Hämodynamisches Monitoring Theoretische und praktische Aspekte

Hämodynamisches Monitoring A. Physiologische Grundlagen B. Monitoring C. Optimierung des HZV D. Messung der Vorlast E. Einführung in die PiCCO-Technolgie F. Praktisches Vorgehen G. Anwendungsgebiete H. Limitationen

Hämodynamisches Monitoring E. Einführung in die PiCCO-Technologie Funktionsweise Thermodilution Pulskonturanalyse Kontraktilitätsparameter Nachlastparameter Extravaskuläres Lungenwasser Pulmonale Permeabilität

differenziertes Volumenmanagement Einführung in die PiCCO-Technologie Parameter zur Volumensteuerung Kontraktilität volumetrische Vorlast statisch - dynamisch differenziertes Volumenmanagement HZV EVLW Für eine differenzierte Volumentherapie des Patienten ist also die Kenntnis einer Vielzahl von hämodynamischen und volumetrischen Größen erforderlich. Derzeit ist nur ein Monitoringverfahren verfügbar, das die Bestimmung all dieser Parameter ermöglicht: PiCCO. PiCCO-Technologie

Einführung in die PiCCO-Technologie – Funktionsweise Messprinzip Die PiCCO-Technologie ist eine Kombination aus transpulmonaler Thermodilution und Pulskonturanalyse ZVK Lunge kleiner Kreislauf zentralvenöse Bolusinjektion Die PiCCO Technologie ist ein komplettes hämodynamisches Monitoring, das auf der transpulmonalen Thermodilutionstechnik basiert. Dabei wird ein Indikator (Kälte) in die Blutbahn injiziert und dessen Konzentrationsverlauf stromabwärts registriert. Im Falle der PiCCO-Technologie bedeutet dies die zentralvenöse Injektion eines Kältebolus und die Detektion des Temperaturverlaufes in einer peripheren großen Arterie (femoral, axillär, brachial) über einen speziellen Thermodilutionskatheter. Zweiter Bestandteil der PiCCO-Technologie ist die Pulskonturanalyse, die über die Ergebnisse der Thermodilutionsmessung kalibriert wird und im Gegensatz zur intermittierenden Thermodilution kontinuierliche hämodynamische Parameter liefert. rechtes Herz linkes Herz PULSIOCATH arterieller Thermo-dilutionskatheter PULSIOCATH PULSIOCATH großer Kreislauf

Einführung in die PiCCO-Technologie – Funktionsweise Messprinzip Nach zentralvenöser Injektion durchläuft der Kältebolus nacheinander verschiedene intrathorakale Kompartimente Injektion des Indikators RA RV LA LV PBV EVLW Zeitlicher Konzen-trationsverlauf (Thermodilutionskurve) Dies ist eine schematische Darstellung des Weges, den der Indikator nach der Injektion zurücklegt: nach zentralvenöser Injektion zunächst durch das rechte Herz (Vorhof und Ventrikel), dann durch die Lunge, anschließend durch das linke Herz (Vorhof und Ventrikel) und die Aorta bis zur Detektionsstelle (Platzierungsort des Thermodilutionskatheters). Die einzelnen Herzhöhlen bzw. die Lunge mit dem extravaskuären Lungenwasser stellen somit jeweils Mischkammern für die Verteilung des Kältebolus dar. rechtes Herz Lunge linkes Herz Über einen arteriellen Sensor wird der zeitliche Verlauf der Temperaturänderung registriert

Intrathorakales Thermovolumen (ITTV) pulmonales Thermovolumen (PTV) Einführung in die PiCCO-Technologie – Funktionsweise Intrathorakale Kompartimente (Mischkammern) Intrathorakales Thermovolumen (ITTV) pulmonales Thermovolumen (PTV) RA RV LA LV PBV EVLW Die Gesamtheit aller Mischkammern, also alle vier Herzhöhlen, die Lungenstrombahn und das extravaskuläre Lungenwasser bildet das gesamte intrathorakale Thermovolumen. Dies bezeichnet das gesamte intrathorakale Verteilungsvolumen für Kälte. Die größte einzelne Mischkammer in diesem System ist das pulmonale Thermovolumen, das sich aus dem pulmonalen Blutvolumen, also dem Blutvolumen der Lungenstrombahn und dem extravaskuären Lungenwasser zusammensetzt. größte einzelne Mischkammer Gesamtheit der Mischkammern

Hämodynamisches Monitoring E. Einführung in die PiCCO-Technologie Funktionsweise Thermodilution Pulskonturanalyse Kontraktilitätsparameter Nachlastparameter Extravaskuläres Lungenwasser Pulmonale Permeabilität

(Tb - Ti) x Vi x K HZVTD a = D Tb x dt Berechnung des Herzzeitvolumens Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution Berechnung des Herzzeitvolumens Das HZV wird nach dem modifizierten Stewart-Hamilton-Algorithmus aus der Fläche unter der Thermodilutionskurve berechnet Tb Injektion t (Tb - Ti) x Vi x K HZVTD a = D Tb x dt Aus der Thermodilutionskurve, die über den Thermodilutionskatheter (PiCCO-Katheter) aufgezeichnet wird, lassen sich verschiedene Volumenparameter berechnen. Einer der Hauptparameter der Thermodilutionsmessung ist das Herzzeitvolumen, das mit Hilfe des modifizierten Stewart-Hamilton Algorithmus aus der Fläche unter der Thermodilutionskurve berechnet wird. Der Stewart Hamilton Algorithmus ist nicht PiCCO-spezifisch, sondern bereits relativ alt und gut validiert. Er ist z.B. auch Grundlage der HZV-Bestimmung mittels der pulmonalarteriellen Thermodilution mit dem Pulmonaliskatheter. ∫ Tb = Bluttemperatur Ti = Injektattemperatur Vi = Injektatvolumen ∫ ∆ Tb . dt = Fläche unter der Thermodilutionskurve K = Korrekturfaktor, aus spezifischem Gewicht und spezifischer Wärmekapazität von Blut und Injektat

