Tässä luvussa tarkastellaan vuoden 2017 CICM:n ensisijaisen opetussuunnitelman kohdan G7(iv) suhdetta, jossa tutkinnon suorittajan odotetaan ”kuvaavan sydämen ulostulon mittausmenetelmät, mukaan lukien kalibrointi, virhelähteet ja rajoitukset”. Se on merkityksellinen myös jakson G7 (vi), ”hahmottele alueellisen verenkierron mittaamiseen käytetyt menetelmät ja periaatteet”, koska verenkierron mittausmenetelmät ovat samat riippumatta siitä, mitataanko kokonais- vai aluevirtausta. Tämä on yleinen piirre aiemmissa CICM:n ensimmäisen osan kokeissa, ja sen pitäisi olla ensisijainen tavoite kokelaalle, vaikka monet tässä kuvatuista tekniikoista ovatkin menettäneet vähitellen suosiotaan vuodeosastolla. Aikaisempia esiintymisiä ovat olleet:

• Kysymys 10 vuoden 2017 toisesta paperista (vertaa kahta menetelmää)
• Kysymys 19 vuoden 2014 ensimmäisestä paperista (pelkkä termodiluutio)
• Kysymys 12 vuoden 2011 ensimmäisestä paperista (indikaattorilaimennustekniikka)

Pelottavin mahdollinen variaatio näissä kysymyksissä olisi luultavasti sellainen, jossa harjoittelijoiden on laadittava taulukko, jossa verrataan ja vastakkain asetetaan kummankin menetelmän edut ja rajoitukset. Toivottavasti tästä taulukkomuotoisesta yhteenvedosta on hyötyä, jos tämä joskus toistuu:

Monista eri syistä, joista vähäisin ei ole niiden merkitys sydämen minuuttitilavuuden termodiluutiomittausten kannalta, indikaattorilaimennusmenetelmää ja Fickin periaatetta käsitellään pääasiassa Swan-Ganzin keuhkovaltimokatetreja koskevassa osassa. Koska nämä käsitteet saivat omat lukunsa, ne muodostavat tässä vain osan hämärästi valaistusta taustasta.

Kuten jokaisen keskeisen aiheen kohdalla, laadukkaasta vertaisarvioidusta kirjallisuudesta ei ole pulaa. Ehlers et al (1986) tarjoavat erinomaisen lyhyen yleiskatsauksen tärkeimmistä tekniikoista, jossa on käytännöllinen ”edut/haitat” -tyyppinen jaottelu. Lavdanitin (2008) vapaasti saatavilla oleva artikkeli on lähes yhtä hyvä, mutta ilman samaa rakennetta. Jhanji, Dawson & Pearce (2008) ovat toinen vapaa vaihtoehto.

Sydämen ulostulon mittaaminen Fickin menetelmällä

Yksinkertaisimmillaan Fickin menetelmä sydämen ulostulon mittaamiseksi perustuu havaintoon, jonka mukaan elimistön kokonaishapenotto on yhtä suuri kuin sydämen ulostulon ja valtimoiden ja laskimoiden välisen happipitoisuuseron tulo. Loogisesti tätä periaatetta kutsutaan Fickin periaatteeksi. Yhtälön uudelleen järjestäminen:

Tätä koko asiaa käsitellään tarkemmin erillisessä Fickin periaatetta käsittelevässä luvussa. Riittää kun sanotaan, että tämän menetelmän asianmukainen soveltaminen edellyttää hankalaa sisään- ja uloshengitetyn hapen kokonaismäärän mittaamista (yleensä jonkinlaisen maskin tai keräyspussin avulla) sekä valtimoveren ja laskimoveren sekamittausten samanaikaista suorittamista. Nämä ovat ”suoran” Fickin menetelmän olennaiset osatekijät. On olemassa myös ”epäsuoria” vaihtoehtoja, joissa yksi hankalimmista mittauksista korvataan jonkinlaisella estimoidulla arvolla, esimerkiksi käyttämällä ikään/painoon/sukupuoleen perustuvaa nomogrammia VO2:n arvioimiseksi. On selvää, että estimaattien käyttö lisää virhetekijöitä mittaukseen, joka ei ole jo ennestään erityisen tarkka. Suoralla Fickin menetelmällä, vaikka se suoritettaisiinkin täydellisissä laboratorio-olosuhteissa, on Seelyn ja muiden (1950) tekemän mielenkiintoisen eläintutkimuksen mukaan noin ±8 prosentin virhemarginaali.

