Fiziológiás holttér számítása kapnogram értékekből

Anatómiai holttér

Az anatómiai holttér alsó légúti része, a konduktív zóna
nagyjából a 16 generációig tart.
Forrás: http://www.realmagick.com/conducting-zone-functions/

A belélegzett levegő azon része, amely nem vesz részt a gázcserében. Vagyis az a levegőmennyiség, amely a felső légutakat (orrüreg, szájüreg, garat, gége), illetve a konduktív légutakat tölti ki. (A konduktív légutak a tracheától a 15-16. generációs bronchiolus terminalisokig tartó alsó légutakat jelenti.)
Ez a levegőmennyiség a légutak felső szakaszában marad és elsőként távozik, változatlan összetételben. Általában a beszívott levegő 30 %-a (~150ml nyugalmi légzés mellett).

Élettani (fiziológiás) holttér

Ha az alveolusok egy része nem kellőképpen perfundált, akkor itt megrekedt levegő mennyiség ugyancsak kimarad a gázcseréből, megnövelve a holttér nagyságát. Tehát ez a holttér valamivel nagyobb, mint az anatómiai. Az élettani holttér nagysága a fizikai terhelés növelésével csökken.

Alveoláris holttér
Az élettani és anatómiai holttér különbsége.

Alveoláris holttér = Élettani holttér - Anatómiai holttér

 

A fiziológiás holttér kiszámítása a kapnogram értékekből

Bohr elv
A klasszikus Bohr elv (1891) szerinti fiziológiás holtteret a következő képlet szerint számoljuk:

VD phys Bohr / VT = (PACO2 - PĒCO2) / PACO2

ahol PACO2 a volumetriás kapnogram SII inflexiós pontjának és SIII szakaszának végpontja közötti térfogat felezőpontjában lévő parciális nyomásérték,
a PĒCO2 pedig a  kilégzett CO2 koncentráció átlagértéke. A VCO2 és a légzési térfogat (VT) hányadosa. (Ahol VCO2 az egy légzési ciklusban kilégzett CO2 mennyiség, vagyis a Vcap görbe alatti terület.)

A VT a nyugalmi légzési térfogat (tidal volume).

Enghoff módosítás

A PACO2 meghatározás korábbi nehézségei miatt korábban évtizedekre elterjedt az Enghoff módosítás, mely viszonyítási alapnak a PACO2 helyett, a könnyen elérhető artériás CO2 értéket (PaCO2-t) használja

VD phys Enghoff / VT= (PaCO2 - PĒCO2) / PaCO2

A folytatással nemsokára jelentkezem.
József

---

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

---

Első eredmények

Megszülettek az első eredményeink, amelyeket aneszteziológus kollégánk (Dr. Babik Barna) egy nemzetközi workshop alkalmával, Ljubljanában (2013. október) már prezentált is.

Néhány kép az előadásából

A prezentáció címe (Beyond the tube position) finoman céloz arra, hogy a műtétek során a kapnográf görbe nem csak a endotracheális tubus helyes pozíciójának ellenőrzésére alkalmas, hanem abból számos klinikai és élettani információ is potenciálisan kinyerhető.

A főáramú és mellékáramú kapnográfia előnyeinek és hátrányainak összehasonlítása a bevezetésben.

 

A cél az SIII értékek idő és térfogat függvényében való összehasonlítása, fő és mellékáramú kapnográffal szimultán mért, szívbeteg, mesterségesen lélegeztetett, felnőtt betegadatokból.

 

Az adatok feldolgozása, kiértékelése az idő és a térfogat függvényében is az erre a célra létrehozott programmal történt.

Egy eredményeket bemutató dia. Szimultán mért főáramú és mellékáramú időkapnográfiás SIII értékek ábrázolása egymás függvényében. Bal oldal a korrelációs, jobb oldalt pedig Bland-Altman diagram.

Egy eredményeket bemutató dia. Az előbbi adatok a térfogat függvényében. Bal oldal a korrelációs, jobb oldalt pedig Bland-Altman diagram.

