Alkalmazott Élettan II. Keringés, haemodynamikai támogatás Rudas László University of Szeged Department of Anaesthesiology and Intensive Care Medical ICU

Megfelelő szöveti perfúzión keresztül a keringési rendszer biztosítja sejtjeink számára az oxigént és az energia szubsztrátumokat A keringés makro-, és mikrocirkulációból áll. A normális keringés feltételei: Jó pumpa, megfelelő vasculatura és normális vérvolumen.

A „pumpa”

Nos gyerekek, szóval mit generál a szív?

Áramlást ?

Nyomást ?

Mindkettőt!

Contractility contractility Pressure Stroke volume

The role of contractility contraktility elastance Arterial pressure Stroke volume

Arterial elastance Arterial pressure elastance Stroke volume

Heart - circulation coupling contractility elastance Arterial pressure Stroke volume

Coupling Systems Heart Circulation

A „pumpa” -más nézetből

Left ventricular pressure End-systolic Pressure-volume relationship End-diastolic Pressure-volume relationship Ejection Left ventricular pressure Isometric contraction Isometric relaxation Ventricular filling Left ventricular volume

Sympathetic activation End-systolic Pressure-volume relationship End-diastolic Pressure-volume relationship Ejection Left ventricular pressure Isometric contraction Isometric relaxation Ventricular filling Left ventricular volume

A diasztolés funkció függ a normális aktív relaxációtól, és a szív passzív tágulékonyságától is

Szisztolés diszfunkció End-systolic Pressure-volume relationship End-diastolic Pressure-volume relationship Ejection Left ventricular pressure Isometric contraction Isometric relaxation Left ventricular volume Ventricular filling

Pressure-volume relationship Diasztolés diszfunkció End-systolic Pressure-volume relationship Ejection Left ventricular pressure End-diastolic Pressure-volume relationship Isometric contraction Isometric relaxation Ventricular filling Left ventricular volume

A „Pumpa” és a „preload” viszonya

A végdiasztolés volumen szerepe contractility elastance Arterial pressure Stroke volume

Cardiac outpul (l/min) Right atrial pressure (mmHg) „szív-funkciós” görbe 5 10 15 20 Cardiac outpul (l/min) the good old Starling curve 12 8 4 Right atrial pressure (mmHg)

Egy izomcsík „előterhelése”

LaPlace formula For thick walled spheres =PR/2w w=wall thickness P=pressure R=radius

A preload, - élettani értelemben az ejectiot megelőzően uralkodó bal kamrai falfeszülésnek felel Klinikailag mind a bal kamrai végdiasztolés volument, mind a végdiasztolés nyomást használjuk a preload jellemzésére.

The role of the end-diastolic volume End-systolic Pressure-volume relationship Ejection Left ventricular pressure Isometric contraction Isometric relaxation End-diastolic Pressure-volume relationship Ventricular filling Left ventricular volume

A preload markerei Left ventricular pressure End-diastolic pressures volume

A preload markerei Melyik komponens a megbízhatóbb ?? Left ventricular pressure End-diastolic pressures End-diastolic volume

Faktorok: 1. A végdiasztolés nyomás-volumen összefüggés nem lineáris. Egy bizonyos ponton túl minimális volumen változásokat excesszív nyomásnövekedés kísérhet. Az összefüggés meredeksége pedig egyénről-egyénre változik A diasztolés funkció nagyon érzékeny ischaemiára, és egyéb szívizom-károsodásra. Így a végdiasztolés nyomás akár volumen növekedés nélkül is emelkedhet. End-diastolic pressures End-diastolic volume

Lichtwarck-Aschoff et al. Intensive Care Med1992; 18:142-147

Faktorok: 1. A végdiasztolés nyomás-volumen összefüggés nem lineáris. Egy bizonyos ponton túl minimális volumen változásokat excesszív nyomásnövekedés kísérhet. Az összefüggés meredeksége pedig egyénről-egyénre változik A diasztolés funkció nagyon érzékeny ischaemiára, és egyéb szívizom-károsodásra. Így a végdiasztolés nyomás akár volumen növekedés nélkül is emelkedhet. 3. A viszonyokat befolyásolhatja a kamrai interdependencia. End-diastolic pressures End-diastolic volume

Watch out for that kitty !!!

A vasculatura

Vascular compliance  P  V Volume pressure

Compliance Relatíve volume pressure (cm water) AORTA VENA CAVA 320 240 160 80 1 2 3 4 Relatíve volume AORTA VENA CAVA 24 16 8 pressure (cm water)

Intravascularis nyomás

Faktorok: 1. Az erek „összekötő pályaként” szolgálnak a szív és a periféria között. Az erek azonban egyúttal „elasztikus containerek”, melyek volumen-raktározó képessége az érben uralkodó nyomástól függ.. Az „összekötő pályákon” átfolyó volumen nyomást generál. Bizonyos, (kisebb) nyomást az erek „túlfeszülése” is generál. A disztenzibilitási és rezisztív tulajdonságok az érmeder különböző szakaszain nagyon eltérőek lehetnek.

