Method for measuring blood flows and volumes using indicator-dilution techniques in patients with transposition of the great vessels

Abstract

A new indicator-dilution technique is proposed for the measurement of pulmonary blood flow in patients with complete transposition of the great arteries and a defect in either the atrial or ventricular septum. The proposed method involves analysis of three indicator-dilution curves which have been prepared sequentially as follows: injecting in the vena cava and sampling in the pulmonary artery, injecting in the vena cava and sampling in the aorta, and (usually) injecting in the right ventricle and sampling in the aorta. In addition to the calculation of pulmonary blood flow, this method permits concurrent calculation of systemic blood flow, effective pulmonary blood flow (net flow through the septal defect from lesser to greater circulation), and pulmonary blood volume. A quantitative measure of the physiological effectiveness of the septal defect is suggested. The theory was tested using a hydrodynamic model which simulated transposition. The model employed two Harvard pulsatile blood pumps, a plastic chamber (‘heart’) containing a defective septum, and a optical-fibre probe for measuring indicator concentrationin situ. The proposed technique was found to give accurate values for flows and volumes. The ‘physiological’ effectiveness of the septal defect was observed to be dependent only on the area of the defect.

Sommaire

Une nouvelle technique de dilution d'indicateur a été proposée pour mesurer le débit du sang dans les poumons des malades, avec transposition complète des artères principales et un défaut dans la cloison atriale ou ventriculaire. La méthode proposée comprend une analyse des trois courbes de dilution d'indicateur, préparées dans l'ordre suivant: injection dans la veine cave et échantillon dans l'artère pulmonaire, injection dans la veine cave et échantillon dans l'aorte, et (généralement) injection dans le ventricule droit et échantillon dans l'aorte. Outre le calcul de la circulation du sang dans les poumons, cette méthode permet celui simultané de la circulation systémique dans l'organisme, de la circulation réelle dans les poumons (débit net dans le défaut septal zu passage d'une circulation faible à une plus grande circulation), et le volume du sang passant dans les poumons. La thèse suggère une mesure quantitative de l'effet physiologique dû au défaut septal. La théorie fut d'ailleurs mise à l'épreuve en utilisant um modèle hydrodynamique simulant une transposition. Le modèle nécessite deux pompes à sang pulsatile Harvard, une chambre en plastique (‘coeur’) contenant un septum défecteux et une sonde fibroptique pour mesurer la concentration d'indicateurin situ. On constata que la technique proposée donnait des valeurs précises pour les débits et les volumes, et que l'efficacité ‘physiologique’ due septum défectueux ne dépendait que de l'endroit affecté.

Zusammenfassung

Es wird eine neue Indikatorverdünnungsmethode zur Messung des Lungenkreislaufs bei Patienten mit vollständiger Transposition der großen Arterien oder Fehlern der Vorhof- oder Ventrikulärscheidewand vorgeschlagen. Die Methode besteht in der Analyse von drei nacheinande hergestellten Indikatroverdünnungskurven: Injektion in die Hohlvene und Prüfung in der Lungenarterie, Injektion in die Hohlvene und Prüfung in der Aorta und (normalerweise) Injektion in die rechte Herzkammer und Prüfung in der Aorta. Neben dem Lungenkreislauf läßt sich mit diesem Verfahren gleichzeitig auch der Gesemtkreislauf und der effektive Lungenkreislauf (Nettodurchfluß durch den Scheidewanddefekt vom Herz/Lungenkreislauf zum Körperkreislauf) sowie das Blutvolumen in der Lunge bestimmen. Es wird eine quantitative Messung der physiologischen Auswirkung des Scheidewanddefekts vorgeschlagen. Die Theorie wurde an einem hydrodynamischen Versuchsmodell mit simulierter Transposition getestet. Bei dem Modell wurden zwei Harvard Blutpulsierpumpen, eine Kunststoffkammer (‘Herz’) mit einer defekten Scheidewand und eine fibrooptische Testvorrichtung zur Messung der Indikatorkonzentration an Ort und Stelle verwendet. Mit dem Verfahren ließen sich genaue Werte für Blutdurchfluß und Blutvolumen erzielen. Es wurde beobachtet, daß die ‘physiologische’ Auswirkung des Scheidewanddefekts lediglich vom Ausmaß des Defekts abhängt.