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“Berechnet ml/Schlag aus mmHg”
Herzzeitvolumen basierend auf dem arteriellen Blutdruck
Die Edwards FloTrac-Algorithmus
Zusammenfassung
Edwards Lifesciences war mit dem Edwards Swan-Ganz-Thermodilutionskatheter zur Messung des Herzzeitvolumens Vorreiter in diesem Bereich. Jetzt hat Edwards den FloTrac-Algorithmus entwickelt, ein Echtzeit-Verfahren zur kontinuierlichen Bestimmung des Herzzeitvolumens, das über den arteriellen Druck unter Verwendung eines arteriellen Katheters gemessen wird. Dieses neue Verfahren basiert auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten und der Anwendung eines komplexen Algorithmus.
Physik und Physiologie
Der Fluss wird durch den Blutdruckgradienten in einem Blutgefäß und den Widerstand zu diesem Fluss festgelegt (F=ΔP/R). Der FloTrac-Algorithmus verwendet ein ähnliches Prinzip, und benutzt zur Berechnung des pulsatilen Flusses einen Umrechnungsfaktor Khi (χ) in dem der Gefäßwiderstand und die Compliance berücksichtigt werden.
Das Herzzeitvolumen ist ein wichtiger Faktor der allgemeinen Sauerstofftransportkapazität (DO2) und ist die am häufigsten beeinflusste Variable bei der Verbesserung des Sauerstoffangebots. Das Herzzeitvolumen errechnet sich durch Multiplikation des Schlagvolumens mit der Herzfrequenz. Der FloTrac-Algorithmus verwendet die gleichen Komponenten, ersetzt aber die Herzfrequenz durch die Pulsfrequenz, wodurch nur Schläge, die zur Perfusion beitragen, erfasst werden, und multipliziert diese Pulsfrequenz mit einem errechneten Schlagvolumen. Das Schlagvolumen wird mit Hilfe eines speziell entwickelten Systems, das aus einem FloTrac-Sensor und dem Edwards Vigileo-Monitor besteht, und unter Verwendung des einzigartigen FloTrac-Algorithmus aus der arteriellen Druckkurve berechnet. Dazu analysiert der FloTrac-Algorithmus die Druckkurve 20 Sekunden lang hundert Mal pro Sekunde und erfasst 2.000 Datenpunkte für die Analyse. Diese Datenpunkte werden zusammen mit den demographischen Patientendaten verwendet, um die Standardabweichung des arteriellen Blutdrucks (σAP) zu errechnen. Diese (σAP) ist proportional zum Pulsdruck (PP). σAP wird mit dem Umrechnungsfaktor Khi (χ), der den Gefäßwiderstand und die Compliance (Gefäßtonus) berücksichtigt, und darüber hinaus σAP (in mmHg) in ml/Schlag umrechnet, multipliziert. Daraus folgt, dass mit den Variablen σAP und Compliance (χ) der Fluss oder das Schlagvolumen berechnet werden kann.
Traditionell: CO = HR * SV
FloTrac system:
APCO= PR x (σAP * χ)
Wenn χ = M (HR, σAP, C(P), BSA, MAP, µ3ap, µ4ap . . .)
σAP = standardabweichung des arteriellen Pulsdrucks in mmHg ist proportional zum Pulsdruck.
χ = anpassung multivariater Parameter proportional zum Einfluss der Compliance auf den Pulsdruck.
M = multivariate Polynomgleichung.
BSA = die Körperoberfläche wird anhand der Dubois-Gleichung berechnet.
MAP = der arterielle Mitteldruck errechnet sich aus der Summe der erfassten Druckwerte über 20 Sekunden, die durch die Anzahl der Messwerte geteilt wird.
µ = statistische Momente, die durch die Schiefe der Verteilung (Symmetrie) und Kurtosis (Ausgeprägtheit der Wölbung) festgelegt, und mittels verschiedener mathematischer Ableitungen berechnet werden.
Arterial Pressure-Based Cardiac Output
The FloTrac algorithm is based on the principle that aortic pulse pressure is proportional to stroke volume (SV) and inversely related to aortic compliance.
Standard Deviation of Arterial Pressure
Initially, the FloTrac algorithm assesses pulse pressure by using the standard deviation of the arterial pressure (σAP) around the MAP value, measured in mmHg, making it independent of the effects of vascular tone. This standard deviation of the pulse pressure is proportional to the volume displaced or the stroke volume. This is calculated by analyzing the arterial pressure waveform over 20 seconds at 100 times per second, creating 2,000 data points from which σAP is calculated.
