A kapnogram klinikai értékének növelése a kilégzett széndioxid koncentráció görbeanalízisével: kapnográfia

A következő címkéjű bejegyzések mutatása: kapnográfia. Összes bejegyzés megjelenítése

2014. november 29., szombat

A tüdő compliance és a III. fázis meredeksége

A compliance (tágulékonyság)

A compliance, a tüdő és a légzőrendszer tágulékonysága, melyet az egységnyi nyomásváltozásra bekövetkezett térfogatváltozással fejezünk ki (C=ΔV/ΔP). A teljes légzőrendszer (mellkasfal + a tüdő) compliance értéke kisebb, mint külön-külön.

A compliance értéke különböző betegségek kapcsán megváltozik. Pl. tüdőfibrózisban a compliance lényegesen lecsökken. Kórosan nagy tágulékonyságot eredményes az emphysema, mert ebben a betegségben a rugalmas rostok leépülnek és az alveolusok összeszakadnak.

Illetve érdemes még megemlítenünk, hogy a II-es típusú alveoláris sejtek által termelt surfactant csökkenti az alveoláris felületi feszültséget, ezzel növeli a compliance értékét.

Háttér

A szakirodalmi adatok szerint a tüdőben különböző ürülési dinamikával rendelkező, különböző CO2 tartalmú gázkompartmenteket találunk [1,2]. Ugyancsak sokszor hangsúlyozzák a légúti átmérők szerepét a kilégzési áramlás alakjára [3,4]. De nagyon kevés információnk van a transzpulmonális nyomás és a complience szerepéről.

Eredmények

Adataink az mutatják, hogy hogy a nagy complience-szel rendelkező betegek esetében a III. fázis meredeksége (SIII) sokkal érzékenyebb a légúti átmérők megváltozására, mint maga a légúti ellenállás (Raw). Ugyanakkor alacsony complience-ű betegek esetében az SIII nem elég érzékeny, az Raw előbb jelzi a légúti tónus megváltozásait. [5]

Nemsokára újra jelentkezem.

József

[1] Krauss B. Capnogram shape in obstructive lung disease, Anesth Analg, 100:884-8 2005
[2] Thompson. Capnographic waveforms in the mechanically ventilated patient, J E. Respir Care, 50, 100-8, 2005
[3] Tusman G. Rationale of dead space measurement by volumetric capnography, Anesthesia and analgesia 114: 866-874, 2012.
[4] Blanch L. Volumetric capnography in the mechanically ventilated patient, Minerva Anestesiol 72: 577-585, 2006.
[5] Babik B. Effects of respiratory mechanics on the capnogram phases: importance of dynamic compliance of the respiratory system. Critical care 16: R177, 2012.

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.

2014. augusztus 15., péntek

Klinikai paraméterek monitorozása kapnográfiával

A kapnográfia és kapnometria klinikai használatának, a légútbiztosítás és betegbiztonság melletti másik fontos indikációs területe a klinikai paraméterek monitorozása.

A kapnográfia különböző klinikai, ventillációs, perfúziós, ventillációs-perfúziós, és anyagcsere kórállapotokra, szövődményekre is felhívja a figyelmet, ezeket természetesen mindig egyéb klinikai tünetekkel, paraméterekkel együtt kell értékelni.

COPD és asztma

A krónikus obstruktív tüdőbetegségek (tüdőtágulat, idült légúti hurut) és az asztma a II. fázis meredekségét csökkenti, a III. fázisét növeli, a görbe jellemzően „cápauszony” alakú lesz (lásd következő ábra).

"Cápauszony" alakú kapnogram COPD és asztma esetén (piros)

PTX
Különböző súlyosságú légmell (Pneumothorax, PTX) kialakulása a légzés akadályoztatása révén torzítja el a kapnogramot. A III. fázis meredeksége (SIII) eltűnik, a II. fázis után a CO2 parciális nyomásérték folyamatosan csökken (lásd következő ábra).

A PTX jellemző kapnogram görbéje (piros)

Izomrelaxáns hatás megszűnése
Műtétek végén, az izomrelaxáns hatás eltűnése szintén felismerhető a kapnogram görbéből. Ilyen esetben a kilégzési fázisban megjelenő belégzési manőver a spontán légzés megjelenésére utal (lásd következő ábra).

