Statische, dynamische und spezifische Konformität

Dieses Kapitel ist am relevantesten für Abschnitt F3 (ii) des CICM-Primärlehrplans 2017, in dem erwartet wird, dass die Prüfungskandidaten dazu in der Lage sind „Compliance definieren (statisch, dynamisch und spezifisch)“. Dies war ein beliebtes Thema für SAQs:

• Frage 17 aus dem zweiten Papier von 2019
• Frage 14 aus dem ersten Papier von 2016
• Frage 15 aus dem ersten Papier von 2014
• Frage 7 aus dem zweiten Papier von 2011
• Frage 1 (S. 2) aus dem zweiten Papier von 2008

Die meisten dieser SAQs fordern eine Definition der Konformität sowie Methoden zur Messung der Konformität. In Frage 14 aus dem Jahr 2016 und Frage 1 (S. 2) aus dem zweiten Papier von 2008 wurden ebenfalls Faktoren gefragt, die die Einhaltung beeinflussen. Obwohl dies nicht ausdrücklich gefordert wurde, scheint die Unterscheidung zwischen statischer und dynamischer Konformität laut den Kommentaren des Prüfers ein zu erwartendes Merkmal einer Definition mit hoher Punktzahl zu sein. Spezifische Konformität wurde in keiner der Fragen erwähnt und scheint in den vivas nicht vorhanden zu sein oder wie wenig wir über sie wissen.

Zusammenfassend:

In Bezug auf veröffentlichte Peer-Review-Ressourcen ist keiner besser als der Artikel von Scott Harris aus dem Jahr 2005. Er ist kostenlos bei Respiratory Care erhältlich Es ist einfach, sich an diesen kostenlosen Artikel als Hauptinformationsquelle zu halten. Der Compliance-Abschnitt von Nunn (S.29-31 der 8. Ausgabe) ist ebenfalls lesenswert, enthält jedoch keinen Hinweis auf die spezifische Compliance (nicht, dass er jemals in den schriftlichen Abhandlungen erwähnt wurde).

Definition der Lungencompliance

Die 8. Ausgabe von Nunns enthält die folgende Definition der Lungencompliance (S. 17):

„Die Lungencompliance ist definiert als die Änderung des Lungenvolumens pro Einheit der Änderung des transmuralen Druckgradienten (dh zwischen der Alveole und dem Pleuraraum).“

Dies ähnelt stark jeder anderen Definition der Lungencompliance. Beispielsweise definiert Guyton & Hall (13. Ausgabe) dies als „das Ausmaß, in dem sich die Lunge für jede Lungenexpansion ausdehnt Einheitlicher Anstieg des transpulmonalen Drucks (wenn genügend Zeit zur Verfügung steht, um das Gleichgewicht zu erreichen) „, was so klingt, als würden sie die statische Compliance definieren. Für die grundlegendste Form kann man sich Levitzkys Lungenphysiologie (8. Aufl.) ansehen, in der dies einfach angegeben ist „Compliance ist definiert als die Änderung des Volumens geteilt durch die Änderung des Drucks“. Um dieses Konzept noch weiter abzukürzen, um wertvolle Sekunden von der Antwortschreibzeit zu sparen:

Compliance = ΔV / ΔP

Statische Konformität

Die statische Konformität wurde von vielen Autoren unterschiedlich definiert, aber die meisten Definitionen haben einen gemeinsamen Fokus auf das Fehlen von Fluss und die zulässige Zeit damit sich die beweglichen Elemente der Atemwege entspannen und zur Ruhe kommen. „Eine statische P-V-Kurve eliminiert die Widerstands- und Impedanzeffekte auf den Druck“, erklärt Harris (2005); Was angeblich übrig bleibt, ist nur die Compliance der Lunge, die unverfälschte Druck-Volumen-Beziehung. Eine Definition aus Millers Anästhesie entlehnen und leicht modifizieren:

Statische Konformität ist die Änderung des Volumens geteilt durch die Änderung des Drucks, gemessen in Abwesenheit eines Gasflusses.