erniedrigtes HZV: 1,9l/min Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution Thermodilutionskurven Die Fläche unter der Thermodilutionskurve ist umgekehrt proportional zum HZV. Temperatur 36,5 normales HZV: 5,5l/min 37 Temperatur Zeit 36,5 erniedrigtes HZV: 1,9l/min 37 Aus der Form der Thermodilutionskurve können wichtige Rückschlüsse auf die Höhe des HZV gezogen werden. Die Fläche unter der Thermodilutionskurve ist umgekehrt proportional zum HZV, d.h. bei hohem HZV ist die Fläche klein und umgekehrt. Bei hohem HZV kommt der Kältebolus schneller am Thermistor an, daher ist die Kurve im Vergleich zum normalen und erniedrigten HZV nach links verschoben. Für ein erniedrigtes HZV gilt dies umgekehrt, die Kurve ist also nach rechts verschoben. Temperatur Zeit 36,5 erhöhtes HZV: 19l/min 37 5 10 Zeit

Transpulmonale TD (PiCCO) Pulmonalarterielle TD (PAK) Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution Transpulmonale vs. pulmonalarterielle Thermodilution Transpulmonale TD (PiCCO) Pulmonalarterielle TD (PAK) Aorta Lunge PA kleiner Kreislauf LA zentralvenöse Bolusinjektion RA LV PULSIOCATH arterieller Thermo-dilutionskatheter RV rechtes Herz linkes Herz Das Prinzip der Thermodilution mit der PiCCO-Technologie ist identisch zum Pulmonaliskatheter (PAK). Während jedoch beim PAK der Temperaturbolus in der Pulmonalarterie detektiert wird, geschieht dies beim PiCCO System nach der Passage von Herz und Lungen in einer großen peripheren Arterie (femoral, axillär oder brachial). Auch beim PAK fließt nicht der gesamte injizierte Indikator am Thermistor vorbei, da dieser in einem Ast der Pulmonalarterie liegt. Auf die Validität des Messergebnisses hat dies bei beiden Messverfahren keinen Einfluss, da nicht die detektierte Menge des Indikators relevant ist sondern nur der Temperaturunterschied über die Zeit. Bildlicher Vergleich: Stein fällt in glattes Wasser und erzeugt eine Welle die sich nach allen Seiten ausbreitet. Die Höhe der Welle kann an jeder beliebigen Stelle gemessen werden, es wird stets dasselbe Ergebnis dabei herauskommen. großer Kreislauf Bei beiden Verfahren fließt nur ein Teil des injizierten Indikators am Messort vorbei. Das HZV wird trotzdem korrekt bestimmt, da nicht die Menge des detektierten Indikators sondern nur der Temperaturunterschied über die Zeit relevant ist!

Validierung der transpulmonalen Thermodilution Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution Validierung der transpulmonalen Thermodilution Vergleich mit pulmonalarterieller Thermodiliution n (Pat. / Messungen) r bias ±SD(l/min) Friedman Z et al., Eur J Anaest, 2002 17/102 -0,04 ± 0,41 0,95 Della Rocca G et al., Eur J Anaest 14, 2002 60/180 0,13 ± 0,52 0,93 Holm C et al., Burns 27, 2001 23/218 0,32 ± 0,29 0.98 Bindels AJGH et al., Crit Care 4, 2000 45/283 0,49 ± 0,45 0,95 Sakka SG et al., Intensive Care Med 25, 1999 37/449 0,68 ± 0,62 0,97 Gödje O et al., Chest 113 (4), 1998 30/150 0,16 ± 0,31 0,96 McLuckie A. et a., Acta Paediatr 85, 1996 9/27 0,19 ± 0,21 - / - Die Thermodilutionsmessung des HZV mit dem PiCCO System ist in zahlreichen Studien gegen die etablierten Verfahren pulmonalarterielle Thermodilution und direkte Fick Methode (Goldstandard) validiert worden. Alle diese Untersuchungen zeigen eine gute Genauigkeit der PiCCO-HZV Messung mittels Thermodilution. Vergleich mit der Fick-Methode Pauli C. et al., Intensive Care Med 28, 2002 18/54 0,03 ± 0,17 0,98 Tibby S. et al., Intensive Care Med 23, 1997 24/120 0,03 ± 0,24 0,99

erweiterte Analyse der Thermodilutionskurve Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution erweiterte Analyse der Thermodilutionskurve Aus dem Verlauf der Thermodilutionskurve können bestimmte Zeitparameter ermittelt werden Tb Injektion Rezirkulation In Tb e-1 MTt DSt t Aus der Thermodilutionskurve kann aber nicht nur das HZV, sondern weitere Volumenparameter berechnet werden. Hierzu wird die Kurve einer erweiterten Analyse unterzogen und zwei Zeitparameter daraus bestimmt: MTt Mean transit time, Zeit von der Injektion bis zu dem Punkt, an dem die Thermodilutionskurve bis auf 75% ihres Maximums abgefallen ist. Dies entspricht der durchschnittlichen Zeit, die der Indikator von der Injektion bis zur Detektion benötigt. -DST: Downslope time, Zeit, in der die Thermodilutionskurve von 75% ihres Maximums auf 25% ihres Maximums abfällt. Dieser Zeitraum repräsentiert das Mischverhalten des Indikators in der größten einzelnen Mischkammer. Theoretische Grundlagen der Indikatordilution sind sehr komplex, jedoch schon lange bekannt (Newman 1951) und validiert! MTt: Mean Transit time (mittlere Durchgangszeit) durchschnittliche Zeit, die der Indikator bis zum Erreichen des arteriellen Messpunkts benötigt DSt: Down Slope time (exponentielle Abfall- oder Auswaschzeit) exponentielle Abfallzeit der Thermodilutionskurve Tb = Bluttemperatur; lnTb = logarithmische Bluttemperatur; t = Zeit

