PulmCrit - Zentralvenöse Sauerstoffsättigung: Signal oder Rauschen?

Basierend auf der Rivers-Studie zur frühen zielgerichteten Therapie, entwickelte sich die zentralvenöse Sauerstoffsättigung (cvO2%) als Reanimationsziel. Dies wurde über ein Jahrzehnt lang empfohlen, bis die PROCESS-, PROMISE- und ARISE-Studien zeigten, dass die cvO2%-Überwachung unnötig ist.

Eine Nischenfunktion des cvO2% auf der Intensivstation ist jedoch erhalten geblieben. cvO2% wird weiterhin gelegentlich überprüft, um herauszufinden, welche Art von Schock ein Patient hat. Das Grundprinzip ist, dass Schockzustände mit hohem Output (z. B. Sepsis, Anaphylaxie) den cvO2% erhöhen sollten, während Schockzustände mit niedrigem Output (z. B. kardiogen, hämorrhagisch) den cvO2% senken sollten. Dieses Konzept hat eine gewisse physiologische Anziehungskraft und wurde von einigen Autoren befürwortet (Gattinoni 2013).

In jüngster Zeit sind im Genius General Hospital einige Fälle aufgetreten, bei denen der cvO2% irreführend war. Insbesondere war der cvO2% trotz kardiogenem oder hämorrhagischem Schock erhöht. In diesem Beitrag wird versucht zu erforschen, warum dies geschehen konnte.

Physiologische Begründung für die Verwendung von cvO2% zur Überwachung des Herzzeitvolumens

Dies beginnt mit der Fick-Gleichung, die wie folgt abgeleitet werden kann (wobei mvO2% die gemischtvenöse Sättigung ist, wie sie in der Lungenarterie gemessen wird)(5).

Diese Gleichung kann umgestellt werden, um die Berechnung des Herzzeitvolumens (CO) basierend auf der gemischt-venösen Sauerstoffsättigung zu ermöglichen:

So kann das Herzzeitvolumen unter Verwendung der gemischt-venösen Sauerstoffsättigung berechnet werden (z.z. B. mit einem Pulmonalarterienkatheter). Wenn wir die Näherung machen, dass cvO2 nahe an mvO2% liegt, dann könnte cvO2% ebenfalls zur Schätzung des Herzzeitvolumens verwendet werden:

Dies ist die Grundlage für die Verwendung der cvO2% zur Unterscheidung von Schockzuständen, da sie theoretisch zeigen sollte, ob sich der Patient in einem Schockzustand mit hohem oder niedrigem Output befindet.

Es ist unmöglich zu bestimmen, ob das Herzzeitvolumen hoch oder niedrig ist, indem man einfach auf den cvO2% schaut

Ich habe früher geglaubt, dass man anhand des cvO2% feststellen kann, ob das Herzzeitvolumen erhöht (cvO2% >70%) oder reduziert (cvO2% <70%) ist. Es ist jedoch leicht zu zeigen, dass dies falsch ist. Der erste Schritt besteht darin, einen Fehler in der obigen Fick-Berechnung zu erkennen, und zwar in der ersten Zeile der Ableitung:

Der dem Gewebe zugeführte Sauerstoff wird sowohl durch den an Hämoglobin gebundenen als auch durch den direkt im Plasma gelösten Sauerstoff bereitgestellt. Unter normalen Bedingungen ist die Menge des im Plasma gelösten Sauerstoffs vernachlässigbar im Vergleich zu dem an Hämoglobin gebundenen Sauerstoff. Die Intensivstation ist jedoch kein Zustand der physiologischen Normalität. Wenn Patienten ein niedriges Hämoglobin haben (z. B. HgB 6 mg/dL) und auf 100 % FiO2 eingestellt sind, kann ein erheblicher Anteil des zugeführten Sauerstoffs in gelöster Form vorliegen (~15 %). Dies wurde klinisch bestätigt: Legrand 2014 zeigte, dass eine Erhöhung von 40% FiO2 auf 100% FiO2 den cvO2% um durchschnittlich 13% erhöht! Eine genauere Formel lautet also:

Wenn man diese Gleichung verwendet, um die Ficksche Gleichung umzuleiten, erhält man folgende Gleichung:

Die Länge dieser Gleichung zeigt, dass die Beziehung zwischen cvO2% und Herzzeitvolumen komplex ist. Um ein Gefühl für die Auswirkungen verschiedener Variablen zu vermitteln, sind unten einige Beispiele hypothetischer Patienten aufgeführt, die zeigen, wie sich Variablen auf cvO2% auswirken können:

Damit sollte klar sein, dass es keine einfache Beziehung zwischen cvO2% und Herzzeitvolumen gibt:

Eine weitere Möglichkeit, dies zu veranschaulichen, ist die einfache Auflistung der Faktoren, die cvO2% beeinflussen (Tabelle unten; Bloos 2005). Aufgrund der zahlreichen beteiligten Faktoren sollte klar sein, dass keine einfache Beziehung zwischen cvO2% und Herzzeitvolumen besteht. Tatsächlich ist eine Reihe von Variablen in ein regelrechtes Tauziehen verwickelt, wobei jede Variable den cvO2% in eine andere Richtung zieht.

