Überwachung der Lungenfunktion mit elektrischer Impedanztomographie auf der Intensivstation

Überwachung der LüftungDas dynamische Bild (Abbildung 4) zeigt Echtzeit-Variationen der Luftverteilung während der Lüftung in Farben von Dunkelblau (am wenigsten belüftet) bis Weiß (am meisten belüftet), um regionale Veränderungen darzustellen. Graue Bereiche zeigen an, dass sich die Belüftung nicht verändert hat. Die dynamischen Bilder ermöglichen eine schnelle Identifizierung von Unterschieden in den intrapulmonalen Zeitkonstanten und dem Vorhandensein paradoxer Muster. Es ist wichtig zu beachten, dass Bereiche mit begrenzter Luftvariation während eines Atemzyklus durch Überdehnung oder kollabierte Bereiche entstehen können. Die “Beatmungskarte” (Abbildung 4) veranschaulicht, wie sich das Luftvolumen während der Atemzyklen über einen definierten Querschnitt verteilt. Helles Blau zeigt die Lungenregionen an, die den größten Teil des Atemzugvolumens aufnehmen, das proportional zur Änderung des Impedanzsignals zwischen Inspiration und Exspiration ist. Umgekehrt steht Dunkelblau für Bereiche mit geringen Volumenvariationen. Die Beatmungskarte ermöglicht die Beurteilung der regionalen Beatmungsverteilung innerhalb der Lunge. Die Lunge ist in anteriore/posteriore und rechte/linke Regionen unterteilt, was eine detaillierte Beurteilung und die Darstellung von Plethysmographen in bestimmten Regionen auf dem Bildschirm ermöglicht4. Die Variationskurve der Impedanzvariation des Plethysmogramms des Thorax (Abbildung 4) stellt die Wellenamplitude dar, die dem Tidalvolumen entspricht, wobei die Basislinie der Lungenbelüftung oder der funktionellen Restkapazität (FRC) oder dem endexspiratorischen Lungenvolumen (EELV) entspricht. Belüftungsinformationen können relative Änderungen des gesamten intrathorakalen Luftvolumens abschätzen. Die Atemwegsparameter auf der rechten Seite des Bildschirms (Abbildung 4) werden vom Durchflusssensor erfasst und als Wellenformdiagramme und Zahlen angezeigt. Parameter wie Antriebsdruck, Auto-PEEP, Alveolarplateaudruck, Compliance und Widerstand (in der numerischen Spalte rechts) werden während kontrollierter Zyklen berechnet. Die Parameter PEEP, Spitzendruck, Atemzugvolumen und Atemfrequenz werden in allen Zyklen angezeigt. Die Verwendung des proximalen Durchflusssensors ermöglicht die Integration von Beatmungs- und Impedanzdaten auf demselben Bildschirm, unabhängig von der Marke oder dem Modell des Beatmungsgeräts. PEEP-Titrationswerkzeug (Abbildung 5)Der Patient sollte mit dem Beatmungsgerät synchronisiert werden, um spontane Atemanstrengungen und Bewegungen zu vermeiden, die die PEEP-Titration beeinträchtigen könnten. Dies kann mit einer adäquaten Sedierung, gegebenenfalls mit Lähmungsmitteln, erreicht werden. Der Durchflusssensor und die Schläuche des Beatmungsgeräts sollten frei von Hindernissen wie Flüssigkeit und Sekreten sein, um eine genaue Überwachung zu gewährleisten. Das EIT erkennt Veränderungen in der regionalen Ventilation und ist in der Lage, wenn es mit einem Durchflussmesser integriert ist, die regionale Atemmechanik abzuschätzen, einschließlich des Atemwegsdrucks, des Atemzugvolumens und der Strömung. Die Ergebnisse werden als Prozentsätze von eingeklappten und aufgeblähten Bereichen auf verschiedenen PEEP-Ebenen dargestellt, indem regionale Compliance-Änderungen berechnet werden. Einige Autoren schlugen vor, PEEP bis zum Kreuzungspunkt zwischen dem Prozentsatz der Überdehnung (weiße Kurve in Abbildung 5 und weißer Bereich in Abbildung 6) und dem Prozentsatz des Kollapses (blaue Kurve in Abbildung 5 und blauer Bereich in Abbildung 6) zu titrieren. Auf diesem PEEP-Niveau gibt es ein minimales Vorkommen sowohl von aufgeblähten und kollabierten Bereichen (orangefarbene Kurve in Abbildung 5) als auch von Lungenfunktion. In laufenden Studien wird untersucht, ob das PEEP-Set an der Schnittstelle zwischen Hypertonie und Kollaps klinisch vorteilhaft ist. Abbildung 5: Das PEEP-Titrationstool auf dem EIT-Bildschirm. Die orangefarbene Kurve stellt die Nachgiebigkeit dar, die weiße Kurve stellt die Hyperdistension dar und die blaue Kurve stellt den Kollaps dar. Abkürzungen: EIT = elektrische Impedanztomographie; PEEP = exspiratorischer Druck am positiven Ende. