O objetivo deste estudo foi avaliar a precisão das linhas de amostragem capnografia utilizadas em conjunto com um monitor portátil de capnografia de cabeceira. As linhas de amostragem de 7 fabricantes foram avaliadas para resistência à tração, tempo de elevação e precisão ETCO2 em função da taxa respiratória ou da taxa de fluxo de oxigênio suplementar.
A capnografia é comumente usada para monitorar o estado ventilatório do paciente. Embora a capnografia sidestream tenha sido demonstrada para fornecer uma avaliação confiável do CO2 (ETCO2),sua precisão é comumente validada usando kits comerciais compostos por um monitor de capnografia e suas linhas de amostragem de cânulas nasais descartáveis correspondentes. O objetivo deste estudo foi avaliar a compatibilidade e a precisão das linhas de amostragem de capnografia cruzadas com um único monitor de capnografia portátil. Uma série de 4 testes de bancada foram realizados para avaliar a força de tração, tempo de elevação, precisão ETCO2 em função da taxa respiratória, e precisão ETCO2 na presença de O2suplementar . Cada teste de bancada foi realizado utilizando equipamentos especializados validados para permitir uma avaliação completa do desempenho da linha amostral. Os 4 testes de bancada diferenciaram com sucesso entre as linhas amostrais de diferentes fontes comerciais e sugeriram que devido ao aumento do tempo de elevação e à diminuição da precisão etco2, nem todas as linhas de amostragem de cânula nasal fornecem dados clínicos confiáveis quando cruzadas com um monitor comercial de capnografia. Deve-se tomar cuidado para garantir que qualquer cruzamento de monitores de capnografia e linhas de amostragem descartáveis seja totalmente validado para uso em taxas respiratórias e taxas de fluxo suplementar O2 comumente encontradas em ambientes clínicos.
Capnografia é uma tecnologia comumente utilizada projetada para avaliar a integridade do estado ventilatório de um paciente medindo o CO2 de maré final do paciente (ETCO2) e a taxa respiratória1. Quando usada em combinação com oximetria de pulso, uma avaliação mais abrangente da função respiratória pode ser alcançada2,3. A capnografia é frequentemente utilizada na unidade de assistência pós-anestesia, em pacientes entubados ou profundamente sedados4, na Unidade de Terapia Intensiva (UTI) e no pronto-socorro5. De fato, a Sociedade Americana de Anestesiologistas (ASA)6,7 recomenda a capnografia contínua durante todos os procedimentos gerais de anestesia8 e durante a sedação moderada e profunda, que incluiu cerca de 106 milhões de procedimentos nos Estados Unidos de janeiro de 2010 a dezembro de 20149,10.
Inerente ao uso da capnografia está a dependência de um dispositivo que fornece ao médico uma avaliação precisa do estado ventilatório de um paciente. O monitoramento da capnografia pode ser de qualquer lado, no qual a respiração expirada é desviada para um monitor por uma cânula nasal e tubos, ou mainstream, em que a respiração expirada é medida na fonte sem desviar a amostra11. A capnografia mainstream é mais utilizada em pacientes entubados, enquanto a capnografia sidestream é usada para pacientes entubados e não entubados12. Um componente importante da capnografia sidestream é a linha amostral, que fornece CO2 da respiração expirada do paciente para o detector, onde ocorre a análise da respiração1,,13. Os desenhos da linha de amostragem comercial variam significativamente, com diferenças nos pontos de conexão da linha de amostragem, formas de cânula nasal e volumes de tubulação, todos os quais podem afetar o desempenho da linha de amostragem13,14. Por exemplo, as linhas de amostragem de cânula nasal podem ter até 10 conexões entre a cânula nasal, umidificador, linha de amostragem ETCO2 e tubos de entrega O2 (Figura 1). Cada uma dessas conexões representa um ponto fraco potencial no sistema de monitoramento.