Intrathorakales Thermovolumen Pulmonales Thermovolumen Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution Berechnung von ITTV und PTV Aus den Zeitparametern der Thermodilutionskurve und dem HZV können ITTV und PTV berechnet werden Tb Injektion Rezirkulation In Tb e-1 MTt DSt t Multipliziert man das Herzzeitvolumen mit der Mean Transit Time, erhält man das intrathorakale Thermovolumen (ITTV). Dies ist das gesamte Verteilungsvolumen für Kälte im Thorax. Das Volumen der größten einzelnen Mischkammer für Kälte im Thorax, das pulmonale Thermovolumen (PTV), erhält man durch Multiplikation des HZV mit der Downslope time. Intrathorakales Thermovolumen ITTV = MTt x HZV Pulmonales Thermovolumen PTV = Dst x HZV

Intrathorakales Thermovolumen (ITTV) pulmonales Thermovolumen (PTV) Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution Berechnung von ITTV und PTV Intrathorakales Thermovolumen (ITTV) pulmonales Thermovolumen (PTV) RA RV LA LV PBV EVLW Nochmals schematische Darstellung der einzelnen Kompartimente. Das ITTV bezeichnet die Summe aller Mischkammern im Thorax, also das gesamte intrathorakale Verteilungsvolumen für Kälte. Das PTV repräsentiert die größte einzelne Mischkammer im Thorax, das pulmonale Thermovolumen, das sich aus dem Blutvolumen der Lungenstrombahn (pulmonales Blutvolumen, PBV) und dem extravaskulären Lungenwasser (EVLW) zusammensetzt. PTV = Dst x HZV ITTV = MTt x HZV

Globales enddiastolisches Volumen (GEDV) Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution Volumetrische Vorlastparameter – GEDV Globales enddiastolisches Volumen (GEDV) ITTV PTV RA RV LA LV PBV EVLW Subtrahiert man nun das pulmonale Thermovolumen vom intrathorakalen Thermovolumen, so erhält man das gesamte in allen 4 Herzkammern befindliche Blutvolumen. Dieses wird auch als das globale enddiastolische Volumen bezeichnet. Es handelt sich hierbei um einen volumetrischen Parameter, der Auskunft über den Füllungszustand des Herzens und damit der kardialen Vorlast gibt GEDV GEDV ist die Differenz zwischen intrathorakalem und pulmonalem Thermovolumen

Intrathorakales Blutvolumen (ITBV) Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution Volumetrische Vorlastparameter – ITBV Intrathorakales Blutvolumen (ITBV) GEDV RA RV LA LV PBV EVLW PBV Addiert man zum global enddiastolischen Volumen das in der pulmonalen Strombahn befindliche Blutvolumen (pulmonales Blutvolumen, PBV) hinzu, so erhält man das intrathorakale Blutvolumen. Dieses repräsentiert somit das gesamte im Herzen und der pulmonalen Strombahn befindliche Blutvolumen. ITBV ITBV ist die Summe aus gesamt enddiastolischem Volumen und pulmonalem Blutvolumen

ITBV wird durch die PiCCO-Technologie aus dem GEDV errechnet Einführung in die PiCCO-Technologie – Thermodilution Volumetrische Vorlastparameter – ITBV ITBV wird durch die PiCCO-Technologie aus dem GEDV errechnet intrathorakales Blutvolumen (ITBV) ITBVTD (ml) 1000 2000 3000 Das intrathorakale Blutvolumen kann entweder durch Doppelindikatordilution direkt gemessen werden oder – wie bei der PiCCO – Technologie – zuverlässig aus dem GEDV errechnet werden. In der Regel ist das ITBV um 25% höher als das GEDV. ITBV = 1.25 * GEDV – 28.4 [ml] GEDV (ml) GEDV vs. ITBV bei 57 Intensivpatienten Sakka et al, Intensive Care Med 26: 180-187, 2000

Zusammenfassung Thermodilution Einführung in die PiCCO-Technologie – Funktionsweise und Thermodilution Zusammenfassung Thermodilution Die PiCCO-Technologie ist ein gering invasives Verfahren zum Monitoring von Volumenstatus und kardiovaskulärer Funktion. Die transpulmonale Thermodilution dient der Berechnung verschiedener volumetrischer Parameter. Aus der Form der Thermodilutionskurve wird das HZV bestimmt. Über eine erweiterte zeitliche Analyse der Thermodilutionskurve können die volumetrischen Parameter der kardialen Vorlast berechnet werden. Für die Thermodilutionsmessung ist nur der Temperaturunterschied über die Zeit relevant, nicht das am Messort vorbeiströmende Indikatorvolumen.

