Paehler , Jan: Kontinuierliche Messung des Herzzeitvolumens aus der rechtsventrikulären Druckkurve Validierung einer neuen Methode

Kapitel 5. Diskussion


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5.1. Versuchsaufbau

Im vorliegenden Hämodynamikmodell im Großtier dienten Läufer-Schweine als Versuchstiere. In diesem Modell werden sämtliche wesentlichen links- und rechtsventrikulären Fluß- und Druckparameter erfaßt. Als großer Vorteil gegenüber isolierten Herzmodellen (z.B. Langendorff-Herz) bleibt in diesem Großtiermodell die kardiovaskuläre Zirkulation und Regulation intakt.

Eine gewisse Beeinträchtigung der kardiovaskulären Regulation durch das Anästhesieverfahren muß allerdings erwähnt werden. Durch Verwendung einer Neuroleptanalgesie mit Fentanyl und Droperidol wurde deshalb ein Verfahren gewählt, das sich durch eine relativ geringe negative Inotropie auszeichnet.

Die kontrollierte Beatmung mit positiven Drücken führt zur Umkehr der physiologischen Atemdruckverhältnissen, was bei der Auswertung beachtet wurde.

Das operative Vorgehen war durch Thorakotomie und Freilegung des Herzens sehr invasiv. Die Ischämie-Versuchsreihe wurde gar am offenen Herzen durchgeführt, was einen erheblichen Eingriff in die intrathorakale Kontinuität darstellt.

Die chronische Implantation der Flowmeter machte die erste Versuchsreihe zu einem sehr aufwendigen Unternehmen, allerdings konnte dadurch die experimentelle Situation der physiologischen deutlich angenähert werden, da die Kontinuität der Thoraxorgane gewahrt blieb.

Als Versuchstiere dienten Schweine. Der Vorteil der Verwendung von Schweinen ist die übertragbarkeit der gewonnen Ergebnisse auf humane Verhältnisse. Insbesondere bestehen hinsichtlich der kardialen Anatomie und des Herzrhythmus große Ähnlichkeiten zwischen Schwein und Mensch. So stimmen beispielsweise die Druckverhältnisse im großen und kleinen Kreislauf größtenteils überein. Ebenso wiesen die von uns verwendeten Schweine ähnlich dem gesunden Menschen einen stabilen Sinusrhythmus mit Frequenzen zwischen 70 und 100/min auf. Im Gegensatz dazu finden sich beispielsweise bei Hunden deutliche höhere Frequenzen und eine starke respiratorische Arrhythmie.

Hinsichtlich der Koronarmorphologie ähneln sich gesunder Mensch und Schwein ebenfalls, da sich am Koronarsystem des Schweines keine Kollateralen finden.

Ein Unterschied zwischen Mensch und Schwein besteht darin, daß bei Schweinen die Regulation des peripheren Widerstandes eine geringere Rolle spielt. Die Extremitäten verfügen über weniger Muskelmasse und dementsprechend auch weniger Widerstandsgefäße. Ebenso sind die Perfusionsvolumina deutlich kleiner als beim Menschen. Hinsichtlich des kleinen Kreislaufs bestehen dagegen nur sehr geringe Unterschiede. Somit sind die im vorliegenden Tiermodell ermittelten Kreislaufverhältnisse mit denen des Menschen vergleichbar.


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Die übertragbarkeit auf menschliche Verhältnisse muß insofern eingeschränkt werden, daß unsere Untersuchung Schweine mit lediglich einem Durchschnittsgewicht von 41,6 kg und Herzzeitvolumina von 1,0 - 3,8 l/min umfaßte. Das HZV und somit auch das Schlagvolumen war somit deutlich niedriger als das des Menschen.

Insgesamt stellt das Schwein jedoch ein sehr gut geeignetes Modell für unsere Untersuchungen dar.

Die Güte eines Druckmeßsystems hängt von seinen statischen und dynamischen Eigenschaften ab. Um eine möglichst geringe Verfälschung von Amplitude und Phase der aufgezeichneten Druckkurve zu erlangen, wird ein Meßsystem mit hohem Frequenzgang und geringer Dämpfung benötigt.

