Curves & Loops: Lees de ventilator

Transcriptie

1 Curves & Loops: Lees de ventilator T. Schepens, UZ Gent, Gent en Universiteit Antwerpen, Wilrijk D. Wildemeersch, UZ Antwerpen, Edegem Een beademingstoestel of ventilator is veel meer dan een instrument dat enkel voor in- en expiratie zorgt bij een al dan niet geïntubeerde of gesedeerde patiënt. Het is ook een monitor die iets kan vertellen over de longkwaliteit van uw patiënt, over de ademhalingsinspanning, een geschikte positieve eind-expiratoire druk (PEEP)-niveau, weaning mogelijkheden en nog veel meer. Vele van deze zaken zijn bovendien met één blik te zien op het standaard scherm van de ventilator. Beademing is iets wat in vele landen door gespecialiseerde teams geregeld wordt, door de zogenaamde Respiratory Therapists. Gezien we in Vlaanderen niet door dergelijke medewerkers ondersteund worden is de kennis over de mogelijkheden en de interpretatie van de parameters van het beademingstoestel voor de verpleegkundige op intensieve zorgen van groot belang. Rekening houdend met het dynamische karakter van beademing, worden vele waarden weergegeven als curves, of een combinatie van 2 curves: de lus (loop). Alle beschreven curves kunnen per ademhalingscyclus beschouwd worden, of over bepaalde periode in de tijd; de meeste ventilatoren beschikken over de mogelijkheid de gemeten waarden over een langere tijd als een trend weer te geven. Weerstand en compliantie De longbeweging tijdens ademhaling treedt op door krachten buiten het longweefsel. Tijdens spontane ademhaling gebeurt deze krachtontwikkeling door de ademhalingsspieren. Het antwoord van de longen op deze extern ontwikkelde kracht wordt geregeld door twee belangrijke parameters: de elastische compliantie van het longweefsel en thoraxwand en de luchtstroom weerstand van de luchtwegen. Wanneer we een patiënt beademen wordt er positieve druk in de thorax gecreëerd tijdens inspiratie, terwijl dat onder normale fysiologische omstandigheden tijdens expiratie is. Dit heeft op fysiologisch vlak een aantal gevolgen. Bij het toedienen van een bepaalde positieve druk, zal de inspiratoire luchtstroom (flow) afhankelijk zijn van de compliantie van de alveoli maar ook van de weerstand van de luchtwegen. De flow stopt wanneer er een evenwicht in druk wordt bereikt. Bij zeer compliante (elastische) longen zal de flowsnelheid en het uiteindelijk ingeblazen volume hoger zijn dan bij restrictieve (stijvere) longen voor dezelfde ingestelde/gevraagde druk. Compliantie is met andere woorden de beademingsdruk die nodig is om een bepaald teugvolume te bereiken. De expiratie start wanneer de positieve druk wegvalt en door elastische recoil van de alveoli en thoraxwand de flow zich uitwaarts zal begeven. Op deze manier zorgen de luchtwegen voor het