Hogyan jön létre Az artériás nyomás?

The „Ohmic” resistance Cardiac output Cardiac output 2 Cardiac output 1 300 P1 P2 Arterial pressure

Generated flow = cardial output (CO) Generated pressure = mean art. pressure (MAP)– right atrial pressure (RAP) Systemic Vascular Resistance (SVR = (MAP-RAP)/CO dimension: Hgmm/l/min SVR index (SVRI) = (MAP-RAP)/CI dimension: Hgmm/l/min/m2

Mi a csuda az a „túlfeszülés” az erekben ?? I. Magyarázat a „keringésmegállás” helyzetében

Keringésmegállást követően a vérvolumen az érpálya különböző szakaszain a disztenzibilitási tulajdonságok szerint helyezkedik ek, és konstans nyomást gyakorol az érfalra. Ez az átlagos szisztémás töltőnyomás.

Venous Capacity Pms 100 Blood Volume % of control  3.5 l (50 ml/kg) „unstressed volume” 5 10 15 20 Pms Rothe et al. Arch Intern Med 146:977-82, 1986

Venous Capacity Pms Sympathetic blockade 100 Blood Volume % of control Noradrenalin 5 10 15 20 Pms Rothe et al. Arch Intern Med 146:977-82, 1986

Reflex compensation range: Venous Capacity Sympathetic blockad Noradrenalin 100 Blood Volume % of control Reflex compensation range: 15-20 ml/kg  1-1.5 l blood 5 10 15 20 Pms Rothe et al. Arch Intern Med 146:977-82, 1986

Mean systemic filling pressure

Keringésmegállást követően a vérvolumen az érpálya különböző szakaszain a disztenzibilitási tulajdonságok szerint helyezkedik ek, és konstans nyomást gyakorol az érfalra. Ez az átlagos szisztémás töltőnyomás.

Circulatory arrest Intact circulation During circulatory arrest the heart itself will distend as well. (The heart ismuch more compliant, than the arterial system). The distension of the heart however is not proportional, (The right heart is much more complient than the left)

Changes in ventricular volumes following arrest Cardiac arrest: MRI series Chamberlain D et al. Resuscitation 2008;77:10-15

Mean systemic filling pressure is the prevailing pressure at the venus capillary end, in normal basline conditions it is around 8 mmHg.

Mi a csuda az a „túlfeszülés” az erekben ?? Magyarázat verő szíven, növekvő perctérfogat mellett

„compliant ér (véna) „noncompliant ér” (artéria)

Mindez a humán keringésre ? Hogyan értelmezhető Mindez a humán keringésre ?

Circulatory arrest Increasing CO A perctérfogat generálása egyúttal azt jelenti, hogy „vérvolumen áthelyeződés” történik a vénás oldalról az artériás oldalra.

Circulatory arrest Increasing CO

A vénás visszatérés kérdése (avagy miért jön vissza a vér a szívbe?)

Venous return Venous return curve 10 Right atrial pressure

Influence of negative intrathoracic pressure on right atrial and systemic venous drainage DSA image normal inspiration DSA image „Müller manoeuvre” -40 Hgmm Virolainen J. Eur Heart J 1995;16:1293-1299.

Apart from temporary fluctuations, cardiac output and Venous return (l/min) Cardiac output (L/min) Right atrial pressure (mmHg) Right atrial pressure (mmHg) Apart from temporary fluctuations, cardiac output and venous return should be equal.

The Guyton diagram Venous return (l/min) /Cardiac output (L/min) Right atrial pressure (mmHg)

Jöhet a perifériáról átmenetileg több vér, mint amennyi kifut ??

Jöhet a perifériáról átmenetileg több vér, mint amennyi kifut ?? Válasz1: Passzív mechanizmusok

Vénás visszaáramlás 45 ml Venous Outflow Arterial Inflow Arterial Restriction ) n i m / Venous Outflow 300 m ( w o l F 200 d o Arterial Inflow o l B 45 ml i 100 n c n a l p S 10 20 Time (seconds) Rothe et al. Arch Intern Med 146:977-82, 1986

Jöhet a perifériáról átmenetileg több vér, mint amennyi kifut ?? Válasz2: Aktív mechanizmusok

Effect of Sympathetic Tone on Auto- Transfusion from Splanchnic Region Arterial Outflow Restriction Splanchnic Nerve Stimulation ) n i m / Venous Outflow 300 m ( w o l F 200 d o Arterial Inflow o l B 45 ml 71 ml i 100 n c n a l p S 10 20 10 Time (seconds) Rothe et al. Arch Intern Med 146:977-82, 1986

Befolyásolja egyáltalán a pumpafunkció a vénás visszatérést?