Hämodynamisches Monitoring E. Einführung in die PiCCO-Technologie Funktionsweise Thermodilution Pulskonturanalyse Kontraktilitätsparameter Nachlastparameter Extravaskuläres Lungenwasser Pulmonale Permeabilität

Kalibrierung der Pulskonturanalyse Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulskonturanalyse Kalibrierung der Pulskonturanalyse Die Pulskonturanalyse wird durch die transpulmonale Thermodilution kalibriert und ist eine Schlag-für-Schlag Echtzeitanalyse der arteriellen Druckkurve transpulmonale Thermodilution Pulskonturanalyse Injektion Durch die transpulmonale Thermodilutionsmessung wird die kontinuierliche Pulskonturanalyse der PiCCO-Technologie kalibriert. Dabei wird das mit der Thermodilution ermittelte Schlagvolumen in Relation zur Fläche unter dem systolischen Teil der arteriellen Pulskurve gesetzt. Mit Hilfe dieser Eichung kann dann kontinuierlich aus der arteriellen Druckkurve (Pulskontur) das Herzzeitvolumen bestimmt werden. HZVTPD = SVTD HF T = Bluttemperatur t = Zeit P = Blutdruck

( Parameter der Pulskonturanalyse   P(t) dP PCHZV = cal • HR • Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulskonturanalyse Parameter der Pulskonturanalyse Herzzeitvolumen   Fläche unter der Druckkurve P(t) Form der Druckkurve dP Patientenspezifischer Kalibrationsfaktor (wird mit Thermodilution ermittelt) PCHZV = cal • HR • Herzfrequenz ( + C(p) • Aortale Compliance ) dt SVR dt Die Berechnung des kontinuierlichen PiCCO Pulskonturherzzeitvolumens berücksichtigt neben der Fläche unter der Druckkurve und anderen Faktoren auch die mittels Thermodilution ermittelte aortale Compliance, was einen wichtigen Vorteil gegenüber Systemen ohne Kalibrationsmöglichkeit darstellt. Systole

Validierung der Pulskonturanalyse Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulskonturanalyse Validierung der Pulskonturanalyse Vergleich mit pulmonalarterieller Thermodilution n (Pat. / Messungen) bias ±SD (l/min) r Mielck et al., J Cardiothorac Vasc Anesth 17 (2), 2003 22 / 96 -0,40 ± 1,3 - / - Rauch H et al., Acta Anaesth Scand 46, 2002 25 / 380 0,14 ± 0,58 - / - Felbinger TW et al., J Clin Anesth 46, 2002 20 / 360 -0,14 ± 0,33 0,93 Della Rocca G et al., Br J Anaesth 88 (3), 2002 62 / 186 -0,02 ± 0,74 0,94 Das PiCCO Pulskontur-HZV ist in zahlreichen Studien gegen den Goldstandard pulmonalarterielle Thermodilution validiert worden Alle diese Studien zeigen eine gute Genauigkeit der kontinuierlichen HZV-Bestimmung mittels des PiCCO Pulskonturalgorithmus. Gödje O et al., Crit Care Med 30 (1), 2002 24 / 517 -0,2 ± 1,15 0,88 Zöllner C et al., J Cardiothorac Vasc Anesth 14 (2), 2000 19 / 76 0,31 ± 1,25 0,88 Buhre W et al., J Cardiothorac Vasc Anesth 13 (4), 1999 12 / 36 0,03 ± 0,63 0,94

Parameter der Pulskonturanalyse Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulskonturanalyse Parameter der Pulskonturanalyse Dynamische Parameter der Volumenreagibilität – Schlagvolumenvariation SVmax SVmin SVmittel Neben dem HZV bestimmt das PiCCO aus der arteriellen Druckkurve auch die dynamischen Parameter der Volumenreagibilität. Hierfür werden über ein Zeitfenster von 30 Sekunden die Schlagvolumina gemessen und daraus die Schlagvolumenvariation berechnet. Diese gibt sehr verlässlich darüber Auskunft, ob das Herz auf eine Erhöhung der Vorlast mit einer Steigerung des Auswurfs reagieren wird. SVmax – SVmin SVV = SVmittel Die Schlagvolumenvariation ist die Variation der Schlagvolumina über den Atemzyklus, gemessen über ein Zeitfenster von 30 sec.

Parameter der Pulskonturanalyse Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulskonturanalyse Parameter der Pulskonturanalyse Dynamische Parameter der Volumenreagibilität – Pulsdruckvariation PPmax PPmin PPmittel Analog zur Schlagvolumenvariation wird die Pulsdruckvariation bestimmt. Auch diese ist ein verlässlicher Parameter der Volumenreagibilität. PPmax – PPmin PPV = PPmittel Die Pulsdruckvariation ist die Variation der arteriellen Druckamplitude über den Atemzyklus, gemessen über ein Zeitfenster von 30 sec.

Zusammenfassung Pulskonturanalyse – HZV und Volumenreagibilität Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulskonturanalyse Zusammenfassung Pulskonturanalyse – HZV und Volumenreagibilität Die Pulskonturanalyse der PiCCO-Technologie wird über die transpulmonale Thermodilution kalibriert. Die PiCCO-Technologie analysiert die arterielle Druckkurve Schlag für Schlag und liefert Echtzeitparameter. Neben dem Herzzeitvolumen werden die Schlagvolumenvariation und die Pulsdruckvariation als dynamische Parameter der Volumenreagibilität kontinuierlich bestimmt.

