In dit hoofdstuk wordt ingegaan op het verband met paragraaf G7 (iv) van de syllabus voor primaire CICM 2017, waarin van de examenkandidaat wordt verwacht dat hij “de methoden voor het meten van het hartminuutvolume beschrijft, inclusief kalibratie, foutenbronnen en beperkingen”. Het is ook relevant voor sectie G7 (vi), “methoden en principes schetsen die worden gebruikt om de regionale bloedstroom te meten”, aangezien de methoden om de bloedstroom te meten dezelfde zijn, ongeacht of de totale of de regionale stroom wordt gemeten. Dit is een gemeenschappelijk kenmerk van vroegere eerste-deel-examens van de CICM en zou een prioriteit moeten zijn voor de reviserende kandidaat, ondanks het feit dat veel van de hier beschreven technieken aan bedside populariteit hebben ingeboet. Historische verschijningen zijn onder meer:

• Vraag 10 uit het tweede paper van 2017 (vergelijk twee methoden)
• Vraag 19 uit het eerste paper van 2014 (alleen thermodilutie)
• Vraag 12 uit het eerste paper van 2011 (indicatorverdunningstechniek)

De meest beangstigende potentiële variatie van deze vragen zou waarschijnlijk iets moeten zijn waarbij de stagiairs een tabel moeten maken die de voordelen en beperkingen van elke methode vergelijkt en contrasteert. Hopelijk zal deze samenvatting in tabelvorm van nut zijn, als we dit ooit nog zien gebeuren:

Om diverse redenen, niet de minste daarvan is hun relevantie voor thermodilutiemetingen van het hartdebiet, worden de indicatorverdunningsmethode en het Fick-principe hoofdzakelijk besproken in het hoofdstuk over Swan-Ganz pulmonale arteriekatheters. Omdat deze concepten hun eigen hoofdstukken hebben gekregen, vormen zij hier slechts een deel van de zwak belichte achtergrond.

Zoals bij elk kernonderwerp is er geen tekort aan peer-reviewed literatuur van goede kwaliteit. Ehlers et al. (1986) bieden een uitstekend beknopt overzicht van de voornaamste technieken, met een pragmatische uitsplitsing in “voordelen/nadelen”. Een vrij beschikbaar artikel van Lavdaniti (2008) is bijna even goed, maar dan zonder dezelfde structuur. Jhanji, Dawson & Pearce (2008) zijn een ander gratis alternatief.

Cardiac output measurement by the Fick method

Eenvoudig gezegd berust de Fick-methode voor het meten van de cardiac output op de waarneming dat de totale zuurstofopname door het lichaam gelijk is aan het product van de cardiac output en het arteriële-veneuze zuurstofgehalteverschil. Logischerwijs wordt dit principe het Fick-principe genoemd. De vergelijking herschikken:

Dit alles wordt meer in detail besproken in een apart hoofdstuk over het principe van Fick. Het volstaat te zeggen dat de juiste toepassing van deze methode de omslachtige meting vereist van de totale hoeveelheid ingeademde en uitgeademde zuurstof (gewoonlijk met behulp van een soort masker of opvangzak), alsmede de gelijktijdige metingen van arterieel en gemengd veneus bloed. Dit zijn de essentiële ingrediënten van de “directe” Fick-methode. Er bestaan ook “indirecte” opties, waarbij een van de meer onhandige metingen wordt vervangen door een soort geschatte waarde, bv. wanneer u een op leeftijd/gewicht/geslacht gebaseerd nomogram gebruikt om de VO2 te schatten. Het is duidelijk dat het gebruik van schattingen een element van fout introduceert in een meting die toch al niet bijzonder nauwkeurig is. De directe Fick-methode, zelfs wanneer uitgevoerd onder perfecte laboratoriumomstandigheden, heeft een foutenmarge van ongeveer ±8%, volgens een interessante dierstudie van Seely et al (1950).

