Новости

Точность отображения объема и давления у высокочастотных осцилляторов.

 

J ALeipa¨la¨, S Iwasaki, A Milner, AGreenough

...............................................................................................................................
                                                                              Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed 2004;89: F174–F176. doi: 10.1136/adc.2002.023937

Цель: Определить влияние частоты на точность отображения объема и давления у высокочастотных осцилляторов.

Методы: Оценено влияние частоты на отображение объема у осцилляторов Stephanie, Drager Babylog 8000 Plus, и  SLE 5000. Генератор синусоидальных волн, обеспечивающий постоянный дыхательный объем при частотах 5-15 Гц в магистрали контура у  осцилляторов. Отображаемые объемы при каждой частоте сравнивались с поставляемым  объемом. Эффект влияния частоты на отображаемый объем оценивался путем подсоединения магистрали контура осцилляторов к модели легких; исследовались 3 типа осцилляторов (SensorMedics 3100A, SLE 5000, и Stephanie). Давление в дыхательных путях измерялось  в контуре  с использованием  датчика давления и и нерастяжимого контура; система измерения давления имела уплощенную частотную характеристику на 30 Гц.

Результаты: У SLE 5000 отображаемый объем был завышен по сравнению с заданным объемом (приблизительно на 5%), но не изменялся при изменении частоты. На частоте 5 Гц Drager Babylog 8000 Plus и Stephanie отмечено занижение по сравнению с заданным объемом ( приблизительно на 20 %). Увеличение частоты приводило к большему расхождению между заданным и отображаемым объемом у  Stephanie , но меньшему расхождению  у  Drager Babylog 8000 Plus. Изменение частоты оказывало небольшой эффект (максимальная разница 6 %) на соотношение между отображаемым и заданным давлением у всех трех осцилляторов.

Заключение: Частота влияет на  точность отображения объема, и , в меньшей степени, на отображение давления у высокочастотных осцилляторов. Результаты подчеркивают, что  данные, отображаемые на новых аппаратах, не должны слепо восприниматься.

Высокочастотная осцилляторная вентиляция (ВЧО) в настоящее время широко используется в неонатальной практике, как мера «неотложной помощи» новорожденным с тяжелой дыхательной недостаточностью¹ , и «профилактически» с целью уменьшить число хронических легочных заболеваний.². В настоящее доступны несколько видов осцилляторов; в недавно опубликованном рандомизированном исследовании³  использовалось три типа осцилляторов. В подобных исследованиях и клинической практике серийная запись параметров делается с отображаемого давления и используется для определения тяжести заболевания и документированного  изменения в состоянии новорожденного. Отображаемые давление и объем также служат руководством к выбору параметров, когда новорожденные переводятся с одного типа осциллятора на другой. Поэтому  точность отображения величин является существенной. К сожалению, было показано, что разница между отображаемым и заданным давлением варьирует у различных осцилляторов: одни завышают, а другие занижают заданное давление.⁴.  При ВЧО используются различные частоты, обычно от 10 до 15 Гц  у новорожденных, но если сохраняется  задержка РСО₂ , несмотря на высокую амплитуду осцилляций, частоту снижают ниже 10 Гц. Частота влияет на производительность осциллятора, что показывает обратная зависимость между  частотой и поставляемым объемом. ^5,6 Влияние комплайнса на кривую  осцилляторного давления в  открытых дыхательных путях и на поставляемый объем, как было показано, также зависит от частоты и от конкретного осциллятора.⁷  Поэтому важно определить точность измерения отображаемого давления и объема при различных частотах в высокочастотных осцилляторах, что и является целью данного исследования.

