungsneurologische Defizite. 4\.
Untersuchung von Protein S-100 in verschiedenen extrazerebralen Flüssigkeiten
vor und nach herzchirurgischen Eingriffen bei Kindern Protein S-100 lässt sich
bereits in nativer Perikardflüssigkeit nachweisen. Nach Operation an der Herz-
Lungen-Maschine ist es in Perikard-, Pleura- und Peritonealflüssigkeit
vorhanden. Schlussfolgerungen Die in dieser Habilitationsschrift ausgeführten
Arbeiten haben weiterführende Antworten auf die Anwendbarkeit des nicht-
invasiven zerebralen Überwachungssystems „NIRS“ geliefert, und eine neue
Bewertung der biochemischen Marker Protein S-100, CK-BB und NSE im Hinblick
auf die Entwicklung einer hypoxisch-ischämischen Enzephalopathie und der
Abschätzung neurologischer Folgen ermöglicht.Perinatal asphyxia may cause severe neurodevelopmental disabilities. On the
other hand newborns, infants and children with congenital heart defects who
undergo complex catheter intereventions or heart operations may suffer from
neurological complications. Neuromonitoring for the detection of cerebral
injuries is therefore of increasing interest in neonatal and paediatric
patient groups. The studies on which this work is based are systematic
comparison studies and clinical practice studies concerning the method near-
infrared spectroscopy. A further focus is the investigation of biochemical
parameters (protein S-100, CK-BB and NSE) in terms of their value in
predicting hypoxic-ischemic encephalopathy after birth asphyxia at an early
time and in the later follow-up as parameters for neurodevelopmental outcome.
Further, the appearance of protein S-100 in extra-cerebral fluids before and
after heart operations was analyzed to obtain a better understanding of the
protein S-100 concentrations after cardiac surgery. Methology All examinations
were performed during routine clinical examinations at the paediatric
intensive care unit, the neonatal intensive care unit, the catheterization
laboratory, operating theatre or clinical laboratory. 1\. Near-infrared
spectroscopy provides tissue oxygenation indices: the NIRO 200 or NIRO 300
device (Hamamtsu Photonics, Japan) provides the so-called “cerebral tissue
oxygenation index” (TOI), while the INVOS 5100 device (Somanetics Corporation,
Troy, MI, USA) provides a comparable “regional cerebral oxygenation index” (=
rSO2). To clarify the cerebral tissue oxygenation index TOI (NIRO 300) we
performed comparisons with simultaneous measurement of cerebral TOI, venous
jugular bulb saturation and oxygen saturation in the right atrium. The
cerebral regional oxygenation saturation rSO2 (INVOS 5100) was compared to the
saturation in the jugular bulb and that measured in the superior caval vein.
Furthermore, a comparison between the two near- infrared spectrophotometers
was performed by comparing the saturations from the venous jugular bulb and
the superior caval vein to both the simultaneously measured cerebral TOI and
cerebral rSO2 values. 2\. The influence of intravenous sildenafil on cerebral
oxygenation as measured by near-infrared spectroscopy after cardiac surgery
and on cerebral oyxgenation as measured by near-infrared spectroscopy during
circulatory arrest and cardiopulmonary resuscitation was also studied. 3\.
Biochemical markers (protein S-100, CK-BB and NSE) were studied in serum after
birth asphyxia in defined time intervals to investigate their predictive value
concerning the development of hypoxic-ischemic encephalopathy. After 20 months
the patients' neurological development was examined and the predictive value
of these brain-specific proteins in serum for neurodevelopmental outcome after
birth asphyxia was studied. 4\. The appearance of protein S-100 in extra-
cerebral fluids (native pericardial fluid, postoperative pericardial, pleural
and peritoneal fluid) before and after heart operations in children was
analyzed to gain better understanding of the protein S-100 concentrations
after cardiac surgery. Results 1\. Comparison of different cerebral
oxygenation indices The studies demonstrated, independently of the near-
infrared spectrophotometer used, a correlation of the cerebral oxygenation
index to the saturation in the venous jugular bulb as well as to the global
oxygen saturation measured in the right atrium or in the superior caval vein.
Comparison of the two near-infrared devices demonstrated better correlations
in the INVOS 5100 device. 2\. Clinical applications of near-infrared
spectroscopy Near-infrared spectroscopy measures the direct influence of
sildenafil on the neuronal cell metabolism as it is able to detect increases
in oxygenated haemoglobin. During circulatory arrest and cardiopulmonary
resuscitation near-infrared spectroscopy detects reliable real-time
hemodynamic changes. 3\. Biochemical serum markers for detection of hypoxic-
ischemic encephalopathy and neurodevelopmental outcome A combination of serum
protein S-100 and CK-BB after birth had the greatest value and highest
specificity for the prediction of moderate and severe hypoxic-ischemic
encephalopathy. On the other hand, neurodevelopmental examinations
demonstrated that these parameters seem to be of limited value in predicting
severe brain damage after birth asphyxia. 4\. Study of protein S-100 in
different extra-cerebral fluids before and after cardiac surgery in children
Protein S-100 is detectable in native pericardial fluid in children. After
cardiac surgery it is detectable in pericardial, pleural and peritoneal fluid.
Conclusions The studies presented here provide answers to questions concerning
the reliability and clinical use of the neuromonitoring tool near-infrared
spectroscopy. Ratings of the biochemical markers protein S-100, CK-BB and NSE
are given in regard to the prediction of hypoxic-ischemic encephalopathy and
neurodevelopmental sequelae