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Abbildung 6: Anzeige der Prozentsätze von Hyperhochdruck (weiß) und Kollaps (blau) sowie der Compliance für verschiedene PEEP-Werte auf dem EIT-Bildschirm. Abkürzungen: EIT = elektrische Impedanztomographie; PEEP = exspiratorischer Druck am positiven Ende. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Beurteilung der Lungenperfusion mit dem EIT: ein Leitfaden für GesundheitsdienstleisterDie elektrische Impedanztomographie (EIT) hat sich in jüngster Zeit als wertvolles Überwachungsinstrument für die Lungenbeatmung erwiesen, indem sie Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit misst. Während sich das EIT in erster Linie auf die Beurteilung der Luftverteilung in der Lunge konzentriert, kann es durch innovative Techniken auch wertvolle Einblicke in die Lungenperfusion liefern. Änderungen der Impendenz durch die Bewegung des Blutes im Thorax sind von viel kleinerer Amplitude als solche, die mit der Beatmung zusammenhängen. Daher wird das EIT traditionell nicht zur Messung der Perfusion verwendet. Bestimmte Methoden, die die intravenöse Injektion einer hypertonen Kochsalzlösung in Kombination mit einem Atemanhaltemanöver beinhalten, können jedoch Impedanzänderungen im Zusammenhang mit dem Blutfluss isolieren und verstärken. Wenn diese Lösung durch die Blutgefäße wandert, verändert sie die elektrischen Eigenschaften des Blutes, die das EIT nachweisen kann. Das EIT kann indirekt auf Perfusionsmuster schließen, indem es die Impedanzänderungen beobachtet, die durch diese Lösung verursacht werden, während sie durch das Lungengefäßsystem zirkuliert. Dieser Ansatz ermöglicht es uns, ein tieferes Verständnis sowohl der Beatmung als auch der Perfusion in der Lunge gleichzeitig zu erlangen10. Dieses Tool ist nur für Forschungszwecke in den USA und/oder gemäß den Vorschriften lokaler Krankenhäuser und/oder der Genehmigung anderer Länder durch die Aufsichtsbehörden bestimmt. Visualisierung der LungenperfusionDie intravenöse Injektion einer Lösung mit hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie z. B. hypertone Kochsalzlösung oder Natriumbicarbonat, hilft bei der Visualisierung des Blutflusses innerhalb des Lungengefäßsystems 11,12,13. Bereiche mit höherer Perfusion weisen im Vergleich zu weniger perfundierten Bereichen andere Impedanzmuster auf. Diese innovative Anwendung des EIT ermöglicht eine relative Beurteilung der Perfusion neben der Beatmungsbildgebung und bietet einen umfassenden Überblick über die Lungenfunktion, der dazu beiträgt, Hypoxämie, die durch Perfusionsdefekte verursacht wird und normalerweise mit Therapien behandelt wird, die die Lungenperfusion modulieren, von Hypoxämie zu unterscheiden, die durch Beatmungsstörungen verursacht wird, die oft mit Beatmungsstrategien oder Positionsänderungen behandelt werden. Diese Anwendung ermöglicht auch die Überwachung der Veränderungen der regionalen Lungenperfusion als Reaktion auf die etablierte Behandlung (z. B. inhalatives Stickstoffmonoxid, Antikoagulanzien und Thrombolytika). PerfusionswerkzeugDas Perfusionstool innerhalb des EIT wurde speziell entwickelt, um den pulmonalen Blutfluss während der kontrollierten mechanischen Beatmung zu visualisieren. Es handelt sich um die Injektion einer hypertonen Kochsalzlösung in eine Vene während einer kurzen Apnoeperiode. Das resultierende Bild zeigt die Verteilung der Lungenperfusion, wobei die Farben im Querschnitt des Brustkorbs von gelb (für eine höhere