PulmCrit - Centraal veneuze zuurstofsaturatie: signaal of ruis?

Gebaseerd op het Rivers-onderzoek naar vroegtijdige doelgerichte therapie, kwam de centrale veneuze zuurstofsaturatie (cvO2%) naar voren als een reanimatiedoelstelling. Dit werd meer dan een decennium lang aanbevolen totdat de PROCESS, PROMISE en ARISE studies aantoonden dat cvO2% monitoring onnodig was. Bijgevolg is dit grotendeels van de baan.

Echter, een niche rol van cvO2% in de ICU is blijven bestaan. cvO2% wordt nog steeds af en toe gecontroleerd met het doel om te proberen te achterhalen welk type shock een patiënt heeft. De redenering is dat shocktoestanden met een hoge output (b.v. sepsis, anafylaxie) de cvO2% zouden moeten verhogen, terwijl shocktoestanden met een lage output (b.v. cardiogeen, hemorragisch) de cvO2% zouden moeten verlagen. Dit concept heeft een zekere fysiologische aantrekkingskracht en is door sommige auteurs bepleit (Gattinoni 2013).

Recentelijk hebben zich in het Algemeen Ziekenhuis Genius een paar gevallen voorgedaan waarbij de cvO2% misleidend was. In het bijzonder was de cvO2% verhoogd ondanks een cardiogene of hemorragische shock. In dit artikel zal worden nagegaan waarom dit kan gebeuren.

Physiologische beweegredenen voor het gebruik van cvO2% om de cardiale output te controleren

Dit begint met de Fick-vergelijking, die als volgt kan worden afgeleid (waarbij mvO2% de gemengde veneuze saturatie is zoals gemeten in de longslagader)(5).

Deze vergelijking kan zo worden herschikt dat de cardiale output (CO) kan worden berekend op basis van de gemengde veneuze zuurstofverzadiging:

Zo kan de cardiale output worden berekend met behulp van de gemengde veneuze zuurstofverzadiging (bijv. met behulp van een pulmonale arteriële saturatie).b.v. met behulp van een longslagaderkatheter). Als we benaderen dat cvO2 dicht bij mvO2% ligt, dan kan cvO2% ook worden gebruikt om de cardiac output te schatten:

Dit is de basis van het gebruik van de cvO2% om shocktoestanden te onderscheiden, omdat het in theorie zou moeten onthullen of de patiënt zich in een shocktoestand met hoge output of lage output bevindt.

Het is onmogelijk om te bepalen of de cardiac output hoog of laag is door alleen maar naar de cvO2% te kijken

Ik geloofde vroeger dat je aan de hand van de cvO2% kon zien of de cardiac output verhoogd (cvO2% >70%) of verlaagd (cvO2% <70%) was. Het is echter gemakkelijk aan te tonen dat dit onjuist is. De eerste stap hier is het herkennen van een fout in de bovenstaande Fick-berekening, in de eerste regel van de afleiding:

De zuurstof die aan het weefsel wordt geleverd, wordt zowel geleverd door zuurstof die aan hemoglobine is gebonden als door zuurstof die rechtstreeks in het plasma is opgelost. Onder normale omstandigheden is de hoeveelheid zuurstof die in het plasma is opgelost te verwaarlozen in vergelijking met de zuurstof die aan hemoglobine is gebonden. De ICU is echter geen toestand van fysiologische normaliteit. Als patiënten een laag hemoglobinegehalte hebben (bv. HgB 6 mg/dL) en 100% FiO2 toegediend krijgen, kan een aanzienlijke hoeveelheid van de toegediende zuurstof in opgeloste vorm zijn (~15%). Dit is klinisch bevestigd: Legrand 2014 toonde aan dat verhoging van 40% FiO2 naar 100% FiO2 de cvO2% gemiddeld met 13% deed toenemen! Een preciezere formule is dus:

Hiermee de vergelijking van Fick opnieuw afleiden levert de volgende vergelijking op:

De lengte van deze vergelijking geeft aan dat de relatie tussen cvO2% en cardiac output complex is. Om een idee te geven van de invloed van verschillende variabelen, volgen hieronder enkele voorbeelden van hypothetische patiënten die illustreren hoe variabelen het cvO2% kunnen beïnvloeden:

Hieruit moet blijken dat er geen eenvoudige relatie bestaat tussen cvO2% en cardiac output:

Een andere manier om dit te illustreren is eenvoudigweg een opsomming te geven van de factoren die van invloed zijn op cvO2% (tabel hieronder; Bloos 2005). Gezien de vele factoren die een rol spelen, moet het duidelijk zijn dat er geen eenvoudige relatie bestaat tussen cvO2% en cardiac output. Er is een hele reeks variabelen betrokken bij een ware touwtrekkerij, waarbij elke variabele de cvO2% in een andere richting duwt.

