Kontinuierlicher venös-arterieller Doppler-Ultraschall während einer Preload-Challenge
Summary
Die Frank-Starling-Sarnoff-Kurve ist klinisch bedeutsam und beschreibt den Zusammenhang zwischen kardialer Vorlast und Leistung. Dieser Bericht veranschaulicht eine neuartige Methode der simultanen jugularvenösen und carotisarteriellen Doppler-Velocimetrie als transiente Surrogate der kardialen Vorlast bzw. des kardialen Ausgangs; Dieser Ansatz wird durch kabellosen, tragbaren Doppler-Ultraschall ermöglicht.
Abstract
Eine Preload Challenge (PC) ist ein klinisches Manöver, das erstens die Herzfüllung (d. h. die Vorlast) erhöht und zweitens die Änderung des Herzzeitvolumens berechnet. Grundsätzlich ist ein PC ein Ansatz am Krankenbett, um die Frank-Starling-Sarnoff-Kurve (d. h. die “Herzfunktion”) zu testen. Normalerweise weist diese Kurve eine steile Steigung auf, so dass eine kleine Änderung der kardialen Vorlast eine große Änderung des Schlagvolumens (SV) oder des Herzzeitvolumens erzeugt. In verschiedenen Krankheitsstadien flacht die Steigung dieser Beziehung jedoch ab, so dass eine Erhöhung des Volumens in das Herz zu einem geringen Anstieg der SV führt. In diesem pathologischen Szenario ist es unwahrscheinlich, dass eine zusätzliche kardiale Vorlast (z. B. intravenöse Flüssigkeit) physiologisch wirksam ist und zu Schäden führen kann, wenn sich eine Organstauung entwickelt. Daher ist es klinisch nützlich, sowohl die kardiale Vorlast als auch die kardiale Leistung abzuleiten, da sie die intravenöse (IV) Flüssigkeitsreanimation leiten kann. Dementsprechend ist es das Ziel dieses Protokolls, eine Methode zur gleichzeitigen Verfolgung der Surrogate der kardialen Vorlast und Leistung unter Verwendung eines neuartigen, drahtlosen, tragbaren Ultraschalls während einer gut validierten Vorlastherausforderung zu beschreiben.
Introduction
Die Frank-Starling-Sarnoff-Kurve beschreibt den Zusammenhang zwischen kardialer Vorlast und Leistung 1,2,3,4. Historisch wird diese Kurve dargestellt, indem der rechte Vorhofdruck auf die Abszisse und das Herzzeitvolumen oder Schlagvolumen (SV)5 auf die Ordinate aufgetragen werden. Die Beurteilung der Steigung dieser Kurve ist klinisch wichtig, da die Beziehung zwischen Herzfüllung und -ausscheidung dynamisch ist. Die Steigung der Kurve gibt somit Aufschluss über die Reanimationsstrategie 1,4. Insbesondere, wenn die Steigung der Frank-Starling-Sarnoff-Kurve (d. h. “Herzfunktion”) steil ist, erhöht eine Erhöhung der Vorlast (z. B. die Verabreichung von intravenöser Flüssigkeit) die Leistung. Wenn die Steigung der Herzfunktionskurve hingegen flach ist, erhöht die intravenöse (IV) Flüssigkeitszufuhr den SV2 nicht.
Es ist wichtig zu wissen, wann die intravenöse Flüssigkeit die SV erhöht oder nicht, damit der behandelnde Arzt physiologisch unwirksame Flüssigkeit 4,6 vermeiden kann, d. h. das Szenario, in dem die intravenöse Flüssigkeitszufuhr an einen Patienten die SV 7,8 nicht erhöht. Die Identifizierung dieses relativ häufigen klinischen Zustands erfolgt über eine Preload Challenge (PC), bei der es sich um ein klinisches Manöver handelt, das die Steigung der Herzfunktionskurve “testet”3. Ein PC wird erreicht, indem die Herzfüllung schnell erhöht und die Veränderung in SV9 gemessen wird. Wie oben beschrieben, kann intravenöse Flüssigkeit als PC fungieren, ebenso wie Gravitationsmanöver wie das Bewegen des Kopfes unter das Niveau des Herzens (d. h. Trendelenburg-Positionierung)10 oder das Bewegen aus einer halbliegenden Position in die Rückenlage mit angehobenen Beinen (d. h. ein passives Beinheben)11. Tatsächlich ist das passive Beinheben (PLR) ein gut akzeptierter und validierter PC, der auf modernen Intensivstationen eingesetzt wird und von Experten vor der intravenösen Flüssigkeitsverabreichung während der Sepsis-Wiederbelebung empfohlen wird 4,12. Wichtig ist, dass der Arzt während der PLR sowohl die kardiale Vorlast (z. B. die Änderung des rechtsatrialen Drucks) als auch die Leistung (z. B. die Änderung der SV) messen sollte, um die kardiale Funktionskurve angemessen zu testen13. Ersteres wird jedoch selten durchgeführt, da gleichzeitige Maßnahmen umständlich sind und oft ein invasiver Katheter erforderlich ist, der in den rechten Vorhof gelegt wird.
