Maris Dubniks
advertisement
Respirationsfysiologi Lund April 2012 Maris Dubniks Patientfall • 65 år gammal tidigare somatiskt frisk man (76 kg; 178cm) inkommer på IVA med tilltagande andningssvårigheter efter ca 1 veckas anamnes på luftvägsinfektion. Status vid inkomsten (kl 10.00): • AF 32/min; SatO2 90% med O2 10 l/min (oxymask); BT 90/40; HF 115; T 38,5. • Arteriell blodgas – v.g. se BGA1. • Rtg pulm visar infiltrat i höger ovanlob. Maris Dubniks Respirationsfysiologi Maris Dubniks pH paO2 paCO2 HCO3BE SaO2 Hb Hct Lact O2 Resp Mode TU IP PEEP AF VT VE BGA 1 BGA 2 BGA 3 BGA 4 7,36 7,6 4,2 20 -4 90 145 42 1,5 7,38 8 4,5 19 -5 92 132 36 2,3 7,19 6,5 6,9 22 -7 85 112 34 3,2 7,05 6,6 9 23 -7,2 85 110 33 3,5 10 l/min mask AF 28-30 FiO2 60 FiO2 80 FiO2 100 NIV TU/PEEP NIV TU/PEEP TK 8 12 20 5 20-26 400-650 12,4 8 34-36 360 12,6 12 18 450 8,1 Maris Dubniks Maris Dubniks Vad händer i patientens respiratoriska system? Maris Dubniks Hypoxemi • • • • Alveolär hypoventilation Shunt V/Q …. Difussionsproblem Vad är mest sannolik mekanism i den aktuella situationen? Maris Dubniks Shunt Maris Dubniks Shunt • • • • • Venous admixture Anatomical shunt (extrapulmonary) Virtual shunt – assumed value of Svo2 Pathological shunt Physiological shunt – Venous admixture in healthy subject – Venous admixture calculated from mixing equation Maris Dubniks Shunt Shunt Venous admixture QS QT = CC - Ca C C - CV Maris Dubniks Shunt och gasutbyte Maris Dubniks Konsoliderad lungvävnad och gasutbyte Maris Dubniks Shunt, FiO2 and PaO2 Maris Dubniks Can we measure the shunt? • PAC – SvO2 • The alveolar gas equation – PAO2 PAO2 = PIO2 - PaCO2 ( PIO2 - PĒO2 PĒCO2 ) PIO2 = FIO2 x (PB - PH2O) PH2O = 6.3 kPa (47 mmHg) at t 37O C Maris Dubniks Ventilation Alveolär ventilaton Dead space VE = VA + VD VA = VE - VD Maris Dubniks Alveolär ventilation VA = ƒ (VT – VD) VD/VT = PaCO2 - ETCO2 PaCO2= PaCO2 VCO2 VA K Maris Dubniks PaCO2= VCO2 VA K Maris Dubniks Maris Dubniks Ventilation, perfusion och V/Q Maris Dubniks ’’Trerumslungan’’ Maris Dubniks Transpulmonellt tryck, luftvägsdiameter och regional fördelning av compliance. Maris Dubniks Lungperfusion Maris Dubniks Inverkan av anestesi på ventilation och perfusion Maris Dubniks V/Q < 1 • Effects on oxygenatation • Effects on lung mechanics V/Q > 1 • Effects on alveolar dead space and CO2 elimination Increases in different pathological situations Maris Dubniks Compliance • Compliance is defined by a volume change per unit of pressure change C = ΔV/ΔP • In the normal range of expanding pressures of -2 to -10 cmH2O, normal lung has best compliance • At high or low expanding pressures, the lung is stiffer, less compliant Maris Dubniks Total Compliance Maris Dubniks Factors influencing Compliance • Increases – Deflation (Decremental) – Age – Emphysema – Decreased surface tension • Decreases – Hi or low lung volume – Oedema and fibrosis – Atelectasis and consolidation – Increased surface tension Maris Dubniks Statisk vs. dynamisk compliance Maris Dubniks FRC Lungornas volym efter normal passiv utandning Systemets jämviktstillstånd Palv = Patm, inget gasflöde i luftvägar 1/3 del av organismens O2 reserv största del av gasutbyte inträffar vid