Statisk, dynamisk och specifik efterlevnad

Detta kapitel är mest relevant för avsnitt F3 (ii) från CICM Primary Kursplan 2017, som förväntar sig att examenkandidaterna ska kunna ”definiera efterlevnad (statisk, dynamisk och specifik)”. Detta har varit ett populärt ämne för SAQ: er:

• Fråga 17 från andra uppsatsen 2019
• Fråga 14 från första uppsatsen 2016
• Fråga 15 från första uppsatsen 2014
• Fråga 7 från andra uppsatsen 2011
• Fråga 1 (s.2) från andra uppsatsen 2008

De flesta av dessa SAQ: er kräver en definition av efterlevnad, liksom metoder för att mäta efterlevnad. Fråga 14 från 2016 och fråga 1 (s.2) från andra uppsatsen från 2008 bad också om faktorer som påverkar efterlevnaden. Även om det inte var särskilt efterfrågat, verkar skillnaden mellan statisk och dynamisk överensstämmelse vara ett förväntat inslag i en högpresterande definition, enligt granskarens kommentarer. Specifik efterlevnad har aldrig nämnts i någon av frågorna och verkar saknas i vivorna, eller vad lite vi vet om dem.

Sammanfattningsvis:

När det gäller publicerade peer-reviewed resurser är ingen bättre än Scott Harris ”artikel från 2005. Den är tillgänglig gratis från Andningsvården. Det skulle vara lätt att hålla fast vid den här fria artikeln som en viktig informationskälla. Avsnittet om efterlevnad från Nunn ”s (s. 29-31 i den 8: e upplagan) är också värt att läsa, men innehåller ingen hänvisning till specifik efterlevnad (inte att det någonsin kommer upp i de skriftliga tidningarna).

Definition av lungöverensstämmelse

Den åttonde utgåvan av Nunn ”s ger följande definition av lungöverensstämmelse (s. 17):

”Överensstämmelse med lungor definieras som förändringen i lungvolym per enhetsförändring i transmural tryckgradient (dvs. mellan alveolus och pleurarum).”

Detta liknar på alla andra definitioner av lungöverensstämmelse. Till exempel definierar Guyton & Hall (13: e upplagan) det som ”i vilken utsträckning lungorna expanderar för varje enhetsökning i transpulmonärt tryck (om tillräckligt med tid får nå jämvikt) ”, vilket låter som om de definierade statisk överensstämmelse. För den mest grundläggande formen kan man titta på Levitzky’s lungfysiologi (8: e upplagan) som helt enkelt säger att ”överensstämmelse definieras som volymförändringen dividerat med tryckförändringen”. För att förkorta detta koncept ytterligare för att klippa värdefulla sekunder från svarets skrivtid:

Compliance = ΔV / ΔP

Statisk efterlevnad

Statisk efterlevnad har definierats variabelt av många författare, men de flesta av definitionerna har ett gemensamt fokus på frånvaron av flöde och den tillåtna tiden för andningsorganens rörliga element att slappna av och vila. ”En statisk P-V-kurva eliminerar de resistiva och impedanseffekterna på trycket”, förklarar Harris (2005); vad som förmodligen är kvar är bara lungens efterlevnad, det oförfalskade förhållandet mellan tryck och volym. Låna och ändra lite av en definition från Millers anestesi:

Statisk överensstämmelse är förändring i volym dividerat med tryckförändring, mätt i frånvaro av gasflöde.

En definition som denna antyder att för att mäta statisk överensstämmelse, allt du behöver göra är att stoppa gasflödet. I verkligheten är detta vanligtvis inte sant. Säg att du mäter efterlevnad. I det ögonblick du stänger andningskretsen efter inspiration kommer du att märka ett tryckfall som beror på att gasen omfördelas mellan lungenheter med olika tidskonstanter. Visst skulle du säga att detta inte är en ”statisk” process och väljer att vänta några sekunder innan du registrerar mätningen. Men när sekunderna går kan du notera att den uppmätta lungvolymen minskar. Detta beror på det faktum att gasen inuti absorberas i lungcirkulationen. Därför kommer det i den levande mänskliga organismen aldrig att finnas en situation där ett verkligt statiskt förhållande mellan tryck och volym kan registreras, och Harris (2005) rekommenderar term ”kvasistatisk” för att beskriva dem.