Menetelmä:

• Hapenkulutus (VO2) mitataan vertaamalla sisäänhengitetyn ja uloshengitetyn hapen määrää, yleensä keräyspussin ja/tai virtausmittarin avulla
• Sekaveren laskimoiden happipitoisuus ja arteriaalinen happipitoisuus mitataan suoraan verenkierrossa olevasta verenkierrossa olevasta verenkierrosta
• Epäsuorassa metodissa voidaan vaihtoehtoisesti tehdä arvioita:
  • VO2 voidaan arvioida nomogrammeista
  • Sekalaskimoiden happipitoisuus voidaan olettaa normaaliarvojen perusteella tai arvioida keskuslaskimonäytteistä
  • Arteriaalinen happipitoisuus voidaan arvioida pulssioksimetriasta

Virhelähteet:

• Suorasta menetelmästä tulee epätarkka, jos sydämen minuuttitilavuus on epäsäännöllinen sinä aikana, jona mittauksia kerätään
• Epäsuoraan menetelmään liittyy erilaisia epätarkkuuksia, joiden suuruus ja suunta määräytyvät pääasiassa sen mukaan, mikä mitattu arvo korvataan arviolla.

Hyötyjä:

• Menetelmää pidetään laajalti ”kultaisena standardina”
• Tarkkuus on hyväksyttävä päivittäiseen hemodynaamiseen hallintaan
• Epäsuoran Fickin sydämen ulostulonmittauksen laskemiseen tarvittava tieto on jo nyt saatavissa monilta teho-osastopotilailta (esim.eli potilaan demografiset tiedot ja valtimolinja)

Rajoitukset:

• VO2:n mittaus kestää joitakin minuutteja
• Sydämen ulostulon on pysyttävä vakaana mittauksen ajan
• Suoraa menetelmää varten on tehtävä invasiivisia mittauksia, mm.eli potilaalta on otettava valtimoverinäyte ja otettava keuhkovaltimokatetri
• Virhealue on noin ±8 %, kuten edellä mainittiin (verrattaessa virtausrotaattoriin, joka mittaa verenvirtausta pääkeuhkovaltimossa)

Sydämen tehon mittaus indikaattorilaimennoksella

Jostain syystä, joka ei ilmeisesti liity lainkaan sen tenttimiseen tärkeyteen, indikaattorilaimennosmenetelmälle on omistettu kokonainen luku sydämen tehon mittauksessa. Onneksi sitä ei kannata lukea, sillä perusasiat on tiivistetty tähän. Lyhyesti sanottuna tämä menetelmä perustuu siihen, että kun tiedossa oleva annos ainetta annetaan suonensisäisesti, voidaan mitata sydämen minuuttitilavuus mittaamalla kyseisen aineen kulkeutumisnopeus jossakin virtaussuunnassa sijaitsevassa ilmaisimessa. Tarkemmin sanottuna pitoisuus-aikakäyrän alapuolella olevaa pinta-alaa voidaan käyttää virtauksen määrittämiseen:

Sydämen ulostulo = indikaattoriannos / pitoisuus-aikakäyrän alapuolella oleva pinta-ala

Tämä on Stewart-Hamiltonin yhtälön yksinkertaistettu versio:

• V̇ = m/Ct,
  jossa
  • V̇ = virtaus eli sydämen ulostulo
  • C = pitoisuus
  • m = indikaattorin annos, ja
  • t = aika

Menetelmä

• Indikaattoriaine ruiskutetaan verenkiertoon, detektorin yläpuolelle
• Detektori mittaa
• Indikaattorin pitoisuus ajan funktiona rekisteröidään käyränä
• Tämän käyrän alle jäävä pinta-ala integroidaan, jotta saadaan sydämen tehon yhtälön nimittäjä (V̇ = m/Ct)
• Tästä laimennusmenetelmästä on olemassa useita muunnelmia:
  • Lämpölaimennus (PA-katetrilla tai PiCCO:lla)
  • Litiumlaimennus (LiDCO)
  • Johtokykylaimennus keittosuolaliuoksella (alkuperäinen Stewartin menetelmä)
  • Indikaattoriväriainelaimennus (indosyaniinivihreällä tai Evansin sinisellä)

Virheiden lähteet:

