W niniejszym rozdziale zbadano związek z Sekcją G7 (iv) podstawowego Syllabusa CICM 2017, który oczekuje od kandydata na egzamin „opisania metod pomiaru rzutu serca, w tym kalibracji, źródeł błędów i ograniczeń „. Jest to również istotne dla sekcji G7 (vi), „zarys metod i zasad stosowanych do pomiaru regionalnego przepływu krwi”, ponieważ metody pomiaru przepływu krwi są takie same niezależnie od tego, czy mierzony jest przepływ całkowity czy regionalny. Jest to wspólna cecha poprzednich egzaminów CICM First Part Exams i powinno być priorytetem dla kandydata do rewitalizacji, pomimo faktu, że wiele z opisanych tu technik cierpi z powodu stopniowej utraty popularności przy łóżku chorego. Historyczne występy obejmowały:

• Pytanie 10 z drugiej pracy z 2017 roku (porównaj dwie metody)
• Pytanie 19 z pierwszej pracy z 2014 roku (sama termodylucja)
• Pytanie 12 z pierwszej pracy z 2011 roku (technika rozcieńczania wskaźnikowego)

Najbardziej przerażającą potencjalną odmianą tych pytań musiałoby być prawdopodobnie coś, w czym stażyści musieliby stworzyć tabelę porównującą i kontrastującą zalety i ograniczenia każdej z metod. Miejmy nadzieję, że to tabelaryczne podsumowanie będzie przydatne, jeśli kiedykolwiek zobaczymy, że to się powtórzy:

Z wielu powodów, z których nie najmniej ważnym jest ich znaczenie dla pomiarów rzutu serca metodą termodylucji, metoda rozcieńczeń wskaźnikowych i zasada Ficka zostały omówione głównie w części dotyczącej cewników Swana-Ganza do tętnicy płucnej. Ponieważ te pojęcia mają swoje własne rozdziały, tutaj będą stanowić jedynie część słabo oświetlonego tła.

Jak w przypadku każdego podstawowego tematu, nie brakuje wysokiej jakości recenzowanej literatury. Ehlers et al (1986) oferują doskonały krótki przegląd głównych technik, który zawiera pragmatyczny podział typu „zalety/wady”. Wolno dostępny artykuł Lavdaniti (2008) jest prawie tak samo dobry, tylko bez tej samej struktury. Jhanji, Dawson & Pearce (2008) są kolejną wolną alternatywą.

Pomiar rzutu serca metodą Ficka

Ujmując rzecz w najprostszy sposób, metoda Ficka pomiaru rzutu serca opiera się na obserwacji, że całkowity pobór tlenu przez organizm jest równy iloczynowi rzutu serca i różnicy zawartości tlenu w krwi tętniczej i żylnej. Logicznie rzecz biorąc, zasada ta jest nazywana zasadą Ficka. Przekształcając równanie:

To wszystko jest omówione bardziej szczegółowo w oddzielnym rozdziale dotyczącym zasady Ficka. Wystarczy powiedzieć, że właściwe zastosowanie tej metody wymaga kłopotliwego pomiaru całkowitego wdychanego i wydychanego tlenu (zwykle przy użyciu jakiegoś rodzaju maski lub torby do zbierania), a także jednoczesnych pomiarów krwi tętniczej i mieszanej krwi żylnej. To byłyby podstawowe składniki „bezpośredniej” metody Ficka. Istnieją również opcje „pośrednie”, gdzie jeden z bardziej niewygodnych pomiarów zastępuje się jakąś wartością szacunkową, np. gdy do oszacowania VO2 używa się nomogramu opartego na wieku/wadze/płci. Oczywiście, użycie szacunków wprowadza element błędu do pomiaru, który i tak nie jest szczególnie precyzyjny. Bezpośrednia metoda Ficka, nawet wykonywana w idealnych warunkach laboratoryjnych, ma zakres błędu około ±8%, zgodnie z ciekawym badaniem na zwierzętach przeprowadzonym przez Seely i wsp. (1950).