När det gäller examensrelevans, förutom den ovannämnda definitionen, kan man säkert förvänta sig att bli ombedd att rita ett diagram för att representera människans tryck och volymförhållande Om så är fallet kan man göra värre än att reproducera det berömda förhållandet som beskrivs av Rahn et al 1946, vilket av någon anledning var det första av sådana ansträngningar. ”Det är anmärkningsvärt att fysiologer har lagt så lite uppmärksamhet åt mekaniken andas att ingen adekvat Uppgifterna registreras nu om tryckvolymegenskaperna hos bröstet och lungorna hos normala män ”, klagade författarna. De förvärvade normala män, täppte till näsborrarna med korkproppar och mätte deras luftvägstryck vid olika fraktioner av deras vitala förmåga (ämnena andades ut helt och inspirerade sedan en känd gasvolym från spirometern innan de andades.) Med dessa manövrer demonstrerades följande förhållande:

Diagrammet ovan är identiskt med figur 6 från originalet, men det var lite gentrified att modernisera det för konsumtion av moderna läsare (ingen kallar den volymen ”restluft” längre). Det demonstrerar den klassiska lungkonformitetskurvan, där överensstämmelsen är dålig vid låga och höga volymer, men optimal strax ovanför FRC, dvs. inom området för den normala tidvattenvolymen.

Komponenter med statisk överensstämmelse

Uppenbarligen, när du pumpar gas in i en persons bröst, kommer förhållandet mellan tryck och volym att vara en komplex kombination av flera faktorer. Av dessa, de dominerande spelarna kommer att vara bröstväggen och själva lungvävnaderna. När man uppmanas att beskriva detta koncept skulle en CICM-trainee sannolikt förväntas återuppliva denna ekvation:

Där, förutsägbart, CRS överensstämmer med andningsorganen som helhet, är CL överensstämmelse med lungan och CCW är överensstämmelse med bröstväggen. Vanligtvis ger läroböcker normala värden för dessa överensstämmelser; för lung- och bröstväggen är dessa 200 ml / cm H2O.

Överensstämmelsen mellan lungorna och bröstväggen är relaterad till de elastiska egenskaperna hos dessa strukturer, som diskuteras i ett kapitel alla av sina egna.

Hysteres vid statisk lungöverensstämmelse

Under normala förhållanden (dvs. där den inte är fylld med saltlösning), b ehave som ett idealiskt system, dvs den energi som investeras i dess utbredning returneras inte vid deflation. Resultatet av detta är att inflation och deflation har olika tryck-volymförhållanden, och skillnaden mellan dem kallas ”hysteres”, en term etymologiskt relaterad till ”fördröjning” eller brist ”som beskriver beroendet hos ett systems tillstånd på dess historia. Om man var helt oförberedd på frågorna ”definiera hysteres”, skulle man lätt kunna bryta ner och blästra något som ”den förödande saken ser inte ut som den expiratoriska saken”, så det skulle förmodligen vara värt att investera lite tid i att memorera en mer solid definition . Här är en från en utmärkt artikel av Escolar & Escolar (2004):

”Den tillförda energin till lungan i inspiration återvinns inte efter utgången. Egenskapen för att skingra energi får namnet hysteres. ”

En mer detaljerad och minnesvärd definition finns tillgänglig från en mycket mindre ansedd källa:

”Lungvolym vid ett visst tryck under inandning är mindre än lungvolymen vid ett visst tryck under utandning”

Det är logiskt att förvänta sig något sådant i en dynamisk solcellsslinga på grund av effekterna av motstånd (mer om det senare), men det syns även i statiska överensstämmelsemätningar. Här, ett diagram från Harris ( 2004) visar hysteresen i en statisk PV-slinga med hjälp av supersprutmetoden. De tillagda etiketterna visar att för samma tryckförändring är expiratorisk efterlevnad lägre:

Varför händer detta? Det finns fyra huvudsakliga orsaker.