O desempenho das linhas de amostragem de cânulas nasais pode ser avaliado por uma variedade de testes, como o ponto fraco geral e o tempo de elevação. Além disso, podem ser testados para determinar o impacto da taxa respiratória e a entrega de oxigênio suplementar nas leituras etcO2. Embora estudos anteriores tenham relatado a precisão etco2 em um número limitado de linhas amostrais15,16,17,18,19,20,21,,22,23, não há estudos conhecidos que tenham avaliado o desempenho da linha de amostragem de cânula nasal usando uma combinação de testes, como identificação do ponto fraco geral, medição do tempo de elevação e determinação da precisão etco2.
O ponto fraco geral de uma linha de amostragem pode ser medido usando um teste de resistência à tração, no qual cada ponto de conexão é testado para quanta força é exercida sobre a conexão antes de atingir um ponto de ruptura. O teste de resistência à tração pode identificar o ponto de conexão mais fraco para um dispositivo médico, permitindo comparações diretas entre designs exclusivos de dispositivos. Este estilo de teste de força é frequentemente realizado em dispositivos médicos, desde guias de ritmo até cateteres24,25. Uma vez que as linhas de amostragem de capnografia têm um grande número de pontos de conexão de tubulação, o ponto de conexão mais fraco pode diferir dependendo do design do dispositivo. A resistência à tração dos pontos de conexão é particularmente importante em ambientes móveis, como ambulâncias, onde linhas de amostragem podem ser separadas involuntariamente devido a restrições de espaço. As linhas de amostragem da capnografia também podem se desconectar involuntariamente em salas hospitalares, onde vários sistemas de monitoramento são frequentemente conectados simultaneamente a um paciente, e as linhas de equipamento podem ficar emaranhadas e puxadas por um paciente móvel ou um provedor de saúde. Em ambos os cenários, a tensão aplicada à linha amostral pode resultar em perda de dados de capnografia e, em alguns casos, interrupção da entrega suplementar de O2.
Outro elemento crítico do monitoramento da capnografia sidestream afetado pelo desenho da linha amostral é o tempo de elevação, definido como o tempo necessário para que um valor de CO2 medido aumente de 10% para 90% do valor final14. O tempo de elevação é um indicador direto da resolução do sistema, definindo o quão bem as respirações individuais são separadas umas das outras durante a amostragem(Figura 2A). Na prática, um tempo de elevação mais curto é preferível a um longo tempo de ascensão. Isso se deve à possível mistura de múltiplas amostras de respiração em sistemas de capnografia com longos tempos de elevação, resultando em medidas imprecisas etcO2 14. É importante ressaltar que o tempo de elevação é afetado tanto pelo fluxo de respiração quanto pelo desenho da linha de amostragem, devido ao atrito do ar que se move ao longo da tubulação, à presença de filtros e ao volume de espaço morto dentro da linha de amostragem. As linhas de amostragem com mais espaço morto têm redução da resolução da amostra de respiração, resultando em formas de onda de respiração mista ETCO2 e, como resultado, leituras etcO2 imprecisas13,14. Essas amostras de respiração pouco diferenciadas ocorrem na maioria das vezes em pacientes com uma taxa respiratória rápida, incluindo bebês e criançasde 14,,15,,16.
As medidas etcO2 também podem ser impactadas pela taxa respiratória e pela entrega de oxigênio suplementar15,,26,,27,,28. Embora alterações na ventilação minuciosa e presença de depressão respiratória possam ser facilmente detectadas com um capnógrafo27,28, há dados escassos sobre o desempenho específico das linhas de amostragem de cânulas nasais em diferentes taxas respiratórias. Um estudo recente descobriu que durante a respiração estável, a taxa respiratória medida por um monitor de volume respiratório e capnógrafo foram fortemente correlacionadas (R = 0,98 ± 0,02) e consistentes para todas as taxas de respiração, incluindo taxas de respiração normal, lenta e rápida28. Quanto ao uso de oxigênio suplementar, um estudo separado comparou as leituras etcO2 em voluntários saudáveis na presença de fluxo de oxigênio pulsado ou contínuo, utilizando entre 2 e 10 L/min de oxigênio17. Enquanto o fluxo de oxigênio pulsado teve um impacto limitado no ETCO2 medido (mediana 39,2 mmHg), o fluxo contínuo de oxigênio, que é padrão em configurações clínicas, resultou em uma ampla gama de medidas etco2 (mediana 31,45 mmHg, faixa de 5,4 a 44,7 mmHg) que foram clinicamente diferentes das leituras etcO2 na ausência de oxigênio suplementar17. Além disso, as diferenças nas medidas etcO2 na presença de fluxo de oxigênio suplementar foram comparadas entre os desenhos de cânula nasal15,,18. Em contraste com as cânulas nasais com colheres orais, um estudo descobriu que algumas cânulas não conseguiram entregar CO2 exalado ao capnômetro na presença de 10 L/min O218. Outro estudo relatou que, enquanto as leituras etcO2 com oxigênio suplementar durante a ventilação normal simulada eram normais, as leituras etcO2 foram reduzidas na presença de oxigênio suplementar durante hipoventilação simulada e hiperventilação15. Isso é consistente com evidências de que a precisão etco2 é mais difícil de alcançar quando a taxa de fluxo de CO2 na respiração expirada é semelhante à taxa de fluxo de oxigênio suplementar, devido à diluição do CO exalado2 (Figura 2B)20.
