In diesem Kapitel wird die Beziehung zu Abschnitt G7(iv) des CICM-Primärlehrplans 2017 untersucht, der vom Prüfungskandidaten erwartet, dass er „die Methoden zur Messung des Herzzeitvolumens einschließlich Kalibrierung, Fehlerquellen und Einschränkungen beschreibt“. Dies ist auch für Abschnitt G7 (vi), „Beschreiben Sie die Methoden und Grundsätze zur Messung des regionalen Blutflusses“, relevant, da die Methoden zur Messung des Blutflusses unabhängig davon, ob der Gesamtfluss oder der regionale Fluss gemessen wird, dieselben sind. Dies ist ein gemeinsames Merkmal früherer CICM-Prüfungen des Ersten Teils und sollte für den überprüfenden Kandidaten eine Priorität sein, obwohl viele der hier beschriebenen Techniken zunehmend an Popularität am Krankenbett verloren haben. In der Vergangenheit wurden unter anderem folgende Fragen gestellt:

• Frage 10 aus der zweiten Prüfungsarbeit von 2017 (Vergleich zweier Methoden)
• Frage 19 aus der ersten Prüfungsarbeit von 2014 (Thermodilution allein)
• Frage 12 aus der ersten Prüfungsarbeit von 2011 (Indikatorverdünnungstechnik)

Die beängstigendste potenzielle Variante dieser Fragen wäre wahrscheinlich etwas, bei dem die Auszubildenden eine Tabelle erstellen müssen, in der die Vorteile und Grenzen der einzelnen Methoden verglichen und gegenübergestellt werden. Hoffentlich wird diese tabellarische Zusammenfassung von Nutzen sein, falls wir dies jemals wieder erleben:

aus einer Vielzahl von Gründen, nicht zuletzt wegen ihrer Relevanz für Thermodilutionsmessungen des Herzzeitvolumens, werden die Indikatorverdünnungsmethode und das Ficksche Prinzip hauptsächlich im Abschnitt über Swan-Ganz-Lungenarterienkatheter behandelt. Da diesen Konzepten eigene Kapitel gewidmet sind, werden sie hier nur einen Teil des schwach beleuchteten Hintergrunds bilden.

Wie bei jedem Kernthema gibt es keinen Mangel an qualitativ hochwertiger, von Experten begutachteter Literatur. Ehlers et al. (1986) bieten einen ausgezeichneten Kurzüberblick über die wichtigsten Techniken mit einer pragmatischen „Vor-/Nachteil“-Gliederung. Ein frei verfügbarer Artikel von Lavdaniti (2008) ist fast genauso gut, nur ohne dieselbe Struktur. Jhanji, Dawson & Pearce (2008) sind eine weitere kostenlose Alternative.

Herzzeitvolumenmessung nach der Fick-Methode

Die Fick-Methode zur Messung des Herzzeitvolumens beruht, vereinfacht ausgedrückt, auf der Beobachtung, dass die gesamte Sauerstoffaufnahme des Körpers gleich dem Produkt aus Herzzeitvolumen und der Differenz zwischen arteriellem und venösem Sauerstoffgehalt ist. Logischerweise wird dieses Prinzip als Fick-Prinzip bezeichnet. Wenn man die Gleichung umstellt:

Dieses Ganze wird in einem eigenen Kapitel über das Fick-Prinzip ausführlicher behandelt. Es genügt zu sagen, dass die ordnungsgemäße Anwendung dieser Methode die umständliche Messung des gesamten ein- und ausgeatmeten Sauerstoffs (in der Regel mit einer Art Maske oder Sammelbeutel) sowie die gleichzeitige Messung von arteriellem und gemischt-venösem Blut erfordert. Dies wären die wesentlichen Bestandteile der „direkten“ Fick-Methode. Es gibt auch „indirekte“ Optionen, bei denen eine der unpraktischeren Messungen durch eine Art Schätzwert ersetzt wird, z. B. indem man ein auf Alter/Gewicht/Geschlecht basierendes Nomogramm zur Schätzung der VO2 verwendet. Natürlich führt die Verwendung von Schätzungen ein Fehlerelement in eine Messung ein, die ohnehin nicht besonders genau ist. Die direkte Fick-Methode hat, selbst wenn sie unter perfekten Laborbedingungen durchgeführt wird, laut einer interessanten Tierstudie von Seely et al. (1950) einen Fehlerbereich von etwa ±8 %.