Es ist unmöglich, das Herzzeitvolumen zu bestimmen, selbst wenn man es berechnet.

Sehr gut, es ist also unmöglich, das Herzzeitvolumen zu bestimmen, indem man den cvO2% betrachtet. Aber was ist, wenn wir uns mehr Mühe geben? Zunächst könnten wir aufhören, den Patienten übermäßige Mengen an FiO2 und PaO2 zu geben (die Vermeidung von Hyperoxie ist ohnehin eine gute Praxis). Dadurch würde der PaO2-Term entfallen und wir könnten eine traditionelle Fick-Gleichung wie unten gezeigt verwenden. Zweitens könnten wir das Herzzeitvolumen aus dieser Gleichung berechnen, was uns erlaubt, Variablen wie Hämoglobin und arterielle Sauerstoffsättigung zu berücksichtigen. Würde das die Berechnung des Herzzeitvolumens ermöglichen?

Dies bringt uns der Wahrheit einen Schritt näher, aber viele Fehlerquellen bleiben:

Die meisten Kliniker haben nicht die Möglichkeit, VO2 am Krankenbett zu messen. Dies erzwingt eine VO2-Schätzung, die sehr ungenau ist (mit großen Schwankungen der VO2 in Abhängigkeit von Temperaturunterschieden, Lähmung, Ernährung und Sedierung).
Die zentralvenöse Sauerstoffsättigung ist ein schlechter Schätzer der tatsächlichen gemischtvenösen Sauerstoffsättigung. Zum Beispiel fand eine Studie, die cvO2% vs. mvO2% bei Sepsis verglich, dass das 95%-Konfidenzintervall für den Unterschied zwischen beiden Werten zwischen -12% und 15.5%:

Der zusammengesetzte Einfluss dieser Fehler auf den Fehler des berechneten Herzzeitvolumens kann mit Hilfe der multivariablen Berechnung geschätzt werden (wobei aO2% die arterielle Sauerstoffsättigung darstellt):

Lassen Sie uns einige potenzielle Werte eingeben und sehen, wie viel Fehler dies erzeugt:

VO2 = 210 +/- 25 ml/min
HgB = 12 +/- 0.5 mg/dL
Arterielle Sauerstoffsättigung = 96 +/- 1%
Zentralvenöse Sauerstoffsättigung = 70 +/- 5%

Trägt man diese Werte in die obigen Formeln ein, so ergibt sich bei zufälligen Fehlern in allen vier Parametern eine Standardabweichung von 1,2 Litern/Minute im berechneten Herzzeitvolumen. Basierend auf dieser Standardabweichung würde das 95%-Konfidenzintervall für das berechnete Herzzeitvolumen +/- 2,3 Liter/Minute betragen (6). Dies ist für den klinischen Einsatz zu ungenau.

Um diese Berechnung zu verifizieren, kann eine Monte-Carlo-Simulation durchgeführt werden. Dabei werden Werte für 5.000 imaginäre Patienten unter Verwendung der obigen Werte sowie randomisierter Normalverteilungsfunktionen generiert (1). Dabei ergibt sich eine ähnliche, wenn auch etwas höhere Standardabweichung für das berechnete Herzzeitvolumen (1,4 Liter/Minute)(2). Die berechneten Werte des Herzzeitvolumens sind hier dargestellt:

Der Betrag der Unsicherheit im obigen Beispiel ist eigentlich recht konservativ. Zum Beispiel ist der Fehler in der geschätzten VO2 viel höher als +/- 25 ml/min bei kritisch kranken Patienten. Basierend auf den oben diskutierten Beest-Daten und anderen ähnlichen Studien könnte die Standardabweichung von cvO2% näher bei 8-10% liegen. Daher ist die Fehlerwahrscheinlichkeit auf der Intensivstation wesentlich höher.

Das Fazit ist, dass die Fick-Gleichung den Zufallsfehler für jeden einzelnen Wert, der in sie eingegeben wird, vergrößert. Selbst wenn jede einzelne Variable mit einer angemessenen Fehlermarge bekannt ist, variiert das berechnete Herzzeitvolumen mit einer unangemessenen Fehlermarge. Auf der Intensivstation haben wir kaum eine Vorstellung davon, was VO2 ist und nur eine grobe Schätzung von mvO2% – so wird das berechnete Herzzeitvolumen zu einem Zufallszahlengenerator (3).