Einen großen Fortschritt hat die Einführung der hier verwendeten Tipmanometer gebracht, wo ein Miniaturmanometer direkt auf der Katheterspitze Platz findet [ 15 ]. Dadurch wird eine zeitliche Verzögerung und Dämpfung des Signals vermieden, die bei flüssigkeitsgefüllten Kathetermanometern durch die Transmission der Druckwelle von der Katheterspitze bis zum externen Drucktransducer entsteht. Auf diese Weise können Punkte der Druckkurven und des EKG exakt einander zugeordnet werden. Wegen Ihrer im Kilohertzbereich liegenden Resonanzfrequenz können die Tipmanometer einen linearen Frequenzgang bis zu mehreren 100 Hz garantieren. Störungen durch Katheterbewegungen sind minimal.

Nachteilig sind die geringe mechanische Robustheit und die zum Teil erhebliche temperaturabhängige Nullpunktlage. Nicht selten konnte eine Meßwertdrift von 10-20 mmHg beobachtet werden. Da diese Drift wegen der Temperaturabhängigkeit der piezoresistiven Druckmessung vor allem innerhalb der ersten Stunde nach Eintritt des Manometers in das Meßmedium Blut auftrat, wurden die Meßkatheter zwei Stunden vor Versuchsbeginn in eine 37°C-warme Kochsalzlösung eingelegt.

Die erhaltenen Biosignale wurden zunächst einem A/D-Wandler zugeführt, der die analogen Signale mit einer Abtastfrequenz von 400 Hz digitalisierte. Diese Frequenz, die nach dem Abtasttheorem von Shannon [ 61 ] mindestens doppelt so hoch wie die obere Grenzfrequenz des Signals sein soll, ist dementsprechend für die Parameter mit den höchsten Frequenzanteilen, EKG und den intrakardialen Drücken, ausreichend.

Eine Frequenz von 400 Hz entspricht einer zeitlichen Auflösung von 5 ms, was eine gewisse Fehlermöglichkeit für die Bestimmung des dP/dt max darstellt. Zwar ist die Abtastrate für den rechtsventrikulären dP/dt ausreichend hoch, jedoch kann eine zeitliche Unschärfe zwischen dP/dt max und dem Beginn der Austreibung nicht ausgeschlossen werden. Dieser Fehler kann sich bei der Bestimmung des Integrals insofern verstärken, da sich die RVP -Kurve am Punkt ihrer größten Steigung befindet und geringe zeitliche Differenzen zu großen Unterschieden im rechtsventrikulären Druck führen.

Die Abtastrate von 400 Hz erzeugte bei 24 Kanälen eine Datenmenge von 19,2 KB/sec. Dies ergibt einen Datensatz mit einer Größe von 69 Megabyte pro Stunde. So mußte bei den Versuchen, die 2-6 Stunden dauerten, bis zu 420 MB an Rohdaten aufgenommen und verrechnet werden.


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Bei rechtsventrikulärer Stimulation während der Frequenzmodulation zeigte sich ein physiologisches Phänomen, nämlich eine doppelgipflige dP/dt -Kurve. Über die Genese dieses Phänomen kann nur spekuliert werden. Am wahrscheinlichsten ist die Annahme, daß es durch die rechtsventrikuläre Stimulation und dem dadurch erzeugten Bild eines Linksschenkelblocks zu einer meßtechnisch auflösbaren Dissoziation zwischen der mechanischen Systole des linken und rechten Ventrikels kommt und der zweite dP/dt -Gipfel durch die Kontraktion des linken Ventrikels bestimmt wird. Das Problem der doppelgipfligen dP/dt -Kurve wurde so gelöst, daß als Meßzeitpunkt immer der erste Gipfel gewählt wurde.

5.2. Ergebnisse

Bei acht Schweinen wurde das Schlagvolumen kontinuierlich mit der Pulskonturmethode gemessen, wobei auf verschiedenen Wegen versucht wurde, das Schlagvolumen zu verändern. So wurden zuerst die Beatmungsparameter variiert, anschließend die Tiere atrial und ventrikulär frequenzmoduliert und zuletzt unter Applikation von Dobutamin untersucht. In einer zweiten Versuchsreihe wurden acht weitere Schweine während einer halbstündigen Koronarischämie und darauffolgender einstündiger Reperfusionsphase beobachtet. Die so erzielten Werte wurden mit zeitgleich gemessen Schlagvolumina, die durch die Ultraschall-Transit-Time-Methode ermittelt wurden, verglichen und in Beziehung gesetzt.

Ziel der Arbeit war es zu zeigen, daß es prinzipiell möglich ist, aus der rechtsventrikulären Druckkurve das Schlagvolumen auf kontinuierlicher Basis zu bestimmen.

