Αλληλεπίδραση καρδιάς πνευμόνων

Μεταπτυχιακά Σεμινάρια σε Ειδικά Θέματα Πνευμονολογίας ΑΘΗΝΑ, 15 Μαρτίου 2017 Αλληλεπίδραση καρδιάς πνευμόνων Α. E. ΑΡΜΑΓΑΝΙ ΗΣ Καθηγητής Πνευμονολογίας-Εντατικής Θεραπείας Ιατρικής Σχολής Πανεπιστημίου Αθηνών Β ΚΛΙΝΙΚΗ ΕΝΤΑΤΙΚΗΣ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο ATTIKON

NO CONFLICT OF INTEREST Απ. ΑΡΜΑΓΑΝΙΔΗΣ 2017

Heart Lung Interaction ΕΡΩΤΗΣΗ Νο 1: Ασθενής με ARDS και σοβαρή υποξαιμία μπορεί να έχει υψηλότερη τιμή PaO 2 με ΡΕΕΡ 5 cm H 2 O από ότι με ΡΕΕΡ 15 cm H 2 O

Heart Lung Interaction ΕΡΩΤΗΣΗ Νο 2: Στην κλινική πράξη η PEEP μειώνει την καρδιακή παροχή σε όλους τους ασθενείς σε ορισμένους αυξάνει την καρδιακή παροχή

Heart Lung Interaction ΕΡΩΤΗΣΗ Νο 3: Στην κλινική πράξη αύξηση της ενδοκοιλιακής πίεσης μειώνει ή αυξάνει τη φλεβική επιστροφή αίματος

Heart Lung Interaction (ιστορική αναδρομή) Emerson 1909: Χρήση θετικής πίεσης σε Πνευμονικό Οίδημα Even 1980: «The heart works as a pump in the respiratory pump»

Heart Lung Interaction A. Miro and M. Pinsky (Ed. Μ. Τobin) «A comprehensive understanding. of heart lung interactions is a nearly impossible goal to achieve in most patients. However,..»

Heart Lung Interaction A. Miro and M. Pinsky (Ed. Μ. Τobin) «by understanding the components of this process, one can reach a better realization of its determinants and predict how an individual patient may respond to imposed stresses.» OR explain an unexpected(?) response after a therapeutic intervention

Αλληλεπίδραση Καρδιάς Πνευμόνων Επιπτώσεις αναπνευστικού στο κυκλοφορικό Τρείς μεγάλες κατηγορίες επιπτώσεων Mηχανικές Νευροενδοκρινικές Προσφορά και κατανάλωση Ο2

Heart Lung Interaction (ιστορική αναδρομή) Even 1980: The heart works as a pump in the respiratory pump Στην πραγματικότητα έχουμε ένα πολύπλοκο σύστημα επάλληλων αντλιών

HLI Which determinants + confusion factors? 1. Paw / PEEP vs. intrathoracic pressure 2. Ιntra-luminal vs. transmural pressure(s) 3. Changes in intra-abdominal pressure 4. Changes in lung volume (+ Palv) 5. Underlying intravascular volume status and bi-ventricular function 6. Effect of neural and humoral reflexes

Κλινικοί συγχυτικοί παράγοντες : «confusion factors» Επίδραση διαταραχών της μηχανικής των πνευμόνων και του θωρακικού τοιχώματος Επίδραση μεταβολής ενδοκοιλιακής πίεσης R μεγάλων φλεβικών αγγείων + reflexes Βaseline κατάσταση ενδοαγγειακού όγκου και αγγειακού τόνου Επιπτώσεις μεταβολών όγκου πνευμόνων και Paw στην πνευμονική κυκλοφορία Προυπάρχουσα διαταραχή ΑΡ και ΔΕ ΚΛ

Starling law από βιβλίο

Simultaneous Determinants of Cardiac Output and Venous Return 6 Blood Flow (l/min) 5 4 3 2 1 Equilibrium Point LV Function Curve Venous Return Curve mean systemic feeling pressure 0 5 10 Right Atrial Pressure (mm Hg)

Effect of Decreases in Intrathoracic Pressure on LV Performance and Venous Return 6 Blood Flow (l/min) 5 4 3 2 1 B A Decreased ITP Thoracic Pump No change in LV Function 0 5 10 Right Atrial Pressure (mm Hg)

Blood Flow (l/min) Effect of Increases in Intrathoracic Pressure on LV Performance 6 5 4 3 2 1 A Increased ITP B C Volume Infusion No change in LV Function mean systemic feeling pressure 0 5 10 Right Atrial Pressure (mm Hg)

Increases in ITP (with PEEP) Decrease Venous Return by Decreasing the Pressure Gradient for Venous Blood Flow This effect is minimized by fluid resuscitation or by vasoconstriction Braunwald et al. Circ Res 5:670-5, 1957 This effect is minimized by keeping the increase in ITP as small as possible least PEEP, small VT, minimal percent inspiratory time Cournaud et al. Am J Physiol 152:162-74, 1948

