De toekomst van de Intensive Care: het monitoren van de microcirculatie

Op de IC liggen vitaal bedreigde patiënten waarbij één of meer vitale orgaanfuncties dusdanig verstoord zijn dat zij dreigen te falen. Een belangrijke vitale bedreiging is een verstoord circulatie, ook wel circulatoire shock genoemd. Circulatoire shock is een toestand waarbij er een tekort is aan effectief circulerend volume met als gevolg dat er onvoldoende weefselperfusie plaatsvindt. Door shock krijgen organen en weefsels onvoldoende zuurstof aangevoerd om hun normale functie te kunnen handhaven, resulterend in cellulaire hypoxie. Als de situatie lang genoeg aanhoudt, zal er blijvende orgaanschade optreden en dit kan resulteren in het overlijden van een patiënt.

Tot vandaag de dag wordt de behandeling van een vitaal bedreigde patiënt vooral gebaseerd op de, direct aan bed beschikbare, systemische hemodynamische parameters zoals de cardiac output, de bloeddruk, de veneuze saturatie en de lactaatproductie. Deze waarden worden niet alleen geïnterpreteerd als tekenen van een bestaand of dreigend circulatieprobleem, maar therapieën, zoals het toedienen van vocht of het geven van vasopressoren, zijn er specifiek op gericht om deze parameters te normaliseren. Met de komst van nieuwe technologieën is het nu ook mogelijk om op het niveau van de microcirculatie en zelfs op het niveau van de mitochondriën te kijken of er adequate of onvoldoende circulatie is.

Microcirculatie
De microcirculatie is het stelsel van de kleine bloedvaten van het lichaam waarmee op cellulair niveau in alle organen en weefsels uitwisseling van zuurstof en voedingsstoffen plaatsvindt. De microcirculatie vormt het raakvlak tussen de circulatie en de weefselcellen, de plaats waar schade zich manifesteert als gevolg van circulerende pathogenen of ontstekingsmediatoren die tot orgaanschade kunnen leiden.

 
Deze kleine bloedvaten kunnen in beeld worden gebracht met behulp van hand gehouden vitale microscopen. Deze microscopen kunnen op een non-invasieve manier de microcirculatie onder de tong van een patiënt, de sublinguale microcirculatie, afbeelden op een aangesloten computerscherm. 

De techniek maakt gebruik van een optische modaliteit, incident dark-field imaging, waarbij oppervlakte reflecties van het invallende licht worden gefilterd. Deze modaliteit in combinatie met het gebruik van groen licht dat wordt geabsorbeerd door het hemoglobine van de rode bloedcellen maakt directe observatie van de rode bloedcellen en witte bloedcellen in de microcirculatie mogelijk.

De twee belangrijkste determinanten van de primaire functie van de microcirculatie om zuurstof te transporteren zijn convectie (de stroom van de zuurstofdragende rode bloedcellen) en diffusie (de afstand die zuurstof af moet leggen van de rode bloedcel tot de weefselcel).

Huidige therapieën zijn gericht op het herstel van de circulatie, met andere woorden het bevorderen van de bloedstroom ofwel convectie. Echter een ander belangrijk onderdeel van het zuurstoftransport naar de weefselcellen is het bereiken van voldoende diffusiecapaciteit, een parameter die alleen kan worden gemeten door de directe observatie van de microcirculatie.

Hemodynamische coherentie

De conditie waarbij resuscitatieprocedures die gericht zijn op de correctie van de systemische hemodynamische parameters ook effectief zijn in het corrigeren van de microcirculatoire perfusie en de zuurstofafgifte naar de cellen, wordt hemodynamisch coherentie genoemd. Monitoring van de microcirculatie kan de dissociatie tussen de systemische circulatie en de microcirculatie in kaart brengen.

