Model based gas exchange monitoring

Principii de ventilatie mecanica

in ALI/ARDS

2010

SUUB

ALI/ARDS - definitie NAECC – North-American European Consensus Conference 1994

Sindrom caracterizat prin inflamatie

pulmonara acuta si persistenta,

permeabilitate vasculara si alveolara

crescuta .

( Bernard et al AJRCCM)

ALI/ARDS – definitie NAECC

• debut acut

• infiltrate pulmonare bilaterale (RxCP)

• PaO2/FiO2 = 201- 300 mmHg

PaO2/FiO2 ≤ 200 mmHg

• PAWP ≤ 18 mmHg sau/si fara dovada

clinica de LAH

( Bernard et al AJRCCM)

SINDROMUL este heterogen prin

definitie

• usor de aplicat in practica

• reproductibil - intre observatori

- independent de timp/tratament (pe

un interval mic de timp )

• valid - in acord cu un gold standard

- identifica pacienti cu prognostic similar (?

vezi STEMI anterior vs inferior, ambele SCA)

- identifica pacienti care raspund la un

tratament specific

• revarsate pleurale

• volume pulmonare mici

• variabilitate intre observatori

• dezacord cu examen CT

Rx

• variabil cu FiO2, PEEP, Paw

• dependent de frecventa de recoltare EAB

• nu reprezinta suntul la FiO2<0,8 IH

• exclude pacientii cu ALI + EP

• variabilitate interobservatori

• PAWP este dependenta de Pintratoracica

• nu exista un protocol clinic pentru LAH LAH

Dupa Rubenfeld

0

10

20

30

40

50

60

70

80

NAECC

DAD

Pneumonie

Edem

Altele

NAECC 1994 vs DAD

DAD-Gold Standard

Esteban et al, Ann Intern Med 2004

NAECC 1994

NAECC

OBEZ+BPOC

ARDS ALI

NAECC 1994

• Barbat, 38 ani,

victima accident rutier,

politraumatism,

contuzie pulmonara bilaterala, ruptura

splenica, hemoragie

retroperitoneala,

pancreatita acuta

postraumatica.

• 6 unitati MER, 8

unitati PPC , 14 unitati

CPP

• IH= 120 la FiO2= 0,7

ALI / ARDS – Diagnostic diferential:

• EP cardiogen

• DAH

• Pneumonia acuta eozinofilica idiopatica

• Pneumonia lupica

• Proteinoza alveolara

• Infiltrat leucemic

• Sarcoidoza

• Pneumonia acuta

interstitiala (Hamman-Rich)

• Clinica

• Istoric

• Eco

• BNP

• Swan Ganz

• Bronhoscopie

• Biopsie

• CT

www.uptodate.com

PaO2/FiO2 si rude indepartate

sau MIGET la patul bolnavului

paO2/

FiO2

VDphys

VDalv

Sunt+

V/Q mism

Sunt+

VDalv Rdiff

Sunt+

Rdiff

V/Q

mism sunt

GEP

SPATIUL MORT ALVEOLAR

Spatiul mort alveolar - de ieri si pana azi-

Bohr– fol.pt.a prezice un PACO2

- VD anat.estimat pe cadavre

-in prezent-fie PAC02=EtCO2=>VD anat

Enghoff modif.(1938)

Alveolar dead space

PACO2-alv mixed-

EtCO2(mean)

EtCO2=mean!-

(min+max)/2

alv

Spatiul mort alveolar

• este dependent de sunt ( “shunt dead space” –

Suter,1975)

• PaCO2 > PACO2 astfel ca va supraestima

adevaratul spatiu mort

• separare precara intre regiuni cu VA/Q si cele

cu VA/Q = ∞(spatiul mort “adevarat”) (

solubilitate CO2 modesta ≠ acetona – foarte

solubila, folosita in MIGET, VD repr. de

VA/Q>100)

• V/Q mismatch => “sloping alveolar plateau” • Uneori PetCO2 > PaCO2

Spatiul mort alveolar - dependenta de sunt (venous admixture) -


- ∆ CO2 negativ -

Spatiu mort alveolar mic dar ↑/Q mismatch


- ∆ CO2 negativ -

↑/Q mismatch


- ∆ CO2 negativ -

PCO2 alveolar variaza cu I/E, fiind maxim la sfarsitul expirului si minim la

sfarsitul inspirului.EtCO2 este un “varf” alveolar regional si temporal iar

PaCO2 este o “medie “ alveolara multiregionala (complet regionala) si temporala.Conditii cu FRC mic si VCO2 mare , mismatch crescut predispun

la ∆CO2 negativ.


