Klinisk sirkulasjonsfysiologi

Klinisk sirkulasjonsfysiologi

Research activity

Aktuell forskning

Aktuell forskning

Sirkulasjonen drives av hydraulisk energi levert i pulser. Effektiviteten av energileveransen avhenger av den ventrikuloarterielle koblingen, samspillet mellom hjertets kontraktilitet og karsengens motstand mot blodstrøm. Den totale arterielle motstanden, vaskulær impedans, utgjøres både av statiske og dynamiske elementer; den avhenger både av aortas og de store karenes elastisitet, perifer motstand i små arteriegreiner, reflekterte trykkbølger, blodets viskositet og hjertefrekvensen. Den vaskulære impedansen kan endres betydelig av sykdom eller medisiner. Et misforhold i samspillet mellom hjertet og karsengen kan redusere energi-leveransen og den kardiovaskulære effektiviteten dramatisk.

Klinisk overvåking av kardiovaskulær funksjon hos kritisk syke er i dag oftest basert på øyeblikks tallverdier for blodtrykk og blodstrøm. Dermed bruker man kun en brøkdel av all den informasjonen som ligger i de kontinuerlige, pulsatile kurvene for blodtrykk og blodstrøm. Dette gjør at viktig informasjon om pulsatiliteten og den perifere regulering av sirkulasjonen, som i fysiologiske dyrestudier har vist seg å ha stor betydning, faller bort.

Vår forskningsgruppe har i samarbeid med ultralydmiljøet ved NTNU utviklet software for helt samtidig måling av kontinuerlig blodtrykk og ultralydmålt blodstrøm. Systemet, kalt Ultra Power (uPWR - ultralydbasert Cardiac Power), gir flere muligheter:

  • Multiplikasjon av blodtrykkskurven med kurven for blodstrøm ut av venstre ventrikkel gir en effektkurve (Cardiac Power) som beskriver mengden hydraulisk energi som overføres til sirkulasjonen per tidsenhet.
  • Kalkulasjon av andelen av denne energien som er knyttet til pulsasjonene i blodtrykk og blodstrøm (Oscillatory Power) er et mål for dynamisk ventrikuloarteriell kobling
  • Impedansanalyser som indikerer om endringer i impedansen har opphav sentralt eller perifert i sirkulasjonssystemet.  

Dette nye verktøyet åpner for spennende klinisk forskning, utvikling av nye kliniske monitorerings-modaliteter og etablering av nye behandlingsmål hos kritisk syke. Så langt har Cardiac Power-prosjektet gitt opphav til to ph.d.-prosjekt:

  • Audun Eskeland Rimehaug: «Beat-to-beat cardiac power – minimally invasive assessment of overall cardiovascular performance” (avsluttet, Rimehaug disputerte 02.12.2016)
  • Tomas Dybos Tannvik: “Ultrapower, from experimental physiology to patient monitoring. The exploration of a novel Doppler based assessment of human cardiovascular function” (pågår).

Det er imidlertid rom for ytterligere rekker av enkeltstudier og / eller ph.d.-prosjekt.  
 

Septisk sirkulasjonssvikt skyldes i hovedsak tre forhold; dilatasjon av motstandsregulerende kar på arteriesiden, økt kapillær-permeabilitet med væskelekkasje fra blodbanen, og septisk kardiomyopati med senket kardial kontraktilitet. I klinisk medisin overvåkes sirkulasjonen ofte ved måling av blodtrykk, men ved alvorlig sirkulasjonssvikt er forholdet mellom blodtrykk og vevsperfusjon variabelt og uforutsigbart. I slike situasjoner brukes ofte blodstrømsmålinger i tillegg for å sikre organperfusjonen, men behandling av sirkulasjonssvikt basert på slik overvåking med bruk av f.eks. pulmonalarteriekateter har ikke vist seg å endre mortalitet eller lengde på intensiv- eller sykehusopphold.

Vi deltar i et større samarbeidsprosjekt, kalt Sepcease, med professor Hans Torp ved Ultralydgruppen ved Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk ved NTNU og professorene Erik Solligård og Jan Kristian Damås, Midt-Norsk senter for sepsisforskning. Planene for dette prosjektet er dels å bruke nyutviklet ultralydteknologi for å se på septiske endringer i perifer/ miro-sirkulasjon, dels å bruke vårt ultra-power verktøy (se nærmere beskrivelse av det under «Ultra Power») for å studere om sepsis påvirker energioverføringen fra hjertet til sirkulasjonen. Kombinasjonen av disse to tilnærmingene kan også gi muligheter for å studere sammenhengen mellom makro- og mikro-sirkulasjon ved sepsis.

