Outcome Measures in Perinatal Medicine – pH or BE. The Thresholds of These Parameters in Term Infants

 

 Buy Article Permissions and Reprints

Abstract

Background: Hypoxia and severe foetal acidosis may lead to cerebral injuries and multi-organ failure. Base excess (BE) and actual pH determined in umbilical artery (UA) blood are valid parameters to measure (metabolic) acidosis. Until now there is no consensus worldwide as to which of the two parameters should preferably be used and which thresholds should be applied: the thresholds 7.000, 7.100 and 7.200 are discussed for pH,UA and – 16.0 mmol / l for BE,UA, respectively. The aim of this study was to redefine these thresholds for term infants taking into account the entire spectrum of complications in early neonatal life and to compare the diagnostic power of both variables under investigation. Methods: 512 foetuses all with a pH,UA < 7.100 were enrolled in this retrospective study. In this paper only term infants (n = 398) without major malformations were analysed. In order to quantify foetal morbidity and mortality an asphyxia complication (AC) score was designed using the Apgar score after 1 min and all possible complications encountered in the neonate until discharge (mainly from the NICU). Routine acid-base (AB) measurements (Radiometer, Copenhagen) were available (UA and UV blood) in nearly all cases. In this context, BE was corrected to 100 % oxygen-saturation (BE_oxy.) using the (calculated) actual saturation (BE_act.oxy.) of haemoglobin in each case because sO₂ (%) becomes very low in severe acidosis. Oxygen saturation (%) was determined according to Ruiz et al. using haemoglobin F. Matched pairs (pH,UA > 7.10) were defined using the variables (i) gestational age, (ii) birth weight (± 100 g), (iii) sex, and (iv) parity. Results: Analysing term infants with a definitely good outcome (n = 389) led to the following AB variables in UA blood: 10 % had a pH < 7.000; the lowest pH was 6.717, the highest pCO₂ was 118 mmHg and the lowest BE_oxy. amounted to – 32.4 mmol / l. 90 % of these neonates had an oxygen saturation that was still > 3.0 %. However, early neonatal morbidity due to hypoxia and acidosis was remarkable; therefore these AB variables could not serve as thresholds. Relying on clinical criteria, no acidotic morbidity was accepted, except for respiration disorders in early neonatal live (C score) together with Apgar scores down to 4 after one minute. This led to an AC score of ≤ 8 (n = 378). In this group the lowest pH,UA was 6.890 and BE_oxy. was – 25.1 mmol / l, respectively. In order to have a “buffer zone” of 10 % in each variable distribution (10^th / 90^th percentile). the following thresholds could be evaluated in UA blood: pH: 7.000, pCO₂: 84 mmHg, sO₂: 3.0 % and BE_oxy. – 20.0 mmol / l. Only 13 (matched) neonates suffered from an AC score > 8 and had all pH values ≥ 7.100 (3.3 % overlap). These foetuses seemed to be not at risk concerning injuries and severe complications. In UA blood the actual pH always offers closer correlations with the AC score when compared with the BE_oxy. value. Conclusion: Thresholds in UA blood for pH, pCO_2, sO₂ and BE_oxy. in term-infants are: 7.000, 84 mmHg, 3.0 % and – 20 mmol / l, respectively. Delivery of an otherwise healthy baby without getting in touch with these thresholds seems to be safe both for the baby and the obstetrician. In addition, severe neonatal depression (Apgar 1 min: 0 and 1) is usually avoided (0 / 398). BE_oxy. does not offer a higher diagnostic power when compared with actual pH.