Eine Definition wie diese schlägt vor, zu messen Alles, was Sie tun müssen, ist den Gasfluss zu stoppen. In der Realität ist dies normalerweise nicht der Fall. Angenommen, Sie messen die Compliance. Sobald Sie den Atemkreislauf nach der Inspiration schließen, werden Sie einen Druckabfall feststellen, der auf die Gasumverteilung zwischen Lungeneinheiten mit unterschiedlichen Zeitkonstanten zurückzuführen ist. Sicherlich würden Sie sagen, dass dies kein „statischer“ Prozess ist, und einige Sekunden warten, bevor die Messung aufgezeichnet wird. Im Laufe der Sekunden können Sie jedoch feststellen, dass das gemessene Lungenvolumen abnimmt. Dies ist darauf zurückzuführen Die Tatsache, dass das darin enthaltene Gas in den Lungenkreislauf aufgenommen wird. Daher wird es im lebenden menschlichen Organismus niemals eine Situation geben, in der eine wirklich statische Druck-Volumen-Beziehung aufgezeichnet werden kann, und Harris (2005) empfiehlt die Begriff „quasi-statisch“, um sie zu beschreiben.

In Bezug auf die Prüfungsrelevanz kann man sicher erwarten, dass man, abgesehen von der oben genannten Definition, aufgefordert wird, ein Diagramm zu zeichnen, um die Druck- und Volumenrelation des Menschen darzustellen Wenn ja, könnte man schlimmeres tun, als die berühmte Beziehung zu reproduzieren, die 1946 von Rahn et al. beschrieben wurde und die aus irgendeinem Grund die erste dieser Bemühungen war. „Es ist bemerkenswert, dass Physiologen der Mechanik in der Vergangenheit so wenig Aufmerksamkeit geschenkt haben zu atmen, dass keine adäquat Die Daten zu den Druck-Volumen-Eigenschaften von Brust und Lunge bei normalen Männern liegen nun vor „, beklagten sich die Autoren. Sie erwarben normale Männer, verschlossen ihre Nasenlöcher mit Korkstopfen und maßen ihren Atemwegsdruck bei verschiedenen Bruchteilen ihrer Vitalkapazität (die Probanden atmeten vollständig aus und inspirierten dann ein bekanntes Gasvolumen aus dem Spirometer, bevor sie einen Atemstillstand durchführten). Mit diesen Manövern wurde die folgende Beziehung demonstriert:

Das obige Diagramm ist identisch mit 6 aus dem Originalpapier, jedoch Es wurde leicht verschönert, um es für den Verbrauch durch moderne Leser zu modernisieren (niemand nennt dieses Volumen mehr „Restluft“). Es zeigt die klassische Lungen-Compliance-Kurve, bei der die Compliance bei niedrigen und hohen Volumina schlecht, aber direkt über der FRC, d. H. Im Bereich des normalen Atemzugvolumens, optimal ist.

Komponenten der statischen Nachgiebigkeit

Wenn Sie Gas in die Brust einer Person pumpen, wird die Druck-Volumen-Beziehung natürlich eine komplexe Kombination mehrerer Faktoren sein. Die dominierenden Spieler werden die Brustwand und das Gewebe der Lunge selbst sein. Wenn ein CICM-Auszubildender gebeten wird, dieses Konzept zu beschreiben, wird er wahrscheinlich diese Gleichung wieder auffliegen lassen:

Wenn CRS vorhersehbar die Compliance des gesamten Atmungssystems ist, ist CL die Compliance der Lunge und CCW die Compliance der Brustwand. In der Regel geben Lehrbücher normale Werte an für diese Übereinstimmungen, für die Lunge und die Brustwand, sind dies 200 ml / cm H2O.

Die Übereinstimmung der Lungen und der Brustwand hängt mit den elastischen Eigenschaften dieser Strukturen zusammen, die in einem Kapitel alle besprochen werden von sich aus.

