Het begrip gemiddelde systemische vullingsdruk

Dit hoofdstuk is voor geen enkel onderdeel van de syllabus 2017 van de CICM Primary relevant, omdat het college zijn examenkandidaten nooit heeft gevraagd wat de begrippen gemiddelde systemische en gemiddelde vullingsdruk van de bloedsomloop eigenlijk betekenen. Deze termen duiken echter op verschillende plaatsen op. In principe zal elke situatie die vraagt om een bespreking van de determinanten van cardiale output, veneuze return, preload of centrale veneuze druk, op een punt komen waarop men op zijn minst MSFP zal moeten noemen, zo niet moet uitleggen. Daarom vond de auteur het nodig er een hele aparte pagina aan te wijden, om enkele misverstanden uit de weg te ruimen, voornamelijk die van hemzelf.

Samengevat:

De beste inleiding tot dit onderwerp is waarschijnlijk het artikel van Carl F. Rothe (1993), geschreven met de autoriteit van iemand die in de voorgaande drie decennia baanbrekend onderzoek over dit onderwerp heeft verricht. Hoewel het concept goed aanvaard is in de medische literatuur, is de toepassing ervan op de interpretatie hemodynamische fysiologie niet zonder controverse. Indien een CICM cursist echter te competent zou argumenteren tegen het concept, zou hij zichzelf in de hachelijke positie kunnen brengen dat hij correcter is dan de examinator. Met het oog op een geslaagde examenuitvoering kan de vraag naar het nut van deze variabele of naar de geldigheid van Guytons hemodynamisch model het beste worden ontweken.

Bloeddruk bij afwezigheid van circulatie

Om enkele van de onderstaande definities heen te lopen, kan men gerust stellen dat de gemiddelde vullingsdruk van de bloedsomloop in feite de druk is die wordt uitgeoefend door het bloed dat zich in de bloedsomloop van een dood lichaam verzamelt. Beschouw het volgende gedachtenexperiment, uitgelegd aan de hand van een reeks diagrammen. Theoretisch zou één diagram voldoende zijn geweest, maar deze website heeft een lange geschiedenis van overdrijven.

Dus. Slagaders hebben meestal een hoge gemiddelde druk, en aders hebben meestal een lage gemiddelde druk, met de haarvaten ergens ertussenin. De hoge arteriële druk is hoofdzakelijk te wijten aan de druk die door de hartpompwerking wordt opgewekt, alsmede (in mindere mate) aan de gespierdheid van de arteriële wanden. De lage veneuze druk is deels te wijten aan de geringe spiertonus in de wanden van deze vaten, en deels aan het feit dat de pompwerking van het hart de centrale aders voortdurend decompresseert.

Hoewel, als de arteriële polsdruk daalt (b.v. als het hart faalt), daalt de arteriële druk. Tegelijkertijd stijgt de centrale veneuze druk, omdat de pompwerking van het hart niet meer zoveel vloeistof uit de veneuze circulatie verwijdert, waardoor de veneuze druk ook toeneemt.

Nu, laten we zeggen dat het hart stopt. De pulserende pompwerking houdt op en de slagaderlijke druk daalt scherp. De bloedstroom stopt echter niet volledig. De slagaders, die gespierder zijn, oefenen een grotere druk uit op hun bloedinhoud dan de aders, en wegens deze drukgradiënt vloeit een deel van het arteriële circulatievolume geleidelijk over in de veneuze circulatie wanneer het hart is gestopt. Dit volume bedraagt ongeveer 4ml/kg, d.w.z. ongeveer 300ml in een mens van normale grootte, of ongeveer 6% van het totale circulatievolume. Deze waarden zijn afkomstig van Rothe (1976), die bij honden een hartstilstand veroorzaakte en vervolgens de hoeveelheid bloed mat die hij uit hun centrale venen moest verwijderen om hun centrale veneuze druk op een stabiel punt van vóór de hartstilstand te houden.

Dus wordt een deel van het volume uiteindelijk herverdeeld naar de veneuze zijde van de circulatie en na een voldoende lange tijd stijgt de veneuze druk en daalt de arteriële druk, totdat beide drukken in evenwicht zijn. Dit is de gemiddelde vullingsdruk van de bloedsomloop, of “mittlere Druck der Fliissigkeit”.

