A kapnogram klinikai értékének növelése a kilégzett széndioxid koncentráció görbeanalízisével

2014. március 19., szerda

Riley-féle három kompartmentes heterogén modell

A modell szerint a gázcserében három alveolus típus vesz részt:
- ideális alveolusok: ideálisan ventilált és perfundált alveolusok (normál V/Q)
- fiziológiás shunt: elzárt, összeesett alveolusok, az alveolusok perfundáltak, de nincsenek ventilálva (alacsony V/Q)
- alveoláris holttér: nyitott alveolusok, az alveolusok ventilálva vannak, de perfundálva nincsenek (magas V/Q)

Forrás: http://o.quizlet.com/

V/Q = ventilációs/perfúziós hányados
Normál értéke: 0.8 (4L levegő percenként / 5L vér percenként)
A holttérlégzés (jó ventiláció/csökkent perfúzió) leggyakoribb okai:
   - pulmonális embólia (PE), a tüdő fő és/vagy mellék artériáinak elzáródása
   - pulmonális hipotónia
   - West 1 zóna (magas légúti nyomások, relatív alacsony pulmonális nyomás)
A shuntkeringés (jó perfúzió/csökkent ventiláció) leggyakoribb okai:
   - Funkcionális: atelektázia, ARDS, pneumothorax (PTX, légmell), hidrothorax
     (mellvízkór), tüdő oedema, pneumonia, stb
   - Anatómiai: bronchiális, pleurális, thebesi vénák, arteriovenous fistula (AVF)

Riley modellje és a holtterek:
Fowler holttér: homogén, ideális tüdő, az alveoláris teret, mint abszolút homogén szellőző teret tekinti (anatómiai holttér)
Bohr holttér: figyelembe veszi az csökkent, vagy hiányzó keringésű alveolusok (V/Q>1) térfogatát is (anatómiai holttér + alveoláris holttér)
Enghoff holttér: az atelektázisok "mögé is lát", reprezentálja a keringő, de nem légző (V/Q<1) alveolusokat is (anatómiai holttér + alveoláris holttér + shunt)

Nemsokára újra 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.

2014. február 21., péntek

TDK konferencia absztraktok

A Szegedi Tudományegyetem ÁOK, FOK, GYTK és ETSZK Tudományos Diákköri Konferenciájára az idei évben április 07. és 12. között kerül sor. A konferencián a kutatásba bevont hallgatóink is részt vesznek. Elkészültek az előadáskivonatok, melyek a következő témaköröket érintik.

Az egyik absztakt címe: A lélegeztetési mintázat változtatásának hatása az a kapnogram III. fázisára nyitott szívműtétre kerülő betegeken.

Ismert tény, hogy még normál élettani körülmények között is fennáll valamilyen szintű ventilációs és perfúziós inhomogenitás a tüdőben. Amikor nyitott szívműtétre kerül sor, a fekvő testhelyzet, a rossz bal kamra funkció, a légúti váladék, a pozitív nyomású lélegeztetés, illetve egyéb körülmények miatt is tovább nőhet a ventilációs-perfúziós egyenetlenség. Az elzáródott alveoláris terek megnyitása fontos cél a lélegeztetés során, ennek egyik lehetősége a lélegeztetési mintázat változtatása.
Ebben az kutatásban az időkapnogram görbe SIII (SIII,T) fázisának követésével azt vizsgáltuk, hogy a ki-, és belégzés arányának (I:E arány) változtatása van-e hatással a tüdő heterogenitására. Elektív nyitott szívműtétre került betegeken (n=38), az I:E mintázat méréseken belüli módosításával (1:1↔1:2, 1:2↔1:3), mainstream kapnográfiás görbéket rögzítettünk, a mellkas zárt és nyitott állapotában.

A másik előadásanyag címe: Eltérni a mainstream-től? A fő- és mellékáramú kapnográfia összehasonlítása.

Ebben a vizsgálatban célul tűztük ki a két kapnográfiás technika összehasonlítását, párhuzamosan rögzített, fő- (MS) és mellékáramú (SS) kapnogramokat elemezve. A kapnogram görbék harmadik fázisának meredekségét (SIII) az idő (tcap) és a térfogat (Vcap) függvényében is vizsgáltuk.

39 felnőtt páciens szívműtéte során szimultán regisztrált MS és SS kapnogram görbéket (n=312) elemeztünk. A szoftver segítségével meghatároztuk az adott szakaszra eső idő- és volumetrikus kapnogram görbék SIII meredekségeit (SIII,T és SIII,V).

Az eredményeinket hallgatóink hamarosan prezentálják.

Nemsokára újra jelentkezem.

József

2014. január 1., szerda

A Bohr egyenlet levezetése

A Bohr egyenlet az élettani holttér (Vd) és a nyugalmi légzési térfogat (VT, tidal volume) hányadosát határozza meg, mely utal a légzési elégtelenségek mértékére. Az egyenlet azon a tényen alapszik, hogy csak az alveoláris térben (Va) lévő levegőben fog CO2 termelődni, illetve a kijelenthetjük, hogy a

VT = Vd + Va (nyugalmi légzési térfogat = élettani holttér + alveoláris tér), vagyis
Va = VT - Vd (1)

Legyen FT a kilégzett levegő, Fa az alveoláris tér, az Fd pedig a légzési holttér CO2 koncentrációja. Ekkor

VT * FT = Vd * Fd + Va * Fa (2)

A tiszta levegő mintegy 0,039% térfogatszázalék szén-dioxidot tartalmaz, ami gyakorlatilag elhanyagolható, ezért megengedhetjük, hogy Fd = 0. Vagyis

VT * FT = Va * Fa
(1)-et behelyettesítve
VT * FT = (VT - Vd) * Fa
a szorzást elvégezve, és az egyenletet átrendezve
VT * (FT - Fa) = Vd * Fa
átrendezve pedig már azonnal adódik a Bohr egyenlet
Vd / VT = (Fa - FT) / Fa

Felhasználva, hogy az alveoláris CO2-koncentráció (Fa) meghatározható a volumetriás kapnográf görbe harmadik fázisának átlagából (PACO2), az FT pedig a teljes kapnográf görbe átlagának tekinthető (PĒCO2)

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

Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_equation

Hamarosan újra jelentkezem.

József

2013. december 28., szombat

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

2013. november 8., péntek

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

2013. október 21., hétfő

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

2013. október 4., péntek

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