A folytatással nemsokára jelentkezem.
József

---

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

---

Egy szoftver

Mivel a kapnogram görbék kiértékelése a hagyományos módszerekkel nagyon sok időbe telt, szükségessé vált egy speciális, saját fejlesztésű kiértékelő program elkészítése.

Kicsit előre dolgozva és a nyarat is kihasználva, mostanra gyakorlatilag elkészült az első verzió, aminek tesztelése folyamatosan zajlik.

Képek a szoftverből

A szoftver ábrázolja a mért kapnogram görbéket, majd a kalibrációs és egyéb paraméterek megadása után megkeresi a tcap görbék III. szakaszát, veszi annak paraméterként megadott részét (tipikusan 60-75%-át), majd egyenest illeszt rá és kiszámolja a következő tcap adatokat:

SIII: a III. szakasz (a regressziós egyenes) meredeksége
R2: a regresszió determinációs együtthatója
ETCO2: a kilégzés végi CO2 koncentráció
PECO2: a teljes kilégzési ciklusra vonatkozó CO2 koncentráció középértéke
TSIII: a III. szakasz hossza időben

A program már alkalmas a párhuzamosan mért flow adatokból a térfogatgörbe létrehozására és a CO2 görbével való szinkronba hozására (ami főleg a mellékáramú kapnográf mérések esetében szükséges) és a következő volumetriás (Vcap) adatok kiszámolására is:
Vcap SIII: a CO2 görbe térfogat függvényében való ábrázolásakor, a III. kilégzési szakasz meredeksége
VSIII: a III. szakasz "nagysága" térfogatban (ml) megadva

 

A kapott adatok kiexportálhatóak és további feldolgozásra beolvashatóak az Excelbe vagy  valamilyen statisztikai programba.

A folytatással nemsokára jelentkezem.
József

---

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

---

Szakmai előzmények

Kapnográfia

A kapnográfiás mérések két típusa terjedt el a klinikai gyakorlatban:

• főáramú (mainstream)
• mellékáramú (sidestream)

A fő- és mellékáramú kapnográfia

A főáramú kapnográfia a kilégzett levegő CO2-koncentrációját a beteg "közelében" méri, infravörös spektrofotometriával.

Főáramú kapnográf szenzor elhelyezése.
Forrás: http://www.zoll.com/
medical-products/defibrillators/r-series/etco2/

Előnye a torzításmentes és gyors jelfeldolgozás. Hátránya, hogy a kilégzett gázkeverékből csak a széndioxid koncentrációját tudja mérni, megnöveli a légzési holtteret, megnehezíti a tubus pozícióban tartását és a páralecsapódás miatt az érzékelőt melegíteni kell.

A mellékáramú kapnográfia ugyanonnan vett gázmintát, de a betegtől "távolabb", hasonló elvek szerint elemzi. Előnye, hogy ez a kapnográfiás módszer más gázok koncentrációját is képes mérni (pl. altatógázok, oxigén) és a beteg fejénél elhelyezett T-elágazás könnyebben kezelhető. Egyik hátránya, hogy az elszívott gáz légzőköri szivárgást jelent, ami kis testsúlyú beteg esetén már jelentős lehet és adaptált elszívás nélkül az elemzett gáz a környezeti levegőbe kerül. Nehézség az is, hogy a lecsapódó pára elzárhatja a hosszú és vékony elszívócsövet. Továbbá a mellékáramú kapnométer dinamikus válaszképessége romlik a csőben történő tengelyirányú gázkeveredés és a CO2-koncentráció lépcső elmosódása miatt. Ez lassítja a II. fázis dinamikáját és alulbecsülheti a végkilégzési CO2-koncentrációt (ETCO2), főleg magas lélegeztetési frekvencia mellett.

Az idő- és a volumetrikus kapnográfia

A kilégzett CO2-koncentrációt az idő (t) vagy a kilégzett gáztérfogat (V) függvényében ábrázolhatjuk. A gyakorlatban jelenleg az idő kapnográfia (tcap) az elterjedtebb, de a módszer beteg-közeli áramlásméréssel kombinálva lehetőséget nyújt a volumetrikus kapnográfia (Vcap) alkalmazására is. Konvencionálisan a tcap a technikai szövődmények felismerésében játszik fontos szerepet, mint például a légzőköri jelentős szivárgás megjelenése, a tubus elzáródása vagy jobb főhörgőbe csúszása és a CO2-elnyelő szóda kimerülése.