- ∆ CO2 negativ -

Rezultatul a 2 compartimente diferite – slow si fast. Fast – golire initiala rapida; asta

presupune un FeCO2 relativ constant, deci un sloping de faza 3 initial minim . In paralel ,

slow – golire constanta, producand un sloping moderat de faza 3, initial dar si final. Fast

(spre final) – flow expirator mic , volum alveolar “restant, post golire initiala” mic si VCO2

constant crescut–toate sunt responsabile de un FeCO2fast crescut (upswing sau faza IV ).

Aceasta faza IV este diferita de faza IV de la SBA N2!

Ex. Pacientii obezi cu Etoracica mare ~model “fast”

Spatiul mort alveolar -CLINIC-

PULMONARY DEAD-SPACE FRACTION AS A RISK FACTOR FOR DEATH IN THE ACUTE RESPIRATORY DISTRESS SYNDROME - THOMAS J. NUCKTON


Optimum End Expiratory Airway Pressure in Patients with Acute Pulmonary Failure – Suter PM, NEJM1975

Cel mai bun

PEEP corespunde

celei mai mici fractii

a spatiului mort si

celei mai bune

compliante


Compliance and Dead Space Fraction Indicate an Optimal Level of Positive End-Expiratory Pressure After Recruitment in Anesthetized Patients - Stefan Maisch

Spatiul mort alveolar - CLINIC –

CAPNOGRAMA VOLUMETRICA

β


Fazele capnogramei volumetrice

Faza 1 – cuprinde Vdaw ( o parte )

– mijlocul fazei 2 reprezinta limita Vdaw

– gaz alveolar = interfata dintre convectie si

difuzie ; contine cealalta parte din Vdaw si o

parte din gazul alveolar

- poate fi influentata de τ; daca ∆τ 0 => β (panta fazei 2) = > ventilatie omogena

– gazul alveolar

- panta e influentata de V/Q ; daca

∆↑/Q 0 atunci α (panta se “apleaca”) – VT CO2

FAZA 1

FAZA 2

FAZA 3

ARIA


CAPNOGRAMA TEMPORALA VS. VOLUMETRICA

AVANTAJE

simpla

monitorizare pacienti

neintubati

monitorizeaza

expirul dar si inspirul

DEZAVANTAJE

nu reflecta V/Q ( un volum mai mic de gaze expirate ≈ 15%(la final) ocupa jumatate

din timpul de expir astfel ca un acelasi ∆ FCO2 ( comp. cu CV ) este distribuit pe o

“distanta” mai mare, deci α , adica panta fazei 3 este

“fals aplecata”) nu poate fi folosita pentru

estimarea componentelor VT

Spatiul mort alveolar - CLINIC -

VD

FOWLER≈

DRAGER

FLETCHER≈

NICO

TANG


FOWLER 1948

Fowler Dead Space

equals

Anatomic Dead Space

FOWLER

• Ay=ABCD=PNCD

• AMP=MNB=Ax

• Ay=VTCO2

• PNCD=PD×(PN+CD)/2=VTPD×meanCO2alv

• VTCO2=mean expCO2×VT=mean expCO2(VTPD + VTOP)

• ( VT – VTOP) × mean CO2alv= mean expCO2×VT

• VTOP/VT= (meanCO2alv-mean expCO2 )/meanCO2alv

D

o


DRAGER

Yearbook 2006

RASPUNS

With our CO2 measurement we are measuring the sum of the physiological death space and the anatomical death space.

Vds = Vdanatomic×2+Vdalv


FLETCHER 1981

X = VT alv

Z =

VD anat

Y = VD alv


FLETCHER 1981

Z

Y

X

FLETCHER

• Az/Axyz=PaCO2×VDanat/PaCO2×VT=VDanat/VT

• Ax=VTCO2=EtCO2mean×VTalv

• Ay=VTalv×( PaCO2-meanEtCO2 )