Ultraschallchirurgische Surrogate der Herzfüllung und -leistung haben in den letzten Jahrzehnten an Popularität gewonnen, insbesondere in Notaufnahmen und Intensivstationen 2,14. Insbesondere fungiert die gleichzeitige Beurteilung einer großen Vene und einer großen Arterie als Surrogat für die kardiale Vorlast bzw. Leistung 2,15. Zum Beispiel wurde festgestellt, dass morphologische Veränderungen im Doppler der großen Vene den rechten Vorhofdruck verfolgen – dies gilt für die innere Halsschlagader 16,17,18, die Leber- und Pfortadern 19, die obere Hohlvene 20, die untere Hohlvene21, die Oberschenkelvenen 22 und sogar die intrarenalen Venen23. Somit fungiert die Großvenen-Doppler-Velocimetrie als Surrogat für die Herzfüllung2. Der Doppler einer großen Arterie kann jedoch vorübergehend Veränderungen des Herzzeitvolumens verfolgen. Zum Beispiel haben sich Messungen der systolischen Zeit der A. carotiscommunis 24,25, der Geschwindigkeit 26,27,28 und des Flusses 29,30 als vielversprechend für die Erkennung von SV-Veränderungen erwiesen.
Ein neuartiger, kabelloser, tragbarer Dauerstrich-Doppler-Ultraschall, der gleichzeitig sowohl die Vena jugularis interna als auch die Arteria carotis communis insoniert, wurde bereits beschrieben 14,15,27,28,31,32,33,34,35,36. Hierin wird ein Verfahren unter Verwendung dieser Vorrichtung während eines häufig eingesetzten, klinischen PCs – des passiven Beinhebens – dargestellt. Des Weiteren werden die Doppler-Morphologien der inneren Jugularis und der Arteria carotis communis während der PC als mögliche Surrogate der kardialen Vorlast bzw. des Herzausgangs beschrieben. Dieses Protokoll ist klinisch wichtig, da es sowohl eine praktische als auch eine physiologische Grundlage für zukünftige Patientenstudien bietet. Beispielsweise könnten stationäre Patienten (z. B. perioperatives Setting, Sepsis, kritisch krank) und ambulante Patienten (z. B. kongestive Herzinsuffizienz, Dialyse) durch die im Folgenden beschriebene Methode oder deren Modifikationen überwacht werden.
Protocol
Representative Results
Discussion
Der Hauptzweck dieses visuellen Experiments besteht darin, ein Protokoll zur gleichzeitigen Verfolgung der Surrogate der kardialen Vorlast und Leistung während eines gut validierten PCs mit einem drahtlosen, tragbaren Ultraschall zu beschreiben. Ziel ist es nicht, per se ein bestimmtes Studienprotokoll bei Patienten zu beschreiben. Die Beschreibung des kontinuierlichen venösen und arteriellen Dopplers dient jedoch als praktische und physiologische Grundlage für die Gestaltung von Studien bei Patienten, die sowohl eine Wiederbelebung (z. B. perioperative Phase, Sepsis) als auch eine De-Reanimation (z. B. Herzinsuffizienz, Dialyse, Befreiung von mechanischer Beatmung) benötigen15,36.
Das beschriebene Verfahren verwendet einen tragbaren Dauerstrich-Doppler-Ultraschall, der gleichzeitig eine Hauptvene und eine Arterie insoniert, um auf die Herzfunktion während eines PCzu schließen 15. Entscheidend für diese Methode ist die Auswahl eines geeigneten, kooperativen Patienten und die Gewährleistung einer minimalen Winkeländerung zwischen den Gefäßen und dem Schallkopf während der gesamten Beurteilung. Darüber hinaus ist die Gewährleistung einer klaren und konsistenten dikrotischen Kerbgeschwindigkeit von größter Bedeutung, um eine konsistente Messung der systolischen Zeit zu ermöglichen. Schließlich muss der Anwender die venöse Doppler-Morphologie und ihre Variation über ein Spektrum des jugularvenösen Drucks (JVP) verstehen, wie oben in den repräsentativen Ergebnissen diskutiert.