Metoda:

• Zużycie tlenu (VO2) jest mierzone przez porównanie ilości wdychanego i wydychanego tlenu, zwykle za pomocą worka do pobierania i/lub przepływomierza
• Zawartość mieszanego tlenu żylnego i zawartość tlenu tętniczego są mierzone bezpośrednio, z krwiobiegu
• Alternatywnie, dla metody pośredniej, mogą być dokonywane szacunki:
  • VO2 można oszacować na podstawie nomogramów
  • Mieszaną żylną zawartość tlenu można założyć na podstawie wartości normalnych lub oszacować na podstawie próbek z żyły centralnej
  • Tętniczą zawartość tlenu można oszacować na podstawie pulsoksymetrii

Źródła błędu:

• Metoda bezpośrednia staje się niedokładna, jeśli rzut serca jest nieregularny w okresie, w którym zbierane są pomiary
• Metoda pośrednia wprowadza różne niedokładności, których wielkość i kierunek byłyby określone głównie przez to, która wartość pomiarowa jest zastępowana wartością szacunkową.

Zalety:

• Metoda ta jest powszechnie postrzegana jako „złoty standard”
• Dokładność jest akceptowalna dla celów codziennego zarządzania hemodynamicznego
• Dane niezbędne do obliczenia pośredniego pomiaru rzutu serca metodą Ficka są już dostępne u wielu pacjentów oddziałów intensywnej terapii (tj.

Ograniczenia:

• Pomiar VO2 trwa kilka minut
• Częstość rzutu serca musi pozostać stabilna przez cały czas trwania pomiaru
• W przypadku metody bezpośredniej konieczne jest wykonanie pomiarów inwazyjnych, tj.tzn. pacjent będzie potrzebował pobrania próbki krwi tętniczej i cewnika do tętnicy płucnej
• Zakres błędu wynosi około ±8%, jak wspomniano powyżej (w porównaniu z rotametrem mierzącym przepływ krwi w głównej tętnicy płucnej)

Pomiar rzutu serca metodą rozcieńczenia wskaźnikowego

Z jakiegoś powodu, najwyraźniej zupełnie niezwiązanego z jego znaczeniem egzaminacyjnym, cały rozdział poświęcono metodzie rozcieńczenia wskaźnikowego pomiaru rzutu serca. Na szczęście nie ma sensu go czytać, gdyż podstawy zostały tu streszczone. W skrócie, metoda ta opiera się na założeniu, że podanie znanej dawki substancji dożylnie może być wykorzystane do pomiaru rzutu serca poprzez pomiar szybkości przenikania tej substancji do jakiegoś detektora niższego rzędu. Aby być bardziej precyzyjnym, obszar pod krzywą stężenie/czas może być użyty do określenia przepływu:

Wyrzut serca = dawka wskaźnika / obszar pod krzywą stężenie-czas

Jest to uproszczenie równania Stewarta-Hamiltona:

• V̇ = m/Ct,
  gdzie
  • V̇ = przepływ, czyli rzut serca
  • C = stężenie
  • m = dawka wskaźnika, oraz
  • t = czas

Metoda

• Substancja wskaźnikowa jest wstrzykiwana do krwiobiegu, przed detektorem
• Detektor mierzy
• Stężenie wskaźnika w czasie jest rejestrowane jako krzywa
• Powierzchnia pod tą krzywą jest całkowana w celu uzyskania mianownika dla równania rzutu serca (V̇ = m/Ct)
• Dostępne są różne warianty tej metody rozcieńczania:
  • Termodylucja (przez cewnik PA lub przez PiCCO)
  • Rozcieńczenie litem (LiDCO)
  • Rozcieńczenie konduktometryczne z użyciem soli fizjologicznej (oryginalna metoda Stewarta)
  • Rozcieńczenie barwnikiem wskaźnikowym (z użyciem zieleni indocyjaninowej lub błękitu Evansa)

Źródła błędów:

• Technika podawania wstrzykiwacza (temperatura, szybkość wstrzykiwania, objętość wstrzykiwacza, synchronizacja z cyklem oddechowym) odgrywa główną rolę w prawidłowym zapisie pomiarów.
• Czynniki występujące u pacjenta (np. przecieki wewnątrzsercowe, patologia zastawek) mogą rozpraszać lub rozcieńczać wstrzykiwany wskaźnik, powodując niedoszacowanie rzutu serca
• Ilość wstrzykiwanego płynu musi być skalibrowana do wielkości ciała pacjenta, tzn. duża objętość wstrzykiwanego preparatu spowoduje przeszacowanie rzutu serca małego dziecka
• Do termodylucyjnej wersji równania wymagane są liczne współczynniki korekcyjne, z których większość jest raczej szacowana niż mierzona
• Obliczanie pola (Ct) może stracić dokładność, jeśli częstotliwość próbkowania detektora jest zbyt niska