2 ontwikkelen van een bepaalde weerstand tegen expiratoire flow. Hoe hoger de alveolaire druk, hoe hoger de expiratoire flow bij een constante luchtweg weerstand. Hoe hoger de luchtwegweerstand, hoe trager de flow en dus hoe meer tijd er nodig is voor een volledige expiratie. De basiscurves Deze curves worden op alle moderne beademingstoestellen op het standaard scherm getoond. Ze zijn een weergave van een enkele parameter over de tijd. Druk-, flow- en volume curves laten zich het snelst en meest eenvoudig interpreteren wanneer ze in combinatie bekeken worden, maar toch bezitten ze alle drie hun afzonderlijke kwaliteiten. Druk De drukcurve toont de luchtwegdruk in de tijd, meestal uitgedrukt in cmh 2 O. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen piekdrukken en plateaudrukken. De drukcurve toont ook het ingestelde PEEP-niveau. In een volume-gecontroleerde beademing met constante flow zal de luchtwegdruk afhankelijk zijn van de alveolaire druk en de luchtwegweerstand. Dit valt samen te vatten met de formule luchtwegdruk = flow x weerstand + alveolaire druk. In deze setting zal een verschil in longweerstand of compliantie een verandering van de luchtwegdrukken veroorzaken. Het verschil tussen de piekdruk en de plateaudruk geeft een idee over de luchtwegweerstand, en wordt ook wel eens weerstandsdruk genoemd. Bij hoge luchtwegweerstand (denk aan asthma of COPD), of bij zeer hoge flows (hoog minuutvolume) zal de weerstandsdruk erg hoog zijn. Het verschil tussen de plateaudruk en de PEEP is de compliantiedruk. We merken hierbij op dat de alveolaire druk kan geschat worden via de plateaudruk bij een inspiratoire pauze, de kortdurende piekdrukken bereiken de alveoli niet. Algemeen gesproken worden vaak luchtwegdrukken tot 30 of 35 cmh 2 O geaccepteerd als veilig voor de patiënt. Soms is er een kleine daling van de druk te zien tijdens de inspiratoire plateaufase, door rekrutering van bepaalde longregio s of kleine lekken in het circuit. Bij een drukgestuurde beademing ziet de curve er wat anders uit, met een ingestelde plateaudruk en ingestelde inspiratoire tijd. Afhankelijk van de specifieke beademingsmodus zijn er nog wat fluctuaties van druk mogelijk tijdens de inspiratoire fase.

3 Hoge druk Bij hoge beademingsdrukken kan een onderscheid gemaakt worden tussen hoge alveolaire en hoge luchtwegdrukken. Een hoge alveolaire druk kan het gevolg zijn van een hoog teugvolume, onvolledige expiratie (gas trapping), hoge PEEP of slechte longcompliantie. Luchtwegdrukken kunnen zowel door technische, ventilator-afhankelijke factoren als door patiënt-gerelateerde factoren verhoogd worden. Voorbeelden hiervan zijn bijvoorbeeld een knik in de endotracheale tube, of een mucusplug in de tube of luchtwegen. Bij kinderen kan condenswater in het circuit ook een verhoging van de druk geven. Merk ook op dat een verplaatsing van de tube naar distaal/endobronchiaal een verhoging van de druk geeft wanneer het ingestelde toe te dienen teugvolume plots in één long geblazen wordt. Ook zijn er patiënt-gerelateerde factoren die hoge luchtwegdrukken in de hand werken. Bronchospasme, verminderde compliantie, longoedeem, een pneumothorax, hoge intra-abdominale drukken en patiënt-ventilator asynchronie zijn enkele van de oorzaken waar men bedacht op moet zijn. Met een goed klinisch onderzoek kan men vaak de oorzaak van de verhoogde beademingsdruk eenvoudig achterhalen. Barotrauma Het is niet waar te stellen dat hoge beademingsdrukken altijd correleren met barotrauma van de long. Dit is enkel het geval wanneer de beademingsdruk (of dus luchtwegdruk) zich vertaalt in een hoge alveolaire druk. Om dit te bepalen moeten we rekening houden met de effectieve transpulmonaire druk, zijnde het drukverschil tussen de alveoli en de intrapleurale druk. De druk waarde die het beademingstoestel aangeeft maakt routinematig geen onderscheid tussen druk die door een long of een thoraxwand gegeven veroorzaakt wordt. Men zou aldus de pleurale druk (of zijn surrogaat de oesophageale druk) moeten meten om aldus de eind-inspiratoire en eind-expiratoire occlusiedruk vast te kunnen stellen en zo zeker te zijn wat de effectieve alveolaire druk is. Enkele moderne beademingstoestellen hebben de mogelijkheid dit automatisch te doen. Zo zal bijvoorbeeld bij een patiënt met weinig compliante longen, een rigide thorax door obesitas of opiaat bolus, of een hoge intra-abdominale druk de weergegeven totale beademingsdruk hoog zijn maar de reëel aanwezige transpulmonaire druk redelijk laag. Om de alveoli in een dergelijke setting open te houden zal een eerder hoge PEEP en positieve inspiratoire druk toegepast moeten worden. Merken we nog op dat een hoge beademingsdruk en dus ook een hoge intrathoracale druk een potentieel negatief effect heeft op de bloedcirculatie. Zo kan een toename in intrathoracale druk genoeg zijn de veneuze retour (preload) naar het hart te compromitteren. Deze verminderde preload zal bij sommige kritiek zieke patiënten een belangrijke weerslag hebben op de gegenereerde cardiac output. Aanpassingen in druk instelling op de ventilator dienen dan ook steeds in overweging gebracht te worden met de hemodynamische toestand van de patiënt.

