Übersicht
Der Horovitz-Quotient — das Verhältnis des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks zur inspiratorischen Sauerstofffraktion (PaO₂/FiO₂, „P/F-Verhältnis") — ist eines der am häufigsten verwendeten Bedside-Maße für die Oxygenierungseffizienz in der Intensivmedizin. Ein niedriger Quotient zeigt an, dass eine gegebene Menge an eingeatmetem Sauerstoff unverhältnismäßig wenig arterielle Oxygenierung bewirkt, was auf einen Shunt, ein Ventilations-Perfusions-Missverhältnis oder eine Diffusionsstörung in der Lunge hinweist.
Der Index trägt den Namen von Horovitz, Carrico und Shires, die 1974 die pulmonale Reaktion auf schweres Trauma untersuchten und die PaO₂/FiO₂-Relation zur Verlaufsbeobachtung der posttraumatischen respiratorischen Verschlechterung nutzten [1].
Die größte klinische Bedeutung erlangte der Quotient Jahrzehnte später, als die ARDS Definition Task Force ihn 2012 als alleiniges Oxygenierungskriterium der Berlin-Definition des ARDS übernahm und dabei feste Schwellenwerte bei 300, 200 und 100 mmHg zur Abgrenzung von leichtem, moderatem und schwerem Krankheitsbild festlegte [2]. Aufgrund dieser Rolle ist das P/F-Verhältnis heute untrennbar mit der ARDS-Stadieneinteilung, Prognoseeinschätzungen und Einschlusskriterien für Intensivstudien verbunden.
Ein einzelner P/F-Wert ist jedoch keine feste Eigenschaft der Lunge — er hängt auch von den Beatmungseinstellungen ab, unter denen er gemessen wurde, insbesondere vom PEEP. Die Berlin-Definition verlangt daher PEEP/CPAP ≥ 5 cmH₂O, damit ihre ARDS-Kategorien gelten. Unser PEEP-Feld ist optional, sodass der Quotient selbst weiterhin allein aus PaO₂ und FiO₂ berechnet werden kann — die Eingabe des PEEP erlaubt es Scores2Go jedoch, zu bestätigen, ob die formale Berlin-Klassifikation auf den angezeigten Wert tatsächlich zutrifft, statt dies stillschweigend anzunehmen.
Formel
P/F-Verhältnis = PaO₂ (mmHg) / FiO₂ (Fraktion, 0,21–1,0) Beispiel: PaO₂ = 80 mmHg, FiO₂ = 0,4 (40 %) P/F-Verhältnis = 80 / 0,4 = 200 mmHg → Moderates ARDS (bei PEEP/CPAP ≥ 5 cmH₂O)
Interpretation
| P/F-Verhältnis (mmHg) | Klassifikation | Berichtete Mortalität [2] |
|---|---|---|
| ≥ 400 | Normale Oxygenierung | — |
| 300 < P/F < 400 | Leichte Einschränkung (nicht Berlin) | — |
| 200 < P/F ≤ 300 | Leichtes ARDS (Berlin 2012) | ≈ 27 % |
| 100 < P/F ≤ 200 | Moderates ARDS (Berlin 2012) | ≈ 32 % |
| P/F ≤ 100 | Schweres ARDS (Berlin 2012) | ≈ 45 % |
Die Berlin-ARDS-Kategorien (≤ 300 mmHg) gelten nur bei einer Messung unter PEEP oder CPAP ≥ 5 cmH₂O [2]. Die oben genannten Mortalitätszahlen sind die für die entsprechenden Schweregrad-Gruppen berichtete Krankenhaussterblichkeit in der Validierungskohorte der Berlin-Definition.
ARDS Berlin-Definition (2012)
Für die ARDS-Diagnose müssen alle vier Kriterien erfüllt sein [2]:
- Zeitlicher Verlauf: Akuter Beginn innerhalb von 1 Woche nach einem bekannten klinischen Ereignis oder neuen bzw. zunehmenden respiratorischen Symptomen.
- Bildgebung: Bilaterale Verschattungen, nicht vollständig durch Ergüsse, Lappen-/Lungenkollaps oder Rundherde erklärbar (Röntgen-Thorax oder CT).
- Ödemursache: Respiratorische Insuffizienz nicht vollständig durch Herzinsuffizienz oder Flüssigkeitsüberlastung erklärbar (objektive Beurteilung erforderlich, z. B. Echokardiographie, wenn kein Risikofaktor vorliegt).
- Oxygenierungsstörung: P/F-Verhältnis ≤ 300 mmHg bei PEEP oder CPAP ≥ 5 cmH₂O.
