Detta kapitel undersöker förhållandet mellan avsnitt G7(iv) i 2017 års kursplan för CICM Primary Syllabus, som förväntar sig att examinanden ska ”beskriva metoderna för mätning av hjärtminutvolym inklusive kalibrering, felkällor och begränsningar”. Det är också relevant för avsnitt G7 (vi), ”beskriva metoder och principer som används för att mäta regionalt blodflöde”, eftersom metoderna för att mäta blodflöde är desamma oavsett om det är totalt eller regionalt flöde som mäts. Detta är ett vanligt inslag i tidigare CICM-examina i första delen och bör vara en prioritet för den som ska revidera, trots att många av de tekniker som beskrivs här har lidit av en gradvis förlust av popularitet vid sängkanten. Historiska förekomster har inkluderat:

• Fråga 10 från det andra provet 2017 (jämför två metoder)
• Fråga 19 från det första provet 2014 (enbart termodilution)
• Fråga 12 från det första provet 2011 (indikatorutspädningsteknik)

Den mest skrämmande potentiella variationen av dessa frågor skulle antagligen vara något där praktikanterna måste skapa en tabell som jämför och kontrasterar fördelarna och begränsningarna med varje metod. Förhoppningsvis kommer denna sammanfattning i tabellform att vara till nytta om vi någonsin får se detta hända igen:

För en rad olika skäl, inte minst på grund av deras relevans för termodilutionsmätningar av hjärtminutvolymen, diskuteras indikatorutspädningsmetoden och Fick-principen huvudsakligen i avsnittet om Swan-Ganz-pulmonalartärkatetrar. Eftersom dessa begrepp har fått egna kapitel kommer de här endast att utgöra en del av den svagt belysta bakgrunden.

Som med varje kärnämne finns det ingen brist på högkvalitativ peer-reviewed litteratur. Ehlers et al (1986) erbjuder en utmärkt kort översikt över de viktigaste teknikerna, med en pragmatisk uppdelning av typen ”fördelar/nackdelar”. En fritt tillgänglig artikel av Lavdaniti (2008) är nästan lika bra, men har inte samma struktur. Jhanji, Dawson & Pearce (2008) är ett annat fritt alternativ.

Mätning av hjärtminutvolymen med Fick-metoden

Fick-metoden för att mäta hjärtminutvolymen bygger i sin enklaste form på observationen att kroppens totala syreupptag är lika med produkten av hjärtminutvolymen och skillnaden i syrehalt mellan artär och venös blodkropp. Logiskt sett kallas denna princip för Fick-principen. Om man omformar ekvationen:

Den här saken diskuteras mer ingående i ett separat kapitel som handlar om Fickprincipen. Det räcker med att säga att en korrekt tillämpning av denna metod kräver en besvärlig mätning av det totala inandade och utandade syret (vanligtvis med hjälp av någon form av mask eller uppsamlingspåse), samt samtidiga mätningar av arteriellt och blandat venöst blod. Detta skulle vara de väsentliga ingredienserna i den ”direkta” Fickmetoden. Det finns också ”indirekta” alternativ där en av de mer besvärliga mätningarna ersätts av något slags uppskattat värde, t.ex. där man använder ett ålders-, vikt- och könsbaserat nomogram för att uppskatta VO2. Det är uppenbart att användningen av uppskattningar innebär att ett felelement införs i en mätning som redan inte är särskilt exakt. Den direkta Fick-metoden har, även när den utförs under perfekta laboratorieförhållanden, ett felintervall på cirka ±8 %, enligt en intressant djurstudie av Seely et al (1950).

Metod:

• Syreförbrukningen (VO2) mäts genom att jämföra mängden inandat syre och utandat syre, vanligtvis med hjälp av en uppsamlingspåse och/eller en flödesmätare
• Det blandade venösa syreinnehållet och det arteriella syreinnehållet mäts direkt, från blodomloppet
• Alternativt, för den indirekta metoden, kan man göra uppskattningar:
  • VO2 kan uppskattas från nomogram
  • Den blandade venösa syrehalten kan antas utifrån normalvärden, eller uppskattas från centralvenösa prover
  • Den arteriella syrehalten kan uppskattas från pulsoximetri

Felskällor:

• Den direkta metoden blir felaktig om hjärtminutvolymen är oregelbunden under den period då mätningarna samlas in
• Den indirekta metoden introducerar en mängd olika felaktigheter, vars storlek och riktning huvudsakligen skulle bestämmas av vilket mätvärde som ersätts med en uppskattning.

Fördelar:

• Denna metod betraktas allmänt som ”guldstandard”
• Noggrannheten är godtagbar för dagliga hemodynamiska hanteringsändamål
• De nödvändiga uppgifterna för att beräkna en indirekt Fick-kardiac output-mätning finns redan hos många intensivvårdspatienter (i.

