PulmCrit - Saturazione di ossigeno venoso centrale: segnale o rumore?

Sulla base dello studio Rivers sulla terapia mirata precoce, la saturazione venosa centrale di ossigeno (cvO2%) è emersa come obiettivo della rianimazione. Questo è stato raccomandato per oltre un decennio fino a quando gli studi PROCESS, PROMISE e ARISE hanno dimostrato che il monitoraggio della cvO2% non era necessario. Di conseguenza, questo è in gran parte caduto nel dimenticatoio.

Tuttavia, un ruolo di nicchia del cvO2% in terapia intensiva è rimasto. Il cvO2% continua ad essere controllato occasionalmente con l’obiettivo di cercare di capire quale tipo di shock ha un paziente. Il razionale è che gli stati di shock ad alto rendimento (per esempio sepsi, anafilassi) dovrebbero aumentare la cvO2%, mentre gli stati di shock a basso rendimento (per esempio cardiogeno, emorragico) dovrebbero ridurre la cvO2%. Questo concetto ha un certo fascino fisiologico ed è stato sostenuto da alcuni autori (Gattinoni 2013).

Di recente si sono verificati alcuni casi al Genius General Hospital in cui la cvO2% era fuorviante. In particolare, la cvO2% era elevata nonostante lo shock cardiogeno o emorragico. Questo post tenterà di esplorare il motivo per cui ciò potrebbe verificarsi.

Ragione fisiologica per l’utilizzo della cvO2% per monitorare la portata cardiaca

Questo inizia con l’equazione di Fick, che può essere derivata come segue (dove mvO2% è la saturazione venosa mista misurata nell’arteria polmonare)(5).

Questa equazione può essere riformulata per consentire il calcolo della portata cardiaca (CO) in base alla saturazione venosa mista di ossigeno:

Ecco come la portata cardiaca può essere calcolata utilizzando la saturazione venosa mista di ossigeno (ad es.Ad esempio utilizzando un catetere dell’arteria polmonare). Se facciamo l’approssimazione che la cvO2 è vicina al mvO2%, allora la cvO2% potrebbe anche essere usata per stimare la portata cardiaca:

Questa è la base dell’uso della cvO2% per differenziare gli stati di shock, perché in teoria dovrebbe rivelare se il paziente è in uno stato di shock ad alta o bassa portata.

È impossibile determinare se la gittata cardiaca è alta o bassa semplicemente guardando la cvO2%

Io credevo che guardare la cvO2% potesse permettere di dire se la gittata cardiaca era elevata (cvO2% >70%) o ridotta (cvO2% <70%). Tuttavia, è facile dimostrare che questo è sbagliato. Il primo passo è riconoscere un errore nel calcolo di Fick di cui sopra, nella prima riga della derivazione:

L’ossigeno consegnato al tessuto è fornito sia dall’ossigeno legato all’emoglobina che dall’ossigeno disciolto direttamente nel plasma. In condizioni normali, la quantità di ossigeno disciolto nel plasma è trascurabile rispetto all’ossigeno legato all’emoglobina. Tuttavia, l’ICU non è uno stato di normalità fisiologica. Se i pazienti hanno un’emoglobina bassa (per esempio HgB 6 mg/dL) e sono al 100% di FiO2, allora una quantità significativa di ossigeno consegnato può essere nella forma dissolta (~15%). Questo è stato confermato clinicamente: Legrand 2014 ha dimostrato che passando dal 40% di FiO2 al 100% di FiO2 la cvO2% è aumentata in media del 13%! Una formula più precisa è quindi:

Utilizzando questa equazione per derivare nuovamente l’equazione di Fick si ottiene la seguente equazione:

La lunghezza di questa equazione indica che la relazione tra cvO2% e portata cardiaca è complessa. Per dare un’idea dell’impatto delle diverse variabili, di seguito ci sono alcuni esempi di pazienti ipotetici che illustrano come le variabili possono influenzare la cvO2%:

Quindi, dovrebbe essere chiaro che non esiste una relazione semplice tra cvO2% e portata cardiaca:

Un altro modo per illustrare questo è semplicemente elencare i fattori che influenzano la cvO2% (tabella sotto; Bloos 2005). Sulla base dei numerosi fattori coinvolti, dovrebbe essere chiaro che non esiste una semplice relazione tra cvO2% e portata cardiaca. Infatti, una serie di variabili è coinvolta in un vero e proprio tiro alla fune, con ogni variabile che tira la cvO2% in una direzione diversa.