Verwandte Indizes
| Index | Formel / Bezug zum P/F-Verhältnis |
|---|---|
| Oxygenierungsindex (OI) | OI = (FiO₂ × mittlerer Atemwegsdruck × 100) / PaO₂. Berücksichtigt den mittleren Atemwegsdruck des Beatmungsgeräts und erfasst damit auch die PEEP-Abhängigkeit, die ein reines P/F-Verhältnis nicht abbildet. Vor allem in der pädiatrischen und neonatologischen ARDS-Beurteilung verwendet. |
| a/A-Gradient (A-aDO₂) | Vergleicht alveolären und arteriellen Sauerstoffpartialdruck. Unser APACHE-II-Score verwendet A-aDO₂ bei FiO₂ ≥ 0,5 und den rohen PaO₂-Wert bei FiO₂ < 0,5 — er verwendet nicht das P/F-Verhältnis, ein häufiges Missverständnis. |
| SpO₂/FiO₂ (S/F)-Verhältnis | Nicht-invasives Surrogat, wenn keine arterielle Blutgasanalyse verfügbar ist. Rice und Kollegen berichteten näherungsweise die Entsprechungen S/F 315 ≈ P/F 300, S/F 235 ≈ P/F 200 und S/F 148 ≈ P/F 100 [3]. |
| P/FP-Verhältnis (PEEP-adjustiert) | Eine experimentelle Normalisierung des P/F-Verhältnisses nach PEEP, die die Abhängigkeit von Beatmungseinstellungen verringern soll. Nicht in der klinischen Routine etabliert und hier nicht implementiert. |
| SOFA-Respirations-Subscore | Kategorisiert P/F in > 400 → 0 Punkte, ≤ 400 → 1, ≤ 300 → 2, ≤ 200 mit respiratorischer Unterstützung → 3, ≤ 100 mit respiratorischer Unterstützung → 4 [4]. Siehe unseren SOFA-Score. |
| Murray Lung Injury Score | Verwendet eine abgestufte P/F-Komponente (0–4 Punkte) als einen von vier Subscores (neben Röntgen-Thorax, PEEP und Compliance) zur Quantifizierung der Schwere einer akuten Lungenschädigung [5]. |
Wissenschaftliche Validität & Limitationen
FiO₂-Abhängigkeit. Das P/F-Verhältnis wird oft als FiO₂-unabhängige Eigenschaft der Lunge behandelt, ist es aber nicht: Aboab und Kollegen zeigten mathematisch und experimentell, dass dieselbe zugrunde liegende Lunge bei unterschiedlichem FiO₂ unterschiedliche P/F-Werte erzeugen kann, wobei die Beziehung an den Extremen des FiO₂ besonders nichtlinear wird [6]. Dies untergräbt sowohl die Schweregrad-Einordnung zu einem einzelnen Zeitpunkt bei beliebigem FiO₂ als auch den seriellen Vergleich von P/F-Werten, die bei unterschiedlichen FiO₂-Einstellungen im Zeitverlauf gemessen wurden.
PEEP-Abhängigkeit. Da sich das P/F-Verhältnis verbessert, wenn PEEP kollabierte Alveolen rekrutiert, überschätzt eine vor der PEEP-Optimierung gemessene Schweregrad-Einteilung die ARDS-Schwere systematisch, und Patienten werden nach PEEP-Titrierung häufig in eine mildere Berlin-Kategorie umklassifiziert. Dies ist die Begründung für die Anforderung PEEP/CPAP ≥ 5 cmH₂O in der Berlin-Definition und dafür, dass die Standard-Intensivpraxis das P/F-Verhältnis nach Beatmungsstabilisierung neu beurteilt, statt sich auf einen frühen Wert zu verlassen.
Höhenlage / Luftdruck. Das P/F-Verhältnis leitet sich vom Sauerstoffpartialdruck ab, der mit dem Luftdruck unabhängig von jeder Lungenpathologie sinkt — derselbe Patient und dasselbe FiO₂ ergeben in großer Höhe ein niedrigeres P/F-Verhältnis als auf Meereshöhe. Das Zusatzmaterial der Berlin-Definition schlug eine einfache Korrektur der Form P/F × (Pbar / 760) vor, doch Jibaja und Kollegen fanden, dass diese Korrektur bei akklimatisierten Intensivpatienten unter invasiver mechanischer Beatmung schlecht funktionierte — die Höhe über dem Meeresspiegel war in einer multizentrischen Kohorte kein unabhängiger Prädiktor der Krankenhaussterblichkeit [7]. Kein größerer Rechner, einschließlich MDCalc, wendet eine Höhenkorrektur auf das P/F-Verhältnis an, und auch Scores2Go tut dies nicht.
Literatur
- Horovitz JH, Carrico CJ, Shires GT. Pulmonary response to major injury. Arch Surg. 1974;108(3):349–355. doi:10.1001/archsurg.1974.01350270079014
- ARDS Definition Task Force; Ranieri VM, Rubenfeld GD, Thompson BT, et al. Acute respiratory distress syndrome: the Berlin Definition. JAMA. 2012;307(23):2526–2533. doi:10.1001/jama.2012.5669
- Rice TW, Wheeler AP, Bernard GR, et al. Comparison of the SpO2/FiO2 ratio and the PaO2/FiO2 ratio in patients with acute lung injury or ARDS. Chest. 2007;132(2):410–417. doi:10.1378/chest.07-0617
- Vincent JL, Moreno R, Takala J, et al. The SOFA (Sepsis-related Organ Failure Assessment) score to describe organ dysfunction/failure. Intensive Care Med. 1996;22(7):707–710.
- Murray JF, Matthay MA, Luce JM, Flick MR. An expanded definition of the adult respiratory distress syndrome. Am Rev Respir Dis. 1988;138(3):720–723.
- Aboab J, Louis B, Jonson B, Brochard L. Relation between PaO2/FIO2 ratio and FIO2: a mathematical description. Intensive Care Med. 2006;32(10):1494–1497. doi:10.1007/s00134-006-0337-9
- Jibaja M, Ortiz-Ruiz G, García F, et al. Hospital Mortality and Effect of Adjusting PaO2/FiO2 According to Altitude Above the Sea Level in Acclimatized Patients Undergoing Invasive Mechanical Ventilation. A Multicenter Study. Arch Bronconeumol (Engl Ed). 2020;56(4):218–224. PMID: 31582181
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