Hämodynamisches Monitoring E. Einführung in die PiCCO-Technologie Funktionsweise Thermodilution Pulskonturanalyse Kontraktilitätsparameter Nachlastparameter Extravaskuläres Lungenwasser Pulmonale Permeabilität

kg Kontraktilitätsparameter Einführung in die PiCCO-Technologie – Kontraktilitätsparameter Kontraktilitätsparameter Die Kontraktilität ist ein Maß für die Leistungsfähigkeit des Herzmuskels Kontraktilitätsparameter der PiCCO-Technologie: dPmx (maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit) GEF (globale Auswurffraktion) CFI (kardialer Funktionsindex) Neben den statischen und dynamischen Vorlastparametern ist auch die Kontraktilität als Maß für die Leistungsfähigkeit des Herzmuskels eine wichtige Determinante des Herzzeitvolumens. Die PiCCO-Technologie stellt hier mehrere Parameter zur Verfügung: kontinuierliche Bestimmung der maximalen Druckanstiegsgeschwindigkeit der arteriellen Pulskurve (dPmx) Bestimmung der globalen Auswurffraktion (GEF) und des kardialen Funktionsindex (CFI) aus der Thermodilution. kg

Kontraktilitätsparameter der Pulskonturanalyse Einführung in die PiCCO-Technologie – Kontraktilitätsparameter Kontraktilitätsparameter der Pulskonturanalyse dPmx = maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit Aus der Pulskonturkurve kann die maximale Steilheit des arteriellen Druckanstieges bestimmt werden. Diese stellt einen vorlastabhängigen Gradmesser für die Kontraktionskraft des Herzens dar. Bei sehr niedriger (mangelnde Füllung) und bei sehr hoher Vorlast (Überdehnung) wird der Druckanstieg bei gleicher Kontraktilität langsamer sein als bei normalem Füllungszustand. Der Kontraktilitätsparameter dPmx bezeichnet die maximale Geschwindigkeit des linksventrikulären Druckanstiegs.

Kontraktilitätsparameter der Pulskonturanalyse Einführung in die PiCCO-Technologie – Kontraktilitätsparameter Kontraktilitätsparameter der Pulskonturanalyse dPmx = maximale Druckanstiegsgeschwindigkeit femoral dP/max [mmHg/s] 2000 n = 220 y = -120 + (0,8* x) r = 0,82 p < 0,001 1500 1000 500 500 1000 1500 2000 LV dP/dtmax [mmHg/s] Der Parameter dPmx wurde bei herzchirurgischen Patienten gegen eine direkte linksventrikuläre Druckmessung validiert. Die Korrelation zwischen beiden Verfahren war sehr gut, so dass dPmx eine ideale, wenig invasive und kontinuierliche Möglichkeit zur Beurteilung der linksventrikulären Kontraktilität darstellt. de Hert et al., JCardioThor&VascAnes 2006 dPmx zeigt bei 70 kardiochirurgischen Patienten eine gute Korrelation mit der direkt linksventrikulär gemessenen Druckanstiegsgeschwindigkeit.

4 x SV GEF = GEDV Kontraktilitätsparameter der Thermodilutionsmessung Einführung in die PiCCO-Technologie – Kontraktilitätsparameter Kontraktilitätsparameter der Thermodilutionsmessung GEF = Globale Auswurffraktion LA 4 x SV GEF = GEDV RA LV RV PiCCO bestimmt weitere Kontraktilitätsparameter aus der Thermodilutionsmessung. Der Quotient aus dem vierfachen Schlagvolumen und dem gesamten Vorlastvolumen GEDV wird als globale Ejektionsfraktion (GEF) bezeichnet. GEF gibt somit das theoretische Verhältnis zwischen dem gesamten Schlagvolumen und dem gesamten Vorlastvolumen des Herzens an. Dieser Parameter ist physiologisch nicht existent, daher weicht auch der Normbereich (25-35%) von der physiologisch normalen linksventrikulären Ejektionsfraktion (50-60%) ab. Die GEF ist ein Parameter der globalen myokardialen Kontraktilität, das bedeutet dass keine Differenzierung zwischen links- und rechtsventrikulär bedingter Kontraktilitätsminderung möglich ist. ist der Quotient aus dem vierfachen Schlagvolumen und dem globalen enddiastolischen Volumen ist ein Parameter der links- und rechtsventrikulären Kontraktilität

Kontraktilitätsparameter der Thermodilutionsmessung Einführung in die PiCCO-Technologie – Kontraktilitätsparameter Kontraktilitätsparameter der Thermodilutionsmessung GEF = Globale Auswurffraktion sensitivity 1 15 18 12 8 0,8 19 16 10 5 0,6 20 D FAC, % 0,4 22 -20 -10 10 20 -5 0,2 -10 r=076, p<0,0001 n=47 Die PiCCO-GEF wurde gegen den Goldstandard TEE validiert, dabei zeigte sich bei Patienten ohne isoliertes Rechtsherzversagen eine gute Korrelation. 0,2 0,4 0,6 0,8 1 specifity -15 D GEF, % Combes et al, Intensive Care Med 30, 2004 Vergleich der GEF mit der mittels des Goldstandards TEE gemessenen Kontraktilität bei Patienten ohne isoliertes Rechtsherzversagen

HI CFI = GEDVI Kontraktilitätsparameter der Thermodilutionsmessung Einführung in die PiCCO-Technologie – Kontraktilitätsparameter Kontraktilitätsparameter der Thermodilutionsmessung CFI = Kardialer Funktionsindex HI CFI = GEDVI ist der Quotient aus dem Herzindex und dem globalen enddiastolischen Volumen ist ebenso wie die GEF ein Parameter der links- und rechtsventrikulären Kontraktilität Ein weiterer Kontraktilitätsparameter aus der Thermodilutionsmessung ist der kardiale Funktionsindex (CFI). Ähnlich wie bei der GEF wird hier das ausgeworfene Volumen (Herzindex HI) in Relation zum Vorlastvolumen gebracht. Für die Berechnung des CFI wird – anders als bei der GEF – noch die Herzfrequenz berücksichtigt, so dass CFI ein etwas globalerer Parameter der Herzleistung als GEF ist. Wie bei der GEF gilt auch für den CFI, dass dieser keine Differenzierung zwischen rechts- und linksventrikulärer Kontraktilität ermöglicht.

