Bei der Auswahl eines Geräts zur Überwachung des Herzzeitvolumens für den klinischen Einsatz spielen verschiedene Faktoren eine Rolle (Tabelle 1): Institutionelle Faktoren können die Auswahl der verfügbaren Geräte weitgehend einschränken. Andererseits können wichtige gerätebezogene Faktoren, z.B. Invasivität (Abbildung 1), den Anwendungsbereich einschränken. Darüber hinaus können patientenspezifische Bedingungen die Verwendung eines invasiven oder eines bestimmten minimal- oder nicht-invasiven Geräts vorschreiben.

Invasive Überwachung des Herzzeitvolumens

Die PAC war mehr als 20 Jahre lang der klinische Standard für die Überwachung des Herzzeitvolumens und die Technik wurde eingehend untersucht. Seine Komplikationen sind bekannt und trotz der Entwicklungen in den letzten Jahren spielt das PAC eine besondere Rolle in der Patientenversorgung. Eine eingehende Überprüfung geht über den Rahmen dieses Artikels hinaus, Einige technische Aspekte und Einschränkungen müssen jedoch beachtet werden: Die Messung des Herzzeitvolumens durch intermittierende Pulmonalarterien-Thermodilution, die auf dem Stewart-Hamilton-Prinzip basiert, gilt als Referenzstandard für die Überwachung des Herzzeitvolumens, mit dem alle neuen Herzzeitvolumenmessgeräte verglichen werden. Bedienerabhängigkeit, verschiedene Patientenzustände (z. B. Mitral- oder Trikuspidalklappeninsuffizienz, Shunt) oder Fehlplatzierung des PAC kann die zuverlässige Beurteilung des Herzzeitvolumens beeinflussen . Im Gegensatz dazu kann die kontinuierliche Bewertung des Herzzeitvolumens einige dieser

Einschränkungen überwinden. Intermittierende thermische Filamentheizung induziert Temperaturänderungen der Lungenarterie, die über einen distalen Thermistor gemessen und mit dem Eingangssignal abgeglichen werden. Basierend auf der Kreuzkorrelation von Ein- und Ausgangssignalen werden aus einer Thermodilution-Auswaschkurve intermittierende Herzzeitvolumenwerte erzeugt. Diese Werte werden dann für die Anzeige kontinuierlicher Herzzeitvolumenablesungen gemittelt, was zu einer verzögerten Reaktionszeit von mehreren Minuten nach Induktion von Herzzeitvolumenänderungen führt (z. B. für Opti-Q ™, Abbott, Abbott Park, IL und Vigilance ™ Katheter, Edwards LifeSiences, Irvine, CA) . Ein sogenannter Fast Response Continuous Cardiac Output Katheter (truCCOMS™, Omega Critical Care, East Klibride, GB) ermöglicht eine synchronisierte kontinuierliche Überwachung des Herzzeitvolumens . Die zusätzlichen hämodynamischen Variablen, die über PAC bewertet werden können und am häufigsten verwendet werden, sind konventionelle Fülldrücke, Lungenarteriendrücke und gemischte venöse Sauerstoffsättigung (SvO2). Daher ist die PAC immer noch angezeigt, wenn eine zusätzliche Überwachung des Pulmonalarteriendrucks und SvO2 wünschenswert ist. Es ist auch in Situationen angezeigt, in denen weniger invasive Techniken kontraindiziert sind oder keine genauen Herzzeitvolumenwerte liefern.

Minimal invasive Überwachung des Herzzeitvolumens

Geräte zur Überwachung des minimal invasiven Herzzeitvolumens verwenden eines von vier Hauptprinzipien zur Messung des Herzzeitvolumens: Pulskonturanalyse, gepulste Doppler-Technologie, angewandtes Fick-Prinzip und Bioimpedanz / Bio-Reaktanz. Darüber hinaus können Geräte, die eine Pulskonturanalyse verwenden, auch in kalibrierte und unkalibrierte Systeme eingeteilt werden.