Methode:

• Het zuurstofverbruik (VO2) wordt gemeten door vergelijking van de hoeveelheid ingeademde zuurstof en uitgeademde zuurstof, meestal met behulp van een opvangzak en/of flowmeter
• Het gemengd veneus zuurstofgehalte en het arterieel zuurstofgehalte worden rechtstreeks gemeten, vanuit de bloedbaan
• Als alternatief, voor de indirecte methode, kunnen schattingen worden gemaakt:
  • VO2 kan worden geschat aan de hand van nomogrammen
  • Gemengd veneus zuurstofgehalte kan worden aangenomen op basis van normale waarden, of geschat aan de hand van centraal veneuze monsters
  • Arterieel zuurstofgehalte kan worden geschat aan de hand van pulsoximetrie

Bronnen van fouten:

• De directe methode wordt onnauwkeurig als het hartdebiet grillig is gedurende de periode waarin de metingen worden verzameld
• De indirecte methode introduceert een verscheidenheid aan onnauwkeurigheden, waarvan de grootte en richting voornamelijk zouden worden bepaald door welke gemeten waarde wordt vervangen door een schatting.

Voordelen:

• Deze methode wordt algemeen beschouwd als de “gouden standaard”
• De nauwkeurigheid is aanvaardbaar voor dagelijkse hemodynamische beheersdoeleinden
• De noodzakelijke gegevens om een indirecte Fick-cardiac output-meting te berekenen zijn bij veel IC-patiënten reeds beschikbaar (d.w.z.

Beperkingen:

• De meting van VO2 duurt enkele minuten
• Het hartminuutvolume moet gedurende de meting stabiel blijven
• Voor de directe methode moeten invasieve metingen worden verricht, d.w.z. dat de patiënt een arteriële lijn nodig heeft
• De meting van het hartminuutvolume moet gedurende de meting stabiel blijven
• Voor de directe methode moeten invasieve metingen worden verricht, d.w.z. dat de patiënt een arteriële lijn nodig heeft
• .Dat wil zeggen dat de patiënt een arteriële bloedafname en een pulmonale slagaderkatheter nodig heeft
• Het foutenbereik is ongeveer ±8%, zoals hierboven vermeld (in vergelijking met een stroomrotameter die de bloedstroom in de hoofd pulmonale slagader meet)

Hartminuutvolume met indicatorverdunning

Om de een of andere reden, die blijkbaar niets te maken heeft met het belang ervan voor het examen, is een heel hoofdstuk gewijd aan de indicatorverdunningsmethode voor het meten van het hartminuutvolume. Gelukkig heeft het geen zin het te lezen, want de grondbeginselen zijn hier samengevat. Kort samengevat berust deze methode op de vooronderstelling dat het intraveneus toedienen van een bekende dosis van een stof kan worden gebruikt om het hartminuutvolume te meten door de doorvoersnelheid van die stof bij een stroomafwaartse detector te meten. Om precies te zijn kan het gebied onder de concentratie-tijdcurve worden gebruikt om het debiet te bepalen:

Cardiac output = indicatordosis / gebied onder de concentratie-tijdcurve

Dit is een vereenvoudiging van de Stewart-Hamilton-vergelijking:

• V̇ = m/Ct,
  waar
  • V̇ = debiet, of cardiale output
  • C = concentratie
  • m = dosis van de indicator, en
  • t = tijd

Methode

• Een indicatorstof wordt in de bloedbaan geïnjecteerd, stroomopwaarts van een detector
• De detector meet de
• De concentratie van de indicator in de tijd wordt als een curve vastgelegd
• Het gebied onder deze curve wordt geïntegreerd om de noemer voor de cardiac output-vergelijking (V̇ = m/Ct)
• Veel variaties van deze verdunningsmethode zijn beschikbaar:
  • Thermodilutie (met PA-katheter of met PiCCO)
  • Lithiumverdunning (LiDCO)
  • Geleidingsverdunning met zoutoplossing (de oorspronkelijke Stewart-methode)
  • Indicatorkleurstofverdunning (met indocyaninegroen of Evansblauw)

  Foutenbronnen:

