Extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) wird als potenziell lebensrettende Therapie bei Lungen- oder Herzversagen eingesetzt. Die quantitative Messung der über die Membranlunge (ML) ausgetauschten Volumina von Sauerstoff (VO2) und Kohlendioxid (VCO2), sowie die daraus ableitbaren Aussagen zur Funktion des ECMO-Systems, der natürlichen Lunge, der kardialen Situation oder des systemischen Metabolismus könnten zu einer sichereren und zielgenaueren Therapie beitragen. Allerdings ist dies in der klinischen Routine aktuell nicht etabliert. Im Rahmen dieser prospektiven, monozentrischen Beobachtungsstudie untersuchten wir ein neuartiges Monitoringsystem der Firma Spectrum Medical (Cheltenham, Großbritannien), das Quantum Diagnostics System (QDS). Wir verglichen die bestimmten Gasaustauschvolumina des QDS mit der durch unsere Arbeitsgruppe publizierten „Measuring Energy Expenditure in extracorporeal lung support Patients“ (MEEP) Methode an 39 erhobenen Datensätzen von 9 Studienpatienten. Die Auswertung ergab klinisch relevante Messungenauigkeiten des QDS für VO2 und VCO2, als auch für die daraus abgeleiteten metabolische Parameter wie Energieumsatz (EE) oder den respiratorischen Quotienten (RQ). Das VO2 über den extrakorporalen Gasaustausch (VO2 Median 142,42 ml/min) wurde hierbei durch das QDS um 35,4% unterschätzt, die Messung des VCO2 zeigte hingegen eine 32,2% Überschät-zung der Gasaustauschmenge durch das QDS (VCO2 Median 127,27 ml/min). Wir untersuchten die verwendete Messmethodik und die verwendeten Berechnungen des QDS, um die Ursachen der beobachteten Messabweichungen zu analysieren. Es konnten dadurch generelle messmethodenimmanente Probleme als auch Berech-nungsfehler des QDS beschrieben werden. Die für die Berechnung des VO2 verwendete Formel des QDS beinhaltet keinen physikalisch gelösten Sauerstoff, dessen Bestimmung ist jedoch auch mit der verwendeten Messmethode (Infrarotspektrometrie) technisch nicht möglich. Eine Neuberechnung des VO2 durch Addieren des gelösten Sauerstoffanteils zu den Werten des QDS führte zu einer deutlichen Reduktion der Abweichung von der Referenz. Für die VCO2-Messungen konnten allgemeine methodische Fehlerquellen erstmals zusammenhängend beschrieben werden. Die Berechnung des VCO2 erfolgt mit Werten der Volumenflussmessung im Gasstrom vor Einleitung in die Membranlunge und der Messung des CO2-Gehalts nach Durchströmen der Membranlunge. Veränderungen des Wasserdampfdruckes, der Temperatur und des Verhältnisses von VO2 zu VCO2 können daher Einfluss auf die Messgenauigkeit haben. Weiterhin führte die manuelle Neuberechnung der VCO2 mit der herstellerseitig verwendeten Berechnungsformel und den Werten des QDS zu einer relevanten Reduktion der Messabweichung, suggestiv für einen internen Berechnungsfehler. Zusammenfassend zeigt sich, dass die Messgenauigkeit des QDS für klinische Anwendungen nicht ausreichend ist und weitere Forschung und Entwicklung für eine zuverlässige Sensorik und Berechnungsmethodik erforderlich ist.
Extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) is used as a potentially life-saving therapy for lung or heart failure. The quantitative measurement of oxygen (VO2) and carbon dioxide (VCO2) volumes exchanged through the membrane lung (ML), along with derived information about the function of the ECMO system, the natural lung, car-diac status, or systemic metabolism, could contribute to a safer and more targeted therapy. However, it is currently not established in clinical routine. In the context of this prospective, monocentric observational study, we examined a novel monitoring system developed by Spectrum Medical (Cheltenham, United Kingdom), called the Quantum Diagnostics System (QDS). We compared the gas ex-change volumes determined by the QDS with the "Measuring Energy Expenditure in extracorporeal lung support Patients" (MEEP) method published by our research group, using 39 data sets collected from 9 study patients. The analysis revealed clinically relevant measurement inaccuracies of the QDS for VO2 and VCO2, as well as the derived metabolic parameters such as energy expenditure (EE) or the respiratory quotient (RQ). The QDS underestimated the VO2 through extracorporeal gas exchange (VO2 median 142.42 ml/min) by 35.4%, while the measurement of VCO2 showed an overestimation of gas exchange volume by 32.2% (VCO2 median 127.27 ml/min). We investigated the measurement methods and calculations used by the QDS to analyze the causes of the observed measurement deviations. This led to the identification of general methodological problems inherent in the measurement process, as well as calculation errors of the QDS. The formula used by the QDS for calculating VO2 does not include physically dissolved oxygen, but its determination is also not technically possible with the used measurement method (infrared spectroscopy). Recalculating VO2 by adding the dissolved oxygen component to the QDS values resulted in a significant reduction in deviation from the reference. For VCO2 measurements, general methodological sources of error were described comprehensively for the first time. The calculation of VCO2 is based on values obtained from volume flow measurement in the gas stream before entering the membrane lung, and measurement of CO2 content after passing through the membrane lung. Changes in water vapor pressure, temperature, and the ratio of VO2 to VCO2 can affect measurement accuracy. Furthermore, manually recalculating VCO2 using the manufacturer's designated formula and the QDS values resulted in a relevant reduc-tion in measurement deviation, suggesting an internal calculation error. In summary, the measurement accuracy of the QDS is not sufficient for clinical applications, and further research and development are necessary to achieve reliable sensor technology and calculation method.
