Menschliche kognitive Einschränkungen. Eine breite, konsistente klinische Anwendung physiologischer Prinzipien erfordert Entscheidungsunterstützung | Jiotower

André Cournand, Werner Forssmann und Dickinson Richards erhielten den Nobelpreis für physiologische Beiträge, die die Entwicklung der modernen Kardiologie, Pulmologie und Intensivmedizin ermöglichten. Unter den wegweisenden Beiträgen ihrer Gruppe sind die Beziehungen zwischen Blutgasgehalten und Partialdrücken herausragende Konzepte, die heute für viele wichtige klinische Entscheidungen relevant sind (1). Daher habe ich mit Bestürzung zur Kenntnis genommen, dass diese Konzepte bei zwei internationalen Treffen in 2016 in Nordamerika und in Asien nicht bekannt waren. Während der Diskussionsperioden fragte jemand das Expertenpublikum, ob eine Person auf Meereshöhe mit einem arteriellen Sauerstoffdruck (PaO2) von 95 mm Hg und einer Sauerstoffsättigung (SaO2) von 95% hypoxämisch sein könnte. Die einheitliche Antwort war “Nein” – nicht eine Person meldete sich freiwillig “reduzierter Sauerstoffgehalt (arterielle Sauerstoffkonzentration)”, bis Anämie erwähnt wurde. Zu diesem Zeitpunkt erkannten die Zuhörer in beiden Sitzungen den Zusammenhang zwischen Anämie und der folglich verringerten arteriellen Sauerstoffkonzentration. Die Einschränkung der Hypoxämie-Interpretation auf SaO2 oder PaO2 führt zu einer grundlegenden logischen Inkonsistenz. Ein Patient mit normalem PaO2 oder SaO2 und Herzinsuffizienz mit hoher Leistung aufgrund von niedrigem Hämoglobin leidet an schwerer Hypoxämie (niedrige arterielle Sauerstoffkonzentration) mit Endorganversagen (Herzversagen). Die Einschränkung der Interpretation auf ein normales PaO2 oder SaO2 zeigt an, dass der Patient keine Hypoxämie hat. Die logische Inkonsistenz ist: hypoxämie (niedrige arterielle Sauerstoffkonzentration) = keine Hypoxämie (normales PaO2 oder SaO2), dh “a = nicht a”. Alle drei Spiegelungen von O2 im Blut sollten untersucht werden. Eine Abnahme eines von ihnen (PaO2, SaO2 oder arterielle Sauerstoffkonzentration) weist auf eine Hypoxämie hin.

Diese beiden Erfahrungen stellen besondere Beispiele für ein großes Problem dar — das Versagen unserer Bildungssysteme, ein breites Verständnis der physiologischen Grundprinzipien unter Klinikern zu ermöglichen (2). Der Schwerpunkt der letzten Jahrzehnte auf reduktionistische Wissenschaft, einschließlich der verschiedenen “omics” Zweige der Forschung, hat wahrscheinlich zu einem Rückgang des Verständnisses der grundlegenden angewandten Physiologie Konzepte beigetragen. Einige akademische Einrichtungen haben, wie meine eigene, ihre Abteilungen für Physiologie beseitigt. Dieses Versagen des Bildungssystems legt nahe, dass von Klinikern nicht erwartet werden kann, dass sie konsistent klinische Entscheidungen treffen, die mit den besten physiologischen Beweisen verbunden sind — ein groß angelegtes Problem mit mehreren Determinanten (vide infra), das wahrscheinlich zumindest teilweise durch Anwendung detaillierter Computerprotokolle gelöst wird, die eine solide physiologische Logik enthalten (3). Die derzeitige scheinbare De-Betonung der physiologischen Kernprinzipien scheint Teil eines größeren klinischen Entscheidungsproblems zu sein – das Versagen von Klinikern, ihre Entscheidungen konsequent mit den besten Beweisen zu verknüpfen (4, 5).