Izomrelaxáns hatás eltűnése (piros)

Fals szívás
Az előző eset nem keverendő össze gyors kilégzési áramlás mellett a kilégzés második felében jelentkező behúzódásokkal. Ez az oldaláramú kapnogram „fals” szívásának következménye, mely során az Y résznél friss gáz szívása történik. Ilyen esetekben a beteg felől ebben a periódusban már alig van áramlás (lásd következő ábra).

Fals, friss levegő szívásának kapnogram görbéje (piros)

Nem megfelelő percventiláció
A kapnogram megmutatja azt is, ha testméretekhez beállított percventilációt (frekvenciát) a speciális anyagcsere igények-, (láz, hypothermia, táplálás) vagy terápiás célok miatt (agyi vaso-konstrikció csökkentése) változtatni kell (lásd következő ábra).

Magas (piros) és alacsony (kék) percventiláció kapnogram képe

Pulmonális embólia

Pulmonalis embóliában, embolizációban az PETCO2 értéke drasztikusan lecsökken (lásd következő ábra).

Pulmonális embólia jellegzetes kapnogram alakja (piros)

Kamrafibrilláció
A rutin idő-kapnográfia gyorsan jelzi a kamrafibrillációt is (lásd következő ábra).

Kamrafibrilláció kapnogram görbéje (piros)

Metabolikus állapotok
Hasonlóan fontos, hogy a kilégzett CO2 görbe információt szolgáltat a szervezetben lezajló anyagcsere folyamatokról is, hiszen a szövetekben, az anyagcsere során keletkező CO2 közvetetten megjelenik a kilégzett levegőben. Ahogy Ray Fowler, dallasi orvos fogalmazott “CO2 is the smoke from the flames of metabolism” vagyis „a szén-dioxid az anyagcsere folyamatok tűzének füstje”.

Nemsokára újra jelentkezem.

József

[1] Babik B, Csorba Zs, Balogh Á, Szeti K, Tolnai J, Peták F. Kapnográfia lélegeztetett betegekben. Mindig nézzük, mindent látunk? Medicina Thoracalis (Budapest) LXVII:(2) pp. 78-98. (2014)

2014. július 23., szerda

Kapnográfia klinikai használata, technikai szővődmények

A kilégzett CO2 monitorozásának egyik fontos indikációs területe a légútbiztosítás, a betegbiztonság. A kapnográfia segíthet felderíteni az orvos számára a perioperatív „technikai szövődményeket”, mint pl.
   - a vak, éber intubálás során az endotracheális (ET) tubus nyelőcsőbe csúszását,
   - a légzőkör szétesését,
   - az ET tubus megtörését,
   - az ET tubus jobb főhörgőbe csúszását,
   - a tubusmandzsetta tömítetlenségét,
   - visszalégző rendszer alkalmazása esetén a szelepek rossz működését,
   - vagy a CO2-elnyelő szóda kimerülését.

Intraoesophagealis intubálás
A görbe alakja azonnali segítséget jelenthet az endotracheális tubus, vagy szupraglottikus légútbiztosítási eszközök gyors és helyes pozicionálásában. Az ET tubus a nyelőcsőbe csúszása (intraoesophagealis intubálás) esetén a gyomorban is előforduló CO2 miatt szabálytalan, lényegesen alacsonyabb görbét kapunk (lásd következő ábra).

Intraoesophagealis intubálás kapnogramgörbéje (piros)

Ha a beteg gyomrát a maszkos lélegeztetés során CO2 tartalmú levegővel felfújtuk, vagy ha a beteg antacidot kapott nem sokkal az intubálás előtt, esetleg korábban szénhidrát tartalmú italt fogyasztott, akkor az első néhány légvétel során még a gyomorba intubálás mellett is kaphatunk szabálytalan CO2 görbét.

A tubus jobb főhörgőbe csúszása
Abban az esetben, ha a tubus a beteg mozgatása során véletlen mélyre, a jobb főhörgőbe csúszik, akkor a kapnogram görbe a fél tüdőre csökkent gázcserét szintén azonnal jelzi (lásd következő ábra). Más műszerek, pl. a pulzoximéter értékeit figyelve csak sokkal később vehetjük észre mindezt.