• Rekrytering och avrekrytering: Kollapsade alveoler har väggar som sitter fast och som kräver adde d mekanisk energi att öppna. Däremot är väl uppblåsta alveoler relativt elastiska och kräver relativt lite energi för att blåsa upp ytterligare. På grund av detta förändras förhållandet mellan tryck och volym hos alveoler efter att de har blivit helt uppblåsta.
• Effekten av alveolär ytspänning: ytspänningen i en tömd lunga är lägre än i en helt uppblåst lung eftersom molekylerna av alveolärt ytaktivt ämne packas närmare varandra, vilket ökar deras koncentration vid gas-vätske-gränsytan och därmed minskande ytspänning. Dessa fosfolipidmolekyler på ytan av välsträckta alveoler är längre ifrån varandra, vilket ökar ytspänningen och gör lungan mindre kompatibel. Efter fullständig uppblåsning av lungan har deflationskurvan en lägre överensstämmelse, dvs det finns liten volymförändring jämfört med en väsentlig förändring av trycket
• Stressavslappning avser förlusten av energi i lungparenkymet med stretch. Detta liknar den klassiska definitionen av hysteres, som den mängd oåtervunnen energi som är resultatet av att något är ofullkomligt elastiskt. Den ofullkomliga lungan sträcker sig, förbrukar energi och slösar den sedan bort genom att ändra formen på dess kollagen- och elastinfibrer istället för att lagra den för senare frigöring.
• Gasabsorptionen under mätningen är egentligen inte en egenskap hos själva lungparenkymet utan snarare en mätartefakt. Som nämnts ovan har mätningen av statisk lungöverensstämmelse en viss inbyggd paus i varje steg, vilket gör att en del av gasen absorberas i levande system, vilket leder till en uppenbar förändring i volym och tryck.

Dynamisk efterlevnad

Till skillnad från statisk överensstämmelse låter termen ”dynamisk efterlevnad” som om det hänvisar till något kraftfullt och mobilt. Definitionen av statisk överensstämmelse kan lätt återanvändas för att passa:

Dynamisk efterlevnad är volymförändring dividerad med tryckförändring, mätt i närvaro av gasflöde.

I grund och botten är det samma överensstämmelse men mäts under normal inspiration och utgång. Dynamisk efterlevnad är alltid lägre än statisk efterlevnad. Anledningen till detta är att dynamisk överensstämmelse, förutom det vanliga trycket och lungtrycket i bröstkorgen, också innehåller luftflödesmotstånd.

Detta är den största skillnaden mellan statisk och dynamisk efterlevnad. Det finns luftvägsmotstånd som ökar trycket vid varje volym, och detta beror på gasflödeshastigheten. Motstånd ökar med ökande luftflöde, särskilt när flödet blir turbulent. Som sådan ökar luftvägsmotståndets bidrag till dynamisk efterlevnad när luftflödet ökar, vilket i sin tur minskar efterlevnaden.

En annan stor skillnad mellan statisk och dynamisk överensstämmelse är avsaknaden av en jämvikt vid pausen vid mätningen. Med mätmetoderna för statisk överensstämmelse mäter man vanligtvis en lunga när den är helt still, efter några sekunder har enheter med längre tidskonstanter blivit helt fyllda. Mätning av dynamisk överensstämmelse sker i farten, och det finns ingen tid för luft att spridas till de långsammare lungenheterna. Konsekvensen av detta är ett högre tryck uppmätt för enhetsvolym, dvs en lägre lungefterlevnad. Ju kortare inandningstiden och utandningstiden, desto mer påverkar denna effekt dynamisk efterlevnad.