• VTalv×meanEtCO2=VTalveficient×PaCO2

• Ay=VTalv×PaCO2 – VTalveficient×PaCO2

• Ay=PaCO2×VDalv=>Ay/Axyz=VDalv/VT

• (Ay+Az)/Axyz=VDphys/VT


TANG 2006


TANG 2006

VD anatomic si VD fiziologic pot fi citite direct de pe abscisa


TANG 2006

VD anatomic si VD fiziologic pot fi citite direct de pe abscisa

=225 ml

=160 ml

=65 ml

TANG

• Fie AOJA = AHJI (Fowler) si AOKB = AFEDK (Tang)

• VT = OC ; VDanat = OA(Fowler) ; VDphys = OB (Tang)

• PECO2 = AODC /VT

• VDphys Enghoff = VT×(1-PECO2/PaCO2) =

= VT×(1-AODC/ (PaCO2×VT))

• AODC = AOKB + ABKDC = ABKDC+AFEDK = ABCEF

• VDphys Enghoff = VT×(1-ABCEF/(PaCO2×VT) =

= VT×(1-(PaCO2×BC)/(PaCO2×VT)) = OB = VDphys Tang

G F E

D

H

I

K

J

C

J

A B C

D

E F G

H

I

K


Recrutabilitate

Recrutarea impinge curba la stanga


Recrutabilitate

Schimb gazos +

panta faza 3

aria

↑Dalv

Pa-ETCO2

Transp.gazos intraacinar +

panta faza3

panta faza2

vol III

VD phys

VD aw

VD alv

VD phys/VT


• titrarea PEEP-ului

• lung protective ventilation

Further studies needed....

Rdiff – limitarea difuziei

Suntul ( venous admixture )

Suntul ( venous admixture )

CcO2-CaO2/

CcO2-Cv02

True shunt(S1)

La FiO2=1,ai S2>S1 prin

atelect.de res.

V/Q mismatch

V/Q mismatch

Am vorbit despre...

Modele monopa-rametrice

V/Q mismatch

Spatiul mort

alveolar Rdiff

Sunt

“Fitting”-ul modelelor monoparametrice

4 valori SaO2/FeO2 pentru acelasi pacient

suntul si fA2 determinate pentru fiecare din cele 4 situatii

2 curbe – “fitting”-ul modelelor la datele pacientului

linia punctata – reprezinta curba pentru Rdiff, VD, V/Q

mis ( “fit” similar )

linia continua – reprezinta curba pentru sunt

“Fitting”-ul modelelor monoparametrice

insuficiente in a descrie schimburile gazoase

dependente de FiO2

Vd poate fi un marker pentru prognostic

Vd, suntul ( “state of art” ) – des folosite in a

urmari un ALI/ARDS – sunt insuficiente pentru

acest scop

Solutia este....

Modele biparametrice


Shunt ∆PO2

∆=Pmixed alv-

Pcapilar unmixed


• Rdiff(∆PO2) Shunt

• AlveolarDS(∆PO2) Shunt

• ↑/Q mismatch(∆PO2) Shunt


Shunt + Rdiff

Shunt + VD

Shunt + V/Q

mismatch

Modele biparametrice Shunt + V/Q mismatch

Ventilatie

Conservarea masei O2-comp.alv

Conservarea masei O2 - sange

Continutul in O2 - sange

• Q1/Q2= 1/9 • fA2=VA2/VA=0,9->OPTIM • ∆PO2=PAO2-PcO2 • ∆PO2 NU depinde de fA2

=


Fitting

Shunt=7,5%

∆PO2=6kPa=45mmHG

Modelul shunt/Vdalv-nepotrivit pt.masurarea Vdalveolar efectiv

Rdiff, Vdalv, V/Q mismatch sunt toate 3 “imaginea” ∆PO2

∆PO2 este “tradus” in Rdiff, Vdalv,V/Q mismatch laolalta


-simulare shunt /fA2(∆PO2)-

∆PO2=0,variatie a shuntului pana

la 35%, “trage” curba vertical, in jos

Shunt=0,variatie a imaginii “∆PO2”’-fA2, “trage” curba la dreapta


-susceptibilitate la hO2-

• Variatie FeO2 de la ≈0,25 la ≈0,18. Risc de hO2

mai mare pentru cazul 3. • ∆PO2 aduce risc de hO2 mai mare ca shunt la

aceeasi SaO2.


-clinic-

Shunt

∆PO2

RECRUTABILITATE

∆PO2↑

-permeab.alv-capil.

