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Anaesthesiologie und Intensivmedizin
Anaesthesiology
and Intensive Care Medicine
vormals "Anaesthesiologie und Wiederbe1ebung"
begrundet von R. Frey, F. Kern und o. Mayrhofer
Herausgeber:
H. Bergmann, Linz (Schriftleiter)
J. B. Bruckner, Berlin· M. Gemperle, Geneve
W. F. Henschel, Bremen' O. Mayrhofer, Wien
K. MeBmer, Munchen . K. Peter, Munchen
H. Forst
Herzfunktion
unter
Beatmung
Mit 37 Abbildungen und 28 Tabellen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest
Prof Dr. med. Helmuth Forst
Institut fUr Anasthesiologie
der Ludwig-Maximilians-Universitat Miinchen
Klinikum GroBhadern, MarchioninistraBe 15
8000 Miinchen 70
ISBN-13: 978-3-540-55974-0
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Forst, Helmuth: Herzfunktion unter Beatmung; mit 28 Tabellen / H. Forst. -
Berlin; Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo; Hong Kong; Barcelona;
Budapest: Springer, 1993
(Anaesthesiologie und Intensivmedizin; 226)
ISBN-13: 978-3-540-55974-0 e-ISBN-13: 978-3-642-77821-6
001: 10.1007/978-3-642-77821-6
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1993
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung ........................................................................................................... 1
1.1 Mechanismen der hamodynamischen Nebenwirkungen von PEEP. .......... 2
1.2 Funktionsbedingungen des rechten Ventrikels
wahrend PEEP. ................................................................................................... 3
1.3 Ventrikuliire Interdependenz ............................................................................ 5
2 Fragestellung. .................................................................................................... 6
3 Material und Methodik .................................................................................. 7
3.1 Versuchstiere ....................................................................................................... 7
3.2 Aniisthesieverfahren und Beatmung. ............................................................... 7
3.3 Operative Praparation ....................................................................................... 8
3.3.1 Implantation der piezokeramischen MeBwandler ......................................... 9
3.4 Ultraschall-Laufzeitverfahren ......................................................................... 11
3.4.1 Prinzip der Abstandsmessung mit Ultraschall ............................................. ll
3.4.2 MeBwandler. ...................................................................................................... 11
3.4.3 Entfemungsmessung ........................................................................................ 13
3.4.4 Verwendete Ultraschall-LaufzeitmeBgerate. ................................................ 14
3.5 MeBparameter ................................................................................................... 14
3.5.1 Parameter der globalen Kontraktilitiit .......................................................... 16
3.5.2 Lokales Kontraktionsverhalten. ...................................................................... 18
3.5.3 Ventrikeldimensionen ...................................................................................... 18
3.5.4 Dynamische Geometrie der Ventrikel .......................................................... 19
3.5.5 Rechnergesmtzte Datenerfassung und -auswertung ................................... 20
3.5.6 Eichverfahren .................................................................................................... 21
3.5.7 Microspheretechnik ......................................................................................... 22
3.5.8 Lungenmechanik ............................................................................................... 23
3.5.9 Echokardiographie ........................................................................................... 23
3.6 Versuchsprotokolle .................................................................................... ;. ..... 25
