Ziele der vorliegenden Übersichtsarbeit sind die Darstellung und Analyse der bisher publizierten Formeln mit ihren jeweiligen Vor- und Nachteilen mithilfe einer Zusammenstellung publizierter Daten aus der Medline®. Zusätzlich wird die Verwendung von Endotrachealtuben mit und ohne Cuff diskutiert.

Wahl des optimalen Endotrachealtubus

Die Wahl des optimalen Endotrachealtubus zur Atemwegssicherung ist in der pädiatrischen Anästhesiologie von herausragender Bedeutung. Bei Tuben ohne Cuff ist die optimale Tubusgröße maßgeblich für die Minimierung des Aspirationsrisikos, aber auch zur Vermeidung von Läsionen glottischer- und trachealer Strukturen relevant. Daher wird bei Kindern zur Abschätzung der geeigneten und optimalen Tubusgröße im klinischen Alltag seit vielen Jahren eine Vielzahl unterschiedlicher gewichts-, größen- und/oder altersabhängiger Formeln verwendet. Auch andere Schätzmöglichkeiten haben Einzug in die klinische Routine gehalten (z. B. Breite des Fingernagels; [9, 13, 23]).

Die verwendbaren Formeln für Tuben ohne Cuff unterscheiden sich teilweise erheblich in ihrer Genauigkeit für bestimmte Gruppen von Kindern, aber auch in ihrer Komplexität und der Altersklasse, für die sie ursprünglich entwickelt wurden und angewendet werden können. Außerdem muss darüber hinaus zwischen Formeln für Endotrachealtuben mit einem trachealen Cuff und solchen ohne einen Cuff differenziert werden. Da die anatomische Variationsbreite bei Kindern sehr groß ist, können Tuben mit Cuff potenziell Vorteile bieten und dieses Problem weitgehend eliminieren.

Literaturrecherche

Material und Methoden

Die bisher zur Abschätzung des idealen Tubusdurchmessers publizierten Formeln wurden mithilfe einer Recherche in der Medline® bzw. PubMed (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed) ermittelt. Zur Identifikation der relevanten und bisher publizierten Untersuchungen wurden folgende englische Suchbegriffe in variierender Kombination verwendet:

  • „pediatric“ oder „paediatric“,

  • „anesthesia“ oder „anaesthesia“,

  • „anesthesiology“ oder „anaesthesiology“,

  • „size“,

  • „diameter“,

  • „tube“ oder „endotracheal tube“ und

  • „formula“.

Zusätzlich zu den hierdurch identifizierten Publikationen wurden relevante, von PubMed als ähnlich klassifizierte Publikationen („related articles“) in die Studie einbezogen. Außerdem wurde die in den hierdurch identifizierten Publikationen zitierte Literatur gesichtet und relevante Publikationen genutzt.

Die Suche wurde auf den Zeitraum vom 01.01.1951 bis zum 30.06.2009 begrenzt. Hinsichtlich der Sprache oder der Publikationsart erfolgte keine Einschränkung. Entsprechend wurden Originalarbeiten, Übersichtsarbeiten, Metaanalysen, Fallberichte und Briefe an den Herausgeber analysiert. Alle identifizierten Publikationen wurden anschließend durch 2 unabhängige Fachärzte für Anästhesiologie gesichtet und als „relevant“ bzw. „nichtrelevant“ für Kinder (0–18 Jahre) kategorisiert. Für die relevanten Formeln wurden Korrelationskurven ermittelt und diese vergleichend gegeneinander aufgetragen. Spezielle Formeln für Kinder mit Erkrankungen bzw. Besonderheiten, wie z. B. genetischen Defekten, wurden für die vorgestellte Analyse nicht berücksichtigt.