  • De injectietechniek (temperatuur, injectiesnelheid, het volume van het injectaat, timing met de ademhalingscyclus) speelt een belangrijke rol bij de correcte registratie van de metingen.
  • Patiëntfactoren (b.v. intracardiale shunts, valvulaire pathologie) kunnen de geïnjecteerde indicator dispergeren of verdunnen, hetgeen resulteert in een onderschatting van de cardiac output
  • De hoeveelheid injectaat moet worden afgestemd op de lichaamsgrootte van de patiënt, d.w.z. een groot volume injectaat zal de hartoutput van een klein kind overschatten
  • Er zijn talrijke correctiefactoren nodig voor de thermodilutieversie van de vergelijking, waarvan de meeste eerder geschat dan gemeten worden
  • De berekening van het (Ct-)gebied kan aan nauwkeurigheid inboeten als de bemonsteringsfrequentie van de detector te laag is

  Voordelen:

  • Toegang tot gemengd veneus bloed en arterieel bloed is niet essentieel
  • Telbare indicator opties (koude of kamertemperatuur zoutoplossing, kleurstof, lithium, enz)
  • Het is handig: met elektronische berekeningen kan thermodilutie cardiac output meting worden geautomatiseerd en continu
  • Goede correlatie met gouden standaard metingen van cardiac output

  Limitaties:

  • Gebruik van kleurstof beperkt de frequentie en herhaalbaarheid van metingen, omdat het recirculatie veroorzaakt, en zelfs de snelst geklaarde kleurstoffen na enkele minuten zijn geklaard.
  • Handmatige integratie van het gebied onder de concentratie/tijdcurve is bewerkelijk
  • Bij geautomatiseerde berekening van de cardiac output moeten correctiefactoren en coëfficiënten worden gebruikt, wat de nauwkeurigheid vermindert
  • De methode berust op uniforme menging van bloed en unidirectionele stroming
  • Thermodilutiemetingen hebben talrijke potentiële foutenbronnen
  • Onder laboratoriumomstandigheden ligt de overeenkomst tussen deze methode en de directe Fick-methode binnen een marge van 25%.

  Cardiac output measurement by pulse contour analysis

  Cardiac output monitoring by pulse contour cardiac output monitor devices (PiCCO) is een methode om de cardiac output continu te monitoren door gebruik te maken van de vorm van de arteriële drukgolfvorm. Het wordt ook in enig detail besproken door Jörn Grensemann (2018), als detail is waar u naar op zoek bent. Meer dan waarschijnlijk is dat niet, in welk geval:

  Methode

  • De arteriële golfvorm is een drukmeting, die met behulp van een kalibratiefactor kan worden omgezet in een volumemeting.
  • Deze kalibratiefactor wordt afgeleid van informatie over de druk-volume relatie in de aorta, en omvat arteriële impedantie, arteriële compliantie en systemische vasculaire weerstand.
  • Deze variabelen kunnen rechtstreeks worden gemeten met indicatorverdunningsmetingen, of zij kunnen worden geschat met behulp van nomogrammen op basis van demografische gegevens van de patiënt.
  • De druk./tijd arteriële golfvorm kan dan worden omgezet in een flow/tijd golfvorm, en het slagvolume kan dan worden bepaald door het gebied onder de flow/tijd curve te integreren.

  Bronnen van fout:

  • Als de variabelen die worden gebruikt om de kalibratiefactor te genereren rechtstreeks worden gemeten, bijv. door thermodilutie, dan erven zij alle foutenbronnen die inherent zijn aan die methode van hartoutputmeting.
  • Als de kalibratiefactor wordt geschat aan de hand van nomogrammen, dan introduceert dat uiteraard een fout omdat de nomogrammen mogelijk niet de werkelijkheid van een gegeven patiënt weergeven.
  • Als het apparaat gedurende langere tijd wordt gebruikt en de toestand van de patiënt is veranderd (met name de eigenschappen van het arteriële vatenstelsel), moet de kalibratiefactor opnieuw worden berekend, anders zijn de metingen onnauwkeurig.

