Prognostische Bedeutung der Atemfrequenz bei Pneumonie-Patienten

Retrospektive Analyse der Jahre 2010 bis 2012 von 705 928 Patientendaten aus deutschen Krankenhäusern

Hintergrund: Die Bestimmung der Atemfrequenz ist ein wichtiges Instrument zur Einschätzung der Schwere akuter Erkrankungen. Häufig wird dies im klinischen Alltag angezweifelt und die Atemfrequenz deshalb nicht bestimmt. Die Dokumentation der Atemfrequenz ist in Deutschland bei stationärer Aufnahme von Pneumonie-Patienten verpflichtend. Dies ermöglichte die Bestimmung der prognostischen Bedeutung der Atemfrequenz an einem großen Datensatz.

Methoden: Es erfolgte eine retrospektive Auswertung der Daten der externen Qualitätssicherung „ambulant-erworbene Pneumonie“ der Jahre 2010 bis 2012. In die Analyse der Atemfrequenz bei Aufnahme als Risikofaktor für die Krankenhaussterblichkeit mittels logistischer Regression wurden Patienten (≥ 18 Jahre) eingeschlossen, die bei Aufnahme nicht maschinell beatmet worden waren.

Ergebnisse: Es wurden 705 928 Patienten mit ambulant-erworbener Pneumonie stationär behandelt (Inzidenz 3,5/1 000 Erwachsene/Jahr). Die Krankenhaussterblichkeit dieser Patienten lag bei 13,1 % (92 227). Sie zeigt einen rechtsschiefen U-förmigen Verlauf mit der niedrigsten Sterblichkeit bei einer Aufnahmeatemfrequenz um 20/min. Im Vergleich zu Patienten mit einer Atemfrequenz von 12 bis 20/min ergab beispielsweise eine Atemfrequenz von 27 bis 33/min eine Odds Ratio (OR) von 1,72 und eine noch höhere Atemfrequenz eine OR von 2,55. Neben der Atemfrequenz waren Alter, Aufnahme aus einer Pflegeeinrichtung, Krankenhaus oder Reha-Einrichtung, chronische Bettlägerigkeit, Desorientierung, systolischer Blutdruck und Pulsamplitude unabhängige Risikofaktoren für Versterben.

Diskussion: Die Atemfrequenz ist ein unabhängiger Risikomarker für die Krankenhaussterblichkeit bei ambulant erworbener Pneumonie und sollte auch bei anderen akuten Erkrankungen bestimmt werden.

Die Bestimmung der Atemfrequenz ist ein wichtiges und einfaches Instrument zur Einschätzung der Schwere von akuten kardiorespiratorischen und metabolischen Erkrankungen.

Bereits in der ersten Untersuchung 1982–1983 der British Thoracic Society zu Prognosefaktoren bei ambulant erworbener Pneumonie zeigte sich ein enger Zusammenhang zwischen Atemfrequenz und Sterblichkeit (1). So stieg in dieser Studie die Sterblichkeit von 0 bei einer Atemfrequenz unter 20/min auf 1,7 %, 9 % beziehungsweise 16 % bei Werten zwischen 20 und 29, 30 und 39 beziehungsweise 40–49 an (1). Die prognostische Bedeutung der Atemfrequenz wurde in vielen Studien akuter respiratorischer Infektionen in verschiedenen Altersgruppen bestätigt (2–5). Entsprechend ist die Atemfrequenz in den gängigen Prognoseinstrumenten wie dem CRB-65-Index (Akronym für confusion, respiratory rate, blood pressure, age ≥ 65 y) oder dem Pneumonia Severity Index (PSI oder auch FINE-Score) enthalten (6, 7). Ihre Bestimmung wird in deutschen und internationalen Leitlinien empfohlen (8–10). Dennoch wird die Atemfrequenz in der akuten Patientenversorgung häufig nicht bestimmt oder die Notwendigkeit der Bestimmung angezweifelt (11–15). Hauptursache hierfür ist vor allem eine mangelnde Kenntnis der prognostischen Bedeutung dieses Vitalparameters (13–15).

Seit der Einführung der verpflichtenden externen Qualitätssicherung 2005 wird bei Patienten mit ambulant erworbener Pneumonie die Atemfrequenz bei stationärer Aufnahme und vor Entlassung erfasst. Ziel dieser Analyse ist es, auf der Basis des Datensatzes der externen Qualitätssicherung die prognostische Bedeutung der Atemfrequenz an einem unselektionierten Patientenkollektiv mit ambulant erworbener Pneumonie zu untersuchen.