Ergebnisse

Mithilfe der PubMed-Recherche wurden im untersuchten Zeitraum insgesamt 13 Arbeiten identifiziert, die Formeln zur Abschätzung der idealen Tubusgröße beim Kind beschreiben [d. h. Innendurchmesser (ID) bzw. Außendurchmesser (AD); [1, 3, 4, 5, 6, 9, 12, 13, 14, 18, 22, 23, 27]]. Zusätzlich wurden durch die erweiterte Suche 3 Originalpublikationen gefunden [2, 21, 24]. Insgesamt wurden so 14 Originalarbeiten [1, 2, 3, 4, 5, 6, 9, 12, 13, 14, 21, 22, 23, 24] und 2 Leserbriefe an den Herausgeber [18, 27] ermittelt. In diesen Arbeiten wurden insgesamt 22 Formeln zur Abschätzung der idealen Tubusgröße bei Kindern veröffentlicht:

  • 12 altersbasierte Formeln für Tuben ohne Cuff (Tab. 1; Abb. 1),

  • 4 größenbasierte Formeln für Tuben ohne Cuff (Tab. 2; Abb. 2) und

  • 2 gewichtsbasierte Formeln für Tuben ohne Cuff (Tab. 3; Abb. 3),

Darüber hinaus wurden noch folgende Formeln recherchiert:

  • eine multivariate Formel für Tuben ohne Cuff (Tab. 4),

  • 4 (nichtformelbasierte) Methoden zur Abschätzung für Tuben ohne Cuff (Tab. 5) und

  • 3 altersbasierte Formeln für Tuben mit Cuff (Tab. 6).

Insgesamt 11 Formeln [2, 4, 5, 6, 9, 13, 14, 17, 18, 22, 23] waren altersbasiert und folgten dem Schema:

  • Tubusgröße ID [mm]=(Alter [Jahre]/4)+x oder

  • Tubusgröße ID [mm]=(Alter [Jahre]+16)/4.

 

Tab. 1 Altersbasierte Formeln zur Abschätzung des geeigneten Endotrachealtubus (Abb. 1)
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Abb. 1
figure 1

Altersbasierte Formeln zur Abschätzung der optimalen Tubusgröße beim Kind

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Tab. 2 Größenbasierte Formeln zur Abschätzung des geeigneten Endotrachealtubus (Abb. 2)
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Abb. 2
figure 2

Größenbasierte Formeln zur Abschätzung der optimalen Tubusgröße beim Kind

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Tab. 3 Gewichtsbasierte Formeln zur Abschätzung des geeigneten Endotrachealtubus (Abb. 3)
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Abb. 3
figure 3

Gewichtsbasierte Formeln zur Abschätzung der optimalen Tubusgröße beim Kind

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Tab. 4 Formel mit multiplen Parametern zur Abschätzung des Innendurchmessers (ID; mm) des geeigneten Endotrachealtubus (Abb. 1, Abb. 2, Abb. 3)
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Tab. 5 Sonstige Möglichkeiten zur Abschätzung des geeigneten Endotrachealtubus
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Tab. 6 Altersbasierte Formeln für Tuben mit Cuff zur Abschätzung des geeigneten Endotrachealtubus
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Diskussion

Historische Entwicklung

Die beiden ältesten Formeln sind aus dem Jahr 1951 bzw. 1957 und wurden von Woodbridge [27] sowie Cole [1] vorgestellt. Beide dienen der Abschätzung des optimalen Außendurchmessers (AD) anhand Körpergröße bzw. Alter des kindlichen Patienten.

Historisch bedingt wurde der Außendurchmesser als besonders wichtig angesehen, da er maßgeblich für Leckage und Aspirationsschutz ist. Neuere Formeln dienen hingegen zur Berechnung des optimalen Innendurchmessers (ID), da sich das Lumen relevant auf den möglichen „flow“ und die resultierenden Beatmungsdrücke auswirkt. Daher hat sich in der klinischen Routine die Verwendung des ID zur Abschätzung der optimalen Tubusgröße etabliert. Materialbeschaffenheit und Wanddicke haben sich ebenfalls im Laufe der Jahre verändert. Während früher Tuben aus Gummi mit einer großen Wandstärke genutzt wurden, sind heute Plastikarten erhältlich, die eine hohe Flexibilität bei geringer Wandstärke erlauben. Entsprechend ist es plausibel, dass sich der resultierende ID im Laufe der Jahre ebenfalls geändert hat. Daneben ist es problematisch, dass die Materialdicke des Endotrachealtubus verschiedener Produkte oftmals variiert, sodass die Tuben unterschiedlicher Hersteller und unterschiedlicher Art differente Wandstärken aufweisen können.