Ärzte wenden die Versorgung nicht konsequent auf der Grundlage der besten Evidenz an. Beispielsweise wenden Intensivmediziner das weithin anerkannte lebensrettende Potenzial der mechanischen Beatmung derzeit nicht konsequent auf Patienten mit akuter Lungenverletzung an (6) 16 Jahre nach einer wegweisenden Veröffentlichung (7). Kardiologen wenden nicht konsequent evidenzbasierte Behandlungen für Patienten mit Herzinsuffizienz an, die geeignete Kandidaten zu sein scheinen (8). Tatsächlich spiegeln die Meinungen von Klinikern häufig ihre tatsächliche Leistung schlecht wider. Dies ist ein weit verbreitetes menschliches Manko (9). Menschen überschätzen häufig ihre Leistung (9-11). Darüber hinaus können Kliniker bei der quantitativen Bewertung der Daten nicht auf dem gewünschten Niveau arbeiten. Zum Beispiel wurde eine klare Lungenarterienballonverschlussdruckverfolgung nur in der Hälfte der Fälle von erfahrenen Krankenschwestern und Ärzten korrekt interpretiert (12-14). Selbst wenn Kliniker absolut sicher sind, ist ihre Einschätzung des Ergebnisses unvollkommen. Sechzehn Prozent der Patienten auf Intensivstationen, von denen alle behandelnden Ärzte glaubten, dass sie ihren Aufenthalt auf der Intensivstation nicht überleben konnten, überlebten tatsächlich (15). Ähnliche Ergebnisse wurden in der Studie Ibuprofen in Sepsis beobachtet, als moribunde Patienten, von denen eindeutig erwartet wurde, dass sie sterben, von der Aufnahme in die Studie ausgeschlossen wurden (16). Dreizehn Prozent dieser ausgeschlossenen Patienten überlebten (persönliche schriftliche Kommunikation, G. Bernard, 2012).

Unser Versagen, Entscheidungen mit den besten Beweisen zu verknüpfen, ist teilweise auf kognitive Einschränkungen menschlicher Entscheidungsträger zurückzuführen, einschließlich klinischer Entscheidungsträger. Das menschliche Kurzzeit- oder Arbeitsgedächtnis war in den 1950er Jahren schätzungsweise auf 7 ± 2 Variablen beschränkt (17). Eine aktuellere Schätzung ist 4 ± 1 Konstrukte (18). Die Entscheidungsqualität verschlechtert sich im Allgemeinen, sobald diese Grenze von vier Konstrukten überschritten wird (18). Aufgrund dieser Einschränkung basieren die meisten klinischen Entscheidungen auf ein bis drei Variablen. Diese Einschränkung ermöglicht es uns, rationale Regeln für die Entscheidungsfindung zu entwickeln, da jede Entscheidung auf so wenigen Eingangsvariablen basiert (3). Die Grenze von vier Konstrukten scheint für Menschen überraschend zu sein, die ihre Leistung häufig überschätzen (10). Diese Grenze von vier Konstrukten spiegelt sich jedoch in gemeinsamen Verhaltensweisen wider. Die Spirometrie wird üblicherweise mit grafischen Anzeigen von zwei Variablenpaaren (Volumen–Zeit– und Fluss-Volumen-Kurven) bewertet. Obwohl die erzwungene Ausatmung nur drei Variablen (Durchfluss, Volumen und Zeit) umfasst, werden die drei Variablen normalerweise nicht in einem dreidimensionalen Diagramm angezeigt, da die Interpretation für die meisten Betrachter zu schwierig ist. Ein physiologisches Kernkonstrukt, das mit der Durchflussbegrenzung und der Größe und Form mehrerer Strukturen verschiedener Körpersysteme verbunden ist, umfasst nur vier Drücke: Einlass, Auslass, innen und außen. Pinlet-Poutlet ist der Strömungswiderstandsdruckabfall, der mit leitenden Systemen verbunden ist, die Material von einem Punkt zum anderen bewegen. Pinside-Poutside ist die transmurale Druckdifferenz, die Größe und Form eines dreidimensionalen Körpers mit elastischen Eigenschaften bestimmt. Diese vier einfachen Drücke bilden unter anderem die Grundlage für wichtige physiologische Verhaltensweisen leitender Gefäße im Gefäßsystem, in den Atemwegen und im Urogenitaltrakt. Eine Veröffentlichung der American Physiological Society erkannte die Schwierigkeit an, diese und andere physiologische Grundprinzipien zu verstehen, die von klinischen Studenten und Praktikern erfahren werden. Die Publikation untersuchte Strategien zur Bewältigung dieses geringen Verständnisses der physiologischen Kernprinzipien bei Klinikern (2).

Detaillierte kontextsensitive Computerprotokolle können personalisierte medizinische Anweisungen generieren, die im Laufe der Zeit gut auf die individuellen Bedürfnisse des Patienten abgestimmt sind (19-24). Wir entwickelten die ersten kontextsensitiven detaillierten Computerprotokolle für eine klinische Studie zur extrakorporalen CO2-Entfernung bei Patienten mit akutem Atemnotsyndrom (19). Solche Protokolle sind mit günstigeren klinischen Ergebnissen verbunden als solche, die mit Entscheidungen des Arztes ohne Hilfe verbunden sind (20). Die Protokolle können auch dazu dienen, Forschungsergebnisse leicht in die klinische Praxis umzusetzen (23). Die Machbarkeit der Entwicklung, Validierung und Implementierung solcher Protokolle steht nicht mehr in Frage. Jedoch, Noch unbeantwortet sind wichtige Fragen bezüglich des Anteils klinischer Aufgaben und Herausforderungen, die einer solchen Entscheidungsunterstützung für Protokolle zugänglich sind, und die Fähigkeit, die Implementierung solcher Protokolle in großen Institutionen und zwischen Institutionen zu skalieren. Eine breite Anwendung wäre wahrscheinlich ein wirksames Mittel, um eine kontinuierliche Qualitätsverbesserung sicherzustellen und ein lernendes Gesundheitssystem zu erreichen. Es wäre auch ein Mittel zur Einbeziehung physiologischer Informationen sowohl für Entscheidungs- als auch für Bildungszwecke. Dies könnte eine breite Verteilung der wichtigen physiologischen Beiträge von Cournand, Richards, Riley und Kollegen an eine Gemeinschaft von Klinikern ermöglichen.