PEEP and Cardiac Output PEEP decreases cardiac output by decreasing LV preload Jardin et al. N Engl J Med 304:387-92, 1981 Minimal effects at < 5 cm H 2 0 PEEP Pinsky, Vincent, DeSmet. Am Rev Respir Dis 143:25-31, 1991 Effect is mitigated by Volume Loading or Heart Failure Calvin et al. Am Rev Respir Dis 124:121-8, 1981 Grace & Greenbaum Crit Care Med 10:358-60, 1982

Effect of Increasing Lung Volume and Abdominal Pressure on Venous Return Blood Flow (l/min) 6 5 4 3 2 1 A ITP B Diaphragmatic descent increases abdominal pressure increasing mean systemic pressure abdominal pressure 0 5 10 Right Atrial Pressure (mm Hg) Fessler et al. Am Rev Respir Dis 146:4-10, 1992

Effect of Increased Intrathoracic Blood Flow (l/min) Pressure on LV Performance 6 5 4 3 2 1 Acute Ventricular Failure Increased ITP B A Improved LV Performance 0 5 10 Right Atrial Pressure (mm Hg)

HLI Which determinants + confusion factors? 1. Paw / PEEP vs. intrathoracic pressure 2. Ιntra-luminal vs. transmural pressure(s) 3. Changes in intra-abdominal pressure 4. Changes in lung volume (+ Palv) 5. Underlying intravascular volume status and bi-ventricular function 6. Mechanical effect of neural and humoral reflexes

Συγχυτικοί παράγοντες : «confusion factors» Επίδραση διαταραχών της μηχανικής των πνευμόνων και του θωρακικού τοιχώματος Επίδραση μεταβολής ενδοκοιλιακής πίεσης R μεγάλων φλεβικών αγγείων + reflexes Baseline κατάσταση ενδοαγγειακού όγκου και αγγειακού τόνου Μεταβολές όγκου πνευμόνων και Paw στην πνευμονική κυκλοφορία Προυπάρχουσα διαταραχή ΑΡ και ΔΕ ΚΛ

Guyton curves + ΡΕΕΡ???

Διαταραχή μηχανικής πνευμόνων/θώρακος Παράδειγμα ασθενούς με COPD => υπόταση σε μηχανικό αερισμό: Clung Δ Ppl = k. Δ Paw. --------- (+ PEEPi?) Cthorax Προυπάρχουσα διαταραχή ενδοαγγεικού όγκου και αγγειακού τόνου (παράδειγμα) Συνήθη λάθη «νέου» εφημερεύοντος ; Απαιτούμενη θεραπεία για υπόταση ; Σωστή παθοφυσιολογικά άμεση θεραπεία για οιδήματα άκρων και διατ/μένες σφαγίτιδες;

Effects of Changes in ITP (+transmural) on LV ejection Decreases in ITP increase LV ejection pressure by increasing LV AFTERLOAD Buda, Pinsky et al. N Engl J Med 301: 453-9, 1979 Increases in ITP decrease LV ejection pressure by decreasing LV AFTERLOAD Pinsky et al. J Appl Physiol 54: 950-5, 1983

Εντονη εισπνευστική προσπάθεια

Χειρισμός Valsalva

HLI Which determinants + Sources of confusion? 1. Paw / PEEP vs. intrathoracic pressure 2. Ιntra-X??? vs. transmural pressure 3. Changes in intra-abdominal pressure 4. Changes in lung volume (+ Palv) 5. Underlying intravascular volume status and bi-ventricular function 6. Neural and humoral reflexes

Intra-vascular vs. transmural pressure 8 Pra = 4 TRANSMURAL = 9 RA - RV LA - LV

Intra-vascular vs. transmural pressure 8 9 Pra = = 44 Pra = 3 = 9 18 TRANSMURAL TRANSMURAL =

Transmural Pressure is NOT the amount above the surface

Ppl Patm RA PA PCWP LA

Χειρισμός Valsalva ιαφορά των εννοιών PRESSURE GRADIENT = ροή και TRANSMURAL PRESSURE = βαθμός πλήρωσης

Χειρισμός Muller

Χειρισμός Muller ή??? Κρίση βρογχοσπάσμου

Εντονη εισπνευστική προσπάθεια (διαφορά από χειρισμό Muller => παράδειγμα στην κλινική πράξη = μερική απόφραξη τραχειοσωλήνα)

