PaO₂/FiO₂-Quotient berechnen

Was der P/F-Quotient misst

PaO₂ ist der arterielle Sauerstoffpartialdruck. Er wird mit einer arteriellen Blutgasanalyse bestimmt und in diesem Rechner ausschließlich in Millimeter Quecksilbersäule, kurz mmHg, eingegeben. FiO₂ bezeichnet den Anteil des Sauerstoffs in der eingeatmeten Gasmenge. Raumluft enthält ungefähr 21 Prozent Sauerstoff und entspricht deshalb einer FiO₂ von 0,21. Eine FiO₂ von 50 Prozent entspricht dem Anteil 0,50.

Die Formel ist einfach, ihr Kontext jedoch nicht. Ein PaO₂ von 80 mmHg kann unter Raumluft relativ unauffällig sein, während derselbe PaO₂ unter einer FiO₂ von 0,80 eine ausgeprägte Störung des pulmonalen Gasaustauschs erkennen lässt. Durch die Division wird berücksichtigt, wie viel Sauerstoff zugeführt wird. Der Quotient beschreibt damit Oxygenierung relativ zur inspiratorischen Sauerstofffraktion, nicht die Ursache einer Hypoxämie.

P/F-Quotient = PaO₂ in mmHg ÷ FiO₂ als Anteil

Bei 80 mmHg und einer FiO₂ von 0,50 ergibt sich 80 ÷ 0,50 = 160 mmHg. Wird FiO₂ als 50 Prozent eingegeben, wandelt der Rechenkern den Wert zuerst durch Division durch 100 in 0,50 um. Der Quotient wird mit einer Nachkommastelle ausgegeben. PaO₂ in kPa wird bewusst nicht akzeptiert, damit keine verdeckte Einheitenverwechslung entsteht.

Welche Eingaben zusammengehören

PaO₂ und FiO₂ müssen denselben klinischen Zeitpunkt abbilden. Eine Blutgasanalyse kurz vor einer deutlichen Änderung der Sauerstoffzufuhr darf nicht mit der neuen FiO₂ kombiniert werden. Die Globale ARDS-Definition empfiehlt, Blutgas- und Oximetriemessungen in Ruhe und mindestens 30 Minuten nach Änderungen von Position, FiO₂ oder Flussrate vorzunehmen. Dadurch soll vermieden werden, dass eine Übergangssituation fälschlich als stabiler Zustand interpretiert wird.

Bei invasiver Beatmung ist die eingestellte FiO₂ in der Regel bekannt. Bei nichtinvasiver Unterstützung und High-Flow-Nasal-Oxygen ist die Zuordnung ebenfalls möglich, sofern das Gerät die inspiratorische Fraktion kontrolliert. Bei einfachen Nasenbrillen oder Masken ist die tatsächlich eingeatmete FiO₂ dagegen häufig nur geschätzt. Atemmuster, Mundatmung, Minutenventilation, Sitz der Maske und Gasfluss können die wirksame Konzentration verändern. Ein rechnerisch exakter Quotient kann dann auf einer ungenauen FiO₂ beruhen.

Globale ARDS-Definition von 2023

Eine internationale Konsensusgruppe veröffentlichte 2023 eine neue Globale Definition des akuten Atemnotsyndroms. Sie erweitert die frühere Berlin-Definition unter anderem auf nicht intubierte Patientinnen und Patienten unter High-Flow-Nasal-Oxygen und ermöglicht unter bestimmten Bedingungen auch die Verwendung des SpO₂/FiO₂-Verhältnisses. Für den PaO₂/FiO₂-Quotienten bleibt ein Wert bis 300 mmHg ein Bestandteil der Oxygenierungskriterien. Der Quotient ist aber nur ein Baustein einer mehrteiligen klinischen Definition.

Für intubiertes ARDS werden die bekannten Oxygenierungsbereiche verwendet: über 200 bis 300 mmHg, über 100 bis 200 mmHg und bis 100 mmHg. Für diese Kategorien verlangt die Globale Definition mindestens 5 cmH₂O PEEP. Bei nicht intubierten Patientinnen und Patienten kann das Oxygenierungskriterium unter HFNO mit mindestens 30 Litern pro Minute oder unter NIV beziehungsweise CPAP mit mindestens 5 cmH₂O endexspiratorischem Druck erfüllt werden. Diese Schwellen werden hier nur erläutert; der Rechner ordnet das Ergebnis nicht automatisch einer Kategorie zu.

In ressourcenbegrenzten Umgebungen enthält die Globale Definition eine modifizierte Kategorie, für die andere Voraussetzungen gelten können, weil arterielle Blutgase, PEEP oder moderne Unterstützungssysteme nicht zuverlässig verfügbar sind. Eine Definition darf daher nicht aus einer einzelnen Zahl und ohne Kenntnis des Versorgungssettings rekonstruiert werden.