5.2.1. Anwendung der Pulskonturmethode im systemischen Kreislauf

Seit den grundlegenden Arbeiten von Otto Frank [ 34 ] hat es verschiedene Ansätze gegeben, das Herzzeitvolumen aus den arteriellen Druckkurven zu bestimmen. Hierbei wurde von der Annahme ausgegangen, daß das Schlagvolumen sich proportional zu Änderungen der Fläche unter der aortalen Druckkurve verhält. Somit kann aus dem Integral der Druckkurve während der Austreibungszeit das Schlagvolumen bestimmt werden. Da das Schlagvolumen die Einheit für Volumen (m3), und das Integral aus Druck (Pa) und Zeit (sec) die Einheit Pa•sec besitzt, können die beiden Werte nicht identisch sein. Daher wird ein Kalibrationsfaktor mit den Einheiten m3/Pa•sec benötigt. Diese Einheiten sind genau reziprok zu den Einheiten für die Impedanz ( Z ), daher wurde von Wesseling der Kalibrationsfaktor 1/Z eingeführt [ 47 ].

Die Impedanz ist Teil der Nachlast des Ventrikels. Diese ergibt sich aus dem Widerstand, gegen den der Ventrikel bei Auswurf eines pulsierenden Blutflusses in ein dehnbares arterielles System anarbeiten muß. Diese Last hat statische (nichtpulsatile) und dynamische (pulsatile) Komponenten. Die statische Komponente hängt hauptsächlich von der Blutviskosität und den präkapillären Sphinkteren ab und wird als total peripherer Widerstand ( TPR ) bezeichnet. Der TPR stellt den überwiegenden Teil der Nachlast dar. Die dynamische Komponente dagegen ist von der Dehnbarkeit (Compliance) und dem Lumen der großen Arterien sowie der Dichte des Blutes abhängig und wird als charakteristische Impedanz definiert [ 62 ].


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Wesseling diente als Modell für die großen Arterien ein gleichförmiger, dehnbarer Schlauch, in dem simultan Druck- und Flußwellen zur Peripherie wandern. Die charakteristische Impedanz berechnet sich aus dem Quotienten von Druck- und Flußänderung. Dieses etwas einfache Modell läßt außer Acht, daß das aortale Lumen sowie die Compliance nach peripher abnehmen, die charakteristische Impedanz somit zunimmt. Ebenso sind Gefäßquerschnitt und Compliance druckabhängig. Erhöhter Druck führt zu größerem Gefäßquerschnitt, aber zu verminderter Compliance. Diese beiden Mechanismen kompensieren sich teilweise, insgesamt steigt jedoch die charakteristische Impedanz bei höherem Druck an. Ebenso erhöht sich die Impedanz mit dem Alter.

Wesseling wendet in seinem Ansatz die Pulskonturmethode auf die systemische Seite an. Wegen des ungeeigneten Meßortes in der Aorta, versuchte er, mit den Druckkurven peripherer Gefäße, wie der A. radialis oder A. femoralis, zu vergleichbaren Ergebnissen zu kommen. Da die charakteristische Impedanz der arteriellen Gefäße sich nach peripher erhöht, sind insbesondere bei Applikation vasoaktiver Substanzen Verfälschungen zu erwarten. Wesseling fand aber nun heraus, daß diese Substanzen die charakteristische Impedanz nicht direkt, sondern indirekt über Änderungen des Blutdrucks und der Herzfrequenz beeinflussen [ 48 ]. Nach Implementierung zusätzlicher Korrekturfaktoren für Blutdruck, Herzfrequenz und Alter hat diese Methode in mehreren Studien ihre Anwendbarkeit bewiesen [ 50 , 51 , 53 ]. Diese Studien folgen einem ähnlichen Schema. So wird die kontinuierliche Schlagvolumenbestimmung nach der Pulskonturmethode mit Referenzwerten verglichen, die mit der intermittierenden Thermodilutionsmethode bestimmt wurden. Allerdings erfolgte die Kalibrierung der Pulskonturmethode alle 1-2 Stunden ebenfalls durch Thermodilution. Somit war die Thermodilution an beiden Bestimmungen beteiligt und eine saubere statistische Beurteilung der erzielten Ergebnisse nicht mehr möglich.

