Ultrasound Assessment of Inferior Vena Cava Collapsibility Is Not a Valid Measure of Preload Changes During Triggered Positive Pressure Ventilation: A Controlled Cross-Over Study

Zusammenfassung

Ziel: Die respiratorischen Veränderungen im Durchmesser der Vena cava inferior (IVC) wurden durch Messung des Volumenstatus und der Vorlastreagilibität während der Spontanatmung und maschinellen Beatmung bewertet. Allerdings erhalten viele Intensivpatienten eine getriggerte Überdruckbeatmung (PPV). Bei dieser Anwendung gibt es keinen Beweis dafür, dass die „Collapsibility“ der IVC (IVCc) als Ersatz für die Vorlast dient. Unser Ziel war es zu klären, welche Auswirkungen die stufenweise Erhöhung der getriggerten PPV und die unterschiedlichen Vorlast-Bedingungen auf die IVCc haben.

Material und Methoden: 10 gesunde Freiwillige wurden an ein Beatmungsgerät mit festsitzender Maske angeschlossen und nach der Basismessung drei verschiedenen Stufen des positiven endexspiratorischen Drucks (PEEP) und der Druckunterstützung (Pressure support, PS) ausgesetzt. Alle Einstellungen des Beatmungsgeräts wurden bei neutraler Vorlast (Horizontalposition), niedriger Vorlast (reverse Trendelenburg-Lage) und hoher Vorlast (Trendelenburg-Lage mit intravenöser Flüssigkeits-Bolusinjektion) durchgeführt. Bei jeder Einstellung des Beatmungsgeräts wurde die IVC während mindestens einem respiratorischen Zyklus durch drei häufig benutzte Ultraschallmethoden dargestellt, darunter der sagittale M-Modus und die 2D-Echokardiografie sowohl in Sagittal- als auch in Transversalansicht.

Ergebnisse: Bei ansteigender PS verminderte sich die IVCc (p = 0,01) in der reversen Trendelenburg-Lage, steigender PEEP verursachte eine höhere IVCc in der Trendelenburg-Lage (p = 0,02). In Horizontalposition wurden keine signifikanten Auswirkungen einer steigenden PS, PEEP oder einer Kombination aus beiden beobachtet. Insgesamt zeigte die ANOVA Analyse, dass die IVCc nicht unabhängig von der Vorlast ist. Unter PPV war die IVCc bei neutraler Vorlast mit den meisten Einstellungen des Beatmungsgeräts am höchsten, die IVCc war bei niedriger Vorlast am niedrigsten, während eine hohe Vorlast in der Regel die ICVc zwischen neutraler und hoher Vorlast ermöglichte. Darüber hinaus überschätzte der sagittale M-Mode und die transversale 2D-Echokardiografie die IVCc im Vergleich zur sagittalen 2D-Echokardiografie.

Schlussfolgerung: Die erhobenen Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die IVCc nicht als gültiger Parameter für den Vorlaststatus während der PPV angesehen werden kann. Das könnte durch die systematischen Veränderungen der anderen IVCc-Einflussgrößen erklärt werden. Der Vergleich der Methoden ermutigt dazu, die sagittale 2D-Echokardiografie zur dynamischen Darstellung der IVC einzusetzen. Im Vergleich zur sagittalen 2D-Echokardiografie überschätzen der sagittale M-Mode und die transversale 2D-Echokardiografie die IVCc.

Abstract

Purpose: Respiratory changes in the diameter of the inferior vena cava (IVC) have been validated as a measure of volume status and preload responsiveness during spontaneous breathing and mechanical ventilation. However, many intensive care patients are ventilated with triggered positive pressure ventilation (PPV). In this setting, there is no evidence regarding IVC collapsibility (IVCc) as a surrogate for preload. We aimed to elucidate the effects of increasing levels of triggered PPV and of varying preload conditions on the IVCc.

Materials and Methods: 10 healthy volunteers were connected to a ventilator through a tight-fitting mask and exposed to 6 different levels of positive end-expiratory pressure (PEEP) and pressure support (PS) after a baseline reading. All ventilator settings were performed at neutral preload (horizontal position), low preload (reverse-Trendelenburg) and high preload (Trendelenburg position with an intravenous fluid bolus). At each ventilator setting, the IVC was imaged throughout at least 1 respiratory cycle using 3 commonly used ultrasound techniques including sagittal M-mode and 2-dimensional echocardiography in both sagittal and transverse views.

Results: Increasing PS diminished IVCc (p = 0.01) in the reverse-Trendelenburg position, and increasing PEEP caused a higher IVCc in the Trendelenburg position (p = 0.02). In the horizontal position, no significant effects of increasing PS, PEEP or a combination of the two were seen. Overall ANOVA analysis showed that IVCc was not independent of preload. During PPV, IVCc was highest at neutral preload at most ventilator settings, IVCc was lowest at low preload, while high preload generally facilitated an IVCc between neutral and high preload. In addition, sagittal M-mode and transverse 2-dimensional echocardiography overestimated IVCc as compared to sagittal 2-dimensional echocardiography.

Conclusion: The compiled results of this study show that IVCc cannot be held as a valid measure of preload status during PPV. This may be explained by systematic alterations in other determinants for IVCc. Comparison of methods encourages the use of sagittal 2-dimensional echocardiography for dynamic imaging of the IVC. Sagittal M-mode and transverse 2-dimensional echocardiography overestimate IVCc as compared to sagittal 2-dimensional echocardiography.

Key words

ultrasound 2 D - hemodynamics/flow dynamics - inferior vena cava - preload

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