Es ist unmöglich, die Angemessenheit der systemischen Oxygenierung anhand von cvO2% zu bestimmen.

Das Sauerstoffextraktionsverhältnis ist das Verhältnis zwischen dem vom Körper verbrauchten Sauerstoff (VO2) und dem dem Körper zugeführten Sauerstoff (DO2). Ein normales Sauerstoffextraktionsverhältnis liegt bei ~30%. Wenn die Menge des dem Körper zugeführten Sauerstoffs (DO2) abnimmt, wird ein größerer Anteil des Sauerstoffs verbraucht (höheres Sauerstoff-Extraktionsverhältnis). Ein Sauerstoffextraktionsverhältnis >50% wird oft als Ausdruck eines Zustands unzureichender Oxygenierung angesehen.

Wenn man die cvO2% als nahe an der mvO2% annähert und auch die arterielle O2% als nahe an 100% annähert, erhält man:

Dies stellt eine andere Art dar, wie die cvO2% interpretiert werden kann, als ein Maß für das Sauerstoffextraktionsverhältnis:

cvO2% < 50% deutet auf eine unzureichende systemische Oxygenierung hin (Sauerstoffextraktionsverhältnis >50%)
cvO2% >70% deutet auf eine adäquate systemische Oxygenierung hin (Sauerstoff-Extraktionsverhältnis < 30%)

In gewisser Hinsicht ist dies genauer als die Betrachtung von cvO2% als Surrogat für das Herzzeitvolumen, denn es erfordert nicht die Kenntnis des VO2 oder des Hämoglobins. Dies kann als Begründung dafür dienen, cvO2% > 70% (gegenüber dem Rivers-Protokoll) anzustreben, um eine angemessene systemische Oxygenierung zu gewährleisten. Leider gibt es mehrere Einschränkungen, die verhindern, dass cvO2% ein genaues Maß für die Oxygenierung ist:

Patienten können trotz unzureichender Oxygenierung einen hohen cvO2% haben: cvO2% ist ein gewichteter Durchschnitt der Sauerstoffextraktion aus verschiedenen Teilen des Körpers. Ein physiologischer Shunt von Blut an den Geweben vorbei (z. B. aufgrund einer Sepsis) führt tendenziell zu einer Erhöhung des cvO2%. Daher ist es möglich, dass ein erhöhter cvO2%-Wert auftritt, auch wenn einige Gewebe eine unzureichende Oxygenierung erfahren.
Patienten können trotz ausreichender Oxygenierung einen niedrigen cvO2%-Wert aufweisen: Einige Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz können mit einer sehr effizienten Sauerstoffextraktion (cvO2% ~50-60%) kompensieren, obwohl sie sich nicht in einem Schockzustand befinden. Obwohl ein cvO2% von 70% einen Populationsdurchschnitt von „normal“ darstellen kann, deutet ein niedrigerer cvO2% nicht unbedingt auf einen klinisch signifikanten Sauerstoffmangel hin.

Beweise?

Dieser Blog hat einen eher theoretischen Ansatz gewählt, da es an direkten Beweisen mangelt. Nichtsdestotrotz scheint dies mit der verfügbaren Evidenz übereinzustimmen:

Die Verwendung von cvO2% als physiologisches Ziel hat die Ergebnisse der Reanimation bei septischem Schock in den ARISE-, PROMISE- oder PROCESS-Studien nicht verbessert.
Es ist in der Literatur gut belegt, dass ein septischer Schock mit niedrigen, normalen oder hohen cvO2%-Werten einhergehen kann. Obwohl der kardiogene Schock typischerweise niedrige mvO2%-Werte verursacht, scheint es eine Untergruppe von Patienten mit normalen/erhöhten mvO2%-Werten zu geben (Edwards 1991)(4). Daher unterstützt die verfügbare Literatur das Konzept, dass cvO2% nicht zwischen septischem und kardiogenem Schock differenzieren kann.

Diagnostische Tests verstehen: Signal, Rauschen und Schwachsinn.

Wenn wir Patienten beurteilen, integrieren wir ständig neue Daten mit unserer vorgefassten Meinung darüber, was mit dem Patienten los ist:

Es gibt grob drei mögliche Szenarien, die man sich hier vorstellen kann:

Signal: Das neue Testergebnis ist genauer als unsere Vorstellung des Patienten vor dem Test. In diesem Fall verbessert das zusätzliche Testergebnis unser Verständnis des Patienten.
Rauschen: Das neue Testergebnis ist genauso genau im Vergleich zu unserer Konzeptualisierung des Patienten vor dem Test. In diesem Fall ist das hinzugefügte Testergebnis ebenso wahrscheinlich, uns in die Irre zu führen, wie es uns in die richtige Richtung zu bringen. Im Durchschnitt fügt das neue Testergebnis nichts hinzu.
Schwachsinn: Der neue Test ist weniger genau als unser Konzept des Patienten vor dem Test. In diesem Fall führt uns die zusätzliche Information wahrscheinlich in die Irre.