Die Anwendung der Pulskonturmethode auf der systemischen Seite erfordert nicht nur einen Swan-Ganz-Katheter, sondern auch einen arteriellen Zugang und ist somit erheblich belastender als der vorliegende Ansatz mit lediglich einem in den rechten Ventrikel implantierten Katheter.

5.2.2. Meßort rechter Ventrikel

Wegen der nicht unerheblichen Invasivität des Meßvorganges in der Aorta hatte Cibulski schon früh gezeigt, daß sich auch im kleinen Kreislauf anhand der Pulskonturmethode vergleichbare Ergebnisse erzielen ließen [ 46 ]. Aber auch sein Ansatz erforderte weiterhin den Einsatz eines Pulmonalarterienkatheters. Dieser ist aber zur chronischen Implantation ungeeignet, da ein solches Meßsystem wegen der mangelnden Fixierung der Katheterspitze in der A. pulmonalis erhebliche Gefahren birgt. Ventrikuläre Arrhythmien, bedingt durch die Lage des Katheters durch den ganzen rechten Ventrikel hindurch, sowie Dislokationen der Katheterspitze nach distal in die Wedgeposition, oder durch Umbiegen zurück in den rechten Ventrikel stellen ernstzunehmende Komplikationen dar. Darüber hinaus liegt der Katheter sowohl durch die Trikuspidalklappe, als auch durch die Pulmonalklappe, und erzeugt dadurch funktionelle Klappeninsuffizienzen, was sich insbesondere auf Pulmonalklappenebene negativ auf die Herzphysiologie auswirkt. Des weiteren führt die durch die Herzkontraktion bedingte


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periodische Verschiebung des Kathetermeßkopfes zu ungenauen Ergebnissen, durch Anschlagen an der Gefäßwand gar zu Meßartefakten.

Zum Ausschluß all dieser Gefahren ist eine Verlagerung des Meßortes in den rechten Ventrikel wünschenswert. Hier haben Implantationen von Langzeitdrucksensoren selbst bei langjährigen Liegedauern zu keinen signifikanten Komplikationen geführt [ 57 ].

Die übertragbarkeit des Meßortes von der Pulmonalarterie in den rechten Ventrikel beruht auf der physiologischen Tatsache, daß unter intakten Kreislaufverhältnissen die Druckkurven des rechten Ventrikels und der Pulmonalarterie während der Austreibungsphase identisch sind. Diese Annahme gilt allerdings nicht für die klinisch eher selten anzutreffenden Fälle einer Pulmonalstenose. Die Bestimmung der Austreibungsphase geschieht über die Maxima und Minima der rechtsventrikulären Druckanstiegsgeschwindigkeit ( dP/dt ) (siehe Kap. 1.3.2.5 ). So erreicht die Druckanstiegsgeschwindigkeit bei Pulmonalklappenöffnung am Ende der isovolumetrischen Kontraktion ihr Maximum, bei Ende der Systole und Klappenschluß ihr Minimum. Diese Methode zur zeitlichen Bestimmung der Austreibungsphase hat ihre Anwendbarkeit bewiesen [ 58 ]. An die verwendeten Drucksensoren sind hohe Stabilitätsanforderungen zu stellen. Hier hat sich gezeigt, daß diese Sensoren selbst nach Liegezeiten von fünf Jahren noch stabile dP/dt -Signale erzeugen [ 57 ].

5.2.3. Variation der Einflußgrößen

Um grundsätzliche Aussagen über die Gültigkeit der Pulskonturmethode machen zu können, wurden in verschiedenen Schritten die Einflußgrößen, die das Schlagvolumen bestimmen (Vorlast, Nachlast und Kontraktilität), verändert.

So wurde durch die Beatmung mit positiven Drücken der intrathorakale Druck während der Inspiration erhöht und die Vorlast dadurch gesenkt. Eine weitere Senkung der Vorlast und damit des Schlagvolumens wurde durch Tachypnoe und PEEP -Beatmung erreicht.

Die Atmung hat für die Betrachtung der Nachlast des rechten Ventrikels eine entscheidende Bedeutung. So wird durch Inspiration die Nachlast gesenkt, durch Exspiration erhöht, und damit das Schlagvolumen gegensinnig beeinflußt.

