Kalp Debisi Ölçüm Yöntemleri
Methods Used in the Measurement of Cardiac Output *Mehmet ALKANAT, *Şükrücan H. BAYTAN
ÖZET
Kalbin dakikada pompaladığı kan hacmi
olarak tanımlanan kalp debisi (KD),
kardiyovasküler sistem fonksiyonlarını değerlendirirken göz önüne alınan en önemli hemodinamik parametrelerden biridir. Kalp debisinin ölçümü için invaziv ve non-invaziv çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemlerin uygulama şekilleri, avantaj ve dezavantajları birbirlerinden farklıdır. Deneysel çalışmalarda non-invaziv bir yöntem olan transtorasik elektriksel biyoempedans yöntemi kullanılırken, klinikte invaziv yöntemlerden termodilüsyon yöntemi daha çok tercih edilmektedir. Bu derlemede kalp debisi ölçüm yöntemlerinin gözden geçirilmesi ve ayrıca son çalışmaların ışığında ölçüm yöntemlerinin belirlenmesi amaçlanmıştır.
Anahtar kelimeler: Kalp Debisi, Fick,
Dilüsyon, Kardiyak Kateterizasyon.
C.Ü. Tıp Fakültesi Dergisi 30 (2-3-4): 89 - 100, 2008
ABSTRACT
Cardiac output (CO), which is one of the most important hemodynamic parameter to evaluate cardiac functions concept, represents the volume of blood being pumped by the heart in one minute of time. Various methods have been devised to measure cardiac output.
Application methods, advantages and
disadvantages of these methods generally differ from one another. Transthoracic electrical bioempedance, a non-invasive method, is used in experimental studies while thermodilution method, an invasive method is utilized much more than other methods in the clinics. In this review, we aim to describe the most important CO measurement methods and also determine most prevailing methods under the light of recent studies.
Key words: Cardiac Output, Fick,Dilution, Cardiac Catheterization.
Giriş
Kalbin her sistolde artere pompaladığı kan miktarına atım hacmi (AH) adı verilir. Kalp debisi (KD) en temel ifadeyle AH ile atım sayısının (AS)’nın çarpımıdır. Her bir AH’nin 70 ml, AS’nin de dakikada 72 olduğu varsayılırsa KD, ortalama 5 litre olarak hesaplanır.
* Karadeniz Teknik Üniversitesi Fizyoloji Anabilim Dalı, TRABZON
Cumhuriyet Üniversitesi
Tıp Fakültesi
Sağlıklı istirahat halinde yetişkin bir insanda sol ventrikülün 70 ml olan ortalama AH’i, çeşitli koşullarda 140 ml’ye, hatta bazı sporcularda 200 ml’ye kadar yükselebilir. AS kalbin ritim yapıcı (pace-maker) yapıları ile belirlenir (1). Normal kalplerde fizyolojik sınırlar içerisinde AS en fazla % 300’lük bir artış gösterebilirken, AH ancak % 50 oranında artabilir. AH ile AS birbirine bağımlı parametrelerdir. AS’nın artmasıyla ventrikül dolum zamanı azaldığından AH’de düşer. Atım sayısı ve miyokardiyal kasılabilirlik yeteneği KD’nin değişiminde kardiyak faktörler olarak isimlendirilir. AH ise kalbin ön yükü (preload) ve ard yükünden (afterload) oluşan, birbirine bağımlı iki faktör tarafından etkilenir (2). Ard yük, kalbin yenmesi gereken yük yani aorta kapağını açmaya yetecek yüktür. Ventrikülün dolduğu andaki diyastol sonu volüm ise kalp kası için ön yük olarak kabul edilir (3).
Diyastol sonu volüm, bazı faktörlerden etkilenerek değişimler gösterir. Örneğin perikard içi basınç artışı ventrikül’ün doluş derecesini sınırlar. Miyokard infraktüsü gibi hastalıklar ventrikül doluş derecesini azaltır. Normalde negatif olan göğüs içi basıncındaki negatif artış kanın kalbe akışını sağlayan basınç farkını arttırırken, göğüs içi basıncının pozitife kayması venöz dönüşe engel olarak diyastol sonu volümü azaltır. Atrial kontraksiyonlar ventrikül’ün doluşuna bir miktar katkı sağlarken KD için önemli bir etken değildir (2, 4).
KD’nin oluşumunda görev alan asıl faktör, kalbin kontraksiyon yeteneği değil venöz dönüştür. Fizyolojik sınırlar içerisinde venöz dönüş sonucu diyastolik dolum ne kadar artarsa sistol esnasında kasılma da aynı oranda artar. Bu özellik kalbin Frank-Starling yasası olarak adlandırılmaktadır. Kalp kası, artmış venöz dönüşe bağlı olarak artan gerilmenin sonucu daha güçlü kasılır ve kalbe dönen kan miktarıda
aynı oranda perifere atılır. Böylece kalbe fazladan gelen kan otomatik olarak aortaya pompalanır (2).
KD değerleri bireylere göre farklılıklar gösterir. Kişinin yaşı, cinsiyeti, vücut büyüklüğü, bazal metabolizma düzeyi ve egzersiz gibi faktörler KD’ni belirleyebilir. Kişinin KD’si metabolik ihtiyaca bağlı değişen aktivite düzeyiyle geniş ölçüde artar veya azalır. Genel olarak kadınlarda erkeklere göre KD’nin
ortalama % 10-20 daha düşük olduğu
belirtilmektedir (3).
Farklı vücut büyüklüğüne sahip kişilerin KD’lerinin değerlendirilebilmesi için kalp indeksi kavramı kullanılır. Kalp indeksi, KD’nin vücut yüzey alanının her bir metrekaresi başına düşen miktarıdır (1, 3). Örneğin 70 kg ağırlığında normal bir kişi ortalama 1.7 m2
vücut yüzey alanına sahiptir. Buna göre erişkinler için ortalama kalp indeksi, KD/yüzey alan= 5,1 / 1,7 = 3 litre/dakika/m2 olarak hesaplanabilir (1).
