Investigations on the metabolic component of the acid-base balance in the human fetus

Summary

• 1. The paper gives normal values for lactate, pyruvate and quantities derived from them in primiparous and multiparous mothers and their fetuses during entirely uncomplicated courses of deliveries.The actual pH, the pHqu40 and in individual cases respiratory parameters were measured simultaneously. The blood specimens come from the scalp of the presenting fetal part, from both umbilical vessels and from the not congested maternal cubital vein.

• 2. The method of determination of lactate and pyruvate is described and critically discussed. Theprecision for lactate fluctuates between ±0.023 and ±0.028 mMol/l and for pyruvate between ±0.0086 and ±0.0193 mMol/l depending on the origin of the blood specimen. In regard to lactate theaccuracy is very well with a medium difference from the standard of −0.034±0.0373 mMol/l. For pyruvate a small systematic error was noted with −0.019±0.0368 mMol/l. After all the difference tolerates an examination with the null hypothesis. The concordance between values from the blood of the not congested vein and capillary blood from the ear lobe of the mother is good for both parameters.

• 3. The value of the definition of thefeto-maternal difference of the lactate-excess introduced by Derom was criticized. We recommend to accept as valid for a fetal excess of lactate just positive measurements above 1 or even better above 1.5. The importance of the statement in regard to thearterio-venous difference in the blood of the umbilical vessels is criticized negatively.Studies with “simultaneous” withdrawals from the fetal and maternal blood-stream performed during cesarean sections particularly in order to substantiate the relatively slow transplacental exchange of the fixed acids are reported. The development of the postpartally occurring acid-maxima in newborns are illustrated.

• 4. In order to demonstrate the feto-maternal correlations the standard ranges of plasma concentrations are calculated in consideration of the individual hematocrit values.

• 5. Mean values in the fetus: in the primipara a significant rise of lactate from 1.97 to 3.53 mMol/l will take place from the beginning of the period of cervical dilatation until delivery. Most pronounced is the rise during the expulsion period while the presenting part descends from the pelvic floor to the pelvic outlet. Pyruvate, too, rises significantly from 0.111 to 0.168. The increase of concentration of the latter also is most pronounced during the period of expulsion. Mean values in the mother: in the primipara a significant rise of lactate from 1.87 to 3.90 mMol/l will take place. An erratic rise occurs during the expulsion period. The rise of pyruvate, too, is significant. With a difference of +0.097 it is sharpest during the expulsion period. In the multipara practically no significant differing reaction than in the primipara is to be observed.

• 6. The feto-maternal correlation of all individual measurements for lactate is carried out with blood- and with plasma concentrations: At the moment of delivery there exists a strict correlation between the maternal values and those of the blood from the umbilical artery (P\s<0.01) and from the umbilical vein (P\s<0.01). This is a statistical statement and even with the most careful selection of the normal material in the individual case considerable deviations may occur. During the single phases of the periods of dilatation and expulsion a significant correlation exists in the multipara only. In the primipara there is a lack of correlation during the period of dilatation. We are not able yet to explain these differences.

• 7. With exception of the very last stage of birth for lactate does not exist a falling gradient of concentration from the mother to the newborn. The fetal concentrations in the average are consistently slightly higher. This is valid for the primipara and for the multipara and in consideration of blood- as well as plasma concentrations.

• 8. Neither the mean values of the lactate/pyruvate-quotient nor those of the feto-maternal differences of the excess lactate in the uncomplicated courses of delivery are indicating an increased anaerobic decomposition of glucose or a hypoxically induced disturbance of the dynamic balance between lactate and pyruvate in the fetus, respectively.

• 9. In continuation of these investigations a publication will follow on conditions in pathological deliveries.

Zusammenfassung

• 1. Die Arbeit gibt Normalwerte für Lactat, Pyruvat und die davon abgeleiteten Größen bei primiparen und multiparen Müttern und ihren Feten während völlig unkomplizierter Geburtsabläufe. Gleichzeitig gemessen wurden pHakt, pHqu40 und in einzelnen Fällen auch respiratorische Parameter. Die Blutproben stammen aus der Kopfhaut des vorangehenden fetalen Teiles, den beiden Nabelgefäßen und der ungestauten mütterlichen Vena cubitalis.