Durch die Frequenzmodulation wurde eine Tachykardie erzeugt, die die Diastole verkürzte und dadurch die Vorlast senkte. Die Simulation einer Extrasystole führte zu einem verminderten Schlagvolumen, aber schon beim nächsten Schlag durch die erhöhte Vorlast gemäß dem Frank-Starling-Mechanismus zu einem erhöhten Auswurf. Während bei der atrialen Modulation die atrioventrikuläre Kontinuität noch gewahrt blieb, so entfiel bei der ventrikulären Stimulation der Vorhofbeitrag zur Kammerfüllung und führte so zu einem verminderten Schlagvolumen.

Das Katecholamin Dobutamin bewirkt über die Beeinflussung der Kontraktilität ein höheres Schlagvolumen, während die Erzeugung einer Koronarischämie zu einer Abnahme der Kontraktilität und damit des Schlagvolumens führt.


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5.2.4. Fehlerabschätzung

Die in den vorliegenden Versuchen durchgeführten Messungen ergaben eine enge lineare Beziehung der Schlagvolumina, die nach der Pulskonturmethode berechnet wurden, zu den durch Ultraschall bestimmten Referenzwerten. Unabhängig von der Art der Intervention konnten hohe Korrelationen und geringe Standardfehler beobachtet werden.

Werden nun die Messungen der verschiedenen Interventionen für die einzelnen Tiere zusammengefaßt, so ergeben sich auch hier vergleichbar hohe Korrelationen bei allerdings leicht höheren Standardfehlern.

In der Bewertung der Pulskonturmethode zur verläßlichen Messung des Schlagvolumens kommt dem Standardfehler eine große Bedeutung zu, da sich mit ihm die Präzision der Methode bestimmen läßt. Die Präzision (oder 95%-Konfidenzintervall) gibt den Bereich um die Regressionsgerade an, in dem sich 95% der ermittelten Werte befinden und beträgt 1,96•Standardfehler. Für die zusammengefaßten Interventionen der ersten Versuchsreihe ergeben sich somit Präzisionswerte zwischen ± 3,3 ml und ± 8,8 ml (_ ± 4,8 ml). Diese Abweichung sind für menschliche Schlagvolumendimensionen sicher nicht groß, allerdings müssen diese Werte auf die in den zugehörigen Versuchen gemessenen Schlagvolumina von lediglich 3,5 - 44,2 ml (_ 26,2 ml) bezogen werden. Prozentual ausgedrückt ergibt sich somit ein 95%-Konfidenzintervall von 18,3 % für die erste Versuchsreihe und gar nur 11,3% für die Ischämieversuche.

Wesseling, nach dessen Formel sich die meisten neueren Studien zur Pulskonturmethode richten, berichtet über 95%-Konfidenzintervalle von 24% [ 49 ], folgende Studien von 31,6% [ 50 ], 23,9% [ 51 ], 19,2% [ 53 ]. Insofern wurde in dieser Studie eine höhere Präzision der Methode gegenüber der Referenzmethode erzielt, als für die Wesseling-Formel in anderen Studien. Allerdings wurden dort die über die aortale Druckkurve errechneten Werte mit der ungenauen Thermodilutionsmethode verglichen. Cibulski [ 46 ] erreichte mit der Pulskonturmethode in der A. pulmonalis im Vergleich zur elektromagnetischen Schlagvolumenmessung lediglich ein 95%-Konfidenzintervall von 50,1%

In diesem Zusammenhang muß erwähnt werden, daß insbesondere bei den ersten beiden Tieren höhere Standardfehler zu verzeichnen waren. Insgesamt zeigte sich, daß die Genauigkeit der Meßmethode im Lauf der Versuchsreihe zunahm und dies weist auf eine mögliche Limitation der Methode hin. Denn für eine korrekte Berechnung des Schlagvolumens ist die Methode auf eine klare und artefaktfreie Druckkurve des rechten Ventrikels angewiesen. Das wohl bedeutsamste Meßartefakt stellen Schleuderzacken durch Anschlagen des Meßkatheters dar. Zwar ist die piezoresistive Druckmessung im Vergleich zur konventionellen Druckmessung mit Wassersäule weitgehend artefaktfrei, trotzdem sind auch bei optimaler Positionierung des Katheters Schleuderzacken nicht gänzlich zu eliminieren. Bei der durchgeführten automatischen Meßwertverarbeitung entsteht dabei das Problem, daß sowohl Amplitude als auch Form der RVP -Kurve verändert sein können. Dieser Fehler setzt sich in die abgeleitete Größe dP/dt fort. So wurde in der Folge mehr Wert auf eine einwandfreie RVP -Kurve gelegt, was sich in einer höheren Präzision der Methode niederschlug. Bei chronischer Implantation würde ein Einwachsen des Drucksensors, normalerweise nach Tagen bis Wochen, zu einer deutlichen Steigerung der Signalqualität und somit auch der Präzision der Methode führen.


