The Influence of Airway Pressure Changes on Intracranial Pressure (ICP) and the Blood Flow Velocity
in the Middle Cerebral Artery (V_MCA)

Objective: Due to the exponential shape of the intracranial volume-pressure relation, simple measurement of epidural, parenchymal or intraventricular intracranial pressure (ICP) in traumatic brain injury (TBI) often fails to early recognize patients with a fulminant development of intracranial hypertension even during recently available methods of tissue PO₂ and microdialysis measurements. One approach to this problem could be repetitive intracranial volume provocations to evaluate a trend of the intracranial elastance. Several previously published methods use invasive volume challenge through access to the cerebrospinal fluid (CSF). This pilot study describes changes in intracranial pressure due to variations of airway pressure with BIPAP ventilation maneuvers. Patients and methods: Ten patients with severe TBI were enrolled and completed the study. The inclusion was based on radiologic signs due to TBI in the first CT-scan and the clinical indication for insertion of an ICP monitoring device. Patients with elevated ICP above 20 mm Hg were excluded. The epidural ICP response together with haemodynamic parameters in relation to defined airway pressure changes (ΔP_AW) was detected. The influence of the duration of ΔP_AW was evaluated additionally. Data of central venous pressure (CVP), ICP, mean arterial pressure (MAP), cerebral perfusion pressure (CPP), airway pressure (P_AW) and blood flow velocity of the middle cerebral artery (V_MCA) were analyzed on the basis of differences between the maximum (inspiration) and minimum P_AW values (expiration). Results: Elevations of P_AW in the range of 20 to 35 cm H₂O resulted in changes of the ICP_mean from 4.1 to 6.0 mm Hg (r = 0.9, p < 0.05). A correlation was estimated for the changes of systolic arterial pressure (P_art) and CPP_mean due to P_AW variations which ranged between 4.5 and 11.6 mm Hg (r = 0.99, p < 0.05). Concerning the transcranial doppler measurements the data of changes of the blood flow velocity of the middle cerebral artery (V_MCA) revealed a positive correlation to P_AW with a r = 0.99, p < 0.05. Conclusions: Elevation of the venous outflow resistance and a transient increase in cardiac output have to be considered as mechanisms for transduction of transthoracic pressure changes to intracranial pressure variations. We conclude, that trends of changes in elastance can be derived from intermittent airway pressure variations. This can be useful in easy and on line dynamic monitoring of ICP in traumatic brain injury.

Ziele: In Folge des exponentiellen Verlaufes der intrakraniellen Volumen-Druck-Beziehung ist es oft schwer in der Überwachung von Patienten mit SHT, aus einer isolierten epiduralen oder auch parenchymalen ICP-Messung Anhaltspunkte für einen drohenden fulminanten Druckanstieg zu gewinnen. Dies ist auch unter Verwendung moderner multimodaler Monitoring Verfahren, wie Gewebs-pO₂- oder Microdialyse-Messung schwierig. Eine Möglichkeit, den prädiktiven VVert der ICP-Messung zu erhöhen ist die repetitive Volumenprovokation, um einen Trend in der intrakraniellen Elastanz zu erkennen. Zu den dafür notwendigen, üblichen Verfahren gehören alle Methoden mit Zugang zum intraventrikulären Liquor. Die hier vorgestellte Methode beschreibt Veränderungen des intrakraniellen Druckes, hervorgerufen durch definierte und repetitive Veränderungen des Atemwegsdruckes, durch BIPAP-Beatmung. Patienten und Methode: In die Studie aufgenommen wurden 10 Patienten mit schwerem SHT. Die Aufnahmekriterien bestanden in der Diagnose eines SHT im ersten CT sowie der daraus abgeleiteten Indikation zur epiduralen ICP-Messung. Patienten mit einem ICP von größer als 20mmHg wurden in die Pilotstudie nicht aufgenommen. Gemessen wurde der epidurale Druck (ICP) zusammen mit hämodynamischen Parametern infolge von definierten Veränderungen des Atemwegsdruckes (ΔP_AW). Zusätzlich wurde der Einfluß der Dauer der P_AW-Veränderung untersucht. Die Parameter ZVD, ICP, arterieller Druck (PART) und Mitteldruck (MAD), zerebraler Perfusionsdruck (CPD) und die Flussgeschwindigkeit in der Arteria cerebri media (V_MCA) wurden auf der Basis ihrer Differenzen während der Maxima (Inspiration) und Minima (Exspiration) ermittelt und on-line aufgezeichnet. Ergebnisse: Definierte Anstiege von P_AW zwischen 20 und 35 cm H₂O führten zu Veränderungen des ICP zwischen 4,1 und 6,0 mmHg (r = 0,9, p < 0,05). Die Differenzen aus Maxima und Minima der Parameter P_ART und CPD (r = 0,99, p<0,05) korrelierten mit den Änderungen des Atemwegs-druckes. Eine hohe Korrelation wurde für die Beziehung zwischen VMCA und PAVV (r=0.99, p<0.05) ermittelt. Schlussfolgerung: Vermutlich führen Veränderungen des Atemwegsdruckes mittels repetitiven BIPAP-Manövern sowohl zu einem erhöhten Widerstand im zerebralen venösen Rückstrom als auch zu einer transienten Erhöhung des kardialen Auswurfes. Wir schließen aus den Ergebnissen der Pilotstudie, dass Veränderungen von P_AW messbare Veränderungen der intrakraniellen Elastanz induzieren. Die Methode, könnte für eine dynamische on-line Messung des ICP nutzbar sein und den prädiktiven Wert der Kenntnis des ICP erhöhen.

Key words:

Traumatic brain injury - Intracranial pressure monitoring - Ventilation - Compliance

Schlüsselwörter:

Schädel Hirn Trauma - intrakranielle Druckmessung - Beatmung - Compliance

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