Wady:

• Dostęp do mieszanej krwi żylnej i krwi tętniczej nie jest niezbędny
• Liczne opcje wskaźników (sól fizjologiczna w temperaturze zimnej lub pokojowej, barwnik, lit, itp)
• Jest wygodny: dzięki elektronicznym obliczeniom, pomiar rzutu serca metodą termodylucji może być zautomatyzowany i ciągły
• Dobra korelacja ze złotym standardem pomiarów rzutu serca

Ograniczenia:

• Użycie barwnika ogranicza częstotliwość i powtarzalność pomiarów, ponieważ wytwarza recyrkulację, a nawet najszybciej oczyszczone barwniki są oczyszczane po kilku minutach.
• Ręczne całkowanie pola powierzchni pod krzywą stężenie/czas jest pracochłonne
• Automatyczne obliczanie rzutu serca wymaga stosowania współczynników korekcyjnych i współczynników, co zmniejsza jej dokładność
• Metoda ta opiera się na równomiernym mieszaniu krwi i jednokierunkowym przepływie
• Pomiary termodylucji mają wiele potencjalnych źródeł błędu
• W warunkach laboratoryjnych zgodność między tą metodą a bezpośrednią metodą Ficka mieści się w granicach 25%.

Pomiar rzutu serca za pomocą analizy konturu pulsu

Monitorowanie rzutu serca za pomocą urządzeń do monitorowania rzutu serca z konturem pulsu (PiCCO) jest metodą ciągłego monitorowania rzutu serca poprzez wykorzystanie kształtu fali ciśnienia tętniczego. Jest to również omówione w pewnym stopniu szczegółowo przez Jörna Grensemanna (2018), jeśli szczegóły są tym, czego szukasz. Bardziej niż prawdopodobne, że nie jest, w takim przypadku:

Metoda

• Kształt fali tętniczej jest pomiarem ciśnienia, który można przekształcić w pomiar objętości za pomocą współczynnika kalibracji.
• Ten współczynnik kalibracji pochodzi z informacji o relacji ciśnienie-objętość w aorcie i obejmuje impedancję tętniczą, podatność tętniczą i systemowy opór naczyniowy.
• Te zmienne mogą być mierzone bezpośrednio przy użyciu pomiarów rozcieńczenia wskaźnika lub mogą być oszacowane na podstawie nomogramów opartych na danych demograficznych pacjenta.
• Ciśnienie./czas fali tętniczej można następnie przekształcić w falę przepływ/czas, a objętość wyrzutową można następnie określić przez całkowanie pola powierzchni pod krzywą przepływ/czas.

Źródła błędu:

• Jeśli zmienne, które są używane do generowania współczynnika kalibracji, są mierzone bezpośrednio, np. przez termodylucję, wtedy dziedziczą wszystkie źródła błędu właściwe dla tej metody pomiaru rzutu serca.
• Jeśli współczynnik kalibracji jest szacowany na podstawie nomogramów, to oczywiście wprowadza błąd, ponieważ nomogramy mogą nie reprezentować rzeczywistości danego pacjenta.
• Jeśli urządzenie jest używane przez dłuższy czas, a stan pacjenta uległ zmianie (w szczególności właściwości układu naczyniowo-tętniczego), współczynnik kalibracji musi zostać ponownie obliczony, w przeciwnym razie pomiary będą niedokładne.