Methode

Daten der verpflichtenden externen Qualitätssicherung 2010 bis 2012 im Leistungsbereich ambulant erworbene Pneumonie wurden ausgewertet. Der Datensatz enthält alle Erwachsenen (≥ 18 Jahre), die in Deutschland mit einer ambulant erworbenen Pneumonie als Hauptdiagnose stationär behandelt werden. Die Identifikation der Patienten erfolgt über die ICD-Schlüssel der DRG-Kodierung mit „Pneumonie“ als Hauptdiagnose (eKasten 1). Ausgeschlossen sind nur Patienten mit schwerem Immundefekt (zum Beispiel Leukämie oder HIV-Infektion) und im Krankenhaus erworbenen Pneumonien (eKasten 2). Es werden unter anderem Daten zur Aufnahme (aus Pflegeeinrichtung, Krankenhaus oder Rehabilitationseinrichtung), Bettlägerigkeit, Bewusstseinslage, Atemfrequenz und Blutdruck bei Aufnahme erfasst (eGrafik 1). Die Methode zur Messung der Atemfrequenz ist im Verfahren nicht vorgegeben. Die Atemzüge sollen über mindestens 30 Sekunden, besser eine Minute gezählt werden. Ab dem Datenjahr 2010 wurden erstmals logistische Regressionen mit dem Ziel eines fairen Risikovergleichs (zum Beispiel zwischen Krankenhäusern) unter Berücksichtigung (nahezu) aller stationär aufgenommenen Patienten mit ambulant erworbener Pneumonie eingeführt. Die Nutzung dieser Methodik eröffnet die Möglichkeit, den Einfluss der Atemfrequenz unter simultaner Berücksichtigung/Adjustierung anderer Prognosefaktoren zu analysieren und bildet die Basis der im folgenden dargestellten risikoadjustieren Analysen (16).

eKasten 1

ICD-Codes der Einschlussdiagnosen

eKasten 2

ICD-Codes der Ausschlussdiagnosen

Zur Untersuchung der Aufnahmefrequenz als Risikofaktor für die Krankenhaussterblichkeit wurde eine logistische Regression unter Berücksichtigung aller Patienten (≥ 18 Jahre), die bei Aufnahme nicht mechanisch beatmet worden waren, durchgeführt. Dabei wurde nach folgenden Größen adjustiert: Alter, Geschlecht, Aufnahme aus Pflegeeinrichtung, Krankenhaus oder Rehabilitationseinrichtung, Bettlägerigkeit, Bewusstseinslage und Blutdruck bei Aufnahme. Die Bestimmung der standardisierten Rate der Krankenhaussterblichkeit (smr) in Abhängigkeit von der Atemfrequenz erfolgte entsprechend anhand dieser im Modell verwendeten Risikofaktoren. Diese gingen mit dem jeweiligen Regressionskoeffizienten in die Standardisierung ein. Ausgeschlossen wurden Patienten ohne Messung der Atemfrequenz und/oder des Blutdrucks bei Aufnahme, Patienten mit unplausiblen Werten des Blutdrucks (< 20 mmHg) und der Atemfrequenz (< 6/min beziehungsweise > 49/min).

Die statistischen Auswertungen wurden mit IBM SPSS 20.0.0. durchgeführt.

Ergebnisse

Von 2010 bis 2012 wurden insgesamt 705 928 erwachsene Patienten mit ambulant erworbener Pneumonie stationär behandelt. Bei 67,1 Millionen Erwachsenen (≥ 18 J) in Deutschland entspricht das einer durchschnittlichen jährlichen Inzidenz stationärer Pneumonieaufnahmen von 3,5 pro 1 000 Einwohnern über 18 Jahre. Von diesen Patienten starben 13,1 % (92 277) im Rahmen des Krankenhausaufenthaltes. 692 950 Patienten waren bei Aufnahme nicht beatmet. Von den verbleibenden Patienten lag bei 643 356 eine Bestimmung der Atemfrequenz bei Aufnahme vor, davon hatten 641 661 plausible Werte, das heißt eine Aufnahmeatemfrequenz zwischen 6/min und 49/min sowie einen systolischen Blutdruck von mehr als 20 mmHg. Von diesen auswertbaren 641 661 Patienten sind 80 293 verstorben (12,5 %).

