How to Determine and Use Base Excess (BE) in Perinatal Medicine

 

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Abstract

Background: Foetal hypoxia may lead to multi-organ failure and cerebral injury. Usually this process is accompanied by severe metabolic acidosis. The base excess (BE) determined in umbilical artery (UA) blood is the most appropriate parameter to evaluate metabolic acidosis. The correct determination of BE therefore is of paramount importance both for the jeopardised foetus and the obstetrician in litigation. In blood, BE is dependent on the oxygen saturation [sO₂ (%)] of haemoglobin (cHb). Due to the normally low foetal pO₂ values in UA blood (median: ca. 18 mmHg) sO₂ is low as well; therefore computational correction of BE to - by definition - 100 % oxygen saturation seems to be mandatory. This paper presents an analysis of this complex problem in obstetrics. Methods: pH, pCO₂, pO₂ and cHb were measured in UA blood of 6 302 term infants delivered spontaneously using equipments from Radiometer (Copenhagen). BE was computed according to the equation of Siggaard-Andersen [3] actually used in many blood-gas analysers. sO₂ (%) was computed for HbF using the algorithm of Ruiz et al. [8]. The numerical correction of BE was achieved with an equation given again by Siggaard-Andersen [5] [6]. APGAR indices after 1 minute were used. Results: Median BE in UA was - 4.6 and the mean was - 4.9 ± 3.0 mmol / L, respectively. Correction of BE (BE_oxy.) to the actual (calculated) oxygen saturation (%) leads (always) to lower values: a median BE_oxy. in UA of - 7.4 and a mean of - 7.6 ± 3.2 mmol / L, respectively. There is no correlation between BE and sO₂ in UA blood: r = 0.0078, p = 0.532, n = 6 302 (mean oxygen saturation: 27.7 ± 18.3 % ). The median cHb amounted to 15.2 and the mean to 15.0 ± 2.6 g %, respectively. The median Δ-BE,UA(BE - BE_oxy.) amounts to 2.74 mmol / L; the maximum Δ-BE reached 5.2 mmol / L in this sample. Correction of BE to 100 % oxygen saturation based on the (calculated) real oxygen saturation (%) leads to significantly (p = 0.0099) higher correlations with the APGAR index (1 min) and pCO₂ in UA (p << 10^-4) as well. Conclusion: Correction of BE in UA, i. e., correction of BE to 100 % oxygen saturation using the (calculated) actual oxygen saturation (%) of the blood sample is mandatory in perinatal medicine. Correction uniformly leads to lower BE values (median: 2.7 mmol / L) and significantly higher correlation coefficients with important clinical variables (e. g., the APGAR index).

Zusammenfassung

Hintergrund: Hypoxie kann beim Feten zu einer Enzephalopathie und zum Multiorganversagen führen. Häufig kommt es dabei zu einer schweren, meist metabolischen Azidose. Der Basenexzess (BE, mmol / l) aus der Nabelarterie (NA) gilt als geeignetster Parameter zur Erfassung einer metabolischen Azidose. Die richtige Berechnung des BE ist daher sowohl für den gefährdeten Fetus wie für den beteiligten Geburtshelfer, der im Nachhinein angeklagt werden kann, von großem Interesse. Im Vollblut hängt der BE von der Sauerstoffsättigung (%) des Hämoglobins (cHb [g %]) ab. Infolge der generell tiefen pO₂-Werte (median ca. 18 mmHg im NA-Blut) ist auch die Sauerstoffsättigung (%) gering. Eine rechnerische Korrektur des BE auf (definitionsgemäß) hundert Prozent O₂-Sättigung erscheint daher unumgänglich. In dieser Arbeit wird diese Problematik für die Geburtsmedizin genauer analysiert. Methodik: Mit verschiedenen Geräten der Firma Radiometer (Kopenhagen) wurden bei 6 302 Neonaten im NA- und Venen-(NV)-Blut pH, pCO₂, pO₂ und Hämoglobingehalt (g %) bestimmt. Alle Kinder waren termingerecht, vaginal-spontan aus Schädellage auf die Welt gekommen. Der BE wurde in Anlehnung an O. Siggaard-Andersen berechnet. Die O₂-Sättigung (%) wurde nach Ruiz et al. [8] für HbF rechnerisch ermittelt. Die Korrektur des BE d. h. die Umrechnung auf 100 % Sättigung erfolgte nach einer Beziehung die im Wesentlichen auch auf Siggaard-Andersen zurück geht. Die APGAR-Zahl nach einer Minute wurde verwandt. Ergebnisse: Der mediane BE, NA betrug - 4,6 und der Mittelwert - 4,9 ± 3,0 mmol / l. Die Korrektur des BE (BE_oxy.) an Hand der aktuellen, (berechneten) Sauerstoffsättigung (%) führt immer zu einer numerischen Absenkung: BE_oxy., median - 7,4 und im Mittel - 7,6 ± 3,2 mmol / l. Es besteht keine Korrelation zwischen dem BE und der Sauerstoffsättigung (%) im NA-Blut: r = 0,0078, p = 0,532, n = 6302 (mittlere Sättigung: 27,7 ± 18,3 %). Der mediane Hämoglobingehalt betrug 15,2, im Mittel 15,0 ± 2,6 g%. Der mediane Delta-BE (BE - BE_oxy.), NA errechnete sich zu 2,74 mmol / l; der höchste Wert lag bei 5,2 mmol / l in dieser Stichprobe. Die Korrektur des BE auf hundert Prozent Sauerstoffsättigung nach Berechnung der aktuellen Sättigung führt zu signifikant besseren Korrelationen mit dem APGAR-Index nach 1 min und dem pCO₂, NA (p << 10^-4). Schlussfolgerungen: Die Korrektur des BE, NA - d. h. die Umrechnung auf (definitionsgemäß) 100 % Sauerstoffsättigung unter Berücksichtigung der (rechnerisch) ermittelten, aktuellen Sättigung des Hämoglobins - ist in der Perinatalmedizin unerlässlich. Diese Korrektur führt generell zu einem tieferen BE (Delta: median 2,7 mmol / l) und zu signifikant besseren Korrelationen mit rein klinischen Variablen (z. B. mit der APGAR-Zahl); dies spricht für die Richtigkeit des Konzeptes.

