PPV v.s. HD Fellow Onderwijs - I.D. Ayodeji Effect van “positive pressure ventilation” op hemodynamiek

Geschiedenis 1609 William Harvey 1733 Stephen Hales Uitvinding van de bloedsomloop Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus 1733 Stephen Hales Eerste Fysiologie Haemastatics Hemostat en fan

Geschiedenis 1932 John Dalziel 1950’s Eerste beschrijving ijzeren long Negatieve druk beademing 1950’s WWII Hoog vliegers Postitive pressure ventilation (PPV) Endotracheal tube

Geschiedenis 1915 Frank Starling 1955 Arthur Guyton Verhouding preload : slagvolume The Law of the Heart 1955 Arthur Guyton Samenvoeging VR en CO curves Determination of cardiac output by equating venous return curves and cardiac return curves

Fysische wetten Pascal’s wet voor vloeistof druk: P ∾ Vloeistof kolom Continuiteit’s wet: Vernauwing ∾ 1/ Versnelling Boyle’s wet voor gassen: P ∾ V Laplace’ wet voor distensie: T = P x r Bernoulli’s wet voor wrijvingloze stroming: P ∾ 1/ Φ Ohm’s wet voor electrische stroom: V = I x R Poiseuille’s wet voor wrijvende stroming: ΔP = Φ x R

Basis stroom principe Poiseuille’s wet voor stromende vloeistof: Ohm’s wet voor electrische stroom: V = I x R Spanning = Stroom x Weerstand In evenwicht Poiseuille’s wet voor stromende vloeistof: ΔP = Φ x R Druk = Stroom x Weerstand Maar…

Mits Gelijkstroom!! Basis stroom principe Ohm’s wet voor electrische stroom: V = I x R Spanning = Stroom x Weerstand In evenwicht Poiseuille’s wet voor stromende vloeistof: ΔP = Φ x R Druk = Stroom x Weerstand Mits Gelijkstroom!!

Basis wisselstroom Directstroom Ohm’s wet: V = I x R Spanning = Stroom x Weerstand In evenwicht Wisselstroom: V = I x Z Spanning = Stroom x Impedantie Lat. Impedire = Hinderen Impedantie = Weerstand + Reactantie Reactantie = Schijnbare weerstand = Capaciteit + Inductie Capaciteit = absorbtievermogen Inductie = terugslag V ∾ I Maar verandert in de tijd Z = dynamische R

Stroom Model: Circulatie Pulserende stroom: ΔP = Φ x Z Druk = Stroom x Impedantie Impedantie = Weerstand + Reactantie Reactantie = Niet tastbare weerstand Windpipe effect Stroom inertie zoals door turbulentie Hervedelingen binnen het circuit ΔP ∾ Φ Maar verandert in de tijd Z is een dynamische variabele R

Stroom model: Expansie vat Compliantie = meegevendheid C = Δ V / ΔP Logica: compliantie is omgekeerde van stijfheid/absorbtie C = 1/R = ΔV / ΔP Analogie: Φ = ΔV C = Φ / ΔP ΔP = Φ /C = Stroom / Meegevendheid C Kenschetst één holte Zou C in een pulserende knijpende een statische zijn?

Thorax HolteS Luchtweg → Pleura Pleura → Mediastinum Luchtweg obstructie Longoedeem & Infiltraat Pijn & Tonus Abdomen distensie & Diafragma hoogstand Pleura → Mediastinum Pneumothorax pendeling & Vocht collecties Pericardholte → Ventrikel Pericardzak en effusie Myocard oedeem Myocard tonus ΔP ∾ ΔV Complianties zijn variabel Complianties zijn dynamisch Complianties zijn multifactorieel Kunnen wij dan gewoon met ΔP ∾ ΔV verder rekenen?

Thorax HolteS: vat in vat in vat Luchtweg druk → Pleura druk Luchtweg obstructie Longoedeem & Infiltraat Pijn & Tonus Abdomen distensie & Diafragma hoogstand Pleura druk → Mediastinum druk Pneumothorax pendeling & Vocht collecties Pericardholte druk → Ventrikel druk Pericardzak en effusie Myocard oedeem Myocard tonus ΔP ∾ ΔV ΔP kent absorptie op absorptie op absorptie ΔP in pericard is niet meetbaar Wij kunnen dus of meten of beredeneren op basis van aannames

Luchtweg naar Pericard Transmissie: Positive airway pressure (Paw) →Longvolume Ongeacht verdeling binnen long parenchym Effect neemt af met toename van PEEP Longvolume → ITP →Pericarddruk (Ppc) Overbrenging varieert per patiënt en in de tijd O’Quin @ J Appl Fysiol. 1985 Follow the volume Hoger Ppc geeft: Lagere Venous return (VR) Hogere Linker ventrikel ejectie Pinsky @ Am Rev Respir Dis. 1991

De grens: het pericard Hoe veel ΔPpc er op ΔPaw volgt hangt af van hoe hard: PEEP vooraf naar binnen drukt Hart distensie vooraf naar buiten drukt Ppc is niet te bepalen Ppc bepaalt de cruciale transmurale druk Bedenk mate Δ long volume die uit Δpaw volgt.. Follow the volume