• Injektion antotekniikalla (lämpötila, injektionopeus, injektion määrä, ajoitus hengityssyklin kanssa) on suuri merkitys mittausten oikeaan kirjaamiseen.
• Potilastekijät (esim. sydänsisäiset shuntit, läppäpatologia) voivat hajottaa tai laimentaa injektoidun indikaattorin, mikä johtaa sydämen minuuttitilavuuden aliarviointiin
• Injektionesteen määrä on kalibroitava potilaan kehon koon mukaan, ts. suuri injektionesteen määrä yliarvioi pienen lapsen sydämen minuuttitilavuuden
• Yhtälön termodiluutioversiota varten tarvitaan lukuisia korjauskertoimia, joista suurin osa on pikemminkin arvioituja kuin mitattuja
• (Ct)-alueen laskeminen voi menettää tarkkuuttaan, jos ilmaisimen näytteenottotaajuus on liian matala

Haitat:

• Sekoitettu laskimoveri ja valtimoveri eivät ole välttämättömiä
• Lukuisia indikaattorivaihtoehtoja (kylmää tai huoneenlämpöistä suolaliuosta, väriainetta, litiumia jne.)
• Se on kätevä: Sähköisten laskutoimitusten avulla termodiluutio-sydäntehon mittaus voidaan automatisoida ja tehdä jatkuvasti
• Hyvä korrelaatio sydäntehon kultaisten standardimittausten kanssa

Rajoitukset:

• Väriaineen käyttö rajoittaa mittaustiheyttä ja toistettavuutta, koska se aiheuttaa takaisinkierron, ja nopeastikin puhdistuvat väriaineetkin poistuvat muutaman minuutin kuluttua.
• Konsentraatio-aikakäyrän alapuolisen pinta-alan manuaalinen integrointi on työlästä
• Sydäntehon automatisoitu laskenta edellyttää korjauskertoimien ja -kerrointen käyttöä, mikä vähentää sen tarkkuutta
• Menetelmä perustuu veren tasaiseen sekoittumiseen ja yksisuuntaiseen virtaukseen
• Lämpölaimennusmittauksissa on lukuisia mahdollisia virhelähteitä
• Laboratorio-olosuhteissa tämän menetelmän ja suoran Fickin menetelmän välinen vastaavuus on 25 %:n marginaalin sisällä.

Sydämen ulostulon mittaus pulssikontuurianalyysillä

Sydämen ulostulon seuranta pulssikontuurin sydämen ulostulon valvontalaitteilla (PiCCO) on menetelmä, jolla sydämen ulostuloa seurataan jatkuvasti valtimopaineen aaltomuodon muodon avulla. Jörn Grensemann (2018) käsittelee sitä myös jonkin verran yksityiskohtaisesti, jos yksityiskohtaisuus on se, mitä etsit. Todennäköisesti ei, jolloin:

Method

• Arteriaalinen aaltomuoto on painemittaus, joka voidaan muuntaa tilavuusmittaukseksi kalibrointikertoimen avulla.
• Tämä kalibrointikerroin johdetaan aortan paine-tilavuus-suhdetta koskevista tiedoista, ja se sisältää arteriaalisen impedanssin, arteriaalisen komplianssin ja systeemisen verisuoniresistanssin.
• Nämä muuttujat voidaan mitata suoraan indikaattorilaimennusmittausten avulla, tai ne voidaan arvioida potilasdemografiatietoihin perustuvista nomogrammeista.
• Paine./aikainen valtimoaaltomuoto voidaan sitten muuntaa virtaus/aika-aaltomuodoksi, ja aivohalvaustilavuus voidaan sitten määrittää integroimalla virtaus/aikakäyrän alle jäävä pinta-ala.

Virhelähteet:

• Jos kalibrointikertoimen tuottamiseen käytettävät muuttujat mitataan suoraan, esim. termodiluutiolla, ne periytyvät kaikki kyseiseen sydämen tehon mittausmenetelmään liittyvät virhelähteet.
• Jos kalibrointikerroin estimoidaan nomogrammien perusteella, siihen liittyy luonnollisesti virhe, koska nomogrammit eivät välttämättä edusta minkään tietyn potilaan todellisuutta.
• Jos laitetta käytetään pitkään ja potilaan tila on muuttunut (erityisesti valtimoverisuoniston ominaisuudet), kalibrointikerroin on laskettava uudelleen, muuten mittaukset ovat epätarkkoja.

