Non-invasive measurement of regional respiratory time constants by electrical impedance tomography in the critically ill patient with acute respiratory distress syndrome
Beim Acute Respiratory Distress Syndrome wird durch die Beatmungstherapie das Lungengewebe geschädigt (Atelektrauma oder Überdehnung). Ein positiv end-exspiratorischen Druckes (PEEP) kann diese zusätzliche Schädigung vermindern. Mit Hilfe der elektrischen Impedanztomographie (EIT) wäre eine Monitoringmethode zur Ermittlung des optimalen PEEP-Wertes anwendbar.12 beatmete und relaxierte lungengesunde Patienten und 20 beatmete und relaxierte Patienten mit ARDS wurden vor, während und nach einem inspiratorischen Drucksprungmanöver ausgehend von einem PEEP-Wert von 0, 8 und 15 cm H2O auf 35 cm H2O und ebenso wie vor, während und nach passiver Exspiration zurück auf das entsprechende PEEP-Niveau mit EIT untersucht. Die dabei gewonnenen Verläufe der relativen Impedanzänderung wurden für die ventralen und dorsalen Lungenbezirke mit Hilfe einer bi-exponentiellen Gleichung gefittet. Die regionalen schnellen und langsamen respiratorischen Zeitkonstanten und die Größe der durch sie charakterisierten Lungenbezirke wurden ebenfalls berechnet. Bei den Patienten mit ARDS konnten im Vergleich zu den lungengesunden Patienten in den ventralen und dorsalen Lungenbezirken signifikant kürzere schnelle und langsame respiratorische Zeitkonstanten gefunden werden. Diese wurden ebenfalls signifikant durch verschiedene PEEP-Einstellungen beeinflusst und zeigten signifikante Unterschiede zwischen ventralen und dorsalen Lungenbezirken innerhalb der jeweiligen Gruppe. Das durch die schnelle respiratorische Zeitkonstante charakterisierte Lungenkompartiment war bei den lungengesunden Patienten im Vergleich zu den Patienten mit ARDS signifikant grösser. Mit EIT ist die bettseitige, strahlungsfreie, nicht-invasive und kontinuierliche Detektion und Quantifikation klinisch relevanter unerwünschter Wirkungen der Beatmungstherapie wie Atelektrauma oder Überdehnung möglich. Die EIT kann eine wertvolle Entscheidungshilfe bei der Wahl der optimalen PEEP-Einstellung liefern.Background: Lung tissue of patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS) is heterogeneously damaged and prone to develop atelectasis. During inflation, atelectatic regions may exhibit alveolar recruitment accompanied by prolonged filling with air in contrast to regions with already open alveoli with a fast increase in regional aeration. During deflation, derecruitment of injured regions is possible with ongoing loss in regional aeration. The aim of our study was to assess the dynamics of regional lung aeration in mechanically ventilated patients with ARDS and its dependency on positive end-expiratory pressure (PEEP) using electrical impedance tomography (EIT). Methods: Twelve lung healthy and twenty ARDS patients were examined by EIT during sustained step increases in airway pressure from 0, 8 and 15 cm H2O to 35 cm H2O and during subsequent step decrease to the corresponding PEEP. Regional EIT waveforms in the ventral and dorsal lung regions were fitted to bi-exponential equations. Regional fast and slow respiratory time constants and the sizes of the fast and slow compartments were subsequently calculated. Results: ARDS patients exhibited significantly lower fast and slow time constants than the lung healthy patients in ventral and dorsal regions. The time constants were significantly affected by PEEP and differed between the regions. The size of the fast compartment was significantly lower in ARDS patients than in patients with healthy lung under all studied conditions. Conclusion: These results show that regional lung mechanics can be assessed by EIT. They reflect the lower respiratory system compliance of injured lungs and imply more pronounced regional recruitment and derecruitment in ARDS patients
