Validierung eines Rechenalgorithmus zur individuellen Energieumsatzbestimmung von Frühgeborenen im Inkubator

Abstract

Hintergrund: Nach der Geburt kommt es zu einem endogenen, für die thermische Stabilität maßgeblichen Anstieg des Grundumsatzes, der sich bei reifen Neugeborenen innerhalb von Stunden, bei Frühgeborenen je nach Unreife innerhalb von Wochen abspielt. Obwohl er gerade bei sehr kleinen Frühgeborenen für ein individualisiertes Ernährungsregime von Bedeutung wäre, wird der Energieumsatz in der klinischen Routine – wegen des technischen Aufwandes der Kalorimetrie oder der Wärmeflussmessung – nicht erfasst. Eine alternative, rechnerische Möglichkeit zur Bestimmung des Energieumsatzes ergibt sich aus den Inkubatoreinstellungen, die zur Aufrechterhaltung der thermischen Stabilität erforderlich sind und somit indirekt den verzögerten Stoffwechselanstieg widerspiegeln. Fragestellung: Ist es möglich, den postnatalen Energieumsatzanstieg von Frühgeborenen mittels eines auf den Inkubatoreinstellungen beruhenden Rechenalgorithmus zu erfassen? Material und Methoden: Zur Beantwortung dieser Frage wurde der postnatale Energieumsatzverlauf bei insgesamt 40 Frühgeborenen mit einem Reifealter von 25+5 bis 33+0 Schwangerschaftswochen rechnerisch aus den jeweiligen Inkubatoreinstellungen bestimmt. In 19 Fällen wurden die Rechenwerte mit den zu zwei Zeitpunkten (10±2 und 20±5 Tage) durchgeführten Wärmeflussmessungen verglichen. Ergebnisse: Die Ergebnisse des Rechenalgorithmus lassen einen signifikanten Anstieg des Energieumsatzes zwischen Messung 1 (47,77±4,651 kcal/(kg*d)) und Messung 2 (55,46±4,521 kcal/(kg*d); p<0.05) erkennen und entsprechen damit in der Tendenz den zugehörigen gewichteten Wärmeflussmessungen (Messung 1: 40,79±6,320 kcal/(kg*d); Messung 2: 46,76±6,102 kcal/(kg*d); p<0,05). Von den Absolutwerten liegen die berechneten Werte genau in den aus der Literatur bekannten Bereichen (d10: 48 [42-58] kcal/(kg*d)]; d20: 55 [53-66] kcal/(kg*d)). Diskussion: Der Vergleich zwischen den berechneten und den gemessenen Energieumsatzraten belegt, dass der Rechenalgorithmus den postnatalen Anstieg des Energieumsatzes grundsätzlich zu erfassen vermag und sich zumindest für ein Trendmonitoring eignet. Mit einer geringeren Streuung der Ergebnisse und ca. 15% höheren Werten als in der Wärmeflussmessung zeigt der Rechenalgorithmus sogar eine bessere Übereinstimmung mit Referenzdaten aus der Literatur. Schlussfolgerung: Der postnatale Energieumsatzanstieg von Frühgeborenen lässt sich sowohl tendenziell als auch absolut mittels eines auf den Inkubatoreinstellungen beruhenden Rechenalgorithmus erfassen. Die Relevanz z.B. für ein individualisiertes Ernährungsregime sollte nun in einer prospektiven Anwendungsstudie untersucht werden.

Background: After birth, an endogenous increase metabolic rate occurs, which is crucial for thermal stability. While this occurs within hours in term infants, it may take several weeks in preterm infants, depending on their degree of immaturity. Although measuring energy expenditure could be highly relevant for individualized nutritional regimens in very low birth weight infants, it is generally not assessed in clinical routine due to the technical complexity of calorimetry or heat flux measurements. As an alternative, a calculational method to determine energy expenditure could be based on the incubator settings that are required to maintain thermal stability and thus indirectly reflect the delayed metabolic increase. Objective: Is it possible to capture the postnatal increase in energy expenditure in preterm infants using a calculational algorithm based on incubator settings? Material and Methods: To answer this question, the postnatal energy expenditure course was calculated from the respective incubator settings in a total of 40 preterm infants with a gestational age of 25+5 to 33+0 weeks. In 19 cases, the calculated values were compared with heat flow measurements performed at two time points (10±2 and 20±5 days). Results: The results of the calculational algorithm show a significant increase in energy expenditure between measurement 1 (47,77±4,651 kcal/(kg*d)) and measurement 2 (55,46±4,521 kcal/(kg*d); p<0,05) and thus reflect the same trend as the weighted heat flux measurements (measurement 1: 40,79±6,320 kcal/(kg*d); measurement 2: 46,76±6,102 kcal/(kg*d); p<0,05). In terms of absolute values, the calculated values fall precisely within the range known from the literature (d10: 48 [42-58] kcal/(kg*d)]; d20: 55 [53-66] kcal/(kg*d)). Discussion: Comparison of calculated and measured energy expenditure rates confirms that the computational algorithm fundamentally captures the postnatal increase in metabolic rate, making it suitable, at least, for trend monitoring. Exhibiting less data scatter and values approximately 15% higher than heat flux measurements, the algorithm even shows better agreement with reference data from the literature. Conclusion: The postnatal rise in energy expenditure in preterm infants can be determined, both in trend and absolute terms, using a computational algorithm based on incubator settings. The clinical relevance, e.g., for individualized nutritional regimens, should now be investigated in a prospective application study.