Grafik

Standardisierte Rate der Krankenhaussterblichkeit

Etwa die Hälfte der Patienten hatte Atemfrequenzen zwischen 12 und 20/min („Normbereich“). Weniger als 1 % hatte Werte unter 12/min (Tabelle 1). Die standardisierte Rate der Krankenhaussterblichkeit (smr) der Patienten in Abhängigkeit von der Atemfrequenz zeigt einen rechtsschiefen U-förmigen Verlauf mit der geringsten Sterbewahrscheinlichkeit um 20/min (Grafik 1). In einer binomialen logistischen Regressionsanalyse der Daten von 2010 bis 2012 war die Aufnahmeatemfrequenz einer von mehreren unabhängigen Risikofaktoren für die Krankenhaussterblichkeit. Das Risiko zu versterben steigt sowohl bei Aufnahmeatemfrequenzen über 20/min als auch unter 12/min signifikant an (Tabelle 2). Die Odds Ratio liegt bei Patienten mit Atemfrequenzen:

Tabelle 1

Häufigkeitsverteilung der Atemfrequenz bei Aufnahme im untersuchten Kollektiv

Tabelle 2

Unabhängige Risikofaktoren für Krankenhausterblichkeit*

• zwischen 21 und 23/min bei 1,20
• zwischen 24 und 26/min bei 1,33
• zwischen 27 und 33/min bei 1,72 und
• über 33/min bei 2,55 im Vergleich zu Patienten mit Atemfrequenzen zwischen 12 und 20/min.

Weitere unabhängige Risikofaktoren sind Alter, Aufnahme aus einer Pflegeeinrichtung, Krankenhaus oder Reha-Einrichtung, chronische Bettlägerigkeit, Desorientierung, systolischer Blutdruck und Pulsamplitude (Tabelle 2).

Diskussion

Atemfrequenz und Prognose bei Pneumonie

Mit mehr als 230 000 stationären Aufnahmen pro Jahr gehört die ambulant erworbene Pneumonie zu den häufigsten akuten Erkrankungen in deutschen Krankenhäusern. Über 10 % dieser Patienten versterben während des stationären Aufenthalts (www.sqg.de/ergebnisse/leistungsbereiche/ambulant-erworbene-pneumonie.html).

Wegen der großen Zahl und der hohen Sterblichkeit der Patienten ist eine frühe und möglichst einfache Prognoseabschätzung erforderlich. Die Bestimmung der Atemfrequenz bei stationärer Aufnahme ist dabei zur frühzeitigen Risikostratifizierung gut geeignet: Sowohl erniedrigte als auch erhöhte Aufnahmeatemfrequenzen gehen mit einer auffällig erhöhten Krankenhaussterblichkeit einher. Bereits bei einer vergleichsweise geringen Tachypnoe von 21–23/min ergibt sich eine Odds Ratio von 1,20 (95-%-KI: 1,17–1,23). Das Risiko zu versterben steigt mit zunehmender Atemfrequenz weiter an: bei Atemfrequenzen über 33/min liegt die Odds Ratio bei 2,55 (Tabelle 2).

Dieser Zusammenhang von Sterblichkeit und Atemfrequenz bei Aufnahme wurde erstmals in einer 1987 veröffentlichten Studie der British Thoracic Society mit 453 Pneumonie-Patienten beschrieben (1) und lässt sich auch in Deutschland so nachweisen (Grafik).

Die Atemfrequenz ist fester Bestandteil etablierter Prognoseinstrumente wie dem CRB-65-Index oder dem PSI (6, 7). Die Bestimmung der Atemfrequenz zur Berechnung des CRB-65 Index wird auch in der S3-Leitlinie bei ambulanten Patienten mit Pneumonie zur Entscheidungsunterstützung, ob ein Patient stationär eingewiesen werden soll, empfohlen (Empfehlungsgrad B) (8). Im Rahmen der externen Qualitätssicherung „ambulant erworbene Pneumonie“ dient die Erfassung der Atemfrequenz unter anderem der Berechnung des CRB-65-Index und damit der Risikoadjustierung. Ohne eine zuverlässige Dokumentation der Atemfrequenz kann also keine Risikoadjustierung über den CRB-65-Index erfolgen. Zudem geht die Atemfrequenz bei fehlender oder unkorrekter Dokumentation als Parameter zur Ermittlung zukünftiger Risikoadjustierungsinstrumente verloren.