È impossibile determinare la portata cardiaca anche calcolandola.

Molto bene, quindi è impossibile conoscere la portata cardiaca guardando la cvO2%. Ma cosa succederebbe se diventassimo più sofisticati? In primo luogo, potremmo smettere di dare ai pazienti quantità eccessive di FiO2 e PaO2 (evitare l’iperossia è comunque una buona pratica). Questo ci libererebbe del termine PaO2, permettendoci di usare una tradizionale equazione di Fick come mostrato qui sotto. In secondo luogo, potremmo calcolare la portata cardiaca da questa equazione, permettendoci di tenere conto di variabili come l’emoglobina e la saturazione di ossigeno arterioso. Questo permetterebbe di calcolare la portata cardiaca?

Questo ci porta un passo più vicino alla verità, ma rimangono molte fonti di errore:

La maggior parte dei medici non ha la possibilità di misurare il VO2 al letto. Questo costringe a una stima del VO2, che è molto imprecisa (con un’ampia variazione del VO2 a seconda delle differenze di temperatura, paralisi, nutrizione e sedazione).
La saturazione di ossigeno venoso centrale è un povero stimatore della reale saturazione di ossigeno venoso misto. Per esempio, uno studio che confronta cvO2% vs. mvO2% nella sepsi ha trovato che l’intervallo di confidenza al 95% per la differenza tra i due valori era tra -12% e 15.5%:

L’impatto composito di questi errori sull’errore della portata cardiaca calcolata può essere stimato utilizzando il calcolo multivariabile (dove aO2% rappresenta la saturazione arteriosa di ossigeno):

Inseriamo alcuni valori potenziali e vediamo quanto errore si crea:

VO2 = 210 +/- 25 ml/min
HgB = 12 +/- 0.5 mg/dL
Saturazione dell’ossigeno arterioso = 96 +/- 1%
Saturazione dell’ossigeno venoso centrale = 70 +/- 5%

Inserendo questi valori nelle formule sopra indicate, l’errore casuale in tutti e quattro i parametri produce una deviazione standard di 1,2 litri/minuto nella portata cardiaca calcolata. Sulla base di questa deviazione standard, l’intervallo di confidenza del 95% per la portata cardiaca calcolata sarebbe +/- 2,3 litri/minuto (6). Questo è troppo impreciso per l’uso clinico.

Per verificare questa matematica, può essere eseguita una simulazione Monte-Carlo. Questo comporta la generazione di valori per 5.000 pazienti immaginari utilizzando i valori di cui sopra e le funzioni di distribuzione normali randomizzate (1). Questo produce una deviazione standard simile, anche se leggermente più alta, per la portata cardiaca calcolata (1,4 litri/minuto) (2). I valori calcolati della portata cardiaca sono mostrati qui:

La quantità di incertezza nell’esempio sopra è in realtà abbastanza conservativa. Per esempio, l’errore nella stima del VO2 è molto più alto di +/- 25 ml/min tra i pazienti critici. Sulla base dei dati Beest discussi sopra e di altri studi simili, la deviazione standard del cvO2% potrebbe essere più vicina all’8-10%. Pertanto, la quantità di errore che può verificarsi in terapia intensiva è considerevolmente più alta.

Il punto fondamentale è che l’equazione di Fick amplifica la quantità di errore casuale coinvolto in ciascuno dei valori inseriti in essa. Anche se ogni singola variabile è nota con un margine di errore ragionevole, la portata cardiaca calcolata varia con un margine di errore irragionevole. In terapia intensiva abbiamo poca idea di cosa sia il VO2 e solo una stima approssimativa della mvO2% – quindi la portata cardiaca calcolata diventa un generatore di numeri casuali (3).