-P hidrost

WET LUNG

Shunt↑

- atelectazie

-condensare

-supradistensie si shunt prin

cap.extralveol

Modele biparametrice -ALPE sau MIGET la marginea patului in 10-15 min-

• Ventilator ( Servo 300, 900 Siemens, Sweden )

• Analizor gaze ( FiO2, FeO2, FiCO2, FeCO2 ) – Datex AS-3, Datex- Engstrom,

Helsinki , Finland • Pulsoximetru

• Computer

Modele biparametrice -ALPE sau MIGET la marginea patului in 10-15 min-

De la rosu la albastru sau dupa “uscarea “ plamanului

Promisiune...

Hall of Fame

Stewart-

Strong Ion

Calculator

LUFU

Weissman

INVENT

Rees

Engstrom

Stenqvist

ALPE

Kjaergaard

Otis/Mead

Hamilton

Radiometer

Siggaard-

Andersen

Kellman

Indicele de hipoxemie PaO2/FiO2

inclus in NAECC si LIS

Imagine insuficienta a shuntului

nu este un parametru “independent” relatie nonlineara intre FiO2 si PaO2/FiO2

dependenta de shunt, AVD, PaCO2, RQ, Hb

(la aceeasi parametri ventilatori)

• AVD = constant (DC=constant->metabolism constant )

• S – variaza

• IH variaza cu FiO2 la acelasi shunt


- variabilitate -

• AVD = variaza ( DC=constant -> ∆ metabolism)

• S – constant

• IH variaza fct.de AVD in conditiile unui sunt constant ( inv.prop.cu AVD )


- variabilitate -


- variabilitate -

• simulare model shunt=0-30% , ∆ pO2=0

• linii ingrosate – SaO2 relevante clinic ( 92 – 98%)

• IH variaza cu FiO2 direct prop. cu shuntul


- variabilitate -

• simulare model shunt=5%, ∆PO2=0-30 kPa

• linii ingrosate – SaO2 relevante clinic (92-98%)


- variabilitate -

6 pacienti,4 masuratori pt fiecare,2 modele –shunt si shunt+V/Q,fitting-ul modelelor la date, ∆FiO2 naste grupuri de severitate diferite la acelasi pacient;---- shunt;─ shunt + V/Q;ingrosat=SaO2 92-98%

Indicele de hipoxemie PaO2/FiO2 - grupuri de severitate la ΔFiO2 -

FiO2↓ FiO2↑

normal hO2

moderata

ALI ARDS

Shunt model Nr =23

Nr=15

Nr=40

Nr=38

Normal =64 23 14 27 0

hO2 mod=20 0 1 13 6

ALI=14 0 0 0 14

ARDS=18 0 0 0 18

Shunt+V/Q

mism

Nr=42 Nr=19 Nr=31 Nr=24

Normal=56 39 12 5 0

hO2 mod=19 3 6 9 1

ALI=23 0 1 16 6

ARDS=18 0 0 1 17

N – IH > 350 ; hipoxemie moderata – IH= 300 –350 ; ALI – IH=201-300 ; ARDS - IH <200

Indicele de hipoxemie PaO2/FiO2 - grupuri de severitate la ΔFiO2 -

“switch’’ de grup de severitate 50% pentru modelul “’shunt” si 38% pentru modelul biparametric

prin FiO2 (SpO2=92-98%)

- shunt model ALI=14 40

- shunt model ARDS=18 38

- model biparametric ALI 23 31

- model biparametric ARDS 18 24

modelul monoparametric ( shunt model ) este clar insuficient

PaO2/FiO2 depinde si de FiO2 ( calcularea IH se face

obligatoriu la acelasi FiO2 )

PaO2/FiO2 este cel putin insuficient in urmarirea ALI/ARDS

“Perhaps more appropriate would be to replace the PaO2/FiO2 ratio with two parameters, a parameter to describe the oxygenation problems due to V/Q mismatch and one to describe oxygenation problems due to shunt.”

Kjaergaard, Rees

2007,Critical Care

Key messages

ALI/ARDS – criterii de diagnostic – focus pe contextul

clinic. Protective ventilation este dictata NU de cifre ci de un context clinic.

Modelele monoparametrice vor fi interpretate avand in permanenta vedere neajunsurile si capcanele lor.

Modelele biparametrice, in lipsa ALPE, pot fi folosite la patul bolnavului sub o forma grafica. Este posibila construirea unor familii de curbe in dinamica pentru fiecare pacient. Ele descriu schimburile gazoase mai corect.

Model based gas exchange monitoring

Health & Medicine

Transcript of Model based gas exchange monitoring