Ein weiterer Grund für Modifikationen der Formeln besteht darin, dass viele dieser zum Einsatz in Notfallsituationen oder aber auch für wenig erfahrene Anwender konzipiert wurden. Dabei ging man den Kompromiss ein, besser einen geringfügig zu kleinen Tubus mit größerem Leck zu verwenden als einen zu großen Tubus, mit dem möglicherweise die subglottische Enge nicht passiert werden konnte. Entsprechend halten sich in einigen Lehrbüchern nach wie vor teils alte Formeln.

„Optimaler“ Durchmesser von Endotrachealtuben

Die Definition von „optimal“ ist für die Beurteilung des Durchmessers von Endotrachealtuben und für die Auswahl der Formel entscheidend. Ohne die Angabe der Methode zur Beurteilung des Lecks ist die Verwendung der angegebenen Formeln signifikant limitiert. In den untersuchten Publikationen wurde hingegen eine Vielzahl verschiedener Parameter verwendet, um die Tubusgröße als „optimal“ bzw. „ideal“ zu bezeichnen. Etliche – insbesondere retrospektive – Untersuchungen machen oftmals keine Angabe zu den Verfahren zur Beurteilung der Dichtigkeit bzw. des Lecks [1, 6, 9, 14, 17, 18, 27]. Neben einfachen Maßnahmen (z. B. Hören einer Luftströmung als Zeichen eines Lecks; [2, 12, 22]) wurden in der neueren Zeit auch einige wenige Studien publiziert, die klar definierte Parameter zur Beurteilung des Lecks nennen (z. B. inspiratorischer Druck; [4, 5, 13, 23]).

Tuben ohne Cuff

Die Verwendung von Tuben ohne Cuff hat sich in der pädiatrischen Anästhesie historisch bewährt [11]. Wurde der optimale Endotrachealtubus platziert, war eine Schädigung der trachealen Schleimhaut während des weiteren Narkoseverlaufs (z. B. durch zu hohen oder ansteigenden Cuffdruck) nahezu unmöglich. Wenngleich in den letzten Jahren zunehmend Tuben mit Cuff genutzt werden, sind die meisten der vorhandenen Formeln für Tuben ohne Cuff konzipiert worden.

Altersbasierte Formeln

Das Patientenalter ist einer der besten [11, 23] und gebräuchlichsten singulären Parameter zur Abschätzung des optimalen Durchmessers eines Endotrachealtubus. Prinzipiell unterscheiden sich etliche der altersbasierten Formeln nicht oder nur marginal. Die erste altersbasierte Formel zur Abschätzung der geeigneten Tubusgröße wurde im Jahr 1957 von Cole vorgestellt [1]. Diese Formel eignet sich zwar für Kinder >1 Jahr und erlaubt eine einfach Berechnung, ist aber aufgrund des berechneten Außendurchmessers (Charrière, French) mittlerweile nicht mehr gebräuchlich. Eine der heute gebräuchlichen Formeln (ID [mm]=Alter/4+4) wurde erstmals von Penlington [18] im Jahr 1974 vorgestellt und wird in gängigen Lehrbüchern nach wie vor favorisiert [8, 16, 20]. Im Gegensatz hierzu wird von Larsen [15] in dessen Lehrbuch die Formel ID [mm]=Alter/4+4,5 empfohlen, wie sie beispielsweise auch von van den Berg u. Mphanza [23] oder Penlington [18] vorgeschlagen wird. Während van den Berg u. Mphanza [23] die Formel ID [mm]=(Alter [Jahre]/4)+4,5 für Kinder im Alter von 1 bis 10 Jahren beschreiben, empfiehlt Penlington [18], diese Formel erst bei Kindern ab 6,5 Jahren zu verwenden, da sie den idealen Tubus-ID für jüngere Kinder unterschätzen kann. Für Kinder unter 6,5 Jahren empfiehlt Penlington [18] entsprechend die Formel ID [mm]=(Alter [Jahre]/3)+3,5. Für japanische Kinder untersuchten Takita et al. [22] im Jahr 2001 an insgesamt 874 Kindern die Formel Tubusgröße [mm]=(Alter [Jahre]+16)/4 und fanden sie ebenso geeignet wie für Kinder aus westlichen Ländern. In 53,5% der Fälle konnte die optimale Tubusgröße vorhergesagt werden; im Rest der Fälle unterschätzte die Formel die Tubusgröße im Durchschnitt um 0,25 mm. Ähnliche Ergebnisse fanden Hofer et al. [9] bei Kindern im Alter von 6 Monaten bis 11 Jahren. Die Autoren nennen aber keine Details zur Studie; weder die Art des untersuchten Tubus noch Kriterien zur Detektion einer Leckage werden angegeben. Khine et al. [13] schlagen die altersbasierte Formel ID [mm]=(Alter/4)+3 zur Abschätzung der Größe für Tuben mit Cuff vor, die bei 99% von 488 Kindern vom Neugeborenen bis zum Alter von 8 Jahren nachweislich die korrekte Tubusgröße lieferte. Im Gegensatz dazu fanden Duracher et al. [4] in ihrer Arbeit aus dem Jahr 2008 bei 204 Kindern (Neugeborene bis zu Kindern im Alter von 15 Jahren), dass diese die Tubusgröße in 72% der Fälle um 0,5 mm unterschätzte. Die Autorengruppe empfiehlt daher eine modifizierte Formel: Tubusgröße ID [mm]=(Alter/4)+3,5. Davis et al. [2] untersuchten die Korrelation zwischen der Formel (Alter+16)/4 und (Alter+18)/4 an 174 pädiatrischen Patienten. Im Gegensatz zur ersten Formel war die zweite in nur 11% der Fälle optimal.