4 Volume De volume curve toont de geleidelijke stijging en daling van het teugvolume, meestal uitgedrukt in milliliter (ml). Tijdens de plateaufase van de inspiratie is er een status quo van het volume. Wanneer het gemeten uitgeademde volume lager is dan het gemeten ingeblazen volume, is er een lek ergens in het circuit of is er air trapping aanwezig (zie verder). Bij een drukgestuurde beademing is het teugvolume variabel en licht afwijkend per ademhaling. Flow Deze curve toont de inspiratoire en expiratoire luchtstroom tijdens de ademhaling. De waarden boven de nullijn zijn de inspiratoire flows, die er onder de expiratoire. Meestal is de gehanteerde eenheid liter/minuut. De area under curve is het toegediende volume, en de vorm van de flowcurve is afhankelijk van de beademingsmodus. Intrinsic PEEP Intrinsic PEEP (PEEPi), ook wel autopeep of gas trapping genoemd, is aanwezig wanneer de volgende inspiratoire fase start alvorens de expiratoire fase afgerond is. Dit gebeurt wanneer een kleine luchtwegdiameter, of collaps van de luchtwegen, een normale (volledige) uitademing verhindert. Zo zijn patiënten met obstructief longlijden (voornamelijk asthma en COPD) uitermate vatbaar voor dit fenomeen, en er gebeurt zo een dynamische hyperinflatie van de longen. Men kan de PEEPi meten door een expiratoir hold manoeuvre te doen. Het occluderen van het circuit op het einde van de uitademing toont de PEEPi als het verschil tussen de gemeten druk en de ingestelde PEEP. Wees u wel bewust dat op het einde van de expiratie de kleine luchtwegen mogelijks sluiten en de opgestapelde lucht zo niet uit de alveoli met overdruk kan ontsnappen. De expiratoire hold geeft dus meestal een onderschatting van de PEEPi. Nog eenvoudiger is om te kijken op het scherm van de ventilator of op het einde van de expiratie de flowcurve terug naar de middellijn is gekeerd. PEEPi zal ook een drukopbouw in de thorax geven, en bij onverklaarde hypotensie bij een asthma of COPD patiënt moet dynamische hyperinflatie zeker uitgesloten worden. Het kortdurend loskoppelen van de patiënt van de ventilator geeft een direct effect in deze setting met het maximaal platvallen van de longen. Naast de obstructieve longziekten kan PEEPi ook veroorzaakt worden door een endotracheale tube probleem of vele secreties, longemfyseem of een veel te korte expiratoire fase bij een hoog ingesteld minuutvolume en korte ademhalingscycli. De behandeling van PEEPi is in essentie een verlengen van de expiratoire tijd, naast de behandeling van de onderliggende oorzaak. Een flowcurve die minder steil is dan gebruikelijk is het gevolg van een verhoogde expiratoire weerstand. Dit kan veroorzaakt worden door geblokkeerde of verzadigde luchtfilters en kunstneuzen, bijvoorbeeld door het vernevelen van medicatie. Het kan een voorbode zijn van het ontwikkelen van PEEPi. Als laatste element vermelden we nog dat het in een uitzonderlijk geval gewenst is om PEEPi

