Benzing, A.

Eberhard, L.

Geiger, K.

Guttmann, J.

Lichtwarck-Aschoff, M.

Mols, G.

Wolff, G.

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f\ Volumenabhängigkeit der Atemmechanik Parameter Resistance und ComplianceJ i und ihre Bestimmung bei mechanischer Beatmung mit der SLICE Methode;, l J. Guttmann1, L. Eberhard*, A. Benzingi, G. Mols', M. Lichtwarck-Aschoff3, K. Geiger^ G. Wolff*1 Anaesthesiologische Universitätsklinik; Sektion für Experimentelle Anaesthesiologie.Klinikum der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, D-79106 Freiburg i.Br.; 2 Klinische Physiologie, Klinik für Herz- und Thoraxchirurgie, Departement Chirurgie,Universitätskliniken Basel, CH-4031 Basel, Schweiz: 3 Institut für Anästhesiologie und operative Intensivmedizin, Zentralklinikum Augsburg,D-86156 AugsburgEinleitungDie Impedanz des respiratorischen Systems (Lungeund Thorax) besteht aus einem elastischen Teil,einem nicht-elastischen Teil und einemträgheitsbedingten (inertiven) Teil. Letzterer ist beider mechanischen Beatmung des Erwachsenen zuvernachlässigen (Atemfrequenz < 25/min). Derelastische Teil der Impedanz wird alsVolumendehnbarkeit oder Compliance (C), der nicht-elastische Teil als Strömungswiderstand oderResistance (R) bezeichnet. Die zugrundeliegendeModellvorstellung ist die des klassischen linearen RC-Modells, das auf der Voraussetzung beruht, daß Rund C während des gesamten Atemzuges konstantsind. Diese Voraussetzung ist bei Patienten mitgeringgradiger Lungenerkrankung erfüllt, nichtjedoch bei Patienten mit schwerer respiratorischerInsuffizienz, wie etwa dem ARDS (adult respiratorydistress syndrome). Bei dem stark eingeschränktenLungengasvolumen im ARDS hängen diemechanischen Eigenschaften des respiratorischenSystems vom Grad seiner mechanischenAuslenkung, d.h. vom Gasvolumen der Lunge ab.Wir präsentieren eine neue Computer-unterstützteVielpunkt Methode zur simultanen Bestimmung dervolumenabhängigen, dynamischen Resistance undCompliance, die SLICE Methode. Wir präsentierendie Ergebnisse der Methodenevaluierung mit einemphysikalischen Modell mit konstanter Resistance undvolumenabhängiger Compliance und mit Messdatenvon 14 ARDS Patienten.MethodeDie SLICE Methode Ist ein mehrstufiges VerfahrenH):STUFE 1: Erzeugen von volumenSguldistan^n..Druck- und Fluss Datensätzen: Um eine Gewichtungvon inspiratorischen oder exspiratorischen Datenauszuschliessen, wird die Anzahl der in- undexspiratorischen Datensamples gleichgesetzt (I-EBalance). Die zeitlich äquidistanten Messdaten vonDruck und Gasfluss werden durch lineareInterpolation in volumenäquidistante Datensätzeumgewandelt. (Volumenschritt: AV=10ml).STUFE 2: Punktweise Berechnung desT r a c h e a l d r u c k e s ( P t r a c h ) : M i t d e nvolumenäquidistanten Druck- und Flussdaten undden Koeffizienten, die den flussabhängigenDruckabfall über dem Endotrachealtubusbeschreiben, wird der Trachealdruck kontinuierlichberechnet [2].STUFE 3: Unterteilung in Volumenslices und Analyseder Atemmechanik: 90 % des Tidalvolumens werdenin sechs Volumenslices gleicher Grosse unterteilt. Dieersten und die letzten 5 % des Tidalvolumens werdennicht analysiert (Ventilartefakte und hoheVolumenbeschleunigung). Die Analyse derAtemmechanik wird separat für jede Volumenslicedurchgeführt: multiple lineare Regressionsanalyse[3]. Pro Volumenslice wird ein Resistance- und einCompliancewert (intrinsic PEEP korrigiert) berechnet.STUFE 4: Qualitätstest: In jeder Volumenslice wirddie V/Ptrach-Kurve mit Hilfe der berechneten R-und OWerte rekonstruiert und der gemessenen V/Ptrach-Kurve überlagert. Je weniger sich beide Kurvenhinsichtlich des Druckes unterscheiden, destobesser ist die Qualität der Ergebnisse der SLICEMethode [6].Pneumatisches System: Die Untersuchungen zurEvaluierung der SLICE Methode wurden mit einempneumatischen System bestehend aus Respiratorund Atemschläuchen in Verbindung mit dempassiven physikalischen Modell bzw. in VerbindungBiomedlzlnlsche Technik Band 30 · Ergflnzungsband · 1004135mit dem passiven respiratorischen System (relaxierteAtemmuskulatur) des ARDS Patienten durchgeführt.Zwischen Respiratorund physikalischem Modell bzw.Patient wurden Gasfluss (Fleisch PneumotachographNo.2) und Druck innerhalb des