Zusammenfassung

Hintergrund: Hypoxie und Azidose können beim Neugeborenen zu einer Enzephalopathie und zum Multiorganversagen führen. pH und Basenexcess (BE) gemessen im Nabelarterien-Blut (NA) sind zwei geeignete Parameter, um eine Azidose zu erfassen. In der Geburtsmedizin besteht jedoch noch keine Einigkeit darüber, welche der beiden Messgrößen geeigneter ist und welche Grenzwerte beachtet werden müssen. Für das aktuelle pH,NA werden die Grenzen 7,000, 7,100 und auch 7,200 diskutiert; für den BE wird ein Schwellenwert von – 12,0 bzw. – 16,0 mmol / l angegeben. Ziel dieser Studie war es, beide Messgrößen miteinander zu vergleichen und an Hand des gesamten Spektrums an postpartalen Komplikationen gültige Grenzwerte zu definieren, die tunlichst nicht überschritten werden dürfen, wenn man bleibende Schäden beim Neugeborenen vermeiden will. Methodik: In dieser retrospektiven Arbeit wurden 512 azidotische (pH,NA < 7,100) Kinder mit allen geburtshilflichen Problemen und neonatologischen Erkrankungen erfasst; davon waren 398 Neonaten reif geboren und hatten keine Missbildungen; diese Gruppe wurde hier eingehender analysiert. Fast in allen Fällen stand ein kompletter Säure-Basen-Status (SB) aus dem Nabelschnurblut (NA und NV) zur Verfügung (Radiometer, Kopenhagen). Der BE wurde in allen Fällen (definitionsgemäß) auf 100 % Sauerstoffsättigung (sO₂) korrigiert, da bei schweren „Azidosen” das sO₂ sehr tiefe Werte erreichen kann. Die Sättigung (%) wurde nach Ruiz et al. für Hämoglobin F rechnerisch ermittelt. Zur numerischen Erfassung aller neonatalen Komplikationen wurde ein Asphyxie-Komplikationen-Score (AC-Score) entwickelt, der auf dem Apgar-Index nach einer Minute und allen asphyxieinduzierten Erkrankungen fußt, die in der Kinderklinik (bis zur Entlassung) in Erscheinung getreten waren. Anhand der vier Variablen Gestationszeit (SSW), Geburtsgewicht (± 100 g), Geschlecht und Parität wurden elektronisch Kontrollfälle herausgesucht, die alle ein pH, NA ≥ 7,100 aufgewiesen hatten. Ergebnisse: Reifgeborene (n = 389) mit einem augenscheinlich guten Endresultat hatten in 10 % pH-Werte < 7,000; der tiefste pH-Wert betrug 6,717, das höchste pCO₂ 118 mmHg und der tiefste BE_oxy. – 32,4 mmol / l. 90 % dieser Neugeborenen ohne erkennbare, bleibende Schäden hatten eine O₂-Sättigung über 3,0 %. Die asphyxie-bedingte Frühmorbidität dieser azidotischen Neonaten war allerdings so beträchtlich, dass hier keine gültigen Schwellenwerte für pH und BE_oxy. abgeleitet werden konnten. Blendet man alle ernsten Komplikationen bis auf „Adaptationsprobleme” bei der Atmung (C-Score = 2) aus und akzeptiert nur Neugeborene mit Apgar-Zahlen ≥ 4 nach 1 min (AC-Score insgesamt: ≤ 8) so findet man bei 378 reifen Kindern die folgenden Grenzwerte: tiefster pH,NA 6,890 und tiefster BE_oxy. – 25,1 mmol / l. Akzeptiert man eine „Sicherheitszone” von jeweils 10 % für jede einzelne SB-Variable (10. bzw. 90. Zentile) so erhält man die folgenden absoluten Grenzwerte im NA-Blut: pH = 7,000, pCO₂ = 84 mmHg, sO₂ = 3,0 % und BE_oxy. = – 20,0 mmol / l. Nur 13 der Kontrollfälle (3,3 %) hatten einen AC-Score > 8 bei einem pH,NA von ≥ 7,100. Diese Neonaten waren nicht ernsthaft gefährdet. Im NA-Blut zeigt der aktuelle pH-Wert eine bessere Korrelation mit dem AC-Score als der BE_oxy. Schlussfolgerungen: Absolute Grenzwerte für pH, BE_oxy., pCO₂ und sO₂ im NA-Blut sind: 7,000, – 20,0 mmol / l, 84 mmHg, und 3,0 %. Wird ein reifes und sonst gesundes Kind mit SB-Werten jenseits dieser Grenzen geboren und zeigt keine schwerste Depression so ist das Risiko eines bleibenden Schadens ganz gering und der Geburtshelfer kann beruhigt sein. Der pH-Wert ist prognostisch aussagekräftiger als der BE_oxy. (und der BE).