5 te ontwikkelen, bijvoorbeeld via inversed ratio ventilation (IRV). Een zeer korte expiratoire periode zal zo PEEPi creëren in een select deel van de long, terwijl een ingestelde PEEP op de volledige long zal inwerken. Dit kan bij een inhomogeen aangetaste long soms van nut zijn. Eind-inspiratoire flow Wanneer bij een drukgestuurde beademing de flow niet naar nul is teruggekeerd op het einde van de inspiratie, is er nog ruimte op de inademing; er is nog redistributie van lucht bij deze ingestelde druk, en dus kan er met dezelfde beademingsdruk een groter teugvolume bereikt worden bij een langere inspiratoire tijd [1]. Bij een inhomogene longbeschadiging (het acute respiratory distress syndrome (ARDS) is hier het prototype van) zien we vaak deze redistributie van het teugvolume en dus een eind-inspiratoire flow. De loops Druk-volume loops Statisch model De statische druk-volume curve beschrijft individuele meetpunten van druk en volume wanneer er geen gasflow aanwezig is. In dit theoretisch model, neemt het longvolume gradueel toe, met begeleidende stijging in opgebouwde druk. Door individuele meetpunten te verbinden ontstaat een druk-volume verhouding of loop. Het verkrijgen van een enkele, statische, druk-volume curve via arbeidsintensieve technieken is vrijwel verlaten in de klinische praktijk, maar de theorie er achter is nog steeds zeer relevant [2]. De druk-volume curve ontwikkelt zich wanneer het volume verder toeneemt. Het eerste deel van de grafiek wordt gekenmerkt door een snelle stijging in druk per volume eenheid, en beschrijft de openingsdruk van de longen. Dit is de eerste druk die overwonnen moet worden tijdens ademhaling. Er is immers meer arbeid nodig om de nagenoeg gesloten alveolen te insuffleren. Tussen het eerste en het tweede deel van de druk-volume curve bevindt zich een bocht, waarbij we een plotse verhoging van de compliantie vinden, die men het lower inflection point (LIP) noemt. Het tweede deel van de curve verhoudt zich in normale gezonde longen als een meer lineair verband. We spreken van de lineaire compliantie zone en deze beschrijft het overwinnen van de elastische longweerstand. Wanneer het longweefsel de eigen limieten van compliantie bereikt, zien we opnieuw een sterkere stijging in druk per volume eenheid. Dit is het derde deel van de drukvolume relatie, en start opnieuw met een bocht in de curve die men het upper inflection point (UIP) noemt.

6 Figuur 1: Druk-volume curve. Uit: Berne RM, Levy MN: Physiology, ed 3, St Louis, 1993, Mosby Uitgaande van deze kenmerken, is het logisch aan te nemen dat de toegediende ademteug zich idealiter in het tweede deel van de grafiek bevindt. In de twee andere gebieden zijn de longen vatbaar voor schade. Onder het LIP worden de longen blootgesteld aan schadelijke (wrijvings)krachten die ontstaan bij het platvallen en opnieuw openen van sommige longgebieden (atelectrauma). Boven het UIP is hyperinflatie mogelijk en waarschijnlijk. Om de eerste zone (onder LIP) te overwinnen stellen we daarom een positief eind expiratoire druk of PEEP in. Merk op dat dit absoluut niet de enige parameter is om de PEEP in te stellen, en dat het gebruik van het LIP ook voor veel discussie vatbaar is. Door het instellen van de ventilatiemodus op het beademingtoestel als volume of inspiratoire druk, zorgt men ervoor dat de derde zone (boven UIP) niet overschreden wordt en hyperinflatie beperkt wordt. Echter, een long is nooit een homogeen stuk weefsel, en bepaalde regio s kunnen nog atelectatisch zijn terwijl er andere al tekens van hyperinflatie vertonen. In een zieke long is de regionele luchtverdeling zeer verschillend, en klopt dit eenvoudig model niet meer. CT-studies kunnen dan bijvoorbeeld helpen om regionele ventilatie te beschrijven in een zieke long.

