Messung des Herzzeitvolumens im Herzkatheterlabor: Wie genau ist sie?

Morton Kern, MD, Klinischer Redakteur; Chefarzt, Long Beach Veterans, Administration Health Care System, Long Beach, Kalifornien; stellvertretender Chefarzt für Kardiologie, Professor für Medizin, University of California Irvine, Orange, Kalifornien; E-Mail: [email protected].

Kürzlich stellte Dr. Herb Aronow, ein interventioneller Kardiologe im St. Joseph Mercy Ann Arbor, Michigan, unserer interventionellen Kardiologengruppe die folgende Frage zum Herzzeitvolumen (CO):

„Ich habe einen Herrn, der eine beidseitige Amputation oberhalb des Knies hatte. Er ist 104,1 cm groß und hat ein Gewicht von 66 kg. Sein Hämoglobin (hgb) beträgt 7,1 mg/dl aufgrund eines Lymphoms, das mit Chemotherapie behandelt wurde. Seine arterielle Sauerstoffsättigung betrug 93 % bei Raumluft und die gemischtvenöse Sättigung (PA) lag bei 57 %. Kann ich seinen Fick-CO/CI-Wert schätzen oder ist es sinnvoller, nur die Sauerstoffsättigung anzugeben? Wie genau ist unsere Messung des Herzzeitvolumens in dieser Situation?“

Um diese Frage zu beantworten, wollen wir kurz die Standardmethoden betrachten. Das Herzzeitvolumen (CO) wird mit einem von zwei Verfahren bestimmt:

1. Fick-Technik mit Messung des Sauerstoffverbrauchs oder
2. Indikatorverdünnungstechnik (Thermodilution unter Verwendung eines PA-Katheters).

Die TD-Methode wird in The Cardiac Catheterization Handbook, 5. Aufl., ausführlich erörtert und enthält Informationen über die Theorie und Praxis der Ermittlung eines genauen TD-CO.

Das Fick-Prinzip für das Herzzeitvolumen

Das Fick-Prinzip besagt, dass die Aufnahme oder Abgabe einer Substanz durch ein beliebiges Organ das Produkt aus der arteriovenösen (A-V) Konzentrationsdifferenz der Substanz und dem Blutfluss zu diesem Organ ist. In diesem Fall handelt es sich um Sauerstoff im Blut, aber es könnten auch andere Indikatoren sein. Je langsamer das Blut fließt, desto mehr Sauerstoff wird dem Kreislauf entzogen und die Sättigung sinkt, und umgekehrt.

CO wird berechnet als Sauerstoffverbrauch geteilt durch die Differenz der arteriovenösen Sauerstoffkonzentration (in Millilitern Sauerstoff). Denken Sie daran, dass die prozentuale O2-Sättigung in die Menge (oder den Gehalt) an O2 umgerechnet wird, und zwar nach folgender Formel: Gehalt (1,36 x Hämoglobin x O2-Sättigung x 10).

In der Vergangenheit wurde der Sauerstoffverbrauch mit einer Haube gemessen, in der eine Sauerstoffsensorzelle den Sauerstoffgehalt der ausgeatmeten Luft misst. Das Stoffwechselmessgerät zeigt den Sauerstoffverbrauch in Litern pro Minute an. Diese Geräte lieferten die genaueste Messung des Sauerstoffverbrauchs und damit auch die genauesten Fick-Berechnungen, werden aber nur noch selten verwendet. Die Verwendung großer Douglas-Beutel zum Sammeln aller ausgeatmeten Gase für die Analyse ist nur noch von historischem Interesse.