Kan arterler sistemine sol ventrikülden girer, arteriyoller yoluyla sistemi terk eder. Giren miktar, kalbin pompaladığı kan miktarına bağlıdır. Çıkan miktar ise, arteriyollerin yarattığı dirence bağlıdır. Eğer kalp çok kan pompalar fakat arteriyol direnci artarsa, kan basıncı yükselir. Buna göre, kan basıncı kalbin pompaladığı kan miktarı ve periferik dirençle doğru orantılıdır. Arter çeperi esnekliğinin ortalama kan basıncı üzerine etkisi önemli değildir, fakat nabız basıncı üzerine daha çok etkilidir(5).
Herhangi bir boru içinde sıvı akışı, borunun iki ucu arasındaki basınç farkı (ΔP) ile doğru orantılı, direnç (R) ile ters orantılıdır.
Sıvı akımı
R
ΔP
Akım
=
Denklem damar sistemlerine de
uygulanabilir. Akış = Kalp debisi olarak ifade edilebilir. ΔP borunun iki ucu arasındaki basınç
farkı iken damarlarda ise ΔP; ortalama aort basıncı ile vena kava’nın son ucu arasındaki basınç farkıdır. R, tüm kan damarları sistemindeki dirençtir ve total periferik direnç
olarak ifade edilebilir.
direnç periferik Total basıncı kava Vena -basıncı aorta Ortalama debisi Kalp =
Vena kavanın son ucunda basınç sıfırdır ve denklem düzenlendiğinde, direnç periferik Total basıncı aorta Ortalama debisi Kalp = olur (3, 5).
Sağlıklı bireylerde periferik direncin arttığı durumlarda tansiyon artmış ise refleks bradikardi ile KD düzenlenmeye çalışılır.
Total periferik direncin arttığı hipotiroidizim gibi hastalıklarda KD düşerken, anemi, atriyo-ventriküler şant, hipertiroidizim gibi total periferik direncin düşmesine neden olan hastalıklarda KD artabilir (3, 4). Kalbin miyokardiyal kontraktilite yeteneği AH’yi etkileyen en önemli kardiyak faktörlerden biridir.
Kalp debisi bazı iç ve dış faktörler tarafından etkilenebilir. Bu etkenler arasında; çevre ısısının artışı, gebelik, egzersiz, öfke, korku gibi faktörler KD’ni artırırken, hemen hemen tüm düşük debili kalp hastalıkları ve
ortostatik değişimler KD’ni azaltır.
Menstürasyon, orta düzeydeki çevresel ısı değişimleri KD’ni değiştirmez (1-4).
En fazla kullanılan kalp debisi ölçüm yöntemlerinin sınıflandırılması :
I - İnvaziv yöntemler 1. Fick yöntemi 2. Dilüsyon yöntemleri
a. Boya dilüsyon yöntemi b. Floresan dilüsyon yöntemi c. Termodilüsyon yöntemi d. Lityum dilüsyon yöntemi 3. Radyoizotop analiz yöntemi
4. Kontrast ve radyonüklid anjiografi yöntemi
II - Non-invaziv yöntemler
1. Nabız sayım analizi yöntemi 2. Doppler Yöntemleri
3. Gaz inhalasyon yöntemi
4. Transtorasik elektriksel biyoempedans ölçüm yöntemi
5. Ballistokardiyografi yöntemi
I - İNVAZİV YÖNTEMLER 1 - Fick yöntemi:
Alman fizyolog Adolph Fick tarafından 1870 yılında oluşturulan yöntem, homojen dağılmış bir kütlenin hacminin hesaplanmasını ifade eder. Fick ilk olarak akciğerlerdeki difüzyon yasasını oluşturmuş ve kütlenin korunması yasasına göre pulmoner vendeki oksijen miktarının, arteryel oksijen ve kapillerlerden diffüze olan oksijen miktarının toplamı olması gerektiğini çalışmasında belirtmiştir. Vücudun tükettiği oksijen miktarı kadar oksijenin, akciğer kapillerlerinden diffüze olması gerektiği önemle vurgulanmıştır. Fick yöntemi ile kalp debisinin hesaplanması aşağıdaki eşitlikte belirtilmiştir (2).
Kütlenin korunumu yasası:
q1 + q2 = q3
Q[O2]pa + q2 = Q[O2]pv Bu eşitliklerde:
Q = Birim zamanda akan kan miktarı
q1 = Q[O2]pa Birim zamanda pulmoner
arterde akan kanının oksijen konsantrasyonu.
q2 = Birim zamanda akciğerlerden diffüze olan oksijen miktarı veya başka bir ifade ile birim zamanda organizmanın tükettiği oksijen miktarıdır.
q3 = Q[O2]pv Birim zamanda pulmoner vendeki akan kanının oksijen konsantrasyonu.
Birim zamandaki kan akımı eşitliği düzenlendiğinde, Fick formülü:
Q = q2 / ([O2]pv – [O2]pa) şeklinde uygulanır.