A tubus jobb főhörgőbe csúszásakor látható kapnogramgörbe (piros)

A tubus szivárgása
A tubus szivárgása esetén a kilégzésvégi áramlás leesik, az oldaláramú kapnogram fals levegőt szív az alveoláris mellé (lásd következő ábra).

A tubus szivárgására jellemző kapnogramgörbe (piros)

A CO2-elnyelő szóda kimerülése
A CO2-elnyelő szóda kimerülése megemeli a CO2 alapszintet (lásd következő ábra).

A CO2-elnyelő szóda kimerülése (piros)

A visszalégző rendszer szelepeinek rossz működése
Visszalégző rendszer alkalmazása esetében, ha a szelepek rosszul működnek, a belégzési szakasz késik és meredeksége csökken (lásd következő ábra).

A visszalégző rendszer szelepeinek rossz működése (piros)

A légútbiztosítás és kapnográfia kapcsolata kapcsán két magától értetődő, de annál fontosabb dolgot szükséges megemlíteni. Az egyik, hogy a kapnográfia mindig addicionális, és nem kizárólagos módszer a tubus jó helyzetének eldöntésében, tehát a mellkas hallgatása, és kitérésének megtekintése, a tubus párásodása stb. természetesen elengedhetetlen. A másik, hogy a kapnográfiával légzést lehet monitorozni, de oxigenizációt nem.

Nemsokára újra jelentkezem.

József

Babik B, Csorba Zs, Balogh Á, Szeti K, Tolnai J, Peták F. Kapnográfia lélegeztetett betegekben. Mindig nézzük, mindent látunk? Medicina Thoracalis (Budapest) LXVII:(2) pp. 78-98. (2014)

2014. június 17., kedd

A hollterek volumetrikus kapnográf paraméterei

Fowler (anatómiai) holttér

A Fowler-féle homogén modell a tüdőt ideálisnak tekinti, nem veszi figyelembe az alveoláris holtteret. A felső és a vezető légutakat reprezentálja, az alveoláris teret, mint abszolút homogén szellőző teret tekinti.

A Fowler (anatómiai) holttér (VDF) meghatározása volumetrikus kapnográfiával (Vcap): A becslés/számolás lényege a légúti-alveoláris gázfront meghatározása. A becslés fizikai korlátja, hogy a légúti-alveoláris átmenet a diffúzió miatt nem éles határú, tehát a kapnogram görbén nem pontszerű, hanem inkább szakasznak felel meg. Élettani korlátja, hogy a II. fázis definíciójából fakadóan tartalmaz légúti és alveoláris eredetű gázkeveréket is.

Geometriai módszerrel (Fowler eredeti, „papír-ceruzás” elgondolása szerint) becsülve a VDF megfelel annak a vízszintes tengelyen leolvasható térfogatnak, melyet az a II. fázison átmenő függőleges jelez, mely esetén igaz, hogy "p" területe egyenlő "q" területével. Matematikai módszerrel a függőleges vonal helyét a II. fázis inflexiós pontja határozza meg, azaz ahol az II. fázis görbéjének második deriváltja előjelet vált (lásd ábra).

Vagyis VDF = a volumetrikus kapnogram II. szakaszának inflexiós pontjában lévő térfogatérték

Bohr holttér (élettani holttér 1.)

A Bohr-féle élettani holttér (VDB) a vezető légutak térfogata (VDaw) mellett azokat a csökkent, vagy hiányzó keringésű alveolusok térfogatát (VDalv) is magába foglalja, melyekben nincs gázcsere (V/Q> 1), mennyisége ~2,2- 2,5 ml/kg. Vagyis a VDB az anatómiai holttér mellett a nem keringő alveolusok térfogatát is jelképezi. (Lásd korábbi blogban a Riley-féle három kompartmentes heterogén modellt.)

A VDB geometrikusan ábrázolva a következő ábrán látható Z és Y területnek felel meg. A PETCO2 a végkilégzési CO2-koncentráció, a PaCO2 az artériás CO2 parciális nyomás.