3.6.1 A: Kontraktilitiit des rechten Ventrikels ...................................................... 26
3.6.2 B: Dynamische Ventrikelgeometrie .............................................................. 26
3.6.3 c: Echokardiographie ..................................................................................... 27
3.7 Statistische Analyse .......................................................................................... 27
3.7.1 Hypothesen ........................................................................................................ 29
3.7.1.1 Versuchsreihe A: Effekte der RCA-Ligatur ............................................... 29
VI
3.7.1.2 Versuchsreihe A: Effekte von PEEP ........................................................... 29
3.7.1.3 Versuchsreihe B: Ventrikelgeometrie .......................................................... 30
3.7.1.4 Versuchsreihe C: Echokardiographie ........................................................... 31
4 Ergebnisse. ....................................................................................................... 32
4.1 Versuchsreihe A: RechtsventrikuIare Kontraktilitiit.. ................................ 32
4.1.1 Akute Effekte der RCA-Ligatur ....... :. .......................................................... 33
4.1.1.1 Myokarddurchblutung und Kontrollvariablen ............................................. 33
4.1.1.2 Hamodynamik ................................................................................................... 34
4.1.1.3 Regionales Kontraktionsverhalten und globale Kontraktilitat
des rechten Ventrikels ..................................................................................... 35
4.1.2 Wirkung von PEEP auf die Funktion des rechten Ventrike1s ................... 37
4.1.2.1 Gesamthamodynamik ...................................................................................... 37
4.1.2.2 Rechtsventrikulare Hamodynamik ................................................................ 38
4.1.2.3 Regionales Kontraktionsverhalten und globale Kontraktilitat
des rechten Ventrikels ..................................................................................... 40
4.1.2.4 Kontrollvariablen und Transfusionsvolumen ............................................... 41
4.2 Versuchsreihe B: Ventrike1geometrie wahrend PEEP .............................. 42
4.2.1 Hiimodynamik ................................................................................................... 43
4.2.1.1 Gesamthiimodynamik ...................................................................................... 43
4.2.1.2 Rechtsventrikulare Hamodynamik ................................................................ 49
4.2.2 Dimensionen von linkem und rechtem Ventrikel wiihrend PEEP ........... 52
4.2.3 Zusammenhiinge zwischen Ventrikelgeometrie und Hamodynamik ....... 58
4.2.4 Dynamische Ventrikelgeometrie .................................................................... 62
4.2.5 Lungenmechanik ............................................................................................... 65
4.2.6 Kontrollvariablen und Transfusionsvolumen ............................................... 67
4.3 Versuchsreihe C: Echokardiographie ........................................................... 68
4.3.1 Ventrike1durchmesser und Ouerschnittsflachen .......................................... 68
4.3.2 Kontraktionsdynamik ....................................................................................... 70
5 Diskussion ........................................................................................................ 73
5.1 Methodik ............................................................................................................ 73
5.1.1 Versuchstiere und Anasthesieverfahren ....................................................... 73
5.1.2 Hiimodilution .................................................................................................... 74
5.1.3 Statistik ............................................................................................................... 75