andningmedelläget beskriver indirekt mekaniska egenskaper och antal av funktionella alveoler Maris Dubniks FRC – effekt av kroppsläge Maris Dubniks FRC och CC Maris Dubniks Luftvägsavstängning Closing Capacity (CC) • CC - lungvolymen där små luftvägar börjar stänga • ökar med stigande ålder • ingen effekt av anestesi • ökar med olika patologiska tillstånd – ödem – KOL etc. Maris Dubniks Luftvägsavstängning (Closing Capacity, CC) V=FRC 100 V=FRC+VT V</=CV VT FRC V CC RV 0 Maris Dubniks Förhållanden mellan CC och FRC 100 V/Q VT FRC V CC CC FRC RV 0 Atelektas Maris Dubniks Atelectasis and Airway closure Low V/Q (%CO) Shunt (% CO) 10 20 10 R=0.68 P<0.001 10 20 Atelectasis (cm2) R=0.57 P0.001 5 0 500 1000 CV-ERV (ml) Rothen HU, Sporre B, Engberg G, Wegenius G, Hedenstierna G. Airway closure, atelectasis and gas exchange during general anaesthesia. Br J Anaesth 1998; 81: 681–6 Maris Dubniks Atelectasis and Airway closure • intrapulmonary shunt is correlated to the amount of atelectasis • poorly ventilated lung units (‘low VA/Q’) are correlated with airway closure (measured by the difference in closing volume and expiratory reserve volume - CV–ERV). • no correlation between CV–ERV and atelectasis. Rothen HU, Sporre B, Engberg G, Wegenius G, Hedenstierna G. Airway closure, atelectasis and gas exchange during general anaesthesia. Br J Anaesth 1998; 81: 681–6 Maris Dubniks V5 CC FRC (sittande) 4 FRC (liggande) 3 FRC (liggande+anestesi) 2 1 20 40 60 80 Ålder Inverkan av ålder, kroppsläge och anestesi på FRC och relationen mellan FRC och den lungvolym vid vilken luftvägarna börjar falla samman under utandning (CC).(G.Hedenstierna) Maris Dubniks FRC - inverkan av anestesi FRC sänkning under anestesi 15 - 20 % (under första 3-10 min) stabilt nedsatt efteråt återställas flera timmar efter anestesi med n-m block eller utan - ingen skillnad Maris Dubniks FRC - inverkan av anestesi FRC sänkning under anestesi minskad volym av hela systemet (luftvägar, alveoler) luftvägsavstängning (CC, Closing Capacity) atelektaser Maris Dubniks FRC - inverkan av anestesi Ansvariga mekanismer liggande position (0,5-1,0 l) kraniell förskjutning av diafragma ökad intrathorakal blodvolym minskad muskeltonus Maris Dubniks FRC - inverkan av anestesi Lungmekanik minskad compliance ökat totalt lungmotstånd (total resistance) Totalt motstånd = luftvägsmot. + vävnadsmot. • Trängre luftvägar • förändrade elastiska egenskaper ökat muskelarbete (work of breathing) • relevant postoperativt Maris Dubniks FRC och Luftvägsmotstånd Maris Dubniks Atelektasbildning under anestesi • • • • 90% av alla sövda patienter överviktiga har mer KOL patienter har mindre eller inte alls ålder spelar ingen roll • Minskad FRC och CC>FRC • Kompression • Absorbtion (hög FiO2) Maris Dubniks Lungödem Permeabilitetsödem Kardiogent ödem Maris Dubniks Maris Dubniks Starling’s equation Qf = K (Pc – Pis) - (c - is) Qf P Kf – fluid flux across a membrane – hydroststic pressure - capillary filtration coefficient - oncotic reflection coefficient - colloid osmotic pressure Maris Dubniks Hydrostatic Forces Qf = K (Pc – Pis) - (c - is) Maris Dubniks Vascular permeability Qf = K (Pc – Pis) - (c - is) Maris Dubniks Oncotic