Dead Space, Compliance and Venous Admixture During Heart Surgery
Authors: Norlander Olof , Bernhoff Albert , Norden Ingrid 
Published: December 2008

Twenty‐eight patients scheduled for open‐heart or major vascular surgery were investigated during anaesthesia and controlled ventilation with measurements of oxygen uptake, physiological dead space, blood‐gas tensions and acid base balance and, in some cases, cardiac output. Oxygen uptake was generally slightly decreased during anaesthesia with oxygen, muscle relaxation and small amounts of halothane and controlled ventilation as compared with predicted values. An increase occurred at the end of the procedures. The dead space to tidal volume ratio was 0.51‐0.56 with no significant changes during the operation and extracorporeal bypass. Compliance increased slightly when the chest was opened, but was uninfluenced by the bypass procedure. Venous admixture amounted to about 20% of systemic flow and was associated with high arterio‐venous oxygen differences. This in combination with an increased oxygen uptake explains the alveolar‐arterial oxygen tension differences in the patients. Patients with mitral disease exhibited very high VD/VT ratios around 0.6‐0.8. During rewarming after hypothermia for closure of atrial septal defects, a decrease in VD/VT ratio was observed in three patients. It is evident from our results that the heart patient presents a complicated pathophysiological picture to the anaesthesiologist. The combination of increased VD/VT ratio, low cardiac output and a substantial amount of venous admixture combined with a tendency to increased oxygen uptake at the end of the surgical procedure makes it necessary to carry out anaesthesia and ventilation with special precaution. High oxygen concentration of the inspired gas mixture is necessary in order to compensate for changes in ventilation/perfusion ratios and to minimize the effects of pulmonary shunts. A respirator which permits optimal distribution of ventilation in combination with the slightest possible side effects on circulation should be used. The observed physiological state of the patients at the end of the anaesthesia and cardio‐vascular surgery further suggests that many should be maintained on controlled ventilation postoperatively until all compensatory mechanisms have returned. The measurements of the VD/VT ratios in combination with the calculation of the amount of venous admixture according to the methods outlined in this investigation will serve as useful guides in the postoperative course of the patients and their treatment.

Bei 28 Patienten, die für offene Herz‐ oder große Gefäßoperationen vorgesehen waren, wurden während der Narkose und kontrollierten Beatmung folgende Parameter gemessen: Sauerstoffaufnahme, physiologischer Totraum, Blutgasdrucke und Säure‐Basen‐Verhältnisse, sowie in einigen Fällen das Herzzeitvolumen. Im Vergleich zu den vorausgeschätzten Werten war die Sauerstoffaufnahme während der Narkose mit Sauerstoff, Muskelrelaxantien und kleinen Mengen von Halothan bei kontrollierter Beatmung im allgemeinen leicht reduziert. Lediglich am Ende der Operationen kam es zu einem Anstieg. Die Relation zwischen Totraum und Atemvolumen war 0,51‐0,56, und änderte sich nicht signifikant während der Operation und der extrakorporalen Perfusion.

Die Compliance stieg beim offenen Thorax geringgradig an, blieb aber während der Perfusion unbeeinflußt. Die venöse Zumischung betrug etwa 20% des systemischen Blutstroms und war mit hohen arteriovenösen Sauerstoffdifferenzen vergesellschaftet. In Verbindung mit der erhöhten Sauerstoffaufnahme erklärt dies die alveolo‐arteriellen Sauerstoffdifferenzen bei diesen Patienten. Bei Patienten mit Mitralfehlern war das Verhältnis von Totraum zu Atemvolumen mit 0,6‐0,8 sehr hoch. Während Wiederaufwärmen nach Hypothermie für den Verschluß von Vorhofseptumdefekten wurde bei drei Patienten ein Absinken dieses Quotienten beobachtet. Nach unseren Ergebnissen ist es evident, daß der Herzpatient für den Anaesthesiologen ein kompliziertes pathophysiologisches Bild bietet. Die Kombination eines erhöhten Totraum‐Atemvolumen‐Quotienten, niedrigem Herzzeitvolumen und einer beträchdichen Menge venöser Beimischung, verbunden mit einer Tendenz zu erhöhter Sauerstoffaufnahme am Ende des chirurgischen Eingriffes, macht es notwendig, Anaestesie und Beatmung mit besonderer Vorsicht auszuführen. Hohe Sauerstoff‐konzentrationen in der eingeatmeten Gasmischung sind erforderlich, um Veränderungen des Ventilations‐Perfusions‐Quotienten zu kompensieren und den Effekt intrapulmonärer Shunts zu vermindern. Dabei sollte ein Respirator verwendet werden, der eine optimale Verteilung der Ventilationsluft in Verbindung mit möglichst geringen Nebenwirkungen auf den Kreislauf ermöglicht. Aus dem beobachteten physiologischen Zustand der Patienten am Ende der Narkose und des kardiovaskulären Eingriffes kann ferner der Schluß gezogen werden, daß vielleicht auch postoperativ so lange kontrolliert beatmet werden sollte, bis alle Kompensationsmechanismen zurückgekehrt sind. Die Messung des Totraum‐Atemvolumen‐Quotienten in Verbindung mit einer Berechnung der venösen Beimischungsmenge, entsprechend der in dieser Untersuchung dargestellten Methode, kann als brauchbare Richtschnur für den postoperativen Verlauf und die Behandlung dieser Patienten dienen.