МЕТОДЫ

Точность отображаемого объема

Точность отображаемого объема на осцилляторах Stephanie (Stephan Biomedical Incorporation, Gackenbach, Germany), Drager Babylog 8000 Plus (Drager Medizintechnik GmbH, Germany), и на SLE 5000 (Specialised Laboratory Equipment Ltd, South Croydon, UK) определялась  искусственно. В осцилляторе Stephanie волна генерируется поршнем, помещенным в блок вдоха/выдоха, подвергая новорожденных положительному и отрицательному давлению. В  SLE 5000 осцилляции генерируются  поступательно-возвратными струями газа, контролируемыми высокоскоростными клапанами. Механизмы других  испытываемых осцилляторов детально описаны в других источниках.⁶ Постоянный дыхательный объем (4 мл)  поставлялся в  магистрали контура с использованием различных скоростей на  генераторе синусоидальных волн.⁸. Это достигалось путем подсоединения  инспираторного колена магистрали пациента к выходу генератора через 10 см ригидную пластиковую трубку и окклюзии экспираторного  колена магистрали. Коннектор пациента у магистрали присоединялся к 3 - мм  эндотрахеальной трубке с открытым в атмосферу дистальным концом. Выход  генератора синусоидальных волн был постоянным  при различных частотах (от 5 до 15 Гц). Изучался эффект изменения частоты от 5 до 15 Гц; частота увеличивалась пошагового на 1 Гц. При каждой частоте отображаемый  объем фиксировался и отображался в процентах от 4 мл объема, поставляемого генератором синусоидальных волн.

Точность отображаемого давления

Эффект влияния частоты на отображаемое давление  оценивался у осцилляторов SensorMedics 3100A (SensorMedics Corporation, Anaheim, California, USA), SLE 5000 (Specialised Laboratory Equipment Ltd), и Stephanie (Stephan Biomedical

Incorporation). Респираторы подсоединялись к модели легкого, которая имела  комплайнс 0,8 мл/см Н2О и сопротивление 70 см Н2О/л/сек при потоке 2 л/мин. Модель состояла из эндотрахеальной трубки с  запечатанной резиновой пробкой, которая была помещена в открытое горлышко 1- литровой конической  колбы. Для оценки эффекта влияния частоты на точность отражаемого осцилляторного давления использовалась  эталонная система измерения даления. Эталонная система измерения давления  состояла из  датчика давления (Validyne MP 45, диапазон ± 50 cm H2O; Validyne Corporation, Northridge, California, USA) и трубки, подсоединенных к магистрали контура в месте линии измерения проксимального давления. Чтобы избежать осцилляций в линии эталонного измерения давления, использовалась  короткая (7 см) нерастяжимая трубка с внутренним диаметром 4 мм. Частотная характеристика эталонной системы измерения давления была плоской до 30 Гц. Выходные данные от эталонного датчика давления воспроизводились на накопительном осциллоскопе с возможностью вывода на печать. Давление, отображаемое респиратором, сравнивалось  с отклонением   на  накопительном осциллоскопе при каждой частоте, и  результирующее  соотношение выражалось как процент  по отношению к 5 Гц; 5 Гц было выбрано  в качестве  базисной линии так как  это наивысшая частота  при которой стандартное устройство для измерения объема, как  пневмотахограф, работает достоверно. Хотя изучался  диапазон частот, соотношение вдоха к выдоху  держалось постоянным 1: 1 и среднее давление в дыхательных путях в 12 см Н2О. При частоте 5 Гц осцилляторная амплитуда  устанавливалась на 50 см Н2О и эти параметры оставались неизменными при всех  частотах.

Результаты

На частоте 5 Гц у всех исследуемых осцилляторов отмечалась несоответствие между измеряемым и отображаемым объемом (рис 1); оно было наименьшим у SLE 5000. Drager Babylog 8000 Plus и  Stephanie занижали показатели объема на частоте 5 Гц приблизительно на 20 %, но влияние увеличения частоты на несоответствие между измеряемым и отображаемым объемом различно у каждого из осцилляторов (рис 1).

Рис 1 Влияние частоты на точность отображаемого объема.

На осцилляторе Stephanie увеличение частоты приводило к различным изменениям в точности отображаемого давления. При увеличении частоты, дисплеи  SensorMedics и SLE 5000 завышали показатели отображаемого давления, но эффект был небольшим (максимум 6%; рис 2).

Рис 2 влияние частоты на точность отображения давления.