Um eine Quelle der Informationsüberflutung von Ärzten zu untersuchen, zählte ich die Anzahl der variablen Kategorien für einen Patienten auf der Intensivstation, der mit mechanischer Beatmung unterstützt wurde. Ich beschränkte die Zählung auf die Variablen, die in der Krankenakte leicht identifiziert werden konnten, und ignorierte die Notizen der Ärzte, die Notizen der Krankenschwestern, die Notizen der Therapeuten, die Notizen der Berater, alle Bildgebungs- und Pathologieberichte und andere Informationsquellen. Ich zählte 236 variable Kategorien, die von den Klinikern der Intensivstation berücksichtigt wurden. Entscheidungen über ein Sepsis-induziertes akutes Atemnotsyndrom können beispielsweise mehrere umfassen mechanische Beatmung, arterielle Sauerstoffversorgung, Kreislauf-, Nieren-, pharmakologische und intravenöse Infusionsvariablen zusätzlich zu mehreren Beratervorschlägen. Obwohl die Informationsüberflutung von Klinikern seit über einem Jahrhundert anerkannt ist (25, 26), nehmen viele an, dass Ärzte in der Medizin immer mit enormen Datenmengen umgehen mussten und dass die Fähigkeit, Komplexität zu bewältigen, gute Ärzte von den anderen unterscheidet (27). Auf den ersten Blick scheint es richtig zu sein, dass eine größere Fähigkeit, mehrere Elemente im Kurzzeitgedächtnis oder im Arbeitsgedächtnis zu verarbeiten, zu einer überlegenen Leistung beiträgt. Die Arbeitsspeicherkapazität macht einen großen Anteil (ein Drittel bis die Hälfte) der allgemeinen Intelligenz aus (28). Dennoch ist die Arbeitsgedächtniskapazität selbst derjenigen Kliniker mit überlegener Leistung im Verhältnis zur Anzahl der Variablen, mit denen klinische Entscheidungsträger in häufig komplexen klinischen Umgebungen konfrontiert sind, sehr gering. Selbst die besten Kliniker machen Fehler und führen inkonsistent (4).

Wenn die Patientenergebnisse nicht durch Variationen in der klinischen Entscheidungsfindung beeinflusst würden, wären die oben genannten Beobachtungen unwichtig. Nach Schätzungen des Institute of Medicine sind jedoch medizinische Fehler für mehr Todesfälle verantwortlich, als durch viele befürchtete Krankheits- oder Verletzungskategorien verursacht werden (5). Neuere Schätzungen sind sogar noch höher (29), wobei in einem Bericht medizinische Fehler als dritthäufigste Todesursache in den Vereinigten Staaten geschätzt werden (30). Erschwerend kommt hinzu, dass das Institute of Medicine schätzt, dass ein Drittel unserer 3 Billionen US-Dollar nationalen Gesundheitsausgaben für unnötige oder ineffektive Pflege ausgezahlt wird. Das sind Ausgaben von etwa 1 Billion Dollar oder etwa das 1,4-fache unseres gesamten nationalen Verteidigungsbudgets. Bemühungen zur Verringerung oder Beseitigung ungerechtfertigter Unterschiede in der Versorgung sollten daher eine nationale Priorität sein (31, 32). Tatsächlich ist es Gegenstand einer Reihe von Geschäftsprozessstrategien, die diese Reihe von Problemen und Herausforderungen verbessern sollen (33). Leider umfassen die weit verbreiteten Geschäftsprozessstrategien, die kontinuierliche Qualitätsverbesserung, totale Qualitätsverbesserung, Zero Patient Harm, Six Sigma und andere umfassen, nicht das Kernproblem der Unterstützung und Entlastung des kognitiv eingeschränkten Entscheidungsträgers des Klinikers. Sie versäumen es daher, ein Kernproblem im Gesundheitswesen anzugehen: Entscheidungsträger von Ärzten sind eine wichtige Determinante für die Gesundheitsausgaben. Man könnte vermuten, dass die diskutierten Probleme durch die Einrichtung eines integrierten Systems mit einem einzigen Zahler behoben würden (wir haben kein integriertes Gesundheitssystem in den Vereinigten Staaten). Bemerkenswert ist ein Bericht des Canadian Institute for Health Information, der auf ähnliche (etwa 30%) Ausgaben für unangemessene Pflege im kanadischen Single-Payer-Gesundheitssystem hinweist (34, 35). Daher scheint die Organisation und Zahlungsstruktur des Gesundheitssystems nicht der entscheidende Faktor zu sein. Diese Ähnlichkeit der Leistung der U.S. und die kanadischen Systeme in Bezug auf unangemessene Gesundheitsausgaben stimmen mit der Interpretation überein, dass das Kernproblem bei den Entscheidungsträgern der Ärzte liegt. Ich kenne jedoch kein systematisches Programm, das darauf abzielt, die rigorose wissenschaftliche Anwendung detaillierter Computerprotokolle zu untersuchen, die mit Informationen überladene Kliniker entlasten, konsistente Entscheidungen in Verbindung mit Beweisen herbeiführen, eine konsistente Anwendung solider physiologischer Prinzipien sicherstellen und sogar Geräte wie mechanische Beatmungsgeräte automatisch steuern könnten oder extrakorporale Nierenersatzmaschinen. Der Anteil der klinischen Entscheidungsfindung, der einer (automatischen) Regelung oder Steuerung mit offenem Regelkreis zugänglich ist (ein Kliniker überprüft und akzeptiert oder lehnt eine Anweisung ab), bleibt unerforscht.