Kontraktilitätsparameter der Thermodilutionsmessung Einführung in die PiCCO-Technologie – Kontraktilitätsparameter Kontraktilitätsparameter der Thermodilutionsmessung CFI = Kardialer Funktionsindex sensitivity 1 4 3 2 15 3,5 0,8 10 5 0,6 5 D FAC, % 0,4 -20 -10 10 20 6 -5 0,2 -10 r=079, p<0,0001 n=47 Ebenso wie die GEF wurde der CFI gegen die Echokardiographie validiert, wobei sich ebenfalls eine gute Korrealtion mit der echokardiographisch bestimmten Kontraktilität zeigt. Sowohl GEF als auch CFI spiegeln die globale Kontraktilität des Herzens wieder. In dieser Funktion können beide Parameter gut als Indikator für die Notwendigkeit einer echokardiographischen Diagnostik verwendet werden: wenn GEF bzw. CFI normal sind, ist wahrscheinlich auch die links- und rechtsventrikuläre Kontraktilität des Herzens normal wenn GEF bzw. CFI erniedrigt sind, ist eine Echokardiographie zur Differenzierung zwischen links- und rechtsventrikulärer Kontraktilitätsstörung indiziert. 0,2 0,4 0,6 0,8 -15 1 specifity D GEF, % Combes et al, Intensive Care Med 30, 2004 Vergleich der CFI mit der mittels des Goldstandards TEE gemessenen Kontraktilität bei Patienten ohne isoliertes Rechtsherzversagen

Hämodynamisches Monitoring E. Einführung in die PiCCO-Technologie Funktionsweise Thermodilution Pulskonturanalyse Kontraktilitätsparameter Nachlastparameter Extravaskuläres Lungenwasser Pulmonale Permeabilität

(MAD – ZVD) x 80 SVR = HZV Nachlastparameter Einführung in die PiCCO-Technologie – Nachlastparameter Nachlastparameter SVR = Systemischer vaskulärer Widerstand (MAD – ZVD) x 80 SVR = HZV wird errechnet aus dem Quotienten der Differenz zwischen MAD und ZVD und dem HZV stellt als Nachlastparameter eine weitere Determinante der kardiozirkulatorischen Situation dar ist ein wichtiger Parameter zur Steuerung der Volumen- und Katecholamintherapie Als weitere wichtige hämodynamische Messgröße, die für eine differenzierte Volumen- und Katecholamintherapie hilfreich ist, wird der systemische Gefäßwiderstand durch PiCCO errechnet. Hierzu ist die Eingabe des zentralen Venendrucks erforderlich. MAD = mittlerer arterieller Duck ZVD = zentraler Venendruck HZV = Herzzeitvolumen 80 = Faktor zur Korrektur der Einheiten

Einführung in die PiCCO-Technologie – Kontraktilitäts- und Nachlastparameter Zusammenfassung Der Parameter dPmx der Pulskonturanalyse liefert als Maß für die linksventrikuläre myokardiale Kontraktilität wichtige Informationen über die kardiale Funktion und Therapiesteuerung. Die Kontraktilitätsparameter GEF und CFI sind aussagekräftige Parameter zur Beurteilung der globalen systolischen Funktion und tragen zur frühzeitigen Diagnose eines myokardialen Versagens bei. Der systemische vaskuläre Widerstand SVR ist ein aus Blutdruck und HZV berechneter Parameter der kardiozirkulatorischen Situation, der zusätzliche Informationen zur Steuerung der Volumen- und Katecholamintherapie liefert.

Hämodynamisches Monitoring E. Einführung in die PiCCO-Technologie Funktionsweise Thermodilution Pulskonturanalyse Kontraktilitätsparameter Nachlastparameter Extravaskuläres Lungenwasser Pulmonale Permeabilität

ITTV – ITBV = EVLW Berechnung des extravaskulären Lungenwassers (EVLW) Einführung in die PiCCO-Technologie – Extravaskuläres Lungenwasser Berechnung des extravaskulären Lungenwassers (EVLW) ITTV – ITBV = EVLW Zur Detektion und Quantifizierung eines Lungenödems bestimmt die PiCCO-Technologie das extravaskuläre Lungenwasser, das den Wassergehalt des Lungengewebes ausserhalb der Gefäße repräsentiert. Es entspricht der Differenz aus dem gesamten intrathorakalen Verteilungsvolumen für Kälte (ITTV) und dem Blutvolumen im Thorax (ITBV). Das extravaskuläre Lungenwasser entspricht der Differenz aus intrathorakalem Thermovolumen und intrathorakalem Blutvolumen. Es bezeichnet den extravasalen Wassergehalt des Lungengewebes.