È impossibile determinare l’adeguatezza dell’ossigenazione sistemica basandosi sul cvO2%.

Il rapporto di estrazione dell’ossigeno è il rapporto tra l’ossigeno consumato dal corpo (VO2) e l’ossigeno consegnato al corpo (DO2). Un normale rapporto di estrazione di ossigeno è ~30%. Quando la quantità di ossigeno consegnata al corpo (DO2) diminuisce, una frazione maggiore di ossigeno sarà consumata (rapporto di estrazione dell’ossigeno più alto). Un rapporto di estrazione dell’ossigeno >50% è spesso considerato come riflesso di uno stato di ossigenazione inadeguato.

Approssimando il cvO2% come vicino al mvO2% e approssimando anche l’O2% arterioso come vicino al 100%, possiamo ottenere:

Questo rappresenta un modo diverso in cui il cvO2% può essere interpretato, come una misura del rapporto di estrazione di ossigeno:

cvO2% < 50% suggerisce una inadeguata ossigenazione sistemica (rapporto di estrazione di ossigeno >50%)
cvO2% >70% suggerisce un’adeguata ossigenazione sistemica (rapporto di estrazione dell’ossigeno < 30%)

In qualche modo questo è più accurato che considerare il cvO2% come un surrogato della portata cardiaca, perché non richiede di conoscere il VO2 o l’emoglobina. Questo può essere usato come un razionale per puntare al cvO2% > 70% (rispetto al protocollo Rivers), per garantire un’adeguata ossigenazione sistemica. Sfortunatamente, ci sono diverse limitazioni che impediscono alla cvO2% di essere una misurazione accurata dell’ossigenazione:

I pazienti possono avere una cvO2% elevata nonostante un’ossigenazione inadeguata: la cvO2% è una media ponderata dell’estrazione di ossigeno da diverse parti del corpo. La deviazione fisiologica del sangue oltre i tessuti (per esempio a causa della sepsi) tenderà ad elevare la cvO2%. Quindi, è possibile che si verifichi una cvO2% elevata, anche se alcuni tessuti non sono ossigenati adeguatamente.
I pazienti possono avere una cvO2% bassa nonostante un’ossigenazione adeguata: Alcuni pazienti con insufficienza cardiaca cronica possono compensare con un’estrazione di ossigeno molto efficiente (cvO2% ~50-60%) nonostante non siano in stato di shock. Anche se la cvO2% del 70% può rappresentare una media di popolazione “normale”, una cvO2% inferiore non indica necessariamente una carenza di ossigeno clinicamente significativa.

Evidenza?

Questo blog ha adottato un approccio più teorico, a causa della mancanza di prove dirette. Tuttavia, questo sembra coerente con le prove disponibili:

L’uso della cvO2% come obiettivo fisiologico non ha migliorato gli esiti della rianimazione dello shock settico negli studi ARISE, PROMISE o PROCESS.
È ben stabilito in letteratura che lo shock settico può essere accompagnato da valori bassi, normali o alti di cvO2%. Sebbene lo shock cardiogeno causi tipicamente bassi valori di mvO2%, sembra esistere un sottogruppo di pazienti con valori di mvO2% normali/elevati (Edwards 1991)(4). Pertanto, la letteratura disponibile supporta il concetto che la cvO2% non può differenziare tra shock settico e cardiogeno.

Comprensione dei test diagnostici: segnale, rumore e cazzate.