Das Herzzeitvolumen (CO) nach dem Fick-Prinzip (O2-Verbrauch) wird wie folgt berechnet:

CO = /A-gemischte venöse O2-Differenz (ml O2/ 100ml Blut) x 10

Problem Nr. 1 mit der Fick-Berechnung: Verwendung des korrekten Sauerstoffgehalts

Die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz (A-VO2) wird aus arteriellem x gemischtvenösem (PA) O2-Gehalt berechnet, wobei O2-Gehalt = Sättigung % x 1.36 x Hämoglobin. Wenn zum Beispiel die arterielle Sättigung 95 % beträgt, dann ist der O2-Gehalt = 0,95 x 1,36 x 13,0 g = 16,7 ml, die PA-Sättigung beträgt 65 % und der O2-Verbrauch beträgt 210 ml/min (70 kg x 3 ml/kg) oder der gemessene Wert, und CO würde wie folgt bestimmt:

Problem Nr. 2 mit der Fick-Berechnung: Annahmen über den genauen Sauerstoffverbrauch

Um auf die von Dr. Aronow aufgeworfene Frage einzugehen, möchte ich die Gespräche mit unseren Experten darüber, wie man den CO-Wert am besten berechnet, weitergeben.

Mort Kern, Long Beach, CA: Sie können den CO-Wert anhand der am häufigsten verwendeten Formel, 3 mlO2/kg, schätzen, aber diese Formel ist im Vergleich zu einer direkten Messung nicht sehr genau. Es werden mehrere alternative Formeln vorgeschlagen (siehe Tabelle 1), die jedoch ebenfalls nur schwach mit den gemessenen Fick-Werten korrelieren (Narang et al1). Andrew Doorey und Kollegen aus Delaware haben in der CCI eine Veröffentlichung über die besseren Formeln veröffentlicht. Da die Variabilität von CO mit der Standardformel so groß ist, geben wir geschätzte Fick- und O2-Werte sowie, wenn gemessen, TD-Werte an. Wir können alle akzeptieren, dass der klinische Unterschied zwischen einem Output von 3 und 4 l/min für die Entscheidungsfindung kaum von Bedeutung ist. Basierend auf einer PA-Sättigung von 57 % wette ich, dass seine Auswurffraktion (EF) niedrig ist und der Output niedrig.

Andrew Doorey, Newark, DE: Hier sind die aufgezeichneten Daten aus unserer Studie, auf die Mort oben verwiesen hat (Abbildung 1). Die angenommene Fick-Methode ergab besonders schlechte Ergebnisse (wie schon oft berichtet wurde, nachdem wir die Literatur durchgesehen hatten), und viele sind der Meinung, dass sie aufgegeben werden sollte. In der Tat verwendet unser System die Lafarge-Gleichung. Diese Gleichung basiert auf pädiatrischen Messungen und wird ausdrücklich nicht zur Verwendung bei Erwachsenen empfohlen. Wenn Sie bei diesem System die Sättigung eingeben, bevor Sie die TD durchführen, wird die angenommene Fick-Gleichung als Standard für den Bericht und alle Ventilberechnungen verwendet, es sei denn, Sie führen 11 nicht-intuitive Schritte aus, um sie zu ändern. Wenn Sie auf die Schaltfläche TD klicken, ändert sich nur die Anzeige auf dem Bildschirm. Viele wissen das nicht, und es steht auch nicht in der Software-Dokumentation.

Wir verwenden dasselbe VO2-System (d. h. O2-Verbrauch) wie Mayo (Abbildung 2), das wir uns vom kardiopulmonalen Labor ausleihen. Es ist viel einfacher zu bedienen als der Douglas-Beutel. Es ist ein minimales Training erforderlich, aber wir fanden einige ziemlich große Unterschiede zwischen dem „angenommenen“ Fick und sogar TD und dem tatsächlichen (wir nannten es in unserer Arbeit „gemessenen“) Fick. Dies könnte bei der Berechnung von Ventilflächen eine große Rolle spielen.

Floyd W. Klein, Chicago, IL: Ich habe Schwierigkeiten mit der Vorstellung, dass eine Amputation den CO-Wert erhöht. Es ergibt für mich absolut Sinn, dass eine Amputation den VO2-Wert senken würde, wie bereits erwähnt, und dass die O2-Extraktion in Ruhe im Vergleich zu sportlichen Aktivitäten niedrig wäre. Es ergibt für mich keinen Sinn, dass eine Amputation den CO-Wert erhöhen würde; ich kann keine Wirkung oder eine geringe Abnahme feststellen. Daher muss die Bein-/Muskelextraktion auch in Ruhe höher sein, als Mort meint, sonst hätte er recht, was mir paradox erscheint.