forces Qf = K (Pc – Pis) - (c - is) Maris Dubniks Mekanismer • Ökad kapillärtryck – Mitralis stenos, insuffuciens – Hjärtsvikt – Hypervolemi • Ökad permeabilitet – Sepsis – Inhalation av toxiska substanser • Nedsatt lymfatiskt flöde – Högt CVP • Sänkt interstitiellt tryck • Sänkt COP Maris Dubniks • Experimental: – Edema begins to form at LAP exceeding 24 mmHg in normal COP; – But at 11 mmHg LAP when COP is reduced. Guyton AC Circ Res 1957 7:649 • Clinical: – COP-PAOP gradient has been used to predict mortality Rackow EC Chest 1982:43 Maris Dubniks • In acute lung injury, any increase in hydrostatic pulmonary capillary pressure increases the amount of plasma traversing the damaged alveolocapillary barrier • Increasing left atrial pressure from 3 to 13 mmHg induces an eightfold increase in pulmonary lymphatic flow in dogs with acid-aspiration lung injury as compared to a fourfold increase in animals with normal lungs • In patients with ARDS, the transmicrovascular flux of albumin increases proportionally to the microvascular hydrostatic pulmonary pressure calculated from PCWP and pulmonary artery pressure Maris Dubniks Safety factors • • • • • Increased lymphatic flow (up tp 10x) Basal membrane thickening Increased interstitial hydrostatic pressures Decreased interstitial oncotic pressure Activation of epithelial sodium reabsorbtion Maris Dubniks Lungfunktion • Låg complinace • Ökad luftvägsresistans • Gasutbyte – Interstitiellt ödem har mindre effekt på gasutbyte, ökar områden med låg VA/Q – Alveolärt ödem ger hypoxemi pga shunt – Hypoxisk vasokonstriktion minskar hypoxemigrad Maris Dubniks Effect av Pcap on EVLW and PaO2 Noble, Can Anesth Soc J, 1981;27:286-302 Maris Dubniks Lung function in different stages of pulmonary congestion/edema. AB congestion BC interstitial edema CD alveolar edema Noble, Can Anesth Soc J, 1981;27:286-302 Maris Dubniks Work of breathing Volume A1 B A Pressure Maris Dubniks Work of breathing Volume A1 Compliance WOB – Elastic WOB B A Pressure Maris Dubniks Work of breathing Volume A1 Compliance WOB – Elastic WOB Resistive WOB Airway resistance Tissue resistance B A Pressure Maris Dubniks LV FRC P Maris Dubniks LV FRC P Maris Dubniks LV FRC P Maris Dubniks Maris Dubniks Maris Dubniks Maris Dubniks V 1. Relationship between FRC, lung compliance, and work of breathing: effects of PEEP/CPAP VT A FRCA 0 P Maris Dubniks V 1. Relationship between FRC, lung compliance, and work of breathing: effects of PEEP/CPAP 2. A FRCA VT B VT FRCB 0 P Maris Dubniks V 1. Relationship between FRC, lung compliance, and work of breathing: effects of PEEP/CPAP 2. VT VT A FRCA C FRCC B VT FRCB 0 PEEP P Maris Dubniks PEEP effekter • • • • • Ökar FRC (alveoler och luftvägar) Förhindrar alveolär kollaps Öppnar kollaberade alveoler Minskar expiratorisk luftvägsavstängning Motverkar mot dynamisk kompression (skillnad) Effekt på V/Q, gasutbyte (hypoxemi) (V ) Effekt på compliance och luftvägsmotstånd Effekt på andningsarbete och VO2resp Protektiv effekt (VILI) D Maris Dubniks PEEP/CPAP vid lungödem • Fördelning av ekstravaskulärt lungvatten. Bedenberg CE. Ann Thorac Surg 1978. Hopewell PC. Am Rev Respir Dis 1979. 