Atemfrequenz als Marker akuter Erkrankungen

Auch bei akutem Asthma, Lungenembolie oder Herzinsuffizienz ist die Atemfrequenz ein wichtiger prognostischer Parameter (17–19). Da unter anderem Hyperkapnie, Hypoxie und metabolische Azidose zu einem Anstieg der Atemfrequenz führen, liegt es nahe, dass ein Erkennen und Überwachen dieser Störungen unabhängig von der Art der ursächlichen Erkrankung über die Atemfrequenz möglich ist. Entsprechend kann die Bestimmung der Atemfrequenz helfen, Risikopatienten frühzeitig zu identifizieren. Dies konnte bei Patienten in Notaufnahmen, auf Allgemeinstationen oder nach Operationen belegt werden (20–24). So war die Atemfrequenz beispielsweise bei 1695 Notaufnahmepatienten am besten geeignet, Hochrisikopatienten zu identifizieren (25). Bei der Prädiktion eines Herzstillstands auf Allgemeinstationen ist die Atemfrequenz anderen physiologischen Parametern, wie Hypoxie oder systolischem Blutdruck ebenfalls überlegen (26, 27). In einer kürzlich veröffentlichten Analyse von mehr als einer Million Vitaldaten von Patienten eines US-Krankenhauses fand sich interessanterweise ein quantitativ ähnlicher Zusammenhang zwischen der Abweichung der Atemfrequenz von der Norm und der Krankenhaussterblichkeit wie in den Daten der externen Qualitätssicherung Pneumonie (Grafik) (28). In Frühwarnsystemen, die den Einsatz von Krankenhaus-Notfallteams triggern, ist die Bestimmung der Atemfrequenz regelhaft enthalten und gehört auch hier zu den prädiktiv besten Werten (11, 20, 23, 25). Wird die Bestimmung nicht durchgeführt, können diese Instrumente nicht angewendet werden oder die Schwelle zum Auslösen des entsprechenden Einsatzalarms wird nicht erreicht. Pathologische Atemfrequenzen müssen also weiter abgeklärt und die entsprechenden Patienten engmaschig (zum Beispiel am Monitor) überwacht werden.

Messung der Atemfrequenz

Die gängigste Bestimmung der Atemfrequenz ist die diskontinuierliche manuelle Messung durch Zählen der atemabhängigen Brustkorbbewegungen mittels Beobachtung oder durch Auskultation. Die Atemfrequenz ist auch bei erwachsenen Patienten manuell ausreichend zuverlässig messbar (gute „Intra- und Interobserver-Reliablität“) (29, 30). Wegen der Variabilität der Atmung sollte die Bestimmung über mindestens 30 Sekunden erfolgen. Eine Bestimmung über 60 Sekunden oder über zwei 30-Sekunden-Blöcke liefert noch genauere Ergebnisse (31). Goldstandard der kontinuierlichen Messung ist die Kapnographie (Messung des CO₂-Gehalts in der Ausatemluft). Alternativ kommen unter anderem die Impedanz-Pneumographie (Registrierung der Impedanzänderungen des Thorax beim Ein- und Ausatmen mittels Brustwandelektroden) oder die Erfassung der atemsynchronen Amplitudenmodulation der R-Zacke im EKG zum Einsatz. Die Impedanz-Pneumographie wird häufig im Rahmen des kontinuierlichen EKG-Monitorings eingesetzt und liefert verlässliche Werte, wenn Störfaktoren wie falsche Elektrodenplazierung, Husten oder starke Patientenbewegungen ausgeschlossen sind (32).

Limitationen

Eine wichtige Limitation der Studie ist die Diagnose der ambulant erworbenen Pneumonie über die kodierte Hauptdiagnose und der Ausschluss von nosokomialen Pneumonien und Pneumonien bei schwerer Immundefizienz über kodierte Nebendiagnosen. Dadurch können Patienten mit Pneumonie entgehen, bei denen eine andere Hauptdiagnose (zum Beispiel Sepsis) kodiert wurde, oder Patienten mit nosokomialen Pneumonien beziehungsweise schwerem Immundefekt eingeschlossen werden, wenn die entsprechende Nebendiagnose nicht kodiert wurde. Bei der Analyse der unabhängigen Risikofaktoren für die Krankenhaussterblichkeit konnte der Einfluss von Komorbiditäten nicht berücksichtigt werden, da diese im Verfahren nicht systematisch erfasst werden. Dies ist einer der Gründe, warum das Adjustierungsmodell lediglich ein moderates Pseudo-R² nach Nagelkerke aufweist.