Khi und die Umrechnung von mmHg zu ml/Schlag
Die Umrechnung der Standardabweichung des arteriellen Blutdrucks (mmHg) in ml/Schlag geschieht durch Multiplikation mit dem Umrechnungsfaktor Khi (χ). Khi ist eine multivariate Polynomgleichung, die den Einfluss der ständig wechselnden Gefäß-Compliance auf den Pulsdruck ermittelt. Khi errechnet sich durch Analyse der Pulsfrequenz des Patienten, des arteriellen Mitteldrucks, der Standardabweichung des arteriellen Mitteldrucks, der Compliance der großen Gefäße, die mittels der demographischen Daten des Patienten geschätzt wird, und der Symmetrie und der Kurtosis der arteriellen Druckkurve. Khi wird als rollender 60-Sek-Durchschnittswert aktualisiert und an den FloTrac-Algorithmus übergeben.
- Pulsfrequenz
Die Pulsfrequenz des Patienten wird berechnet durch Zählen der Pulsschläge über einen Zeitraum von 20 Sekunden, und Extrapolierung eines Minutenwertes. - Arterieller Mitteldruck (MAP)
Ein Anstieg des Mitteldrucks deutet häufig auf ein Ansteigen des Widerstands hin und umgekehrt. - Standardabweichung des arteriellen Blutdrucks (σAP)
Der Pulsdruck ist proportional zu σAP und dem Schlagvolumen. Zunahme und Abnahme der Standardabweichung bieten außerdem Informationen über die Druckamplitude. Wenn diese Druckamplitude mit der Kurtosis korreliert wird, gleicht diese die Differential-Compliance und den Reflexionsgrad der Kurve, der sich an verschiedenen Orten im arteriellen System ändert, aus. Dies ermöglicht wiederum die Überwachung des Herzzeitvolumens von unterschiedlichen Orten im arteriellen System. - Compliance der großen Gefäße
Die wissenschaftlichen Arbeiten von Langewouters zeigten eine direkte Korrelation zwischen Alter, Geschlecht und MAP und der Compliance der Aorta. Aus diesen Studien ging eine Gleichung hervor, die es ermöglichte, die Compliance für diesen Patienten durch Eingabe von Alter und Geschlecht zu schätzen. Gemäß Langewouters et al kann die arterielle Compliance (C) als Funktion des Blutdrucks anhand der nachfolgenden Gleichung geschätzt werden: 
L = Geschätzte Länge der Aorta.
Amax = maximale Querschnittsfläche der Aortenwurzel.
P = arterieller Blutdruck.
P0 = Druck, bei dem die Compliance ihr Maximum erreicht.
P1 = Breite der Compliance-Kurve bei der halben maximalen Compliance. Zusätzliche Angaben wie Gewicht und Größe (BSA) korrelieren auch mit dem Gefäßtonus und wurden zur verbesserten Berechnung der Compliance der Aorta aufgenommen.
- Skewness (ein Maß für fehlende Symmetrie, µ3ap)
Die Symmetrieeigenschaften des arteriellen Drucks können auf eine Veränderung des Gefäßtonus und/oder des Widerstands hinweisen. Zwei verschiedene Funktionen können den gleichen Mittelwert und die Standardabweichung besitzen, weisen jedoch selten die gleiche Schiefe auf. Zum Beispiel kann eine arterielle Druckamplitude, bei der die Werte während der Systole schnell ansteigen und langsam abfallen, als Resultat einer zunehmenden Vasokonstriktion entstehen und würde eine erhöhte Schiefe aufweisen. 
- Die Kurtosis (beschreibt die Abweichung einer gegebenen Punkteverteilung von der Normalverteilung, µ4ap)
Druckdaten mit hoher Kurtosis zeigen einen sehr schnellen Druckanstieg und Abfall im Vergleich zum normalen Pulsdruck und können direkt mit der Compliance der großen Gefäße in Verbindung gebracht werden. 1) Ein hoher Kurtosis-Wert deutet auf einen ausgeprägten Höchstwert im Bereich des Mittelwerts, mit einem anschließenden Abfall und einem ausgeprägten "Schwanz" hin. 2) Ein niedriger Kurtosis-Wert zeigt eher eine relativ flache Funktion im Bereich des Höchstwertes und lässt auf einen niedrigen zentralen Gefäßtonus schließen, wie er z. B. bei Neonaten häufiger vorkommt. 