Cardiac output and right atrial pressure in pacemaker dependent dogs Sheriff DD és Mendoza JR. Exerc Sport Sci Rev 2004;32:31-35

Pacemaker dependens alanyok perctérfogat és RAP összefüggései Sheriff DD és Mendoza JR. Exerc Sport Sci Rev 2004;32:31-35

Pacemaker dependens alanyok perctérfogat és RAP összefüggései Sheriff DD és Mendoza JR. Exerc Sport Sci Rev 2004;32:31-35

Circulatory arrest Increasing CO

Az „afterload” avagy az utóterhelés

Az afterload az ejectáló bal kamra falában generálódó falfeszülés. A klinikai gyakorlatban az ejectio során generált nyomással jellemezzük.

„Afterload mismatch”: egy relatív fogalom Left ventricular pressure Left ventricular volume Left ventricular pressure Left ventricular volume

myocardial wall stress during systolic ejection afterload ventricular ventricular myocardial systolic radius systolic pressure wall thickness end diastolic radius output impedance normal growth, hypertrophy systemic arterial pressure outflow tract resistance diastolic pressure systolic pressure vascular resistance obstructive CMP blood volume pulse pressure total peripheral resistance stroke volume arterial compliance Norton, Advances in Physiology Education 2001;25:53-61

The abnormal distensibility of ther conductance vessels (i. e The abnormal distensibility of ther conductance vessels (i.e. increased stiffness), contributes to the increased central arterial pressure during ejection.

who knows 3 ways to increase Cardiac output raise hand !! Everybody in the room who knows 3 ways to increase Cardiac output raise hand !!

Types of circulatory failure - a szív csökkent pumpafunkciója - cardiogenic shock - reduced venous return - hypovolaemic shock - csökkent artériás tónus a véráramlás abnormális eloszlásával - distributive shock - outflow obstruction - obstructive shock

Let’s put the puzzle together (start with normal parameters)

In order to put the puzzle together, I had to change the directions of the axes of certain traditional diagrams. Do not panick!

Systemic vascular resistance Cardiac output Cardiac output 1 Cardiac output 2 Arterial pressure 300

Venous return Venous return curve 10 Right atrial pressure

Systemic vascular resistance Cardiac output / Venous return Systemic vascular resistance Venous return curve Cardiac output 1 Cardiac output 2 Arterial pressure Right atrial pressure 300 10 Apart from temporary fluctuations, cardiac output and venous return should be equal.

Arterial compliance curve 300 Arterial pressure Arterial compliance curve Arterial volume

Pressure in the great veins Venous compliance curve 10 Pressure in the great veins Venous compliance curve Venous volume

2. Systemic vascular resistance 1. Venous return curve Cardiac output / Venous return 2. Systemic vascular resistance 1. Venous return curve Cardiac output 2 Cardiac output 1 Arterial pressure Right atrial pressure 300 10 artériás vénás Arterial volume Venous volume 3. Arterial compliance curve 4. Venous compliance curve

2. Systemic vascular resistance 1. Venous return curve Cardiac output / Venous return 2. Systemic vascular resistance 1. Venous return curve Cardiac output 2 Cardiac output 1 Arterial pressure Right atrial pressure 300 10 artériás vénás Arterial volume Venous volume 3. Arterial compliance curve 4. Venous compliance curve

Mechanisms of failure

Mechanisms of failure Low cardiac output

Systemic vascular resistance Venous return curve Cardiac output / Venous return Systemic vascular resistance Venous return curve Cardiac output Arterial pressure Right atrial pressure 300 10 artériás vénás Arterial volume Venous volume Arterial compliance curve Venous compliance curve

Therapy ? Limitations of the therapy ?

Decreased venous return Mechanisms of failure Decreased venous return - hypovolemia

Systemic vascular resistance Venous return curve Cardiac output / Venous return Systemic vascular resistance Venous return curve Cardiac output 2 Arterial pressure Right atrial pressure 300 10 vénás Arterial volume Venous volume Arterial compliance curve Venous compliance curve

Systemic vascular resistance Venous return curve Cardiac output / Venous return Systemic vascular resistance Venous return curve Cardiac output 2 Secunder systolic dysfunction Arterial pressure Right atrial pressure 300 10 vénás Arterial volume Venous volume Arterial compliance curve Venous compliance curve

Therapy ? Limitations of the therapy ?

Mechanisms of failure Loss of vascular resistance

Systemic vascular resistance . Venous return curve Cardiac output / Venous return Systemic vascular resistance . Venous return curve Arterial pressure Right atrial pressure 300 10 artériás vénás Arterial volume Venous volume Arterial compliance curve Venous compliance curve

Therapy ?

Diastolic heart failure is suspected in cases where clinical signs of decompensation are present, in spite of preserved systolic function (EF≥50%). (The diagnosis could be further confirmed by echocardiography).

myocardial end-diastolic wall stress preload end-diastolic end-diastolic myocardial wall radius filling pressure thickness compliance of total blood volume normal growth ventricle and blood volume distribution hypertrophy pericardium venous compliance venous return Norton, Advances in Physiology Education 2001;25:53-61

The Guyton diagram Venous return (l/min) /Cardiac output (L/min) Right atrial pressure (mmHg)