Het valt op dat er gedurende dit hele proces ergens in het bloedvatenstelsel een punt is dat op een stabiele druk blijft (die toevallig de MCFP is), ongeacht de catastrofale gebeurtenissen die in de rest van het organisme weerklinken. Rothe (1993) meende dat dit waarschijnlijk gebeurt in kleine venulen (minder dan 1mm diameter), en dat deze niet constant is – aanwezig op verschillende punten van verschillende organen, en voortdurend veranderend afhankelijk van de heersende omstandigheden.

Mean systemic and mean circulatory filling pressures

Mean circulatory filling pressure (MCFP) is de druk in het gehele circulatoire systeem in afwezigheid van stroming. Het is de druk die door de wanden van de circulatie (met inbegrip van het hart en de longvaten) op de vloeistofinhoud wordt uitgeoefend, en kan dus worden beschouwd als een maat voor het elastische terugslagpotentieel dat in die wanden is opgeslagen. Hij werd door Arthur Guyton gedefinieerd als

“De druk die op alle punten in het volledige bloedvatenstelsel zou worden gemeten als het hart plotseling zou stoppen en het bloed onmiddellijk zo zou worden herverdeeld dat alle drukken gelijk zouden zijn.”

De gemiddelde systemische vullingsdruk (MSFP) is de druk in alleen het systemische circuit, d.w.z. zonder rekening te houden met het hart en de longcirculatie, ook in afwezigheid van stroming. Dit is gewoonlijk de druk waarin men geïnteresseerd is wanneer men het heeft over cardiale voorspanningskrommen en vasculaire functiecurven, omdat men denkt dat dit de druk is die het bloed langs een drukgradiënt naar de rechterboezem stuwt.

De gemiddelde cardiopulmonaire vuldruk is derhalve de gemiddelde druk in de bewegingsloze hartkamers en de pulmonale circulatie. Deze variabele is een noodzakelijke tegenhanger van MSFP, maar wordt zelden besproken. Zij is gewoonlijk ongeveer 3 mmHg hoger dan de MSFP, hoofdzakelijk wegens de hogere elastantie van de hartkamers. Het kan aan het bed worden gemeten door gelijktijdig alle grote vaten af te klemmen en het hart te stoppen.

Menselijke metingen van de gemiddelde systemische vullingsdruk

Na hele bergen dode bastaardhonden te hebben opgewekt, konden Guyton en zijn medewerkers met zekerheid zeggen dat de MSFP bij de meeste middelgrote zoogdieren waarschijnlijk rond 7-8 mmHg ligt. Menselijke gegevens waren moeilijker te verzamelen in de verlichte wetenschappelijke omgeving van na Neurenberg, aangezien hartstilstand een van de belangrijkste vereisten is voor een nauwkeurige meting. De vindingrijkheid van onderzoekers heeft ons echter enige informatie opgeleverd die Guyton in grote lijnen bevestigt. Schipke e.a. (2003) slaagden erin een tachtigtal mensen ervan te overtuigen hun MSFP te laten meten tijdens een geïnduceerde hartstilstand (VF, tijdens het implanteren van een AICD) en vonden MSFP-waarden rond 12 mmHg. De onderzoekers klaagden dat de duur van de hartstilstand (~13 seconden) niet lang genoeg was om goede metingen te krijgen: de arteriële en veneuze druk waren nooit in evenwicht. Een latere studie van Repessé et al. (2015) had dit probleem niet, omdat zij dode IC-patiënten gebruikten die toevallig CVC’s en arteriële lijnen hadden; en opnieuw was de MSFP rond de 12 mmHg. Hun gegevens worden hieronder weergegeven, ter demonstratie van het concept.

Determinants of mean systemic filling pressure

Volgend uit het bovenstaande, moeten er twee belangrijke factoren zijn die de MSFP bepalen:

• Tone of the smooth muscle in the systemic circulation, en
• Volume of fluid in the systemic circulation.

