Untersuchung des Einflusses der cerebralen Autoregulation auf die Messung der kardialen Kontraktilität mittels Fluß-Flächen-Beziehung ; Investigation of the influence of cerebral autoregulation on the measurement of myocardial contractility via velocity-area relation
Fragestellung: Die time varying elastance, der Gold-Standart zur Bestimmung der myokardialen Kontraktilität, kann entweder mittels Druck-Volumen Kurven, die mit einem Conductance-Katheter gemessen wurden, oder über eine, mittels Ultraschalltechnik generierte, Fluß-Flächen-Beziehung bestimmt werden. Letztere könnte durch Vasomotion beeinflusst werden, da hier die Blutfluß-Beschleunigung in der Arteria carotis gemessen wird. So ist es Ziel dieser Arbeit den störenden Einfuß von Eigenschaften des Gefäßsystems auf einen myokardialen Kontraktilitätsparameter zu untersuchen. Methodik: Nach der Versuchsgenehmigung durch die Regierung von Unerfranken wurden 9 Merino- Schafe narkotisiert und es wurden hämodynamische Messsungen durchgeführt (MAD, HF, ZVD, HZV). Die time varying elastance wurde sowohl mittels Conductance-Katheter (Ees), als auch über die ultraschallgestützte Fluß-Flächen-Beziehung (E´es) bestimmt. Nach einer Trepanation wurden zwei Sonden zur Messung der zerebralen Gewebsoxygenierung (P(ti)O2) und der Stoffwechselmetabolite (Laktat, Pyruvat, L/P-Verhältnis) mittels Mikrodialyse subkortikal ins Hirngewebe eingeführt. Die zerebrale Perfusion wurde mittels Laser- Doppler überwacht. Studienprotokoll: Die hämodynamischen Messungen (inklusive Ees und E´es), P(ti)O2, Laktat, Pyruvat und L/P wurden unter Ausgangsbedingungen (baseline1), unter dem Einfluß von Nitroprussidnatrium (NPN) , nach Rückkehr zu Ausgangsbedingungen (baseline 2) und unter dem Einfluß von Esmolol (Esmolol) durchgeführt. Sowohl unter NPN, als auch unter Esmolol wurde ein MAD von 50 mmHg für 15 min aufrechterhalten. Ebenso wurde für die Messungen unter baseline ein MAD von 90 mmHg für 15 min aufrechterhalten. Ergebnisse: Neun Schafe (63 ± 4 kg) wurden der weiteren Analyse zugeführt. Die Mikrodialyse konnte in zwei Fällen nicht durchgeführt werden. Der MAD fiel, wie angestrebt, sowohl unter NPN (50±11 mmHg), als auch unter Esmolol (48±6 mmHg) verglichen mit den Ausgangsbedingungen (baseline 1 (90±21 mmHg); baseline 2 (90±16 mmHg). Die HF unter Esmolol (73±14 min-1) unterschied sich signifikant von baseline 1 (90±21 min-1), baseline 2 (81±23 min-1) und NPN (94±23 min-1). Die Ees fiel signifikant unter Esmolol (1,0±0,2 mmHg * cm-3) verglichen mit baseline 1 (3,0±0,9 mmHg * cm-3), baseline 2 (3,2±0,8 mmHg * cm-3) und NPN (3,0±0,7 mmHg * cm-3). Die Ees fiel ebenfalls signifikant ab unter Esmolol (0,36±0,21 sec-1 * cm-1), verglichen mit baseline 1 (0,88±0,26 sec-1 * cm-1), baseline 2 (0,89±0,24 sec-1 * cm-1) und NPN (0,76±0,27 sec-1 * cm-1). Das HZV sank signifikant in Folge Esmolol-Gabe verglichen mit Ausgangsbedingungen (2,4±1,0 ml * min-1 baseline 1 und baseline 2) und NPN (3,2±2,0 ml * min-1). Im Laser- Doppler zeigte sich ein Abfall der zerebralen Perfusion unter NPN und Esmolol, wobei dieser Abfall unter Esmolol signifikant größer war als unter NPN. In 7 Fällen wurde das L/P- Verhältnis mittels Mikrodialyse bestimmt. Hier konnte ein signifikanter Anstieg unter Esmolol, verglichen mit baseline 1, baseline 2 und NPN, gesehen werden. Für die P(ti)O2 konnte ein Abfall von um die 50% unter Esmolol beobachtet werden, verglichen mit baseline 1, baseline 2 und NPN. In der linearen Regressionsanalyse konnte eine gute Korrelation von Ees und E´es (Ees = 1,4 * E´es + 1,5; R= 0,90, R2= 0,81; p < 0,0001) gezeigt werden. Sowohl zur Regressionanalyse von P(ti)O2 und L/P-Verhältnis, als auch von E´es und Ees wurden die Daten von 7 Tieren verwendet. P(ti)O2 und L/P-Verhältnis korrelierten am besten in Form einer Exonentialfunktion: P(ti)O2=63,3L/P-0,5;(R=0,82, R2=0,67 und p<0,0001). P(ti)O2 und Ees korrelierten am besten in Form einer Linearfunktion: P(ti)O2=22,2 Ees*0,8; (R=0,58,R2=0,34, und p<0,001). Auch P(ti)O2 und E´es korrelierten am besten in Form einer Linearfunktion: P(ti)O2=44,0 E´es-3,8; (R=0,64,R2=0,4, und p<0,001). Die Daten von 7 Tieren wurden einer multiplen linearen Regressionanalyse zugeführt (P(ti)O2 gegen Kontraktilität (hier nur Ees, um Multikolinearität zu vermeiden), MAD, HF, HZV und ZVD). Diesem Ergebnis folgend (P(ti)O2= 13+(7*Ees)+(0,1*MAD)+(2*ZVD)-(0,04*HF)+(0,004*HZV); R=0,88, R2=0,77, und p<0,001) scheint das HZV der hämodynamische Parameter zu sein, der den größten Einfluß auf die P(ti)O2 hat. Schlussfolgerung: Die Ergebnisse sprechen dagegen, dass Vasomotion einen störenden Einfluß auf die ultraschallgestützte myokardiale Kontraktilitätsbestimmung hat. Dass das HZV von allen hier gemessenen hämodynamischen Parametern den größten Einfluß auf die Sauerstoffsättigung des Hirngewebes