Fellow Onderwijs - I.D. Ayodeji

Effect van “positive pressure ventilation” op hemodynamiek

PPV v.s. HD

Geschiedenis1609 William Harvey

Uitvinding van de bloedsomloop

Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus

1733 Stephen HalesEerste FysiologieHaemastaticsHemostat en fan

Geschiedenis1932 John Dalziel

Eerste beschrijving ijzeren long

Negatieve druk beademing

1950’s WWII Hoog vliegersPostitive pressure

ventilation (PPV)Endotracheal tube

Geschiedenis1915 Frank Starling

Verhouding preload : slagvolume

The Law of the Heart

1955 Arthur GuytonSamenvoeging VR en CO

curvesDetermination 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• 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• In evenwicht

Maar…

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• In evenwicht

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 holteZou C in een pulserende knijpende een statische zijn?

Thorax HolteS Luchtweg → Pleura

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 PericardTransmissie:1.Positive airway pressure (Paw) →Longvolume

Ongeacht verdeling binnen long parenchymEffect neemt af met toename van PEEP

2.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 pericardHoe veel ΔPpc er op ΔPaw volgt hangt af van hoe hard:PEEP vooraf naar binnen druktHart distensie vooraf naar buiten drukt

Ppc is niet te bepalenPpc bepaalt de cruciale transmurale druk

Bedenk mate Δ long volume die uit Δpaw volgt..Follow the volume

HD Factoren waar PPV op ingrijptHD: 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

Vstressed = Vtot – VunstressedTonus sympathisch gestuurd (catecholamine)

P mean systemic (Pms) = MVP ipv MAP ∾ Vstressed∾ Volume verdeling in circulatie

Hydrostatisch:Vstress = Pms x CompliantieVtot = Pms x Capacitantie

Drukverval i sbepalend:Veneus: VR ∾ Pms ∾ stressAtriaal: VR ∾ Right Arterial Pressure (RAP)

Atriale vulling:1. VR begint met vrije stroom ∾ Pms 2. RAP stijgt met vullen3. VR vertraagt door RAP stijging4. VR stopt met Pms = RAP

Nb:Compliantie is CapactantieDit passieve model verwaarloost:

Dat het hart actief zuigt Dat het atrium actief knijpt

Right Atrial Pressure

Vulling rekt de ventrikel op, druk is het gevolgDruk ontstaat door vulling en door compliantie & contractie Volumes zijn niet meetbaar, druk is surrogaat

Follow the volume

Frank-Starling “Veeg”

Druk als surrogaat voor volumeVulling rekt de ventrikel op, druk is het gevolgCorrelatie door causale relatieVolumes zijn niet meetbaar

Druk ontstaat doorVulling (volume)Capacitantie (zo je wilt compliantie)Contractie

Guytons ingevingBij elke RAP hoort 1 CO en 1 VR..

Als Pms en Capacitantie (richting coeff.) bij PEEP gelijk blijven daalt slagvolume

Pms stijging behoudt slagvolumeAls PMS bij PEEP stijgt en C gelijk blijft kan CO gelijk blijvenPaw stijging verhoogt RAP en Pms even veelDus Pms ∾ Vstress, tonus of volume

Jelink @ J Appl Fysiol. 2000

Pericard behoudt outputPericard beperkt atriale uitzetting al bij atm + 5mmHg

Tyberg @ Circulation 1994

Bring on the PEEPPEEP verhoogt Ppc verhoogt RAP & RVP navenantDus RV vuldruk is onveranderd

PEEP verhoogt RAP verlaagt Venous ReturnDus RV eind diastolisch volume & SV dalen

Pinsky @ Am Rev Respir Dis 1992

Door dweilen met de kraan minder open.. Kan minder nat maken

Beperkende kritische veneuze drukAls PEEP > Pveneus collaberen de afferente vatenOngeacht 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 CollapsPPV collabeert afferente ondervulde intrathoracale vaten

VCS collaps voorspelt fluid response

Collaps = 36% ø afnamena 10ml/kg in 30”vulling = 10ml/kg colloïde in 30”Response = 11% cardiac index verhoging

Vieillard-Baron @ Intensive Care Med 2004

Rechter Ventrikel

PEEP effectPreload daaltAfterload stijgt

Vooral > 15cm, bij 36 hypoxici

Biondi @ Anesth Analg 1988

Peep verhoogt druk in R ventrikel (RVP) & PAP navenant

RV ejectie druk is dus onveranderdKleine circulatie heeft een lage zeer variabele

impedantie

Afterload verhoging via PVRPulmonary Vascular ResistancePEEP oxygeneert en verlaagt hypoxische vasoconstrictiePaw bij longen > FRC: comprimeert intrapulmonale vaten