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Nicht bei jeder Intervention konnte bei allen Tieren eine Änderung des Schlagvolumens über den gesamten Bereich der Schlagvolumenvariation erreicht werden. Um hier eine lineare Beziehung zwischen dem per Ultraschall und dem durch Pulskonturmethode bestimmten Schlagvolumen feststellen zu können, wird eine Variation um mindestens den Faktor 5 gefordert. Deshalb sind diese Einzelkurven nur mit Vorsicht zu interpretieren. Die zusammengefaßten Werte und auch die Beobachtungen der Kurven über den Verlauf eines Versuches bestätigen die vermutete Linearität jedoch eindrucksvoll.

Es fällt auf, daß die Regressionsgeraden nicht immer durch den Nullpunkt des Achsensystems verlaufen. Der Schnittpunkt mit der y-Achse variiert sowohl innerhalb eines Tieres, wie auch, allerdings deutlicher, innerhalb der Interventionsgruppen. Auf die möglichen Drifts der Meßsysteme wurde bereits hingewiesen. Hier zeigt sich noch einmal, daß auf eine sorgfältige Signalgewinnung großen Wert gelegt werden muß. Ebenso wäre eine einmalige Kalibration wünschenswert, denn die Methode zeigte im Verlauf eine gleichbleibende Präzision, wie aus den Verlaufskurven sehr gut zu ersehen ist.

Wesseling implementierte in seiner Formel als Kalibrationsfaktor die charakteristische Impedanz. Der numerische Wert für die charakteristische Impedanz ist für jeden Patienten unterschiedlich und kann nicht auf einfachem Weg bestimmt werden. Insofern kann mit der Pulskonturmethode streng genommen nur eine prozentuale Änderung des Herzzeitvolumens vom Ausgangswert errechnet werden. Wenn aber dieser Ausgangswert durch eine andere Methode, wie in dieser Versuchsreihe nach der Ultraschall-Transit-Time-Methode, bestimmt werden kann, kann die Impedanz Z errechnet werden und die Pulskonturmethode demnach auch korrekte HZV -Werte ausgeben.

Um herauszufinden, ob die charakteristische Impedanz sich abhängig von den verschiedenen Interventionen ändert, wurde eine Varianzanalyse durchgeführt. Diese ergab, daß keine statistisch signifikanten Unterschiede in den Impedanzwerten für die verschiedenen Interventionsgruppen erkannt werden konnten. Somit könnte mit einmaliger Kalibration eine kontinuierliche Schlagvolumenbestimmung mit gleichbleibender Präzision durchgeführt werden.

Zur Überwachung der Herzkreislauffunktionen oder zur Therapieoptimierung der chronischen Herzinsuffizienz ist allerdings die Kenntnis der absoluten Zahlen nicht unbedingt notwendig. Hier ist in erster Linie die anteilsmäßige Zu- oder Abnahme des HZV von Interesse, die die hier verwandte Methode auch ohne Kalibration errechnen kann.

5.2.5. Wertigkeit der Pulskonturmethode

Die Pulskonturmethode ist zur kontinuierlichen Herzzeitvolumenbestimmung besonders gut geeignet, da bereits Änderungen von Schlag zu Schlag erkannt werden können. Andere Methoden zur kontinuierlichen HZV -Bestimmung, wie die kontinuierliche Thermodilution oder der Methode nach Fick liefern immer ein über einen gewissen Zeitraum gemitteltes HZV . Ebenso erfordert die Pulskonturmethode einen wesentlich geringeren apparativen Aufwand als die meisten Konkurrenzverfahren wie z.B. Doppler Echokardiographie, Bioimpedanzverfahren, Fick-Methode, und ist durch seine Beschränkung auf einen in den rechten Ventrikel implantierten Katheter wenig invasiv.


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Obwohl die Tiere dieser Studie intubiert und beatmet waren, stellt dies keine Voraussetzung zur Anwendung der Pulskonturmethode dar. Im Gegensatz dazu ist zur wiederholten Messung nach der Fick-Methode eine Intubation zur korrekten Bestimmung der Exspirationsgase erforderlich. Eine Herzzeitvolumenbestimmung durch transösophageale Dopplerechokardiographie ist bei wachen Patienten nur kurzfristig möglich.