  Voordelen:

  • Minder invasief (gewoonlijk is geen gemengd veneus bloed nodig – alleen een arteriële en centraal veneuze katheter)
  • Geschikt (u hebt toch een arteriële katheter en CVC nodig)
  • Continu (de pulscontouranalyse kan geautomatiseerd en continu worden uitgevoerd)

  Verkortingen:

  • Verschilt kalibratie tussen thermodilutiemetingen
  • Wordt in de war gebracht door atriale fibrillatie, omdat de pulscontour onregelmatig wordt
  • Wordt in de war gebracht door IABP
  • Ineffectief wanneer de flow niet pulsatiel is (b.v. ECMO)
  • Ineffectief wanneer de pulsatie niet pulsatiel is (b.v. ECMO). ECMO)

  Cardiac output measurement by Doppler velocity measurement

  Op de een of andere manier heeft LVOT Doppler meting van cardiac output een eigen (zeer kort) hoofdstuk gekregen, ook al is het nooit in een examen setting genoemd. Een meer gedetailleerde bespreking van deze techniek en zijn beperkingen is gepubliceerd door Huntsman et al ( 1983). Kort gezegd berust het op de veronderstelling dat het bloedvolume dat tijdens de systole uit het hart stroomt, mathematisch kan worden voorgesteld als in wezen een cilindrische kolom. De vlakke afmeting van deze kolom (d.w.z. de dwarsdoorsnede van het LV-uitstroomtraject) is uiteraard niet volmaakt cirkelvormig, maar voor de nauwkeurigheidsnormen van de hartminuutvolumebewaking komt zij dicht genoeg in de buurt, en wij neigen ertoe haar te benaderen aan de hand van twee echometingen van de LVOT. De kolom met deze cirkelvormige LVOT-vormige basis beweegt met een zekere snelheid in de richting van de systemische circulatie. Die snelheid is uiteraard niet constant, aangezien de hartoutput pulsatiel is, maar dat doet er niet toe, zolang je ze maar meet en ze als snelheid in de tijd uitzet. Dit levert de oppervlakte onder de snelheid-tijd curve op, die ook wel de snelheid-tijd integraal wordt genoemd. Dus, de doorsnede van de aorta, vermenigvuldigd met de afstand afgelegd door de bloedkolom, geeft je het volume uitgestoten per slag; en zodra je slagvolume en hartslag hebt, heb je cardiale output; of:

  CO = HR × (VTI × CSA)

  waar:

  • CO is de cardiac output,
  • HR is de hartfrequentie,
  • VTI is de snelheid-tijdintegraal, d.w.z.d.w.z. het gebied onder de snelheid/tijd-curve
  • CSA is de dwarsdoorsnede van de LVOT
    • VTI × CSA is dus het slagvolume

  Methode

  • LVOT VTI wordt berekend door het gepulseerde Doppler-monstervolume in het uitstroomtraject te plaatsen en de snelheid in de tijd te registreren.
  • Dit wordt gewoonlijk gedaan met gebruikmaking van het “apicale vijfkamer”-aanzicht, waarbij het monstervolume onder de aortaklep wordt geplaatst.
  • De pulsgolf Doppler-snelheid/tijd-plot wordt in deze positie opgenomen, en de VTI wordt getraceerd vanaf de buitenste rand van de modale snelheid.

  Bronnen van fout:

  • De sonde moet worden gericht in de richting van de bloedstroom; elke hoek uit deze richting resulteert in een veranderde VTI en wordt een bron van onnauwkeurigheid. De meeste auteurs (bv. Blanko, 2020) suggereren dat alles binnen 20° goed genoeg is voor overheidswerk.
  • Het slagvolume dat met de LVOT VTI-methode wordt bepaald, varieert gedurende de ademhalingscyclus (tot 10%), wat betekent dat seriële metingen (3-4 slagen) moeten worden verzameld om de gemiddelde cardiac output gedurende een minuut nauwkeurig te kunnen schatten. Zilveren randje: deze variabiliteit kan zelf worden gebruikt om de vloeistofresponsiviteit te voorspellen.
  • Variabiliteit van het slagvolume bij atriumfibrilleren maakt deze methode minder nauwkeurig bij AF-patiënten, en er moeten meer slagen (5-7) worden getraceerd en gemiddeld om hiervoor te corrigeren.
  • Het traceren van de VTI is subjectief
  • De methode gaat uit van laminaire stroming, wat bij aortastromen niet het geval is.