Begränsningar:

• Mätningen av VO2 tar några minuter
• Hjärtminutvolymen måste förbli stabil under mätningen
• För den direkta metoden måste invasiva mätningar göras, dvs.D.v.s. patienten behöver arteriell blodprovtagning och en kateter i lungartären
• Felområdet är omkring ±8 %, som nämnts ovan (jämfört med en flödesrotameter som mäter blodflödet i lungans huvudartär)

Hjärtminskningsmätning med hjälp av indikatorutspädning

För någon anledning, som uppenbarligen är helt orelaterad till dess betydelse vid tentamen, ägnades ett helt kapitel åt indikatorutspädningsmetoden för mätning av hjärtminutvolymen. Lyckligtvis finns det ingen anledning att läsa det, eftersom grunderna sammanfattas här. I korthet bygger denna metod på förutsättningen att man genom att ge en känd dos av en substans intravenöst kan mäta hjärtminutvolymen genom att mäta ämnets passagehastighet vid en viss detektor i efterföljande led. För att vara mer exakt kan arean under koncentrations-/tidskurvan användas för att bestämma flödet:

Cardiac output = indikatordos / area under koncentrations-/tidskurvan

Detta är en förenkling av Stewart-Hamiltons ekvation:

• V̇ = m/Ct,
  där
  • V̇ = flöde eller hjärtminutvolym
  • C = koncentration
  • m = dos av indikatorn, och
  • t = tid

Metod

• En indikatorsubstans injiceras i blodomloppet, uppströms en detektor
• Detektorn mäter
• Indikatorns koncentration över tiden registreras som en kurva
• Området under denna kurva integreras för att ge nämnaren för ekvationen för hjärtminutvolym (V̇ = m/Ct)
• Flera varianter av denna utspädningsmetod finns:
  • Thermodilution (med PA-kateter eller med PiCCO)
  • Litiumutspädning (LiDCO)
  • Konduktivitetsutspädning med hjälp av koksaltlösning (den ursprungliga Stewart-metoden)
  • Utspädning av indikatorfärgämne (med hjälp av indocyaningrönt eller Evans Blue)

Felskällor:

• Injektionsteknik (temperatur, injektionshastighet, injektionsvolym, timing med andningscykeln) spelar en viktig roll för korrekt registrering av mätningar.
• Patientfaktorer (t.ex. intrakardiella shuntar, klaffpatologi) kan sprida eller späda ut den injicerade indikatorn, vilket resulterar i en underskattning av hjärtminutvolymen
• Mängden injektionsvätska måste kalibreras till patientens kroppsstorlek, dvs. en stor injektionsvolym kommer att överskatta hjärtminutvolymen hos ett litet barn
• Antaliga korrektionsfaktorer krävs för termodilutionsversionen av ekvationen, varav de flesta är uppskattade snarare än uppmätta
• Beräkningen av (Ct)-ytan kan förlora i noggrannhet om detektorns samplingsfrekvens är för låg

Varordelar:

• Access till blandat venöst blod och arteriellt blod är inte nödvändigt
• Antaliga indikatoralternativ (kall eller rumstempererad saltlösning, färgämne, litium etc)
• Det är bekvämt: Med elektroniska beräkningar kan termodilutionsmätning av hjärtminutvolymen automatiseras och ske kontinuerligt
• God korrelation med guldstandardmätningar av hjärtminutvolymen

Begränsningar:

• Användning av färgämne begränsar frekvensen och upprepningsbarheten av mätningar, eftersom det ger upphov till recirkulation, och även de snabbast clearade färgämnena försvinner efter några minuter.
• Den manuella integrationen av arean under koncentrations-/tidskurvan är arbetskrävande
• Automatiserad beräkning av hjärtminutvolym innebär användning av korrektionsfaktorer och koefficienter, vilket minskar dess noggrannhet
• Metoden bygger på en jämn blandning av blodet och ett enkelriktat flöde
• Thermodilutionsmätningar har många potentiella felkällor
• Under laboratorieförhållanden är överensstämmelsen mellan denna metod och den direkta Fick-metoden inom en marginal på 25 %.