Methode:

• Der Sauerstoffverbrauch (VO2) wird durch den Vergleich der eingeatmeten und ausgeatmeten Sauerstoffmenge gemessen, in der Regel mit Hilfe eines Auffangbeutels und/oder Flowmeters
• Der gemischt-venöse Sauerstoffgehalt und der arterielle Sauerstoffgehalt werden direkt aus der Blutbahn gemessen
• Alternativ können bei der indirekten Methode Schätzungen vorgenommen werden:
  • VO2 kann aus Nomogrammen geschätzt werden
  • Der gemischtvenöse Sauerstoffgehalt kann auf der Grundlage von Normalwerten angenommen oder aus zentralvenösen Proben geschätzt werden
  • Der arterielle Sauerstoffgehalt kann aus der Pulsoxymetrie geschätzt werden

Fehlerquellen:

• Die direkte Methode wird ungenau, wenn das Herzzeitvolumen während des Zeitraums, in dem die Messungen durchgeführt werden, unregelmäßig ist
• Die indirekte Methode bringt eine Vielzahl von Ungenauigkeiten mit sich, deren Ausmaß und Richtung hauptsächlich davon abhängen, welcher Messwert durch eine Schätzung ersetzt wird.

Vorteile:

• Diese Methode gilt weithin als „Goldstandard“
• Die Genauigkeit ist für das tägliche hämodynamische Management akzeptabel
• Die erforderlichen Daten zur Berechnung einer indirekten Fick-Herzzeitvolumenmessung sind bei vielen Intensivpatienten bereits vorhanden (d. h.

Einschränkungen:

• Die VO2-Messung dauert einige Minuten
• Das Herzzeitvolumen muss über die gesamte Messdauer stabil bleiben
• Für die direkte Methode müssen invasive Messungen durchgeführt werden, d. h. der Patient benötigt eine Arterie.d.h. der Patient benötigt eine arterielle Blutentnahme und einen Pulmonalarterienkatheter
• Der Fehlerbereich liegt, wie oben erwähnt, bei etwa ±8% (im Vergleich zu einem Durchflussrotameter, der den Blutfluss in der Hauptlungenarterie misst)

Herzzeitvolumenmessung durch Indikatorverdünnung

Aus irgendeinem Grund, der offenbar nichts mit der Bedeutung für die Prüfung zu tun hat, wurde der Indikatorverdünnungsmethode zur Messung des Herzzeitvolumens ein ganzes Kapitel gewidmet. Zum Glück ist es nicht nötig, es zu lesen, denn die Grundlagen sind hier zusammengefasst. Kurz gesagt, beruht diese Methode auf der Prämisse, dass die intravenöse Verabreichung einer bekannten Dosis einer Substanz zur Messung des Herzzeitvolumens verwendet werden kann, indem die Durchflussrate dieser Substanz an einem nachgeschalteten Detektor gemessen wird. Um genauer zu sein, kann die Fläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve zur Bestimmung des Flusses verwendet werden:

Herzzeitvolumen = Indikatordosis / Fläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve

Dies ist eine Vereinfachung der Stewart-Hamilton-Gleichung:

• V̇ = m/Ct,
  wobei
  • V̇ = Fluss, oder Herzzeitvolumen
  • C = Konzentration
  • m = Dosis des Indikators, und
  • t = Zeit

Methode

• Eine Indikatorsubstanz wird in die Blutbahn injiziert, stromaufwärts von einem Detektor
• Der Detektor misst die
• Die Konzentration des Indikators über die Zeit wird als Kurve aufgezeichnet
• Die Fläche unter dieser Kurve wird integriert, um den Nenner für die Gleichung des Herzzeitvolumens (V̇ = m/Ct)
• Viele Varianten dieser Verdünnungsmethode sind verfügbar:
  • Thermodilution (durch PA-Katheter oder durch PiCCO)
  • Lithiumverdünnung (LiDCO)
  • Leitfähigkeitsverdünnung mit Kochsalzlösung (die ursprüngliche Stewart-Methode)
  • Indikatorfarbstoffverdünnung (mit Indocyaningrün oder Evans Blue)

Fehlerquellen:

• Die Technik der Injektionsverabreichung (Temperatur, Injektionsgeschwindigkeit, Injektionsvolumen, zeitliche Abstimmung mit dem Atemzyklus) spielt eine wichtige Rolle bei der korrekten Aufzeichnung der Messungen.
• Patientenfaktoren (z. B. intrakardiale Shunts, Klappenpathologie) können den injizierten Indikator zerstreuen oder verdünnen, was zu einer Unterschätzung des Herzzeitvolumens führt
• Die Injektionsmenge muss auf die Körpergröße des Patienten abgestimmt werden, d. h. ein großes Injektionsvolumen überschätzt das Herzzeitvolumen eines kleinen Kindes
• Zahlreiche Korrekturfaktoren sind für die Thermodilutionsversion der Gleichung erforderlich, von denen die meisten eher geschätzt als gemessen werden
• Die Berechnung der (Ct)-Fläche kann an Genauigkeit verlieren, wenn die Abtastrate des Detektors zu niedrig ist