Så. Dynamisk efterlevnad minskar med ökat luftflöde och en snabbare andningscykel. Båda dessa är närvarande hos takypnoeiska patienter. Termen som vanligtvis används för att beskriva detta är ”frekvensberoende”. Katsoulis et al (2016) visade detta vackert i en grupp astmatiska patienter. Deras graf (skamlöst stulen från originalet) visar det ökande klyftan mellan statisk och dynamisk överensstämmelse i samband med ökad andningsfrekvens, särskilt där det finns små luftvägssjukdomar.

Förutom det ovan nämnda bidraget från andningsresistens till det totala luftvägstrycket här påverkas dynamisk överensstämmelse också av heterogeniteten hos tidskonstanter bland lungenheter. En snabb inspiration kommer bara att ha tid att fylla de ”snabba” alveolerna och därigenom skapa tryck på grundval av att en relativt långsam volym överensstämmer (resten av volymen är ”långsam” alveoler). Detta kommer också att öka frekvensberoendet för dynamisk efterlevnad.

Nu är det i detta skede också viktigt (men förmodligen inte relevant för examensändamål) att påpeka att definitionen av dynamisk efterlevnad som används här faktiskt (och i många andra resurser) är inte helt korrekt. Även om det är vad granskarna vill att du ska tänka, gör införandet av motstånd i definitionen dynamisk efterlevnad till något felaktigt namn. Eller snarare, det skulle vara mer korrekt att säga att ekvationen,

Cdyn = VT / (PIP – PEEP)

där

• VT är tidvattenvolymen
• PIP är det maximala inandningstrycket
• PEEP är det positiva slututandningstrycket

mäter inte överensstämmelse av något slag, eftersom motstånd ingår i mätningen.

Dessutom, i vilket fall som helst, mätningen av dynamisk efterlevnad som vanligtvis utförs av den mekaniska ventilatorn under rutinfunktionen bestäms från att konstruera en tryckvolymslinga under ventilation. Med den slingan kan ventilatorn bestämma var gasflödet är noll, dvs var luftvägstrycket och alveolärtrycket är lika. Gradienten för linjen som förbinder dessa punkter är den dynamiska efterlevnaden. Poängen med noll gasflöde är emellertid vanligtvis inte det högsta inandningstrycket, utan något närmare P1, tryckfallet som inträffar i slutet av inspirationen:

Således beräknas Cdyn hos en mekaniskt ventilerad patient som:

Cdyn = VT / (P1 – PEEP)

där

• VT är tidvattenvolymen
• P1 är trycket strax efter flödesavbrott, vilket är något högre än platån tryck som skulle ge dig dynamisk efterlevnad
• PEEP är det positiva slututandningstrycket

Specifik efterlevnad

Behovet av begreppet specifik efterlevnad kan visas med ett enkelt tankeexperiment. Tänk på förhållandet mellan tryck och volym hos ett barn på 20 kg. Man kan uppnå vital kapacitet på kanske 1 liter vid 20 cm H2O. Jämför det med en vuxen, vars lungvolym vid 20 cm H2O kan vara 4L. Betyder det att den vuxna har högre lungöverensstämmelse?

Det gör det naturligtvis inte. Detta visar emellertid att standardmetoden för att jämföra lungöverensstämmelsens nummer tenderar att brytas ner när man försöker jämföra överensstämmelsen mellan patienter som är komiskt felaktiga i storlek. Det är här specifik efterlevnad kommer in.Enligt Harris (2005),

”Specifik efterlevnad är överensstämmelse som normaliseras av en lungvolym”