Sepcease-prosjektet fokuserer både på mulighetene for tidligere deteksjon av sepsis og for bedret monitorering av etablert sepsis. Siden sepsis er en heterogen tilstand, vil vi se etter mønstre som kan brukes til å klassifisere pasientene og individualisere behandlingen. Likedan vil vi studere effekten av terapeutiske intervensjonene for å se om de nye verktøyene kan brukes til å optimalisere behandlingen.

Akutt nyresvikt oppdages ofte ikke før et godt stykke ut i forløpet. Dyreeksperimentelle studier har vist at nyresvikten forutgås av forstyrrelser i autoreguleringen av blodstrømmen til nyrene som kan fanges opp ved hjelp av samtidig opptak av blodtrykk og blodstrømskurver fra nyrearterien. I disse studiene har blodstrømmen blitt målt med flowprober plassert direkte på nyrearterien.

For å gjøre metoden klinisk anvendbar vil vi måle blodstrømmen i nyrearteriene non-invasivt med ultralyd. Vi trenger imidlertid kontinuerlige målinger av flow i nyrearterien over flere minutter, noe som er vanskelig fordi nyrene beveger seg når man puster. Derfor har vi søkt samarbeid med SINTEF avd. medisinsk teknologi som har kompetanse på avbildning av organ som beveger seg med respirasjonen. ISB og SINTEF har bevilget midler til en studie av sporing av nyrearterier med ultralyd i friske frivillige som pågår nå, høsten 2018. Vi har også sammen med SINTEF søkt om midler til ett treårig prosjekt for kontinuerlig registrering av ultralyd Dopplerbasert blodstrøm fra nyrearterie.

Tidligere leder av den amerikanske fysiologiske foreningen (APS) Gerald Dibona, professor emeritus ved University of Iowa, står bak flere av de dyrestudiene som legger grunnlag for å bruke dynamisk autoregulering av nyrearterieflow til tidligere deteksjon av akutt nyresvikt. Han og professor Sven Erik Ricksten, Göteborg, kontaktet oss med idéen om humanstudier da de fikk kjennskap til vår utvikling av utstyr for samtidige målinger av ultralydbasert blodstrøm og blodtrykk. Sammen har vi etablert prosjektet: Ultrasound Based Determination of Dynamic Autoregulation of Renal Blood Flow in Man. Forsker Robert Fridthiof, Akademiska Sjukhuset i Uppsala som har drevet eksperimentelle studier på dynamisk autoregulering av nyrearterieflow ved sepsis er også tilsluttet prosjektet.

Hvert år gjøres det forsøk på gjenoppliving hos ca. 2500 personer utenfor sykehus i Norge, og (trolig) hos ca. 1500 pasienter innlagt på norske sykehus. Når hjertet stanser helt opp skyldes dette enten sykdom i hjertet (for eksempel hjerteinfarkt) eller ytre faktorer (for eksempel drukning). Tiden er avgjørende, og umiddelbare tiltak i de første minuttene (HLR, defibrillering, medikamenter) er avgjørende for prognosen. Vår gruppe har – i nært samarbeid med medisinske og tekniske forskere i Norge og i utlandet – undersøkt den dynamiske utviklingen under pågående HLR, fasen som avgjør om pasienten dør eller får tilbake stabil egensirkulasjon.

Ved å bruke moderne statistiske metoder for levetidsanalyse, såkalte multi-state modeller, har vi beskrevet forløpet under HLR (f or eksempel sannsynligheten for at pasienten får tilbake egensirkulasjonen eller «mister» egensirkulasjonen når den først er gjenvunnet). Videre undersøker vi hvilke faktorer som påvirker dette forløpet (for eksempel hjertestansens årsak), og hvordan pasientens EKG endrer seg underveis.

Arbeidet har så langt gitt opphav til en rekke publikasjoner og fire PhD-prosjekter:

  • Trond Nordseth (2014): «Clinical state transitions during the provision of advanced life support (ALS) to patients in cardiac arrest»
  • Daniel Bergum (2016): «In-hospital cardiac arrest - causes, recognition and survival»
  • Gunnar Waage Skjeflo (2019): «PEA development in cardiac arrest»
  • Anders Norvik (pågår): “Adrenalin ved resuscitering fra Pulsløs elektrisk aktivitet (PEA)»

Vi har særlig satt søkelyset på pulsløs elektrisk aktivitet (PEA) som første rytme, da dette rammer mange pasienter og er dårlig undersøkt; og på hjertestans på sykehus fordi muligheten for observasjoner av det dynamiske forløpet er best når akuttpersonell er raskt tilstede. 
Vi vil arbeide videre med analyse av hvilken umiddelbar effekt medikamentet adrenalin har under forløpet, og tilsvarende analyser av hjertestans og resuscitering av barn.

Innhold kommer

Tilhørende grupper:

Tilhørende grupper: