Statische, dynamische en specifieke compliance

Dit hoofdstuk is het meest relevant voor sectie F3 (ii) van de CICM Primary Syllabus 2017, die verwacht dat de examenkandidaten in staat zullen zijn om “definieer compliance (statisch, dynamisch en specifiek)”. Dit is een populair onderwerp voor SAQ’s:

• Vraag 17 uit de tweede paper van 2019
• Vraag 14 uit de eerste paper van 2016
• Vraag 15 uit het eerste artikel van 2014
• Vraag 7 uit het tweede artikel van 2011
• Vraag 1 (p.2) uit het tweede artikel van 2008

De meeste van deze SAQ’s vragen om een definitie van naleving, evenals methoden om naleving te meten. Vraag 14 uit 2016 en vraag 1 (p.2) uit de tweede paper van 2008 vroegen ook naar factoren die van invloed zijn op de naleving. Hoewel er niet specifiek om werd gevraagd, lijkt het onderscheid tussen statische en dynamische compliance een verwacht kenmerk van een hoog scorende definitie, aldus de opmerkingen van de onderzoeker. Specifieke naleving is nooit genoemd in een van de vragen en lijkt afwezig te zijn in de viva’s, of het weinige dat we ervan weten.

Samengevat:

In termen van gepubliceerde peer-reviewed bronnen, is er geen beter dan het Scott Harris-artikel uit 2005. Het is gratis verkrijgbaar bij Respiratory Care. het is gemakkelijk om bij dit gratis artikel te blijven als de belangrijkste bron van informatie. De nalevingssectie van Nunn’s (p.29-31 van de 8e editie) is ook het lezen waard, maar bevat geen enkele verwijzing naar specifieke naleving (niet dat het ooit in de geschreven artikelen is verschenen).

Definitie van longcompliantie

De 8e editie van Nunn’s geeft de volgende definitie van longcompliantie (p. 17):

“Long compliantie wordt gedefinieerd als de verandering in longvolume per eenheid verandering in transmurale drukgradiënt (dwz tussen de alveolus en pleurale ruimte).”

Dit lijkt sterk op elke andere definitie van longcompliantie. Guyton & Hall (13e editie) definieert het bijvoorbeeld als ‘de mate waarin de longen zich voor elk eenheidstoename in transpulmonale druk (als er voldoende tijd is om een evenwicht te bereiken) “, wat klinkt alsof ze statische compliantie definieerden. Voor de meest basale vorm kan men kijken naar Levitzky’s Pulmonary Physiology (8e ed.) die eenvoudig stelt dat “compliantie wordt gedefinieerd als de verandering in volume gedeeld door de verandering in druk”. Om dit concept nog verder af te korten om kostbare seconden uit de schrijftijd van het antwoord te halen:

Compliance = ΔV / ΔP

Statische compliantie

Statische conformiteit is door veel auteurs variabel gedefinieerd, maar de meeste definities hebben één enkele gemeenschappelijke focus op de afwezigheid van flow en de toegestane tijd voor de mobiele elementen van het ademhalingssysteem om te ontspannen en tot rust te komen. “Een statische P-V-curve elimineert de weerstands- en impedantie-effecten op druk”, legt Harris (2005) uit; wat er zogenaamd overblijft, is alleen de compliantie van de long, de onvervalste druk-volume-relatie. Een definitie van Miller’s Anesthesia lenen en enigszins aanpassen:

Statische compliantie is verandering in volume gedeeld door verandering in druk, gemeten in afwezigheid van gasstroom.

Een dergelijke definitie suggereert dat meten statische compliantie, het enige wat u hoeft te doen is de gasstroom stoppen. In werkelijkheid is dit meestal niet waar. Stel dat u compliance meet. Op het moment dat u het ademhalingscircuit sluit na inademing, merkt u een drukval die het gevolg is van de herverdeling van gas tussen longeenheden met verschillende tijdconstanten. Je zou zeker zeggen dat dit geen ‘statisch’ proces is, en ervoor kiest om enkele seconden te wachten voordat de meting wordt geregistreerd. Echter, naarmate de seconden verstrijken, kan het zijn dat het gemeten volume van de long afneemt. Dit komt door het feit dat het gas dat erin zit wordt geabsorbeerd in de longcirculatie. Daarom zal er in het levende menselijke organisme nooit een situatie zijn waarin een echt statische druk-volume-relatie kan worden geregistreerd, en Harris (2005) beveelt de term “quasi-statisch” om ze te beschrijven.