A számolás (becslés) lényege a kilégzett, kevert CO2 koncentrációnak (PĒCO2) és az alveoláris CO2 koncentráció középértékének (PACO2) volumetrikus kapnogramgörbéből való meghatározása. (Lásd ábra.)

A PĒCO2 értékét a VCO2 (a görbe alatti terület, lásd előző ábra) és a VT (nyugalmi légzési térfogat) hányadosaként kapjuk meg.
A PACO2 az alveoláris CO2 parciális nyomás középértéke. Meghatározása: a volumetrikus kapnogram II. szakasz inflexiós pontjának és a III. szakasz végpontja (VT) közötti térfogat felezőpontjában lévő parciális nyomásérték.
Mindezek után a Bohr egyenlet:

A Bohr holttér mérése a Vcap ezen algoritmusával folyamatosan, nem-invazív módon, légvételenként történik. Értéke azoktól a paraméterektől függ, melyek a légúti és az alveoláris holtteret befolyásolják. A Bohr holttér betegágy melletti monitorozása Vcap segítségével hasznos az effektív és az elpazarolt légzés közötti egyensúly keresésében. Fel lehet ismerni, ha túl nagy a légvételi volumen, vagy a PEEP, illetve ha hirtelen lecsökkent a pulmonalis keringés.

A Bohr formula ugyanakkor nem látja, mi történik az atelektázisok mögött, van-e bennük keringés, vagy csökkent, esetleg megállt a hypoxiás vascularis konstrikció miatt, változó mértékű shuntöt képezve.

Enghoff holttér (élettani holttér 2.)

Az Enghoff féle élettani holttér (VDE) a vezető légutak térfogata (VDaw) mellett a csökkent, vagy hiányzó keringésű alveolusok térfogatát (Vdalv), és a csökkent módon, vagy egyáltalán nem légző, perfúziójúkat megtartott, shuntöt képező alveolusokat (VDshunt) egyaránt magába foglalja. Az Enghoff-holttér legegyszerűbben szintén a Riley-féle három kompartmentes heterogén modell segítségével magyarázható:
Vagyis VDE = VDaw + VDalv + VDshunt = VDB + VDshunt
Mennyisége > VDB, tehát > 2,2- 2,5 ml/kg.
VDE az összes egyidejűleg meglévő ventillációs-perfúziós egyenetlenséget tartalmazza, tehát a légző, de nem keringő (V/Q> 1), és a keringő, de nem légző (V/Q<1) alveolusokat is jelképezi.
Geometrikusan ábrázolva a VDE a Z’ és Y’ területnek felel meg (lásd következő ábra).

A számolás (becslés) lényege az artériás PaCO2 koncentráció mérése és a már korábban is említett, kilégzett, kevert CO2 koncentráció (PĒCO2) meghatározása. Matematikailag a VDE-t, a Bohr holttérhez hasonlóan, a CO2-re vonatkoztatott anyagmegmaradás törvényével lehet meghatározni, úgy, hogy a PACO2 értékét PaCO2 cseréljük:

Az Enghoff modifikáció jelentősége az, hogy globális képet ad a gázcserében részt nem vevő alveolusok tömegéről, tehát a holttér légzésről és a shunt keringésről együtt. A klinikai kép ugyan kórélettani értelemben „nem tiszta”, de klinikailag az Enghoff módon számolt élettani holttér jelentősége óriási, hiszen a perioperatív szakaszban a hypoxaemia kialakulásában a shunt keringésnek van meghatározó jelentősége.

Fontos, hogy tudjuk, mely módon kaptuk meg az élettani holtteret. Ha a gyakorlatban az artériás PaCO2-t használva, Enghoff modifikációval számoljuk a holtteret, (ahogy az elmúlt évtizedekben ez Vcap nélkül kényszerűségből szokás volt) de „holttérként” (Bohr-ként) interpretáljuk, akkor ezt a nagy holtteret az alveolusok túlfeszítésének tulajdoníthatnánk. Ebből következően PEEP-et csökkentenénk, holott lehet, hogy értéke még Enghoff holttérnek is emelkedett, ezért a shuntkeringés miatt inkább PEEP-et kellene emelni.