Hysterese bei statischer Lungencompliance

Unter normalen Bedingungen (dh wenn sie nicht mit Kochsalzlösung gefüllt ist) b Dies ist ein ideales System, d. h. die in seine Ausdehnung investierte Energie wird bei der Deflation nicht zurückgegeben. Das Ergebnis ist, dass Inflation und Deflation unterschiedliche Druck-Volumen-Beziehungen haben und der Unterschied zwischen ihnen als „Hysterese“ bezeichnet wird, ein Begriff, der etymologisch mit „Verzögerung“ oder „Mangel“ zusammenhängt und die Abhängigkeit des Zustands eines Systems von seinem beschreibt Geschichte. Wenn man auf die Fragen „Hysterese definieren“ völlig unvorbereitet wäre, könnte man leicht etwas wie „das inspratorische Ding sieht nicht wie das exspiratorische Ding aus“ zerlegen und plappern, so dass es sich wahrscheinlich lohnt, etwas Zeit in das Auswendiglernen einer solideren Definition zu investieren . Hier ist einer aus einem ausgezeichneten Artikel von Escolar & Escolar (2004):

„Die angewendete Energie zur Lunge in der Inspiration wird beim Ausatmen nicht wiederhergestellt. Die Eigenschaft, Energie abzuleiten, erhält den Namen Hysterese. „

Eine markigere, einprägsamere Definition ist aus einer viel weniger seriösen Quelle erhältlich:

„Das Lungenvolumen bei einem bestimmten Druck während des Einatmens ist geringer als das Lungenvolumen bei einem bestimmten Druck während des Ausatmens“

Es ist logisch, so etwas in einer dynamischen PV-Schleife aufgrund der Auswirkungen des Widerstands zu erwarten (dazu später mehr), aber es wird sogar bei statischen Compliance-Messungen gesehen. Hier ein Diagramm von Harris ( 2004) demonstriert die Hysterese in einer statischen PV-Schleife unter Verwendung der Supersyringe-Methode. Die hinzugefügten Etiketten zeigen, dass bei gleicher Druckänderung die exspiratorische Compliance geringer ist:

Warum passiert das? Es gibt vier Hauptgründe.

• Rekrutierung und Derekrutierung: Zusammengebrochene Alveolen haben Wände, die zusammenkleben und die adde erfordern d mechanische Energie zu öffnen. Im Gegensatz dazu sind gut aufgeblasene Alveolen relativ elastisch und benötigen relativ wenig Energie, um sich weiter aufzublasen. Aus diesem Grund ändert sich das Druck-Volumen-Verhältnis der Alveolen, nachdem sie vollständig aufgeblasen wurden.
• Der Effekt der alveolären Oberflächenspannung: Die Oberflächenspannung in einer entleerten Lunge ist geringer als in einer vollständig aufgeblasenen Lunge, da die Moleküle des alveolären Tensids enger zusammengepackt sind und ihre Konzentration an der Gas-Flüssigkeits-Grenzfläche und damit erhöhen abnehmende Oberflächenspannung. Diese Phospholipidmoleküle auf der Oberfläche gut gedehnter Alveolen sind weiter voneinander entfernt, was die Oberflächenspannung erhöht und die Lungen weniger nachgiebig macht. Nach dem vollständigen Aufblasen der Lunge weist die Deflationskurve eine geringere Compliance auf, dh es gibt nur eine geringe Volumenänderung gegenüber einer wesentlichen Druckänderung. Die Spannungsrelaxation bezieht sich auf den Energieverlust im Lungenparenchym, der auftritt mit Dehnung. Dies ähnelt der klassischen Definition von Hysterese als der Menge nicht zurückgewonnener Energie, die sich aus einer unvollständigen Elastizität ergibt. Die unvollkommene Lunge dehnt sich aus, verbraucht Energie und verschwendet sie dann, wenn sie die Form ihrer Kollagen- und Elastinfasern ändert, anstatt sie für eine spätere Freisetzung aufzubewahren.
• Die Gasabsorption während der Messung ist nicht wirklich eine Eigenschaft des Lungenparenchyms selbst, sondern ein Artefakt der Messung. Wie oben erwähnt, hat die Messung der statischen Lungencompliance in jedem Schritt eine bestimmte eingebaute Pause, die es ermöglicht, dass ein Teil des Gases in lebenden Systemen absorbiert wird, was zu einer offensichtlichen Änderung von Volumen und Druck führt.