Als Modifikation des beschriebenen Verfahrens könnte der PC anstelle einer PLR aus einer schnellen Infusion von intravenöser Flüssigkeit9 bestehen, bei der ein vollständig liegender Patient um 15-30° von der Horizontalen zum Kopf nach unten bewegt wird (d. h. Trendelenburg-Positionierung)10, oder aus Atemmanövern wie einer endexspiratorischen Okklusion34. Diese Ansätze sind insofern von Vorteil, als es weniger Patientenbewegungen gibt und angeblich ein geringeres Risiko einer Winkeländerung während der Beurteilung besteht. Im Allgemeinen erfordert die Fehlersuche bei allen PCs mit dem tragbaren Ultraschall eine stabile Halspositionierung, zusätzlichen Klebstoff zur Sicherung des Beschallungswinkels, die Verlängerung der Beurteilung bei Auftreten von Phonations- oder Schluckartefakten, die Neupositionierung des Geräts oder die Zugabe von Ultraschallgel zur Optimierung der akustischen Kopplung an den Patienten31.
Die in diesem Manuskript beschriebene Methode der kardiovaskulären Inferenz hat ihre Grenzen. In Bezug auf das jugularvenöse Signal ist die Doppler-Morphologie ein Surrogat des jugularvenösen Drucks, der wiederum ein Surrogat des rechtsatrialen Drucks37,38,39,40 ist. Daher gibt es keine Gewissheit, dass die kardiale Vorlast allein aufgrund der venösen Dopplerveränderungen erhöht wird. Nichtsdestotrotz variiert die venöse Doppler-Wellenform ihre Morphologie basierend auf den Druckauslenkungen des rechten Vorhofs17,18,41; Dies wurde neben der Halsschlagader auch in mehreren großen Venen beobachtet. Zum Beispiel schätzen Beurteilungen der oberen und unteren Hohlvene sowie der Leber-, Pfortader-, intrarenalen und Femoralvene den venösen Druck qualitativ ab42. Genauer gesagt wird die prominente venöse Geschwindigkeitswelle während der Systole durch den x-Abstieg des rechtsatrialen Drucks und die diastolische Geschwindigkeitswelle durch den y-Abstieg des rechtsatrialen Drucks gebildet. Der Geschwindigkeitsnadir zwischen Systole und Diastole ist auf den rechtsatrialen Druck “V-Welle” zurückzuführen16,17,18,42.
Während die Dauer der mechanischen Systole direkt proportional zum Schlagvolumen ist, wird die systolische Zeit, ähnlich wie bei der SV, durch die Herzfrequenz, die Vorlast, die Nachlast und die Kontraktilitätvermittelt 43. Während die ccFT-Gleichung die Herzfrequenz korrigiert, besteht eine Einschränkung des ccFT als Surrogat für das Schlagvolumen darin, dass es durch andere hämodynamische Eingaben bestimmt wird. Nichtsdestotrotz hat sich gezeigt, dass ein Anstieg der ccFT um mindestens 7 ms 24 oder um +2%-4% einen Anstieg der SV um 10% bei kritisch kranken Patienten 24, gesunden Probanden, die ein Preload-Modifikationsmanöver durchführten44,45, und gesunden Probanden, die sich einer simulierten mittelschweren bis schweren Blutungsreanimation unterzogen27, genau detektierten. Darüber hinaus wurde ccFT verwendet, um sich ändernde SVs in der elektiven chirurgischen Population während Atemmanövern genau zu verfolgen46. Unter der Annahme, dass Nachlast und Kontraktilität während eines fokussierten PCs relativ konstant sind, variiert die ccFT in erster Linie aufgrund von Änderungen im SV.
Darüber hinaus müssen die absoluten und relativen Kontraindikationen für diesen Ansatz noch ausgearbeitet werden, insbesondere bei Patienten. Wie bereits erwähnt, ist die häufigste Kontraindikation wahrscheinlich die Unfähigkeit zu kooperieren (z. B. Delirium, Sprechen, Bewegung, Strenge). Dies gilt für viele moderne Vitalparametermonitore, obwohl der tragbare Ultraschall besonders empfindlich auf Phonation und Nackenbewegungen reagiert. Dementsprechend funktioniert das Gerät sehr gut bei intubierten und gelähmten Patienten im Operationssaal; Derzeit läuft eine Studie mit dem Gerät bei Patienten, die eine elektive Bypass-Transplantation der Koronararterien erhalten. Physiologische Variationen zwischen den gegenüberliegenden Halsschlagadern bei einem bestimmten Patienten sind möglich; Diese Besorgnis wird jedoch dadurch gemildert, dass der Patient im PC-Paradigma als seine eigene Kontrolle fungiert (d. h. als Prä-Post-Intervention). Dementsprechend gehen wir davon aus, dass die verschiedenen Seiten des Halses (Abbildung 5) zwar leicht unterschiedliche venöse und arterielle Dopplersignale erzeugen können, die Veränderung jedoch konsistent sein sollte, sofern keine signifikanten einseitigen Anomalien (z. B. Stenose) auftreten. Auch körperliche Einschränkungen können Probleme mit sich bringen (z. B. Mittellinien, Halswirbelsäulen, Tracheotomiegurte, Traumata, kurze Hälse oder schwere zervikale Kyphose). Physiologische Kontraindikationen wie mittelschwere bis schwere Karotisstenose, Aortenstenose, Arrhythmie und abnorme Atemmuster sind ebenfalls potenziell besorgniserregend. Im Allgemeinen ist ein PLR mit Echtzeitmessungen des Herzzeitvolumens jedoch resistent gegen viele dieser Probleme, einschließlich Herzrhythmusstörungen 4,11. Das Gerät wird derzeit sowohl bei spontan atmenden Patienten in der Notaufnahme als auch im Operationssaal untersucht. Aus diesen Daten wird der Anteil der unbrauchbaren Signale abgeleitet.