Pulsdruckanalyse

Die Pulsdruckanalyse basiert auf dem Prinzip, dass der SV kontinuierlich geschätzt werden kann, indem die von einer arteriellen Linie erhaltene arterielle Druckwellenform analysiert wird. Die Eigenschaften der arteriellen Druckwellenform werden durch die Wechselwirkung zwischen SV und individueller vaskulärer Compliance, Aortenimpedanz und peripherem arteriellen Widerstand beeinflusst. Für eine zuverlässige Messung des Herzzeitvolumens unter Verwendung aller Geräte, die die Pulsdruckanalysetechnologie verwenden, wird ein optimales arterielles Wellenformsignal (d. h., Beseitigung der Dämpfung oder erhöhte Rohrresonanz) ist Voraussetzung. Darüber hinaus kann nicht genug betont werden, dass schwere Arrhythmien die Genauigkeit der Herzzeitvolumenmessung verringern können und dass die Verwendung einer intraaortalen Ballonpumpe eine ausreichende Leistung der Vorrichtung ausschließt. Darüber hinaus kann die Pulsdruckanalyse in Zeiten hämodynamischer Instabilität, d. H. Schneller Änderungen des Gefäßwiderstands, von begrenzter Genauigkeit sein. Dies kann insbesondere bei der unkalibrierten Pulsdruckanalyse ein Problem darstellen. Im Gegensatz dazu kann eine kalibrierte Pulsdruckanalyse in diesen Situationen eine häufige Rekalibrierung für eine genaue Schätzung des Herzzeitvolumens erfordern. Eine wachsende Anzahl von kalibrierten und unkalibrierten Geräten, die das Herzzeitvolumen basierend auf der Pulsdruckanalysemethode messen, ist verfügbar.

PiCCOplus™ -System (Pulsion Medical Systems, München, Deutschland): Das PiCCO ™ -System verwendet einen speziellen Katheter mit Thermistorspitze, der typischerweise in der Oberschenkelarterie platziert wird, um den SV von Schlag zu Schlag zu bewerten. Alternativ kann ein Radial- oder Brachialkatheter verwendet werden, wobei diese Katheter jedoch länger sein müssen als der Femurkatheter für die adäquate Beurteilung des aortenarteriellen Druckwellensignals. Die Kalibrierung des Herzzeitvolumens über die transpulmonale Thermodilution erfordert die Einführung einer zentralen Venenleitung. Der Kalibrierungsprozess wird auch zur Einstellung der individuellen Aortenimpedanz verwendet und muss bei hämodynamisch stabilen Patienten alle acht Stunden wiederholt werden. In Situationen hämodynamischer Instabilität muss die Kalibrierung jedoch häufiger (möglicherweise jede Stunde) durchgeführt werden . Dennoch hat eine Vielzahl von Studien das PiCCOplus ™ -System in verschiedenen Patientenpopulationen erfolgreich validiert .

Die Markteinführung eines unkalibrierten Geräts von Pulsion Medical Systems, des PulsioFlex™-Systems, ist für 2011 zu erwarten. Das System benötigt einen speziellen zusätzlichen Sensor, der an ein reguläres invasives arterielles Drucküberwachungsset angeschlossen werden kann.

LiDCO™plus und LiDCO™rapid System: Die Systeme LiDCO™plus und LiDCO™rapid (LiDCO Ltd, London, UK) verwenden denselben Pulsdruckalgorithmus (PulseCO™), um kontinuierliche Änderungen des SV zu verfolgen. Dieser Algorithmus basiert auf der Annahme, dass die Nettoleistungsänderung im System in einem Herzschlag die Differenz zwischen der Menge an Blut ist, die in das System (SV) eintritt, und der Menge an Blut, die peripher abfließt. Es verwendet das Prinzip der Erhaltung der Masse (Leistung) und geht davon aus, dass nach der Korrektur für die Einhaltung gibt es eine lineare Beziehung zwischen netpower und netflow. Daher sollten die LiDCO-Systeme als Pulsleistungsanalysetechniken betrachtet werden. Der LiDCO ™ plus erfordert eine Kalibrierung mit der transpulmonalen Lithium-Indikator-Verdünnungstechnik, die über eine periphere venöse Leitung durchgeführt werden kann . Im Gegensatz dazu verwendet der LiDCO ™ rapid Nomogramme zur Schätzung des Herzzeitvolumens. Klinische Studien haben eine zuverlässige Schätzung des Herzzeitvolumens mit PulseCO gezeigt, solange keine größeren hämodynamischen Veränderungen beobachtet werden . In Bezug auf den LiDCO ™ plus kann die Zuverlässigkeit des Lithium-Kalibriersystems durch hohe Spitzendosen von Muskelrelaxantien, die mit dem Lithiumsensor kreuzreagieren, negativ beeinflusst werden. Dies kann in Angriff genommen werden, wenn die Lithiumkalibrierung vor oder 30 Minuten nach der Verabreichung eines Muskelrelaxans durchgeführt wird. Es wurde gezeigt, dass das LiDCO ™ plus-System in Kombination mit einem hämodynamischen Behandlungsprotokoll (das auf eine Sauerstoffzufuhr > 600 ml / min/ m2 abzielt) bei Patienten nach einer größeren allgemeinen Operation mit einer Verringerung der Komplikationen und der Dauer des Krankenhausaufenthalts verbunden ist . Die primäre Indikation für den unkalibrierten LiDCO™rapid ist seine perioperative Anwendung zur SV-Optimierung. Daher ist die LiDCOrapid-Trendanalyse wichtiger als die absoluten Herzzeitvolumenwerte (die im Vergleich zum von PAC bewerteten Herzzeitvolumen abweichen können).

