Physiologie Cardio-Vasculaire

applications cliniques de esCCO

F. PREMONT

NKFR

Homéostasie

• Définition

– Ensemble des mécanismes et process qui

contribuent à la stabilité et à la normalité des

fluides intracellulaires

• Ceci inclus la stabilité des mécanismes qui

permettent l’oxygénation cellulaire

– Le cycle de l’oxygène

» Depuis le mélange inhalé jusqu’au milieu

intracellulaire

Homéostasie oxygénation cellulaire

Alveolo-Capillar Diffusion O2

Art Content O2 (CaO2)

Oxygen Delivery (Da02)

Oxygen Extraction (EO2)

Air conduction of O2

Cellular O2

Venous content O2 Pump /CO

Trachea

Alveoli

Venous System

Arterial Pressurized System

Maintenir / Epargner / Restaurer

Homéostasie

• Objectif majeur et prioritaire de la prise en

charge médicale réanimatoire dans la majorité

des spécialités interventionnelles

– Anesthésie

– Médecine d’urgence

– Réanimation

Homéostasie

• Le cycle de l’oxygène

– Probablement le plus critique et le plus sophistiqué

des cycles vitaux

• Mettre le système en équation

CaO2 = O2 liée Hb + O2 dissoute

O2 dissoute = 0,003 PaO2

O2 liée Hb = 1,36 x Hb x SaO2

CaO2 = 18 to 20 ml/100ml

DO2= CaO2 x CO

CO = HR x Stroke volume (SV)

DO2 = 1,36 x Hb SaO2 x HR x SV

DO2 = 100 ml/min

Assuming that gas conduction and alveol--capillar diffusion are normal

Cible/Objectif Majeur

CaO2 = O2 liée Hb + O2 Dissoute

DO2= CaO2 x CO

O2 Mitochondria = Extraction O2 x DO2

1,36 x Hb x SaO2 x Fc x VES

Extraction O2 = SaO2-SvO2 = 15 à 20 %

Quand E02 est maximale, le métabolisme anaérobie s’installe, la production de lactate augmente, les lésions cellulaires commencent défaillance d’organe

CO CaO2

Dans la vraie vie

• Qu’est ce qu’on connaît du cycle de l’O2 ?

• Quel paramètre pour mesurer la qualité de l’homéostasie, lactate (trop tard) ?

• On aimerait pouvoir mesurer CaO2, DO2, E02 ?

Dans la vraie vie Monitoring hémodynamique et cardiaque

Pni S/D et M

Sa02

ECG HR

???

Pression artérielle moyenne (MAP)

Fréquence cardiaque (HR)

Sa02

• On a aucune idée – Du débit cardiaque (CO), donc

• On a aucune idée de la Da02, donc

– On ne sait pas grand chose des capacités d’oxygénation cellulaire du patient

Dans la vraie vie Monitoring hémodynamique et cardiaque

O2

Pni S/D et M

Sa02

Hb

ECG HR

??? CaO2

CO

DaO2

SVR

EO2

SVO2

Monitorage invasif ou

1/2 invasif ?

Dans la vraie vie Monitoring hémodynamique et cardiaque

Standards

• Sans Hb pas de Ca02 – Pas d’oxygénation cellulaire

• Sans pression pas de perfusion organique – Pas d’oxygénation cellulaire

• Sans débit cardiaque pas de perfusion organique – Pas d’oxygénation cellulaire

Plus d’évidences • Pression c’est pas du débit

• SaO2 ce n’est pas du contenu artériel enO2 (CaO2) • Sa02 = 100%

– Hb=15 g/100ml ou Hb = 7,5 g/100ml

• SaO2 ce n’est pas de la délivrance en O2 (Da02) • SaO2 = 100%

– si Da02/2 due à Hb/2

– si DaO2/2 due à CO/2

CO= le paramètre manquant

Débit cardiaque (C0) • Fonction pompe du Coeur

– Débit : L/min • Exprimé et rapporté à la surface corporelle

– L/min. M2

» Normalité : 2.3-2.5 L/min. M2

– Objectif principal • Homéostasie cellulaire

– Maintient de la stabilité et la normalité des fluides intracellulaires

» Indépendamment des contraintes externes

* agression, exercice,stress…

• Facteurs déterminants • Fréquence cardiaque

• Résistances vasculaires

• Précharge

• Postcharge

• Contractilité / Inotropie

Débit cardiaque (C0)

• Fonctions – Délivrance de l’O2 aux cellules

– Apport énergétique aux cellules

– Transport des catabolites

– Transport de la chaleur

• Paramètres dérivés du CO

» Délivrance artérielle en O2 (D02)

» Extraction tissulaire et cellulaire de l’O2 (EO2)

On a quoi ?