Die Bedeutung des oben beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass der aufgeklebte Ultraschall minutenlang kontinuierliche Daten abtasten kann, während handgehaltene Zugänge typischerweise auf wenige Herzzyklen beschränkt sind48,49. Zusätzlich misst die Software für den tragbaren Ultraschall den arteriellen Doppler-Variationskoeffizienten. Daraus wird ein “intelligentes Fenster” implementiert, um eine ausreichende Anzahl von Herzzyklen zu Beginn und während der Intervention zu erfassen. Dieses statistische Instrument passt die Messgenauigkeit für jede Vorspannungsherausforderung47 an. Da der tragbare Ultraschall am Patienten befestigt bleibt, verringert sich außerdem das Risiko menschlicher Faktoren50,51, die die Messvariabilität erhöhen. Dies gilt sowohl für die arterielle als auch für die venöse Insonation. Ein weiterer wichtiger Aspekt dieser Methode besteht darin, dass die gleichzeitige venöse und arterielle Dopplerbeurteilung es dem Arzt ermöglicht, die kardiale Vorlast während eines dynamischen Manövers indirekt zu beurteilen. Dies wird von Experten auf diesem Gebiet empfohlen13, aber selten durchgeführt, da die Messung des rechten Vorhofdrucks umständlich ist. Dementsprechend gibt ein kontinuierlicher venös-arterieller Doppler während eines PCs ein tieferes Bild der Herzfunktion am Krankenbett. Während diese oben beschriebene Methode zur Beurteilung der intravenösen Flüssigkeitsreanimation verwendet werden kann, ist sie auch vielversprechend für die Messung der “De-Reanimation”15,52 oder die Vorhersage der Entwöhnung von der mechanischen Beatmung 53 und sollte in zukünftigen klinischen Studien untersucht werden. Zum Beispiel kann sich die Diurese von Patienten mit Volumenüberladung durch Anzeichen eines sinkenden rechtsatrialen Drucks innerhalb des venösen Dopplersignals mit fortschreitender Volumenentfernung zeigen. Sollte der Patient vor und nach der Dialyse eine PLR erhalten, sollte die Änderung der arteriellen Dopplermaße auf eine erhöhte Herzfunktion hindeuten, wie bereits berichtet52.
Eine Methode des kontinuierlichen venös-arteriellen Dopplers während einer PC wird am besten durch Befolgen der sechs allgemeinen Schritte durchgeführt, die oben im Protokollabschnitt beschrieben wurden. Ein neuartiges, kabelloses, tragbares Doppler-Ultraschallsystem unterstützt dieses Paradigma, indem es sich an einen Patienten anschmiegt und einen relativ festen Beschallungswinkel während des Vorspannungswechsels ermöglicht. Grundsätzlich kann der simultane, augenblickliche, venös-arterielle Doppler die beiden Achsen der Frank-Starling-Sarnoff-Beziehung herausarbeiten und damit neue Einblicke in die Herzfunktion geben. Dies ist besonders wichtig bei der Behandlung von akut kranken Patienten. Sowohl die Volumenverwaltung als auch die Volumenentnahme konnten durch diesen neuen Ansatz verfeinert werden. Während sich die obige Diskussion weitgehend auf stationäre Anwendungen beschränkt, sind auch zusätzliche ambulante Anwendungen in den Bereichen kongestive Herzinsuffizienz, chronische Niereninsuffizienz und pulmonale Hypertonie möglich. Dementsprechend kann ein kontinuierlicher venös-arterieller Doppler unvorhergesehene Explorationskanäle innerhalb der Hämodynamik und verwandter medizinischer Disziplinen eröffnen.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nichts.
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