In termen van examenrelevantie, afgezien van de bovengenoemde definitie, kan men gerust verwachten dat gevraagd wordt om een diagram te tekenen om de druk- en volumeverhouding van de mens weer te geven. Als dat zo is, zou men erger kunnen doen dan het reproduceren van de beroemde relatie beschreven door Rahn et al. in 1946, wat om de een of andere reden de eerste van dergelijke inspanningen was. “Het is opmerkelijk dat fysiologen in het verleden zo weinig aandacht hebben besteed aan de mechanica. van ademen dat niet voldoende is Er zijn nu gegevens over de druk-volume-eigenschappen van de borst en longen bij normale mannen ”, klaagden de auteurs. Ze verwierven normale mannen, sloten hun neusgaten af met kurken stoppen en maten hun luchtwegdruk bij verschillende fracties van hun vitale capaciteit (de proefpersonen ademden volledig uit en inspireerden vervolgens een bekend volume gas uit de spirometer voordat ze de adem inhielden). Met deze manoeuvres werd de volgende relatie aangetoond:

Het bovenstaande diagram is identiek aan Figuur 6 van het originele artikel, maar het werd enigszins gentrificeerd om het te moderniseren voor consumptie door moderne lezers (niemand noemt dat volume meer “restlucht”). Het toont de klassieke longcompliantiecurve, waarbij de compliantie slecht is bij lage en hoge volumes, maar optimaal net boven de FRC, d.w.z. in het bereik van het normale teugvolume.

Componenten van statische compliantie

Het is duidelijk dat wanneer u gas in de borst van een persoon pompt, de druk-volume-relatie een complexe combinatie van verschillende factoren zal zijn. de dominante spelers zijn de borstwand en de weefsels van de long zelf. Wanneer gevraagd wordt om dit concept te beschrijven, wordt van een CICM-trainee verwacht dat hij deze vergelijking uitspreekt:

Waar, voorspelbaar, CRS de compliantie van het ademhalingssysteem als geheel is, is CL de conformiteit van de long en CCW de conformiteit van de borstwand. Gewoonlijk geven schoolboeken normale waarden voor deze compliances; voor de long en borstwand zijn dit 200 ml / cm H2O.

De compliantie van de longen en borstwand is gerelateerd aan de elastische eigenschappen van deze structuren, die in een hoofdstuk worden besproken van hun eigen.

Hysterese in statische longcompliantie

Onder normale omstandigheden (dwz waar deze niet is gevuld met zoutoplossing), vervalt de long niet e hebben als een ideaal systeem, d.w.z. de energie die in zijn uitzetting is geïnvesteerd, wordt bij leeglopen niet teruggegeven. Het resultaat hiervan is dat inflatie en deflatie verschillende druk-volume-relaties hebben, en het verschil daartussen wordt ‘hysterese’ genoemd, een term die etymologisch verband houdt met ‘vertraging’ of tekortkoming ‘die de afhankelijkheid beschrijft van de toestand van een systeem van zijn toestand. geschiedenis. Als iemand volledig onvoorbereid was op de vragen ‘definieer hysterese’, zou je gemakkelijk kunnen breken en zoiets als ‘het inspratoire ding ziet er niet uit als het uitademende ding’ schelden, dus het zou waarschijnlijk de moeite waard zijn om wat tijd te investeren in het onthouden van een meer solide definitie . Hier is er een uit een uitstekend artikel van Escolar & Escolar (2004):

“De toegepaste energie naar de longen bij inademing wordt niet hersteld bij uitademing. De eigenschap van het afvoeren van energie krijgt de naam hysteresis. “

Een krachtigere, meer memorabele definitie is beschikbaar van een veel minder gerenommeerde bron:

“Het longvolume bij een bepaalde druk tijdens het inademen is minder dan het longvolume bij een bepaalde druk tijdens het uitademen”

Het is logisch om zoiets te verwachten in een dynamische PV-lus vanwege de effecten van weerstand (daarover later meer), maar het wordt zelfs gezien bij statische compliantiemetingen. Hier een diagram van Harris ( 2004) demonstreert de hysterese in een statische PV-lus met behulp van de supersyringe-methode. De toegevoegde labels laten zien dat voor dezelfde drukverandering de expiratoire compliantie lager is:

Waarom gebeurt dit? Er zijn vier hoofdredenen.