0 +10 Maris Dubniks Maris Dubniks Patientfall • Under de närmaste 2 timmarna behandlas patienten med NIV: TU 8/5, FiO2 60%. Vg se BGA2 (kl. 12.00). Samtidigt visar patienten tecken till cirkulatorisk instabilitet, ffa i form av lågt BT och stigande laktat. Patienten har fått hittills 2000 ml RA. Behandlande läkare ordinerar ytterligare vätska och under nästa 3 timmar patienten får 3000 ml RA och 500 ml 5% Albumin som inte leder till önskad cirkulatorisk effekt. Noradrenalin infusion påbörjas. • Patientens respiratoriska tillstånd försämras ytterligare trots ändringar i NIV inställningar, vg se BGA3. Patienten sövs (Fentanyl, Propofol, Celocurin) och intuberas. I samband med intubationen desatureras patient till 50%. Efter intubationen är pat svårsyresatt, svårventilerad, cirkulatoriskt extremt instabil; se BGA 4. Maris Dubniks pH paO2 paCO2 HCO3BE SaO2 Hb Hct Lact O2 Resp Mode TU IP PEEP AF VT VE BGA 1 BGA 2 BGA 3 BGA 4 7,36 7,6 4,2 20 -4 90 145 42 1,5 7,38 8 4,5 19 -5 92 132 36 2,3 7,19 6,5 6,9 22 -7 85 112 34 3,2 7,05 6,6 9 23 -7,2 85 110 33 3,5 10 mask AF 28-30 FiO2 60 FiO2 80 FiO2 100 NIV TU/PEEP NIV TU/PEEP TK 8 5 20-26 400-650 12,4 12 8 34-36 360 12,6 20 12 18 450 8,1 Maris Dubniks Varför allting blir bara sämre? Maris Dubniks Oxygenering och hjärtminutvolym Maris Dubniks Maris Dubniks Maris Dubniks Två hypoxemi-utlösande mekanismer: låg V/Q och låg PvO2 Maris Dubniks Shunt, cardiac output and oxygenation Qs/Qt Maris Dubniks Maris Dubniks Maris Dubniks Alveolär kollaps, volutrauma, biotrauma och VILI. A V=FRC B V=FRC+1/xVT C C A V=FRC+VT P1 B P2 P Maris Dubniks La Place lag P = 2r V P Maris Dubniks PEEP • Suter et al. 1975 VD/VT; Qs/Qt; Crs; DO2 Optimal PEEP • Kirby et al. 1975 Reduction Qs/Qt 15% Super-PEEP • Demers et al. 1977 Highest SvO2 Best PEEP • Caroll et al. 1988 PaO2>60 with FIO2<60 Minimal PEEP ‘’buying time manouver’’ Ashbough 1967 Maris Dubniks N Eng J Med 1975; 292: 284-289 The end-expiratory pressure resulting in maximum oxygen transport and the lowest dead space fraction bothe resulted in the greatest total static compliance The end-expiratory pressure varied between 0 and 15 cmH2O and correlated inversely with FRC at ZEEP. Maris Dubniks Optimum PEEP P Suter NEJM 1075 Maris Dubniks Maris Dubniks Maisch s et al. An An 2008; 106:175 Maris Dubniks Dynamisk Compliance Maris Dubniks Dynamisk Compliance Maris Dubniks Maris Dubniks Maris Dubniks Maris Dubniks Hypoxaemia during induction • The normal store of oxygen is approximately 1500 ml • may be increased to 3700 ml with preoxygenation with 100% oxygen. • 50% this increase is from the increase in the oxygen concentration in the FRC Farmery AD, Roe PG. Br J Anaesth 1996; 76: 284–91 Maris Dubniks dPpl/dPaw Pinsky MR Curr Op Crit Care 2002 Maris Dubniks T = Pr = Transmural wall tension P.r 2h Systolic pressure (transmural) ITP Pleural pressure Chamber radius Ventricular Volume Outflow impedance Vascular Compliance Vascular Resistance Maris Dubniks Manipulating DO2 Initial state Transfusion FiO2 or PEEP 9 12 12 12 12 SaO2 0.89 0.89 0.93 0.93 0.93 EDVI 60 60 60 95 95 EF 0.3 0.3 0.3 0.3 0.4 HR 110 110 110 110 110 DO2I 213 283 296 469 625 33.3 4.5 58.3 33.3 Hb % increase Crystalloid Inotropes Maris Dubniks
