Determination of cardiac output and of transcapillary fluid exchange by continuous recording of blood density

Summary

We have tested the application of the continuous measurement of the density of the arterial blood for the calculation of the cardiac output and for the determination of the transcapillary fluid exchange. The density of arterial blood was continuously recorded in anesthetized dogs with a mechanical oscillator device (DMA 602 MW built by A. Paar KG, Graz). The time resolution of this device is less than 1 sec, the accuracy is 10⁻⁶ g/ml. Simultaneously the arterial blood temperature was recorded with a thermistor probe. The intravenous injection of isotonic solutions yields temperature and density transients which are of a similar shape and proportional to the injected volume in amplitude. There is a good agreement between the cardiac output calculated from thermodilution transients and from density dilution transients.

The injection of hypertonic solutions, e.g. 5% NaCl, 20% mannit or 14.4% urea, into a vein yields arterial density dilution transients which show marked differences and very characteristic features. They can be explained by the assumption of osmotic fluid shifts in the microcirculation of the lung. During the transient of a bolus of hypertonic NaCl or mannit, a transcapillary influx of about 0.170×10⁻³ ml/sec per mosmols/l and per g wet tissue weight is generated. The effect of hypertonic urea is less by a factor of about 1/2, which is in agreement with the fact that urea diffuses rapidly into the erythrocytes. We conclude that the method of density dilution allows to record and quantify cardiac output and osmotic fluid shifts through the microcirculation of the lung of intact dogs.

Zusammenfassung

Wir haben die Anwendung der kontinuierlichen Messung der arteriellen Blutdichte für die Bestimmung des Herzminutenvolumens und des transkapillären Flüssigkeitsaustausches untersucht. Die arterielle Blutdichte wurde an narkotisierten Hunden fortlaufend mit der Biegeschwinger-Methode (DMA 602 MW, Fa. A. Paar KG, Graz) registriert. Die zeitliche Auflösung dieses Gerätes ist unter 1 sec, die absolute Genauigkeit beträgt 10⁻⁶ g/ml. Gleichzeitig wurde auch die arterielle Bluttemperatur mit einem Thermistor fortlaufend gemessen. Die intravenöse Injektion isotoner Lösungen erzeugt arterielle Temperatur- und Dichte-Verdünnungskurven gleicher Form, deren Höhe der injizierten Flüssigkeitsmenge proportional sind. Die mittels Dichte- und Thermodilution bestimmten Werte für das Herzminutenvolumen stimmen gut überein.

Die Injektion hypertoner Lösungen, z. B. 5% NaCl, 20% Mannit oder 14,4% Harnstoff i.v. bewirkt arterielle Dichtedilutionskurven von verschiedener, aber sehr charakteristischer Form. Diese Kurvenverläufe können mit der Annahme erklärt werden, daß während der Passage des Bolus hypertonischer Lösungen durch die Lunge Flüssigkeit osmotisch aus dem Gewebe in das Blut gesaugt wird. Der transkapilläre Einstrom während der Passage eines intravenös applizierten Bolus hypertoner NaCl- oder Mannitlösung beträgt etwa 0,170×10⁻³ ml/sec pro mosmol/l und pro g Feuchtgewicht der Lunge. Der Effekt der Injektion hypertoner Harnstofflösung ist um den Faktor 1/2 geringer. Dies stimmt mit der bekannten Tatsache überein, daß Harnstoff außerordentlich schnell auch in die Erythrozyten hinein diffundiert. Wir können den Schluß ziehen, daß die Methode der Dichtedilution geeignet ist, das Herzminutenvolumen zu bestimmen und transkapilläre Flüssigkeitsverschiebungen zu messen.