• Werving en selectie: ingestorte longblaasjes hebben muren die aan elkaar vastzitten en die moeten worden d mechanische energie om te openen. Daarentegen zijn goed opgeblazen longblaasjes relatief elastisch en hebben ze relatief weinig energie nodig om verder op te blazen. Hierdoor verandert de druk-volumeverhouding van longblaasjes nadat ze volledig zijn opgeblazen.
• Het effect van alveolaire oppervlaktespanning: oppervlaktespanning in een leeggelopen long is lager dan in een volledig opgeblazen long omdat de moleculen van de alveolaire oppervlakte-actieve stof dichter bij elkaar zijn gepakt, waardoor hun concentratie aan het gas-vloeistof-grensvlak toeneemt en daardoor afnemende oppervlaktespanning. Deze fosfolipidemoleculen op het oppervlak van goed uitgerekte longblaasjes staan verder uit elkaar, waardoor de oppervlaktespanning toeneemt en de long minder meegevend wordt. Dus, na het volledig opblazen van de long, heeft de deflatiecurve een lagere compliantie, dwz er is weinig verandering in volume bij een substantiële verandering in druk
• Stressrelaxatie verwijst naar het verlies van energie in het longparenchym dat optreedt met stretch. Dit lijkt op de klassieke definitie van hysterese, als de hoeveelheid niet-teruggewonnen energie die het resultaat is van iets dat niet perfect elastisch is. De onvolmaakte long strekt zich uit, verbruikt energie en verspilt het vervolgens aan het veranderen van de vorm van zijn collageen- en elastinevezels in plaats van het op te slaan voor latere afgifte.
• Gasabsorptie tijdens de meting is niet echt een eigenschap van het longparenchym zelf, maar eerder een meetartefact. Zoals hierboven vermeld, heeft het meten van de statische longcompliantie een bepaalde ingebouwde pauze bij elke stap, waardoor een deel van het gas kan worden opgenomen in levende systemen, wat leidt tot een duidelijke verandering in volume en druk.

Dynamische compliance

In tegenstelling tot statische compliance, klinkt de term “dynamische compliance” alsof het verwijst naar iets krachtigs en mobiels. De definitie van statische compliantie kan gemakkelijk worden aangepast aan:

Dynamische conformiteit is verandering in volume gedeeld door verandering in druk, gemeten in aanwezigheid van gasstroom.

In wezen is het dezelfde conformiteit, maar gemeten tijdens normale inspiratie en expiratie. Dynamische compliance is altijd lager dan statische compliance. De reden hiervoor is dat dynamische compliantie, naast de gebruikelijke borstwanddruk en longdruk, ook luchtstroomweerstand omvat.

Dit is het belangrijkste verschil tussen statische en dynamische compliantie. Er is luchtwegweerstand die de druk bij elk volume verhoogt, en dit is afhankelijk van het gasdebiet. De weerstand neemt toe naarmate de luchtstroom toeneemt, vooral als de stroom turbulent wordt. Als zodanig neemt de bijdrage van luchtwegweerstand aan dynamische compliantie toe naarmate de luchtstroom toeneemt, wat op zijn beurt compliantie vermindert.

Een ander groot verschil tussen statische en dynamische compliantie is het ontbreken van een evenwichtspauze op het moment van meten. Met de statische compliantie-meetmethoden meet men gewoonlijk een long wanneer deze volledig stil is, na een paar seconden hebben eenheden met langere tijdconstanten volledig kunnen worden gevuld. Het meten van dynamische compliantie gebeurt tijdens de vlucht en er is geen tijd voor lucht om zich naar die langzamere longeenheden te verspreiden. Het gevolg hiervan is een hogere druk gemeten voor eenheidsvolume, d.w.z. een lagere longcompliantie. Bovendien, hoe korter de inademings- en uitademingstijd, hoe meer dit effect de dynamische compliantie zal beïnvloeden.

