Abstract

Monitoring cardiac output is essential for critically ill patients and patients undergoing high-risk surgeries. Although bolus thermodilution technique with pulmonary artery catheter is considered the gold standard for measuring cardiac output, it is invasive and can cause harm to patients. New, less invasive monitors have therefore been developed. However, results regarding their reliability are conflicting.

The aim of this prospective method comparison study was to evaluate the accuracy, precision and trending ability of less invasive cardiac output monitors compared with bolus thermodilution cardiac output with pulmonary artery catheter in patients undergoing high-risk surgery. The study monitors were a non-invasive bioreactance-based device (Starling SV) and two mini-invasive monitors utilizing either pulse pressure analysis (FloTrac/EV1000) or pulse power analysis (LiDCOrapid). Bioreactance analyses cardiac output through four non-invasive electrode stickers placed on the skin of the thoracic cavity, whereas pulse pressure and pulse power analyses require an arterial line.

In Study I, cardiac output was measured in patients undergoing off-pump coronary artery bypass surgery. The study monitors bioreactance and pulse pressure analysis were accurate, but they were imprecise in measuring cardiac output, and their ability to track changes in cardiac output was insufficient.

The patients in Study II underwent cardiac surgery with cardiopulmonary bypass. Bioreactance showed inaccuracy, whereas pulse power analysis calibrated with pulmonary artery catheter was accurate. Both devices were imprecise, with poor trending ability.

Study III consisted of patients undergoing cytoreductive abdominal surgery with hyperthermic intraperitoneal chemotherapy. Bioreactance and non-calibrated pulse power analysis were accurate, but they were imprecise with insufficient trending ability.

In conclusion, bioreactance, pulse pressure analysis and pulse power analysis were not interchangeable with bolus thermodilution cardiac output with pulmonary artery catheter in measuring cardiac output in the settings of cardiac surgery or cytoreductive surgery with hyperthermic intraperitoneal chemotherapy. Based on these results, their use cannot be recommended in these high-risk surgeries.

Tiivistelmä

Sydämen minuuttitilavuuden monitorointi on tärkeää hoidettaessa suuren riskin leikkaukseen joutuvia ja kriittisesti sairaita potilaita. Keuhkovaltimokatetrin lämpölaimennusmenetelmää pidetään kultaisena standardina sydämen minuuttitilavuuden mittaamisessa, mutta se on kajoava menetelmä, johon voi liittyä haittavaikutuksia. Sen vuoksi on kehitetty uusia, vähemmän kajoavia seurantamenetelmiä. Niiden luotettavuudesta on kuitenkin ristiriitaista tietoa.

Tämän etenevän menetelmävertailututkimuksen tarkoituksena oli arvioida vähemmän kajoavien sydämen minuuttitilavuuden mittareiden tarkkuutta, täsmällisyyttä ja kykyä havaita muutoksia verrattuna keuhkovaltimokatetrin lämpölaimennusmenetelmään suuren riskin leikkauksissa. Tutkimusmonitoreina olivat täysin kajoamaton bioreaktanssiin perustuva Starling SV, sekä vähän kajoavat FloTrac/EV1000 ja LiDCOrapid, joiden toiminta perustuu valtimopainekäyrän analysointiin. Bioreaktanssi analysoi sydämen toimintaa neljän rintakehän iholle laitettavan elektroditarran avulla, kun taas valtimopainekäyrän analyysia varten tarvitaan valtimokanyyli.

Ensimmäisessä osatyössä sydämen minuuttitilavuutta mitattiin potilailla, joille tehtiin sepelvaltimoiden ohitusleikkaus lyövän sydämen tekniikalla. Tutkimusmonitoreina käytetyt bioreaktanssi ja valtimopainekäyrän analyysi (FloTrac/EV1000) olivat tarkkoja mutta eivät täsmällisiä sydämen minuuttitilavuuden mittaamisessa. Niiden kyky havaita muutoksia oli riittämätön.

Toisen osatyön potilaille tehtiin sydänleikkaus sydänkeuhkokoneen avulla. Bioreaktanssi oli epätarkka, mutta valtimopainekäyrän analyysi (LiDCOrapid) kalibroituna keuhkovaltimokatetrin avulla oli tarkka. Kumpikaan tutkimusmonitori ei ollut täsmällinen eikä havainnut luotettavasti sydämen minuuttitilavuuden muutoksia.

Kolmannessa osatyössä bioreaktanssia ja kalibroimatonta valtimopainekäyrän analyysiä (LiDCOrapid) tutkittiin potilailla, joille tehtiin sytoreduktiivinen vatsan alueen leikkaus ja annettiin hyperterminen vatsakalvonsisäinen solunsalpaajahoito. Molemmat monitorit olivat tarkkoja, mutta epätäsmällisiä ja kyvyttömiä havaitsemaan muutoksia luotettavasti.

Yhteenvetona todetaan, ettei bioreaktanssi eikä kumpikaan valtimopainekäyrän analyysi kyennyt luotettavasti mittaamaan sydämen minuuttitilavuutta verrattuna keuhkovaltimokatetrin lämpölaimennusmenetelmään sydänleikkauksessa tai sytoreduktiivisessa vatsan alueen leikkauksessa, jossa annettiin hyperterminen vatsakalvonsisäinen solunsalpaajahoito. Tämän vuoksi niiden käyttöä ei voida suositella sydämen minuuttitilavuuden monitorointiin näissä suuren riskin leikkauksissa.

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., Ohtonen, P. P., Erkinaro, T. M., Vakkala, M. A., Liisanantti, J. H., Satta, J. U., Juvonen, T. S., & Kaakinen, T. I. (2022). Bioreactance and fourth-generation pulse contour methods in monitoring cardiac index during off-pump coronary artery bypass surgery. Journal of Clinical Monitoring and Computing, 36(3), 879–888. https://doi.org/10.1007/s10877-021-00721-0

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

2. 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

3. Ylikauma, L. A., Tuovila, M. J., Ohtonen, P. P., Erkinaro, T. M., Vakkala, M. A., Takala, H. T., Liisanantti, J. H., & Kaakinen, T. I. (2023). Reliability of bioreactance and pulse power analysis in measuring cardiac index during cytoreductive abdominal surgery with hyperthermic intraperitoneal chemotherapy (HIPEC). BMC Anesthesiology, 23(1), 38. https://doi.org/10.1186/s12871-023-01988-3

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version