Toegevoegde waarde
In sommige gevallen verdwijnt de coherentie tussen de systemische circulatie en de microcirculatie bij circulatoir vitaal bedreigde patiënten. Er zijn verschillende soorten microcirculatoire veranderingen beschreven die in verband worden gebracht met specifieke cardiovasculaire aandoeningen. Identificatie van de soort verandering maakt het mogelijk om een differentiaal diagnose op te stellen van de oorsprong van de veranderingen in de microcirculatie en geeft richting over de therapie die moet worden gegeven. Op deze manier kan er onderscheid gemaakt worden tussen de effecten van sepsis of distributieve shock (gekenmerkt door de aanwezigheid van verstopte capillairen naast capillairen met stromend bloed), hemodilutie of anemie (gekenmerkt door een tekort aan beschikbare rode bloedcellen), microcirculatoire anemie of tamponade (veroorzaakt door arteriële vasoconstrictie of een verhoogde veneuze druk) of weefseloedeem.

Deze omstandigheden kunnen zich voordoen ondanks dat de systemische hemodynamische parameters genormaliseerd zijn. De recente introductie van de geautomatiseerde software voor de analyse van de microcirculatie beelden maakt het samen met de analyse van de huidige systemische hemodynamische parameters mogelijk om de oorzaak van de hemodynamische achteruitgang te achterhalen.

Naast dat er meer inzicht nodig is over de aard van de ziekte op het niveau van de microcirculatie en weefselcellen, is er op dit niveau ook meer inzicht nodig in het effect van de gegeven therapie. Momenteel wordt veel nadruk gelegd op de voorwaarden die nodig zijn voor het starten van verschillende soorten therapie, maar onvoldoende op de vraag wanneer de toediening van therapieën moet worden stopgezet. Dit is met name het geval voor vocht en vasopressie therapie, die bij overmatige toediening zelf kunnen bijdragen tot orgaanfalen. Monitoring van de microcirculatie kan diagnostische informatie leveren die als leidraad kunnen dienen voor dergelijke therapeutische interventies.

Toepassingen

Wellicht is de belangrijkste bijdrage tot het beter begrijpen van shock en de behandeling ervan dat therapeutische correctie van de systemische hemodynamische parameters niet altijd resulteert in een verbetering van de microcirculatie. Dit inzicht is dan ook aangetoond bij septische shock. Directe observatie van de microcirculatie bij septische shock toonde verstopte capillairen naast capillairen met stromende rode bloedcellen. Deze bevinding gaf de bevestiging van eerdere experimentele studies die microcirculatoire shunting aanwezen als de onderliggende oorzaak van de verminderde zuurstof extractiecapaciteit in sepsis.

In tegenstelling tot een vermindering van de zuurstofextractie bij sepsis, tonen onderzoeksresultaten bij COVID-19 tegenovergestelde resultaten. Tijdens de COVID-19 pandemie heeft een groep technisch geneeskundigen in het LUMC de sublinguale microcirculatoire response onderzocht bij ernstig zieke COVID-19 patiënten. Een onderzoeksgroep van het Erasmus MC heeft een jaar eerder eenzelfde multicenter onderzoek verricht. Beide studies toonden een compensatoire reactie van de microcirculatie om haar capaciteit voor zuurstofextractie te verhogen als reactie op COVID-19 geïnduceerde hypoxemie. Microcirculatoire zuurstofextractiecapaciteit werd verhoogd door een toename in functionele capillaire dichtheid en capillair hematocriet (verschuiving van de rode bloedcel massa van de systemische circulatie naar de microcirculatie). Naast deze compensatoire microcirculatoire reactie op hypoxemie bracht sublinguale microcirculatie-observatie bij COVID-19 patiënten de aanwezigheid van leukocyten en microaggregaten aan het licht. Deze microcirculatoire compensatiemechanismen van kritisch zieke COVID-19 patiënten hebben ons nieuwe inzichten gegeven. Voor de COVID-19 pandemie was het niet duidelijk of kritisch ziek zijn de microcirculatoire response op hypoxemie verandert of dat kritisch zieke patiënten over microcirculatoire compensatiemechanismen kunnen beschikken.

Toekomstplannen
Een volgend project waar wij in het LUMC mee aan de slag gaan is de hemodynamische (dis)coherentie tussen de systemische circulatie en microcirculatie bij patiënten in circulatoire shock in thoraxchirurgie. In deze patiëntpopulatie is er nog geen kennis hoe de standaard systemische hemodynamische parameters zich verhouden tot de nieuwe microcirculatoire parameters, met andere woorden… of en in welke mate er een hemodynamische coherentie is tussen de macrocirculatie en de microcirculatie. Wordt vervolgd!