Zalety:

• Mniej inwazyjny (zazwyczaj, nie wymaga mieszanej krwi żylnej – tylko cewnik tętniczy i centralny cewnik żylny)
• Wygodny (i tak potrzebujesz cewnika tętniczego i CVC)
• Ciągły (analiza konturu pulsu może być zautomatyzowana i ciągła)

Ograniczenia:

• Drifts from calibration between thermodilution measurements
• Becomes confused by atrial fibrillation, as the pulse contour becomes erratic
• Becomes confused by IABP
• Ineffective wherever flow is non-pulsatile (eg. ECMO)

Pomiar rzutu minutowego serca metodą Dopplera

Ponownie, z jakiegoś powodu dopplerowski pomiar rzutu minutowego serca w LVOT doczekał się własnego (bardzo krótkiego) rozdziału, mimo że nigdy nie był wymieniany na żadnym egzaminie. Bardziej szczegółowe omówienie tej techniki i jej ograniczeń opublikowali Huntsman i wsp ( 1983). W skrócie, opiera się ona na założeniu, że objętość krwi, która przemieszcza się z serca podczas skurczu, może być przedstawiona matematycznie jako w zasadzie cylindryczna kolumna. Płaski wymiar tej kolumny (tj. pole przekroju poprzecznego drogi odpływu LVOT) nie jest oczywiście idealnie okrągły, ale jest wystarczająco zbliżony dla standardów dokładności monitorowania rzutu serca, a my mamy tendencję do jego przybliżania na podstawie dwóch pomiarów echa LVOT. Kolumna o kolistej podstawie w kształcie LVOT porusza się w kierunku krążenia systemowego z pewną prędkością. Ta prędkość nie jest oczywiście stała, ponieważ rzut serca jest pulsacyjny, ale to nie ma znaczenia, jeśli tylko ją zmierzymy i wykreślimy jako prędkość w czasie. W ten sposób otrzymamy pole powierzchni pod krzywą prędkość-czas, co nazywane jest całką prędkości-czas. Tak więc, pole przekroju poprzecznego aorty, pomnożone przez odległość przebytą przez kolumnę krwi, daje objętość wyrzucaną na uderzenie; a kiedy już mamy objętość wyrzutową i częstość akcji serca, mamy rzut serca; lub:

CO = HR × (VTI × CSA)

gdzie:

• CO to rzut serca,
• HR to częstość akcji serca,
• VTI to całka prędkości w czasie, tj.CSA to pole powierzchni pod krzywą prędkość/czas
• CSA to pole przekroju poprzecznego LVOT
  • Więc, VTI × CSA to objętość wyrzutowa

Metoda

• LVOT VTI jest obliczana przez umieszczenie objętości próbki metodą Dopplera pulsacyjnego w drodze odpływu i rejestrowanie prędkości w czasie.
• Zwykle robi się to używając widoku „koniuszkowego pięciokomorowego”, z objętością próbki umieszczoną poniżej zastawki aortalnej.
• W tej pozycji rejestruje się wykres prędkości/czasu fali pulsacyjnej Dopplera, a VTI jest śledzona od najbardziej zewnętrznej krawędzi prędkości modalnej.

Źródła błędów:

• Sonda musi być skierowana w kierunku przepływu krwi; każdy kąt poza tym kierunkiem spowoduje zmianę VTI i stanie się źródłem niedokładności. Większość autorów (np. Blanko, 2020) sugeruje, że wszystko w granicach 20° jest wystarczająco dobre dla prac rządowych.
• Objętość wyrzutowa określona metodą LVOT VTI będzie się różnić w całym cyklu oddechowym (do 10%), co oznacza konieczność zebrania pomiarów seryjnych (3-4 uderzenia) w celu dokładnego oszacowania średniego rzutu serca w ciągu minuty. Srebrna podszewka: zmienność tę można wykorzystać do przewidywania reakcji na płyny.
• Zmienność objętości wyrzutowej w migotaniu przedsionków sprawia, że metoda ta jest mniej dokładna u pacjentów z migotaniem przedsionków, a w celu jej skorygowania należy śledzić i uśredniać większą liczbę uderzeń (5-7).
• Śledzenie VTI jest subiektywne
• Metoda ta zakłada przepływ laminarny, którym przepływ aortalny nie jest.

Zalety:

• Nieinwazyjna
• Łatwo dostępna
• W odpowiednich rękach, dość dokładna (Villavicencio i inni, 2019)

Ograniczenia:

• Trudne do odtworzenia
• Zmienność międzyobserwacyjna
• Limitowane przez dostępność okienka ultrasonograficznego (tj.e. niemożliwy jeśli pacjent ma opatrunki albo gaz w śródpiersiu)
• Dokładność zależna od kąta wiązki

Nawiasem mówiąc, jest wiele różnych sposobów mierzenia tych parametrów, a USG Dopplera jest tylko jedną z metod, spopularyzowaną przez jej nieinwazyjność. Jeden mógłby być dużo bardziej inwazyjny. Na przykład, Ehlers et al (1986) opisują ogrzewane czujniki wewnątrzżylne, które wykorzystują wymianę ciepła między gorącym drutem a krwią do określenia tempa przepływu, podobne do anemometrów z gorącym drutem używanych do pomiaru przepływu gazu w mechanicznych respiratorach.