KD, ölçülen maddenin, birim zamanda, bir organ (ya da tüm vücut) tarafından tutulan miktarının, arter ve ven kanı arasındaki konsantrasyon farkına oranıdır. Fick yöntemi uygulanırken sistemik arteryel O2 miktarı homojen olduğu için,
herhangi bir arterden alınmış kan örneğinden
ölçülebilir. Venöz kan ise, homojen
olmadığından genellikle kateterizasyon sağ ventrikül veya pulmoner arterden yapılır. Fluroskop yardımıyla uygulanan kateterizasyon Forssmann tarafında geliştirilmiştir (3, 4). Bu yöntem yerini daha kullanışlı manyetik rezonans görüntüleme ile kateterizasyona bırakmaya başlamıştır (6). Metabolik yöntem olarak da adlandırılan Fick yöntemi fizyolojik altın standart olarak adlandırılmasına rağmen bazı özel hatalarından ötürü klinikte altın standart olarak kabul edilmez. Oksijen tüketiminin arttığı akut respiratuvar distress sendromu ve pnömonide belirgin hatalar oluşturur (7, 8). Bu ölçüm tekniği düşük KD değerlerinin ölçümünde uygun bir
yöntem olmasına rağmen yükselmiş KD
değerlerini ölçmede yeterli değildir (7).
2 - Dilüsyon yöntemleri:
Tüm dilüsyon tekniklerinde KD ölçüm yöntemi, vene verilen indikatör bir maddenin arterdeki konsantrasyonunun ölçülüp grafiğinin çizilmesine dayanır. Grafikte indikatör maddenin ilk sirkülasyon grafiğinde eğrinin altında kalan alan ve süresi kaydedilir; Steward-Hamilton eşitliği kullanılarak KD hesaplanır (Şekil 1).
İndikatör madde vene verildikten sonra ölçüm arterden yapılır. İndikatör maddenin bulunduğu kan kitlesi artere ulaştığında ölçülen maddenin konsantrasyonu artmaya başlar ve tepe noktasına ulaşır. Daha sonra düşüşe geçerek minimuma ulaşır. Elde edilen grafik eğrisinin içinde kalan alan ilk sirkülasyon alanı olarak adlandırılır. İlk sirkülasyondan sonra indikatör madde ikinci kere sirkülasyona
başladığında eğri tekrar yükselişe geçer ve ikinci sirkülasyon olarak adlandırılır. Bu yöntemde ikinci sirkülasyon birinci sirkülasyonun sağlıklı olarak başlayıp bittiğinin anlaşılması için kullanılır. KD hesaplanmasında kullanılan asıl değer birinci sirkülasyon alanıdır (3). (Şekil 1)
Şekil 1. Dilüsyon yöntemlerinde kullanılan,
indikatör madde ölçüm grafiği ve hesaplama formülleri.
2a - Boya dilüsyon yöntemi:
Bu teknikte kullanılan boyanın dolaşımda uzun süre kalması, hemodinamik etkilerinin
bulunmaması ve non-toksik olması
gerekmektedir. Günümüzde boya olarak
lissamina yeşili ve cardio green olarak bilinen indosiyanin yeşili kullanılmaktadır (1, 3, 9-13).
Boya dilüsyon yönteminde KD yine Steward-Hamilton eşitliği ile hesaplanır (Şekil 1). Yöntemde alınan arteryel kan örnekleri santrifüj
edilerek plazmaları ayrılır. Boya
konsantrasyonlarının logaritmik eğrisi kaydedilerek KD hesaplamaları yapılır. (1).
2b - Floresan dilüsyon yöntemi:
İnvaziv yöntemler güvenilir olmalarına rağmen çeşitli komplikasyonlara sebep oldukları için araştırmacılar tarafından eleştirilere uğramaktadır. Bu klasik yöntemler yerlerini zamanla daha az invazyon yaratan yöntemlere bırakmaktadır. Bu amaçla floresan indosiyanin yeşilinin kullanıldığı yöntemde, KD ölçümünün deri üzerinden de gerçekleştirilebileceği
bildirilmiştir (9). İlk ölçümler deney hayvanlarında gerçekleştirilmiştir. Bu yöntem güvenilirliği kanıtlandıktan sonra sağlıklı insanların burun kanatları, kulak memeleri ve alın bölgesinde optik algılayıcı yardımıyla yapılmıştır. Deri üzerindeki farklı noktalarda da yine doğru ölçüm yapılacağı bildirilmiştir (10).
2c - Termodilüsyon yöntemi:
Termodilüsyon yöntemi ilk olarak 1971’de Ganz ve arkadaşları tarafından uygulanmıştır (12). Termodilüsyon klinikte kullanım alanı bulması ve uygulama kolaylığı bakımından en fazla tercih edilen yöntemdir ve altın standart olarak kabul edilmektedir (7, 9-11, 15-19). Bu yöntemde izotonik maddenin enjeksiyonu ve ölçümü için pulmoner arteryel kateterizasyon uygulanır. Yöntemde oda sıcaklığındaki izotonik sodyum klorür veya % 5’ lik 10 ml dekstroz çözeltisi kullanılırak kanın ısı ölçümü gerçekleştirilir (8, 14). Isı ölçümü balonlu Swan-Ganz kateterinin distal ucundaki ısı algılayıcı termistör tarafından gerçekleştirilir (8, 18, 21).
Termodilüsyon yönteminde boya dilüsyon yönteminden farklı olarak, arteryel kan ölçümlerinde ikinci bir artış gözlenmez. Ölçümün ardından KD hesaplanırken yine tüm dilüsyon yöntemlerinde olduğu gibi Steward-Hamilton eşitliği kullanılır. Termodilüsyon yönteminde izotonik tuzlu su veya dekstroz çözeltisi bolus şeklinde uygulanabildiği gibi aralıksız enjeksiyon ile de ölçüm yapılabilmektedir. Aralıksız enjeksiyonun, düşük KD değerlerinin ölçümünde bolus termodilüsyon yöntemden daha güvenilir sonuçlar elde edildiği rapor edilmiştir (22).
Termodilüsyon yöntemi, kateterizasyonun yapılış şekline göre; pulmoner arteryel veya transpulmoner termodilüsyon yöntemi olarak isimlendirilir. Transpulmoner termodilüsyon tekniği sağ arteryel kateterizasyonu içermeyen bir invaziv ölçüm metodudur. Bu yöntemde
arteryel ve santral venöz kateterizasyon yeterli olmaktadır (23).