Den normaliserande lungvolymen är vanligtvis FRC. Således kan specifik efterlevnad uttryckas som:

där CTot är den totala statiska lungöverensstämmelsen, och FRC kan ersättas med någon lungvolym. Eftersom den valda lungvolymen också skalas med kroppsstorlek, bör denna parameter förbli konsekvent oavsett om en är stor eller liten. Tänk på: barnet med deras lungefterlevnad på 50 ml / cmH2O och en FRC på 500 ml skulle ha en specifik överensstämmelse på 50/500 = 0,1 ml / cmH2O. Den stora vuxna, med deras överensstämmelse på 200 ml / cmH2O och en större FRC på 2000ml, skulle också ha en specifik överensstämmelse på 0,1 ml / cmH2O. Normalvärdet för detta ges vanligtvis som 0,05 ml / cm H2O.

Faktorer som påverkar lungöverensstämmelse

Fråga 14 från 2016 och fråga 1 (s.2) från andra papper av 2008 frågade om de faktorer som påverkar efterlevnaden. Särskilt frågan från 2008 var den med det bästa modellsvaret, som tydligt angav vad granskarnas förväntningar var. Sammanfattningsvis är dessa faktorer:

• Lungvolym (påverkad av PEEP, dynamisk hyperinflation , etc)
• Lungelastisk rekyl (påverkas av ålder och sjukdomstillstånd, t.ex. emfysem minskar det)
• Bröstväggs efterlevnad (påverkas av bröstskador, brännskador, operation, t.ex. öppen bröst)
• Pulmonell blodvolym (en överbelastad klack är mindre eftergivlig)
• Dynamisk lungöverensstämmelse påverkas också av andningsfrekvensen
• Lungens ytaktiva medel ökar lungens efterlevnad
• Hållning (se kapitlet om effekterna av positionering på andningsmekanismen)

Effekterna av andningsfrekvensen på dynamisk efterlevnad har redan diskuterats; effekterna av tensid är värt att diskutera separat.

Alveolärt tensids inflytande på lungöverensstämmelse

De flesta läroböcker hittar ett sätt att passa in ytaktivt lungmedel kategorin av saker som påverkar statisk efterlevnad. Vanligtvis trottas en graf som visar effekten som en frånvaro av ytaktivt medel har på lungens efterlevnad. Referensen för detta är vanligtvis en berömd 1971-tidning av T.E. Morgan, men faktiskt publicerades de ursprungliga experimentella uppgifterna 1929 av Kurt von Neergaard. Tyvärr kan den ursprungliga artikeln från Zeitschrift fur die gesamte experimentelle Medizin inte längre fås på något rimligt (billigt) sätt, men grafen är tillräckligt känd för att man kan hitta en version av den överallt. I vissa fall, till exempel diagrammet nedan från Radford (1964), kan man till och med hitta det ursprungliga experimentella kattens serienummer. Av någon anledning väljer alla alltid grafen från Cat 27.

Cat 27s lungor blåstes först upp och tömdes med luft. Därefter sänktes de i saltlösning och pumpades upp med saltlösning. Effekten var stor. I den saltlösningsfyllda lungan utplånades effekten av det ytaktiva medlet på ytspänningen hos alveolerna och endast lungens elasticitet mättes. Den drunknade lungan var mycket mer kompatibel än den luftfyllda lungan.

Detta verkar dock som ett irrelevant diagram just nu. Allt det beskriver är att närvaron av ytspänning minskar lungens efterlevnad, och att utan den är lungvävnadens efterlevnad utmärkt. Det är välkänt att ytaktivt ämne ökar lungens efterlevnad, eftersom vatten i sig har en ytspänning så hög att alveolerna skulle kollapsa massor och lungens efterlevnad skulle vara extremt dålig. Visst skulle det vara bättre att illustrera detta koncept? Ett lämpligt diagram för detta ändamål kommer från en uppsats av Lachmann et al (1980). Författarna tvättade allt ytaktivt medel ur kaninernas lungor och skapade därmed förhållanden som liknade ARDS (se deras stulna diagram nedan).