Timing, Bildgebung und Ursache gehören dazu

Die zeitliche Voraussetzung bleibt wesentlich: Das akute hypoxämische Atemversagen muss innerhalb einer Woche nach einem prädisponierenden Ereignis oder innerhalb einer Woche nach neu aufgetretenen beziehungsweise deutlich verschlechterten respiratorischen Symptomen beginnen. Ein niedriger P/F-Quotient bei einer langjährig stabilen chronischen Lungenerkrankung erfüllt dieses Kriterium nicht automatisch.

Außerdem verlangt die Definition beidseitige Befunde einer verminderten Lungenbelüftung in der Bildgebung. Röntgenaufnahme oder Computertomografie können verwendet werden; die Globale Definition lässt auch Lungenultraschall zu, wenn die untersuchende Person entsprechend geschult ist. Die Befunde dürfen nicht vollständig durch Pleuraergüsse, Atelektasen, Lungenkollaps oder Raumforderungen erklärt sein.

Schließlich muss geprüft werden, ob kardiales Lungenödem, Flüssigkeitsüberlastung, Lungenembolie, chronische Lungenerkrankung oder eine andere Ursache die Hypoxämie primär erklärt. ARDS kann neben solchen Befunden vorkommen, doch die diagnostische Zuordnung verlangt klinische Beurteilung. Der Rechner besitzt weder Bildgebung noch Anamnese, Hämodynamik oder Verlauf und kann diese Prüfung nicht durchführen.

Warum PEEP und Unterstützung den Wert verändern

Der Quotient ist keine unveränderliche Eigenschaft der Lunge. PEEP kann kollabierte Lungenabschnitte rekrutieren und PaO₂ erhöhen. Veränderungen von FiO₂, Körperlage, Atemwegsdruck oder Unterstützung können den Quotienten verändern, obwohl sich die zugrunde liegende Entzündung nicht im gleichen Umfang geändert hat. Deshalb sind Verlaufswerte nur dann sinnvoll vergleichbar, wenn Beatmungsmodus, PEEP, FiO₂, Position und Messzeitpunkt mitdokumentiert werden.

Ein Wert von 150 mmHg unter PEEP 5 cmH₂O beschreibt nicht dieselbe Unterstützungssituation wie 150 mmHg unter PEEP 15 cmH₂O. Der Quotient enthält den Druckaufwand nicht. Ebenso kann ein Anstieg nach Bauchlagerung oder höherem PEEP eine kurzfristige Rekrutierung widerspiegeln. Ob dies eine klinische Verbesserung bedeutet, lässt sich nicht aus der Division allein ableiten.

Aus diesem Grund gibt die Seite keine Hinweise zur Einstellung von PEEP, FiO₂, Tidalvolumen oder Atemfrequenz. Sie empfiehlt auch keine Bauchlagerung, Intubation, Rekrutierungsmanöver oder extrakorporale Membranoxygenierung. Solche Entscheidungen erfordern eine vollständige intensivmedizinische Bewertung und aktuelle lokale Protokolle.

Messqualität der arteriellen Blutgasanalyse

Eine fehlerhafte Probe erzeugt einen fehlerhaften Quotienten. Die Blutprobe muss sicher arteriell sein; eine venöse oder gemischte Probe liefert keinen austauschbaren PaO₂. Luftblasen können den gemessenen Sauerstoffpartialdruck in Richtung des Umgebungsluftwerts verschieben. Verzögerte Analyse, unzureichendes Mischen, falsche Antikoagulation oder Probenverwechslung können das Ergebnis ebenfalls beeinflussen.

Der Wert sollte zur klinischen Situation passen. Bei einem überraschenden Ergebnis sind Probenart, Entnahmezeit, Geräteeinstellungen und Präanalytik zu prüfen, bevor aus der Zahl eine Schlussfolgerung gezogen wird. Veränderungen unmittelbar nach Absaugen, Transport, Unruhe oder Diskonnektion können vorübergehend sein. Der Rechner kann die Qualität der Blutgasanalyse nicht erkennen.

Höhenlage und barometrischer Druck

Mit zunehmender Höhe sinkt der barometrische Druck und damit der inspiratorische Sauerstoffpartialdruck. Die Globale ARDS-Definition nennt oberhalb von 1.000 Metern eine Korrektur anhand des barometrischen Drucks: Der Quotient wird mit barometrischem Druck geteilt durch 760 multipliziert. Ein nicht korrigierter Wert aus einem hoch gelegenen Zentrum ist daher nicht unmittelbar mit einem Wert auf Meereshöhe vergleichbar.