5.1.4 Sonomikrometrie .............................................................................................. 75
5.1.5 Kontraktilitiitsparameter ................................................................................. 77
5.1.5.1 Lokale Kontraktilitiit ........................................................................................ 77
5.1.5.2 Globale Kontraktilitiit ...................................................................................... 78
5.1.6 Microspheremethode .................................................................... :. ................. 80
5.1.7 Echokardiographie ........................................................................................... 81
5.2 Ergebnisse .......................................................................................................... 82
5.2.1 Modell des minderperfundierten rechten Ventrike1s .................................. 82
5.2.1.1 Myokarddurchblutung ..................................................................................... 82
5.2.1.2 Kontraktilitiit des rechten Ventrikels nach RCA-Ligatur .......................... 84
5.2.2 Determinanten der Funktion des rechten Ventrike1s wahrend PEEP ..... 86
VII
5.2.2.1 Vorlast ................................................................................................................ 86
5.2.2.2 Nachlast .............................................................................................................. 88
5.22.3 Kontraktilitat ..................................................................................................... 88
5.2.3 Ventrikelgeometrie wahrend PEEP .............................................................. CJ7
5.2.4 Kontraktionsdynamik des linken Ventrikels wahrend PEEP .................. 102
5.2.5 Klinische Relevanz der Ergebnisse .............................................................. 109
5.2.5.1 Das Konzept des kritischen O Transports ................................................ 110
2 -
5.2.5.2 Interpretation hamodynamischer Parameter wahrend PEEP ................. 111
6 Zusammenfassung ....................................................................................... 115
Literator ......................................................................................................... 118
Abkiirzungsverzeichnis
AMV Atemminutenvolumen
ANOVA Varianzanalyse
a.-p. anterior-posterior
ARDS akutes Lungenversagen
("adult respiratory distress syndrome")
em H20 Zentimeter Wassersaule (1 em H20 = 98,0665 Pa)
DAP a.-p.-Durehmesser des linken Ventrikels
DAPed enddiastolischer a.-p.-Durehmesser des LV
DAPes endsystoliseher a.-p.-Durehmesser des LV
DAPrnax maximaler a.-p.-Durehmesser des LV
DAPmin minimaler a.-p.-Durehmesser des LV
dL/dt Verkiirzungsgeschwindigkeit des Muskelsegments der FW
dp/dtrnax maximale Druekanstiegsgeschwindigkeit im RV
DRV s.-l.-Durehmesser des reehten Ventrikels
DRVed enddiastolischer s.-l.-Durehmesser des RV
DRVes endsystolischer s.-l.-Durehmesser des RV
DRVrnax maximaler s.-l.-Durehmesser des RV
DRVrnin minimaler s.-l.-Durehmesser des RV
DSL s.-l.-Durehmesser des linken Ventrikels
DSLed enddiastolischer s.-l.-Durehmesser des LV
DSLes endsystolischer s.-l.-Durehmesser des LV
DSLrnax maximaler s.-l.-Durehmesser des LV
DSLmin minimaler s.-l.-Durehmesser des LV
F102 inspiratorisehe 02-Konzentration
FLVed enddiastolische Ouerschnittsflaehe des LV
FLVes endsystolische Ouerschnittsfliiehe des LV
FRVed enddiastolische Ouerschnittsfliiehe des R V
FRVes endsystolische Ouerschnittsflaehe des RV
FW freie Wand des reehten Ventrikels
Ho Nullhypothese
Hb Hamoglobingehalt
HF Herzfrequenz
x
HI Herzindex
Hkt Hamatokrit
HZV Herzzeitvolumen
IVS interventrikulares Septum
Plasmakalium
Led enddiastolische Lange des Muske1segments der freien Wand
Les endsystolische Lange des Muske1segments der freien Wand
Lmax maximale Lange des Muske1segments der freien Wand
Lmin minimale Lange des Muske1segments der freien Wand
LV linker Ventrikel, linksventrikuliir
LVEDP enddiastolischer Druck im linken Ventrikel
