Directe en indirecte stroommeting in het hart en de grote bloedvaten

Het functioneel onderzoek van de circulatie door directe meting van een verscheidenheid van groot heden, dat achter de weinigzeggende naam 'hartcatheterisatie' schuil gaat, he eft in de laatste twee decennia een grote vlucht genomen. Dit geldt zowel voor het aantal patienten dat aan dit onderzoek wordt onderworpen, als voor het aantal, de betrouwbaarheid en de betekenis van de metingen die bij iedere patient worden verricht. Tot de gunstige gevolgen van deze ontwikkeling behoort niet alleen een voortschrijdende verbetering van de diagnostiek, maar tevens een voortdurende verdieping van inzicht en verruiming van kennis op het gebied van de fysiologie en de pathofysiologie van de circulatie. Tot de belangrijkste grootheden die bij de hart catheterisatie worden gemeten, behoren in de eerste plaats de druk, de stroomsteride en de zuurstofverzadiging van het bloed op iedere gewenste plaats in het hart en de grote bloedvaten. De eigenlijke catheterisatietechniek is nu zover ontwikkeld, dat bijkans iedere plaats in de centrale circulatie met een hartcatheter kan worden bereikt. De meting van de bloeddruk kan, dankzij de ontwikkeling van voortreffelijke meetsystemen, snel en betrouwbaar worden uitgevoerd, al zijn nog niet aile uit catheterbewegingen voortkomendeartefacten steeds te vermijden. De nieuwe intravasale drukmeters, waarbij het voor druk gevoelige element zich in de punt van de hartcatheter bevindt, wilen hierin waarschijnlijk verbetering kunnen brengen. Deze meetsystemen bevinden zich echter nog in een experimenteel stadium en lang niet alle er mee samenhangende problemen (nulpunt, ijking) zijn opgelost. De bepating van de zuurstofverzadiging van het bloed kan met behulp van een direct met de hartcatheter verbonden cuvette oxymeter worden uitgevoerd. Hoewel deze methode een hoge graad van perfectie heeft bereikt, is ook op dit gebied door intravasale meting (fiber optics oxymetrie) misschien nog verdere vooruitgang te bereiken. De mogelijkheden tot meting van de bloedstroomsterkte zijn zonder twijfel nog minder groot dan die voor bepaling van de bloeddruk en de zuurstofverzadiging. Nu moet bij een beschouwing over dit onderwcrp direct onderscheid worden gemaakt tussen de meting van de bloedstroomsterkte gemiddeld over een zekere tijd en de registratie van de momentane bloedstroomsterkte, die evenals de bloeddruk binncn de hartcyclus aan grote variaties onderhevig is. Zou een ideale methode voor het laatste beschikbaar zijn, dan zou ook de gemiddelde stroomsterkte over een bepaalde tijd uit de aldus geregistreerde curve door integratie gemakkelijk gevonden kunnen worden. Bij de meting van de bloeddruk bestaat in feite deze situatie. De bloeddrukvariaties op een bepaalde plaats in het vaatstelsel kunnen met voldoende snelle meetsystemen getrouw worden geregistreerd; de bepaling van de gemiddelde druk over een bepaalde tijd, bijvoorbeeld een hartcyclus, biedt dan ook geen noemenswaardige moeilijkheden.In zijn overzicht van de methoden, welke ten dienste staan voor de meting van de stroomsterkte van het bloed in arterien en venen, maakt Wetterer onderscheid tussen directe en indirecte methoden. BiJ de directe methoden wordt de stroomsterkte met behulp van een op, om of in het bloedvat geplaatst instrument rechtstreeks gemeten; bij de indirecte methoden wordt de stroomsterkte berekend uit het transport van een indicatorstof. Een voorbeeld van een directe methode is de bristle flowmeter, waarbij de verplaatsing wordt gemeten welke een in het bloed, loodrecht op de stroomrichting, aangebrachte snaar ondervindt. Een ander voorbeeld is de electromagnetische bloedstroommeter, waarbij de electromotorische kracht welke bij de beweging van het bloed door een magneetveld wordt opgewekt, wordt gemeten. Voorbeelden van indirecte methoden zijn de kleurstofverdunningsmethoden en de bepalingen, die berusten op het principe van Fick. Hoewel deze indeling in directe en indirecte methoden niet scherp is -een enkele methode, bijvoorbeeld de Thermostromuhr (2 .8), is er niet met zekerheid in te passen -voldoet hij wel voor de praktijk, temeer daar hij aansluit bij de bovengenoemcle onderscheiding tussen metingen van de momentane en van de gemiddelde stroomsterkte. Met de indirecte methoden wordt steeds een gemiddelde stroomsterkte over een bepaalde tijd gemeten, terwijl met de directe methoden veelal een getrouwe registratie van de momentane stroomsterkte mogelijk is.De ontwikkeling van de indirecte methoden heeft reeds in de vorige eeuw een aanvang genomen. De gemiddelde bloedstroom door de longen, meestal uitgedrukt als minuutvolume van de rechter ventrikel ('hartminuutvolume'), is reeds sinds de introductie van het principe van Fick33(1870) en de fraaie onderzoekingen van Zuntz en Hagemann bij het paard (1898) in beginsel uitvoerbaar, al werd de toepassing ervan bij de mens pas goed mogelijk na de