Dus. Dynamische compliantie neemt af met een toenemende luchtstroom en een snellere ademhalingscyclus. Beide zijn aanwezig bij tachypnoe-patiënten. De term die doorgaans wordt gebruikt om dit te beschrijven, is “frequentieafhankelijkheid”. Katsoulis et al (2016) hebben dit prachtig aangetoond bij een groep astmapatiënten. Hun grafiek (schaamteloos gestolen uit het originele document) toont de groeiende kloof tussen statische en dynamische compliantie aan die gepaard gaat met een toenemende ademhalingsfrequentie, vooral bij kleine luchtwegaandoeningen.

Afgezien van de bovengenoemde bijdrage van ademhalingsweerstand aan de totale luchtwegdruk hier, wordt dynamische compliantie ook beïnvloed door de heterogeniteit van tijdconstanten tussen longeenheden. Een snelle inademing heeft alleen tijd om de “snelle” longblaasjes te vullen, waardoor er druk wordt gegenereerd op basis van de compliantie van een relatief langzaam volume (de rest van het volume is “langzame” longblaasjes). Dit zal ook bijdragen aan de frequentieafhankelijkheid van dynamische compliance.

Nu is het in dit stadium ook belangrijk (hoewel waarschijnlijk niet relevant voor examendoeleinden) erop te wijzen dat in feite de definitie van dynamische compliance die hier wordt gebruikt (en in veel andere bronnen) is niet helemaal juist. Ook al is dat wat de examinatoren willen dat je denkt, het opnemen van weerstand in de definitie maakt dynamische compliance iets van een verkeerde benaming. Of beter gezegd, het zou nauwkeuriger zijn om te zeggen dat de vergelijking,

Cdyn = VT / (PIP – PEEP)

waar

• VT is het teugvolume
• PIP is de piekinademdruk
• PEEP is de positieve eindexpiratoire druk

meet geen enkele vorm van overeenstemming, omdat weerstand wordt meegenomen in de meting.

Bovendien, in ieder geval de meting van dynamische naleving die gewoonlijk wordt uitgevoerd door de mechanische ventilator tijdens routinefunctie wordt bepaald door het construeren van een druk-volume-lus tijdens ventilatie. Door die lus kan de ventilator bepalen waar de gasstroom nul is, d.w.z. waar de luchtwegdruk en de alveolaire druk gelijk zijn. De helling van de lijn die deze punten verbindt, is de dynamische compliantie. Het punt waar de gasstroom nul is, is echter meestal niet de piekinademdruk, maar iets dichter bij P1, de drukval die optreedt aan het einde van de inademing:

Zo wordt bij een mechanisch geventileerde patiënt de Cdyn berekend als:

Cdyn = VT / (P1 – PEEP)

waarbij

• VT is het getijdenvolume
• P1 is de druk kort na stopzetting van de stroming, die iets hoger is dan het plateau druk die u dynamische compliantie zou geven
• PEEP is de positieve eind-expiratoire druk

Specifieke conformiteit

De noodzaak van het concept van specifieke naleving kan worden aangetoond door een eenvoudig gedachte-experiment. Overweeg de druk-volume-relatie van een kind van 20 kg. Men zou een vitale capaciteit van misschien 1L kunnen bereiken bij 20 cm H2O. Vergelijk het met een volwassene, wiens longvolume bij 20 cm H2O 4 liter kan zijn. Betekent dit dat de volwassene een hogere longcompliantie heeft?

Natuurlijk niet. Dit toont echter aan dat de standaardmethode voor het vergelijken van longcompliantiecijfers de neiging heeft te mislukken wanneer men probeert de therapietrouw te vergelijken tussen patiënten die komisch niet bij elkaar passen in grootte. Dit is waar specifieke compliance om de hoek komt kijken.Volgens Harris (2005),

“Specifieke naleving is naleving die wordt genormaliseerd door een longvolume”

Dat normaliserende longvolume is meestal de FRC. Specifieke compliantie kan dus worden uitgedrukt als:

waarbij CTot de totale statische longcompliantie is, en FRC kan worden vervangen door elk longvolume. Omdat het gekozen longvolume ook meegroeit met de lichaamsgrootte, moet deze parameter consistent blijven, ongeacht of deze groot of klein is. Bedenk: het kind met een longcompliantie van 50 ml / cmH2O en een FRC van 500 ml zou een specifieke compliantie hebben van 50/500 = 0,1 ml / cmH2O. De grote volwassene, met hun compliantie van 200 ml / cmH2O en een grotere FRC van 2000 ml, zou ook een specifieke compliantie van 0,1 ml / cmH2O hebben. De normale waarde hiervoor wordt doorgaans gegeven als 0,05 ml / cmH2O.