Pression de perfusion (MAP)

• Strictement régulée par l’adaptation des résistances systémiques SVR

– MAP = CO x SVR + P0 (pressure CO = 0)

• Cependant – La pression c’est pas du débit !

– MAP = 80 mmHg • MAP1 = CO (5 l/min) x VSR (1500 UI(dynes.s.cm-5)) + Po (5 mmHg)

• MAP2 = CO (2,5 l/min) x VSR(3000 UI) + Po (5 mmHg)

CO = HR x Stroke Volume (SV)

MAP = CO x SVR

MAP = HR x SV x SVR

SVR(i) = MAP

CO

Résistances vasculaire

systémique

SVR = Paramètre régulé +++

Si anormalement basse signe un trouble grave de l’Homéostasie

Si MAP et CO mesuré alors SVR mesurable

Marqueur d’efficacité thérapeutique majeur

Construisons le Puzzle

HR SVR Hb

SV DO2 CVP

CO SpO2 BP

Right Auricle Pressure

Central Venous Pressure

Heart

Rate

CO

MAP

VSR

Stroke

Volume

Power of the heart

Preload Contractility Afterload

DaO2

Hb

SaO2

CaO2

Extraction

of O2

O2 to cell

Pourquoi il nous faut la mesure

du CO ? • Pour être sur qu’il est normal

• Pour être sur qu’il est anormal

• Pour être sur qu’il est resté normal (médico-légal)

• Pour détecter quand il devient anormal

• Pour s’assurer qu’il est revenu à la normal

• Pour évaluer l’impact des thérapeutiques sur la fonction cardiaque

• Pour évaluer l’impact des thérapeutiques sur l’hémodynamique

• Pour évaluer les process de l’homéostasie

• Pour s’assurer de la qualité de l’oxygénation cellulaire

Comment mesurer le CO ? • Techniques de références

– Electromagnetic flow systems placed at the aortic root (experimental)

– Swann Ganz catheter • Thermodilution

– Invasive and risky and expensive

– Delay and discontinue

» Influenced by the skill

– Echocardiography • Trans-oesophageal echocardiography

– Accepted standard

» Discontinue

» Influenced by skill

• Transthoracic

– Difficult in emergency situation

– Difficult skill to acquire

– Techniques de dilution non thermique (lithium)

esCCO c’est quoi ? • Estimation du CO

• Mesure PWTT, calcul du CO estimé

• Estimation en continu

• Estimation cela veut dire – On sait et on accepte un certain niveau d’imprécision

– Valeur d’agrément connue

– On sait et on accepte un certain niveau de biais – Biais calibré en fonction du niveau de débit

» Pas connu pour l’instant

• Accepter/acceptable signifie – On sait/on dit/ on informe

• Risque calculé faible de se tromper de beaucoup

• Estimation implique – Un système puissant de tendance

• Information en temps réel des évolutions

• Parce que comparé aux autres méthodes

– 1) La variable principale CO-related (PWTT) est puissante et fiable pour évaluer la fonction cardiovasculaire et sa mesure n’implique pas d’intervention humaine

» Indépendante de l’habileté du médecin

» Calcul automatique basé sur ECG et SpO2

– 2) Le fait assumé que c’est une mesure estimée du CO

• Limites clairement identifiées et établies – Technologie ouverte, les calculs sont disponibles et

reproductibles (no secrets)

Pourquoi esCCO™ est pertinent ?

C’est quoi le PWTT?

• C’est une variable hémodynamique oubliée!