HD Factoren waar PPV op ingrijpt HD: CO = p x Slagvolume Rate niet Slagvolume wel ITP vooral door PPV long volume O’Quin 85 Follow the volume

Rechter Atrium

Venous Return (VR) Volume stressed P mean systemic (Pms) = MVP ipv MAP Vstressed = Vtot – Vunstressed Tonus sympathisch gestuurd (catecholamine) P mean systemic (Pms) = MVP ipv MAP ∾ Vstressed ∾ Volume verdeling in circulatie Hydrostatisch: Vstress = Pms x Compliantie Vtot = Pms x Capacitantie Drukverval i sbepalend: Veneus: VR ∾ Pms ∾ stress Atriaal: VR ∾ Right Arterial Pressure (RAP)

Right Atrial Pressure Atriale vulling: Nb: Compliantie is Capactantie VR begint met vrije stroom ∾ Pms RAP stijgt met vullen VR vertraagt door RAP stijging VR stopt met Pms = RAP Nb: Compliantie is Capactantie Dit passieve model verwaarloost: Dat het hart actief zuigt Dat het atrium actief knijpt

Frank-Starling “Veeg” Vulling rekt de ventrikel op, druk is het gevolg Druk ontstaat door vulling en door compliantie & contractie Volumes zijn niet meetbaar, druk is surrogaat Follow the volume

Druk als surrogaat voor volume Vulling rekt de ventrikel op, druk is het gevolg Correlatie door causale relatie Volumes zijn niet meetbaar Druk ontstaat door Vulling (volume) Capacitantie (zo je wilt compliantie) Contractie

Guytons ingeving Bij elke RAP hoort 1 CO en 1 VR.. Als Pms en Capacitantie (richting coeff.) bij PEEP gelijk blijven daalt slagvolume

Pms stijging behoudt slagvolume Als PMS bij PEEP stijgt en C gelijk blijft kan CO gelijk blijven Paw stijging verhoogt RAP en Pms even veel Dus Pms ∾ Vstress, tonus of volume Jelink @ J Appl Fysiol. 2000

Pericard behoudt output Pericard beperkt atriale uitzetting al bij atm + 5mmHg Tyberg @ Circulation 1994 Bij welk volume?

Bring on the PEEP PEEP verhoogt Ppc verhoogt RAP & RVP navenant Dus RV vuldruk is onveranderd PEEP verhoogt RAP verlaagt Venous Return Dus RV eind diastolisch volume & SV dalen Pinsky @ Am Rev Respir Dis 1992 Door dweilen met de kraan minder open.. Kan minder nat maken Bij welk volume?

Beperkende kritische veneuze druk Als PEEP > Pveneus collaberen de afferente vaten Ongeacht hoe laag RAP is, Pkritisch bepaalt dan Venous Return Inspiratory hold met 20cmH2O (15mmHg) verlaagt CO niet bij gevulden door abdominale druk verhoging! Van den Berg @ J Applied Physiol 2002

Vena Cava Superior Collaps PPV collabeert afferente ondervulde intrathoracale vaten VCS collaps voorspelt fluid response Collaps = 36% ø afname na 10ml/kg in 30”vulling = 10ml/kg colloïde in 30” Response = 11% cardiac index verhoging Vieillard-Baron @ Intensive Care Med 2004

Rechter Ventrikel

PEEP effect Preload daalt Afterload stijgt Biondi @ Anesth Analg 1988 Vooral > 15cm, bij 36 hypoxici Biondi @ Anesth Analg 1988 Peep verhoogt druk in R ventrikel (RVP) & PAP navenant RV ejectie druk is dus onveranderd Kleine circulatie heeft een lage zeer variabele impedantie

Afterload verhoging via PVR Pulmonary Vascular Resistance PEEP oxygeneert en verlaagt hypoxische vasoconstrictie Paw bij longen > FRC: comprimeert intrapulmonale vaten Hogere weerstand Lagere capaciteit Paw bij longen <FRC: comprimeert extrapumonale vaten Lagere weerstand Hogere Capaciteit Burton @ J Applied Physiol 1958

PEEP effect Preload daalt Afterload stijgt Vooral > 15cm bij 36 hypoxici Biondi @ Anesth Analg 1988 Bij 16 ARDSers met pO2 60-80 mmHg Ondanks hoger pO2 Schmitt @ Critical Care 2005 Waarschijnlijk afhankelijk van pO2, vaatbed obstructie en compressie van het interstitium Nb 10mmHg – 14cmH2O

Rechter Ventrikel

Maximale RV wall stress   Maximale RV wall stress Laplace’ wet voor distensie: T = P x r = P x r /2 Afterload is een functie van: RV einddiastolisch volume RV eindsystolische druk Laplace wet: oppervlaktespanning van vloeistof/gas in stilstand

Maximale RV wall stress Laplace’ wet voor distensie: T = P x r   Maximale RV wall stress Laplace’ wet voor distensie: T = P x r Afterload is een functie van: RV einddiastolisch volume RV eindsystolische druk Maughan @ Circ Res 1979