Hogere weerstandLagere capaciteit

Paw bij longen <FRC: comprimeert extrapumonale vatenLagere weerstandHogere Capaciteit

Burton @ J Applied Physiol 1958

PEEP effectPreload daaltAfterload stijgt

Vooral > 15cm bij 36 hypoxiciBiondi @ Anesth Analg 1988

Afterload stijgtBij 16 ARDSers met pO2 60-80 mmHgOndanks 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 stressLaplace’ wet voor distensie: T = P x r = P x

r /2Afterload is een functie van:

RV einddiastolisch volumeRV eindsystolische druk

Laplace wet: oppervlaktespanning van vloeistof/gas in stilstand

Maximale RV wall stressLaplace’ wet voor distensie: T = P x rAfterload is een functie van:

RV einddiastolisch volumeRV eindsystolische druk

Maughan @ Circ Res 1979

PICO

Kruislings door een andere hond gevasculariseerd

Met rolpomp coronair perfusieLinker ventrikel geventileerdIn open thoraxGeïsoleerdIn 1979

PAPHogere PAP geeft lagere ejectie fractie en grotere preloadIn 34 ARF patiënten rechtsIn 8 sepsis patiënten biventriculairZolang zij ziek zijn

PEEP PAP =ARF PAP?Brunet @ Intensive Care Med 1988

RV eind diastolisch volume & EF onafhankelijk van PEEP<20Een gericht onderzoek15 Heidelbergse schapenWel LVF beperking

PEEP frustreert RV soms nietLuecke @ Intensive Care Med 2004

Linker Diastole

LV preloadPEEP verlaagt het aanbod van rechts: sVRPEEP beïnvloedt het septum &

interventriculaire spelPEEP beïnvloedt de LV compliantie

Het interventriculair spelPEEP drukt het septum door rechts distensie

naar linksRadiomarkers in honden tot RV bypass

Scharf @ J Appl Physiol 1982TTE bij mens tijdens eerste 3 slagen in 40-60

mmHg MuellerNb Mueller = Omgekeerd Valsalva

Brinker @ Circulation 1980PEEP drukt het septum juist naar links

Janicki @ Am J Physiol 1990Olsen @ Circ Res 1983

“Er gebeurt daar iets”

Het LV Long spelPEEP verlaagt LV compliantie

PEEP 15 in honden

Haynes @ J Applied Physiol 1980PEEP 15 in honden

Loyd @ J Apllied Physiol 1982PEEP verlaagt LV compliantie niet

PEEP 12 in honden

Fewell @ Am J Physiol 1981Logischerwijs in cor pulmonale“Compliantie zal door een stijvere long iets

afnemen”Nb. 65mmHg = 88cm H20

Linker Systole

Schrik & schoonheidHet effect van PEEPs op LV contractiliteit geeft

meer discussie dan alle andere hart-long interactiesStarling 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 WinterLet us stray into the realm of conjecturesLaat ons het rijk der veronderstellingen in struinen

Crux: HartfunctieEjectie fractieVerkorting snelheidFractionele verkorting

Allen worden door externe preload factoren beïnvloed

“Elastance dan?”

Trappetje afHogere ITP verlaagt afterload net als

arteriele druk verlagingFessler @ J Applied Physiol 1992Pinsky @ J Applied Physiol 1985Pinsky @ J Applied Physiol 1983

Pericard spel weerEen groter hart zit strakker in zijn pericardAfterload neemt af onder PEEP

Klinger @ Crit Care Clinics North Am 1996Effect 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?

CHFCO could rise like in vasodilation

TextboekPEEP effect may be result of poorly

understood reflex vasodilation and altered sympathoadrenal function

Hypervolemie gaat VR reductie tegenPouleur @ Circulation 1980

CoronairPEEP kan coronairen dicht drukken

HondenLaatste woord niet gezegdZe zitten niet voor niets aan de buitenkantNiet ongebreideld PEEPen

COPDCOPD patiënten met een goede respiratoire status

kunnen tijdens weaning cardiogeen longoedeem ontwikkelen

Lemaire@ Anaesthesiology 1988LV EF blijft in deze groep onder PEEP wel behouden itt

KNRichard @ 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?

ARDSDeze 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:GeloofMoetWaarschijnlijkZal

Geloof biedt zekerheid voor hen die de realiteit niet kennen.

Wij kennen de realiteit niet omdat wij hem niet kunnen zien.

Meten vergt wetenWe 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