• C’est une variable hémodynamique inconnue

• C’est juste un temps

• C’est une varaible facile à comprendre presque intuitive

• C’est une variable affectée par – Inotropie / contractilité cardiaque

– Tonus vasculaire

– Volume sanguin circulant

• C’est une variable qui reflète les conditions de circulation

(lent, rapide)

PWTT c’est le temps de transit de l’onde de

pouls pour aller du cœur jusqu’aux artères

périphériques

PWTT

• C’est une variable hémodynamique

• Le PWTT ne peut pas être totalement erroné

• Le PWTT ne peux pas être faux

• Donc esCCO™ qui est une modélisation et

un calcul dérivé du PWTT

– It cannot be wrong

– It cannot be false

Definition of PWTT

21 TTPEPPWTT PEP = Pre-Ejection Period

T1 = Pulse wave transit time through elastic artery

T2 = Pulse wave transit time through peripheral arteries

PWTT transit time of pulse wave from the heart to peripheral arteries. This transit time is

inversely correlated to CO.

ECG

Aortic　root

pressure

Radial arterial

pressure

Differentiated

pulse oximeter

Pulse oximeter

PEP

T1

T2

PWTT

100%

30%

Pulse Wave Transit Time (PWTT)

PEP

ECG

Pressure Waveat RadialArtery

SpO2 Wave

Pressure Waveat AorticValve

PWTT1

PWTT2

PWTT

PEP(Pre-ejection Period)：reflect

Cardiac Contractility

Cardiac Contractility ↑ SV↑

PWTT↓

SV; Stroke Volume

PWTT1：reflect

Blood Pressure SV↑ Blood Pressure ↑

PWTT1↓

PWTT2：reflect

Systemic Vascular

Resistance Systemic Vascular Resistances ↓ SV↑ PWTT2↓

PWTT correlates with Stroke Volume

Est ce qu’il faut plus qu’une

estimation du CO ?

• Oui bien sur : – Chez les patients en mauvais état cardiovasculaire

chez qui une ou des défaillances d’organe est ou sont en cours d’installation

– Si les signaux permettant de calculer PWTT sont de mauvaise qualité du fait de la pathologie (arythmie) ou du traitement (vasoconstricteurs)

• => Passer à une technique de mesure du CO considérée comme la référence

– Swann Ganz

– Trans Esophageal Echocardiography

Quelles indications de esCCO ? • esCCO sera certainement un outil de triage

puissant pour les spécialités

interventionnelles • 1) Anesthésie

• 2) Médecine d’Urgence

– Intra hospitalier, Pré hospitalier

• 3) Réanimation

• Outil de triage

– Définition

• Action de sélection pour adapter la qualité du

monitorage ou la qualité des soins

– Stratégie de réduction des risques

Triage

• Action dans le but de:

– Optimiser

– Rationaliser

– Réduire les coûts

– Réduire les risques

• Qualité des soins

• Qualité du monitorage

Tri en Médecine d’Urgence

(EMD)

All patients esCCO

EMD

ICU

esCCO

Intermediary

care

esCCO

Tri en Réanimation (ICU)

ICU patients esCCO

ICU

Soins

Normalisés

esCCO

Intermediary

Care (USC)

esCCO

esCCO Monit Invasif

De Ref

Tri en au bloc opératoire (OR)

Selected patients esCCO

during

surgery

PACU

ICU

esCCO

Intermediary

Care (USC)

esCCO

- Poor condition ASA III, IV

- Known cardiac pathology although stabilized

-Cardiac surgery

-Vascular surgery

-Morbid obesity surgery

-Thoracic surgery

• Visite pré anesthésique – Evaluation préopératoire de la fonction cardiovasculaire

• Décision: stabiliser, optimiser avant la chirurgie

• Centres de recherche clinique de phase 1 – Etudes de Phase I

• Volontaires sains

– Effets cardiaques des nouveaux médicaments

– esCCO™ permet

» De s’assurer de l’absence d’effet cardio-vasculaire

» Met en évidence des effets cardiovasculaires attendus

» Détecte les seuils d’effets cardiovasculaires

• Standard de monitoring en anesthésie dans le privé – Atteste de la normalité du CO au cours de l’intervention

– Détection précoce des anomalies cardiovasculaires • Si pas de personnel d’anesthésie en salle

– Le chirurgien appelle (médico-légal)

Autres indications du esCCO™ ?