Hyötyjä:

• Vähemmän invasiivinen (yleensä ei tarvita sekoitettua laskimoverta – vain valtimo- ja keskuslaskimokatetri )
• Käytännöllinen (tarvitset joka tapauksessa valtimokatetrin ja CVC:n)
• Jatkuvatoiminen (pulssin ääriviivojen analyysi voidaan automatisoida ja se voi olla jatkuvaa)

Perusteina:

• Poikkeaa kalibroinnista termodiluutiomittausten välillä
• Saattaa sekoittaa eteisvärinä, koska pulssikontuuri muuttuu epäsäännölliseksi
• Saattaa sekoittaa IABP:n
• Epätehokas aina, kun virtaus ei ole pulssimaista (esim. ECMO)

Sydämen ulostulon mittaus Doppler-nopeusmittauksella

Jostain syystä LVOT:n dopplermittaus sydämen ulostulon mittaamiseksi päätyi omaan (hyvin lyhyeen) lukuunsa, vaikka sitä ei ole koskaan mainittu missään tenttiasetelmassa. Yksityiskohtaisempi keskustelu tästä tekniikasta ja sen rajoituksista on julkaistu Huntsman et al ( 1983). Lyhyesti sanottuna se perustuu oletukseen, että veren tilavuus voidaan esittää matemaattisesti periaatteessa sylinterimäisenä pylväänä, kun se liikkuu ulos sydämestä systolen aikana. Tämän pylvään litteä ulottuvuus (eli LV:n ulosvirtauskanavan poikkipinta-ala) ei tietenkään ole täydellisen pyöreä, mutta se on riittävän lähellä sydämen ulostulon seurannan tarkkuusvaatimuksia, ja meillä on taipumus approksimoida sitä LVOT:n kahdesta kaikukuvausmittauksesta. Pylväs, jolla on tämä pyöreä LVOT:n muotoinen pohja, liikkuu systeemisen verenkierron suuntaan jonkinlaisella nopeudella. Tämä nopeus ei tietenkään ole vakio, koska sydämen ulostulo on sykkivää, mutta sillä ei ole väliä, kunhan se mitataan ja esitetään nopeutena ajan funktiona. Näin saadaan nopeus-aikakäyrän alapuolinen pinta-ala, jota kutsutaan muuten nopeus-aikaintegraaliksi. Näin ollen aortan poikkipinta-ala kerrottuna veripatsaan kulkemalla matkalla saadaan lyöntiä kohti purkautuva tilavuus, ja kun tiedetään iskutilavuus ja syke, saadaan sydämen teho, tai:

CO = HR × (VTI × CSA)

missä:

• CO on sydämen minuuttitilavuus,
• HR on syketaajuus,
• VTI on nopeus-aika-integraali, i.
• Tämä tehdään tavallisesti käyttäen ”apikaalista viiden kammion” näkymää, jolloin näytetilavuus sijoitetaan aorttaläpän alapuolelle.
• Pulssidopplerin nopeuden ja ajan kuvaaja tallennetaan tässä asennossa, ja VTI jäljitetään modaalisen nopeuden uloimmasta reunasta.

Virhelähteet:

• Sondin on osoitettava veren virtaussuuntaan; mikä tahansa tästä suunnasta poikkeava kulma johtaa muuttuneeseen VTI:hen ja tulee epätarkkuuden lähteeksi. Useimmat kirjoittajat (esim. Blanko, 2020) suosittelevat, että mikä tahansa 20°:n sisällä oleva arvo riittää hallitustyöskentelyyn.
• LVOT:n VTI-menetelmällä määritetty aivohalvaustilavuus vaihtelee hengityssyklin aikana (jopa 10 %:lla), minkä vuoksi sarjamittaukset (3-4 lyöntiä) on kerättävä, jotta keskimääräinen sydämen minuuttitilavuus voidaan arvioida tarkasti. Hopeareunus: tätä vaihtelua voidaan itsessään käyttää ennustamaan nesteen reagointikykyä.
• Etelonvärinässä esiintyvän aivohalvaustilavuuden vaihtelu tekee tästä menetelmästä epätarkemman AF-potilailla, ja useampia lyöntejä (5-7 lyöntiä) on jäljitettävä ja keskiarvoistettava, jotta tämä voidaan korjata.
• VTI:n jäljittäminen on subjektiivista
• Menetelmässä oletetaan, että virtaus on laminaarista virtausta, mikä ei ole mahdollista, jos virtaus on peräisin aortasta.

Hyötyjä:

• Ei invasiivinen
• Helposti saatavilla
• Oikeissa käsissä melko tarkka (Villavicencio ym., 2019)

Perusteina:

• Ei ole invasiivinen
• Kevyesti saatavilla
• Oikeissa käsissä melko tarkka (Villavicencio ym:
  • Vaikea toistaa
  • Interobserver variability
  • Limited by ultrasound window availability (i.ts. mahdotonta, jos potilaalla on sidoksia tai kaasua välikarsinassa)
  • Tarkkuus riippuu sädekulmasta

  Sattumoisin näitä parametreja voidaan mitata monilla eri tavoilla, ja Doppler-ultraääni on vain yksi menetelmä, jonka ei-invasiivisuus tekee siitä suositumman. Yksi voisi olla paljon tunkeilevampi. Esimerkiksi Ehlers et al (1986) kuvaavat lämmitettyjä sisäkkäisiä antureita, jotka käyttävät lämmönsiirtoa kuuman langan ja veren välillä virtausnopeuden määrittämiseen, samalla tavoin kuin kuumalanka-anemometrit, joita käytetään kaasuvirtauksen mittaamiseen mekaanisissa ventilaattoreissa.

