Pitfalls in Interpreting Umbilical Cord Blood Gases and Lactate at Birth

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Förlossnings- och barnläkare har i många år sökt efter ett instrument för utvärdering av det nyfödda barnets hälsotillstånd. Virginia Apgar introducerade 1953 ett poängsystem som bygger på en subjektiv bedömning av barnets hudfärg, hjärtfrekvens,reflexer/retbarhet, muskeltonus och andning. Koncentrationen i blodet av olika gaser, syror och baser speglar också det nyfödda barnets tillstånd. Relationen mellan påverkade blodgaser och det nyfödda barnets vitalitet uppmärksammades för första gången 1958 av James m.fl. Mätning av pH i blodprov från fosterskalpen under förlossningen introducerades av Erich Saling från Berlin på 1960-talet. Metoden introducerades i Sverige på 1970-talet och har sedan använts för bedömning av syrebrist (hypoxi) hos fostret under förlossningen. Som första klinik i landet införde man i Malmö 1981 rutinmässig mätning av blodgaser i navelsträngsblod när barnet var fött. Några år senare infördes rutinen även i Lund. Numera använder många kliniker, både i Sverige och utomlands, mätning av blodgaser och mjölksyra (laktat) i navelsträngsblod. Blodgaser och laktatnivåer i navelsträngsblod används som ett viktigt instrument för att retrospektivt utvärdera förlossningsförloppet i det enskilda fallet, för att värdera kvaliteten på förlossningsvården, vid undervisning samt som utfallsparameter i vetenskapliga artiklar. Syra-bas-balansen i navelsträngsblod är till skillnad från Apgar-poäng ett objektivt mått på barnets tillstånd vid födelsen och reflekterar inte bara den hypoxi som fostret exponerats för utan även fostrets förmåga att bemästra denna syrebrist. Fostret utvecklar med ökande graviditetslängd en blandad metabolisk och respiratorisk acidemi, dvs. sjunkande pH pga. ansamling av sura metaboliter och koldioxid. Under förlossningen utsätts fostret för en hypoxisk provokation. Det innebär bl.a. att pH sjunker och laktat stiger i navelsträngsblod. Övergående hypoxi och koldioxidansamling (hyperkapni) är ofarligt, men om fostret inte klarar av att upprätthålla en aerob metabolism måste den anaeroba metabolismen utnyttjas och blodgaser och laktat ändras då mer än vad som förväntas. Detta leder till laktatansamling, acidos och ett större underskott av baser (base deficit, BD). Metabolisk acidos (MA) i navelsträngsblod indikerar att fostrets utsatts för betydande hypoxi och definieras som ett pH-värde <7,00 (eller <7,05) plus ett BD-värde ≥ 12,0 mmol/L i arteriellt navelsträngsblod vid födelsen. Både en uttalad fetal acidos och låga Apgar-poäng korrelerar med en ökad risk för sjuklighet och är därför ett observandum som ofta leder till att det nyfödda barnet förs till neonatal intensivvård. Lyckligtvis klarar sig de flesta barn med låga Apgar-poäng eller acidos utan kvarstående men, vilket talar för att dessa parametrar är trubbiga instrument för utvärdering av det nyfödda barnets hälsotillstånd och fortsatta utveckling. Endast då dessa mått är kraftigt påverkade ses en tydlig koppling till kvarstående sjuklighet. Apgar-poäng och navelsträngsprover kan dock komplettera varandra och är idag fortfarande det bästa som finns att tillgå för bedömning av det nyfödda barnets tillstånd. Blodproverna bör tas från både venen och en av de två artärerna i navelsträngen för att man bäst ska kunna bedöma allvarlighetsgraden och durationen av en eventuellt genomgången syrebrist. Venen innehåller det blod som förs från moderkakan till fostret och artärerna det blod som förs tillbaka till moderkakan från fostret. Därför reflekterar arteriellt blod bäst det nyfödda barnets syra-bas-status medan det venösa blodet dessutom återspeglar moderns syra-bas-balans och moderkakans funktion. Proverna bör tas direkt efter födelsen, då försening kan leda till förändringar av