Tipikus időtartománybeli (tcap) kapnogram görbe,
a kilégzési szakaszokkal és a legfontosabb paraméterekkel

Kapnogram paraméterek

SIII: A CO2 görbe III. fázisának meredeksége
(α szög: a III. szakasz vízszintessel bezárt szöge)
ETCO2: kilégzés végi CO2 koncentráció
PaCO2: alveoláris CO2-koncentráció

Jelen kutatásban kitűzött célok

1. Az időtartománybeli és a volumetriás kapnográfia alakjában jelentkező különbségek jellemzése a kilégzési légáramlás függvényében. Ehhez légzőszervi szempontból egészséges valamint obstruktív és restriktív pulmonáris kórképekkel rendelkező betegekben kapott kapnográfiás eredményeket vetjük össze.
2. A főáramú és a mellékáramú kapnográfia alaktani elemzéséből nyert ventilációs paraméterek összehasonlítása. Alkalmas-e a mellékáramú kapnográfia arra, hogy a főáramúból meghatározott ventilációs (SII, SIII) és holttér (VDBohr, VDEnghoff) paramétereket megbízhatóan reprodukálja?
3. A lélegeztetési mintázat hatásának vizsgálatát a kapnogram ventilációs és holttér paramétereire. E méréseink arra irányulnak, hogy változik-e és hogyan a kapnogram görbe alakja a lélegeztetési mintázat függvényében. Mivel a belégzés-kilégzés folyamata inger és a ráadott válaszként értelmezhető, ezért várhatóan az inger (belégzés) változtatása a választ (kilégzés) is befolyásolja.

A folytatással nemsokára jelentkezem.
József

---

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

---

Bemutatkozás, köszöntő

Bemutatkozás

Tolnai József vagyok és az SZTE ÁOK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézetében végzem kutatómunkámat. Nagyjából egy évtizede kapcsolódtam be Hantos Zoltán professzor légzésélettani kutatócsoportjába. Hosszú ideig a légzőrendszer mechanikai tulajdonságaival, a légutak újranyílásakor keletkező intenzív hanghatások (crakle-ök) detektálásával és feldolgozásával, illetve a tüdő morfometriájával foglalkoztam. Ebben az időszakban számos érdekes állatkísérlet részese lehettem, ahol a "páciensek" széles skálájával találkoztunk (egér, patkány, nyúl, malac, stb). De persze a kutatómunkának része volt sok humán mérési protokoll is.

Jelenlegi kutatásaim célpontja a kapnográfia. Ebben a témában sikeres Magyary Zoltán Posztdoktori Ösztöndíj pályázatot nyújtottam be.

Mi a kapnográfia?

A kapnográfia a kilégzett CO2 folyamatos, nem-invazív, on-line, dinamikus, ágymelletti, effort- és kooperáció független, numerikus és grafikus vizsgálata. Használatát a Magyar Aneszteziológia és Intenzív Terápiás Társaság minden lélegeztetett beteg ellátása során minimum feltételként követeli meg.

Mi a motiváció?

A gyakorlatban a kapnogram görbeanalízisének klinikai értékelése és ebből fakadó haszna messze alulmarad a görbéből potenciálisan kinyerhető klinikai és élettani információ értékénél. Ezért kezdtünk el foglalkozni a görbékben rejlő további légzésmechanikai és pulmonális keringésre vonatkozó ismeretek feltárásával. A kapnogram diagnosztikus értékének növelésével szeretnénk, hogy a betegek perioperatív biztonsága növekedjen.
Ezen kutatási munka fontos eseményeiről szeretnélek benneteket folyamatosan tájékoztatni.

Hamarosan újra jelentkezem, jó blogolvasást mindenkinek!
József

---

A kutatás a TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosító számú Nemzeti Kiválóság Program – Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

---