Cardiac Output measured by the Fick Principle. Comparison of two Methods at Rest and During Exercise

Das Ficksche Prinzip gilt als der Goldstandard der Bestimmung des Herzminutenvolumens. Neben der invasiven Bestimmung über einen Pulmonaliskatheter steht die nicht-invasive Rückatmungsmethode (Rebreahting) zur Verfügung. Bereits 1996 ist von FW Schardt eine weitere nicht-invasive ergospirometrische Variante vorgestellt worden, die ohne Rückatmung auskommt. Hier wird der gemischt-venösen Kohlendioxidgehalt basierend auf den Kohlendioxidverbrauch berechnet. Ziel der Arbeit ist eine vergleichende Darstellung der Bestimmungsmethode nach Schardt mit dem als Referenzmethode dienenden Rückatmungsverfahren. Besonderes Augenmerk wird auf Messungen unter hohen Belastungen gelegt, denn hier neigt das Rebreathingverfahren zur Unterschätzung des Herzminutenvolumens, zudem wird die Rückatmung selbst für den Patienten unerträglich. Parallel wurde bei 36 Probanden das Herzminutenvolumen sowohl durch Rebreathing (Qt) wie auch nach Schardt (HMV) ergospirometrisch auf dem Fahrradergometer (in 50 Watt Stufen) bis maximal 350 Watt bestimmt. Ausgewertet wurde die absolute bzw. prozentuale Abweichung des HMV von Qt, sowie HMV vom Mittelwert beider Methoden nach Bland/Altman bzw. Critchley/Critchley. Unter Einbeziehung der Ergebnisse aller Belastungsstufen wird deutlich, dass die Werte für HMV bei niedrigeren Ausgangswerten unter den Werten der Rückatmungsmethode (Qt) liegen. Dagegen werden bei hohen Belastungen für HMV höhere Werte berechnet als für Qt. Die größten Abweichungen sind in Ruhe die zu erkennen. Die Abweichung des HMV vom Mittelwert beider Methoden liegt in Ruhe im Mittel bei 18,8%, unter niedriger Belastung bei 8,7-9,4%. Die Grenzen der Übereinstimmung überschreiten jedoch die Grenzen der Genauigkeit. Die niedrigsten Abweichungen sind bei mittelschwerer Belastung (150-200 Watt) zu verzeichnen, sowie geringe Abweichungen unter sehr hoher Belastung (1,2-4,0%). Die Grenzen der Übereinstimmung liegen innerhalb der Grenzen der Genauigkeit. Die prozentuale Abweichung der Ergebnisse für das Herzminutenvolumen nach Schardt vom Mittelwert beider Methoden liegt über allen Belastungsstufen innerhalb der von Critchley und Critchley geforderten +/- 20 Prozent. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die Methode nach Schardt eine Variante des Fickschen Prinzips liefert, die als einfache, nicht invasive Maßnahme auch unter hoher Belastung und bei wiederholten Messungen anwendbar ist und insbesondere unter mittleren und hohen Belastungen mit der Rebreathingmethode austauschbar ist.The Fick principle is known as the goldstandard for measuring the cardiac output. Apart from the invasiv measurements via a pulmonalis catheter there is another option for measuring the cardiac output by non-invasive rebreathing. FW Schardt already introduced another non-invasive ergospirometric alternative in 1996 working without rebreathing. Aim of the thesis is to compare the method according to Schardt to the well-known rebreathing method which is used as a reference method. Stress is laid on measurements at high strain because then the rebreahting method tends to underestimate the cardiac output, additionally the rebreathing itself then becomes unbearable. The cardiac output of 36 subjects was measured at the same time according to Schardt (HMV) as well as to Rebreahting (Qt) with incremental treadmill tests (50 watt steps) until a maximum of 350 watts. The absolute and the percentage deviation of the HMV from Qt as well as from the mean value of both methods was analysed. Afterwards the results were evaluated according to Bland/Altmann and Critchley/Critchley. Considering all the results of the various stress levels it became apparent that the HMV results were below the Qt results at low stress levels, in contrast to high stress levels where the HMV results are higher than the Qt results. The largest deviations are apparent at rest : The deviation of the HMV from the mean value of both methods is about 18.8%, at low stress levels (50-100 watts) about 8.7 – 9.4%. Here the limits of agreement exceed the limits of precision. The lowest deviations are found at medium stress levels (150-200 watts), as well as slight deviations at high stress-levels (250-350 watt).Here the limits of agreement are within the limits of precision. At all stress levels the percentage deviation for HMV from the mean value of both methods lies within the +/- 20 % demanded by Critchley/Critchly. The main conclusion of this thesis is that the method according to Schardt offers an alternative to the Rebreahting method expecially at high and middle stress levels. It is a simple, non-invasive method which can be easily applied under high stress levels and can be repeated several times