Poruchy mikrocirkulace v kritických stavech Můžeme je ovlivnit ? Vladimír Černý
Klinika anesteziologie, resuscitace a intenzivní medicíny Univerzita Karlova v Praze, Lékařská fakulta v Hradci Králové Fakultní nemocnice Hradec Králové
Obsah 1. Mikrocirkulace – základní údaje a metody 2. Dysfunkce mikrocirkulace 3. Vliv vybraných intervencí na mikrocirkulaci 4. Souhrn pro klinickou praxi
Mikrocirkulace – základní údaje n
Struktura – Arterioly – Kapiláry ≤ 300 um • • • •
2000 kapilár/1 mm2 Small (< 25 um) Medium (25-50) Large (> 50)
– Venuly – A-V anastomozy
Lymfatický systém
5-9 um
„konečná“ kapilára 20-30 um
Mikrocirkulace – základní údaje n
Struktura – Odlišnost jednotlivé orgány a tkáně – Heterogenita intraorgánová
n
Regulace „průtoku“ – – – – –
Systémová-regionální-lokální-myogenní úroveň Není kontinuální průtok, ale „on-off“ ptO2 + aktuální metabolická aktivita tkání Fenomén „vasomotion“ Vaskulární reaktivita a její změny (změny homeostázy, farmaka)
Kosterní sval (potkan)
Turek, Cerny, Parizkova: Noninvasive in vivo assessment of the skeletal muscle and small intestine serous surface microcirculation in rat: Sidestream dark-field (SDF) imaging, Physiol Research, 2007
Játra (potkan)
Cerny V., Turek Z., Parizkova R. In situ assessment of the liver microcirculation in mechanically ventilated rats using Sidestream dark-field (SDF) imaging. Physiological Research (in press)
Ileum seroza (potkan)
Turek, Cerny, Parizkova: Noninvasive in vivo assessment of the skeletal muscle and small intestine serous surface microcirculation in rat: Sidestream dark-field (SDF) imaging, Physiol Research, 2007
Ileum mukoza (prase)
Effect of fluid challenge on microcirculation in septic pigs – comparison of different types of solutions (vlastní data)
Mikrocirkulace – jak lze sledovat ?
Orthogonal polarization spectral (OPS) Sidestream dark-field imaging (SDF)
Neinvazivní metoda zobrazující mikrocirkulaci v rozptýleném zeleném polarizovaném světle
SDF
Zobrazuje pohybující se i stojící sloupec erytrocytů Validace proti intravitální mikroskopii OPS Cerny V., Turek Z., Parizkova R.: Orthogonal polarization spectral imaging: A Review. Physiological Research, 2007
Dysfunkce mikrocirkulace Co to je ?
Endotel = centrální orgán mikrocirkulace
Constitutive phenotype vasodilatatory
anticoagulant
anti-adhesive
Aird. Aird. Crit Care Med 2002; 30:S180
Endotoxin
Cytokines Complement Hypoxia
protrombotic/antifibrinolytic
leukocyte adhesion
RNOS
vasomotion
cytokines
Activated, damaged
Vascular tone Aird. Aird. Crit Care Med 2002; 30:S180
Hemostasis
Cell adhesion
Dysfunkce mikrocirkulace je multifaktoriální
vasoconstriction sis y l o ibrin â F
Endothelial dysfunction Rheologic changes
tion a l u oag á C
WBC WBC WBC
RBC
Oxidative stress
RBC
Inflammation
microthrombosis
RBC
WBC WBC
Cell adhesion
Normální nález
Dysfunkce mikrocirkulace 1. Snížená denzita kapilární sítě (functional capillary density = FCD) 2. Zvýšení podílu „nonperfused“ nebo „intermitenttly perfused“ kapilár
Dysfunkce (septický šok)
3. Obnovení normálního stavu po topické aplikaci acetylcholinu
Vlastní data – sublinguální sliznice, metoda SDF
Dysfunkce mikrocirkulace jako zásadní mechanismus patogeneze MOF ? Porucha mikrocirkulace a její zlepšení predikují spolehlivě klinický výsledek … Sakr 2004 Příznivý efekt EGDT svědčí proti konceptu „porucha utilizace energie“ ve prospěch časného obnovení DO2 a zlepšení mikrocirkulace … Rivers 2001 Zvýšení mikrovaskulární perfuze pomocí dobutamin/tekutiny vede k poklesu sublinguální hodnoty pCO2 a laktátu … Creteur 2003, De Backer 2004
Dysfunkce mikrocirkulace v kritických stavech – jaká je evidence ?
Verdant C., Curr Opin Crit Care 2005
Dysfunkce mikrocirkulace není to jen „epifenomén“ ?
Evidence dysfunkce mikrocirkulace u řady kritických stavů je prokázána, ale … … význam dysfunkce mikrocirkulace v patogenezi MOF je nadále diskutován … Chierego M., Minerva Anest 2006
Vyskytuje dysfunkce mikrocirkulace jen v kritických stavech ? … řada pacientů může mít již dysfunkci před vznikem kritického stavu Jsou více rizikoví než ostatní pacienti bez preexistující dysfunkce ?