A precisão das leituras etcO2 foi avaliada em múltiplos estudos independentes, todos os quais concluíram que a capnografia oferecia uma medida confiável do estado de ventilação16,,18,,19,,20,,21,,22. No entanto, poucos estudos compararam a precisão de diferentes sistemas de capnografia sidestream, e embora as linhas de amostragem da capnografia sejam usadas com uma variedade de monitores comerciais de capnografia, a precisão desses dispositivos pareados não é bem descrita23. Assim, determinar se as linhas comerciais alternativas de amostragem são compatíveis com monitores de capnografia e fornecer dados precisos é importante para os profissionais de saúde que utilizam esse equipamento para monitorar a ventilação do paciente.
O objetivo deste estudo foi determinar a compatibilidade e a precisão das linhas de amostragem de capnografia sidestream disponíveis comercialmente utilizadas em conjunto com um monitor de capnografia portátil. Uma série de quatro testes de bancada foram realizados utilizando sistemas validados especialmente projetados para comparar o desempenho de uma série de linhas de amostragem de capnografia com um único monitor respiratório. Os quatro principais desfechos do estudo incluíram (1) resistência à tração e identificação do ponto de conexão fraco para cada linha amostral de capnografia; (2) tempo de elevação; (3) PRECISÃO ETCO2 em função da taxa respiratória; e (4) PRECISÃO ETCO2 na presença de oxigênio suplementar.
Uma série de quatro testes de bancada foram realizados para comparar a precisão e compatibilidade das linhas de amostragem de capnografia combinadas e cruzadas com um monitor de capnografia portátil. Estes testes calibrados mediram o tempo médio de elevação eos níveis etcO 2 em 10 medidas de repetição independentes para cada uma das 16 linhas de amostragem testadas, e identificaram variação mínima nos resultados. Embora a resistência à tração das linhas de amostragem comercial tenha permanecido dentro das especificações do produto, o tempo de elevação difere significativamente entre as linhas de amostragem combinadas e cruzadas (p<0,001) e precisão ETCO2 em função da taxa respiratória e na presença de O2 suplementar foi maior em linhas de amostragem monitorizadas de capnografia em vez de linhas de amostragem cruzadas. Em particular, várias das linhas de amostragem adulta e pediátrica entre pares apresentaram tempos de elevação considerados imprecisos a uma taxa respiratória máxima de 150 BPM. As mesmas linhas de amostragem apresentaram baixa precisão etco2 a alta taxa respiratória ou na presença de oxigênio suplementar.
