Abstract

Adequate function of the heart and circulatory system is necessary for oxygen supply and tissue perfusion. In patients undergoing cardiac surgery, these may be compromised even prior to the surgical procedure. Surgery, anesthesia, and the use of cardiopulmonary bypass (CPB) may further worsen cardiovascular performance and compromise oxygen supply in the end-organs such as the brain and kidneys. This can lead to end-organ dysfunction and death. Healthcare costs increase due to the prolonged intensive care and hospital stays.

In cardiac surgical patients, accurate hemodynamic monitoring and treatment is crucial, as these have been demonstrated to improve patient outcome. A pulmonary artery catheter (PAC) is utilized to monitor several hemodynamic variables valuable in evaluating cardiovascular function. Inserting a PAC is an invasive procedure and is associated with some potential risks. Therefore, less invasive devices and methods have been developed to replace the PAC.

In study I, we compared the noninvasive Starling SV and mini-invasive LiDCOrapid, which are continuous cardiac output monitors, to PAC in cardiac surgical patients with CPB. The trending ability of both devices was poor. LiDCOrapid showed sufficient accuracy, while the accuracy of the Starling SV was poor. Neither of the devices demonstrated sufficient measurement precision.

In study II, we compared central venous oxygen saturation (ScvO₂) values to mixed venous oxygen saturation (SvO₂) values drawn from a PAC. ScvO₂ values showed acceptable accuracy. The precision of ScvO₂ was inadequate, as was its trending ability.

Study III was performed to evaluate the association between transcranial near-infrared spectroscopy (NIRS) and cardiac index (CI) measured with PAC during cardiac surgery. The analysis of separate NIRS and CI pairs revealed a poor association. When the changes in NIRS from baseline or from the previous measurement were compared to those of CI, a significant association was discovered. This was particularly evident in patients undergoing off-pump coronary artery bypass (OPCAB).

In conclusion, CI values measured with Starling SV and LiDCOrapid, or ScvO₂ are not reliable enough to replace measurements obtained with a PAC in cardiac surgical patients. However, transcranial NIRS and CI demonstrate a significant association during cardiac surgery.

Tiivistelmä

Sydänleikkauspotilaiden sydän- ja verenkiertoelimistön toimintakyky voi olla heikentynyt jo ennen leikkausta. Leikkaus, anestesia ja sydänkeuhkokoneen käyttö huonontavat tilannetta entisestään niin, että kudosten riittävä hapensaanti saattaa vaarantua. Tämä voi johtaa elinvaurioiden syntymiseen, kuolleisuuden nousuun, hoitoaikojen pitenemiseen ja terveydenhuollon kustannusten kasvuun.

Tarkka verenkierron riittävyyden arviointi on ensiarvoisen tärkeää sydänleikkauspotilaiden hoidossa ja sillä voidaan vaikuttaa potilaan ennusteeseen. Verenkierron riittävyyttä voidaan arvioida keuhkovaltimokatetrin avulla, mutta sen käyttöön liittyy mahdollisia haittoja. Tämän vuoksi on kehitetty vähemmän kajoavia laitteita ja menetelmiä korvaamaan keuhkovaltimokatetrista saatavaa tietoa.

Ensiksi vertasimme vähemmän kajoavan LiDCOrapid- ja täysin kajoamattoman Starling SV-monitorin antamia sydämen minuuttitilavuusarvoja (CI) keuhkovaltimokatetrista saataviin arvoihin sydänleikkauksissa, joissa käytettiin sydänkeuhkokonetta. Molempien vertailulaitteiden kyky seurata arvojen muutoksia oli huono. Yksittäisissä arvoissa LiDCOrapid-laitteen tarkkuus oli riittävä, kun taas Starling SV-monitorin tarkkuus oli huono. Kummankaan laitteen täsmällisyys ei ollut riittävä.

Toiseksi tutkimme keskuslaskimoveren happisaturaation (ScvO₂) luotettavuutta verrattuna keuhkovaltimokatetrista otettuun sekoittuneen laskimoveren happisaturaatioon (SvO₂). ScvO₂-arvot olivat riittävän tarkkoja, mutta niiden täsmällisyys ja kyky seurata SvO₂-arvojen muutoksia olivat riittämättömät.

Kolmanneksi vertasimme aivojen lähi-infrapunaspektroskopia-arvoja (NIRS) keuhkovaltimokatetrin avulla mitattuihin CI-arvoihin. Yksittäisten NIRS- ja CI-arvojen välinen yhteys oli heikko. Kun tarkasteltiin NIRS-ja CI-arvojen muutoksia joko lähtötilanteeseen tai edelliseen lukemaan verrattuna, muutosten välillä todettiin tilastollisesti merkitsevä yhteys etenkin ohitusleikkauksissa, jotka toteutettiin ilman sydänkeuhkokonetta.

Yhteenvetona todetaan, että LiDCOrapid ja Starling SV eivät ole tarpeeksi luotettavia korvaamaan keuhkovaltimokatetrin avulla mitattuja CI-arvoja sydänleikkauspotilailla. ScvO₂- ja SvO₂-arvot eivät ole keskenään vaihtokelpoisia sydänkirurgian aikana ja sen jälkeen. Sen sijaan aivojen NIRS-arvojen muutokset kuvastavat sydämen toimintakyvyn muutoksia sydänleikkauspotilailla.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Ylikauma, L. A., Lanning, K. M., Erkinaro, T. M., Ohtonen, P. P., Vakkala, M. A., Liisanantti, J. H., Juvonen, T. S., & Kaakinen, T. I. (2022). Reliability of bioreactance and pulse-power analysis in measuring cardiac index in patients undergoing cardiac surgery with cardiopulmonary bypass. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia, 36(8), 2446–2453. https://doi.org/10.1053/j.jvca.2021.11.039

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

2. Lanning, K. M., Erkinaro, T. M., Ohtonen, P. P., Vakkala, M. A., Liisanantti, J. H., Ylikauma, L. A., & Kaakinen, T. I. (2022). Accuracy, precision, and trending ability of perioperative central venous oxygen saturation compared to mixed venous oxygen saturation in unselected cardiac surgical patients. Journal of Cardiothoracic and Vascular Anesthesia, 36(7), 1995–2001. https://doi.org/10.1053/j.jvca.2021.08.103

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

3. Lanning, K. M., Ylikauma, L. A., Erkinaro, T. M., Ohtonen, P. P., Vakkala, M. A., & Kaakinen, T. I. (2023). Changes in transcranial near‐infrared spectroscopy (NIRS) values reflect changes in cardiac index during cardiac surgery. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. Advance online publication. https://doi.org/10.1111/aas.14210