Palv Ppl (b) Ppl Patm RA PA PCWP LA

Συγχυτικοί παράγοντες : Μεταβολές πίεσης μέσα και γύρω από τις καρδιακές κοιλότητες και αντίστασης στη φλεβική επιστροφή αίματος Mean systemic filling pressure (MSFP) recoil pressure συστηματικής κυκλοφορίας συνάρτηση ενδοαγγειακού όγκου αλλά και της compliance και του τόνου των αγγείων

Δικά μου με RVEF

Η PEEP μειώνει τον όγκο των κοιλιών Εκπνοή Εισπνοή ZEEP 10 PEEP

Συγχυτικοί παράγοντες : (παθο-φυσιολογικοί «determinant factors») Μεταβολές πίεσης μέσα και γύρω από τις καρδιακές κοιλότητες και αντίστασης στη φλεβική επιστροφή αίματος Mean circulatory pressure (mean CP) recoil pressure συστηματικής κυκλοφορίας συνάρτηση ενδοαγγειακού όγκου αλλά και της compliance και του τόνου των αγγείων

Simultaneous Determinants of Cardiac Output and Venous Return 6 Blood Flow (l/min) 5 4 3 2 1 Equilibrium Point LV Function Curve Venous Return Curve mean systemic feeling pressure 0 5 10 Right Atrial Pressure (mm Hg)

HLI Which determinants + Sources of confusion? 1. Paw / PEEP vs. intrathoracic pressure 2. Ιntra-X??? vs. transmural pressure 3. Changes in intra-abdominal pressure 4. Changes in lung volume (+ Palv) 5. Underlying intravascular volume status and bi-ventricular function 6. Neural and humoral reflexes

Ενδοκοιλιακή πίεση (Pab): Επίδραση σε ενδοθωρακική πίεση Ενδοκοιλιακά αγγεία = high capacity, slowly draining =/= εξωκοιλιακά αγγεία Επιπτώσεις Pab σε φλεβική επιστροφή σχέση Pab + πίεσης κάτω κοίλης PIVC => waterfall φαινόμενο ή καλύτερα Starling resistor φαινόμενο αλλά με Pab vs. PIVC (αντί για PA vs. Pvasc)

Starling resistor φαινόμενο

Σχέση Pab με ΡIVC (κάτω κοίλης) και φλεβική επιστροφή Εάν ΡIVC < Pab (υποογκαιμία) τότε αύξηση Pab => Φλεβική επιστροφή? (ανάλογο Ζώνης ΙΙ) Εάν ΡIVC > Pab (υπερογκαιμία) τότε αύξηση Pab => Φλεβική επιστροφή? (όχι απλά μη παρεμπόδιση ροής αλλά μετακίνηση όγκου υγρών)

Συγχυτικοί παράγοντες : «confusion factors» Επίδραση διαταραχών της μηχανικής των πνευμόνων και του θωρακικού τοιχώματος Μεταβολές ενδοκοιλιακής πίεσης και Βaseline κατάσταση ενδοαγγειακού όγκου και αγγειακού τόνου R μεγάλων φλεβικών αγγείων + reflexes Μεταβολές όγκου πνευμόνων και Paw στην πνευμονική κυκλοφορία Προυπάρχουσα διαταραχή ΑΡ και ΔΕ ΚΛ

Guyton curves + ΡΕΕΡ

Broccard 2012

Guyton 4

Guyton 3

PEEP και καρδιακή παροχή: Οι καμπύλες Guyton ΔΕΝ επαρκούν για την πρόβλεψη των αιμοδυναμικών αλλαγών μετά την εφαρμογή PEEP!!! αλλαγές καμπύλης φλεβικής επιστροφής??? αντιστάσεις φλεβικής επιστροφής??? διαφορετική απάντηση ανάλογα με volume status και bi-ventricular function

Lung volume and resistances

Lung Volume (ml)

Starling resistor

Kotanidou et al 1997

RVEF in ARDS patients with PEEP 20 cmh2o

Moderate ARDS Severe ARDS

Α= Moderate ARDS Β= Severe ARDS

Αλλοι παθοφυσιολογικοί μηχανισμοί: (determinant and confusion factors) Μηχανική αναπνοή και οξυγόνωση + συσταλτικότητα μυοκαρδίου. Δευτερογενείς επιδράσεις: αύξηση PaΟ 2, επιπτώσεις σε πνευμονική υπέρταση και διάταση ΔΚΛ, back pressure και ροή σε στεφανιαία, κατανάλωση Ο 2 από μυοκάρδιο (π.χ. στένωση ΔΕ στεφανιαίας) Μεταβολές έργου αναπνευστικών μυών: ανακατανομή αιμάτωσης + οξυγόνωσης

Open Thoracotomy Abolishes the Normal Negative ITP Decreases the Pressure Gradient for Venous Return Decrease in Intrathoracic Blood Volume Decrease in LV filling Decrease in Cardiac Output Decrease in Transpulmonary Pressure Decrease in Lung Volume Increase in Pulmonary Vascular Resistance Alveolar Collapse and Hypoxemia Increase RV afterload

