Schmerzfreie Behandlung von Frühgeborenen

Frühgeborene erleben im Krankenhaus oft zahlreiche Eingriffe. Ein neues Verfahren soll dabei helfen, den Sedierungszustand von Neugeborenen objektiver zu erfassen, um Schmerzen möglichst zu vermeiden.

Viele Frühgeborene benötigen eine intensive medizinische Versorgung – und teilweise auch Medikamente zur Schmerzbehandlung oder Sedierung. Denn Prozeduren wie Intubieren, das Legen eines Zentralkatheters oder die postoperative Versorgung sollen für die kleinen Patienten möglichst schmerzfrei ablaufen.

Im Schnitt sind Frühgeborene während ihres Krankenhausaufenthalts etwa 3000 schmerzhaften Reizen ausgesetzt: „Zu früh geborene Säuglinge durchleben eine beträchtliche Anzahl von diagnostischen, therapeutischen und routinemäßigen Untersuchungen. Dabei ist es enorm wichtig, ein Gleichgewicht zwischen der Vermeidung von Schmerzen und einer übermäßigen Sedierung zu finden“, erklärt Vito Giordano von der Medizinischen Universität Wien (Österreich). Doch die bisherigen Methoden machten eine präzise Abwägung schwierig, da sie letztlich auf subjektiven Entscheidungen basieren, ergänzt der Neurowissenschaftler, der sich auf die Gehirnentwicklung von Früh- und Neugeborenen spezialisiert hat.

Subjektive Einschätzung des Schmerzempfindens

Säuglinge können Schmerzen – im Gegensatz zu Erwachsenen – nicht verbal äußern oder einordnen. Deshalb muss medizinisches Personal auf indirekte Zeichen vertrauen. Besonders häufig kommen dabei klinische Beobachtungsskalen wie der „N-PASS“ (Neonatal Pain, Agitation and Sedation Scale) zum Einsatz, ein Scoring-System, das insgesamt fünf Kategorien anhand eines Punktesystems bewertet. Die Kategorien berücksichtigen dabei sowohl Verhaltensreaktionen wie Weinen als auch physiologisch messbare Parameter, etwa den Herzschlag. Die errechnete Punktezahl spiegelt dann das geschätzte Schmerzlevel wider.

Das Problem: Klinische Scores ermöglichen keine kontinuierliche Erfassung des Zustands. Veränderungen werden häufig erst dann dokumentiert, wenn sie klinisch erkennbar sind. Zudem sind einzelne Parameter nicht spezifisch für Schmerz oder Sedierung – ein schneller Herzschlag kann beispielsweise auch durch Hunger oder Stress verursacht werden. Die etablierten Skalen seien daher wichtige klinische Instrumente, sollten jedoch durch kontinuierlich verfügbare und physiologisch fundierte Messgrößen ergänzt werden, erklärt Giordano. „Deshalb wird kontinuierlich daran gearbeitet, objektivere Parameter zu entwickeln, die Veränderungen des klinischen Zustands möglichst früh und kontinuierlich erfassen können.“

Forschung für Frühgeborene

Der Neurowissenschaftler erforscht, wie klinische und umweltbedingte Faktoren die Gehirnentwicklung von Frühgeborenen beeinflussen. In seinem Weiss-Projekt entwickelt er mithilfe von Gehirnmessungen und KI neue Methoden, um Pflegeteams bei der Schmerzbehandlung der Frühgeborenen besser zu unterstützen.

Hierfür messen die Forschenden mithilfe der Elektroenzephalografie (EEG) die elektrische Signale, die von den Nervenzellen im Gehirn ausgelöst werden. Denn Sedativa und Analgetika verändern die Hirnaktivität des Menschen. Allerdings unterscheidet sich das EEG eines Babys erheblich von dem eines Erwachsenen.

„Vor allem bei Frühgeborenen kann der mittels EEG erfasste funktionelle Reifezustand des Gehirns unter bestimmten klinischen Bedingungen vom für das jeweilige Alter erwarteten Muster abweichen. Auch Medikamente zur Sedierung können charakteristische Veränderungen der EEG-Aktivität hervorrufen“, erklärt Giordano. Das EEG von Frühgeborenen durchläuft somit tiefgreifende reifungsbedingte Veränderungen. Folglich erfordert eine genaue Interpretation Ansätze, die speziell für das Gehirn eines Neugeborenen entwickelt wurden.

Maschinelles Lernen kann helfen 

In einem vom Österreichischenr Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekt konnte die Forschungsgruppe nun zeigen, dass sich die Hirnaktivität bei sedierten Neugeborenen auf eine charakteristische Weise verändert: Bei unregelmäßigen EEG-Mustern können beispielsweise die Phasen einer verminderten Hintergrundaktivität länger werden. Diese Veränderungen können Hinweise darauf geben, wie stark Medikamente die Aktivität des unreifen Gehirns beeinflussen.

Für das menschliche Auge sind solche Veränderungen im EEG allerdings oft nicht eindeutig. Statt die Hirnströme rein visuell zu beurteilen, werden deshalb inzwischen auch quantitative Messgrößen herangezogen. In den vergangenen Jahren gab es etwa rasante Fortschritte in puncto Algorithmen, die in der Lage sind, EEG-Muster automatisch zu identifizieren – begünstigt durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz. „Die zunehmende Verfügbarkeit großer EEG-Datensätze von Neugeborenen ermöglicht es uns, immer robustere Algorithmen des maschinellen Lernens zu trainieren und zu validieren“, so der Forscher.

Mehr Daten nötig

Langfristig könnte ein Algorithmus die Veränderungen der Hirnaktivität automatisiert erkennen und möglichst in Echtzeit anzeigen, wie stark das Baby sediert ist. Die erste Auswertung der gesammelten Daten ist jedenfalls vielversprechend: Mithilfe des maschinellen Lernmodells konnten die Forschenden unterschiedliche EEG-Hintergrundmuster zuverlässig erkennen und Veränderungen erfassen. Ziel ist es, daraus künftig objektivere Informationen über den Sedierungszustand eines Neugeborenen abzuleiten.

Für eine praktische Anwendung im klinischen Alltag sind jedoch weitere Messungen und Validierungen notwendig, betont Giordano. Dafür will das Forschungsteam das EEG künftig mit weiteren Messmethoden kombinieren, etwa zur Erfassung der Sauerstoffversorgung des Gehirns, der Herzratenvariabilität oder der Hautleitfähigkeit. Auch standardisierte Abläufe für kurze medizinische Eingriffe sollen dabei helfen, die Wirkung verschiedener Medikamente besser zu vergleichen. Ziel ist eine möglichst umfassende Einschätzung des Zustands der kleinen Patienten. Denn Frühgeborene sollen möglichst wenig Schmerzen erleben – aber auch nicht stärker sediert werden als nötig.