De tonus van de gladde spieren die de wanden van de bloedsomloop vormen, is duidelijk iets dat een rol gaat spelen in de elastische terugslagdruk die de MSFP oplevert. Repessé et al. (2015) vermeldden in de hierboven reeds beschreven studie dat de MSFP bij overleden patiënten die noradrenaline hadden gekregen hoger was (rond 14-15 mmHg), wat logisch is omdat noradrenaline een krachtige arterio- en venoconstrictor is. Daarentegen leverde een veel vroegere studie van Starr (1940) metingen van 5,6 mmHg op bij lichamen die reeds verscheidene uren dood waren, wat waarschijnlijk het geval is wanneer alle gladde spiertonus onomkeerbaar verloren is gegaan.

Volume in het bloedvatenstelsel speelt uiteraard ook een rol. Het gieten van vloeistof in een vat oefent druk uit op de wanden van dat vat, en in de bloedsomloop is de druk die deze zachte squishy wanden produceren voornamelijk afhankelijk van de tonus van de gladde spieren (zie boven). Vaak vindt men dit begrip gescheiden in het “onbelaste” en het “belaste” volume. Het “onbelaste” volume zou een volume vloeistof (vermoedelijk bloed) in de bloedsomloop zijn dat geen “spanning” op de wanden uitoefent, d.w.z. waar het meten van de MSFP een druk van 0 mmHg zou opleveren. Volgens Young (2010) en Magder (2016) beschrijft het “unstressed volume” ongeveer 85% van het totale veneuze bloedvolume: in een circulatie met minimale sympathische tonus draagt slechts ongeveer 15% van het totale bloedvolume bij aan het genereren van de MSFP.

Logisch gezien is het “stressed volume” dus “het volume bloed dat uit de vasculatuur moet worden verwijderd om de transmurale druk van de vaten van de bestaande waarde tot nul te verlagen”. Volgens Rothe (1983) zijn deze volumes zuiver hypothetische constructies, “berekend door extrapolatie van het lineaire gedeelte van de capaciteitsrelatie tot nul transmurale druk”. De echte curve wordt minder lineair bij zeer lage MSFP-waarden (onder 5mmHg), zoals werd aangetoond door Lee et al (1988):

Het ongestresste volume is dus waarschijnlijk niet volledig ongestresseerd. In ieder geval zou het tegen de logica indruisen als de intravasculaire druk nul mmHg zou zijn, omdat zelfs één milliliter vloeistof een druk uitoefent die niet nul is op de wanden van de kamer waarin hij zich bevindt.

De betekenis en relevantie van de gemiddelde systemische vullingsdruk

Het Guyton-model suggereert dat de bloedstroom die naar het hart terugkeert, hoofdzakelijk wordt gestuurd door deze gemiddelde systemische vullingsdruk. Dit is de druk waaruit het bloed stroomt en de CVP is de druk waarnaar het stroomt, waarbij de veneuze vasculaire weerstand wordt overwonnen. Cardiale output speelt in dit model geen rol bij het bepalen van de druk in de veneuze circulatie.

Niet iedereen is het erover eens dat deze concepten enige wetenschappelijke waarde hebben. Magder (2006), Brenglemann (2003) en Henderson et al (2010) gaan hier dieper op in, maar hier wordt volstaan met de opmerking dat diverse serieuze studenten fysiologie zich hebben verzet tegen Guyton’s experimentopzet, meetmethodologie en basisredenering. De CICM-student wordt echter geadviseerd vrede te sluiten met deze controverse en deze hemodynamische sjibbolet uit het hoofd te leren alsof het een Newtoniaanse wet is. Dit concept is erg populair en het risico bestaat dat de examinator die tegenover je aan tafel zit een groot voorstander is. De rocksterren van FOAM (bv. Jon-Emile Kenny, van PulmCCM) verlenen het concept ook geloofwaardigheid door het meer bekendheid te geven. Bovendien vermeldden de examinatoren in hun commentaar bij vraag 19 van het eerste paper van 2014 dat “extra punten werden toegekend voor beschrijvingen van de relatie met de gemiddelde systemische vullingsdruk en andere invloeden daarbuiten”. Kortom, MSFP slaagt voor de examens.