Dysfunkce mikrocirkulace je popisována u řady stavů …
Obezita a diabetes
Mikrovaskulární denzita mm/mm2 1200
− porucha tzv. funkční hyperemie − snížená vasodilatační odpověď − zvýšená basální vasokonstrikce − snížení kapilární denzity − snížení jaterní perfuze
*p<0,05 1000
800
Lean Rats 600
400
Obese Rats
200
0
Hodnett B: Regulation of Muscle blood flow in obesity, Microcirculation, 2007
Efekt cvičení na kapilární denzitu u obezních a diabetických potkanů
Mikrovaskulární denzita mm/mm
2
900
*p<0,05 800
700
Lean SED Lean EX Obese SED Obese EX
600
Frisbee JC: Obesity, insulin resistance, and microvessel density, Microcirculation, 2007
Vybrané intervence a mikrocirkulace
Mikrocirkulace jako cíl intervencí ? n
Dopad „ICU intervencí“ na mikrocirkulaci jen málo studován …
n
Perzistující alterace mikrocirkulace i po dosažení „cílových hodnot“ krevního tlaku
„Open and keep open“
„ICU“ intervence a mikrocirkulace Teplota Farmaka Dialýza
Tekutiny FIO2 paCO2 UPV Sedace Hluk
… a mnoho dalších
1. Manipulace s paCO2 a paO2 2. Tekutinová léčba − Množství − Typ tekutin
3. (Farmaka)
pCO2 ? n n n n n
Králíci UPV „Ear chamber“ Intravitální mikroskopie/video pCO2 – 20/40/60/80/100/125/150 torr
80 torr
Manipulace s FIO2 Hyperoxie
FIO2 a mikrocirkulace ?
Effect of short term hyperoxia on microcirculation in fluid challenged anesthetized pigs
(n = 8)
4
5
Anestezie Instrumentace FIO2 0,4
SDF – ileum SDF – sublinguálně
SDF Fluid challenge
FIO2 1,0
pO2
FIO2 0,4
SHORT TERM HYPEROXIA BEFORE AND AFTER (PIGS UNDER GENERAL ANESTHESIA, FLUID CHALLENGED, SUBLINGUAL
FIO2 1,0
SHORT TERM HYPEROXIA BEFORE AND AFTER (PIGS UNDER GENERAL ANESTHESIA, FLUID CHALLENGED)
SUBLINGUAL 260 250 240 230 220
FCD cm/cm2
210 200 190
FIO2 0,4
FIO2 1,0
234 (10)
216 (16) ∗
*P=<0,001 Data as mean (SD)
180
FIOFCD_4_SL 2 40%
FCD_5_SL FIO 2 100%
FIO2 0,4
SHORT TERM HYPEROXIA BEFORE AND AFTER (PIGS UNDER GENERAL ANESTHESIA, FLUID CHALLENGED, ILEUM
FIO2 1,0
SHORT TERM HYPEROXIA BEFORE AND AFTER (PIGS UNDER GENERAL ANESTHESIA, FLUID CHALLENGED)
ILEUM 390 380 370 360
FCD cm/cm2
350 340
FIO2 0,4
FIO2 1,0
348 (6)
361 (16) ∗
*P=<0,001 Data as mean (SD)
330 FCD_SDF_4 FIO 2 40%
FCD_SDF_5 FIO 2 100%
SHORT TERM HYPEROXIA BEFORE AND AFTER PIGS UNDER GENERAL ANESTHESIA, FLUID CHALLENGED)
ILEUM
Sepse
380
360
340
320
300
FCD cm/cm2
280
260 FIO2_40%
FIO2_100%
FIO2 0,4
FIO2 1,0
290
346∗
*P=<0,001 Data as mean (SD)
Tekutiny a mikrocirkulace n n n
Množství tekutin Typ roztoku Načasování objemové resuscitace ? Je vztah mezi nadbytkem tekutin v organismu a mikrocirkulací ? Jaký typ tekutin je výhodnější z pohledu ovlivnění dysfunkce mikrocirkulace ? Jakou úlohu má načasování objemové resuscitace ?
Kolik tekutin ?
Hypervolemická diluce a mikrocirkulace ?
n
– 20 ml/kg/h po dobu 3 hodin – 40 kg prase = 2400 ml/3h n n
C h a n g e s F C D d u r in g h y p e r v o le m ic h e m o d ilu t io n
Prase (n=5), celková anestezie, ileostomie, Roztok H1/1
SDF: T0, T1, T2, T3 FCD analýza off-line
0 ,0 3 8
*
0 ,0 3 7
0 ,0 3 6
FCD (um/um2)
n
*
0 ,0 3 5
0 ,0 3 4
0 ,0 3 3
0 ,0 3 2
*=p<0,05 (vs. T0)
0 ,0 3 1 0
1
2
3
Turek, Cerny: Prolonged hypervolemic hemodilution impairs functional capillary density of ileal mucosa in pigs (Anesthesia and Analgesia, submitted)
Jaké tekutiny ?