Termodilüsyon tekniği çabuk ve klinikte kolaylıkla uygulanabilen bir yöntem olmasına rağmen çok güvenilir bir yöntem değildir. Örneğin, KD ölçümü esnasında uygulanan pulmoner arteryel kateterizasyonun miyokard infraktüs olgularında, koroner arter bypass’lı ve çeşitli akciğer hastalığı bulunan hastalarda kontrendike olduğunu belirten yayınlar bulunmaktadır (7, 23). Aynı zamanda bu yöntemle hipotermili hastalarda güvenilir sonuçlar elde edilememektedir (19). Ancak, periferik venadan uygulanan kateter pulmoner artere kadar ilerletildiğinden ayrıca bir arterin invazyonuna gerek yoktur, kullanılan soğuk indikatörlerin (serum fizyolojik veya dekstroz) küçük miktarları zararsızdır ve bu nedenle tekrar tekrar ölçüm yapılabilir. Az miktarda yeniden dolaşan soğuk serum fizyolojik, kaydedilen sıcaklıkta ihmal edilebilir bir etkiye sahiptir. Soğuk kan, pulmoner arterdeki termistöre ikinci kez gelmeden önce dengeye ulaşılır (2, 4)
2d - Lityum dilüsyon yöntemi:
Lityum dilüsyon yöntemi Linton ve arkadaşları tarafından 1993’de geliştirilen bir yöntemdir (24). İndikatör olarak 150 mM’lık izotonik lityum klorid kullanılır. Bu yöntemde enjeksiyon venöz damara bolus şeklinde uygulanmaktadır. Lityum klorid vücutta metabolize edilmeyen bir bileşiktir ve tamamına yakını idrarla atıldığı için oldukça güvenilir bir indikatördür. Erişkinler için kalp debisini etkilemeyecek ve iyon-seçici elektrot tarafından algılanabilecek en küçük doz olan 0,15-0,3 mmol lityum klorid kullanılmaktadır (16, 21). Yöntemde lityum venöz damardan enjekte edilir ve iyon seçici bir elektrot tarafından arteryel plazma konsantrasyonu ölçülerek grafiği çizilir. Enjekte edilen lityumun birinci sirkülasyonu sonunda oluşturduğu eğrinin altında kalan alan
hesaplanır. Aşağıdaki formülde değerler yerlerine konarak KD hesaplanır.
Enjekte edilen lityum sadece plazmada
bulunduğundan % hematokrit değerden
çıkarılması gerekmektedir. Bu yüzden
hematokrit değerinin değiştiği hastalıklarda güvenilir sonuçlar elde edilememektedir (21). Ayrıca lityum tedavisi gören hastalarda bu yöntemin kullanılması ölçüm hatalarına sebep olabilmektedir (13).
3- Radyoizotop analiz yöntemi:
Radyoizotop analiz yöntemi ile KD’nin ölçümü, ilk olarak Prinzmetal tarafından tanımlanmış, Shipley ve Campione tarafından da geliştirilerek kullanılmıştır (26).
Bu yöntemde indikatör madde olarak, serum albüminine bağlı Radyoaktif iyot (I131
) kullanılır. 1 ml standart izotop eriği vena basilica’ya enjekte edilir. Aorta veya kalp üzerine uygulanan iyonize radyoaktif maddeyi ölçen algılayıcı, bir kollimatör yardımı ile aortadan geçen radyoizotop miktarını ölçer ve radyokardiyogramda boya dilüsyon eğrisine benzer bir eğri kaydedilir (1, 26). Ayrıca bu yöntemle radyokardiyogramda sağ ve sol ventriküllere ait ayrı ayrı iki pik gözlenebilir (26).
4- Kontrast ve Radyonüklid Anjiografi:
Klinik kardiyolojide ventrikül fonksiyonları değerlendirilirken en sık kullanılan ve en kesin ölçümün yapılabildiği yöntem kontrast anjiografidir. Bu yöntemin bu denli iyi bir yöntem olmasının yanında, belirli bir süre içerisinde ölçümün yapılması gerekliliği, pahalı ve hastalar için az da olsa bir risk taşımaktadır. İnvaziv bir yöntem olduğundan mutlaka hospitalizasyon gerektirir.
Radyonüklid anjiografi, kolay güvenilir ve hastaya herhangi bir sıkıntı vermeden rahatlıkla uygulanabilmektedir. Bu yöntem için teknesyum 99m ile işaretlenmiş serum albumin damar içine uygulanır. İşaretlenmiş albuminin bulunduğu kan pasajı kalpten geçerken scintillation kamerası ile ardışık görüntüler kaydedilir. Bu yöntem ile ejeksiyon fraksiyonu, diyastol sonu volüm gibi önemli bilgiler elde edilirken kalp debisi
ölçümünde kullanılan AH kolaylıkla
ölçülebilmektedir (27).
II - NON- İNVAZİV YÖNTEMLER 1- Nabız sayım analizi yöntemi
Nabız sayım analiz yöntemi (Pulse contour analysis) ile gerçek zamanlı KD ölçümü yapılabilmektedir. Ölçülen nabız basınç dalgalarının grafiksel analizinden AH hesaplanır. AH; basınç grafiğinde diyastol sonu basınç ile ejeksiyon sonu basınç arasında kalan alandır (Şekil 2). Nabız sayım yönteminde duyarlı bir kalibrasyona ihtiyaç duyulmaktadır (13, 16, 28). Basınç ölçümü, bir algılayıcı vasıtasıyla yapılabildiği gibi yarı invaziv olarak transduserli bir arteryel kanül tarafından da ölçülebilir (7).