Mätning av hjärtminutvolym med hjälp av pulskonturanalys

Kardiac output monitoring by pulse contour cardiac output monitor devices (PiCCO) är en metod för kontinuerlig övervakning av hjärtminutvolym med hjälp av formen på den arteriella tryckvågformen. Den diskuteras också ganska ingående av Jörn Grensemann (2018), om det är detaljer som du är ute efter. Mer än sannolikt är det inte det, i vilket fall:

Metod

• Den arteriella vågformen är ett tryckmått, som kan omvandlas till ett volymmått med hjälp av en kalibreringsfaktor.
• Denna kalibreringsfaktor härleds från information om förhållandet mellan tryck och volym i aorta och omfattar arteriell impedans, arteriell följsamhet och systemisk vaskulär resistans.
• Dessa variabler kan mätas direkt med hjälp av indikatorutspädningsmätningar, eller så kan de uppskattas från nomogram baserade på patientens demografiska data.
• Trycket./tid arteriell vågform kan sedan omvandlas till en flödes/tidsvågform, och slagvolymen kan sedan bestämmas genom att integrera arean under flödes/tidskurvan.

Felkällor:

• Om variablerna som används för att generera kalibreringsfaktorn mäts direkt, t.ex.
• Om kalibreringsfaktorn uppskattas från nomogram, innebär det naturligtvis ett fel eftersom nomogrammen kanske inte representerar verkligheten för en viss patient.
• Om apparaten används under en längre tid och patientens tillstånd har förändrats (särskilt egenskaperna hos det arteriella kärlsystemet) måste kalibreringsfaktorn beräknas på nytt, annars blir mätningarna felaktiga.

Fördelar:

• Mindre invasivt (kräver vanligen inte blandat venöst blod – endast en arteriell och centralvenös kateter )
• Bekvämt (man behöver ändå en arteriell kateter och en CVC)
• Kontinuerligt (pulskonturanalysen kan automatiseras och ske kontinuerligt)

Begränsningar:

• Drivs från kalibrering mellan termodilutionsmätningar
• Förvirras av förmaksflimmer, eftersom pulskonturen blir oregelbunden
• Förvirras av IABP
• Ineffektivt när flödet inte är pulserande (t.ex. ECMO)

Mätning av hjärtminutvolym genom dopplerhastighetsmätning

Av någon anledning har LVOT-dopplermätning av hjärtminutvolym av någon anledning fått ett eget (mycket kort) kapitel, även om det aldrig har nämnts i något examenstillfälle. En mer detaljerad diskussion om denna teknik och dess begränsningar har publicerats av Huntsman et al ( 1983). Kort sagt bygger den på antagandet att blodvolymen, när den rör sig ut ur hjärtat under systole, matematiskt kan representeras som en i princip cylindrisk kolonn. Den platta dimensionen av denna kolonn (dvs. tvärsnittsarean av LV:s utflödeskanal) är naturligtvis inte helt cirkulär, men den är tillräckligt nära för att uppfylla noggrannhetsnormerna för övervakning av hjärtminutvolymen, och vi tenderar att approximera den från två ekomätningar av LVOT. Kolonnen med denna cirkulära LVOT-formade bas rör sig i riktning mot den systemiska cirkulationen med någon form av hastighet. Den hastigheten är naturligtvis inte konstant, eftersom hjärtminutvolymen är pulserande, men det spelar ingen roll så länge man kan mäta den och rita upp den som hastighet över tiden. Detta ger dig arean under hastighets-tidskurvan, som annars kallas hastighets-tidsintegralen. Aortans tvärsnittsarea multiplicerad med den sträcka som blodpelaren färdas ger alltså den volym som utsprutas per slag, och när man har slagvolymen och hjärtfrekvensen har man hjärtminutvolymen, eller:

CO = HR × (VTI × CSA)

där:

• CO är hjärtminutvolymen,
• HR är hjärtfrekvensen,
• VTI är hastighets-tidsintegralen, dvs.dvs. arean under hastighets-/tidskurvan
• CSA är LVOT:s tvärsnittsarea
  • Sålunda är VTI × CSA slagvolymen

Metod

• LVOT VTI beräknas genom att placera den pulserande dopplerprovsvolymen i utflödeskanalen och registrera hastigheten över tiden.
• I vanliga fall görs detta med hjälp av den ”apikala femkammarvyn”, med provvolymen placerad under aortaklaffen.
• Pulsvågsdopplerhastigheten/tidsdiagrammet registreras i detta läge, och VTI spåras från den yttersta kanten av den modala hastigheten.

Felkällor:

• Sonden måste vara riktad i blodflödets riktning; varje vinkel bort från denna riktning kommer att resultera i en förändrad VTI och bli en källa till felaktighet. De flesta författare (t.ex. Blanko, 2020) föreslår att allt inom 20° är tillräckligt bra för myndighetsarbete.
• Slagvolymen som bestäms med LVOT VTI-metoden kommer att variera under andningscykeln (med upp till 10 %), vilket innebär att seriemätningar (3-4 slag) måste samlas in för att korrekt uppskatta den genomsnittliga hjärtminutvolymen under en minut. Silver lining: denna variabilitet kan i sig själv användas för att förutsäga vätskeanspråkighet.
• Variabiliteten i slagvolymen vid förmaksflimmer gör denna metod mindre noggrann hos AF-patienter, och fler slag (5-7) måste spåras och medelvärdesberäknas för att justera för detta.
• Spårning av VTI är subjektiv
• Metoden utgår från laminärt flöde, vilket aortakörtelflöde inte är.