Ich frage mich, warum die umfassende physiologische Modellierung des menschlichen Körpers in solchen Protokollen nicht in systematischer nationaler Anstrengung weit verbreitet ist, da dies machbar erscheint (19, 20, 24, 36-39). Angesichts der Betonung der Physiologieausbildung für Kliniker und des geringen Verständnisses der physiologischen Grundprinzipien (2) scheint dies ein logischer Schritt für die klinische und physiologische Gemeinschaft zu sein. Eine systematische Anstrengung würde jedoch Entscheidungen mehrerer Führungsgremien und die Finanzierung durch nationale Agenturen erfordern. Ich sehe keine Anzeichen dafür, dass dies in naher Zukunft geschehen wird. Es würde die Anerkennung menschlicher kognitiver Einschränkungen erfordern, die Akzeptanz der Notwendigkeit, physiologisch starke Entscheidungsunterstützung für klinische Forschung und klinische Versorgung zu verfolgen, und die Umstrukturierung der Retentions- und Beförderungsinfrastruktur in der Wissenschaft, damit interessierte junge Ärzte eine führende Rolle bei diesen Bemühungen übernehmen können. Junge Ärzte, die die Erstellung eines detaillierten Computerprotokolls überwachen, das personalisierte klinische Anweisungen enthält, könnten, wie ich vermute, im Vergleich zu ihren Kollegen in reduktionistischen wissenschaftlichen Labors nur wenige Veröffentlichungen pro Jahr haben. Die Kuration würde wahrscheinlich die Überwachung der Literatur unter Berücksichtigung aller verwandten Veröffentlichungen erfordern; Überarbeitung der Logik, wenn neue Informationen dies anzeigen; Testen, in silico, die neue Logik anhand validierter Eingabedaten und Protokollausgaben; Überprüfung des überarbeiteten Protokolls mit einer geeigneten kleinen Gruppe von Experten; testen und Validieren der Sicherheit des überarbeiteten Protokolls in einer klinischen Umgebung, die als Labor für klinische Ergebnisse am Menschen fungieren kann; und schließlich Veröffentlichung der Revision, Ersetzen vorhandener Webkopien der vorherigen Version. Dies ist ein großes Engagement, das eine gesicherte Finanzierung und einen großen kulturellen Wandel in der Gesundheitsgemeinschaft erfordern würde. Von zentraler Bedeutung für diesen kulturellen Wandel wäre die Erkenntnis, dass unsere Gesundheitsziele wahrscheinlich nicht durch anhaltendes Beharren auf dem hippokratischen (autoritären) Klinikermodell erreicht werden können. Obwohl wir weiterhin Experten benötigen werden, sollten diese Experten durch detaillierte Computerprotokolle unterstützt werden, die physiologische Kernkonstrukte umfassen und personalisierte klinische Anweisungen liefern. Diese Protokolle könnten eine effektive medizinische Weiterbildung bieten, indem sie die Logik und die physiologischen Konstrukte widerspiegeln, die in den Protokollregeln enthalten sind, zum richtigen Zeitpunkt für die Ausbildung — wenn der Entscheidungsträger des Klinikers nach einer Protokollanweisung fragt. Eine solche Ausbildung könnte die physiologischen Beiträge von Cournand, Richards und Kollegen direkt zu klinischen Entscheidungsträgern innerhalb der breiten Gesundheitsgemeinschaft bringen.