Son yıllarda gerçek zamanlı ölçümlerin yapılabildiği yöntemlerden biri de arteryel basınç dalga analiz (arterial pressure waveform analysis) yöntemidir. Bu yöntemde diğer gerçek zamanlı ölçüm yapabilen sistemlerden farklı olarak kalibrasyona ihtiyaç duyulmaz (19) (Şekil 2)
Şekil 2 : Nabız sayım yönteminde basınç-zaman
grafiği (13).
P : Basınç (mmHg) , t : Zaman (saniye) cal : kalibrasyon faktörü, p (t) : eğri altında kalan alan, C (p) : kompliyans, f : frekans
2 – Doppler Yöntemleri
Ultrasonik dalgalar kullanarak kalpten yansıyan dalgaların incelenmesi yöntemine ekokardiyografi denir (1). Bu yöntem 1842 yılında Christian Andreas Doppler tarafından geliştirilmiş ve kendi adıyla anılan “Doppler etkisi” ekokardiyografinin temelini oluşturmuştur (29). Doppler etkisi, hareketten dolayı bir dalganın gözlenen frekansındaki değişimidir. Sabit frekanslı ses veren hareketli bir kaynak yaklaştıkça tiz, uzaklaştıkça pes ses oluşturmaktadır. Bu olay sabit kaynak ve hareketli cisimlerde de aynı etkiyi oluşturur. Ses frekansındaki harekete bağlı bu değişime Doppler etkisi denir (1, 13, 29).
Doppler Etkisi şu şekilde formüle edilebilir
)
2
/(
F
Cos
θ
F
c
V
=
×
∆
e×
Formülde V: Kırmızı kan hücrelerinin hızı, c: Dokularda ultrasonik dalgaların hızı, ∆F : Doppler frekans değişimi, Fe : Ultrasonik
kaynağın ürettiği frekans, Cosθ : Ölçülen maddenin vektörü ile algılayıcı arasındaki açı.
İnsanlarda dolaşıma ait hemodinamiklerin Doppler yöntemi kullanılarak ölçümü, ilk olarak Franklin ve Satomura tarafından yapılmıştır. Yöntemde alyuvarlar dolaşım sisteminin hareket kaynağı olarak belirlenir (29). Bu yöntemde piezoelektrik kristal aralıklı şekilde uyarılarak ultrasonik dalgalar oluşturulur. Ses dalgaları çeşitli yönlerde kalbe gönderilir. Kalpten geri yansıyan bu dalgalar bir transdüser ile algılanıp elektrik enerjisine çevrilerek kaydedilir (1).
Ekokardiyografi ile KD tayininde
algılayıcının uygulandığı bölgelere göre farklı yöntemler kullanılır. Bunların arasında transözofajial, transtorasik ve transtrakeal
yöntemler sayılabilir (13). Klinikte en geçerli olan yöntem özofajial Doppler yöntemidir. Özofajial
Doppler yöntemi 1971’de uygulamaya
konulmuştur (13, 18). Yöntemde vücut akışkanlarının hızı ölçülüp, bölgenin kesit alanı ile çarpıldığında birim zamanda geçen sıvının akım hacmi hesaplanmış olur (18).
Özofagus ve aorta, toraks içinde paralel seyrettiğinden kullanılacak Doppler esnek bir algılayıcının ucuna 45 derecelik açıyla yerleştirilir. Algılayıcı, oral olarak mid-torasik bölgede aortanın inen kolunun hemen üstüne kadar ilerletilir (şekil 3). Bu yöntemle aortada akan kanın hızı ölçülür ve grafiksel eğrisi çizilir (28). (Şekil 3.)
Şekil 3. Toraksta algılayıcının yerleştirildiği
bölge (35)
Bu yöntemde aortanın kesit alanı da yine ultrasonik ölçümlerle hesaplanmaktadır. Teorik olarak bu yöntem ile çok hassas KD ölçümleri yapmak olası değildir. Çünkü birim zamanda aortanın inen kolundan geçen kan akımı sol ventrikülden pompalan kan miktarı ile eşit değildir. Aortanın inen kolundaki tahmini kan akımının kalp debisine oranının yaklaşık % 70 olduğu bildirilmektedir (18). Bu yöntemle elde edilen sonuçlar birim zamanda aortadan geçen kan akımının kesit alanına bağımlı olması nedeniyle damarın herhangi bir yapısal anomalisinde ölçüm hatalı olacaktır.
Yine suprasternal transtorasik
ekokardiyografi yöntemi, özofajial Doppler yöntemine benzer şekilde hemodinamik
ölçümlerde kullanılmaktadır. Prob yerleşim yeri toraksta sternum üstündendir. Uygulaması diğer yöntemlere göre daha kolaydır, fakat prob bölgede hassas bir şekilde sabit tutulmalıdır.
Uzun süreli ölçümlerin gerektiği durumlarda yöntemin kullanım alanı sınırlıdır. Anatomik olarak özafagus Aortaya yakın olduğu için özofajial Doppler yöntemi bu yönteme göre belirgin bir avantaja sahiptir çünkü transtorasik ekokardiyografik yöntemde kaburga ve akciğerin varlığı sinyallerin zayıflamasına sebep olmaktadır (18).