Open Laparotomy Abolishes the Normal Open Thoracotomy Positive Abdominal Pressure Swings Decreases in Transpulmonary Pressure Decreases the Pressure Gradient for Venous Return Decrease in Lung Volume (in SB only) Decrease Increase in Intrathoracic in Pulmonary Blood Vasc. Volume Resistance Decrease Increase in LV filling RV after load Decrease Alveolar in Cardiac Collapse Output and Hypoxemia Increase in Transpulmonary Pressure Increase in Lung Volume, Over-distention Increase in Pulmonary Vascular Resistance Increase in RV afterload

Heart Lung Interaction ΕΡΩΤΗΣΗ Νο 1: Ασθενής με ARDS και σοβαρή υποξαιμία μπορεί να έχει υψηλότερη τιμή PaO 2 με ΡΕΕΡ 5 cm H 2 O από ότι με ΡΕΕΡ 15 cm H 2 O (4 τουλάχιστον μηχανισμοί)

Heart Lung Interaction ΕΡΩΤΗΣΗ Νο 2: Στην κλινική πράξη η PEEP μειώνει την καρδιακή παροχή σε όλους τους ασθενείς σε ορισμένους αυξάνει την καρδιακή παροχή

Heart Lung Interaction ΕΡΩΤΗΣΗ Νο 3: Στην κλινική πράξη αύξηση της ενδοκοιλιακής πίεσης μειώνει ή αυξάνει τη φλεβική επιστροφή αίματος

Osman et al CCM 2007

More PV curves

44% n = 1148 data sets 58% 62%

Inspiratory and Expiratory changes

static vs. dynamic markers Volume responsiveness No information on volume status

SpMax Δ up Baseline ΔDown SpMin SPV

1 2 1 2 >12% 1+2 mean

A reversible self volume challenge

static vs. dynamic markers Volume responsiveness No information on volume status

Stressed and Unstressed Volume (I) Approximately 70% of blood volume resides in the small venules and veins at low pressure indicating that this region is very compliant. Under resting conditions, only about 1.2 1.4 l (25 30%) of the total blood volume of 5 6 l in the average male actually stretches the vascular walls and the rest of the volume just fills out the round shape of the vessels and is unstressed Magder et al CCM 1998

Stressed and Unstressed Volume (II) The elastic recoil pressure produced by the volume stretching the elastic structures of the vasculature is called the mean circulatory filling pressure (MCFP). Based on Poiseuille s law, VR is equal to MCFP minus Pra and divided by the venous resistance Guyton 1955

Broccard 2012

OXI αγγειοσυσπαστικά σε ανεπαρκή ενδοαγγειακό όγκο υγρών

RVEF in ARDS patients with PEEP 20 cmh2o

Moderate ARDS Severe ARDS

Α= Moderate ARDS Β= Severe ARDS

EV1000

EV1000 CVP: 13 mmhg PAOP: 18 mmhg

EV1000 CVP: 13 mmhg PEEP= 20 cm H 2 0

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΛΙΝΙΚΗ ΠΡΑΞΗ Heart-Lung Interaction Everything should be made as simple as possible, but not simpler. Albert Einstein

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΛΙΝΙΚΗ ΠΡΑΞΗ Heart-Lung Interaction For the human brain maximum of input variables managed before decisions => output = 4-5 variables (maximum 7) Ακόμη και η απλούστερη διάγνωση ή πρόβλεψη ανταπόκρισης σε θεραπεία πρέπει να επιβεβαιώνεται στην κλινική πράξη με 2 (πριν και μετά) μετρήσεις

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΚΛΙΝΙΚΗ ΠΡΑΞΗ Heart-Lung Interaction στη ΜΕΘ Δεν θεραπεύουμε μεμονωμένες τιμές αλλά παθοφυσιολογικές διαταραχές (=με βάση πιθανολογούμενα σενάρια) Δυναμική (# στατική) επαλήθευση υποτιθέμενου διαγνωστικού σενaρίου παθοφυσιολογικών διαταραχών με πλήρη έλεγχο πριν και μετά από κάθε μία θεραπευτική παρέμβαση χωριστά (ειδικά εάν δεν έχω το αναμενόμενο αποτέλεσμα)

Expert (and My) Opinion Russell Burck Rush University Medical Center, Chicago, IL Editorial in Critical Care Medicine 2004 Clearly, the reality of the science of critical care is that it is a messy. That is not the problem in my view. The problem would be if we did not notice, accept, and address that reality

Take-Home Message Συμπέρασμα: Αιμοδυναμικό monitoring: συλλογή τμημάτων ενός puzzle για αναγνώριση της εικόνας (=διάγνωση) και όχι αναζήτηση του μαγικού αριθμού.