• 2. Es wird die Methodik der Lactat- und Pyruvatbestimmung beschrieben und einer Kritik unterzogen. DieReproduzierbarkeit (precision) für Lactat schwankt je nach Herkunft der Blutprobe zwischen ±0,023 und ±0,028 mMol/1 und für Pyruvat zwischen ±0,0086 und ±0,0193 mMol/l. DieRichtigkeit (accuracy) ist für Lactat mit einer mittleren Differenz zum Standard von −0,034 ±0,0373 m/Mol/l sehr gut. Für Pyruvat ist mit −0,019±0,0368 mMol/l ein geringgradiger systematischer Fehler festgestellt worden, immerhin hält die Differenz einer Prüfung mit der Null-Hypothese stand. DieKonkordanz zwischen Werten aus dem Blut der ungestauten Vene und Capillarblut aus dem Ohrläppchen der Mutter ist für beide Parameter gut.

• 3. Die Aussagekraft des von Derom eingeführten Begriffes derfeto-maternalen Differenz des Lactatexzesses wird einer Kritik unterzogen, wir empfehlen, erst positive Werte über 1, eher sogar über 1,5 als beweisend für eine fetale Lactatexzeßbildung anzusehen. Die Aussagekraft derarterio-venösen Differenz im Nabelgefäßblut wird negativ kritisiert. Namentlich zur Begründung des relativ langsamen transplacentaren Austausches der fixen Säuren werden Untersuchungen mit „gleichzeitigen“ Entnahmen aus der fetalen und mütterlichen Blutbahn anläßlich von Schnittentbindungen mitgeteilt und die Ausbildung des erst post partum auftretenden Säureanstiegs bei Neugeborenen illustriert.

• 4. Zur Darstellung der feto-maternalen Wechselbeziehungen werden die Normalbereiche für Plasmakonzentrationen unter Berücksichtigung der individuellen Hämatokritwerte berechnet.

• 5. Mittelwerte beim Fetus: bei der Primipara findet ein signifikanter Lactatanstieg von 1,97–3,53 mMol/l von Beginn der Eröffnungsperiode bis zur Geburt statt. Am ausgeprägtesten ist der Anstieg in der Austreibungsperiode zwischen dem Stand der Leitstelle auf Beckenboden und im Beckenausgang. Auch für Pyruvat findet ein signifikanter Anstieg von 0,111–0,168 statt, die Konzentrationszunahme ist ebenfalls am ausgeprägtesten in der Austreibungsperiode.Mittelwerte bei der Mutter: bei der Primipara findet ein signifikanter Lactatanstieg von 1,87–3,90 mMol/l statt. Eine sprunghafte Erhöhung erfolgt während der Austreibungsperiode. Auch der Pyruvatanstieg ist mit einer Differenz von +0,097 signifikant, er ist am steilsten in der Austreibungsperiode.Bei der Multipara ist im wesentlichen kein signifikant anderes Verhalten als bei der Erstgebärenden zu beobachten.

• 6. Die feto-maternale Korrelation aller Einzelwerte für Laotat wird mit den Blut- und den Plasmakonzentrationen durchgeführt: im Augenblick der Geburt besteht eine stramme Korrelation zwischen mütterlichen Werten und denjenigen aus dem Blut der Nabelarterie (P\s<0,01) und der Nabelvene (P\s<0,01). Dies ist eine statistische Aussage, selbst bei der sorgfältigen Auswahl des normalen Materials kommen doch im Einzelfall beträchtliche Abweichungen vor. Während der einzelnen Abschnitte der Eröffnungs- und Austreibungsperiode besteht eine signifikante Korrelation nur bei der Multipara, bei der Primipara fehlt sie in der Eröffnungsperiode. Die Interpretation dieses Unterschiedes ist uns noch nicht sicher möglich.

• 7. Mit Ausnahme des allerletzten Abschnittes der Geburt besteht für Lactat kein Konzentrationsgefälle von der Mutter zum Kind, die fetalen Konzentrationen sind im Mittel durchwegs etwas höher. Dies gilt für die Erst- und die Mehrgebärende und unter der Berücksichtigung der Blut- als auch der Plasmakonzentrationen.

• 8. Weder die Mittelwerte der Lactat/Pyruvatquotienten noch diejenigen der feto-maternalen Differenzen des Exzeßlactates deuten bei ungestörten Geburtsabläufen auf einen gesteigerten anaeroben Glucoseabbau bzw. eine hypoxisch bedingte Störung des dynamischen Gleichgewichtes zwischen Lactat und Pyruvat beim Feten hin.

• 9. Als Fortsetzung dieser Untersuchungen folgt eine Publikation über die Verhältnisse bei pathologischen Geburten.