Nemsokára újra jelentkezem.

József

Babik B, Csorba Zs, Balogh Á, Szeti K, Tolnai J, Peták F. Kapnográfia lélegeztetett betegekben. Mindig nézzük, mindent látunk? Medicina Thoracalis (Budapest) LXVII:(2) pp. 78-98. (2014)

2014. május 19., hétfő

A kapnográfia rövid története

A szén-dioxid (CO₂)

A belégzett száraz levegő összetétele (nitrogén: 78,084%, oxigén: 20,946%, argon: 0,934%, szén-dioxid: 0,033%, egyéb gázok: 0,003%). Ez az összetétel egyébként nagyjából 100 km-es magasságig változatlan, holott közben a légköri nyomás a tengerszinten mért 760 mmHg-ről a 10.000 méteres magasságban már csak 215 mmHg-re csökken. A CO₂ parciális nyomása ennek megfelelően majdnem nullának tekinthető (tengerszinten 0.3 mmHg).
A kilégzett levegőben a CO₂ koncentráció 4%-ra emelkedik, az oxigéné pedig kb. 17%-ra csökken. A többi gáz nagyjából változatlan koncentrációban marad (inert gázok). A CO₂ -78,5 °C-on megfagy, szilárd halmazállapotú lesz, kondenzál, amit szárazjégnek nevezünk.

A CO₂-t (régi nevén szénéleg, széngáz) az 1750-es évek elején Joseph Black skót orvos-kémikus fedezte fel, elsőként a sokáig „őselemnek” és így egyneműnek tekintett levegő alkotóelemei közül.

Kapnográfia

Az infravörös sugárzást 1800-ban Sir Frederick William Herschel német-angol csillagász azonosította először, aki az Uránusz bolygó felfedezéséről vált igazán híressé. A fény elnyelésének elmélete Johann Heinrich Lambert nevéhez fűződik (Beer-Lambert törvény).
John Tyndall 1865-ben tett közzé egy mérési tanulmányt, amelyben különböző gázok abszorpciós tulajdonságait vizsgálta. Felismerte, hogy a CO₂ és az ózon, a többi légköri gázzal ellentétben, jól elnyeli a „hősugárzást”. Humán kísérleteit tekinthetjük az első kvantitatív infravörös módszernek az emberi lehelet CO₂ tartalmának vizsgálatára.

Tyndall kísérleti berendezése
Forrás: http://tyndall1861.geologist-1011.mobi/

1939-ben, a baltimore-i Johns Hopkins kórházban August Herman Pfund által készített, légzési gázokat analizáló készülék a CO₂ koncentrációt termikus módszerekkel mérte. Az első infravörös abszorpciót használó kapnográfot Karl Luft, német biomérnök mutatta be 1943-ban, amit URAS-nak (Ultra Rot Absorption Schreiber) nevezett el.
Az első igazi, betegágy mellett is használható „infrared CO₂ meter” az 1950-s években jelent meg, amikor a technikai eszközök már lehetővé tették, hogy az érzékelő által mért jeleket felerősítve és konvertálva, valamilyen kijelzőn megjelenítsék. A korai kapnográfok még szekrény méretű, több különálló részből összekapcsolt mérőeszközök voltak.


Egy mai modern kapnográf Forrás: http://labanamedicalstore.com	Kézi kapnográf és oximéter Forrás: http://cutech.en.made-in-china.com

Európában a CO₂ monitorozása kapnográfia néven már az 1960-s években elkezdődött. Ugyanakkor 1978-ban a kapnográfia amerikai bevezetését célul kitűző, World Congress on Intensive Care Medicine egyik tudományos ülésén a megjelent aneszteziológusok jelentős része még úgy gondolta, hogy ennek a módszernek nincs jövője. A rutin klinikai alkalmazást lehetővé tevő precíz, kisméretű monitorok az 1980-s években terjedtek el világszerte.

Nemsokára újra jelentkezem.

József

[1] J. S. Gravenstein, Michael B. Jaffe, Nikolaus Gravenstein, David A. Paulus, Capnography (Cambridge Medicine)