FloTrac™/Vigileo™System: Das FloTrac™/Vigileo™System (Edwards LifeSciences, Irvine, USA) erfordert einen proprietären Transducer, den FloTrac™, der an einen nicht proprietären Standardkatheter für radiale oder femorale Arterien angeschlossen und an den Vigileo™ Monitor angeschlossen wird. Das FloTrac™/Vigileo™System erfordert keine Kalibrierung. Um das Herzzeitvolumen abzuschätzen, wird die Standardabweichung des Pulsdrucks, die während eines Zeitfensters von 20 Sekunden abgetastet wurde, mit dem ’normalen‘ SV korreliert, basierend auf den demografischen Daten des Patienten (Alter, Geschlecht, Größe und Gewicht) und einer integrierten Datenbank mit Informationen über das Herzzeitvolumen, die vom PAC in einer Vielzahl von klinischen Szenarien bewertet wurden. Aus diesen Daten wird auch die Impedanz abgeleitet, während die vaskuläre Compliance und der Widerstand mithilfe der arteriellen Wellenformanalyse bestimmt werden. Nach widersprüchlichen Ergebnissen früher Validierungsstudien wurde der Herzzeitvolumenalgorithmus in den letzten 5 Jahren wiederholt modifiziert. Dies hat zu einer verbesserten Leistung vor allem im perioperativen Bereich geführt . Weitere Softwaremodifikationen befassten sich mit dem Problem der begrenzten Genauigkeit in hyperdynamischen Situationen, und vorläufige Daten zeigten verbesserte Herzzeitvolumenmessungen unter diesen spezifischen Bedingungen. Die Genauigkeit des Geräts bei schnellen hämodynamischen Änderungen bleibt jedoch ein Hauptanliegen . Dennoch zeigte eine Studie mit dem Flotrac ™ / Vigileo ™ -System zur intraoperativen hämodynamischen Optimierung kürzlich eine verringerte Komplikationsrate und eine verkürzte Dauer des Krankenhausaufenthalts .

Ein neues Gerät zur Überwachung des Herzzeitvolumens, das auf einer Pulsdruckanalyse basiert und durch transpulmonale Thermodilution kalibriert wird – das EV 1000 ™/VolumeView™ -System von Edwards Lifesciences – wird derzeit getestet und wird in Kürze für den Einsatz in der täglichen Praxis freigegeben.

Analysemethode zur Druckerfassung (PRAM): Eine weitere Methode zur Schätzung des SVP ohne Kalibrierung ist die PRAM – MostCare® (Vytech, Padua, Italien), die auf der mathematischen Bewertung des Drucksignals basiert, das von einer arteriellen Linie ohne Kalibrierung erhalten wird. PRAM wurde bisher in einem Schweinemodell unter verschiedenen hämodynamischen Zuständen und bei Menschen, die sich einer Herzoperation unterziehen, validiert . Ähnlich wie bei anderen Geräten, die eine Pulskonturanalyse verwenden, wird die Genauigkeit des von PRAM abgeleiteten Herzzeitvolumens durch die Qualität des Drucksignals und durch Faktoren beeinflusst, die die Fähigkeit zur Erkennung eines Drucksignals beeinträchtigen.Nexfin™: Das Nexfin™HD (BMEYE B.V., Amsterdam, Niederlande) ist ein vollständig nicht-invasives Pulsdruckanalysegerät, das den Pulsdruck mittels photoelektrischer Plethysmographie in Kombination mit einer Volume-Clamp-Technik (aufblasbare Fingermanschette) bewertet. Das Herzzeitvolumen wird mit der sogenannten Model-Flow-Methode (Simulation eines Drei-Elemente-Windkesselmodells) abgeleitet. Bezüglich der Validierung des Geräts stehen nur begrenzte veröffentlichte Daten zur Verfügung .