Größenbasierte Formeln

Keep et al. [12] und Woodbridge [27] empfehlen im Gegensatz zu den vorgenannten Autoren die Verwendung von größenbasierten Formeln. Hierbei erscheint die Formel von Keep u. Manford [12] aus dem Jahr 1974 für den klinischen Alltag zu kompliziert, sodass sie heute nur wenig gebräuchlich ist. Auch die Formel von Woodbridge [27] aus dem Jahr 1951 ist aufgrund der in Deutschland wenig gebräuchlichen Einheiten (Körpergröße in Inch und Durchmesser in Charrière bzw. French) ebenfalls nur wenig geeignet, wenngleich das Ergebnis einfach und unkompliziert zu berechnen ist. Eck et al. [5] beschreiben in ihrer Originalarbeit mithilfe retrospektiv erhobener Daten aus dem Jahr 2002 außer einer multivariaten Formel noch weitere univariate Formeln zur Abschätzung des Innendurchmessers eines Endotrachealtubus. Für Kinder <1 Jahr wurden unter Berücksichtigung nur einer Variable die besten Ergebnisse mit der größenbasierten Formel erreicht: ID [mm]=1,4+(Größe [cm]/27). Bei Kindern in der Altersgruppe zwischen 1 und 7 Jahren war jedoch folgende altersbasierte Formel [5] genauer: ID [mm]=(Alter [Jahre]+16)/4. Wang et al. [24] untersuchten insgesamt 533 chinesische Kinder im Alter von 3 Monaten bis 6 Jahren. Für die Formel ID=2+(Größe [cm]/30) fanden sie die optimale Korrelation zum Innendurchmesser des verwendeten Endotrachealtubus. In einer Folgeuntersuchung konnte an 336 chinesischen Kindern gezeigt werden, dass mit dieser Formel in 82,4% der Fälle ein optimaler Durchmesser berechnet werden konnte [21]. Limitierend ist hierbei anzumerken, dass die Größe eines Kindes oftmals nur unzureichend genau oder aber auch unzureichend schnell in der klinischen Routine und bei Notfällen bestimmt werden kann. Entsprechend – unterstellt man eine gewisse Unsicherheit in der Abschätzung – wird die Berechnung des optimalen Durchmessers anhand der Körpergröße von Kindern zusätzlich erschwert.

Gewichtsbasierte Formeln

Neben diesen größen- und altersbasierten Formeln beschreiben Eck et al. [5] auch folgende weitere gewichtsbasierte Formel zur Abschätzung des idealen Innendurchmessers: ID [mm]=3,6+(Gewicht [kg]/12). Diese Formel ist zwar vergleichsweise einfach in der täglichen Routine anzuwenden, stellte sich jedoch als relativ ungenau bei Kindern über 8 Jahren heraus (überschätzt die optimale Tubusgröße; [5]). Eipe et al. [6] schlagen in einer Arbeit aus dem Jahr 2009 ebenfalls eine gewichtsbasierte Formel vor, die zwar einfach anzuwenden, jedoch auch relativ ungenau ist.