Khi (χ) MMHG zu ml/Schlag
Der FloTrac-Algorithmus, der alle diese Variablen berücksichtigt, ermittelt kontinuierlich alle 60 Sekunden den Einfluss des Gefäßtonus auf den Druck. Als Ergebnis dieser Analyse erhält man den Umrechnungsfaktor Khi (χ). Khi wird anschließend mit der Standardabweichung des arteriellen Blutdruckes multipliziert, um daraus das Schlagvolumen in Millimeter pro Schlag zu berechnen. Dieses Schlagvolumen wird mit der Pulsfrequenz multipliziert und ergibt das Herzzeitvolumen in Liter pro Minute.
Schlagvolumen (ml/Schlag) = σAP (mmHg)* χ (ml/mmHg)
Entwickelt mit dem klinischen Goldstandard
Der Gefäßtonus-Faktor (Khi) wurde entwickelt, basierend auf den kardiovaskulären hämodynamischen Grundlagen, mit modernsten Signalverarbeitungsverfahren der arteriellen Druckkurve und vergleichender Analysen mit dem klinischen Goldstandard – der Thermodilutionsmethode - zur Messung des Herzzeitvolumens.
Khi (χ) wurde modelliert, dass es eine breite Palette unterschiedlicher Herzzeitvolumen-Werte, Patientenprofile, Krankheitsbilder und hämodynamische Bedingungen abdeckt, gegen die es verglichen wurde.
Seit seiner klinischen Anwendung wurde das FloTrac-System gegen verschiedene Technologien zur Messung des Herzzeitvolumens, einschließlich der Thermodilutionsmethode validiert.
Keine manuelle Kalibrierung erforderlich
Andere Geräte, die das Herzzeitvolumen aus dem arteriellen Druck berechnen (Pulskontur oder Puls Power) erfordern eine Kalibrierung, da bei diesen eine automatische Korrektur für den wechselnden Gefäßtonus des Patienten nicht möglich ist. Da sich der FloTrac-Algorithmus kontinuierlich an den sich ständig veränderten Gefäßtonus des Patienten anpasst, ist keine Kalibrierung erforderlich. Als eine Komponente der Kalibrierung passt sich Khi mittels einer komplexen Kurvenanalyse an die Veränderungen im Gefäßtonus an. Diese Eigenschaft macht einen zentral- oder periphervenösen Zugang überflüssig, der für eine manuelle Kalibrierung mittels Indikator-Dilutionsverfahren erforderlich wäre.
Technische Überlegungen
Der FloTrac-Algorithmus hängt von einer hochauflösenden Erfassung der Druckkurve ab. Bei Druckmessungen ist die Einhaltung einer geeigneten Vorgehensweise wichtig, Schwerkraftbefüllung des Systems, Beuteldruck auf 300 mmHg, adäquates Volumen des IV-Spülflüssigkeitsbeutels, Verschlusshahn des Sensors auf Vorhofniveau und regelmäßige Überprüfung der optimalen Dämpfung mit einem Rechtecksignal-Test. Die FloTrac-Sensor-Kits sind speziell auf eine optimale Frequenzantwort konfiguriert, deshalb wird davon abgeraten, zusätzliche Schläuche oder Hähne hinzuzufügen.
Einschränkungen
Der FloTrac-Sensor ist nur für den Einsatz an Erwachsenen geeignet und wurde noch nicht für Patienten mit ventrikulären Unterstützungssystemen oder intra-aortalen Ballonpumpen validiert. Falls eine aortale Regurgitation besteht, können die absoluten Werte beeinträchtigt werden, die Trends sind möglicherweise weiter verlässlich. Eine schwere periphere Gefäßkonstriktion bei Schockzuständen oder hypothermen Phasen beeinträchtigt möglicherweise die Werte, die an der Arteria radialis gemessen werden. In diesen Fällen sollte eine Messung an der Arteria femoralis oder die Einführung eines Pulmonal-Arterienkatheters in Betracht gezogen werden.
Schlussfolgerungen
Edwards hat die Komplexität und die Invasivität, die üblicherweise mit der kontinuierlichen Überwachung des Herzzeitvolumens verbunden ist, durch die Anwendung eines einzigen Arterienkatheters ersetzt. Die einfache Anwendung des FloTrac-Systems ermöglich eine frühere Anwendung der Flussüberwachung bei Schwerkranken. Den Ärzten bietet sich jetzt die Möglichkeit, das Herzzeitvolumen von Patienten, die sowieso einen arteriellen Zugang benötigen, zu überwachen.
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Nur für Angehörige medizinischer Fachkreise. Für weitere Informationen, Indikationen, Gegenanzeigen, Warnhinweise, Vorsichtsmaßnahmen und Nebenwirkungen bitte die Packungsbeilage beachten.
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