References

• 1 Gilstrap L C, Leveno K J, Burris J et al. Diagnosis of birth asphyxia on the basis of foetal pH, APGAR score, and newborn cerebral dysfunction.  Am J Obstet Gynecol. 1989;  161 825-830
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 2 Goldaber K G, Gilstrap L C, Leveno K J et al. Pathologic fetal academia.  Obstet Gynecol. 1991;  78 1103-1107
  PubMedGoogle Scholar
• 3 ACOG Committee . ACOG Committee Opinion, 348. Umbilical cord blood gas and acid-base analysis.  Obstet Gynecol. 2006;  108 1311-1319
  PubMedGoogle Scholar
• 4 Roemer V M. Messgrößen in der Perinatalmedizin – Der Basenexcess.  Z Geburtsh Neonatol. 2005;  209 81-89
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 5 Berger R, Kutschera J, Künzel W. Blood pH in the umbilical artery at birth: an analysis of data from patients delivered in Hessen between 1986 and 1989.  Europ J Obstet Gynecol Reprod Biology. 1996;  66 3-10
  PubMedGoogle Scholar
• 6 Dudenhausen J W, Luhr C, Dimer J S. Umbilical artery blood gases in healthy term newborn infants.  Int J Gynecol Obstet. 1997;  57 251-258
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 7 Roemer V M, Wesseler K. Anmerkungen zur pH-Metrie im Nabel-schnurblut.  Geburtsh Frauenheilk. 1991;  51 607-613
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 8 Saling E. Neues Vorgehen zur Untersuchung des Kindes unter der Geburt: Einführung, Technik und Grundlagen.  Archiv Gynäkol. 1962;  197 108-122
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 9 Brand-Niebelschütz S, Saling E. Indications for operative termination of labor on cardiotocography and fetal blood analysis: the reliability of these methods.  J Perinat Med. 1994;  22 19-27
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 10 Saling E, Bartnicki J. Clinical importance of biochemical monitoring of the fetus during labor with demonstration of typical cases. In: Chatterjee MS, ed. Biochemical monitoring of the fetus. Berlin, Heidelberg: Springer; 1993: 1–12
  Google Scholar
• 11 Ross M G, Gala R. Use of umbilical artery base excess algorithm for timing of hypoxic injury.  Am J Obstet Gynecol. 2002;  187 1-9
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 12 Dudenhausen J W, Milz T. Consequences of intrauterine acidosis for early morbidity of term newborn infants.  Z Geburtsh Neonatol. 2007;  211 153-156
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 13 Low J A, Lindsay B G, Derrick E J. Threshold of metabolic acidosis associated with newborn complications.  Am J Obstet Gynecol. 1997;  177 1391-1394
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 14 Roemer V M, Mähling B. In welchem Umfang ist die subpartale fetale Azidose vermeidbar? Untersuchungen zum Ursachengefüge der intrauterinen Asphyxie.  Z Geburtsh Neonatol. 2002;  206 172-181
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 15 Roemer V M. How to determine and use base excess (BE) in perinatal medicine.  Z Geburtsh Neonatol. 2007;  211 224-229
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 16 Lang W, Zander R. The accuracy of calculated base excess in blood.  Clin Chem Lab Med. 2002;  40 404-410
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 17 Siggaard-Andersen O, Engel K. A new acid-base nomogram. An improved method for calculation of relevant blood acid-base data.  Scand J Clin Lab Invest. 1960;  12 177-186