Inne metody pomiaru rzutu serca

Reszta z nich to, z braku lepszego słowa, opcje niszowe. Można przejść przez całą swoją karierę w opiece krytycznej, nigdy nie napotykając nawet jednej z tych metod, a uwzględnienie ich w jakimkolwiek egzaminie byłoby szczytem nieuprzejmości. Są one naprawdę włączone tutaj tylko dlatego, że są czasami wspomniane w podręcznikach, wymienione w kolejności od najbardziej inwazyjnych do najmniej inwazyjnych:

• Rotametr do pomiaru przepływu: ta metoda, najbardziej brutalnie głupia ze wszystkich metod wymienionych do tej pory, jest również najdokładniejsza i najbardziej inwazyjna. Inwazyjna w tym sensie, że w zasadzie trzeba zniszczyć organizm podczas mierzenia jego rzutu serca. Metoda wymaga odłączenia głównej tętnicy płucnej od krążenia płucnego, tak że cały strumień krwi wypływający z prawego serca musi przejść przez rotametr, zanim zostanie zwrócony z powrotem do krążenia systemowego. Przynajmniej w ten sposób ani jedna kropla krwi nie pozostaje nie zmierzona, jak stwierdzili Seely i wsp. (1950), którzy opisali to jako „złoty standard”, w stosunku do którego należy mierzyć bezpośrednią metodę Ficka. Nie trzeba dodawać, że jest ona stosowana tylko na ofiarnych zwierzętach laboratoryjnych.
• Elektromagnetyczna sonda przepływu: krew jest przewodnikiem i kiedy porusza się przez pole magnetyczne, indukowane jest w niej napięcie, które jest proporcjonalne do jej prędkości. Można więc zmierzyć prędkość krwi poprzez pomiar tego napięcia, jeśli znane jest natężenie pola magnetycznego. Wymaga to elektromagnesu otaczającego naczynie krwionośne oraz elektrod stykających się ze ścianą naczynia. To oczywiście będzie nieco inwazyjne, jeśli interesującym nas naczyniem jest aorta. Ehlers i wsp. (1986) opisują tę metodę jako „nieodpowiednią w większości sytuacji klinicznych”.
• Impedancja przezklatkowa: Przewodność elektryczna klatki piersiowej jest silnie związana z objętością krwi w niej zawartej, a w miarę pompowania przez serce ta objętość krwi zmienia się (o objętość w przybliżeniu równą objętości wyrzutowej). Jest to podstawa pomiaru rzutu serca metodą impedancji klatki piersiowej. Technika ta wymaga umieszczenia na pacjencie elektrod, pomiędzy którymi przepływa prąd o stałej wielkości i wysokiej częstotliwości. Zmienność impedancji w czasie jest rejestrowana jako sygnał napięciowy. Najwyraźniej jego kształt jest podobny do kształtu fali ciśnienia tętniczego. Niestety, metoda ta jest utrudniona przez prawie wszystko, co może utrudniać monitorowanie EKG (np. artefakt związany z ruchem pacjenta). Ponadto, różnice w składzie krwi i różnice w rozmieszczeniu elektrod powodują duże i nieprzewidywalne błędy.
• Pletyzmografia podatności magnetycznej: technika ta opiera się na fakcie, że pole magnetyczne przenika przez mięsień sercowy w inny sposób niż krew sercowa, a zatem zmiany objętości krwi sercowej i pozycji serca mogą być mierzone przez magnetometr. Urządzenie to jest umieszczane na klatce piersiowej, a reszta ciała jest otoczona polem magnetycznym. Jest to najmniej inwazyjna technika (nie wymaga przyklejonych elektrod ani prądu o wysokiej częstotliwości), ale wymaga trzymania pacjenta wewnątrz ogromnego urządzenia, które wytwarza jednolite pole magnetyczne. To będzie trudne do wytłumaczenia twojemu dyrektorowi jednostki.