pneumatischenSystems kontinuierlich gemessen. Die analogenFluss- und Drucksignale wurden in digitale Signaleumgewandelt (12 bit) und mit einer Frequenz von 60Hz für die offline Analyse gespeichert.Physikalisches Modell: Für die Laboruntersuchungwurde ein einfaches physikalisches Modell mitkonstanter Resistance (2.6 mbar*s/l) undvolumenabhängiger Compliance entwickelt. DurchVeränderung der Geometrie des Modells kanndessen Compliance volumenabhängig zwischen 67ml/mbar und 21 ml/mbar variiert werden. DieResistance und die Compliance des Modells wurdemit den Ergebnissen der SLICE Methode verglichen.Patientenuntersuchung: In einer klinischen Studiewurden 14 mechanisch beatmete Patienten mitschwerem ARDS (Murray score > 2.5) untersucht. DiePatienten wurden volumenkontrolliert mit konstantemInspirationsfluss beatmet. Alle Patienten warentracheal intubiert. Zur Evaluierung der SLICEMethode wird der end-inspiratorische Alveolardruck(Paiv.ie) benötigt. Die Patienten wurden deshalb miteiner end-inspiratorischen Pause von 1010 ms ±100ms (MW± SD) Dauer beatmet. Bei jedem Patientenwurde der gemessene end-inspiratorischeAtemwegsdruck (Paw.ie) mit dem berechneten end-inspiratorischen Alveolardruck (Paiv.ie) verglichen.Paiv.ie wurde als Endpunkt einer rekonstruierten V/P-Kurve bestimmt, deren Ste igung denCompliancewerten entspricht, die mit der SLICEMethode ermittelt wurden. Der Zusammenhangzwischen dem gemessenen Paw.ie und demb e r e c h n e t e n P a i v . i e w u r d e m i t d e rRegressionsanalyse untersucht.ErgebnissePhysikalisches Modell: Die Resistance undCompliance des Modells wurden mit der SLICEMethode auf ± 5 % genau bestimmt. Die mittlerequadratische Abweichung zwischen dervolumenabhängigen Compliance des Modells undder berechneten Compliance betrug 2 ml/mbar.Patientenuntersuchung: Bei den 14 ARDS Patientenwurde eine sehr gute Übereinstimmung zwischendem gemessenen Paw.ie und dem berechneten Paiv.iegefunden: Paiv,ie=1.02 * Paw,ie+0.097; r2=0.977.DiskussionComputer-unterstützte Vielpunkt Methoden derAtemmechanik Analyse stehen heute am Intensivbettzur Verfügung. Die Methode der multiplen linearenRegression ist eine Vie lpunkt Methode, dieunabhängig vom Beatmungsmuster arbeitet und keinzusätzliches Atemmanöver benötigt. Bei derCompliance Bestimmung wird der intrinsic PEEPautomatisch berücksichtigt. Ebenso wird derflussabhängige Widerstand des Endotrachealtubus1berücksichtigt. Die Analyse der Atemmechanik wirdseparat für jede Volumenslice auf der Basis desl inearen RC-Modells du rchgeführ t , d.h. derGültigkeitsbereich für das lineare Modell wird aufjeweils eine einzelne Volumenslice beschränkt. DieSLICE Methode ermöglicht die Analyse dernichtlinearen Atemmechanik innerhalb desTidalvolumens eines individuellen Patienten.Der relative Fehler der SLICE Methode liegt bei ± 5 %.Bei den ARDS Patienten haben wir eine sehr guteÜbereinstimmung zwischen dem unter statischenB e d i n g u n g e n (V'=0) gemessenen end-inspiratorischen Plateaudruck (Paw.ie) und dem unterdynamischen Bedingungen (WO) ermittelten end-inspiratorischen Alveolardruck (Paiv.ie) gefunden.Die SLICE Methode ermöglicht die manöverfreie,atemzugsweise Analyse der volumenabhängigenResistance und Compliance und gibt dem ArztAuskunft darüber, ob der individuelle Patient in demBereich seines Lungengasvolumens beatmet wird, indem die Compliance maximal ist, d.h. im „erwünschtenelastischen Arbeitsbereich".Literatur[1] Guttmann, J.; L. Eberhard, B. Fabry, D. Zappe, H.Bernhard, M. Lichtwarck-Aschoff, M. Adolph, G. Wolff:Determination of volume-dependent respiratorySystem mechanics in mechanically ventilated patientsusing the new SLICE method. Technology andHealth Gare (in press).[2] Guttmann, J.; L. Eberhard, B. Fabry, W.Bertschmann, G. Wolff: Continuous calculation ofintratracheal pressure in tracheally intubated patients.Anesthesiology 79 (1993), 503-513.[3] Brunner, J. X.; G. Wolff: Pulmonary FunctionIndices in Critical Care Patients. Springer, Berlin(1988), pp. 18-33.136Biomedizinische Technik Band 39 · Ergänzungsband · 1994

Volumenabhängigkeit der Atemmechanik Parameter Resistance und Compliance und ihre Bestimmung bei mechanischer Beatmung mit der SLICE Methode

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