blodgaser och laktat i blodet. Detta sker då barnet börjar andas och sprattla och blodcirkulationen ställs om till livet utanför livmodern. Dessutom kan innehållet i proverna ändras om tiden från provtagning till analys förlängs. För att man ska kunna lita på provsvaren är det viktigt att den som tolkar navelssträngsprover är medveten om de många fysiologiska och metodologiska faktorer som kan påverka syra-bas-värden. Denna avhandling handlar om fallgropar vid mätning och tolkning av blodgaser och laktat i navelsträngsblod. De faktorer som utgör fokus för de olika delarbetena i avhandlingen är: I. val av algoritm och vätskerum (blod eller extracellulärvätska) vid uträkning av BD och diagnos av MA, II. betydelsen av decimalavrundning av pH- och BD-värden då diagnosen MA ställs, III. senareläggning av navelsträngsprovtagningen och hur det påverkar syra-basvärdena och IV. sambandet mellan kliniska faktorer och valideringskriterier för urskiljning av det arteriella respektive venösa provet. Studie I redovisar förekomsten av MA beräknat med olika formler (algoritmer)för BD. Base deficit är en artificiell variabel som inte mäts av blodgasapparaten utan beräknas utifrån uppmätta värden av pH, partialtrycket av koldioxid (pCO2)och hemoglobin (Hb). I vissa blodgasapparater används ett bestämt Hb-värde på 9,3 mmol/L (150 g/L) för att beräkna BD, medan andra apparater använder ett uppmätt värde. Dessutom skiljer sig algoritmerna för beräkning av BD i blod respektive extracellulärvätska (ecf ). I denna studie uppmärksammar vi kliniker och forskare på att MA-diagnosen, som baseras på pH <7,00 plus BD ≥12,0 mmol/L, kan bero på vilken algoritm för uträkning av BD som används i blodgasapparaten. Beräkningar gjordes utifrån pH, pCO2 och Hb-värden i 15 354 navelsträngsblodprover. Algoritmer för uträkning av BD hämtades dels från Clinical and Laboratory Standards Institute i USA och dels från tre olika blodgasapparater. Frekvensen MA varierade signifikant mellan de olika blodgasapparaterna beroende på sättet att beräkna BD. Ingen skillnad påvisades om man använde ett uppmätt eller bestämt Hb-värde i algoritmerna. Med tanke på att skillnaderna i förekomst av BD ≥12.0 mmol/L var upp till 426% mellan algoritmer för blod respektive extracellulärvätska är det inte förvånande att man i andra studier, som uppmärksammat våra fynd, funnit skillnader i frekvens av MA beroende på val av vätskerum. Det är ingen tvekan om att vald algoritm för beräkning av BD har stor klinisk och vetenskaplig betydelse och om BD fortsatt ska användas som ett utfallsmått bör val av algoritm standardiseras. Studie II inspirerades av ett utlåtande från Vetenskapsrådet om misstänkt oredlighet i forskning. Inkonsekvent avrundning vid beräkning av MA skulle undvikas genom att ange samtliga tre decimaler i pH-värdet i vetenskapliga artiklar. Vi syftade till att illustrera inverkan av pH- och BD-decimalavrundning på diagnosen MA vid födelsen och inkluderade 18 831 navelsträngsblodprover. Blodgasapparaten vi använde (Radiometer ABL 735) rapporterade pH med 3 decimaler. Vi fann att vid avrundning av pH-värden mellan 7,045 och 7,049 med avrundningsregeln ”halva mot jämnt” (bankers’ rule, 5 avrundas uppåt om den föregående siffran är udda och nedåt om den är jämn) försvann 25 av 339 (7,4%) värden med pH ≤7,049. Då avrundningsregeln ”halv uppåt” (round half-up, 5 avrundas alltid uppåt) användes försvann 27 av 339 (8,0%) värden. Således avrundades upp till 8% av acidotiska pH-värden bort. BD beräknades sedan dels med alla 3 decimalerna i pH-värdena medtagna i algoritmen, dels med avrundning av tredje decimalen utifrån de två olika avrundningsreglerna. pH ≤7,049 plus BD >12,000 mmol/L (75 fall) jämfördes sedan med olika sätt att avrunda till pH <7,05 plus BD >12,0 mmol/L (71-74 fall beroende på avrundningsregel). Den maximala diskrepansen var 8 fall (10,7%)där diagnosen MA försvann eller uppkom beroende på olika avrundningar. På grund av den redan komplexa redogörelsen för avrundning av pH och BD-värden tog vi inte med avrundning av pCO2-värden i kalkylerna. Eftersom tredje decimalen i pH-värdena och andra decimalen i pCO2-värdena är osäkra p.g.a. teknisk mätosäkerhet bör man fortsätta att i kliniskt arbete använda två decimaler för pH och en för pCO2. Studien visade alltså att ända upp mot 10.7% av värdena kan byta förtecken mellan metabolisk acidos och icke acidos. Samma sak gäller sannolikt även andra biokemiska substanser. I vetenskapliga beräkningar bör man vara medveten om att det på grund av matematisk avrundning av decimaler kan bli ett skifte mellan ”positiva och negativa” diagnoser när vi definierar värden över och under ett fastställt gränsvärde som normalt eller icke normalt. Studie III beskriver hur blodgas- och laktatvärden i navelsträngsblod ändras när man väntar med att avnavla barnet. Det finns studier som visar att blodvolym och järndepåer ökar hos det nyfödda barnet om avnavling sker först då pulsationer i navelsträngskärlen avstannat. Den extra blodvolym som shuntas från moderkakan till barnet kan underlätta omställningen till livet utanför livmodern. Detta gynnar framför allt för tidigt födda barn. Vi har tidigare visat att pH sjunker medan pCO2, partiellt syrgastryck (pO2), BD och laktat ökar vid sen avnavling efter vaginal förlossning. Baserat på observationer från djurstudier lade vi fram hypotesen att dessa förändringar beror på inflöde av sura metaboliter från perifer vävnad då det nyfödda barnet börjar andas. Under värkarbete sker en centralisering av cirkulationen till prioriterade organ såsom hjärta, hjärna och binjurar. Strax efter födelsen öppnas kärlbäddar till dåligt försörjda organ upp och sura metaboliter strömmar in i den centrala cirkulationen. Förekomsten av detta fenomen, kallat ”hidden acidosis”, ville vi demonstrera genom att jämföra blodgas- och laktatförändringar vid vaginal förlossning och planerade kejsarsnitt. Hypotesen var att hidden acidosis förekom i mindre utsträckning vid planerade kejsarsnitt eftersom dessa barn ej utsatts för den syrebrist som orsakas av kompression av navelsträngen under livmodersammandragningar. Vi inkluderade 66 vaginalt förlösta nyfödda och 58 nyfödda efter planerat kejsarsnitt. Utöver blodgas- och laktatvärden undersöktes även Hb och andelen röda blodkroppar (hematokrit) i blodet för att utesluta att förändringar i blodets sammansättning orsakade fenomenet. Vår hypotes bekräftades, men det var överraskande att signifikanta förändringar av blodgas- och laktatvärden inträffade även i kejsarsnittsgruppen. Detta kunde förklaras av att ryggbedövning påverkar foster negativt och 90% av de kejsarsnittade kvinnorna i vår studie hade fått ryggbedövning. Studien kunde bara göras på fall där man förväntade sig ett friskt barn och därför hade endast två barn ett arteriellt pH <7,10. Det ena barnet var omedelbart piggt och alert och som förväntat sjönk pH ytterligare och laktat och BD steg inom 45 sekunder. Det andra barnet hade svårt att komma igång med andning och cirkulation och hos detta barn var blodgaser och laktatvärden oförändrade under de första 45 sekunderna. Dessa observationer ger ytterligare stöd för att hidden acidosis är ett fysiologiskt snarare än patologiskt fenomen hos nyfödda. Konklusionen från studien var att vid sen avnavling, inklusive planerade kejsarsnitt, förändras blodgaser och laktat så att initialt normala navelsträngsvärden kan komma att bli onormala och diagnosen MA ställas på felaktiga grunder. Det torde bli omöjligt att definiera adekvata normalvärden för blodprov tagna vid sen avnavling eftersom alerta barn visar förändringar mot acidemi, hyperkapni och laktatemi, medan slappa och medtagna barn inte visar samma förändringar. För att erhålla