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DOI: 10.1055/s-2000-306
Beziehung zwischen Herzminutenvolumen und Sauerstoffverbrauch bei Inhalationsanästhesien und unter dem Einfluß von Katecholaminen[1]
- Zusammenfassung einer Habilitationsschrift -Publication History
Publication Date:
31 December 2000 (online)
Zusammenfassung
Ziel der Studie: Die „metabolische Kreislaufregulation” manifestiert sich in linearen Beziehungen zwischen Blutfluß und Sauerstoffverbrauch (V˙O2). Unbekannt ist bisher, ob dieses fundamentale physiologische Regelprinzip auch funktioniert während Inhalationsanästhesie und Katecholamintherapie, die beide Herzminutenvolumen (Q˙) und V˙O2 beeinflussen, wenngleich in gegensätzlicher Richtung. Methodik: 17 abgerichtete, chronisch instrumentierte Hunde wurden an verschiedenen Tagen entweder anästhesiert mit einem von fünf derzeit gebräuchlichen Inhalationsanästhetika (1 - 3 MAC Halothan, Enfluran, Isofluran, Sevofluran und Desfluran) oder behandelt mit einem der natürlichen Katecholamine Adrenalin und Noradrenalin bzw. der synthetischen Substanzen Dobutamin und Dopexamin (insgesamt 186 Experimente). Gemessen wurden unabhängig voneinander Q˙ (chronisch um die Pulmonalarterie implantierte Flußaufnehmer) und V˙O2 (indirekte Kalorimetrie) und die Beziehung beider Variablen (Q˙/V˙O2-Beziehung) analysiert. Ergebnisse: Während Inhalationsanästhesie (2 MAC) war der V˙O2 immer kleiner als der Grundumsatz (3,4 ± 0,2 gegenüber 4,4 ± 0,1 ml × kg-1 × min-1) bei einem durchschnittlichen Q˙ von 60 ± 6 ml × kg-1 × min-1 (gegenüber 105 ± 3 ml × kg-1 × min-1 vor Anästhesiebeginn). Da sich die Steilheiten der Q˙/V˙O2-Beziehungen nicht zwischen den verschiedenen Inhalationsanästhetika unterschieden, sind alle fünf Inhalationsanästhetika charakterisiert durch eine uniforme Q˙/V˙O2-Beziehung mit annähernd linearem Verlauf. Der während Anästhesie verminderte V˙O2 ließ sich durch eine Verdoppelung von Q˙ nicht auf Werte vor Anästhesie zurückführen. Katecholamine steigerten dosisabhängig Q˙ und V˙O2, wobei sich die Wirkungen der einzelnen Stoffe auf beide Variablen erheblich unterschieden. Daraus resultierten unterschiedliche, lineare Q˙/V˙O2-Beziehungen, deren Steilheit etwa dreifach zunahm in der Reihenfolge Noradrenalin (34), Adrenalin (54), Dobutamin (85) und Dopexamin (105). Alle Katecholamine mit Ausnahme von Noradrenalin steigerten auch in der gleichen Reihenfolge das Sauerstoffangebot im Verhältnis zum Sauerstoffbedarf, erkennbar an einer um bis zu 40 % verminderten O2- Ausschöpfung. Schlußfolgerungen: Die metabolische Kreislaufregulation bleibt auch während Inhalationsanästhesien erhalten, unabhängig vom Anästhetikum. Katecholamine steigerten Q˙ unterschiedlich stark im Verhältnis zum V˙O2, so daß sich Substanzen wie Dopexamin wegen ihrer geringen Stoffwechselwirkung zur Kreislauftherapie empfehlen. Änderungen des Q˙ während Anästhesie wie auch unter Katecholamineinfluß sind nur unter Beachtung des V˙O2 zu bewerten.
Relation between Oxygen Consumption and Cardiac Output During Inhalation Anaesthesia and Catecholamine Therapy - A Study on Dogs
Objective: The metabolic regulation of tissue blood flow manifests itself in a linear relation between blood flow and oxygen consumption (V˙O2). It is unknown, however, if this fundamental physiological principle operates also during inhalation anaesthesia and catecholamine therapy, both known to be associated with changes of cardiac output (Q˙) and V˙O2 in opposite directions. Methods: On different days, 17 trained, healthy dogs (26 - 33 kg) with chronically implanted flow probes around the pulmonary artery were either anaesthetized with halothane, enflurane, isoflurane, sevoflurane, and desflurane at increasing minimum alveolar concentrations (1 - 3 MAC) or treated with one of the endogenous catecholamines epinephrine and norepinephrine or the synthetic ones dobutamine and dopexamine (a total of 186 experiments). Cardiac Output (ultrasound transit-time flowmeter) and V˙O2 (indirect calorimetry) were measured continuously and the relations between both variables (Q˙/V˙O2 relations) analyzed. Main Results: In awake dogs under basal metabolic conditions, V˙O2 was 4.6 ± 0.1 ml × kg-1 × min-1 and Q˙ 105 ± 3 ml × kg-1 × min-1 (mean ± SEM). During inhalation anaesthesia, V˙O2 and Q˙ decreased in parallel, yielding a uniform Q˙/V˙O2 relation, which was nearly linear. Above 2 MAC, O2 extraction increased by 50 %, indicating compromised oxygen delivery (D˙O2). Imposed increases in Q˙ and thus D˙O2 during anaesthesia to rates comparable to that in the awake state did not restore V˙O2 to baseline. Catecholamines increased both V˙O2 and Q˙ in a dose-dependent manner, albeit to a different extent. The resulting Q˙/V˙O2 relations were linear up to the maximum effects, but their slopes increased about threefold in the order norepinephrine (34), epinephrine (54), dobutamine (86), and dopexamine (105). Despite these differences, V˙O2 and Q˙ correlated linearly over the whole range studied, which covered a doubling of V˙O2 and an up to fourfold increase in Q˙. Conclusions: The metabolic regulation of blood flow apparently also operates during inhalation anaesthesia, regardless of the anaesthetic. Catecholamines (except norepinephrine) preferentially stimulated Q˙ rather than V˙O2 (excess perfusion), so that agents like dopexamine might be preferred in the treatment of low cardiac output states because of its low metabolic costs. Our observations imply that cardiac output alone provides little information on the function of the circulation during inhalation anaesthesia and catecholamine therapy unless related to metabolic demands, i. e. to V˙O2.
Schlüsselwörter:
Inhalationsanästhesie - Katecholamintherapie - Sauerstoffverbrauch - Kreislaufregulation
Key words:
Inhalation anaesthesia - Catecholamine therapy - Cardiac Output - Oxygen consumption
1 Kurzfassung der Habilitationsschrift von Priv.-Doz. Dr. med. T. W. L. Scheeren, die mit dem Karl-Thomas Preis der DGAI 1999 ausgezeichnet wurde