  Muut sydämen ulostulon mittausmenetelmät

  Muut näistä ovat paremman sanan puuttuessa kapeikkoja vaihtoehtoja. Joku voi kulkea koko uransa tehohoidon parissa kohtaamatta koskaan yhtäkään näistä menetelmistä, ja niiden sisällyttäminen minkäänlaiseen tenttiin olisi epäkohteliaisuuden huippu. Ne on sisällytetty tähän vain siksi, että ne mainitaan toisinaan oppikirjoissa, ja ne on lueteltu järjestyksessä invasiivisimmasta vähiten invasiiviseen:

  • Virtausta mittaava rotaatiomittari: Tämä menetelmä, joka on kaikista tähän mennessä mainituista menetelmistä raa’asti typerin, on myös tarkin ja invasiivisin. Invasiivinen siinä mielessä, että organismi on periaatteessa tuhottava mitattaessa sen sydämen tehoa. Menetelmä edellyttää, että pääkeuhkovaltimo irrotetaan keuhkoverenkierrosta, jolloin koko oikeasta sydämestä lähtevän verenkierron on kuljettava rotametrin läpi ennen kuin se palautetaan takaisin systeemiseen verenkiertoon. Ainakaan tällä tavoin yksikään pisara verenkiertoa ei jää mittaamatta, ajattelivat Seely ja muut (1950), jotka kuvailivat tätä ”kultaiseksi standardiksi”, jota vasten suoraa Fickin menetelmää voidaan mitata. Sanomattakin on selvää, että sitä käytetään vain uhrautuvilla koe-eläimillä.
  • Sähkömagneettinen virtausanturi: veri on johdin, ja kun se liikkuu magneettikentän läpi, siihen indusoituu jännite, joka on verrannollinen sen nopeuteen. Näin ollen voit mitata veren nopeuden mittaamalla tämän jännitteen, jos magneettikentän voimakkuus tunnetaan. Tämä edellyttää, että sähkömagneetti ympäröi verisuonen ja että elektrodit ovat kosketuksissa verisuonen seinämään. Tämä on luonnollisesti hieman häiritsevää, jos kiinnostuksen kohteena oleva verisuoni on aortta. Ehlers ja muut (1986) kuvaavat tätä menetelmää ”sopimattomaksi useimmissa kliinisissä tilanteissa”.
  • Transtorakaalinen impedanssi: Rintakehän sähkönjohtavuus on vahvasti yhteydessä sen sisältämään veritilavuuteen, ja kun sydän pumppaa, tämä veritilavuus muuttuu (noin iskutilavuutta vastaavan määrän verran). Tämä on perusta sydämen tehon rintaimpedanssimittaukselle. Tekniikka edellyttää, että potilaaseen asetetaan elektrodit, joiden välillä virtaa tasasuuruinen ja korkeataajuinen virta. Impedanssin ajallinen vaihtelu rekisteröidään jännitesignaalina. Ilmeisesti sen muoto on samanlainen kuin valtimopaineen aaltomuoto. Valitettavasti tätä menetelmää haittaa lähes kaikki se, mikä haittaa myös EKG-seurantaa (esim. potilaan liikkeistä johtuva artefakti). Lisäksi veren koostumuksen erot ja elektrodien sijainnin vaihtelut aiheuttavat suuria ja ennalta arvaamattomia virheitä.
  • Magneettinen suskeptibiliteettipletysmografia: Tämä tekniikka perustuu siihen, että magneettikenttä tunkeutuu sydänlihakseen eri tavalla kuin sydänveri, ja näin ollen sydänveren tilavuuden ja sydämen asennon muutokset voidaan mitata magnetometrillä. Tämä laite asetetaan rintakehälle, ja muuta kehoa ympäröi magneettikenttä. Tämä on vähiten invasiivinen tekniikka (ei tarvita tarttuvia elektrodeja tai suurtaajuusvirtaa), mutta siinä potilas pidetään valtavan laitteen sisällä, joka tuottaa tasaisen magneettikentän. Sitä on varmasti vaikea selittää yksikönjohtajalle.