Factoren die longcompliantie beïnvloeden

Vraag 14 uit 2016 en vraag 1 (p.2) uit het tweede artikel van In 2008 werd gevraagd naar de factoren die de naleving beïnvloeden. Vooral de vraag uit 2008 was degene met het beste modelantwoord, waarin duidelijk werd aangegeven wat de verwachtingen van de examinatoren waren. Samenvattend zijn deze factoren:

• Longvolume (beïnvloed door PEEP, dynamische hyperinflatie , enz.)
• Longelastische terugslag (beïnvloed door leeftijd en ziektetoestanden, bijv. emfyseem vermindert het)
• Conformiteit van de borstwand (aangetast door borstletsel, brandwonden, operaties, bijv. borst)
• Pulmonaal bloedvolume (een verstopt lug voldoet minder)
• Dynamische longcompliantie wordt ook beïnvloed door de ademhalingsfrequentie
• Longsurfactant verhoogt longcompliantie
• Houding (zie het hoofdstuk over de effecten van positionering op de mechanica van ademhaling)

De effecten van ademhalingsfrequentie op dynamische compliantie zijn al besproken; de effecten van surfactant zijn de moeite waard om apart te bespreken.

De invloed van alveolaire oppervlakteactieve stof op longcompliantie

De meeste studieboeken vinden een manier om longsurfactant in de categorie dingen die de statische compliantie beïnvloeden. Gewoonlijk wordt een grafiek uitgezet die het effect aantoont dat een afwezigheid van oppervlakteactieve stof heeft op de compliantie van de longen. De referentie hiervoor is meestal een beroemd artikel uit 1971 van T.E. Morgan, maar in feite werden de oorspronkelijke experimentele gegevens in 1929 gepubliceerd door Kurt von Neergaard. Helaas is het originele artikel uit Zeitschrift fur die gesamte experimentelle Medizin op geen enkele redelijke (goedkope) manier meer te verkrijgen, maar de grafiek is beroemd genoeg om overal een versie van te vinden. In sommige gevallen, bijvoorbeeld in het onderstaande diagram van Radford (1964), kan men zelfs het originele serienummer van de experimentele kat vinden. Om de een of andere reden kiest iedereen altijd de grafiek uit Cat 27.

De longen van Cat 27 werden eerst opgeblazen en leeggelopen met lucht. Vervolgens werden ze ondergedompeld in zoutoplossing en opgeblazen met zoutoplossing. Het effect was aanzienlijk. In de met zoutoplossing gevulde long werd het effect van de oppervlakteactieve stof op de oppervlaktespanning van de longblaasjes weggevaagd en werd alleen de elasticiteit van de long zelf gemeten. De verdronken long was veel meegaander dan de met lucht gevulde long.

Dit lijkt op dit moment echter een irrelevant diagram. Het beschrijft alleen dat de aanwezigheid van oppervlaktespanning de compliantie van de longen vermindert, en dat zonder dat de compliantie van het longweefsel zelf uitstekend is. Het is algemeen bekend dat oppervlakteactieve stof de compliantie van de longen verhoogt, omdat water op zichzelf een zo hoge oppervlaktespanning heeft dat de longblaasjes massaal zouden instorten en de compliantie van de longen extreem slecht zou zijn. Het zou toch beter zijn om dit concept te illustreren? Een geschikt diagram voor dit doel komt uit een artikel van Lachmann et al (1980). De auteurs spoelden alle oppervlakteactieve stof uit de longen van konijnen en creëerden daardoor omstandigheden die op ARDS leken (zie hun gestolen grafieken hieronder).