Kandaki hareketli hücrelerin, özellikle eritrositlerin hareketinin ölçümüne dayanan “Lazer Doppler Flovmetri” (LDF) yöntemi ilk olarak1964 yılında Yeh ve Cummins tarafından geliştirilmiştir (30). LDF, “Doppler kaymasını” esas alan bir yöntemdir. Diğer Doppler yöntemlerinde olduğu gibi birçok hemodinamik değişken bu yolla ölçülebilir (1, 30)
3 - Gaz inhalasyon yöntemi
Gaz inhalasyon yöntemi invaziv olmayan yöntemlerden olup, modifiye Fick veya metabolik yöntem olarak isimlendirilir. Çoğunlukla CO2 ve
asetilen kullanılır. Asetilen inhalasyon yönteminde hastanın ağız kısmına yerleştirilen maske ile şahıs % 35 O2 , % 59,7 N2 , % 5,0
helyum, % 0,3 karbon monoksit ve % 0,3 asetilen’den oluşan bir gaz karışımını inhale eder. Bu işlem 30 sn süresince devam ettirilir. Kullanılan inert gaz, kütle spektrometre cihazı kullanılarak ölçülür. Daha sonra entegre bir bilgisayar yardımı ile asetilenin azalma eğrisinden KD hesaplanır (1, 15).
CO2 inhalasyon yönteminde ise hastanın
her 3 dakikada bir, 50 saniye süresince ekspire ettiği havayı tekrar soluması sağlanır. Normal şartlardaki CO2 eliminasyon eğrisindeki azalma
ile KD hesaplanır (21).
)
(
)
VCO
(VCO
KD
2 2 2R 2N N RCaCO
CaCO
−
−
=
VCO2N: Normal şartlarda CO2 oluşum
miktarı, VCO2R: Tekrar inhalasyon esnasında
CO2 oluşum miktarı CaCO2R: Normal periyotta
arteryel CO2 konsantrasyonu, CaCO2N: Tekrar
inhalasyon periyodunda arteryel CO2
konsantrasyonu.
Gaz inhalasyon yöntemi yıllardır
bilinmesine rağmen, bazı teknik ve kısıtlayıcı
şartlardan ötürü yaygın şekilde
kullanılamamaktadır. Bu yöntemde hassas ve
gerçek zamanlı ölçüm yapabilen gaz
analizatörlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Bunun yanı sıra bu yöntem ancak normal pulmoner
fonksiyonlara sahip kişilerde
uygulanabilmektedir. Herhangi bir akciğer patolojisinin var olduğu durumlarda uygulanması yanlış ölçümlere sebep olabilmektedir (6). Bu yöntem genellikle sporcuların hemodinamik parametrelerinin ölçümünde uygulanmaktadır. Çalışmacılar, egzersiz esnasında yapılan ölçümlerin, dinlenim halinde yapılan ölçümlere göre daha doğru sonuç verdiğini bildirmektedir (7).
4 - Transtorasik elektriksel biyoempedans yöntemi:
Dalgalı akım üreten akışkanların elektriksel direncine empedans denir (31). Bu yöntemin amacı, vücut yüzeyine yerleştirilen elektrotlarla elektriksel empedans değişimlerinin ölçülüp, doku hacimlerinin belirlenmesidir. Kubicek tarafından 1966’da formüle edilip tıpta kullanılmaya başlanan yöntem aynı zamanda uzay uçuşlarında da kullanılmıştır (7, 16). Özel bakım gerektiren hastalarda transtorasik elektriksel biyoempedans (TEB) yöntemi kullanılarak herhangi risk oluşturmaksızın gerçek zamanlı KD ölçümleri yapılabilmektedir.
Empedans grafiği incelenirse A dalgası EKG’de P dalgasına karşılık gelmektedir B noktası aort kapağının açılması, X aort kapağının kapanması, Y pulmoner kapağın kapanması, O mitral kapağın açılmasına denk gelmektedir (Şekil 4) (31).
Şekil 4. Biyoempedans yönteminde elektrotların
yerleştirildiği bölgeler ve dalgalar.
TEB ölçüm yönteminde yüksek frekansa sahip elektrotlar, toraks ve boyun bölgesine yerleştirilir. Sensorlar yardımı ile göğüs kafesinin empedans değişimleri gözlenir. Empedans değişimleri aortadaki kan akımı ile ilişkilidir. Göğüs kafesine uygulanan akım, 20–200 kHz’lık frekansa sahip olup düşük enerjilidir. Akım hasta tarafından hissedilmediği gibi, organizmanın genel işleyişinde herhangi bir zarara yol açmaz.
TEB yöntemi uygulama kolaylığı,
maliyetinin düşük oluşu ve gerçek zamanlı ölçümlere olanak sağlaması sebebiyle diğer yöntemlere göre daha avantajlıdır (12, 31, 32). TEB yönteminde en büyük hata elektrotların yerleştirilmesi esnasında oluşmaktadır. Ayrıca
organizmadaki elektriksel biyoempedansı değiştiren durumlarda (intratorasik sıvı miktarı ve
vücuttaki sıvıların kompozisyonundaki
değişimler) uygulanması ölçüm hatalarına sebebiyet verebilir. Yine hematokrit değişimi de elektriksel iletkenlik değişimine sebep olacağından ölçümlerde farklı sonuçlar elde edilebilmektedir (16). Günümüzde TEB yöntemi ve bu yöntemin güvenilirliği üzerinde araştırmalar yoğun olarak sürdürülmektedir.
5 - Ballistokardiyografi:
Kalbin ejeksiyon kuvvetinin gövdede oluşturduğu sarsıntıların ölçümü yardımıyla KD’nin hesaplanmasına ballistokardiyografi yöntemi denilmektedir (1). Ballistokardiyografi; ileri geri hareket edebilen ve hareket algılayıcı akselerometre (ivmeölçer) bulunan bir yüzeyde oluşan kuvvetleri ölçebilen bir sistemdir. Temel olarak kalpten çıkan kanın hareketi omurgaya paraleldir. Newton’un hareket ile ilgili 3.yasasına göre kalpten çıkan kan gövdeye paralel bir vektör oluşturuyorsa bu harekete karşı gövdenin vektörü, hareketin tersine doğrudur (1, 33). Bunu bir merminin ateşlendiğinde ileri hareketine karşın silahın geri tepmesine benzetebiliriz.