Quando valutiamo i pazienti, integriamo continuamente nuovi dati con le nostre nozioni preconcette su ciò che sta succedendo al paziente:

Ci sono circa tre possibili scenari che possono essere immaginati qui:

Segnale: Il nuovo risultato del test è più accurato della nostra concettualizzazione pre-test del paziente. In questo caso, il risultato del test aggiunto migliorerà la nostra comprensione del paziente.
Rumore: Il risultato del nuovo test è altrettanto accurato rispetto alla nostra concettualizzazione pre-test del paziente. In questo caso, il risultato del test aggiunto ha la stessa probabilità di indurci in errore e di spingerci nella direzione corretta. In media, il risultato del nuovo test non aggiunge nulla.
Stronzate: Il nuovo test è meno accurato della nostra concettualizzazione pre-test del paziente. In questo caso, è probabile che l’informazione aggiunta ci induca in errore.

Gli studi valutano le prestazioni dei test in modo isolato, ma questo non è il modo in cui i test funzionano nella realtà. Per esempio, un recente articolo ha suggerito che molte regole decisionali cliniche comunemente usate non superano il giudizio di base del clinico (Schriger 2016). Anche se queste regole decisionali sembrano belle in un vuoto, in pratica potrebbero non contribuire a informazioni utili (rumore piuttosto che segnale).

Per essere utile, un test deve superare significativamente la nostra valutazione clinica di base del paziente.

Questa rubrica può darci un quadro per capire la cvO2%. Per esempio, un paziente con una cvO2% del 40% ha probabilmente una gittata cardiaca più bassa di un paziente simile con una cvO2% del 95%. Tuttavia, è dubbio che la cvO2% aggiunga qualcosa alla nostra valutazione clinica del paziente, specialmente nell’era dell’ecocardiografia al letto del paziente (per esempio, il paziente con una cvO2% del 40% sarebbe probabilmente un evidente stato di shock a bassa portata). Data la notevole imprecisione della cvO2%, è possibile che sia addirittura fuorviante (stronzate).

È impossibile stimare la portata cardiaca semplicemente guardando la saturazione venosa centrale di ossigeno.
Anche se si esegue un calcolo di Fick che prende in considerazione altre variabili (per esempio la concentrazione di emoglobina), la saturazione di ossigeno venoso centrale non può essere utilizzata per calcolare accuratamente la portata cardiaca.
Una saturazione di ossigeno venoso centrale normale o alta non può essere usata per rassicurarci che il paziente ha un adeguato apporto di ossigeno ai tessuti.
La saturazione di ossigeno venoso centrale probabilmente non può apportare informazioni utili per la valutazione del paziente (cioè informazioni che sono più accurate di ciò che potrebbe essere altrimenti supposto sulla base di altri parametri clinici).

Note

È stata usata la funzione di distribuzione normale randomizzata su Microsoft Excel: NORMINV(RAND(),mean,stdev).
La simulazione Monte-Carlo è più accurata, perché è in grado di prendere in considerazione le derivate secondarie e le interazioni di livello superiore tra le variabili. Tuttavia, entrambe le stime danno la stessa risposta fondamentale alla domanda: la deviazione standard della portata cardiaca è circa 1,3 litri/minuto, che è troppo grande per essere clinicamente significativa.
Immagine magica della palla 8 per gentile concessione di http://www.redkid.net/generator/8ball/. Il blog PulmCrit non sostiene effettivamente l’uso di una Magic 8-ball per la cura clinica. Tuttavia, la Magic 8-ball ha dimostrato di essere equivalente e meno invasiva rispetto al catetere PA.
Si deve anche notare che la portata cardiaca non sempre si comporta come previsto nello shock settico e cardiogeno. I pazienti con cardiomiopatia indotta dalla sepsi possono avere una portata cardiaca ridotta. In alternativa, i pazienti con shock cardiogeno possono avere una certa infiammazione (dovuta a ischemia/riperfusione o SIRS post-arresto cardiaco), che può tendere a ridurre la resistenza vascolare sistemica e aumentare la portata cardiaca.
Il moltiplicatore di 10 qui è necessario per convertire il contenuto di ossigeno arterioso da ml/dL a ml/L.
L’intervallo di confidenza al 95% può essere stimato come 1,96 moltiplicato per la deviazione standard.

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Josh è il creatore di PulmCrit.org. È professore associato di medicina polmonare e di cura critica all’Università del Vermont.