Doppler-Geräte zur Überwachung des Herzzeitvolumens

Das Herzzeitvolumen kann nicht-invasiv mit Ösophagus- oder transthorakalen Dopplersonden geschätzt werden. Ösophagus-Doppler-Geräte messen den Blutfluss in der absteigenden Aorta und schätzen das Herzzeitvolumen, indem sie die Querschnittsfläche der Aorta mit der Blutflussgeschwindigkeit multiplizieren. Der Aortendurchmesser wird aus einem eingebauten Nomogramm oder durch direkte Messung mittels M-Mode-Echokardiographie erhalten. Mehrere Ösophagus-Doppler-Sonden sind im Handel erhältlich: ODM II™ (Abbott, Maidenhead, UK), CardioQ™ (Deltex Medical Ltd, Chichester, Sussex, UK) und HemoSonic100™ (Arrow, Reading, PA, USA). Das letztere Gerät ist eine Kombination aus einem Doppler und einer M-Mode-Sonde, deren Produktion kürzlich eingestellt wurde. Es gibt mehrere Einschränkungen für die Verwendung von Ösophagus-Doppler-Geräten. Zunächst misst das Gerät den Blutfluss in der absteigenden Aorta und nimmt eine feste Trennwand zwischen dem Fluss zu den Kopfgefäßen und zur absteigenden Aorta an. Obwohl dies bei gesunden Probanden gültig sein kann, kann sich diese Beziehung bei Patienten mit Komorbiditäten und unter Bedingungen hämodynamischer Instabilität ändern. Zweitens sind Dopplersonden kleiner als herkömmliche transösophageale Echokardiographiesonden und Position kann sich unbeabsichtigt ändern, wodurch die kontinuierliche Beurteilung des Herzzeitvolumens eingeschränkt wird. Da die Position der Sonde entscheidend für eine genaue Messung des Aortenblutflusses ist, ist dieses Gerät bedienerabhängig und Studien haben gezeigt, dass 10-12 Insertionen erforderlich sind, um genaue Messungen mit einer Intra- und Interbeobachtervariabilität von 8-12% zu erhalten . Darüber hinaus ist die Aortenquerschnittsfläche bei jedem einzelnen Patienten nicht konstant, sondern dynamisch. Daher kann die Verwendung eines Nomogramms zu einer weniger genauen Schätzung des Herzzeitvolumens führen. Trotz einiger Einschränkungen von Ösophagus-Doppler-Geräten scheint ihr Nutzen durch mehrere perioperative hämodynamische Optimierungsstudien bestätigt zu werden, die durchweg eine Verringerung der Komplikationsraten und der Krankenhausaufenthaltsdauer gezeigt haben .

Alternativ zum Ösophagusweg kann der transthorakale Ansatz zur Beurteilung des Herzzeitvolumens verwendet werden, wenn auch intermittierend. Das USCOM ™ -Gerät (USCOM, Sidney, Australien) zielt auf die Lungen- und Aortenklappen ab, die über das parasternale und suprasternale Fenster zugänglich sind, um das Herzzeitvolumen vollständig nichtinvasiv zu bewerten. Validierungsstudien haben widersprüchliche Ergebnisse ergeben, die in erster Linie durch das inhärente Problem der Erkennung variabler Signale erklärt werden könnten .