Fördelar:

• Non-invasiv
• Lätt tillgänglig
• I rätt händer, ganska exakt (Villavicencio et al, 2019)

Begränsningar:

• Svårt att reproducera
• Interobservatörsvariabilitet
• Begränsad av ultraljudsfönstrets tillgänglighet (i.D.v.s. omöjligt om patienten har förband eller gas i mediastinum)
• Noggrannhet beroende av strålvinkel

Det finns för övrigt många olika sätt att mäta dessa parametrar, och Doppler ultraljud är bara en metod, som blivit populärare på grund av sin icke-invasivitet. Man skulle kunna vara mycket mer påträngande. Till exempel beskriver Ehlers et al (1986) uppvärmda sensorer i inomhusbädden som använder värmeöverföring mellan en varm tråd och blodet för att bestämma flödeshastigheten, vilket liknar de anemometrar med varm tråd som används för att mäta gasflödet i mekaniska respiratorer.

Andra metoder för mätning av hjärtminutvolym

Resten av dessa är, i brist på ett bättre ord, nischade alternativ. Man kan gå igenom hela sin karriär inom intensivvården utan att någonsin stöta på en enda av dessa metoder, och att inkludera dem i någon form av prov skulle vara toppen av oförskämdhet. De finns egentligen bara med här för att de ibland nämns i läroböcker, listade i ordning från mest invasiva till minst invasiva:

• Flödesmätande rotameter: Denna metod, som är den mest brutalt korkade av alla de metoder som hittills nämnts, är också den mest exakta och den mest invasiva. Invasiv i den meningen att man i princip måste förstöra organismen medan man mäter dess hjärtminutvolym. Metoden kräver att den huvudsakliga lungartären kopplas bort från lungcirkulationen, så att allt blodflöde som kommer ut från det högra hjärtat måste passera genom rotamometern innan det återförs tillbaka till den systemiska cirkulationen. Åtminstone på detta sätt går inte en enda droppe blodflöde omätt, ansåg Seely et al (1950) som beskrev detta som den ”gyllene standarden” mot vilken man kan mäta den direkta Fick-metoden. Självfallet används den endast på offrande laboratoriedjur.
• Elektromagnetisk flödessond: Blod är en ledare, och när det rör sig genom ett magnetfält induceras en spänning i det, som är proportionell mot dess hastighet. Man kan alltså mäta blodets hastighet genom att mäta denna spänning, om magnetfältets styrka är känd. Detta kräver en elektromagnet som omsluter blodkärlet och elektroder som är i kontakt med kärlväggen. Detta kommer naturligtvis att vara något påträngande om det aktuella kärlet är aorta. ”Olämpligt i de flesta kliniska situationer” är hur Ehlers et al (1986) beskriver denna metod.
• Transthorakal impedans: Den elektriska ledningsförmågan i bröstkorgen är starkt relaterad till den blodvolym som finns i den, och när hjärtat pumpar förändras denna blodvolym (med en volym som är ungefär lika stor som slagvolymen). Detta är grunden för bröstimpedansmätning av hjärtminutvolym. Tekniken kräver att elektroder placeras på patienten och att en ström med konstant styrka och hög frekvens flödar mellan dem. Impedansvariationen över tiden registreras som en spänningssignal. Uppenbarligen liknar dess form den arteriella tryckvågformen. Tyvärr hindras denna metod av i stort sett allt som också kan hindra EKG-övervakning (t.ex. artefakt från patientens rörelse). Dessutom ger skillnader i blodets sammansättning och variationer i elektrodplacering stora och oförutsägbara fel.
• Magnetisk susceptibilitets-pletysmografi: Denna teknik bygger på det faktum att magnetfältet tränger igenom hjärtmuskeln på ett annat sätt än hjärtblodet, och därför kan förändringarna i hjärtblodvolymen och hjärtats position mätas av en magnetometer. Denna anordning placeras på bröstet och resten av kroppen omges av ett magnetfält. Detta är den minst invasiva tekniken (inga klibbiga elektroder eller högfrekventa strömmar behövs), men den innebär att patienten hålls inne i en enorm apparat som producerar ett jämnt magnetfält. Det kommer att bli svårt att förklara för din enhetschef.