Multivariate Formeln

In einer retrospektiven Arbeit mit insgesamt 3814 Kindern bis zu einem Alter von 7 Jahren nutzten Eck et al. [5] die multivariate lineare Regressionsanalyse zur Ermittlung einer Formel, die Alter, Gewicht und Größe einbezieht. Die optimale Tubusgröße (ID) für Kinder bis zu einem Alter von 7 Jahren ließ sich unter Anwendung aller 3 Parameter am besten mit der Formel

ID [mm]=2,44+(Alter [Jahre]•0,1)+(Körpergröße [cm]•0,02)+(Körpergewicht [kg]•0,016)

vorhersagen. Der offensichtliche Nachteil liegt in ihrer Komplexität und der Tatsache, dass alle 3 Variablen möglichst exakt bekannt sein müssen. Entsprechend eignet sie sich für Intubationen unter Anwendung einer elektronischen Rechenhilfe. Mit der zunehmenden Verbreitung von Computern und „handheld PC“ an den Narkosearbeitsplätzen kann der Nachteil der Komplexität allerdings relativiert werden. Darüber hinaus ermittelten sie Formeln für nur jeweils eine der Variablen Alter, Gewicht und Körpergröße (Tab. 1, Tab. 2, Tab. 3).

Größenauswahl bei Tuben mit Cuff

Traditionell werden in der pädiatrischen Anästhesie bei Kindern unter 8 bis 10 Jahren Endotrachealtuben ohne Cuff verwendet [4, 11, 26]. Erst in den letzten Jahren wurde erkannt, dass die Verwendung von Tuben mit Cuff vermutete, resultierende (postoperative) Probleme nicht begünstigt [4, 13, 25, 26] und außerdem signifikante Vorteile bietet (z. B. reliable Kapnographie, bessere Bedingungen zur Ventilation; [26]). Außerdem konnte gezeigt werden, dass der Einsatz von zu großen Tuben ohne Cuff relevante tracheale Schäden induzieren und eine kleinere Tubusgröße aufgrund des verwendeten Cuffs genutzt werden kann [10].

Formeln zur Abschätzung der optimalen Tubusgröße für Tuben mit Cuff leiten sich aus den altersbasierten Formeln für Tuben ohne Cuff ab [1]. Andere als altersbasierte Formeln wurden für Tuben mit Cuff mithilfe dieser Recherche nicht gefunden. Aufgrund des außen anliegenden Cuffs ist im Gegensatz zu Tuben ohne Cuff eine geringere Tubusgröße erforderlich [z. B. ID=(Alter/4)+3 [13] oder ID=(Alter/4)+3,5 [4]]. Dieser Unterschied von lediglich 0,5 mm im ID scheint gerade bei Tuben mit Cuff in der klinischen Routine eher von untergeordneter Bedeutung, dennoch fanden Khine et al. [13] sowie Duracher et al. [4] Unterschiede hinsichtlich der optimalen Tubusgröße. Die zugrunde liegende Ursache wird erst bei genauer Analyse der beiden Publikationen evident: Während Khine et al. [13] den optimalen Durchmesser durch ein (hörbares?) Leck bei einem inspiratorischen Beatmungsdruck über 10 cmH2O und bei einem Cuffdruck von 25 cmH2O identifizierten, verwendeten Duracher et al. [4] ein Leck von mehr als 25% des eingestellten Tidalvolumens bei einem Cuffdruck von 20 cmH2O als relevanten Parameter.