Bu ölçüm yöntemi 50 yıldır bilinmesine rağmen kanın kütlesel ivmesi, masa (ölçümün yapıldığı yüzey) ve vücudun kütlesel ivmesinden oldukça düşük olduğundan hatalı ölçümlere sebep olabilmektedir. Bu sebepten klinikte kullanımı yaygın değildir (33).
Sonuç
Dolaşım sisteminin ana görevi olan organlar için gerekli kan akımının sağlanıp
sağlanmadığı KD ölçümleri ile
değerlendirilmektedir. Aynı zamanda kalp ve dolaşım sistemine ait hastalıklar ve bunların
prognozları incelenirken göz önünde
bulundurulması gereken en önemli ölçümlerden biri KD’dir (7). KD ölçümlerinde amaç, hastalarda invaziv olmayan, uygulaması kolay, güvenilir ve maliyetsiz yöntemlerin
uygulanmasıdır (16). Bu sebeplerden ötürü gerçek zamanlı ölçümlerin yapabildiği,
uygulaması uzmanlık gerektirmeyen ve
uygulama koşullarından etkilenmeyen yöntemler halen araştırılmaktadır. Non-invaziv yöntemler uygulama kolaylığı yaratmış olmalarına rağmen
çok duyarlı kalibrasyonlara ihtiyaç
duymaktadırlar. yanlış sonuçların elde edilmesine neden olmaktadır. Bu açıdan invaziv yöntemler halen non-invaziv yöntemlerden halen daha güvenilir sonuçlar ortaya koymaktadır. Örneğin, Saka ve arkadaşlarının septisemili hastalar üzerinde yaptıkları bir çalışmada, transpulmoner termodilüsyon yöntemi ile kalibre
edilmemiş nabız sayım yöntemi
karşılaştırılmıştır. Çalışmada invaziv olan termodilüsyon yönteminin daha güvenilir sonuçlar ortaya koyduğu bildirilmiştir (34). Spiering ve arkadaşları tarafından da invaziv ve non-invaziv yöntemler karşılaştırılmış, boya dilüsyon yönteminin TEB yönteminden daha güvenilir olduğu belirtilmiştir. Aynı çalışmada TEB yöntemi ile KD’nin hesaplanmasında kullanılan Sramek-Bernstein eşitliğinin bazı hatalı sonuçlara neden olduğu ve Kubicek’in geliştirdiği eşitliğin daha güvenilir olduğu bildirilmiştir (12).
Yukarıda adı geçen KD ölçüm yöntemleri, dünyada sıklıkla kullanılan yöntemler olup, burada belirtilmeyen ancak deneysel olarak uygulanmakta olan yöntemler de mevcuttur. Araştırmacılar tarafından altın standart olarak kabul edilen Fick yasasına bağlı birçok invaziv yöntem uzun zamandır kullanılmaktadır. Termodilüsyon yöntemi klinikte en fazla kullanılan ve klinisyenler için altın standart olarak belirtilen bir yöntemdir. Bu yöntemin pulmoner arteryel kateterizasyon gerektirmesi, bazı riskleri de beraberinde getirmektedir (7, 24). Ramsay, pulmoner arteryel kateterizasyonun belirlenmiş risklerine rağmen son 10 yıl içinde yayınlanmış
olan çeşitli çalışmalarda kanıta dayalı herhangi olumsuz bir bulguya rastlanmadığını belirtmiştir (24). Avrupa Kardiyoloji Derneğinin 1990 yılında aldığı karara göre dilüsyon yöntemleri halen altın kural veya standart olarak kabul edilmesine rağmen yeni non-invaziv yöntemlerin, dilüsyon yöntemleriyle karşılaştırılması gerektiği belirtilmiştir. Ayrıca var olan non-invaziv tekniklerin ise güvenilirliğinin araştırılması veya yeni tekniklerin geliştirilmesinin gerekli olduğu vurgulanmıştır (12). Günümüzde yapılan çalışmalar incelendiğinde yeni geliştirilen yöntemlerin güvenilirliği mutlaka altın standart olarak kabul edilen yöntemlerle kıyaslanmalıdır. Sonuç olarak bu karşılaştırmalı çalışmalar KD ölçüm yöntemleri geliştiren ya da bu konuda çalışan araştırmacıların değerlendirmeleri gereken ölçüt olmalıdır.
Kaynaklar
1. Yiğit R. Kardiyopulmoner ve kan fizyolojisi. Nobel Tıp Kitapevleri; İstanbul, 2001 2. Berne, R. M., and M. N. Levy. Physiology,
4th Edition. Mosby; St. Louis, 2001.
3. Guyton AJ, Hall JE. Tıbbi Fizyoloji 11. Baskı. Nobel Tıp Kitabevleri; İstanbul, 2006.
4. Ganong WF. Review of Medical
Physiology. 22th Edition The McGraw-Hill Company, USA, 2005.
5. Noyan A, Yaşamda ve Hekimlikte Fizyoloji, 16. Baskı, Meteksan Yayınevi Ankara 2008.
6. Razavi R, Hill D, Keevil SF, Miquel ME, Muthurangu V, Hegde S, Rhode K, Barnett M, Vaals JV, Hawkes DJ, Baker E. Cardiac catheterisation guided by MRI in children and adults with congenital heart disease Lancet. 2003; 362: 1877–1882.
7. Singer M. Cardiac output in 1998. Heart. 1998; 79: 425-28.
8. Gonzalez J, Delafosse C, Fartoukh M, Capderou A, Straus C, Zelter M, Derenne JP, Similowski T. Comparison of bedside measurement of cardiac output with the thermodilution method and the Fick method in mechanically ventilated patients. Critical Care. 2003; 7: 171-178.
9. Maarek JM, Holscheneider DP, Harimoto J, Yang J, Screming OU, Rubinstein EH. Measurment of cardiac output with
indocyanine green transcutaneus
florescence dilution technique.