7 Dynamisch model De druk-volume curve die gegenereerd wordt door de meeste courant gebruikte ventilatoren is een afgietsel van de statische modellen. Het eerder beschreven statisch model gaat ervan uit dat tijdens de metingen de flow gelijk is aan nul. Bij een kunstmatige ademhalingscyclus dient men rekening te houden met aanvullende flows gegenereerd door bijkomende drukgradiënten ontwikkeld door extra weerstand van endotracheale tube, luchtwegpathologie en dergelijke. Dit leidde tot het ontwikkelen van quasi-statische en later ook dynamische modellen die in de praktijk gebruikt kunnen worden. De beste, meest betrouwbare druk-volume modellen worden verkregen bij een geademde patiënt verkregen wanneer deze geparalyseerd is met neuromusculaire blokkers. Om een dynamisch model mogelijk te maken is bovendien een constante flow zonder inspiratoire pauze noodzakelijk. Een klein staartje onderaan de lus duidt meestal op een ademhalingsinspanning van de patiënt. Afwijkingen of veranderingen in de tijd van de druk-volume curve duiden op aanwezige pathologie of de verbetering daarvan. Zo zal de druk-volume curve een lager volume weergeven voor een zelfde druk bij een verlaagde compliantie van het longweefsel, bijvoorbeeld bij ARDS of bij het optreden van longoedeem. Bij een lek of air trapping zal de curve niet tot op de nullijn komen. Regelmatige evaluatie van de druk-volume curve kan u iets vertellen over de toestand van de longpathologie van uw patiënt. Flow-volume loops Hoewel deze weinig gebruikt wordt kan een flow-volume loop ons toch interessante verschaffen over de luchtwegen van de patiënt. Immers, aanwezigheid van secreties in de luchtwegen of in het circuit zal voor een klassiek zaagtand patroon zorgen in de flow-volume curve. Wanneer na bijvoorbeeld aspiratie dan een verandering in deze curve wordt gezien kan met er vanuit gaan dat een mogelijk probleem met de luchtwegweerstand op deze manier is verbeterd [3]. Overige curves Capnografie De capnografie, die de uitgeademde CO 2 over de tijd plot, bevat een schat aan informatie, die buiten het doel van dit hoofdstuk valt. Wees u ervan bewust dat deze curve, samen met de hierboven besproken curves, u zeer veel kan leren over de longen van uw patiënt.

8 Edi In een zeer specifieke situatie kan de ventilator nog andere parameters tonen, zoals de elektrische activiteit van het middenrif (diafragma, Edi). De spieractiviteit wordt gemeten via electromyografie (EMG) en uitgedrukt in microvolt aan activiteit. Deze waarden worden gebruikt om de zogenaamde Neurally Adjusted Ventilatoy Assist (NAVA) beademing mogelijk te maken. Hierbij wordt het Edi signaal gebruikt voor de triggering en synchronisatie van de inspiratie en expiratie van de ademhaling. Wanneer de patiënt niet via NAVA beademd wordt, kan het beademingstoestel toch nog het Edi signaal weergeven. Op deze manier kan de activiteit van het diafragma continu gevolgd worden. Referentie s [1] Jonson B, Beydon L, Brauer K, Mansson C, Valind S, Grytzell H. Mechanics of respiratory system in healthy anesthetized humans with emphasis on viscoelastic properties. Journal of Applied Physiology. 1993;75(1): [2] Lu Q, Rouby JJ. Measurement of pressure-volume curves in patients on mechanical ventilation: methods and significance. Crit Care. 2000;4(2): [3] Jubran A, Tobin MJ. Use of flow-volume curves in detecting secretions in ventilator- dependent patients. Am J Respir Crit Care Med. 1994;150:766 9