ontwikkeling van de hartcatheterisatie (Forsmann35, 1929, Richards105;en Cournand16, 1945). Grote vooruitgang op dit gebied kwam door de invoering van de indicatorverdunningsmethoden, die weliswaar teruggaan op de fundamentele onderzoekingen van Stewart117 (1897), maar die pas van practische betekenis werden door het baanbrekende werk van Hamilton en medewerkers 65. Onder deze methoden nemen momenteel de kleurstofverdunningsmethoden de eerste plaats in. Yerschillende betrouwbare meetsystemen zijn ontwikkeJd en de methode is geschikt gebleken voor de gelijkti]dige bepaling van het minuutvolume van de rechter en de linker ventrikel bij patienten met shunts tussen de grote en de kleine circulatie. Onder de directe methoden voor de meting van de bloedstroomsterIde nemen op dit ogenblik de electromagnetische en de ultrasone bloedstroommeters de eerste plaats in. iHet beide methoden zijn verrassende resultaten bereikt, zoals de gelijktijdige meting van de stroomsterkte in verscheidene takken van het coronair-systeem met een sine wave electro-magnetische bloedstroommeteri5 en de registratie van de bloedstroomsterkte in de aorta van vrijzwemmende zeezoogdieren met een ultrasoon meetsysteem40. Echter moet voor de toepassing van beide methoclen de thorax worden geopend en het bloedvat waarin de stroom moet worden gemeten, vrijgeprepareerd. Dit beperkt het gebruik ervan tot het dierexperiment, afgezien van een sporadische toepassing bij de mens tijdens een 0peratie.Directe stroommeting bij de mens veronderstelt een cathetermethode, dat wil zeggen een methode die geen andere ingreep vereist dan het inbrengen van een of meer hartcatheters. Hoewel er enkele van cleze methoden zijn ontworpen en beproefd (zie 2.112.13), laten de resultaten nog zoveel te wensen over dat het alleszins gerechtvaardigd is naar andere methoden te zoeken. Het zoeken naar een betrouwbare cathetermethode voor meting van de bloedstroom vindt trouwens niet aileen zijn rechtvaardiging in de toepassingsmogelijkheid bij patienten. Ook het dierexperimenteel onderzoek zou ten zeerste gebaat zijn met zulk een methode, dat bij de thans gebruikelijke methoden of welbij open thorax moet worden gewerkt of tot moeilijke en tijdrovende proeven met geimplanteerde meetsondes moet worden overgegaan.In dit proefschrift wordt na een overzicht van de tot nu toe ontwikkelde methoden voor directe bloedstroommeting (hoofdstuk 2), waarbij op de in het kader van dit onderzoek gebruikte electro-magnetische bloedstroommeter wat uitvoeriger wordt ingegaan, verslag uitgebracht van een onderzoek, dat er in eerste instantie op was gericht met behulp van in hartcatheters gemonteerde thermistors een bij de mens toepasbare methode voor directe meting van de bloedstroomsnelheid te ontwikkelen. Het principe van deze methode is het electrisch tot ongeveer 20°C boven de bloedtemperatuur verhitten van een speldeknopgrote thermistor, die nabij de punt in de zijwand van een hartcatheter is gemonteerd. De mate waarin het langsstromende bloed de thermistor afkoelt en daardoor diens weerstand doet toenemen, hangt af van de stroomsnelheid van het bloed. De weerstand van de thermistor worclt continu gemeten. Een overzicht van hetgeen door andere onderzoekers onder toepassing van dit principe is tot stand gebracht, wordt gegeven in hoofdstuk 3.Bij het monteren van thermistors in hartcatheters werden vele moeilij kheden ondervonden, aarvoor tenslotte een bevredigende oplossing erd gevonden (hoofdstuk 5). Reeds bij de modelproeven die met de thermistorcatheters werden uitgevoerd (hoofdstuk 4), kwam echter aan het licht dat de mogelijkheden van deze meetmethode beperkt ziJn en dat deze beperkingen ten dele van fundamentele aard zijn. Dat registraties met thermistorcatheters niettemin in sommige gevallen inzicht in de circulatieverhoudingen kunnen verschaffen, wordt in hoofdstllk 6 aan de hand van een aantal voorbeelden getoond.De oorspronkelijk voor directe stroommeting ontworpen apparatllUf bleek, na enkele wijzigingen, zeer geschikt voor de uitvoering van een indirecte methode ter bepaling van de bloedstroomsterkte: de thermodilutiemethode. Rierbij wordt de passage van een ingespoten hoeveelheid koude vloeistof met behulp van een als thermometer functionerende, stroomafwaarts van de injectie plaats gelegen thermistor, geregistreerd. Hoofdstuk 7 geeft een overzicht van de geschiedenis en de grondslagen van de thermodilutiemethode, terwijl in hoofdstuk 8 zowel de door ons toegepaste apparatuur en werkwijze, als enige kri tische beschouwingen en een aan tal resultaten worden gepresenteerd. Hieruit blijkt dat voor het opnemen van thermodilutiecurves aan het gebruik van hoogohmige thermistors de voorkeur dient te worden gegeven boven elke andere methode. Tevens wordt aannemelijk gemaakt, dat de in een zeer dun nylonslangetje gemonteerde hoogohmige thermistor voor het eerst een betrouwbare hartminuutvolumebepaling bij zuigelingen mogelijk zal maken