Andere Verfahren

Für eine grobe Abschätzung können außer den genannten Formeln sowohl der Durchmesser des Kleinfingers [23] als auch die Breite des Kleinfingernagels [14] des pädiatrischen Patienten zur Bestimmung der erforderlichen Tubusgröße herangezogen werden. Im angloamerikanischen Raum hat sich darüber hinaus das Braselow-Tape [9] insbesondere für Notfallsituationen [2] bewährt. Diese faltbare Karte dient u. a. zur Ermittlung der optimalen Tubusgröße basierend auf der Körpergröße. Sie kann neben das Kind gelegt werden und bietet beispielsweise wichtige Kenngrößen zur Notfallversorgung. Furuya et al. [7] berichten in ihrer Untersuchung über die Korrelation zwischen einer altersbasierten Formel und einer Röntgenaufnahme der Trachea. Die Autoren untersuchten retrospektiv den sichtbaren Durchmesser der Trachea auf Höhe von C6 und Th2 und fanden, dass die Vorhersage des optimalen Durchmessers mit der altersbasierten Formel in 62,2% der Fälle und durch die Röntgenaufnahme in 42,8% bzw. 43,7% der Fälle gelang. Alle diese Möglichkeiten geben zwar meist einen guten Anhaltspunkt [2], können im Einzelfall allerdings deutlich vom Ideal abweichen. Insbesondere die Breite des Kleinfingers und eine Röntgenaufnahme der Trachea sind signifikant schlechtere Parameter zur Abschätzung als das Alter [23].

Allgemeine Limitationen

Der direkte Vergleich und die Interpretation der publizierten Ergebnisse gestalteten sich schwierig. So wurden beispielsweise bei der Analyse verschiedener Formeln unterschiedliche Kriterien angelegt, um die ideale Tubusgröße zu bestimmen. Unter der Verwendung der gleichen Formel kamen z. B. Duracher et al. [4] und Khine et al. [13] zu konträren Ergebnissen hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit, einen idealen Innendurchmesser abzuschätzen (Erfolgsrate 99 vs. 28%). In einigen weiteren Fällen blieb auch in den Originalpublikationen unklar, welcher Tubustyp bzw. welcher -hersteller überhaupt genutzt worden waren ([9]; Tab. 1, Tab. 2, Tab. 3, Tab. 4, Tab. 5, Tab. 6).

Die meisten der genannten Formeln wurden für kaukasische Kinder entwickelt. Einige der beschriebenen Formeln bezogen sich auf Kinder anderer Rassen bzw. wurden an ihnen validiert. Daher bleibt es weitgehend unklar, ob z. B. für Kinder asiatischer oder afrikanischer Herkunft die gleichen Formeln überhaupt erfolgreich angewendet werden können [11, 21, 24]. Auf die Analyse von Formeln für Kinder mit Besonderheiten (z. B. genetische Defekte) wurde in dieser Arbeit bewusst verzichtet, wenngleich einige Publikationen über eine gute Übereinstimmung berichten [11].

Rundungsfehler können bei der Auswahl der Tuben Schwierigkeiten bereiten. Insbesondere bei größenbasierten Formeln kann mit der Berechnung des ID ein Wert zwischen 2 verfügbaren Tubusgrößen errechnet werden. Die Entscheidung, ob der größere oder kleinere Tubus zu bevorzugen ist, sollte im Einzelfall getroffen werden.

Fazit für die Praxis

Die Verwendung von Tuben ohne Cuff hat sich in der pädiatrischen Anästhesie historisch bewährt. In der Zusammenschau zeigt sich, dass mit allen Formeln, seien sie gewichts-, alters- oder größenbasiert, mit relativer Genauigkeit die passende Größe für Tuben ohne Cuff bestimmt werden kann, sofern bestimmte Grenzen der Anwendbarkeit beachtet werden. Dies gilt insbesondere für Kinder unter einem Lebensjahr, da diese leicht anwendbaren Formeln hier nicht validiert sind. Durch die Einbeziehung einer einzigen Variablen lässt sich die optimale Tubusgröße allerdings nicht mit ausreichender Sicherheit vorhersagen. Einen vielversprechenden Ansatz kann die multivariate Formel darstellen, die jedoch aufgrund ihrer Komplexität vermutlich nur an computergestützten Arbeitsplätzen Einzug halten wird. Daher sollten bei der Narkoseeinleitung neben der berechneten immer auch die nächstgrößere und die nächstkleinere Tubusgröße bereitliegen. Neben wiederholten Intubationsversuchen bei der Verwendung unterschiedlich großer Tuben ohne Cuff sind resultierende Traumen möglich. Die Schwierigkeiten bei der Auswahl der optimalen Größe für Tuben ohne Cuff sind u. a. auch der Hauptgrund dafür, dass bei Kindern im Alter über 2 Jahren an vielen Orten zunehmend Tuben mit Cuff (z. B. Microcuff) verwendet werden.