O teste de resistência à tração utilizou um gabarito calibrado de teste de tração para medir com sucesso a tensão entre os componentes da linha de amostragem da capnografia que variam de 1,33 a 26,6 kg. Embora os testes de resistência à tração sejam frequentemente realizados em outros tipos de dispositivos médicos24,25, nosso método foi único na sua análise da força de tração de cada segmento da linha amostral de capnografia. Portanto, além de determinar a resistência à tração de cada componente da linha amostragem, também permitiu a identificação do ponto fraco geral da linha amostral completa. Os resultados do teste confirmaram que quase todas as linhas de amostragem atendem às especificações do produto, pré-definidas como resistir a uma força de 2 kg. Uma limitação desse sistema de testes é o aumento contínuo e gradual da força aplicada à linha amostral, em oposição a uma força forte repentina, que poderia ser encontrada em ambientes clínicos. É importante ressaltar que, como instrumento validado, o gabarito utilizado para medir a resistência à tração das linhas de amostragem da capnografia poderia ser usado para outras aplicações, como medir a resistência à tração de outros tubos amostrais e dispositivos médicos que têm potencial para experimentar tensão em um ambiente clínico.
O tempo de ascensão é uma característica técnica importante das linhas de amostragem de capnografia a montante lateral e determina sua capacidade de fornecer uma leitura precisa e de alta resolução do CO2 na respiração expirada1,,14. Devido à importância desse recurso técnico, buscamos medir o tempo de elevação utilizando um dispositivo validado de medição de tempo de elevação, para que a taxa respiratória máxima e o tempo de expiração pudessem ser calculados. Precisávamos modificar os parâmetros de medição de tempo de aumento para remover o limite de tempo superior no gabarito do tempo de elevação, para que o tempo de elevação pudesse ser coletado para todas as linhas de amostragem antes do término do período de medição. O longo tempo de ascensão observado para algumas linhas de amostragem de capnografias poderia refletir um volume aumentado de espaço morto nessas linhas de amostragem. É importante ressaltar que, como parte deste método, determinamos a taxa respiratória máxima e o tempo de expiração para dois padrões respiratórios únicos, definidos por inalação: razões de expiração iguais a 1:1 e 1:2. Este aspecto único da análise permitiu a avaliação da precisão do CO2 medido em circunstâncias que representam pacientes cujo padrão respiratório é uniforme ou cujo tempo de expiração dura mais do que seu tempo de inalação. Nas linhas amostrais em que a taxa respiratória máxima calculada foi de >150 BPM, concluímos que a linha amostral era precisa. Embora seja improvável que seja improvável que seja encontrada uma taxa de respiração rápida de 150 BPM clinicamente, determinamos a precisão de cada dispositivo amostral nesta alta taxa de respiração, pois é considerado o limite superior técnico para muitas linhas de amostragem de capnografia. Embora uma taxa respiratória de 150 BPM não seja fisiológica, o teste de bancada destaca que, embora algumas linhas de amostragem de capnografia fossem precisas em toda a gama técnica de taxas respiratórias, outras linhas amostrais não conseguiram atingir o mesmo padrão de precisão. Em comparação com as linhas de amostragem combinadas com o monitor capnografia, algumas das linhas de amostragem cruzadas, incluindo as linhas amostrais 2 e 7, não conseguiram obter precisão em 150 BPM para a razão de inalação de 1:1: exalação e as linhas amostrais 3, 6 e 13 não alcançaram o padrão de precisão em 150 BPM para ambas as razões de inalação:exalação. Isso pode ser devido a um espaço morto maior dentro das linhas de amostragem, o que resulta em um tempo de aumento maior e uma mistura de amostras de respiração.