Dynamische Konformität

Im Gegensatz zur statischen Konformität bezieht sich der Begriff „dynamische Konformität“ auf etwas Kraftvolles und Mobiles. Die Definition der statischen Nachgiebigkeit lässt sich leicht entsprechend anpassen:

Die dynamische Nachgiebigkeit ist eine Volumenänderung geteilt durch eine Druckänderung, gemessen in Gegenwart eines Gasstroms.

Im Wesentlichen handelt es sich um dieselbe Konformität, die jedoch während der normalen Inspiration und Exspiration gemessen wird. Die dynamische Konformität ist immer geringer als die statische Konformität. Der Grund dafür ist, dass die dynamische Compliance neben dem üblichen Brustwanddruck und Lungendruck auch den Luftströmungswiderstand beinhaltet.

Dies ist der Hauptunterschied zwischen statischer und dynamischer Compliance. Es gibt einen Atemwegswiderstand, der den Druck bei jedem Volumen erhöht, und dies hängt von der Gasdurchflussrate ab. Der Widerstand nimmt mit zunehmendem Luftstrom zu, insbesondere wenn der Strom turbulent wird. Daher nimmt der Beitrag des Atemwegswiderstands zur dynamischen Nachgiebigkeit mit zunehmendem Luftstrom zu, was wiederum die Nachgiebigkeit verringert.

Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen statischer und dynamischer Nachgiebigkeit ist das Fehlen einer Gleichgewichtspause zum Zeitpunkt der Messung. Mit den statischen Compliance-Messmethoden misst man normalerweise eine Lunge, wenn sie vollständig still ist, nachdem nach einigen Sekunden Einheiten mit längeren Zeitkonstanten vollständig gefüllt wurden. Die Messung der dynamischen Compliance erfolgt im laufenden Betrieb, und die Luft hat keine Zeit, sich auf diese langsameren Lungeneinheiten zu verteilen. Die Folge davon ist ein höherer Druck, der für das Einheitsvolumen gemessen wird, d. H. Eine geringere Lungencompliance. Je kürzer die Inspirations- und Exspirationszeit ist, desto stärker beeinflusst dieser Effekt die dynamische Compliance.

Also. Die dynamische Compliance nimmt mit zunehmendem Luftstrom und einem schnelleren Atemzyklus ab. Beide sind bei tachypnoeischen Patienten vorhanden. Der Begriff, der typischerweise verwendet wird, um dies zu beschreiben, ist „Frequenzabhängigkeit“. Katsoulis et al. (2016) haben dies bei einer Gruppe von Asthmatikern wunderbar demonstriert. Ihre Grafik (schamlos aus dem Originalpapier gestohlen) zeigt die zunehmende Kluft zwischen statischer und dynamischer Compliance, die mit zunehmender Atemfrequenz verbunden ist, insbesondere bei Erkrankungen der kleinen Atemwege.

Abgesehen von dem oben genannten Beitrag des Atemwiderstands zum gesamten Atemwegsdruck wird die dynamische Compliance auch durch die Heterogenität von beeinflusst Zeitkonstanten unter Lungeneinheiten. Eine schnelle Inspiration hat nur Zeit, um die „schnellen“ Alveolen zu füllen, wodurch Druck auf der Grundlage der Einhaltung eines relativ langsamen Volumens erzeugt wird (der Rest des Volumens sind „langsame“ Alveolen). Dies erhöht auch die Frequenzabhängigkeit der dynamischen Konformität.