Im Gegensatz insbesondere zur Dopplerechokardiographie kann bei der Pulskonturmethode auf die kontinuierliche Präsenz eines geschulten Betreuers verzichtet werden.

Die Herzzeitvolumenbestimmung durch transthorakale Impedanzmessung kommt zwar gänzlich ohne invasive Maßnahmen aus, bisher konnten aber noch keine ausreichend genauen Ergebnisse erzielt werden [ 29 , 30 ].

Insgesamt stellt die in dieser Versuchsserie verwendete Variante der Pulskonturmethode mit Meßort im rechten Ventrikel eine präzise, klinisch leicht anwendbare, wenig invasive Methode dar, das Herzzeitvolumen kontinuierlich auf Schlag-zu-Schlag-Basis zu bestimmen.

5.3. Weiterentwicklung

Ein Problem der Bestimmung des Schlagvolumens aus der rechtsventrikulären Druckkurve besteht darin, daß aus der Druckkurve allein nicht auf die Effektivität der Kontraktion geschlossen werden kann, wie zum Beispiel bei Extrasystolen. Der rechte Ventrikel kontrahiert sich isovolumetrisch bis der Ventrikeldruck das diastolische Druckniveau der Pulmonalarterie erreicht hat. Erst dann öffnen sich die Pulmonalklappen und es kommt zum Auswurf des Schlagvolumens. Erreicht der rechtsventrikuläre Druck dagegen den diastolischen pulmonalarteriellen Druck nicht, kommt es zu keinem Volumenauswurf. Die Pulskonturmethode berechnet aber über das RVP -Integral fälschlicherweise einen Wert. In der Praxis ist dieser Wert aber so gering, daß er zu keinen Konsequenzen führen würde.

Um diesen Fehler zu korrigieren, gibt es verschiedene Möglichkeiten.

So kann man den Wert aus der RVP -Kurve bei dP/dt max, also dem vermuteten RV-Druck bei Beginn der Auswurfphase, mit dem korrespondierenden Druck der vorhergehenden Kurve vergleichen. Bei überschreiten einer festgelegten Standardabweichung wird das nach der Pulskonturmethode errechnete Schlagvolumen nicht verwertet. Auf diesem Wege können Verfälschungen durch einzelne Extrasystolen verhindert werden. Allerdings bietet dieser Algorithmus immer noch keinen Schutz vor mehreren aufeinanderfolgenden Kontraktionen ohne Auswurf.

Daher versucht man in einer weiteren Variante empirisch den Zeitpunkt zu bestimmen, ab dem eine frühzeitig einfallende Systole zu einem tatsächlichen Auswurf führt. In der Folge verwertet man nur die Schlagvolumina, die jeweils nach diesem Zeitpunkt aus der RVP -Kurve berechnet werden. So können auch Serien von ineffektiven Kontraktionen erkannt und deren fälschlicherweise errechnete Werte eliminiert werden.

Mit der Kombination dieser beiden Algorithmen könnten Verfälschungen durch ineffektive Kontraktionen wirkungsvoll bekämpft werden, man ist aber auf empirisch ermittelte Werte und einen komplizierten Kalibrationsvorgang angewiesen.


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Dadurch gewinnt eine andere Möglichkeit an Attraktivität, nämlich die Abfallcharakteristik des PA-Druckes aus der Amplitude des vorausgehenden RVP zu bestimmen und so zum Schnittpunkt mit der folgenden RVP -Kurve zu gelangen. Dies ergibt sich aus der Modifikation eines von Lanard [ 63 ] veröffentlichten Schaltbildes (siehe Abb. 16). Es faßt schematisch die Fluß- und Druckverhältnisse am Herzen zusammen.

Abb. 16: Ersatzschaltbild des kleinen Kreislaufs, modifiziert nach Lanard [ 63 ]

Der rechte Ventrikel (RV) stellt demnach funktionell einen Kondensator (CRV) mit angeschlossener Wechselstromquelle dar. Die Wechselstromquelle steht für die zyklische Füllung und Austreibung des Blutes, der Kondensator für die Speicherfunktion des Ventrikels. Der Widerstand, der während der isovolumetrischen Kontraktion bis zur öffnung der Pulmonalklappen überwunden werden muß, ist durch den Ohmschen Widerstand RV dargestellt. Das ausgeworfene Blutvolumen fließt durch die Pulmonalklappe, im Schaltbild als Diode (DV) verzeichnet, in die A. pulmonalis. Die Windkesselfunktion der Pulmonalarterie, nämlich das systolisch ausgetriebene Blut aufzunehmen, kurzfristig zu speichern, und kontinuierlich an die Peripherie abzugeben, ist durch den Kondensator CP dargestellt, der pulmonalvaskuläre Widerstand als RP gekennzeichnet.