Koloidy a mikrocirkulace - splanchnikus Hypertonic/hyperoncotis resuscitation after intestinal superior mesenteric occlusion … early effect on circulation and intestinal reperfusion Heimann, Shock, 2000, 14, 24-29.
n n n
Prasata s okluzí a. mesenterica sup. FR, HES 10%, HHES (HES 10%/NaCl 7,5%) Laser Doppler, pHi, laktát
HHES nejlépe a nejrychleji obnovil intestinální mikrocirkulaci …, FR zhoršil mikrocirkulaci
Koloidy a mikrocirkulace - splanchnikus
n n
n
Potkani s hemoragickým šokem Resuscitace: NaCl 0,9%, 7,5%/HES 10% 200/0,5 OPS, velocity
HHS zlepšuje FCD a velocity
Koloidy a mikrocirkulace - splanchnikus
n n n
Potkani s hemoragickým šokem Krev, NaCl 0,9%, NaCl 7,5%, albumin, HES, HES 7,5 Microvascular blood flow (MBF) - Laser Doppler
Pouze resuscitace HES 7,5 obnovila microvascular blood flow na „předšokovou“ hodnotu …
Albumin a mikrocirkulace - splanchnikus
n n n
Křeček, endotoxinový šok Albumin (PEG BSA) vs. Dextran 70 Kožní lalok – FCD, RBC velocity
Systémová hemodynamika stejná, ale mikrocirkulace zlepšena po PEG BSA
Effect of fluid challenge on microcirculation in septic pigs – comparison of different types of solutions Ringerfundin 20 ml/kg
Voluven Tetraspan 5 ml/kg Gelafusin 5 ml/kg 5 ml/kg
Fluid challenge SD F 0
SD F 1
SDF 2
SDF 3
SD F 4
SD F 5
K on ec ins tru m en tace
2 0 m in u t
3 0 m in u t
3 0 m in u t čas
9 0 m in A n es tezie a in s tru m en tace
T0 (A p lik ace L PS )
T1 T2 (F lu id (K on ec ch allen g e) flu id ch allen g e)
T3
T4
F IO2 1 ,0 p o d ob u 10 m in .
T5
Jaký je efekt různých typů náhradních roztoků na mikrocirkulaci mukozy ilea v sepsi ? Box Plot 120
100
80
Změna FCD mukozy ilea (ileostomie) ihned po ukončení fluid challenge
60
Těsně po ukončení fluid challenge není rozdíl mezi roztoky, ale …
Y Axis
40
20
0
P=NS
-20
-40
-60
Ringerfundin Gelafusin Voluven Column: 13 Tetraspan Column: 14 Column: 15 Column: 16 XData
Změna FCD mukozy ilea (ileostomie) za 30 minut po fluid challenge Box Plot
… za 30 minut je rozdíl mezi krystaloidy a koloidy statisticky významný
140
120
100
80
= nižší „FCD expanzivní“ efekt Ringerfundinu ve srovnání s koloidy
Y Axis
60
40
20
0
*P=<0,05 -20
-40
Voluven Column: 5Tetraspan Column: 6 Gelafusin Column: 7 XData
Ringerfundin Column: 8
Načasování objemové resuscitace a mikrocirkulace ?
Mikrocirkulace v sepsi je nezávislá na systémové hemodynamice
Ale…do 48 hodin De Backer D et al.: al.: CCM 2006; 34:403
zatímco do 6 hodin…. Early microcirculatory perfusion derangements in patients with severe sepsis and septic shock: relationship to hemodynamics, oxygen transport, and survival. Trzeciak et al. Ann Emerg Med. 2007 Jan;49(1):88-98
Zdůrazňuje význam tekutinové resuscitace v časných fázích kritických stavů!!
Souhrn 1. Kritický stav = porucha mikrocirkulace 2. ICU postupy mají vysoký potenciál ovlivnění mikrocirkulace 3. Časná tekutinová resuscitace je spojena se zlepšením mikrocirkulace ve srovnání s tzv. pozdní
Souhrn 4. Nadbytek tekutin v intersticiu zhoršuje mikrocirkulaci 5. Koloidy zlepšují mikrocirkulaci ve srovnání s krystaloidy 6. Optimální farmakologickou intervenci k „otevření mikrocirkulace“ nelze formulovat
Je zástava oběhu spojená se zástavou mikrocirkulace ?
Prase č. 14, baseline (před vyvoláním FiK)
Sublinguální mikrocirkulace
Prase č. 14, fibrilace komor, 1.minuta
Sublinguální mikrocirkulace
Prase č. 14, asystolie 5.minuta !
Sublinguální mikrocirkulace
Poděkování mým kolegům, kteří se mnou spolupracují na projektu „Porucha mikrocirkulace tkání a orgánů ve vybraných stavech a možnosti její optimalizace v experimentu a klinice“ MUDr. Zdeněk Turek MUDr. Renata Pařízková Dana Kodejšková Jitka Suchánková Robert Kaniok