In diesem Stadium ist es auch wichtig (obwohl wahrscheinlich nicht relevant für Prüfungszwecke), darauf hinzuweisen, dass tatsächlich die hier verwendete Definition der dynamischen Konformität verwendet wird (und in vielen anderen Ressourcen) ist nicht ganz korrekt. Auch wenn die Prüfer dies von Ihnen erwarten, macht die Einbeziehung von Widerständen in die Definition die dynamische Einhaltung zu einer Fehlbezeichnung. Oder besser gesagt, es wäre genauer zu sagen, dass die Gleichung

Cdyn = VT / (PIP – PEEP)

wobei

• VT ist das Atemzugvolumen
• PIP ist der maximale Inspirationsdruck
• PEEP ist der positive endexspiratorische Druck

misst keinerlei Konformität, da der Widerstand in die Messung einbezogen wird.

Darüber hinaus ist in jedem Fall die Messung der dynamischen Konformität Was normalerweise vom mechanischen Beatmungsgerät während der Routinefunktion ausgeführt wird, wird aus dem Aufbau eines Druck-Volumen-Kreislaufs während der Beatmung bestimmt. Diese Schleife ermöglicht es dem Beatmungsgerät zu bestimmen, wo der Gasstrom Null ist, d. H. Wo der Atemwegsdruck und der Alveolardruck gleich sind. Der Gradient der Verbindungslinie zwischen diesen Punkten ist die dynamische Übereinstimmung. Der Punkt des Nullgasstroms ist jedoch normalerweise nicht der maximale Inspirationsdruck, sondern etwas näher an P1, dem Druckabfall, der am Ende der Inspiration auftritt:

Somit wird bei einem beatmeten Patienten der Cdyn wie folgt berechnet:

Cdyn = VT / (P1 – PEEP)

wobei

• VT das Atemvolumen
• P1 der Druck kurz nach Beendigung des Flusses ist, der etwas höher als das Plateau ist Druck, der zu einer dynamischen Compliance führen würde
• PEEP ist der positive endexspiratorische Druck

Spezifische Compliance

Die Notwendigkeit des Konzepts der spezifischen Compliance kann durch ein einfaches Gedankenexperiment demonstriert werden. Betrachten Sie das Druck-Volumen-Verhältnis eines 20 kg schweren Kindes. Man könnte eine Vitalkapazität von vielleicht 1 l bei 20 cm H2O erreichen. Vergleichen Sie es mit einem Erwachsenen, dessen Lungenvolumen bei 20 cm H2O 4 l betragen könnte. Bedeutet dies, dass der Erwachsene eine höhere Lungencompliance hat?

Natürlich nicht. Dies zeigt jedoch, dass die Standardmethode zum Vergleichen der Lungen-Compliance-Zahlen tendenziell zusammenbricht, wenn versucht wird, die Compliance zwischen Patienten zu vergleichen, deren Größe komisch nicht übereinstimmt. Hier kommt die spezifische Konformität ins Spiel.Nach Harris (2005) ist

„Spezifische Compliance die Compliance, die durch ein Lungenvolumen normalisiert wird“

Das normalisierende Lungenvolumen ist normalerweise die FRC. Somit kann die spezifische Compliance ausgedrückt werden als:

wobei CTot die gesamte statische Lungen-Compliance ist und FRC durch ersetzt werden kann jedes Lungenvolumen. Da das gewählte Lungenvolumen auch mit der Körpergröße skaliert, sollte dieser Parameter unabhängig davon, ob man groß oder klein ist, konsistent bleiben. Bedenken Sie: Das Kind mit einer Lungen-Compliance von 50 ml / cmH2O und einer FRC von 500 ml hätte eine spezifische Compliance von 50/500 = 0,1 ml / cmH2O. Der große Erwachsene mit einer Compliance von 200 ml / cmH2O und einer größeren FRC von 2000 ml hätte auch eine spezifische Compliance von 0,1 ml / cmH2O. Der Normalwert hierfür wird normalerweise mit 0,05 ml / cmH2O angegeben.