Anhand dieses Modells läßt sich nun ein Algorithmus zur Berechnung einer künstlichen Pulmonalisdruckkurve erstellen. Voraussetzung ist, wie unter physiologischen Verhältnissen, daß die Maxima von RVP und PAP gleich sind. So wird nun die PAP -Kurve berechnet, die nach diesem Modell vom Maximum von RVP bzw. PAP bis zum Beginn der nächsten Systole der Entladungskurve eines Kondensators entspricht:

RVPmax = Maximum des rechtsventrikulären Druckes des vorangehenden Schlages; e = Eulersche Zahl;

t = Zeit; RP = pulmonalvaskulärer Widerstand; CP = Kapazität der Kondensatorfunktion der A. pulmonalis

übersteigt nun bei der folgenden Kontraktion der erzeugte Druck des rechten Ventrikels das errechnete enddiastolische Druckniveau der Pulmonalarterie, so kommt es zur Austreibung.

Dieser modelltheoretische Ansatz ermöglicht es also, aus der Abfallcharakteristik der pulmonalarteriellen Druckkurve abzuschätzen, ob der maximale RVP des nächsten Schlages für eine effektive Kontraktion ausreicht.


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Abb. 17: Modell zur Kalibrierung der Pulskonturmethode

Zur Kalibrierung dieser Methode läßt sich durch die Frequenzmodulation ermitteln, in welchem Zeitfenster ( t ) oder aber ab welcher Druckdifferenz (p) eine frühzeitig einfallende Extrasystole zu einer effektiven Kontraktion führt (siehe Abb. 17).


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5.4. Mögliche Anwendung

Um die hämodynamische Situation eines Patienten beurteilen zu können, ist die Kenntnis des aktuellen Herzzeitvolumens von großer Bedeutung.

Dies gilt im Besonderen für Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz. Für dieses Patientengut wird dringend eine Methode gesucht, mit der man die Herzleistung kontinuierlich beobachten kann. Mit der vorgestellten Methode wäre es möglich, das HZV nicht nur unter stationären Bedingungen zu bestimmen, sondern erstmals die Auswirkungen des normalen Lebensrhythmus auf das HZV mit all seinen spezifischen Belastungen über längere Zeit kontinuierlich zu dokumentieren.

Die im implantierten Meßsystem gespeicherten Daten ließen sich in regelmäßigen Abständen telemetrisch überspielen. So ließe sich eine Optimierung der medikamentösen Therapie erreichen, denn häufig kommt es vor, daß eine unter stationären Bedingungen erfolgte Therapieeinstellung der chronischen Herzinsuffizienz sich für die Belastungen des Alltags als oft nicht ausreichend erweist.

Für das langfristige Monitoring eignet sich die vorliegende Methode besonders, weil sich durch den Meßort im rechten Ventrikel im Gegensatz zu Pulmonalarterienkathetern keine signifikanten Komplikationen ergeben [ 57 , 59 ].

Es gibt darüber hinaus Ansätze, den enddiastolischen pulmonalarteriellen Druck, der wie der pulmonalarterielle Wedge-Druck Aussagen über die Vorlast des linken Ventrikels zuläßt, bereits im rechten Ventrikel zu messen [ 57 ]. Hier wird in Analogie zum vorliegenden Ansatz der enddiastolische PA-Druck aus der RVP -Kurve beim Zeitpunkt von dP/dt max , also dem vermuteten Zeitpunkt der Pulmonalklappenöffnung, berechnet.

In Kombination dieser beiden Methoden ergäbe sich die Möglichkeit, durch einen einzelnen Katheter im rechten Ventrikel nicht nur umfangreiche Aussagen über das rechte Herz, sondern auch über Vorlast und Auswurfleistung des linken Herzens machen zu können.

Ein Einsatz dieser beiden Methoden in Langzeitimplantaten würde neue Möglichkeiten in der ambulanten Diagnostik und Therapieüberwachung von Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz eröffnen.


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