ОБСУЖДЕНИЕ

Мы показали, что точность отображения объема у исследованных осцилляторов изменяется при возрастании частоты. Наибольшее несоответствие  между отображаемым и  заданным объемом  обнаружилось у осциллятора Stephanie, у которого встроен для измерения потока пневмотахограф. Заданный объем во время ВЧО в научных исследованиях измерялся с помощью пневмотахографа. ^9,10 Точность измерения при использовании данного прибора сравнивалась с  одновременным измерением путем плетизмографии, ¹¹ при этом была обнаружена хорошая корреляция (r= 0.92) хотя, эта корреляция  требовала, чтобы система имела соответствующую частотную характеристику. Если это не учитывать, то пневмотахографы могут занижать показатели на высоких частотах.¹² Осцилляторы Drager Babylog 8000 Plus и SLE 5000 для измерения потока используют  терморезисторы. Мониторная система с использованием нагретого проволочного анемометра (терморезистора) показала  способность обеспечить достоверное измерение дыхательного объема в открытых дыхательных путях. ¹³ Полученные нами результаты означают, что во время ВЧО измерение объема с помощью терморезистора является более точным, чем при использовании пневмотахометра, так как имелась более выраженная  линейная зависимость в пределах исследуемого частотного диапазона. ¹² Также были обнаружены различия в точности  отображения давления при увеличении частоты , хотя эффект был относительно мал (рис 2).Отображаемое давление сравнивалось с показаниями эталонной системы измерения давления. Мы не ощутили, что различия в характеристике системы измерения давления с увеличением частоты  вызывали подобные результаты, так как уже указывалось нами ранее, система имела плоскую частотную характеристику вплоть до 30 Гц.⁸ Кроме того, все три осциллятора сравнивались с одной и той же эталонной системой, и тем не менее различия в точности  отображения проявлялись по мере увеличения частоты. Возможным объяснением  описываемых отклонений при увеличении частоты может быть наличие настроек в трубках , встроенных в измерительные системы осциллятора, которые идут от магистралей к датчикам давления  внутри осциллятора. Во всех трех осцилляторах использовались стандартные контура, которые состояли из относительно длинных трубок, хотя, в зависимости от модели осциллятора, длина и диаметр варьировали, что могло повлиять  на затухание волны давления и, следовательно, может объяснить различие в точности отображения давления при нарастании частоты. Альтернативными  объяснениями могут быть различия в импедансных характеристиках  трубок датчиков давления от контура пациента до датчика давления осциллятора, или различия характеристик датчиков давления, встроенных в осцилляторы.

Для согласованности, соотношение вдоха к выдоху 1:1 использовалось во всех осцилляторах. Ранее было показано  влияние соотношения вдоха к выдоху   на внутритрахеальное и внутриальвеолярное давление во время ВЧО.^14-16 SensorMedics может работать с соотношением вдоха к выдоху 1:1 или 1:2. Поэтому, как было ранее показано, при использовании соотношения вдоха к выдоху  1:2 среднее альвеолярное давление ниже чем отображаемое , когда как  при соотношении 1:1 отображаемое и реальное давление практически одинаковы.⁴  Предполагалось, что при соотношении 1:1 будет аналогичное различие между отображаемым и реальным давлением  у других генераторов синусоидальных волн.⁴ Хотя у Drager Babylog 8000 Plus  было показано, что дисплей показывает давление ниже ,чем  внутрилегочные давления. Это означает, что в случае перевода с SensorMedics 3100A  на  Drager Babylog 8000 Plus осциллятор показывает давление в 12 см Н2О, что может привести к внезапному увеличению  на 5-8 см Н2О реального расправляющего давления. ⁴ Подобные различия в отношении между отображаемой осцилляторной амплитудой и  колебаниями транспульмонального давления могут возникать  между осцилляторами. Это может означать, что обнаруженные нами  различия в отображении давления у различных осцилляторов при возрастании частоты могут в дальнейшем создавать проблемы при переводе с одного осциллятора на другой.

         В заключение, при используемых в клинической практике частотах, точность отображения объема и давления у неонатальных осцилляторов варьирует при возрастании частоты. Эти результаты подчеркивают, что данные, отображаемые на современной аппаратуре не должны восприниматься безоговорочно, и что результаты полученные на различных приборах не должны считаться  равнозначными. Недопустимо считать, что при переводе новорожденного с одного осциллятора на другой с аналогичными выставленными параметрами, будут обеспечены такие же объемы и давления. Следовательно, мы рекомендуем выполнять тщательную оценку вибрации грудной клетки на всех этапах и оценка газов крови должна быть выполнена сразу после смены осцилляторов, для того, чтобы были незамедлительно произведены необходимые изменения  параметров для нормализации газов крови у новорожденного. Дальнейшее развитие методик точного и частотно независимого мониторинга  является существенным для оптимизации ВЧО вентиляции.