Faktoren, die die Lungencompliance beeinflussen

Frage 14 aus dem Jahr 2016 und Frage 1 (S. 2) aus der zweiten Veröffentlichung von 2008 wurde nach den Faktoren gefragt, die die Compliance beeinflussen. Insbesondere die Frage aus dem Jahr 2008 war die mit der besten Modellantwort, in der die Erwartungen der Prüfer klar dargelegt wurden. Zusammenfassend sind diese Faktoren:

• Lungenvolumen (beeinflusst durch PEEP, dynamische Hyperinflation) usw.)
• Elastischer Rückstoß der Lunge (beeinflusst durch Alter und Krankheitszustände, z. B. Emphysem reduziert ihn)
• Compliance der Brustwand (beeinflusst durch Brustverletzungen, Verbrennungen, Operationen, z. B. offen) Brust)
• Lungenblutvolumen (ein verstopfter Ansatz ist weniger konform)
• Die dynamische Lungencompliance wird auch durch die Atemfrequenz beeinflusst.
• Lungensurfactant erhöht die Lungencompliance
• Haltung (siehe Kapitel über die Auswirkungen der Positionierung auf die Atmungsmechanik)

Die Auswirkungen der Atemfrequenz auf die dynamische Compliance wurden bereits diskutiert, die Auswirkungen von Tensiden sind es wert, separat diskutiert zu werden.

Der Einfluss von Alveolartensid auf die Lungencompliance

Die meisten Lehrbücher finden einen Weg, um Lungensurfactant einzupassen die Kategorie von Dingen, die die statische Konformität beeinflussen. Normalerweise wird ein Diagramm erstellt, das die Auswirkung einer Abwesenheit von Tensid auf die Compliance der Lunge zeigt. Die Referenz dafür ist normalerweise ein berühmtes Papier von 1971 von T.E. Morgan, aber tatsächlich wurden die ursprünglichen experimentellen Daten 1929 von Kurt von Neergaard veröffentlicht. Leider kann der Originalartikel aus der Zeitschrift für die gesamte Erfahrung Medizin nicht mehr mit vernünftigen (billigen) Mitteln bezogen werden, aber die Grafik ist so berühmt, dass man überall eine Version davon finden kann. In einigen Fällen, zum Beispiel im folgenden Diagramm von Radford (1964), kann man sogar die Seriennummer der ursprünglichen Versuchskatze finden. Aus irgendeinem Grund wählt jeder immer die Grafik aus Kat. 27.

Die Lungen von Cat 27 wurden zuerst mit Luft aufgeblasen und entleert. Dann wurden sie in Kochsalzlösung getaucht und mit Kochsalzlösung aufgeblasen. Der Effekt war erheblich. In der mit Kochsalzlösung gefüllten Lunge wurde die Wirkung des Tensids auf die Oberflächenspannung der Alveolen ausgelöscht und nur die Elastizität der Lunge selbst gemessen. Die ertrunkene Lunge war viel nachgiebiger als die luftgefüllte Lunge.

Dies scheint jedoch an dieser Stelle ein irrelevantes Diagramm zu sein. Alles, was es beschreibt, ist, dass das Vorhandensein von Oberflächenspannung die Lungencompliance verringert und dass ohne sie die Compliance des Lungengewebes selbst ausgezeichnet ist. Es ist bekannt, dass Tensid die Lungencompliance erhöht, da Wasser allein eine Oberflächenspannung aufweist, die so hoch ist, dass die Alveolen massenhaft kollabieren und die Lungencompliance extrem schlecht wäre. Sicherlich wäre es besser, dieses Konzept zu veranschaulichen? Ein geeignetes Diagramm für diesen Zweck stammt aus einer Arbeit von Lachmann et al. (1980). Die Autoren haben das gesamte Tensid aus den Lungen von Kaninchen gespült und dadurch Bedingungen geschaffen, die ARDS ähneln (siehe ihre gestohlenen Grafiken unten).