adekvata provsvar utan att störa blodtransfusion till det nyfödda barnet bör provtagningen ske från en icke-klampad navelsträng strax efter födelsen. Denna studie samt vår kliniska erfarenhet visar att det är möjligt. Studie IV syftade till att värdera etablerade valideringskriterier för blodgaser i navelsträngsblod. Syftet med att validera blodgaser tagna från navelsträngen är att försäkra sig om att provet kommer från en artär och inte venen eftersom artärerna för blod från fostret till moderkakan (placenta) och därmed bäst representerar fostrets metabola status. För att utesluta att man förväxlat artär med ven, räknar man ut den veno-arteriella (V-A) gradienten för pH och A-V gradienten för pCO2. Dessa värden, Δ-värden, ska teoretiskt vara positiva om provet är rätt taget. Är värdet negativt anser man att proverna är förväxlade och är värdet kring 0 anser man att båda proverna kommer från samma blodkärl. Etablerade valideringskriterier är ΔpH ≥0,02 enheter och ΔpCO2 ≥0,5 kPa, men även andra kriterier har föreslagits. Vårt material bestod av 27 233 parade blodprover. I histogrammen för ΔpH och ΔpCO2 urskildes tre subpopulationer, vilka i tur och ordning enligt etablerade valideringskriterier då borde representera 1) förväxlade prover (negativa Δ-värden), 2) upprepade prov från samma kärl (värden kring 0) och 3) korrekt identifierade prover (positiva Δ-värden). Vid jämförelser av kliniska parametrar mellan dessa tre grupper fann vi signifikanta skillnader för krysttid, födelsevikt, arteriellt och venöst pH, samt förlossningssätt. Detta talar för att inte bara korrekt identifiering av proverna spelar roll för distributionen av Δ-värden utan att även kliniska parametrar har en påverkan. Bland ΔpO2-värdena var 19,8% negativa, jämfört med 13,2% negativa ΔpH-värden och 14,9% negativa ΔpCO2-värden. Negativa ΔpO2-värden är en fysiologisk omöjlighet för fostret kan inte producera syrgas. I tidigare studier med sen avnavling hade vi observerat att pO2 kurvan stiger brant och accelererande i artären efter framfödandet av barnet men i venen stiger den de första 45 sekunderna för att sedan minska. Negativa ΔpO2 värden tyder alltså inte bara på felaktig identifiering av proverna utan även på sen avnavling. Då vi jämförde vaginala förlossningar i Lund och Malmö fick vi stöd för att sen avnavling i många fall är orsaken till negativa ΔpO2-värden: i Lund tas blodproverna från den pulserande navelsträngen så snart det går medan navelsträngen dubbelklampas i Malmö innan provtagning. Frekvensen negativa ΔpO2-värden bland vaginalt förlösta var 7,5% (Lund) respektive 32,2% (Malmö). Detta talar starkt för att provtagningsrutinerna har haft stor betydelse och att proverna från Malmö tagits senare jämfört med proverna från Lund. När vi sållade bort alla negativa Δ-värden för pO2 och pCO2 då ΔpH beräknades, och negativa ΔpO2 och ΔpH då ΔpCO2 beräknades, fann vi att 5:e percentilen för ΔpH var 0,022 enheter och ΔpCO2 0,53 kPa räknat på Lundamaterialet. Histogrammet för Δlaktat visade endast en population varav 26,4% hade negativa värden och 8,6% 0-värden. Laktatkoncentrationen i navelsträngsblod är avhängigt en komplex samverkan mellan foster, placenta och moder, där bl.a. syra-bas-balans och laktatproduktionen i placenta har betydelse. Vår studie bekräftade tidigare studier, där somliga visat positiva och andra negativa Δ-laktatvärden. Sammanfattningsvis visade vår studie att även om valideringskriterierna delvis överensstämde med tidigare rapporterade kriterier är de beroende av kliniska karakteristika. Man riskerar därför att med valideringskriterier utesluta fall med korrekt tagna blodprover men med kliniska särdrag. Laktat kan inte användas för validering av navelsträngsprover. Det enda säkra valideringskriteriet är negativa ΔpO2 som talar för sen avnavling alternativt förväxling av arteriella och venösa prover.