Dieser Rechner führt keine Höhenkorrektur aus, weil dafür der gleichzeitig relevante lokale barometrische Druck erforderlich wäre und eine automatische Schätzung aus der Ortsangabe zusätzliche Unsicherheit erzeugen würde. In großer Höhe sollte das Behandlungsteam die in der Primärdefinition beschriebene Korrektur separat und nachvollziehbar anwenden. Das hier angezeigte Ergebnis bleibt der unbereinigte Quotient aus den beiden eingegebenen Größen.

Grenzen des Quotienten

PaO₂/FiO₂ unterscheidet nicht zwischen Shunt, Ventilations-Perfusions-Störung, Diffusionsstörung und anderen Mechanismen. Ein niedriger Wert kann bei Pneumonie, Atelektase, Lungenödem, Aspiration, diffuser Entzündung oder weiteren Erkrankungen entstehen. Auch Herzzeitvolumen, Hämoglobinkonzentration, Säure-Basen-Lage und gemischtvenöse Sauerstoffsättigung beeinflussen die beobachtete Oxygenierung.

Der Quotient ist zudem FiO₂-abhängig und verhält sich nicht bei jeder Person über den gesamten FiO₂-Bereich linear. Zwei Messungen mit unterschiedlicher Sauerstofffraktion können sich verändern, obwohl sich der Zustand der Lunge kaum geändert hat. Trends sollten deshalb auf möglichst vergleichbaren Einstellungen erhoben werden. Eine einzelne Zahl ist keine Prognose für eine individuelle Person.

Die Globale Definition erlaubt unter festgelegten Voraussetzungen auch SpO₂/FiO₂, wenn SpO₂ höchstens 97 Prozent beträgt. Dieser Rechner bietet diese Alternative bewusst nicht an. Pulsoximetrie hat eigene Fehlerquellen, darunter unzureichende Perfusion, Bewegung, Sensorposition, Dys-Hämoglobine und systematische Messabweichungen. PaO₂/FiO₂ und SpO₂/FiO₂ dürfen nicht ohne Kennzeichnung vermischt werden.

Technische Plausibilitätskontrollen

FiO₂ muss als Anteil zwischen 0,21 und 1,00 oder als Prozentwert zwischen 21 und 100 eingegeben werden. Ein Anteil von 50 wäre daher ungültig, ebenso ein Prozentwert von 0,50. PaO₂ wird nur zwischen 5 und 800 mmHg akzeptiert. Diese Grenzen sollen vor allem Tippfehler, falsche Einheiten und unrealistische Eingaben abfangen; sie sind keine Normalbereiche und keine Therapieschwellen.

Der Rechenkern rundet die Eingaben nicht vor der Division. Bei Prozentangabe wird FiO₂ durch 100 geteilt. Danach wird PaO₂ durch den Anteil dividiert. Das Ergebnis wird als mmHg ausgegeben, weil FiO₂ dimensionslos ist. Die verwendete FiO₂ wird im Rechenweg angezeigt, sodass sich die Umwandlung prüfen lässt.

Häufige Fragen

Warum akzeptiert der Rechner kein PaO₂ in kPa?

Die Anforderung ist bewusst auf mmHg beschränkt. Dadurch bleibt die ausgegebene Einheit eindeutig und eine versehentliche Division eines kPa-Werts durch FiO₂ wird vermieden. Vor der Eingabe muss ein kPa-Wert mit einem verlässlichen Verfahren in mmHg umgerechnet werden.

Ist ein P/F-Wert unter 300 automatisch ARDS?

Nein. Es fehlen dann weiterhin Timing, prädisponierender Kontext, beidseitige Bildgebung, Ausschluss einer primär kardialen oder anderen Erklärung sowie die passende Form der respiratorischen Unterstützung. Der Quotient allein reicht nicht aus.

Kann der Rechner eine Beatmungseinstellung vorschlagen?

Nein. Der Rechner kennt weder Lungenmechanik, PEEP, Blutdruck, pH, PaCO₂, Bewusstseinslage noch Verlauf. Er führt nur die Division aus und darf nicht zur selbstständigen Wahl einer Beatmung oder ECMO-Indikation verwendet werden.

Primärquellen

1. Matthay MA, Arabi Y, Arroliga AC, et al. A New Global Definition of Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 2024;209(1):37–47. doi:10.1164/rccm.202303-0558WS. Primärpublikation.
2. Grasselli G, Calfee CS, Camporota L, et al. ESICM guidelines on acute respiratory distress syndrome: definition, phenotyping and respiratory support strategies. Intensive Care Med. 2023. doi:10.1007/s00134-023-07050-7. Leitlinie.
3. American Thoracic Society: Zusammenfassung der Globalen Definition.