PICO Kruislings door een andere hond gevasculariseerd Met rolpomp coronair perfusie Linker ventrikel geventileerd In open thorax Geïsoleerd In 1979

PAP PEEP PAP =ARF PAP? PEEP frustreert RV soms niet Hogere PAP geeft lagere ejectie fractie en grotere preload In 34 ARF patiënten rechts In 8 sepsis patiënten biventriculair Zolang zij ziek zijn PEEP PAP =ARF PAP? Brunet @ Intensive Care Med 1988 RV eind diastolisch volume & EF onafhankelijk van PEEP<20 Een gericht onderzoek 15 Heidelbergse schapen Wel LVF beperking PEEP frustreert RV soms niet Luecke @ Intensive Care Med 2004

Linker Diastole

LV preload PEEP verlaagt het aanbod van rechts: sVR PEEP beïnvloedt het septum & interventriculaire spel PEEP beïnvloedt de LV compliantie

Het interventriculair spel PEEP drukt het septum door rechts distensie naar links Radiomarkers in honden tot RV bypass Scharf @ J Appl Physiol 1982 TTE bij mens tijdens eerste 3 slagen in 40-60 mmHg Mueller Nb Mueller = Omgekeerd Valsalva Brinker @ Circulation 1980 PEEP drukt het septum juist naar links Janicki @ Am J Physiol 1990 Olsen @ Circ Res 1983 “Er gebeurt daar iets”

Het LV Long spel PEEP verlaagt LV compliantie PEEP 15 in honden Haynes @ J Applied Physiol 1980 Loyd @ J Apllied Physiol 1982 PEEP verlaagt LV compliantie niet PEEP 12 in honden Fewell @ Am J Physiol 1981 Logischerwijs in cor pulmonale “Compliantie zal door een stijvere long iets afnemen” Nb. 65mmHg = 88cm H20

Linker Systole

Schrik & schoonheid Het effect van PEEPs op LV contractiliteit geeft meer discussie dan alle andere hart-long interacties Starling wordt veel toegepast: preload vs output Volume is relevanter dan druk “Although this relationship is physiologically relevant, because normal pumping of the ventricles requires that they deliver appropriate amount of blood to the tissues at low filling pressures.” MM le Winter Let us stray into the realm of conjectures Laat ons het rijk der veronderstellingen in struinen

Crux: Hartfunctie Ejectie fractie Verkorting snelheid Fractionele verkorting Allen worden door externe preload factoren beïnvloed “Elastance dan?”

Trappetje af Hogere ITP verlaagt afterload net als arteriele druk verlaging Fessler @ J Applied Physiol 1992 Pinsky @ J Applied Physiol 1985 Pinsky @ J Applied Physiol 1983

Pericard spel weer Een groter hart zit strakker in zijn pericard Afterload neemt af onder PEEP Klinger @ Crit Care Clinics North Am 1996 Effect van lagere transmurale druk? Effect van lagere MAP dus makkelijkere runoff? PEEP vermindert de representativiteit van Pslokdarm voor Ppc Afterload reductie verbetert output zelden wegens lagere slagvolumes.. De sleutel is frequentie?

CHF CO could rise like in vasodilation Textboek PEEP effect may be result of poorly understood reflex vasodilation and altered sympathoadrenal function Hypervolemie gaat VR reductie tegen Pouleur @ Circulation 1980

Coronair PEEP kan coronairen dicht drukken Honden Laatste woord niet gezegd Ze zitten niet voor niets aan de buitenkant Niet ongebreideld PEEPen

COPD COPD patiënten met een goede respiratoire status kunnen tijdens weaning cardiogeen longoedeem ontwikkelen Lemaire@ Anaesthesiology 1988 LV EF blijft in deze groep onder PEEP wel behouden itt KN Richard @ Intensive Care Med 1994 Klinische praktijk: de motivatie van Furosemide voor detubatie PEEP kan hier helpen doordat intrinsieke PEEP door extrinsieke wordt vervangen Maakt het de circulatie uit waar Paw vandaan komt?

ARDS Deze geneeskunst is in ARDS toepasbaar: Daarbij kunnen wij de verdeling van ARDS in ogenschouw nemen bijvoorbeeld door een CT voor en na PEEPverhoging te gebruiken om (op een moment) te zien wat de meerwaarde is van hoger PEEP (met of zonder recruiting) zodat het cardiopulmonale spel niet onnodig op gang komt

Veel gelezen: Geloof Moet Waarschijnlijk Zal Geloof biedt zekerheid voor hen die de realiteit niet kennen. Wij kennen de realiteit niet omdat wij hem niet kunnen zien.

Meten vergt weten We may regard the present state of the universe as the effect of its past and the cause of its future. An intellect which at a certain moment would know all forces that set nature in motion, and all positions of all items of which nature is composed, if this intellect were also vast enough to submit these data to analysis, it would embrace in a single formula the movements of the greatest bodies of the universe and those of the tiniest atom; for such an intellect nothing would be uncertain and the future just like the past would be present before its eyes. Pierre Simon Laplace @ A Philosophical essay on Probabilities

Take home message