Vorteile:

• Zugang zu gemischtem venösem und arteriellem Blut ist nicht erforderlich
• Zahlreiche Indikatoroptionen (kalte oder raumtemperierte Kochsalzlösung, Farbstoff, Lithium, etc)
• Es ist bequem: Mit elektronischen Berechnungen kann die Messung des Thermodilutions-Herzzeitvolumens automatisiert und kontinuierlich erfolgen
• Gute Korrelation mit Goldstandard-Messungen des Herzzeitvolumens

Einschränkungen:

• Die Verwendung von Farbstoff schränkt die Häufigkeit und Wiederholbarkeit der Messungen ein, da es zu Rezirkulationen kommt und selbst die am schnellsten abgebauten Farbstoffe nach einigen Minuten abgebaut werden.
• Die manuelle Integration der Fläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve ist mühsam
• Die automatisierte Berechnung des Herzzeitvolumens erfordert die Verwendung von Korrekturfaktoren und Koeffizienten, was die Genauigkeit verringert
• Die Methode beruht auf einer gleichmäßigen Durchmischung des Blutes und einem unidirektionalen Fluss
• Die Thermodilutionsmessungen weisen zahlreiche potenzielle Fehlerquellen auf
• Unter Laborbedingungen liegt die Übereinstimmung zwischen dieser Methode und der direkten Fick-Methode innerhalb einer Spanne von 25 %.

Herzzeitvolumenmessung durch Pulskonturanalyse

Die Überwachung des Herzzeitvolumens durch Pulskontur-Monitoring-Geräte (PiCCO) ist eine Methode zur kontinuierlichen Überwachung des Herzzeitvolumens anhand der Form der arteriellen Druckkurve. Sie wird auch von Jörn Grensemann (2018) ausführlich besprochen, falls Sie auf Details Wert legen. Höchstwahrscheinlich ist es das nicht, in diesem Fall:

Methode

• Die arterielle Wellenform ist eine Druckmessung, die mit Hilfe eines Kalibrierungsfaktors in eine Volumenmessung umgerechnet werden kann.
• Dieser Kalibrierungsfaktor wird aus Informationen über die Druck-Volumen-Beziehung in der Aorta abgeleitet und umfasst die arterielle Impedanz, die arterielle Compliance und den systemischen Gefäßwiderstand.
• Diese Variablen können direkt mit Hilfe von Indikatorverdünnungsmessungen gemessen oder anhand von Nomogrammen auf der Grundlage demografischer Patientendaten geschätzt werden.
• Der Druck./Zeit-Wellenform kann dann in eine Fluss/Zeit-Wellenform umgewandelt werden, und das Schlagvolumen kann dann durch Integration der Fläche unter der Fluss/Zeit-Kurve bestimmt werden.

Fehlerquellen:

• Wenn die Variablen, die zur Erzeugung des Kalibrierungsfaktors verwendet werden, direkt gemessen werden, z. B.
• Wird der Kalibrierungsfaktor anhand von Nomogrammen geschätzt, so ist dies natürlich mit einem Fehler verbunden, da die Nomogramme möglicherweise nicht die Realität eines bestimmten Patienten widerspiegeln.
• Wird das Gerät über einen längeren Zeitraum verwendet und hat sich der Zustand des Patienten verändert (insbesondere die Eigenschaften des arteriellen Gefäßsystems), muss der Kalibrierungsfaktor neu berechnet werden, da die Messungen sonst ungenau sind.

Vorteile:

• Weniger invasiv (in der Regel wird kein gemischtes venöses Blut benötigt – nur ein arterieller und ein zentraler Venenkatheter)
• Bequem (man benötigt ohnehin einen arteriellen Katheter und einen ZVK)
• Kontinuierlich (die Pulskonturanalyse kann automatisiert und kontinuierlich erfolgen)

Einschränkungen:

• Abweichungen von der Kalibrierung zwischen Thermodilutionsmessungen
• Kann durch Vorhofflimmern verwirrt werden, da die Pulskontur unregelmäßig wird
• Kann durch IABP verwirrt werden
• Unwirksam, wenn der Fluss nicht pulsatil ist (z. B. ECMO)