Het is onmogelijk om de cardiac output te bepalen, zelfs niet door hem te berekenen.

Het is dus onmogelijk om de cardiac output te kennen door naar de cvO2% te kijken. Maar wat als we geavanceerder worden? Ten eerste zouden we kunnen stoppen met het geven van excessieve hoeveelheden FiO2 en PaO2 aan patiënten (het vermijden van hyperoxie is sowieso een goede praktijk). Dit zou ons ontdoen van de PaO2 term, waardoor we een traditionele Fick vergelijking kunnen gebruiken zoals hieronder getoond. Ten tweede zouden we het hartdebiet op basis van deze vergelijking kunnen berekenen, zodat we rekening kunnen houden met variabelen zoals hemoglobine en arteriële zuurstofverzadiging. Zou op die manier de cardiale output kunnen worden berekend?

Dit brengt ons een stap dichter bij de waarheid, maar er blijven nog veel bronnen van fouten bestaan:

De meeste clinici hebben niet de mogelijkheid om VO2 aan het bed te meten. Dit dwingt tot een VO2-schatting, die zeer onnauwkeurig is (met grote variaties in VO2 afhankelijk van verschillen in temperatuur, verlamming, voeding en sedatie).
De centrale veneuze zuurstofsaturatie is een slechte schatter van de werkelijke gemengde veneuze zuurstofsaturatie. Bijvoorbeeld, één studie die cvO2% versus mvO2% vergeleek bij sepsis vond dat het 95% betrouwbaarheidsinterval voor het verschil tussen beide waarden lag tussen -12% en 15.5%:

Het samengestelde effect van deze fouten op de fout van de berekende cardiac output kan worden geschat met behulp van multivariabele calculus (waarbij aO2% de arteriële zuurstofverzadiging voorstelt):

Laten we eens wat potentiële waarden invoeren en kijken hoeveel fout dit oplevert:

VO2 = 210 +/- 25 ml/min
HgB = 12 +/- 0.5 mg/dL
Arteriële zuurstofverzadiging = 96 +/- 1%
Centraal veneuze zuurstofverzadiging = 70 +/- 5%

Plug deze waarden in de formules hierboven geeft aan dat een willekeurige fout in alle vier parameters een standaardafwijking van 1,2 liter/minuut in de berekende cardiac output oplevert. Op basis van deze standaardafwijking zou het 95%-betrouwbaarheidsinterval voor de berekende hartminuut +/- 2,3 liter/minuut bedragen (6). Dit is te onnauwkeurig voor klinisch gebruik.

Om deze wiskunde te verifiëren, kan een Monte-Carlo simulatie worden uitgevoerd. Hierbij worden waarden gegenereerd voor 5.000 denkbeeldige patiënten met gebruikmaking van de bovenstaande waarden en gerandomiseerde normale verdelingsfuncties (1). Dit levert een vergelijkbare, zij het iets hogere standaardafwijking op voor het berekende hartminuutvolume (1,4 liter/minuut)(2). De berekende waarden van het hartminuutvolume worden hier weergegeven:

De mate van onzekerheid in bovenstaand voorbeeld is in feite vrij conservatief. De fout in de geschatte VO2 is bijvoorbeeld veel groter dan +/- 25 ml/min bij ernstig zieke patiënten. Op basis van de hierboven besproken gegevens van Beest en andere soortgelijke studies zou de standaardafwijking van cvO2% dichter bij 8-10% kunnen liggen. De kans op fouten in de IC is dus aanzienlijk groter.

Het komt erop neer dat de Fick-vergelijking de hoeveelheid toevallige fouten in elk van de ingevoerde waarden vergroot. Zelfs als elke variabele afzonderlijk bekend is met een redelijke foutmarge, varieert de berekende cardiale output met een onredelijke foutmarge. Op de IC hebben we weinig idee van wat VO2 is en slechts een ruwe schatting van mvO2% – dus wordt de berekende cardiac output een willekeurige getallengenerator (3).