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 18 ABL800FLEX Referenzhandbuch. Formel 5 (1–5). Radiometer Medical Aps, DK-2700 Bronshoj, Denmark, 2005: 6–30
  Google Scholar
• 19 Siggaard-Andersen O. Titrable acid or base of body fluids.  Ann NY Acad Sci. 1966;  133 41-58
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 20 Crawford S J, Holaday D A. Acid / base disturbances.  Lancet. 1964;  I 834 ,  [Letter to the Editor]
  PubMedGoogle Scholar
• 21 Roemer V M. Messgrößen in der Perinatalmedizin – pO₂ und sO₂. Mit Anmerkungen zur Pulsoxymetrie.  Z Geburtsh Neonatol. 2005;  209 173-185
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 22 Siggaard-Andersen O, Garby L. Editorial: The Bohr effect and the Haldane effect.  Scand J Clinical Invest. 1973;  31 1-8
  PubMedGoogle Scholar
• 23 Siggaard-Andersen O, Salling N. Oxygen-linked hydrogen ion binding of human hemoglobin. Effects of carbon dioxide and 2,3-diphosphoglycerate. II Studies on whole blood.  Scand J Clin Lab Invest. 1971;  27 361-366
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 24 Nelson N M, Prod’hom L S, Cherry R B et al. A further extension of the in vivo oxygen dissociation curve for the blood of the newborn infant.  J Clinic Invest. 1964;  43 606-610
  PubMedGoogle Scholar
• 25 Ruiz B C, Tucker W K, Kirby R R. A program for calculation of intrapulmonary shunts, blood-gas and acid-base values with a programmable calculator.  Anaesthesiology. 1975;  42 88-95
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 26 Myers R E. Experimental models of perinatal brain damage: Relevance to human pathology. In: Gluck L, ed. Intrauterine asphyxia and the developing fetal brain. Year Book Medical Publishers (ISBN: 08151-37117) 37–97
  Google Scholar
• 27 Siggaard-Andersen O. Acid/base disturbances.  Lancet. 1964;  I 1104
  PubMedGoogle Scholar
• 28 Roemer V M, Walden R. Quantitative Kardiotokographie – wie sieht sie aus und was dürfen wir von ihr erwarten.  Z Geburtsh Neonatol. 2006;  210 77-91
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 29 Roemer V M. Gibt es ein von der Gestationszeit abhängiges Azidoserisiko?.  Geburtsh Frauenheilk. 1989;  49 529-535
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 30 Andres R L, Saade G, Gilstrap L C et al. Association between umbilical blood gas parameters and neonatal morbidity and death in neonates with pathologic foetal academia.  Am J Obstet Gynecol. 1999;  81 867-871
  PubMedGoogle Scholar
• 31 Schneider H, Beller F K. Die Bedeutung des Hypoxierisikos bei der Geburt – eine Neubeurteilung.  Der Frauenarzt. 1997;  2 324-330
  PubMedGoogle Scholar
• 32 Saling E. Das Kind im Bereich der Geburtshilfe. Stuttgart: Thieme; 1996
  Google Scholar
• 33 Victory R, Penava D, da Silva O et al. Umbilical cord pH and base excess values in relation to adverse outcome events for infants delivering at term.  Am J Obstet Gynecol. 2004;  191 2021-2028
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 34 Thorngren-Jerneck K, Herbst A. Low 5-minute Apgar score: a population-based register study of 1 million term births.  Am J Obstet Gynecol. 2001;  98 65-70
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 35 Suidan J S, Young B K. Acidosis in the vigorous newborn.  Obstet Gynecol. 1985;  65 361-364
  PubMedGoogle Scholar

Prof. Dr. med. V. M. Roemer

International Institute of Maternal and Foetal Medicine Detmold e. V.

Benekestr. 2

32756 Detmold

Germany

Email: vmr.dr@t-online.de