Para aplicar os achados do tempo de ascensão a um ambiente clínico, realizamos dois testes para examinar a precisão etco2 quando as linhas de amostragem foram conectadas a um monitor de capnografia portátil através de um manikin. Para ambos os testes, precisávamos modificar as configurações padrão do monitor de capnografia para permitir que o monitor reconhecesse linhas de amostragem cruzadas. Em primeiro lugar, semelhante a um estudo anterior, controlamos a taxa respiratória utilizando um controlador de taxa respiratória, e monitoramos as medidas etcO2 resultantes para cada linha amostral18. Um componente-chave deste teste foi o uso de um conjunto pré-definido de taxas respiratórias que variavam de 10 a 150 BPM, para determinar a precisão etco2 entre padrões respiratórios que os pacientes poderiam exibir. Embora o nível de ETCO2 esperado tenha sido de 34 mmHg em todas as circunstâncias, observamos muitos casos em que, à medida que a taxa respiratória aumentava, as linhas de amostragem não mais relatavam leituras precisas do ETCO2, mas, em vez disso, caíram para 0 mmHg, o que não é um resultado clinicamente significativo. Na verdade, apenas as linhas amostrais 1, 8, 9, 10, 15 e 16 não mediram os valores etco2 de 0 mmHg a qualquer taxa respiratória. Essa precisão pode ser devido ao desenho das linhas amostrais, de modo que aquelas com maior atrito ou maior volume de espaço morto resultem em amostras de respiração de menor resolução a uma taxa respiratória aumentada, semelhante ao observado no teste de tempo de elevação. Embora as linhas de amostragem com leituras de ALTO ETCO2 possam conter menos espaço morto que lhes permita fornecer amostras de respiração discretas, o erro de leituras ETCO2 acima de 38 mmHg foi pré-definido como ±5% da leitura + 0,08 para cada 1 mmHg acima de 38 mmHg. Isso poderia explicar parcialmente por que as leituras etco2 foram aumentadas acima de 34 mmHg durante a alta taxa respiratória em algumas linhas de amostragem. Em contraste, as linhas amostrais com leituras etcO2 baixas ou zero podem conter mais espaço morto, resultando em amostras de respiração mista que o monitor de capnografia não reconhece como respiração válida, e assim relata como sem fôlego. É importante ressaltar que 3 das linhas de amostragem cruzadas de um fabricante não apresentaram leituras precisas do ETCO2 a qualquer taxa respiratória testada entre 10 e 150 BPM, sugerindo que não fornece informações ventilatórias clinicamente confiáveis quando cruzadas com o monitor de capnografia utilizado no teste (Tabela de Materiais). Juntas, essas observações sugerem que dispositivos com maior tempo de elevação têm uma taxa máxima de respiração máxima precisa e exibem baixa precisão etcO2 na taxa máxima de respiração precisa.
No segundo teste de precisão etco2 usando um manikin, manequim, manequim, manequim manteve uma taxa respiratória constante, mas introduzimos o fluxo de oxigênio suplementar para o sistema. Este teste imita uma ocorrência comum em ambientes hospitalares em que pacientes monitorados pela capnografia sidestream recebem oxigênio suplementar, e onde a precisão etco2 é fundamental para entender a função respiratória de um paciente, pois o oxigênio suplementar pode mascarar desafios de ventilação devido a altas leituras de saturação de oxigênio a partir da oximetria de pulso30,31. Semelhante ao teste de precisão etco2 com taxa respiratória variada, neste teste, um passo fundamental no protocolo foi medir a precisão etco2 em múltiplas taxas de fluxo de oxigênio suplementar. A principal limitação dos testes etcO2 é que os testes são realizados usando uma manequim e um sistema de respiração controlado, em oposição a um sujeito humano, no qual os padrões respiratórios variam entre os indivíduos. Em uma leitura de controle sem a suplementar O2, observou-se que as linhas amostrais 3, 4 e 12, todas do mesmo fabricante, não informaram o valor esperado etco2 de 34 mmHg, e apenas as linhas amostrais 8, 9 e 11 relataram esse valor. Na presença de 2, 4 ou 6 L/min suplementar O2, a maioria das linhas amostrais apresentou precisão reduzida etco2, com exceção das linhas amostrais combinadas 8 e 9 e da linha de amostragem cruzada 7. Em particular, semelhante às nossas observações sobre o aumento da taxa respiratória, as leituras etcO2 para as linhas amostrais 2 e 5 caíram para 0 mmHg na presença de O2suplementar, sugerindo que sua precisão ETCO2 quando cruzada com um monitor de capnografia é muito baixa. Isso pode ser devido ao desenho das linhas amostrais e, em particular, ao desenho da cânula nasal, que é projetado para fornecer oxigênio a um paciente e coletar amostras de respiração de um paciente. Se a cânula nasal contiver uma grande quantidade de espaço morto, a mistura do oxigênio suplementar e da respiração expirada pode ocorrer, resultando em baixa amplitude, respirações mistas que o monitor de capnografia não detecta como respiração expirada. Nesse caso, a medição etco2 cairia para zero, como observamos com algumas das linhas de amostragem cruzadas testadas.