hat, scheint nicht weiter überraschend. Im klinischen Alltag jedoch wird immer noch, gerade bei Patienten mit gestörter zerebraler Perfusion zumeist auf den MAD vertraut. Hier scheint weitere Forschung angezeigt. ; Objective: Time varying elastance, the gold-standart for measuring myocardial contractility, can be determined either by processing conductance-catheter derived pressure-volume loops or by processing ultrasound derived velocity-area loops. The latter might be influenced by vasomotion, as the flow-velocity is measured in the carotid artery. So properties of the arterial vascular system, such as cerebral autoregulation, might have a disturbing influence on the measurement of myocardial contractility. The investigation of this influence is objective of this study. Methods: With permission of the Committee for Laboratory Animal Care 9 Merino- sheep were anesthetized. Hemodynamic measurement was performed (MABP, HR, CVP, CO). Time varying elastance was determined either by conductance-catheter derived pressure-volume loops (Ees) or by ultrasound derived velocity-area loops (E´es). After trepanation two probes for measuring cerebral tissue oxygenation (P(ti)O2) and the metabolic markers (Lactate, Pyruvate, L/P) via microdialysis were inserted subcortical into the brain tissue. Cerebral perfusion was controlled by Laser- Doppler Flowmetry. Protocol: Hemodynamic measurements (including Ees and E´es), P(ti)O2, Lactate, Pyruvate and L/P were performed during baseline conditions (baseline1), during conditions due to Sodium Nitroprusside (SNP) mediated afterload reduction, after the return to baseline conditions (baseline 2) and during a period of reduced myocardial conractility after the administration of Esmolol (Esmolol). As well during the SNP as during the Esmolol period MABP was of the order of 50 mmHg for 15 min. For 15 min as well a MABP of 90 mmHg was maintained constant in the course of baseline conditions. Results: Nine sheep (63 ± 4 kg) were analysed. Microdialysis couldn´t be performed in two cases. MABP dropped either during SNP (50±11 mmHg) or during Esmolol (48±6 mmHg) infusion, compared to baseline (baseline 1 (90±21 mmHg); baseline 2 (90±16 mmHg). HR during Esmolol (73±14 min-1) was significantly different compared to baseline 1 (90±21 min-1), baseline 2 (81±23 min-1) and SNP (94±23 min-1). Ees dropped significantly during Esmolol (1,0±0,2 mmHg * cm-3) compared to baseline 1 (3,0±0,9 mmHg * cm-3), baseline 2 (3,2±0,8 mmHg * cm-3) and SNP (3,0±0,7 mmHg * cm-3). Ees as well dropped significantly during Esmolol (0,36±0,21 sec-1 * cm-1), compared to baseline 1 (0,88±0,26 sec-1 * cm-1), baseline 2 (0,89±0,24 sec-1 * cm-1) and SNP (0,76±0,27 sec-1 * cm-1). CO dropped significantly following the application of Esmolol compared to baseline (2,4±1,0 ml * min-1 baseline 1 and baseline 2) and SNP (3,2±2,0 ml * min-1). Cerebral perfusion, measured by Laser- Doppler Flowmetry was reduced during SNP and Esmolol, though the reduction during Esmolol was significantly greater than during SNP. L/P- ratio via microdialysis was determined in 7 cases, where an significant increase could be observed during Esmolol compared to baseline 1, baseline 2 and SNP. For P(ti)O2 a decrease in the order of 50% could be observed during Esmolol compared to baseline 1, baseline 2 and SNP. Good correlation via linear regression analysis could be found for Ees and E´es (Ees = 1,4 * E´es + 1,5; R= 0,90, R2= 0,81; p < 0,0001). For regressionanalysis between P(ti)O2 and L/P-ratio, as well as between E´es und Ees data of 7 animals were used. Best correlation in the case of P(ti)O2 and L/P-ratio was found for an exponential function: P(ti)O2=63,3L/P-0,5;(R=0,82, R2=0,67 and p<0,0001). In the case of P(ti)O2 und Ees best correlation was found for a linear function: P(ti)O2=22,2 Ees*0,8; (R=0,58,R2=0,34, and p<0,001). For correlation between P(ti)O2 and E´es a linear function was found: P(ti)O2=44,0 E´es-3,8; (R=0,64,R2=0,4, and p<0,001). The data of 7 animals were used for multiple linear regressionanalysis (P(ti)O2 vs. contractility (just Ees, to avoid multicolinearity), MABP, HR, CO and CVP). According to this correlation (P(ti)O2= 13+(7*Ees)+(0,1*MABP)+(2*CVP)-(0,04*HR)+(0,004*CO); R=0,88, R2=0,77, and p<0,001) CO seems to be the cardiovascular parameter that has an significant influence on P(ti)O2. Conclusions: Our data strongly suggest that the determination of myocardial contractility via ultrasound derived velocity-area loops is not relevantly influenced by vasomotion. The finding that CO has the strongest effect on cerebral tissue oxygenation amongst all the measured hemodynamic parameters is not very surprising, but in patients with disturbed cerebral perfusion most clinicians still rely on MABP. Obviously this has to be investigated further.