Die Validität der analysierten Daten hängt von der Validität des Bestimmungsverfahrens und der Qualität der Dokumentation ab. Während Parameter wie Alter oder Überleben als sehr valide angenommen werden können, muss bei der Messung und Dokumentation zum Beispiel der Atemfrequenz eine höhere Fehlerquote angenommen werden. Eine Einzelüberprüfung ist bei mehr als 200 000 Datensätzen pro Jahr aus mehr als 1 200 Krankenhäusern nicht möglich. In dieser Arbeit wurden haben deshalb unplausible oder erfahrungsgemäß nur ungenau messbare Werte unter 6/min oder über 49/min ausgeschlossen. Im Verfahren selbst erfolgt eine Datenvalidierung über statistische Auffälligkeitsprüfung mit Rückmeldung an die auffälligen Krankenhäuser („strukturierter Dialog“) und über Zufallsstichproben mit Zweiterfassung ausgewählter Datenfelder. Zudem läuft die Qualitätssicherung im Leistungsbereich „Pneumonie“ bereits seit dem Jahr 2005, so dass die Teilnehmer damit vertraut sind. Besondere Stärke der Studie ist, dass praktisch alle bundesweit stationär behandelten Patienten mit ambulant erworbener Pneumonie eingeschlossen wurden.

Verbesserungspotenziale und Schlussfolgerung

Die Bestimmung der Atemfrequenz ist ein wenig aufwändiges und zuverlässiges Instrument zur Prognoseeinschätzung bei Pneumonie und anderen akuten Erkrankungen.

Studien, wie auch die Diskussion im Rahmen der externen Qualitätssicherung im Leistungsbereich Pneumonie zeigen, dass die Bestimmung und Dokumentation der Atemfrequenz noch immer nicht allgemein akzeptiert wird (11–15).

Um die Bestimmung und Dokumentation von Vitalparametern im Allgemeinen und der Atemfrequenz im Besonderen zu verbessern, sollte in der Aus- und Fortbildung von Pflegekräften und Ärzten stärker auf deren belegte Bedeutung für die Patientenversorgung eingegangen werden. Mit entsprechenden Schulungsmaßnahmen lassen sich deutliche Verbesserungen erreichen. So ließ sich durch Schulungen und Audits im Rahmen der Einführung eines „Frühwarnsystems“ auf Allgemeinstationen die Dokumentationsrate der Atemfrequenz von 30 % auf 91 % beziehungsweise im Umfeld einer Notaufnahme die der Vitalzeichen von 78 % auf 88 % steigern (33, 34).

Interessenkonflikt

Alle Autoren sind Mitglieder der Bundesfachgruppe Pneumonie des AQUA-Institutes.

PD Strauß wurde für Beratertätigkeiten honoriert von Swedish Orphan Biovitrum, Biotest und Pfizer. Erstattung von Teilnahmegebühren von Kongressen erhielt er von Bayer Vital, Pfizer und Infetcopharm. Er bekam Erstattung von Reise- und Übernachtungskosten sowie Honorare für die Vorbereitung von wissenschaftlichen Tagungen von Bayer Vital, Pfizer, Infectopharm und MSD.

Die übrigen Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Manuskriptdaten
eingereicht: 18. 9. 2012, revidierte Fassung angenommen: 15. 5. 2014

Anschrift für die Verfasser
PD Dr. med. Richard Strauß

Medizinische Klinik 1, Universitätsklinikum Erlangen
Ulmenweg 18, 91054 Erlangen

Zitierweise
Strauss R, Ewig S, Richter K, König T, Heller G, Bauer T: The prognostic significance of respiratory rate in patients with pneumonia—a retrospective analysis of data from 705 928 hospitalized patients in Germany from 2010–2012. Dtsch Arztebl Int 2014; 111: 503–8.
DOI: 10.3238/arztebl.2014.0503

@eKästen und eGrafik:
www.aerzteblatt.de/14m0503 oder über QR-Code

The English version of this article is available online:
www.aerzteblatt-international.de

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