Anesthesiology. 2004; 100: 1476-1483. 10. Maarek JM, Holschneider DP, Rubinstein
EH. Fluorescence dilution technique for measurement of cardiac output and circulating blood volume in healthy human subjects Anesthesiology. 2007; 106: 491– 498.
11. Sakka GS, Reinhart K, Wegscheider K, Hellmann AM. Comparison of cardiac output and circulatory blood volumes by transpulmonary thermo-dye dilution and
transcutaneous indocyanine green
measurement in critically ill patients. Chest. 2002; 121: 559-565.
12. Spiering W, Van Es PN, De Leeuw PW. Comparison of impedance cardiography and dye dilution method for measuring cardiac output Heart. 1998; 79: 437-441. 13. Reuter DA, Goetz AE. Messung des
herzzeitvolumens. Anaesthesist. 2005; 54: 1135–1153.
14. Ganz W, Donoso R, Marcus HS, Forrester JS, Swan HJ. A new technique for measurement of cardiac output by thermodilution in man. Am. J. Cardiol. 1971; 27: 392-396.
15. Bogaard HJ, Wagner PD. Measurement of cardiac output by open-circuit acetylene uptake: a computer model to quantify error
caused by ventilation–perfusion inequality. Physiol. Meas. 2006; 27: 1023-32.
16. Hett DA, Jonas MM. Non-invasive cardiac output monitoring. Intensive and Critical Care Nursing. 2004;20: 103-108.
17. Su NY, Huang JC, Tsai P, Hsu YW, Hung
YC, Cheng CR. Cardiac output
measurement during cardiac surgery: Eosophagal Doppler versus pulmonary artery catheter. Acta. Anaesthesiol. Sin. 2002; 40: 127-133.
18. Laupland KB, Bands CJ. Utility of esophageal Doppler as a minimally
invasive hemodynamic monitor: a
review.Can. J. Anesth. 2002; 49: 4, 393-401.
19. Mayer J, Boldt J, Schöllhorn T, Röhm KD, Mengistu AM, Suttner S. Semi-invasive monitoring of cardiac output by a new device using arterial pressure waveform analysis: a comparison with intermittent pulmonary artery thermodilution in patients undergoing cardiac surgery. British Journal of Anaesthesia. 2007; 98: 2: 176–182. 20. Ziegler D, Grotti L, Krucke G, Smith J.P.
Comparison of cardiac output
measurments by TEB vs. intermittent bolus thermodilution in mechanical ventilated patients. Chest, 1999; 116: 281.
21. Kothari N, Amaria T, Hegde A, Mandke A, Mandke NV. Measurement of cardiac output: Comparison of four different methods IJTCVS 2003; 19: 163–168. 22. Le Tulzo Y, Belghith M, Seguin P, Dall'Ava
J, Monchi M, Thomas R, Dhainaut JF. Reproducibility of thermodilution cardiac output determination in critically ill patients: Comparison between bolus and continuous method. J Clin Monit. 1996; 12: 379-385. 23. Bajorat J, Hofmockel R, Vagts D. A, Janda
M, Pohl B, Beck C, Noeldge-Schomburg G. Comparison of invasive and less-invasive
techniques of cardiac output measurement under different haemodynamic conditions in a pig model. European Journal of Anaesthesiology, 2006; 23: 23–30. 24. Ramsay J. Is the Pulmonary Artery
Catheter Dead? Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia. 2007; 21: 144-146.
25. Linton RA, Band DM, Haire KM. () A new method of measuring cardiac output in man using lithium dilution. Br J Anaesth 1993; 71: 2, 262-266.
26. Hill DW. The analysis of radioisotope cardiac output dilution curves. Med. Biol Eng. 1975; 13: 6: 819-824.
27. Kostuk WJ, Chamberlain MJ, Chin Sang H.
Radionuclide angiocardiography, a
noninvasive method for evaluating left ventricular ejection fraction and regional wall motion; comparison with contrast left ventricular angiography. CMA Journal 1978, 21; 119,877-883.
28. Cholley BP, Payen D. Noninvasive techniques for measurements of cardiac output. Crit. Care 2005; 11: 424-429. 29. Turner MA. Doppler-based Hemodynamic
Monitoring. AACN. 2003; 14: 2, 220-231.
30. Tjin SC, Ho YC, Lam YZ, Hao J, Ng BK.Continuous cardiac output monitoring
system Med. Biol. Eng. Comput 2001; 39: 101-104.
31. Buell JC. A practical, cost-effective, noninvasive system cardiac output and hemodynamic analysis. Am. Heart J. 1988; 116: 2, 657-664.
32. Van De Water JM, Miller TW, Vogel RL,
Mount BE, Dalton ML. Impedance
Cardiography: The Next Vital Sign Technology? Chest. 2003; 123: 2028-2033. 33. McKay W. The Ballistocardogram. Dept. of Physics. Of Toronto. 2003; Available from http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInte rest/Harrison/BCG/BCG.html.
34. Sakka SG, Kozieras J, Thuemer O, Van Hout N. Measurement of cardiac output: a
comparison between transpulmonary
thermodilution and uncalibrated pulse contour analysis. Br J Anaesth. 2007; 7: 4, 1-6.
35. Berton C, Cholley B. New techniques for cardiac output measurement; oesophageal Doppler, Fick principle using carbon dioxide, and pulse contour analysis. Crit Care. 2002, 6; 3, 216–221.
Yazışma Adresi:
Yrd. Doç Dr. Şükrücan H. BAYTAN Karadeniz Teknik Üniversitesi Tıp Fakültesi Fizyoloji AD 61080 - TRABZON
Tlf : 0-462-3775523 Fax : 0-462-3775523 cbaytan@gmail.com