Ich habe Google durchsucht. Wie Sie sich vorstellen können, interessieren sich die meisten Studien vor allem dafür, was passiert, wenn die Muskeln aktiv sind, und nicht, wenn sie sich in Ruhe befinden. Was ich in Erfahrung bringen konnte, ist, dass der Blutfluss in den Beinen in Ruhe recht heterogen ist; bei körperlicher Betätigung steigt der CO-Wert in den Extremitäten deutlich an (siehe „Skeletal muscle blood flow and oxygen uptake at rest and during exercise in humans: a pet study with nitric oxide and cyclooxygenase inhibition“, online verfügbar unter http://ajpheart.physiology.org/content/300/4/H1510).

Es scheint auch so zu sein, dass die Sauerstoffextraktion selbst in Ruhe ziemlich hoch ist. Die Sauerstoffextraktion steigt zwar bei körperlicher Betätigung, aber die wichtigste Reaktion auf körperliche Betätigung ist eine erhöhte CO-Konzentration. Um dies zu überprüfen, ist die neueste Literatur aus der Welt der Intensivmedizin heranzuziehen (siehe zum Beispiel „Femoral-based central venous oxygen saturation is not a reliable substitute for subclavian/internal jugular-based central venous oxygen saturation in patients who are critically ill“, online verfügbar unter http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20418366). Die Sättigung der Oberschenkelvenen ist etwas niedriger als die gemischtvenöse Sättigung und ändert sich bei kritisch kranken Patienten nicht proportional zur gemischtvenösen O2-Sättigung.

Die nächste Annahme wäre nun, dass das Fehlen von Beinen keinen Einfluss auf die Sauerstoffextraktion oder den Fluss durch die Eingeweide hat. Wenn wir davon ausgehen, können wir erklären, wie sich eine Amputation auf die Fick-Gleichung auswirken könnte. Aber ehrlich gesagt, weiß ich nichts davon mit Sicherheit.

Ich bin mindestens genauso besorgt darüber, wie sich die hämatologische Erkrankung auf die Sauerstofftransportkapazität bei diesem Patienten auswirkt wie die Amputation. Es ist möglich, dass die Affinität für O2 geringer ist und dass die Beziehung in der angenommenen Fick-Kurve in diesem Fall völlig falsch ist.

Barry Borlaug, Minneapolis, MN: Abbildung 3 zeigt die Verteilung des Herzzeitvolumens (angepasst an den lokalen VO2) in Ruhe (unten) und während der Belastung (oben). Der Skelettmuskel erhält normalerweise 15-20 % des CO, entnimmt aber, wie Mort betont, nicht viel, da in Abwesenheit von Muskelkontraktionen nur ein geringer Bedarf besteht. Bei körperlicher Betätigung steigt die absolute und proportionale Durchblutung des Skelettmuskels an, was auch zu einer erhöhten Extraktion führt. Es kommt zu einer Vasokonstriktion in Regionen, in denen ein erhöhter Fluss nicht benötigt wird (Nieren, splanchnisches Gefäßsystem). Wenn dies nicht der Fall wäre, würden wir alle hypoton werden und bei körperlicher Anstrengung ohnmächtig werden (dies geschieht bei den seltenen splanchnischen Gangliopathien, bei denen diese regionale Vasokonstriktion, die eine Umverteilung der Perfusion ermöglicht, verloren geht).

