Cerebrovascular Reserve Capacity (CRC) in Carotid Artery Disease: A Routine Test in Selection for Surgical Treatment?

Summary

An increase of arterial carbon dioxide (C0₂) partial pressure induces an increase of cerebral blood flow by dilatation of the resistance vessels. By the Transcranial Doppler sonographic technique (TCD) blood flow velocity as a correlate of flow volume can be measured within the great basal intracranial arteries. We investigated 8 patients with an internal carotid artery occlusion or high-grade stenosis and 5 cerebrovascular diseased patients without extracranial stenosis. 12 healthy volunteers and patients without vascular disease served as the control group. Blood flow velocities in the middle cerebral arteries were evaluated before and after 5 minutes of breathing a 5 % CO₂ gas mixture. In a prestudy the end tidal pCO₂ was monitored during this procedure. As a result of the close parallelity of pCO₂ increase in the prestudy group we planned to standardize the C0₂ reactivity tests without consideration of the individual pCO₂ values.

The CO₂ inhalation provoked a flow velocity increase of at least 20% in the control subjects (47.1 + 17.3%). The vascular diseased without extracranial stenosis responded with 34.8 ± 17.4% (minimum: 23.5%, n. s.). The CO2 reactivity in cases of occlusion or > 50% stenosis was significantly decreased (p < 0.001) both when considering only the affected sides (12.4 ± 7.5%, maximum: 20%) and when including the non affected sides (22.6 ± 15.0%).

It is concluded that the CO₂ reactivity test is a simple and valid method to evaluate the cerebrovascular reserve capacity in any case of uncertainty about the benefits of surgical treatment of a carotid stenosis. In future this technique might become one fundamental argument beside others in selecting adequate treatment.

Zusammenfassung

Die Anhebung des arteriellen CO₂-Partialdruckes (pCO₂) bewirkt eine Zunahme der Hirndurchblutung durch Erweiterung der zerebralen Widerstandsgefäße. Die transkranielle Dopplersonographie (TCD) ermöglicht die Messung der Blutströmungsgeschwindigkeit der großen Hirngefäße, ein Maß für den Blutfluß.

Wir untersuchten 8 Patienten mit Verschluß oderhochgradiger Stenose der A. carotis interna und 5 Patienten mit Hirndurchblu-tungsstörungen ohne Nachweis einer extrakraniellen Stenose. Als Kontrollgruppe dienten 12 Probanden und Patienten ohne Anhalt für zerebrovaskuläre Insuffizienz. Die Blutflußgeschwindigkeiten wurden vor, während und nach einer 5minütigen Inhalationsphase eines Luft-Gasgemisches mit 5% CO₂ gemessen. In einer Vorstudie wurde während der gesamten Messung der endexspiratorische pCO₂ aufgezeichnet. Die erreichten pCO₂-Werte der Vorgruppe unterschieden sich dabei kaum. Daher standardisierten wir den CO₂-Reaktivitätstest ohne die individuellen pCO₂-Werte zu berück-sichtigen.

Die CO₂-Inhalation bewirkte in der Kontrollgruppe einen Anstieg der Blutflußgeschwindigkeit von mindestens 20% (47,1 ± 17,3%). In der Gruppe ohne extrakranielle Stenose wurden im Mit-tel 34,8 ± 17,4% erreicht (Minimum: 23,5%, nicht signifikant). In der Gruppe mit Stenose (> 50 %) oder Verschluß wurden signifikant niedrigere Werte erreicht (p < 0.001). Auf der betroffenen Seite wurden 12,4 ± 7,5% (Maximum: 20%) erreicht, bei Einbeziehung der nicht betroffenen Seite 22,6 ± 15,0%.

Wir schließen daraus, daß die Messung der CO₂-Reaktivität eine einfache und zuverlässige Methode zur Bestimmung der zerebrovaskulären Reservekapazität ist. Sie kann im Einzelfall dazu dienen, den Erfolg einer chirurgischen Therapie vorauszusagen. In Zukunft könnte diese Methode eine wertvolle Ergänzung diagnostischer Maßnahmen bei der Entscheidung über das therapeutische Vorgehen sein.

Key words

Transcranial Doppler sonography - Flow velocity - Carbon dioxide - Carotid artery stenosis