Validierung des extravaskulären Lungenwassers Einführung in die PiCCO-Technologie – Extravaskuläres Lungenwasser Validierung des extravaskulären Lungenwassers Das EVLW der PiCCO-Technologie korreliert gut mit der Bestimmung des extravaskulären Lungenwassers durch die Referenzmethoden Gravimetrie und Farbstoffdilution Gravimetrie Farbstoffdilution ELWI by PiCCO ELWIST (ml/kg) Y = 1.03x + 2.49 40 25 30 20 n = 209 r = 0.96 15 20 10 Die PiCCO-Messung des extravaskulären Lungenwassers wurde gegen die Referenzmethoden Gravimetrie (an Schafen) und Farbstoffdilution validiert. Es zeigt sich eine für klinische Zwecke ausgezeichnete Korrelation der deutlich einfacheren PiCCO-Thermodilutionsmessung mit den Referenzmethoden. 10 5 R = 0,97 P < 0,001 10 20 30 5 10 15 20 25 ELWI by gravimetrics ELWITD (ml/kg) Katzenelson et al,Crit Care Med 32 (7), 2004 Sakka et al, Intensive Care Med 26: 180-187, 2000

EVLW zur Quantifizierung eines Lungenödems Einführung in die PiCCO-Technologie – Extravaskuläres Lungenwasser EVLW zur Quantifizierung eines Lungenödems Durch Blutgasanalysen kann ein hohes extravaskuläres Lungenwasser nicht zuverlässig erkannt werden. ELWI (ml/kg) 30 20 10 Das extravaskuläre Lungenwasser kann mit den herkömmlichen klinischen Methoden nicht verlässlich beurteilt werden. Die im klinischen Alltag häufig zur Quantifizierung verwendete Blutgasanalyse korreliert in keiner Weise mit dem extravaskulären Lungenwasser, d.h. aus einer Einschränkung der Oxygenierung kann nicht auf das Vorliegen bzw. das Ausmaß eines Lungenödems geschlossen werden und umgekehrt. 50 150 250 350 450 550 PaO2 /FiO2 Boeck J, J Surg Res 1990; 254-265

Lungenwasserindex (ELWI) Normalbereich: 3 – 7 ml/kg Einführung in die PiCCO-Technologie – Extravaskuläres Lungenwasser EVLW zur Quantifizierung eines Lungenödems Extravaskulärer Lungenwasserindex (ELWI) Normalbereich: 3 – 7 ml/kg Normalbereich Lungenödem ELWI = 19 ml/kg ELWI = 7 ml/kg Auch das Röntgenbild der Lunge ist oft schwer zu interpretieren, vor allem beim liegenden Patienten. Eine pulmonale Verschattung ist nicht gleichbedeutend mit einem Lungenödem (rechts), sondern kann z.B. auch durch einen Pleuraerguss bedingt sein. Umgekehrt kann eine schwere pulmonale Überwässerung (links oben) vorliegen, ohne dass dies im Röntgenbild besonders auffällig wäre. Wie die Bilder links zeigen, korreliert das Ausmaß der radiologischen Verschattung nicht mit dem Schweregrad des Lungenödems. ELWI = 14 ml/kg ELWI = 8 ml/kg

EVLW zur Quantifizierung eines Lungenödems Einführung in die PiCCO-Technologie – Extravaskuläres Lungenwasser EVLW zur Quantifizierung eines Lungenödems Auch Röntgen-Thorax-Aufnahmen können ein Lungenödem nicht quantifizieren und sind vor allem beim liegenden Patienten schwer zu beurteilen. D radiographic score r = 0.1 p > 0.05 80 60 40 20 -15 -10 10 15 -20 Bereits 1985 konnte gezeigt werden, dass das mittels radiologischer Scores bestimmte Ausmaß der pulmonalen Verschattung bei liegenden Patienten nicht mit dem Wassergehalt der Lunge korreliert. D ELWI -40 -60 -80 Halperin et al, 1985, Chest 88: 649

Relevanz der EVLW-Bestimmung Einführung in die PiCCO-Technologie – Extravaskuläres Lungenwasser Relevanz der EVLW-Bestimmung Die Höhe des Extravaskulären Lungenwassers stellt einen Prädiktor für die Mortalität von Intensivpatienten dar. ELWI (ml/kg) 4 - 6 30 Mortalität (%) 20 n = 81 40 50 60 70 80 6 - 8 8 - 10 10 - 12 12 - 16 16 - 20 > 20 90 100 Mortalität (%) 10 n = 373 *p = 0.002 20 30 40 50 60 70 80 Die Messung des extravaskulären Lungenwassers ist aber nicht nur zur Quantifizierung eines Lungenödems und damit zur Therapiesteuerung wichtig. Die Relevanz des Parameters EVLW zeigt sich zudem in der guten Korrelation mit der Mortalität von Intensivpatienten. EVLW stellt also einen guten Prädiktor für die Prognose des Patienten dar. < 7 n = 45 7 - 14 n = 174 14 - 21 n = 100 > 21 n = 54 ELWI (ml/kg) Sturm J in: Lewis, Pfeiffer (eds): Practical Applications of Fiberoptics in Critical Care Monitoring, Springer Verlag Berlin - Heidelberg - NewYork 1990, pp 129-139 Sakka et al , Chest 2002