БЛАГОДАРНОСТИ

Исследование поддерживалось Финским Педиатрическим Научно-исследовательским фондом и Финским Медицинским фондом и   стипендией  King’s College Hospital/SLE Ltd Research. Мы благодарим Ms Sue Williams за  секретарскую помощь.

Авторский коллектив :

J A Leipa¨la¨, S Iwasaki, A Milner, A Greenough, Children Nationwide

Neonatal Intensive Care Unit, King’s College Hospital, London, UK

 

ССЫЛКИ

 

1 Bhuta T, Clark RH, Henderson-Smart DJ. Rescue high frequency oscillatory

ventilation vs conventional ventilation for infants with severe pulmonary

dysfunction born at or near term. (Cochrane Review). Cochrane Library.

Issue 4. Oxford: Update Software, 2001.

2 Henderson-Smart DJ, Bhuta T, Cools F, et al. Elective high frequency

oscillatory ventilation versus conventional ventilation for acute pulmonary

dysfunction in preterm infants. (Cochrane review). Cochrane Library. Issue 3.

Oxford: Update Software, 2001.

3 Johnson AH, Peacock JL, Greenough A, et al. High-frequency oscillatory

ventilation for the prevention of chronic lung disease of prematurity.

N Engl J Med 2002;347:633–42.

4 Hatcher D, Watanabe H, Ashbury T, et al. Mechanical performance of

clinically available, neonatal, high-frequency, oscillatory-type ventilators. Crit

Care Med 1998;26:1081–8.

5 Fredberg JJ, Glass GM, Boynton BR. Factors influencing mechanical

performance of neonatal high-frequency ventilators. J Appl Physiol

1987;62:2485–90.

6 Laubscher B, Greenough A, Costeloe K. Performance of four neonatal high

frequency oscillators. British Journal of Intensive Care 1996;6:148–52.

7 Pillow JJ, Wilkinson MH, Neil HL, et al. In vitro performance characteristics of

high-frequency oscillatory ventilators. Am J Respir Crit Care Med

2001;164:1019–24.

8 Hoskyns EW, Milner AD, Hopkin IE. Measurement of tidal lung volumes in

neonates during high-frequency oscillation. J Biomed Eng 1992;14:16–20.

9 Boynton BR, Hammond MD, Fredberg JJ, et al. Gas exchange in healthy

rabbits during high frequency oscillatory ventilation. J Appl Physiol

1989;66:1343–51.

10 Watson JW, Jackson AC. CO2 elimination as a function of frequency and tidal

volume in rabbits during HFO. J Appl Physiol 1984;57:354–9.

11 Courtney SE, Weber KR, Spohn WA, et al. Measurement of tidal volume using

a pneumotachometer during high-frequency oscillation. Crit Care Med

1990;18:651–3.

12 Chan V, Greenough A, Milner AD. The effect of frequency and mean airway

pressure on volume delivery during high-frequency oscillation. Pediatr

Pulmonol 1993;15:183–6.

13 Scalfaro P, Pillow JJ, Sly PD, et al. Reliable tidal volume estimates at the

airway opening with an infant monitor during high-frequency oscillatory

ventilation. Crit Care Med 2001;29:1925–30.

14 Thome U, Pohlandt F. Effect of the TI/TE ratio on mean intratracheal pressure

in high-frequency oscillatory ventilation J Appl Physiol 1998;84:1520–7.

15 Pillow JJ, Neil H, Wilkinson MH, et al. Effect of I/E ratio on mean alveolar

pressure during high-frequency oscillatory ventilation. J Appl Physiol

1999;87:407–14.

16 Pillow JJ, Sly PD, Hantos Z, et al. Dependence of intrapulmonary pressure

amplitudes on respiratory mechanics during high-frequency oscillatory

ventilation in preterm lambs. Pediatr Res 2002;52:538–44.

F176 Leipa¨la¨, Iwasaki, Milner, et al

www.archdischild.com