Im Mayo-Institut messen wir VO2 direkt zum Zeitpunkt der PA und der arteriellen Blutentnahme mit einem metabolischen Wagen von MGC Diagnostics (Abbildung 2). Dabei handelt es sich um genau das gleiche Gerät, das in unserem Labor für kardiopulmonale Belastungstests verwendet wird. Es sind zwar einige Vorabkosten und eine Schulung des Personals erforderlich, aber es ist ziemlich einfach und spart dem Arzt Zeit, da er nicht warten und 5 Thermodilutionsmessungen durchführen muss. Angesichts des Fehlers mit der angenommenen VO2 bin ich der Meinung, dass Sie TDCO verwenden sollten, wenn Sie wirklich eine genaue CO-Messung benötigen und VO2 nicht direkt messen können.

Mort Kern, Long Beach, CA: Die niedrigste venöse Sättigung stammt aus der venösen Drainage des Koronarsinus, dann aus dem Kopf. Höhere Sättigungswerte kommen aus den Nierenvenen (nicht viel Extraktion). Obwohl die unteren Extremitäten etwa 35-40 % der Körpermasse ausmachen, entziehen sie im Ruhezustand kein O2, so dass die venöse Sättigung im Ruhezustand in etwa derjenigen der herznahen Venen entspricht. Wenn sie aktiv sind, sinken die O2-Extraktion der Muskeln und die Sättigung. Meine Vermutung wäre, dass Amputationen den O2-Verbrauch verringern (weniger Masse, um O2 zu verbrauchen) und somit die Berechnung für CO höher ausfallen würde als vor der Amputation.

Kirk N. Garratt, New York City, NY: OK, ich glaube, dass der VO2-Wert durch die Anämie nicht beeinträchtigt wird, aber es fällt mir schwer zu glauben, dass die Amputationen ihn nicht beeinflussen. Die Muskelmasse der unteren Extremitäten hat einen hohen Stoffwechselbedarf, vielleicht den höchsten von allen Muskelgruppen, so dass der Verlust beider Beine den VO2-Wert senken muss. Wiki-Answer (die ultimative Forschungsquelle) sagt, dass Ihre Beine etwa 40 % Ihrer Masse ausmachen, aber es handelt sich um eine Masse mit hoher O2-Extraktion. Ich denke, die Standardberechnungen für die Leistung sollten genau sein, solange Sie einen genauen (korrigierten) BSA und einen gemessenen VO2 haben. Geschätzte VO2-Werte werden meines Erachtens sogar noch höhere Fehler aufweisen als üblich, weil die verlorene Masse in Gewebe mit hohem O2-Verbrauch angereichert wurde.

Lloyd W. Klein, Chicago, IL: Diese alten Papiere sind großartig. Ich bin mir nur noch nicht sicher, ob die bilaterale AK-Amputation relevant ist. Wie Sie wissen, ist es für den Nierenvenenstrom von Bedeutung, wo man die IVC-Sättigung vornimmt, da die O2-Extraktionsraten in viszeralen und muskulären Betten unterschiedlich sind. Ich spekuliere hier, dass, wenn keine Beine vorhanden sind, der gesamte IVC-Rückfluss viszeral ist und somit eine wirklich „gemischte“ IVC-Sättigung ohne Beine niedriger sein könnte. Das könnte in gewissem Maße den niedrigen PA-Sat in Ihrem Fall erklären. Verringert sich der O2-Verbrauch, wenn keine Beine vorhanden sind? Ihre Unterlagen legen das nicht nahe. Ist das CO oder das CI vermindert? Auch hier ist meine Vermutung, dass er zwar immer noch im normalen Bereich liegt, aber um 10-20 % niedriger sein muss, weil die unteren Extremitäten normalerweise so viel CO erhalten. Vielleicht gibt es einen kompensatorischen Mechanismus bei der Arbeit.