Relevanz der EVLW-Bestimmung Einführung in die PiCCO-Technologie – Extravaskuläres Lungenwasser Relevanz der EVLW-Bestimmung Ein EVLW-gestütztes Volumenmanagement kann gegenüber einer PCWP-orientierten Therapie die Liegezeit und Beatmungsdauer von Intensivpatienten signifikant verkürzen. Beatmungstage Intensivpflegetage * p ≤ 0,05 n = 101 * p ≤ 0,05 Die Einbeziehung des Lungenwassers in die therapeutische Strategie hat großen Einfluss auf das Outcome der Patienten. In dieser Studie wurde an einem gemischten intensivmedizinischen Patientengut eine am PCWP orientierte Therapie mit einem EVLW-gesteuerten Management verglichen. Die Patienten der EVLW-Gruppe wiesen eine signifikant kürzere Beatmungs- und Intensivliegedauer auf. Neben dem verbesserten Patientenoutcome bedeutet dies auch ein hohes Kosteneinsparpotential. 22 Tage 9 Tage 15 Tage 7 Tage PAK Gruppe EVLW Gruppe PAK Gruppe EVLW Gruppe Mitchell et al, Am Rev Resp Dis 145: 990-998, 1992

Hämodynamisches Monitoring E. Einführung in die PiCCO-Technologie Funktionsweise Thermodilution Pulskonturanalyse Kontraktilitätsparameter Nachlastparameter Extravaskuläres Lungenwasser Pulmonale Permeabilität

EVLW PVPI = PBV Differenzierung eines Lungenödems Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulmonale Permeabilität Differenzierung eines Lungenödems PVPI = pulmonalvaskulärer Permeabilitätsindex EVLW EVLW PVPI = PBV PBV ist der Quotient aus Extravaskulärem Lungenwasser und Pulmonalem Blutvolumen ist ein Maß für die Permeabilität der Lungengefäße und dient damit zur Klassifikation eines Lungenödems (hydrostatisch vs. permeabilitätsbedingt) Nicht nur das Ausmaß eines Lungenödems, sondern auch die Kenntnis der Ursache ist für die Therapiesteuerung wichtig. Die PiCCO-Technologie bestimmt hierzu den pulmonalvaskulären Permeabilitätsindex (PVPI), der über das Verhältnis von extravaskulärem Lungenwasser und pulmonalem Blutvolumen Auskunft gibt. Dieses Verhältnis ist ein Maß für die Permeabilität der Lungenstrombahn und erlaubt so die Differenzierung zwischen einem permeabilitätsbedingten (z.B. bei Sepsis) und einem hydrostatischen Lungenödem (z.B. beim kardiogenen Schock). Der PVPI kann daher wichtige zusätzliche Hinweise für die Therapiesteuerung liefern.

permeabilitätsbedingt Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulmonale Permeabilität Klassifizierung eines Lungenödems mit dem PVPI Unterschiedliche Werte des PVPI bei hydrostatischem und permeabilitätsbedingtem Lungenödem: Lungenödem hydrostatisch permeabilitätsbedingt PBV PBV EVLW EVLW Unterschiedliche Werte für den PVPI bei Permeabilitäts- und hydrostatischem Lungenödem kommen durch das unterschiedliche Verhältnis von extravaskulärem Lungenwasser und pulmonalem Blutvolumen zustande. Während beim hydrostatischen Lungenödem das extravaskuläre Lungenwasser und das pulmonale Blutvolumen erhöht sind (kardiale Stauung), das Verhältnis der beiden Größen also relativ unverändert ist, steigt beim Permeabilitätsödem das Lungenwasser an und das pulmonale Blutvolumen bleibt unverändert bzw kann sogar kleiner werden. Dies führt zu einem höheren Wert für den PVPI. Voraussetzung für einen validen Wert des PVPI ist eine ausreichende Vorlast, da bei Hypovolämie das pulmonale Blutvolumen erniedrigt ist und damit der PVPI falsch hoch errechnet werden kann. EVLW EVLW PBV PBV PVPI normal (1-3) PVPI erhöht (>3)

Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulmonale Permeabilität Validierung des PVPI Der PVPI kann zwischen einem pneumoniebedingten und einem durch Herzinsuffizienz verursachten Lungenödem unterscheiden. PVPI 4 3 In dieser Untersuchung konnte gezeigt werden, dass der PVPI auch in der Praxis verlässliche Auskunft über die Ursache eines Lungenödems geben kann. 2 Herzinsuffizienz Pneumonie 16 Patienten mit kongestiver Herzinsuffizienz und erworbener Pneumonie. ELWI war in beiden Gruppen 16 ml/kg. Benedikz et al ESICM 2003, Abstract 60

Wieviel Wasser ist in der Lunge? Was ist die Ursache dafür? Einführung in die PiCCO-Technologie – Pulmonale Permeabilität Klinische Relevanz des Pulmonalvaskulären Permeabilitätsindex ELWI beantwortet die Frage: Wieviel Wasser ist in der Lunge? PVPI beantwortet die Frage: Was ist die Ursache dafür? Die Kombination aus EVLW und PVPI ist ein wertvolles Instrument zur Diagnostik, Quantifizierung und Therapiesteuerung eines pulmonalen Ödems. und kann damit wertvolle Hinweise zur Therapie geben!

Einführung in die PiCCO-Technologie – EVLW und Pulmonale Permeabilität Zusammenfassung Das EVLW als valide Messgröße für den extravasalen Wassergehalt der Lunge ist der einzige bettseitig erhebbare Parameter zur Quantifizierung eines Lungenödems. Blutgasanalysen und Röntgen-Thorax-Aufnahmen sind zur Erkennung und Beurteilung eines Lungenödems nicht geeignet. Die Höhe des EVLW stellt einen Prädiktor für die Mortalität von Intensivpatienten dar. Der Pulmonalvaskuläre Permeabilitätsindex PVPI kann zur Differenzierung zwischen einem hydrostatischen und einem permeabilitätsbedingten Lungenödem verwendet werden.