Studien bewerten die Leistung von Tests isoliert, aber das ist nicht die Art, wie Tests in der Realität funktionieren. Eine kürzlich erschienene Arbeit legt zum Beispiel nahe, dass viele häufig verwendete klinische Entscheidungsregeln nicht besser sind als das Basisurteil des Klinikers (Schriger 2016). Obwohl diese Entscheidungsregeln in einem Vakuum gut aussehen, tragen sie in der Praxis möglicherweise keine nützlichen Informationen bei (eher Rauschen als Signal).

Um nützlich zu sein, muss ein Test unsere klinische Basisbeurteilung des Patienten deutlich übertreffen.

Diese Rubrik kann uns einen Rahmen geben, um cvO2% zu verstehen. cvO2% hat wahrscheinlich eine gewisse Genauigkeit. Zum Beispiel hat ein Patient mit einem cvO2% von 40% wahrscheinlich ein niedrigeres Herzzeitvolumen als ein ähnlicher Patient mit einem cvO2% von 95%. Es ist jedoch zweifelhaft, dass der cvO2% irgendetwas zu unserer klinischen Beurteilung des Patienten beiträgt, insbesondere in der Ära der bettseitigen Echokardiographie (zum Beispiel wäre der Patient mit einem cvO2% von 40% wahrscheinlich in einem offensichtlichen Zustand eines Schocks mit niedrigem Output). Angesichts der beträchtlichen Ungenauigkeit des cvO2% ist es möglich, dass er sogar irreführend sein könnte (Bullshit).

Es ist unmöglich, das Herzzeitvolumen allein durch die Betrachtung der zentralvenösen Sauerstoffsättigung zu schätzen.
Selbst wenn eine Fick-Berechnung durchgeführt wird, die andere Variablen berücksichtigt (z. B. die Hämoglobinkonzentration), kann die zentralvenöse Sauerstoffsättigung nicht zur genauen Berechnung des Herzzeitvolumens verwendet werden.
Eine normale oder hohe zentralvenöse Sauerstoffsättigung kann nicht verwendet werden, um uns zu versichern, dass der Patient eine adäquate Gewebesauerstoffversorgung hat.
Die zentralvenöse Sauerstoffsättigung kann wahrscheinlich keine nützlichen Informationen für die Patientenbeurteilung beitragen (d. h. Informationen, die genauer sind als das, was auf der Grundlage anderer klinischer Parameter vermutet werden könnte).

Hinweise

Die Funktion der zufälligen Normalverteilung in Microsoft Excel wurde verwendet: NORMINV(RAND(),mean,stdev).
Die Monte-Carlo-Simulation ist genauer, weil sie in der Lage ist, zweite Ableitungen und übergeordnete Interaktionen zwischen Variablen zu berücksichtigen. Nichtsdestotrotz liefern beide Schätzungen die gleiche grundlegende Antwort auf die Frage: Die Standardabweichung des Herzzeitvolumens beträgt etwa 1,3 Liter/Minute, was zu groß ist, um klinisch sinnvoll zu sein.
Magic 8-ball image courtesy of http://www.redkid.net/generator/8ball/. Der PulmCrit-Blog befürwortet eigentlich nicht die Verwendung eines Magic 8-Balls für die klinische Versorgung. Allerdings hat sich der Magic 8-ball im Vergleich zum PA-Katheter als gleichwertig und weniger invasiv erwiesen.
Es sollte auch beachtet werden, dass sich das Herzzeitvolumen bei septischem und kardiogenem Schock nicht immer wie vorhergesagt verhält. Patienten mit Sepsis-induzierter Kardiomyopathie können ein reduziertes Herzzeitvolumen haben. Alternativ können Patienten mit kardiogenem Schock eine Entzündung haben (aufgrund von Ischämie/Reperfusion oder SIRS nach Herzstillstand), die den systemischen Gefäßwiderstand verringern und das Herzzeitvolumen erhöhen kann.
Der Multiplikator von 10 wird hier benötigt, um den arteriellen Sauerstoffgehalt von ml/dL in ml/L umzurechnen.
Das 95%-Konfidenzintervall kann als 1,96 multipliziert mit der Standardabweichung geschätzt werden.

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Josh ist der Schöpfer von PulmCrit.org. Er ist ein außerordentlicher Professor für Lungen- und Intensivmedizin an der Universität von Vermont.