Het is onmogelijk om de adequaatheid van systemische oxygenatie te bepalen op basis van cvO2%.

De zuurstofonttrekkingsratio is de verhouding tussen de door het lichaam verbruikte zuurstof (VO2) en de aan het lichaam geleverde zuurstof (DO2). Een normale zuurstofonttrekkingsratio is ~30%. Naarmate de hoeveelheid zuurstof die aan het lichaam wordt geleverd (DO2) afneemt, zal een groter deel van de zuurstof worden verbruikt (hogere zuurstofonttrekkingsratio). Een zuurstofextractieratio > van 50% wordt vaak beschouwd als een aanwijzing voor een toestand van onvoldoende oxygenatie.

Als we de cvO2% benaderen als dicht bij de mvO2% en ook de arteriële O2% benaderen als dicht bij 100%, krijgen we:

Dit is een andere manier waarop cvO2% kan worden geïnterpreteerd, als een meting van de zuurstofonttrekkingsverhouding:

cvO2% < 50% suggereert inadequate systemische oxygenatie (zuurstofonttrekkingsratio >50%)
cvO2% >70% suggereert adequate systemische oxygenatie (zuurstofonttrekkingsratio < 30%)

In sommige opzichten is dit nauwkeuriger dan cvO2% als een surrogaat van cardiale output te beschouwen, omdat het niet nodig is de VO2 of hemoglobine te kennen. Dit kan worden gebruikt als een reden om te streven naar cvO2% > 70% (volgens het Rivers Protocol), om een adequate systemische oxygenatie te verzekeren. Helaas zijn er verschillende beperkingen die verhinderen dat cvO2% een nauwkeurige meting van oxygenatie is:

Patiënten kunnen een hoge cvO2% hebben ondanks inadequate oxygenatie: cvO2% is een gewogen gemiddelde van de zuurstofonttrekking uit verschillende delen van het lichaam. Fysiologische shunting van bloed langs de weefsels (bv. door sepsis) zal de neiging hebben het cvO2% te verhogen. Het is dus mogelijk dat een verhoogde cvO2% optreedt, ook al ondervinden sommige weefsels onvoldoende oxygenatie.
Patiënten kunnen een lage cvO2% hebben ondanks adequate oxygenatie: Sommige patiënten met chronisch hartfalen kunnen compenseren met zeer efficiënte zuurstofextractie (cvO2% ~50-60%) ondanks dat ze niet in een shocktoestand verkeren. Hoewel een cvO2% van 70% een populatiegemiddelde van “normaal” kan vertegenwoordigen, wijst een lager cvO2% niet noodzakelijk op een klinisch significant zuurstoftekort.

Evidence?

Deze blog heeft een meer theoretische benadering gekozen, vanwege een gebrek aan direct bewijs. Toch lijkt dit consistent met het beschikbare bewijs:

Gebruik van cvO2% als fysiologisch doel verbeterde de uitkomsten voor reanimatie van septische shock niet in de ARISE, PROMISE, of PROCESS trials.
In de literatuur is vastgesteld dat septische shock gepaard kan gaan met lage, normale, of hoge cvO2% waarden. Hoewel cardiogene shock meestal lage mvO2% waarden veroorzaakt, blijkt er toch een subset van patiënten te bestaan met normale/verhoogde mvO2% waarden (Edwards 1991)(4). Daarom ondersteunt de beschikbare literatuur het concept dat cvO2% geen onderscheid kan maken tussen septische en cardiogene shock.

Inzicht in diagnostische tests: signaal, ruis, en bullshit.

Wanneer we patiënten evalueren, zijn we voortdurend bezig nieuwe gegevens te integreren met ons vooropgezette idee over wat er met de patiënt aan de hand is:

Er zijn grofweg drie mogelijke scenario’s die hierbij denkbaar zijn:

Signaal: Het nieuwe testresultaat is nauwkeuriger dan onze conceptualisatie van de patiënt vóór de test. In dit geval zal het toegevoegde testresultaat ons begrip van de patiënt verbeteren.
Ruis: Het nieuwe testresultaat is even accuraat in vergelijking met onze pre-test conceptualisatie van de patiënt. In dit geval is de kans even groot dat het toegevoegde testresultaat ons misleidt als dat het ons in de juiste richting duwt. Gemiddeld voegt het nieuwe testresultaat niets toe.
Onzin: De nieuwe test is minder accuraat dan onze pre-test conceptualisatie van de patiënt. In dit geval is het waarschijnlijk dat de toegevoegde informatie ons misleidt.