Semelhante a estudos anteriores que examinaram a precisão da capnografia, identificamos com sucesso circunstâncias em que a precisão etco2 utilizando uma variedade de linhas amostrais era aceitável, incluindo casos em que havia uma taxa respiratória moderada ou quando não foi utilizada uma A2 suplementar19,,20,,21,,22,23,,32. É importante ressaltar que muitas das linhas amostrais não conseguiram manter a precisão etco2 sobre um aumento na taxa respiratória ou após a introdução de O2suplementar , o que é consistente com avaliações prévias de precisão capnografia15,,18,,20,,23. Juntos, os achados são consistentes com testes de bancada anteriores que medem com sucesso a precisão das linhas de amostragem de capnografia15,18. Dado que muitas das linhas de amostragem cruzadas ao monitor de capnografia apresentaram precisão reduzida etcO2 em circunstâncias clinicamente relevantes, deve-se tomar cuidado para garantir que quaisquer linhas e monitores comerciais entre pares sejam validados antes de serem usados para monitorar o estado de ventilação do paciente.
The authors have nothing to disclose.
Este trabalho foi financiado pela Medtronic. Marco Scardapane (Medtronic Study and Scientific Solutions MC2, Roma, Itália) realizou análise estatística.
Adult CO2/O2 Nasal Cannula | Respironics | M2750A | Sampling Line 1 |
Adult Dual Nasal Cannula, Female Luer | Flexicare | 032-10-126U | Sampling Line 2 |
Divided Adult Capnograpy Cannula, Female Luer | Salter Labs | 4707FTG-7-7 | Sampling Line 3 |
Divided Adult Capnograpy Cannula, Female Luer | Salter Labs | 4797F-7-7 | Sampling Line 4 |
Hudson RCI Softech Bi-Flo EtCO2/O2 Cannula, Female Luer | Hudson | 1845 | Sampling Line 5 |
CO2/O2 Adult Cannula, Female Luer | Westmed | 539 | Sampling Line 6 |
Adult ETCO2 Cannula | Ventlab | 4707 | Sampling Line 7 |
O2/CO2 Nasal FilterLine sampling line, Adult, Female Luer | Medtronic | 6912 | Sampling Line 8 https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html |
Smart CapnoLine Plus sampling line, Adult, Female Luer | Medtronic | 9822 | Sampling Line 9 https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html |
Pediatric CO2/O2 Nasal Cannula | Respironics | M2751A | Sampling Line 10 |
Pediatric CO2/O2 Oral/Nasal Cannula | Respironics | M2761A | Sampling Line 11 |
Divided Pediatric Capnograpy Cannula, Female Luer | Salter Labs | 4703F-7-7 | Sampling Line 12 |
Hudson RCI Softech Plus Pediatric Divided Nasal Cannula | Hudson | 2850 | Sampling Line 13 |
FilterLine H Set sampling line, Infant/Neonate | Medtronic | 6324 | Sampling Line 14 https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html |
O2/CO2 Nasal FilterLine sampling line, Pediatric, Female Luer | Medtronic | 6913 | Sampling Line 15 https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html |
Smart CapnoLine sampling line, Pediatric, Female Luer | Medtronic | 7269 | Sampling Line 16 https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html |
Breathing simulator | Medtronic | T-158 | |
Capnostream 35 portable respiratory monitor | Medtronic | PM35MN | https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/capnostream-35-portable-respiratory-monitor.html |
Flow/Leak Tester | Emigal Electronic test solutions LTD | N/A | |
Flow Meter | Omega | FMA1823A | |
Gas: 100% N2 | Airgas | GR04930 | |
Gas: 100% O2 | Airgas | 10133692 | |
Gas: 5%CO2, 21%O2, 74% N2 | Airgas | HPE400 | |
Manikin | Tru Corp-AirSim Advance | S/N: AA3617A29092017C | |
Rise Time Jig | Medtronic | T-547 | |
Tensile Testing Machine | MRC Lab | B1/E | |
Statistical software | SAS Institute Inc | v9.4 |