Herzzeitvolumenmessung durch Doppler-Geschwindigkeitsmessung

Auch hier wurde der LVOT-Dopplermessung des Herzzeitvolumens aus irgendeinem Grund ein eigenes (sehr kurzes) Kapitel gewidmet, obwohl sie nie in einer Prüfung erwähnt wurde. Eine ausführlichere Diskussion dieser Technik und ihrer Grenzen wurde von Huntsman et al. (1983) veröffentlicht. Kurz gesagt, es beruht auf der Annahme, dass das Blutvolumen, das während der Systole aus dem Herzen fließt, mathematisch als eine im Wesentlichen zylindrische Säule dargestellt werden kann. Die flache Dimension dieser Säule (d. h. die Querschnittsfläche des LV-Ausflusskanals) ist natürlich nicht perfekt kreisförmig, aber sie kommt den Genauigkeitsstandards der Herzzeitvolumenüberwachung nahe genug, und wir tendieren dazu, sie anhand von zwei Echomessungen des LVOT anzunähern. Die Säule mit dieser kreisförmigen LVOT-Basis bewegt sich mit einer gewissen Geschwindigkeit in Richtung des systemischen Kreislaufs. Diese Geschwindigkeit ist natürlich nicht konstant, da das Herzzeitvolumen pulsiert, aber das spielt keine Rolle, solange man es misst und als Geschwindigkeit über die Zeit aufzeichnet. Daraus ergibt sich die Fläche unter der Geschwindigkeits-Zeit-Kurve, die auch als Geschwindigkeits-Zeit-Integral bezeichnet wird. Die Querschnittsfläche der Aorta, multipliziert mit der von der Blutsäule zurückgelegten Strecke, ergibt also das pro Schlag ausgestoßene Volumen; und wenn man das Schlagvolumen und die Herzfrequenz hat, erhält man das Herzzeitvolumen; oder:

CO = HR × (VTI × CSA)

wobei:

• CO das Herzzeitvolumen ist,
• HR die Herzfrequenz ist,
• VTI das Geschwindigkeits-Zeit-Integral ist, d. h. die Fläche unter dem Geschwindigkeits-Zeit-Integral.d. h. die Fläche unter der Geschwindigkeits-Zeit-Kurve
• CSA ist die Querschnittsfläche des LVOT
  • Daher ist VTI × CSA das Schlagvolumen

Methode

• LVOT VTI wird berechnet, indem das gepulste Doppler-Probenvolumen im Ausflusstrakt platziert und die Geschwindigkeit über die Zeit aufgezeichnet wird.
• In der Regel geschieht dies unter Verwendung der „apikalen Fünf-Kammer-Ansicht“, wobei das Probenvolumen unterhalb der Aortenklappe platziert wird.
• Die Pulswellen-Doppler-Geschwindigkeit/Zeit-Darstellung wird in dieser Position aufgezeichnet, und die VTI wird vom äußersten Rand der modalen Geschwindigkeit aus verfolgt.

Fehlerquellen:

• Die Sonde muss in Richtung des Blutflusses zeigen; jeder Winkel, der von dieser Richtung abweicht, führt zu einer veränderten VTI und wird zu einer Quelle der Ungenauigkeit. Die meisten Autoren (z. B. Blanko, 2020) schlagen vor, dass ein Winkel von 20° für die Arbeit der Behörden ausreicht.
• Das mit der LVOT-VTI-Methode ermittelte Schlagvolumen variiert über den Atemzyklus (um bis zu 10 %), was bedeutet, dass Serienmessungen (3-4 Schläge) durchgeführt werden müssen, um das durchschnittliche Herzzeitvolumen über eine Minute genau zu schätzen.
• Durch die Variabilität des Schlagvolumens bei Vorhofflimmern ist diese Methode bei Patienten mit Vorhofflimmern weniger genau, und es müssen mehr Schläge (5-7) aufgezeichnet und gemittelt werden, um dies auszugleichen.
• Die Ermittlung des VTI ist subjektiv
• Die Methode geht von einem laminaren Fluss aus, was der Aortenfluss nicht ist.