  Voordelen:

  • Niet-invasief
  • Gemakkelijk beschikbaar
  • In de juiste handen, vrij nauwkeurig (Villavicencio et al, 2019)

  Beperkingen:

  • moeilijk te reproduceren
  • Interobserver variabiliteit
  • Geperkt door beschikbaarheid echografisch venster (d.d.w.z. onmogelijk als de patiënt verband of gas in het mediastinum heeft)
  • Nauwkeurigheid afhankelijk van stralingshoek

  Natuurlijk zijn er veel verschillende manieren om deze parameters te meten, en Doppler echografie is slechts één methode, populairder geworden door zijn niet-invasiviteit. Men zou veel indringender kunnen zijn. Zo beschrijven Ehlers et al. (1986) verwarmde inwendige sensoren die gebruik maken van warmteoverdracht tussen een hete draad en het bloed om de stroomsnelheid te bepalen, vergelijkbaar met de hete draad anemometers die worden gebruikt om de gasstroom in mechanische ventilatoren te meten.

  Andere methoden om de cardiac output te meten

  De rest van deze zijn, bij gebrek aan een beter woord, niche-opties. Men kan zijn hele loopbaan in de spoedeisende hulp doorlopen zonder ooit met één van deze methoden in aanraking te komen, en ze in een examen opnemen zou het toppunt van onbeleefdheid zijn. Ze worden hier alleen vermeld omdat ze af en toe in handboeken worden vermeld, in volgorde van meest invasief naar minst invasief:

  • Rotameter voor debietmeting: deze methode, de meest onnozele van alle tot nu toe vermelde methoden, is ook de meest nauwkeurige, en de meest invasieve. Invasief, in die zin dat men in feite het organisme moet vernietigen terwijl men het hartdebiet meet. De methode vereist dat de hoofdlongslagader wordt losgekoppeld van de pulmonale circulatie, zodat alle bloedstroom die uit de rechterharthelft komt, door de rotameter moet alvorens terug te keren naar de systemische circulatie. Op deze manier blijft tenminste geen druppel bloedstroom ongemeten, dachten Seely et al. (1950) die dit de “gouden standaard” noemden waaraan de directe Fick methode kan worden afgemeten. Onnodig te zeggen dat deze methode alleen wordt gebruikt bij opofferingsdieren in het laboratorium.
  • Elektromagnetische stromingssonde: bloed is een geleider, en wanneer het door een magnetisch veld beweegt, wordt er een spanning in geïnduceerd, die evenredig is met de snelheid ervan. Men kan dus de snelheid van het bloed meten door deze spanning te meten, indien de sterkte van het magnetisch veld bekend is. Hiervoor is een elektromagneet nodig die het bloedvat omsluit, en elektroden die in contact staan met de vaatwand. Dat is natuurlijk nogal opdringerig als het bloedvat van belang de aorta is. “Inappropriate in most clinical situations” is hoe Ehlers et al (1986) deze methode beschrijven.
  • Transthoracic impedance: De elektrische geleiding van de borstkas is sterk gerelateerd aan het daarin aanwezige bloedvolume, en als het hart pompt verandert dit bloedvolume (met een volume dat ongeveer gelijk is aan het slagvolume). Dit is de basis van de thoraximpedantiemeting van het hartdebiet. Voor de techniek moeten elektroden op de patiënt worden geplaatst, waartussen een stroom van constante grootte en hoge frequentie moet vloeien. De impedantievariatie in de tijd wordt geregistreerd als een spanningssignaal. De vorm lijkt op die van de arteriële drukgolfvorm. Helaas wordt deze methode gefrustreerd door vrijwel alles wat ook de ECG-monitoring kan frustreren (b.v. artefacten door de beweging van de patiënt). Bovendien veroorzaken verschillen in de samenstelling van het bloed en variaties in de plaatsing van de elektroden grote en onvoorspelbare fouten.
  • Magnetische susceptibiliteitsplethysmografie: deze techniek berust op het feit dat het magnetisch veld anders in de hartspier doordringt dan het bloed in het hart, zodat de veranderingen in het hartbloedvolume en de hartpositie door een magnetometer kunnen worden gemeten. Dit apparaat wordt op de borstkas geplaatst, en de rest van het lichaam wordt omgeven door een magnetisch veld. Dit is de minst invasieve techniek (er zijn geen kleverige elektroden of hoogfrequente stroom nodig), maar de patiënt moet wel in een enorm apparaat worden gehouden dat een uniform magnetisch veld produceert. Dat zal moeilijk uit te leggen zijn aan je afdelingshoofd.