Herb Aronow, Ann Arbor, MI: Eine Studie von Gailey et al., in der der Sauerstoffverbrauch in Ruhe bei 39 Patienten mit traumatischem BKA (nicht genau dasselbe wie bei meinem Patienten, der wegen schwerer pAVK eine beidseitige AKA hatte, aber die besten Daten, die ich finden konnte) mit dem von 21 normalen Kontrollpersonen verglichen wurde, deutet darauf hin, dass es keinen Unterschied im VO2 in Ruhe zwischen diesen beiden Gruppen gab. In einer anderen Arbeit von Colangelo et al. wird die resultierende Verringerung der BSA nach Amputation verschiedener Gliedmaßenabschnitte/Ziffern, aufgeschichtet nach Geschlecht, dargestellt. Vielleicht könnte man diese Tabelle verwenden, um bei Bedarf Fick-CO in CI umzurechnen?

Schließlich verglichen Narang et al. die gemessene VO2 mit Hilfe der Douglas-Beuteltechnik mit der abgeleiteten VO2 unter Verwendung von 3 verschiedenen Formeln (siehe Tabelle 1). Wie Bourlag und Narang et al. anmerken, kann der Fehler bei der abgeleiteten gegenüber der gemessenen VO2 > 25% betragen! Das wirft die Frage auf, was die derzeit beste Praxis für die Bestimmung von Fick CO/CI im Katheterlabor ist. Ich kann Ihnen sagen, dass wir in meinem Labor NICHT mit einem Douglas-Beutel arbeiten.

Barry Borlaug, Minneapolis, MN: Es gibt keinen Zusammenhang zwischen Gesamtkörper-VO2 und Hgb, es sei denn, es gibt einen sekundären erhöhten myokardialen O2-Verbrauch, um einen Zustand mit höherer Leistung bei Anämie aufrechtzuerhalten. Der Fehler bei der angenommenen VO2 kann unter diesen Umständen +/-25 % betragen. Die A-VO2-Differenz (Fick-Nenner) beträgt: (.93-.57)*1.34*10*7.1=34.3.

Dies unterscheidet sich nicht wesentlich von dem, was man bei einer normalen PA-Sättigung (75%) und einem normalen Hgb (14) erhalten würde: (.93-.75)*1.34*10*14=33.8.

Wenn also VO2 normal ist, dann ist diese anämische CO ziemlich normale Leistung, aber das ist immer noch ein großes „wenn“ ohne direkte VO2-Messung.

Mort Kern, Long Beach, CA: Wie schätzen Sie den O2-Verbrauch anhand des Hgb? Hoher Hgb, niedriger Verbrauch? Eine PA-Sättigung von 57% trotz Anämie deutet auf einen niedrigen CO-Verbrauch hin, sollte ich meinen.

Larry Dean, Seattle, WA: Nicht so sicher. Bei der Anämie vermute ich, dass der angenommene Fick-Wert nicht niedrig sein wird. Schnelle Berechnung ist 4,7 l/m und CI 3,4 l/m/m2.

Sam Butman, Valle Verde, AZ: Sogar noch mehr (niedrige EF oder zumindest eine niedrige CO) angesichts seiner ziemlich signifikanten Anämie, die ihm einen viel höheren PA sat geben sollte.

Navin Kapur, Boston, MA: Um auf die ursprüngliche Frage zurückzukommen, ein paar Gedanken:

1. Bei stationären Patienten mit dekompensierter Herzinsuffizienz verfolgen wir oft gemischte venöse Sättigungswerte und arterielle Sättigungswerte bei unseren Herzinsuffizienz-Patienten, ohne notwendigerweise Fick- oder TD-Ausgänge zu verfolgen. Dies ermöglicht uns, die Therapie als Reaktion auf akute hämodynamische Veränderungen zu titrieren, wobei der ursprüngliche Datensatz als interne Kontrolle dient.
2. Das B-Zell-Lymphom verkompliziert die Situation sowohl bei der arteriellen als auch bei der venösen Sättigung. Ich bin mir nicht sicher, ob ich mich auf eine der Sättigungsmessungen verlassen würde, außer um einen Shunt auszuschließen, seine Lungenfunktion zu bewerten und akute Veränderungen festzustellen, je nachdem, warum die PA-Katheterisierung überhaupt durchgeführt wurde.
3. Wenn wir wirklich ein Gefühl für die Herzfunktion und die Reservefunktion dieses Patienten bekommen wollen, dann ist ein kardiopulmonaler Belastungstest mit gemessenem VO2 wahrscheinlich der beste Weg. Bei dem Versuch, die invasive Hämodynamik und die LV-Ejektionsfraktion zu korrelieren (die in erster Linie dazu dienen sollte, ihn als HFpEF / HFrEF zu stratifizieren und seine Eignung für eine Gerätetherapie zu ermitteln), ist alles andere als sicher.