Vorteile:

• Nicht-invasiv
• Leicht verfügbar
• In den richtigen Händen recht genau (Villavicencio et al, 2019)

Grenzwerte:

• Schwierig zu reproduzieren
• Interobserver-Variabilität
• Geschränkt durch die Verfügbarkeit des Ultraschallfensters (d. h.d.h. unmöglich, wenn der Patient Verbände oder Gas im Mediastinum hat)
• Genauigkeit abhängig vom Einstrahlungswinkel

Inzident gibt es viele verschiedene Möglichkeiten, diese Parameter zu messen, und Doppler-Ultraschall ist nur eine Methode, die durch ihre Nichtinvasivität populärer geworden ist. Es gibt auch Methoden, die sehr viel eingreifender sind. Ehlers et al. (1986) beschreiben zum Beispiel beheizte Sensoren, die die Wärmeübertragung zwischen einem heißen Draht und dem Blut nutzen, um die Flussrate zu bestimmen, ähnlich wie die Hitzdrahtanemometer, die zur Messung des Gasflusses in mechanischen Beatmungsgeräten verwendet werden.

Andere Methoden zur Messung des Herzzeitvolumens

Der Rest dieser Methoden sind, in Ermangelung eines besseren Wortes, Nischenoptionen. Es kann sein, dass man sein ganzes Berufsleben lang in der Intensivpflege tätig ist, ohne jemals mit einer dieser Methoden in Berührung zu kommen, und es wäre der Gipfel der Unhöflichkeit, sie in irgendeine Prüfung einzubeziehen. Sie sind hier wirklich nur deshalb aufgeführt, weil sie gelegentlich in Lehrbüchern erwähnt werden, und zwar in der Reihenfolge vom invasivsten zum am wenigsten invasiven Verfahren:

• Rotameter zur Durchflussmessung: Diese Methode, die brutalste aller bisher erwähnten Methoden, ist auch die genaueste und die invasivste. Invasiv in dem Sinne, dass man den Organismus im Grunde zerstören muss, während man seine Herzleistung misst. Bei dieser Methode muss die Hauptlungenarterie vom Lungenkreislauf abgetrennt werden, so dass der gesamte aus dem rechten Herzen kommende Blutstrom durch den Rotameter fließen muss, bevor er wieder in den Körperkreislauf zurückgeführt wird. Zumindest bleibt auf diese Weise kein einziger Tropfen Blutfluss ungemessen, so Seely et al. (1950), die dies als „Goldstandard“ bezeichneten, an dem die direkte Fick-Methode gemessen werden kann.
• Elektromagnetische Strömungssonde: Blut ist ein Leiter, und wenn es sich durch ein Magnetfeld bewegt, wird in ihm eine Spannung induziert, die proportional zu seiner Geschwindigkeit ist. Man kann also die Geschwindigkeit des Blutes durch Messung dieser Spannung messen, wenn die Stärke des Magnetfeldes bekannt ist. Dazu muss ein Elektromagnet das Blutgefäß umschließen, und die Elektroden müssen in Kontakt mit der Gefäßwand sein. Das ist natürlich etwas aufdringlich, wenn es sich bei dem zu untersuchenden Gefäß um die Aorta handelt. Ehlers et al. (1986) beschreiben diese Methode als „in den meisten klinischen Situationen unangemessen“.
• Transthorakale Impedanz: Die elektrische Leitfähigkeit des Brustkorbs hängt stark mit dem darin enthaltenen Blutvolumen zusammen, und wenn das Herz pumpt, ändert sich dieses Blutvolumen (um ein Volumen, das ungefähr dem Schlagvolumen entspricht). Dies ist die Grundlage der Thoraximpedanzmessung des Herzzeitvolumens. Bei dieser Technik werden Elektroden am Patienten angebracht, zwischen denen ein Strom mit konstanter Stärke und hoher Frequenz fließt. Die Veränderung der Impedanz über die Zeit wird als Spannungssignal aufgezeichnet. Die Form des Signals ähnelt offensichtlich der Wellenform des arteriellen Drucks. Leider wird diese Methode durch so ziemlich alles gestört, was auch die EKG-Überwachung stören könnte (z. B. Artefakte durch Patientenbewegungen). Außerdem führen Unterschiede in der Blutzusammensetzung und Variationen in der Elektrodenpositionierung zu großen und unvorhersehbaren Fehlern.
• Magnetische Suszeptibilitätsplethysmographie: Diese Technik beruht auf der Tatsache, dass das Magnetfeld den Herzmuskel anders durchdringt als das Herzblut, so dass die Veränderungen des Herzblutvolumens und der Herzposition mit einem Magnetometer gemessen werden können. Dieses Gerät wird auf der Brust platziert, und der Rest des Körpers wird von einem Magnetfeld umgeben. Dies ist die am wenigsten invasive Technik (es sind keine klebrigen Elektroden oder Hochfrequenzstrom erforderlich), aber sie erfordert, dass der Patient in einem riesigen Gerät gehalten wird, das ein gleichmäßiges Magnetfeld erzeugt. Das wird Ihrem Abteilungsleiter schwer zu erklären sein.