Angewendetes Fick-Prinzip

Partielle CO2-Rückatmung: Das NICO ™ -System (Nova-metrix Medical Systems, Wallingford, USA) wendet das Fick-Prinzip auf Kohlendioxid (CO2) an, um eine Messung des Herzzeitvolumens bei intubierten, sedierten und mechanisch beatmeten Patienten unter Verwendung einer proprietären Einweg-Rückatmungsschleife zu erhalten, die an den Beatmungskreis angeschlossen ist. Das NICO™ -System besteht aus einem Hauptstrom-Infrarotsensor zur Messung von CO2, einem Einweg-Luftstromsensor und einem Pulsoximeter. Die CO2-Produktion wird als Produkt der CO2-Konzentration und des Luftstroms während eines Atemzyklus berechnet, während der arterielle CO2-Gehalt aus dem endgezeitlichen CO2 und seiner entsprechenden Dissoziationskurve abgeleitet wird. Alle drei Minuten wird ein partieller Reatmungszustand mit der angeschlossenen Reatmungsschleife erzeugt, was zu einem erhöhten Endgezeiten-CO2 und einer verringerten CO2-Elimination führt. Unter der Annahme, dass sich das Herzzeitvolumen zwischen Normal- und Wiederatmungszuständen nicht signifikant ändert, wird die Differenz zwischen Normal- und Wiederatmungsverhältnissen zur Berechnung des Herzzeitvolumens verwendet. Es gibt mehrere Einschränkungen für dieses Gerät, einschließlich der Notwendigkeit einer Intubation und mechanischen Beatmung mit festen Beatmungsgeräteeinstellungen und minimalen Gasaustauschanomalien . Variationen der Beatmungsgeräteeinstellungen, mechanisch unterstützte Spontanatmung, das Vorhandensein einer erhöhten pulmonalen Shuntfraktion und hämodynamische Instabilität wurden mit einer verringerten Genauigkeit in Verbindung gebracht . Somit kann diese Technik in einem genau definierten klinischen Umfeld nur bei mechanisch beatmeten Patienten angewendet werden.

Pulsfarbstoffdensitometrie: Der DDG-330® Analysator (Nihon Kohden, Tokio, Japan) ermöglicht eine intermittierende Messung des Herzzeitvolumens basierend auf einer transpulmonalen Farbstoffverdünnung mit transkutaner Signaldetektion, angepasst an die Pulsoximetrie (Pulsfarbstoffdensitometrie): Die Konzentration von Indocyaningrün (ICG) wird im arteriellen Blutfluss durch optische Absorptionsmessungen nach seiner venösen Injektion geschätzt. Das Herzzeitvolumen wird aus der Farbstoffverdünnungskurve nach dem Stewart-Hamilton-Prinzip berechnet. Leider kann eine Vielzahl von Faktoren, z. B. Vasokonstriktion, interstitielles Ödem, Bewegung oder Umgebungslichtartefakte, die zuverlässige intermittierende Beurteilung des Herzzeitvolumens einschränken .

Bioimpedanz und Bioreaktanz

Die elektrische Bioimpedanz verwendet elektrische Stromstimulation zur Identifizierung von Brust- oder Körperimpedanzschwankungen, die durch zyklische Veränderungen des Blutflusses verursacht werden, die durch den Herzschlag verursacht werden. Das Herzzeitvolumen wird kontinuierlich mit Hautelektroden (BioZ®, CardioDynamics, San Diego, USA) oder auf einem Endotrachealtubus montierten Elektroden (ECOM™, Conmed Corp, Utica, USA) geschätzt, indem die auftretende Signalvariation mit verschiedenen mathematischen Modellen analysiert wird. Trotz vieler Anpassungen der mathematischen Algorithmen zeigen klinische Validierungsstudien weiterhin widersprüchliche Ergebnisse .Vor kurzem wurde jedoch Bioreactance® (NICOM®, Cheetah Medical Ltd, Maidenhead, Berkshire, UK), eine Modifikation der thorakalen Bioimpedanz, eingeführt . Im Gegensatz zur Bioimpedanz, die auf der Analyse transthorakaler Spannungsamplitudenänderungen als Reaktion auf Hochfrequenzstrom basiert, analysiert die Bioreactance®-Technik die Frequenzspektrenschwankungen des abgegebenen Schwingstroms. Dieser Ansatz soll zu einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis und damit zu einer verbesserten Leistung der Vorrichtung führen. Tatsächlich zeigen erste Validierungsstudien vielversprechende Ergebnisse .