References

• 1 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
• 2 Siggaard-Andersen O. Titrable acid or base of body fluids.  Ann NY Acad Sci. 1966;  133 41-58
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 3 ABL800FLEX Referenzhandbuch. Formel 5(1-5). Radiometer Medical Aps, DK-2700 Bronshoj, Denmark 2005; 6-30
  Google Scholar
• 4 Crawford S J, Holaday D A. Acid / base disturbances.  Lancet. 1964;  i 834 ,  [Letter to the Editor]
  PubMedGoogle Scholar
• 5 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
• 6 Siggaard-Andersen O. Acid / base disturbances.  Lancet. 1964;  i 1104
  PubMedGoogle Scholar
• 7 Nelson N M, Prod'hom L S, Cherry R B, Smith C A. A further extension of the in vivo oxygen-dissociation curve for the blood of the newborn infant.  J Clin Invest. 1964;  43 606-610
  PubMedGoogle Scholar
• 8 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
• 9 Roemer V M. Messgrößen in der Perinatalmedizin - Der Basenexcess.  Z Geburtsh Neonatol. 2005;  209 81-89
  Article in Thieme ConnectPubMedGoogle Scholar
• 10 Hasselbalch K A. Die Berechnung der Wasserstoffzahl des Blutes aus der freien und gebundenen Kohlensäure desselben, und die Sauerstoffbindung des Blutes als Funktion der Wasserstoffzahl.  Biochem Z. 1917;  78 112-115
  PubMedGoogle Scholar
• 11 Siggaard-Andersen O, Garby L. Editorial: The BOHR effect and the Haldane effect.  Scand J Clin Invest. 1973;  31 1-8
  PubMedGoogle Scholar
• 12 ACOG Committee Opinion . 348: Umbilical cord blood gas and acid-base analysis.  Obstet Gynecol. 2006;  108 1311-1319
  PubMedGoogle 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 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
• 15 Roemer V M, Beyer B. Outcome measures in perinatal medicine - pH or BE.  The thresholds of these parameters in term infants.. ;  ,  In preparation
  PubMedGoogle Scholar
• 16 Myers R E. Experimental models of perinatal brain damage: Relevance to human pathology. In: Intrauterine asphyxia and the developing fetal brain. Gluck L (ed). Chicago: Year Book Medical Publishers 1977; 37-97
  Google Scholar
• 17 Zander R. Die korrekte Bestimmung des Basen-Excess (BE, mmol / L) im Blut.  AINS. 1995;  1 36-38
  PubMedGoogle Scholar
• 18 Zander R. Personal communication. I, 2007
  Google Scholar
• 19 Lang W, Zander R. The accuracy of calculated base excess in blood.  Clin Chem Lab Med. 2002;  40 404-410
  CrossrefPubMedGoogle Scholar
• 20 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

Prof. Dr. med. V. M. Roemer

Schützenberg 7

32756 Detmold

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