Mike Ragosta, Charlottesville, VA: Das Hämoglobin hat keinen Einfluss auf den Sauerstoffverbrauch; das ist die Nachfrageseite, während die Anämie die Angebotsseite ist. Eine niedrige PA-Sättigung bei Anämie bedeutet nicht unbedingt ein niedriges Herzzeitvolumen. Wenn Sie sich die Analogie von Dr. Grossman ins Gedächtnis rufen und sich die roten Blutkörperchen als „Lastwagen“ vorstellen, die den Sauerstoff transportieren, dann haben Sie bei einem gegebenen Sauerstoffverbrauch weniger „Lastwagen“, die den Sauerstoff transportieren, wenn Sie eine Anämie haben. Um den Sauerstoffbedarf zu decken, müssen Sie also mehr Sauerstoff aus weniger Fahrzeugen extrahieren und haben daher bei Anämie eine niedrigere gemischtvenöse Sättigung als bei gleichem Herzzeitvolumen ohne Anämie. Es scheint, dass man in diesem Fall den Sauerstoffverbrauch tatsächlich messen muss. Andernfalls kann man nur raten.

Aus der Veröffentlichung von Narang et al in Circulation: „… die gemessene VO2 unterschied sich signifikant von den aus den Formeln von Dehmer, LaFarge und Bergstra abgeleiteten Werten mit medianen (Interquartilsbereich) absoluten Differenzen von 28,4 (13,1, 50,2) ml/min, 37,7 (19,4, 63,3) ml/min bzw. 31,7 (14,4, 54,5) ml/min (P < 0,0001 für jeden). Die gemessenen und geschätzten Werte wichen bei 17 % bis 25 % der Patienten um >25 % ab, je nach verwendeter Formel. Die mittleren absoluten Unterschiede waren bei stark fettleibigen Patienten (Body-Mass-Index > 40 kg/m2) größer, wurden aber nicht durch Geschlecht oder Alter beeinflusst. „1

Das Fazit

Ich stimme mit Dr. Borlaug, Ragosta und Narang und Kollegen überein, dass „…Schätzungen der Ruhe-VO2, die aus konventionellen Formeln abgeleitet werden, ungenau sind, besonders bei stark fettleibigen Personen. Wenn eine genaue hämodynamische Bewertung für die klinische Entscheidungsfindung wichtig ist, sollte VO2 direkt gemessen werden.“ Es sieht so aus, als bräuchten wir alle eine O2-Verbrauchshaube.

Danksagung

Ich möchte meinen Kollegen aus dem ganzen Land, echten Experten und Lehrern, danken, die so nachdenklich zu dieser informativen und unterhaltsamen Bildungsdiskussion beigetragen haben. Meine große Wertschätzung gilt Ihnen allen.

1. Narang N, Thibodeau JT, Levine BD, Gore MO, Ayers CR, Lange RA, Cigarroa JE, Turer AT, de Lemos JA, McGuire DK. Ungenauigkeit der geschätzten Sauerstoffaufnahme in Ruhe im klinischen Umfeld. Circulation. 2014 Jan 14; 129(2): 203-210. doi: 10.1161/CIRCULATIONAHA.113.003334.
2. Galley RS, Wenger MA, Raya M, Erbs KK, Spyropoulos P, Nash MS. Energieverbrauch trans-tibialer Amputierter während des Gehens in selbstgewähltem Tempo. Prosthet Orthot Int. 1994 Aug; 18(2): 84-91.