LVEDPtm transmuraler enddiastolischer Druck im linken Ventrike1
LVEF fraktionelle systolische Querschnittsfliichenabnahme des LV
MAP mittlerer Aortendruck
MBF myokardialer BlutfluB
mmHg Millimeter Oueeksilbersaule (1 mm Hg = 133,322 Pa)
Na+ Plasmanatrium
nP MeBzeitpunkt "nach PEEP"
PO MeBzeitpunkt "vor PEEP"
P 10 MeBzeitpunkt "PEEP von 10 cm H20"
P 15 MeBzeitpunkt "PEEP von 15 cm H20"
P20 MeBzeitpunkt "PEEP von 20 cm H20"
PaC02 arterieller C0z-Partialdruck
Pa02 arterieller 02-Partialdruck
PAP mittlerer pulmonalarterieller Druck
PAPtm transmuraler mittlerer pulmonalarterieller Druck
Paw mittlerer Atemwegsdruck
PCWP pulmokapilliirer VerschluBdruck ("wedge pressure")
PEEP positiv-endexspiratorischer Druck
pH arterieller pH
Atemwegsplateau(pausen) druck
Pplat
Pmax Atemwegsspitzendruck
intrathorakaler Druck
Pth
PVR pulmonaler GefaBwiderstand
RAP mittlerer Druck im reehten Vorhof
RAPtm transmu,raler mittlerer Druck im rechten Vorhof
RCA reehte Koronararterie
rm-ANOVA Varianzanalyse fiir wiederholte Messungen
RV reehter Ventrikel, reehtsventrikular
XI
RVEDP enddiastolischer Druck im rechten Ventrikel
RVEDPtm transmuraler enddiastolischer Druck im rechten Ventrikel
RVEF fraktionelle systolische QuerschnittsfIachenabnahme des RV
RVP systolischer Druck im rechten Ventrikel
RVPtm transmuraler systolischer Druck im rechten Ventrikel
s.-1. septal-lateral
SV Schlagvolumen
SVI Schlagvolumenindex
T statistischer Test
TPR peripherer GefaBwiderstand
TSP transseptaler Druckgradient
maximale lastfreie Verkiirzungsgeschwindigkeit
kontraktiler Elemente
V exspiratorisches Atemzugvolumen
t
ZVD zentraler Venendruck
2D-TEE zweidimensionale transosophageale Echokardiographie
%PV prozentuale postsystolische Verkiirzung
%SL prozentuale systolische Uingenzunahme
%SV prozentuale systolische Verkiirzung
1 Einleitung
Die Anwendung von positiv-endexspiratorischem Druck (PEEP) in Kombination
mit maschineller Beatmung oder mit Spontanatmung (CPAP) ist das zentrale
Therapiekonzept bei der Behandlung des alruten Lungenversagens [11, 68, 96,
179, 186, 224, 301, 368, 382, 405]. Dieses Krankheitsbild ("adult respiratory
distress syndrome", ARDS) [10] ist gekennzeichnet durch diffuse bilaterale al
veolare Infiltrate, durch die Abnahme der funktionellen Residualkapazitat (PRC)
und der pulmonalen Compliance sowie durch ein MiBverhaltnis von alveoliirer
Ventilation und Perfusion mit der Folge einer 02-refraktiiren arteriellen Hypox
amie [74, 188,250,254,301, 362]. PEEP bewirkt bei Patienten mit ARDS iiber
die Erhohung des transpuimonalen Druckes - der Differenz von Atemwegsdruck
und intrathorakalem Druck - eine Zunahme der pathologisch erniedrigten FRC
[96, 169, 283] und der Compliance der Lunge [57, 169,368]. Die Abnahnie der
intrapulmonalen Shuntfraktion infolge des verbesserten Ventilations-Perfusions
Verhaltnisses [89, 130, 207,294, 380] fiihrt zu dem letztlich erwiinschten Effekt,
der ErhOhung des arteriellen 02-Partialdruckes [96, 186, 294, 368].
Neben diesem giinstigen Effekt auf den pulmonalen Gasaustausch kann Beat
mung mit PEEP jedoch zugleich einen Abfall des Herzzeitvolumens (HZV) und
des Schlagvolumens (SV) zur Folge haben [26, 63, 67, 166, 179, 249, 269, 277,
283, 286, 291, 328, 395]. Ob und in welchem AusmaB PEEP diesen uner
wiinschten Nebeneffekt ausiibt, hangt ab von der Hohe des angewandten Atem
wegsdruckes [111, 156, 162, 205, 282, 382], dem zirkulierenden Blutvolumen und
dem Tonus der KapazitiitsgefaBe [62, 81, 130, 269, 291], der Herzfunktion [56,
222, 278, 282, 286, 304, 380], der Aktivitiit des sympathikoadrenergen Systems
[36, 166] und der Compliance von Lunge und Thorax [57, 92]. Je nach dem
Schweregrad der Lungenfunktionsstorung und abhiingig von den individuellen
kardialen Reserven ist somit der Nettoeffekt der Verbesserung des arteriellen
02-Gehaltes auf der einen und der Verringerung des HZV auf der anderen
Seite auf die entscheidende GroBe, die 02-Transportkapazitiit, nur schwer
vorhersehbar. Beatmung mit PEEP kann somit auch zu einer Verschlechterung
des systemischen 02-Angebots und damit der Gewebeoxygenierung fiihren [66,
166, 206, 269, 283].