• Moniteur standard d’anesthésie !

• Moniteur standard dans le service des urgences !

• Moniteur standard Réa / USC ! – Patients normaux

– Malades dépendants

Autres indications de esCCO ?

CO = K × (α × PWTT + β) × HR

esCCO calculation:

estimated Continuous Cardiac Output or

ECG and SpO2 derived Continuous Cardiac Output

What is ?

esCCO Calibration process

1) Non-invasive calibration with NIBP, SpO2 & patient info

ECG

SpO2

NIBP

Patient Info. (height, body weight, gender

and age)

Parameters to non-invasively measure esCCO

Parameter Cal PWTT Automatically acquired by averaging minimum 3 minutes of beat-by-

beat PWTT Cal HR Automatically acquired by averaging minimum 3 minutes of beat-by-

beat heart rate

Cal CO (from Patient Info)

Calculated from entered patient info (height, weight, gender, age) and HR, PP and PWTT

Cal PP (NIBP) Calculated from a single NIBP measurement The difference between systolic and diastolic pressure is displayed as Call PP on the CALIBRATION window

esCCO Calibration process

2) Invasive calibration with IBP, ECG, SpO2 & patient info

Parameters to measure esCCO with IBP

ECG

SpO2

IBP (ART, ART2, RAD, FEM)

Patient Info. (height, body weight, gender and

age)

IBP

Parameter Cal PWTT Automatically acquired by averaging minimum 3 minutes of beat-by-

beat PWTT Cal HR Automatically acquired by averaging minimum 3 minutes of beat-by-

beat heart rate

Cal CO (from Patient Info)

Calculated from entered patient info (height, weight, gender, age) and PWTT , PP and HR.

Cal PP (ART) Automatically acquired by averaging minimum 3 minutes of beat-by-beat arterial pulse pressure (difference between systolic and diastolic pressure)

Details of esCCO calibration process

esCCO = K x (α × PWTT + β) x HR ...(1)

where α is fixed to -0.3 which was decided experimentally by the past esCCO clinical studies.

Meanwhile, constants K and β need to be individualized for each patient. The calibration of esCCO

is a process to determine K and β for each patient.

SV = K x (α × PWTT + β) ...(2)

PP

SV

CalHR

CalCO

CalPP

1K = = x ...(4)

SV = K x PP = K x (α × PWTT + β) ...(3)

Based on these relationships, constant K for each patient will be decided by using cardiac output

(Cal CO), heart rate (Cal HR) and pulse pressure (Cal PP) at the calibration point.

After that constant K is obtained, constant β will be determined by using cardiac output (Cal CO), heart

rate (Cal HR) and PWTT (Cal PWTT) at the calibration point as follows.

K

SV

CalHR

CalCO

K

1β = - α × PWTT = x -α × Cal PWTT ...(5)

CO = a + b ＊ Sex + c ＊ Age + d ＊ BSA + e ＊ PWTT + f＊ HR ＊ PP … (6)

Sex: male=0, female=1, Age: years, BSA=body surface area (m2),

PWTT: sec, HR=heart rate (bpm), PP=pulse pressure (mmHg)

Reference CO (Cal CO) obtained by multivariate analysis of patient info:

esCCO Application in the BSM

Parameter Formula Description

esSV (mL) K x (α × PWTT × β)

estimated stroke volume

esCCO (L/min) esSV x HR/ 1000 estimated continuous cardiac output

esSVR (dyn*s/cm5) *1)

esCCO /(MAP-CVP)

estimated systematic vascular resistance *1)

esSVI (ml/mm2) esSV/BSA estimated stroke volume index

esCCI (L/min/mm2)

esCCO/BSA estimated continuous cardiac output index

esSVRI (dyn*s/cm5) *1)

esSVR/BSA estimated systematic vascular resistance index *1)

Parameters displayed

*1) esSVR is derived by dividing esCCO by the difference between mean arterial pressure and central venous pressure. That means both arterial pressure and central venous pressure in addition to ECG and SpO2 are essential for the esSVR measurement.

Questions