Studies evalueren de prestaties van tests op zichzelf, maar dit is niet de manier waarop tests in werkelijkheid functioneren. Een recent paper suggereerde bijvoorbeeld dat veel veelgebruikte klinische beslisregels niet beter presteren dan het baseline-oordeel van de clinicus (Schriger 2016). Hoewel deze beslisregels er in een vacuüm mooi uitzien, dragen ze in de praktijk mogelijk geen nuttige informatie bij (ruis in plaats van signaal).

Om nuttig te zijn, moet een test significant beter presteren dan ons baseline klinisch oordeel over de patiënt.

Deze rubriek kan ons een kader geven om cvO2% te begrijpen. cvO2% heeft waarschijnlijk wel enige nauwkeurigheid. Bijvoorbeeld, een patiënt met een cvO2% van 40% heeft waarschijnlijk een lagere cardiac output dan een vergelijkbare patiënt met een cvO2% van 95%. Het is echter twijfelachtig of cvO2% iets toevoegt aan onze klinische beoordeling van de patiënt, vooral in het tijdperk van echocardiografie aan het bed (bijvoorbeeld, de patiënt met cvO2% van 40% zou waarschijnlijk een duidelijke toestand van low-output shock hebben). Gezien de aanzienlijke onnauwkeurigheid van cvO2% is het mogelijk dat deze zelfs misleidend is (bullshit).

Het is onmogelijk de cardiale output te schatten door alleen naar de centrale veneuze zuurstofsaturatie te kijken.
Zelfs als een Fick-berekening wordt uitgevoerd waarbij rekening wordt gehouden met andere variabelen (bv. hemoglobineconcentratie), kan de centrale veneuze zuurstofverzadiging niet worden gebruikt om de cardiac output nauwkeurig te berekenen.
Een normale of hoge centrale veneuze zuurstofverzadiging kan niet worden gebruikt om ons gerust te stellen dat de patiënt een adequate weefselzuurstoftoevoer heeft.
De centrale veneuze zuurstofverzadiging kan waarschijnlijk geen nuttige informatie voor de evaluatie van de patiënt opleveren (d.w.z. informatie die nauwkeuriger is dan wat anders op grond van andere klinische parameters zou kunnen worden verondersteld).

Noten

Een gerandomiseerde normale verdelingsfunctie op Microsoft Excel werd gebruikt: NORMINV(RAND(),mean,stdev).
De Monte-Carlo simulatie is nauwkeuriger, omdat deze in staat is rekening te houden met tweede afgeleiden en interactie op hoger niveau tussen variabelen. Toch geven beide schattingen hetzelfde fundamentele antwoord op de vraag: de standaardafwijking van de cardiac output is ruwweg 1,3 liter/minuut, wat te groot is om klinisch betekenisvol te zijn.
Magic 8-ball image courtesy of http://www.redkid.net/generator/8ball/. De PulmCrit blog pleit niet echt voor het gebruik van een Magic 8-ball voor klinische zorg. Het is echter bewezen dat de Magic 8-ball gelijkwaardig en minder invasief is in vergelijking met de PA-katheter.
Opgemerkt moet ook worden dat de cardiac output zich niet altijd gedraagt zoals voorspeld in septische en cardiogene shock. Patiënten met sepsis-geïnduceerde cardiomyopathie kunnen een verminderde cardiale output hebben. Anderzijds kunnen patiënten met cardiogene shock ontstekingsverschijnselen vertonen (als gevolg van ischemie/reperfusie of SIRS na een hartstilstand), waardoor de systemische vasculaire weerstand daalt en de cardiale output toeneemt.
De multiplicator van 10 hier is nodig om het arteriële zuurstofgehalte om te rekenen van ml/dL naar ml/L.
Het 95%-betrouwbaarheidsinterval kan worden geschat als 1,96 vermenigvuldigd met de standaardafwijking.

Auteur
Recent Posts

Social Me

Josh is de bedenker van PulmCrit.org. Hij is universitair hoofddocent Longziekten en Kritische Zorgen aan de Universiteit van Vermont.