Durchblutung) bis dunkelrot (für eine geringere Durchblutung) reichen (siehe Abbildung 7). Abbildung 7: Variationen in der prozentualen Verteilung der Perfusion auf verschiedene Regionen des Brustkorbs. Dargestellt sind Variationen in der Durchblutung nach vorne, hinten, rechts und links, wobei die Farben im Querschnitt des Brustkorbs von gelb (höhere Durchblutung) bis dunkelrot (geringere Durchblutung) reichen. Es ist auch möglich, das bearbeitete Video online abzuspielen und den Kontrast zu zeigen, der in blauer Farbe durch das Herz fließt, danach in roter Farbe in die Lunge. Abkürzungen: A = anterior; P = posterior; R = rechts; L = links. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Online- und Offline-AnalyseDas EIT misst kontinuierlich Plethysmogramme und die Verteilung der Luft in der Lunge. Die Impedanzvariation spiegelt Änderungen des Tidalvolumens wider und ermöglicht eine regionale Beurteilung der Lunge. Das Plethysmogramm stellt die Veränderungen des Lungenvolumens während der Inspiration und Exspiration grafisch dar (Abbildung 8). Die Variation der Luft kann in verschiedenen Teilen der Lunge gemessen werden. Dies ist eine der vorteilhaftesten Messungen des EIT, da es die regionale Lüftung bewertet. Das EIT-Gerät erstellt eine 32 x 32 Matrix, um den gesamten Lungenbereich zu kartieren. Diese Matrix wird in ein Gitter transportiert, das die gesamte Lunge bedeckt. Jedem winzigen Quadrat innerhalb des Gitters, das als Pixel bezeichnet wird, wird ein Wert des spezifischen Widerstands oder der Impedanz zugewiesen. Änderungen der Impedanzwerte entsprechen Änderungen des Lungenvolumens in einem bestimmten Teil der Lunge. Mit Hilfe einer speziellen Software nimmt das EIT diese Änderungen der Impedanzwerte auf und erzeugt ein Bild. Dieses Bild hilft uns, das Ausmaß der Volumenvariation zu verstehen, die auf einer Farbskala dargestellt wird. Helles Blau steht für hohe Lautstärke und Dunkelblau für geringe Lautstärke. Keine Variation der Impedanz oder keine Änderung des Tidalvolumens ist in grauer Farbe dargestellt (Abbildung 8). Im Wesentlichen funktioniert es wie eine Landkarte, die genau zeigt, wo diese Veränderungen in der Lunge aufgetreten sind. Abbildung 8: Das dynamische Bild der Beatmung, das jedes Pixel in einer Matrix von 32 x 32 darstellt, insgesamt 1.024 Pixel. Die Amplitude der Belüftung wird durch die Amplitude der Welle und die Intensität der Farbe dargestellt, wobei Grau keine Lautstärke anzeigt und der Übergang von hellem Blau zu dunklem Blau jeweils hohe zu niedrige Lautstärke darstellt. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Es gibt zahlreiche klinische Situationen, in denen EIT von Vorteil sein kann. Zum Beispiel bei der frühzeitigen Identifizierung von Komplikationen und Erkrankungen, die zu Lungenschäden führen können, wie Atelektase, Überdehnung und Pneumothorax. Atelektase ist eine der häufigsten Pathologien bei hospitalisierten Patienten. Dabei kommt es zum teilweisen oder vollständigen Kollaps des Lungengewebes, wodurch das Lungenvolumen reduziert und der Gasaustausch beeinträchtigt wird. Atelektasen konnten mit dem EIT nachgewiesen werden, wie in Abbildung 9A dargestellt. Abbildung 9A und Abbildung 9B sind die Beatmungskartenbilder desselben Patienten, die weniger als 13 Minuten voneinander entfernt sind. In Abbildung 9A treten nur 23 % der Impedanzänderungen im hinteren Bereich auf, was sich auch an einer Verringerung der hellblauen und dunkelblauen Bereiche in diesem Bereich erkennen lässt. Nach einer Erhöhung des PEEP von 4 auf 10 cmH2O zeigt Abbildung 9B eine erhöhte Ventilation in der hinteren Lunge, die von 23 % auf 43 % anstieg. Im Vergleich zu Abbildung 9A zeigt der Patient eine Erhöhung der Compliance von 18,8 auf 27,6 ml/cmH2O. Bemerkenswert ist dieser Gewinn im bilateralen posterioren Bereich, was sich in den vermehrten hell- und dunkelblauen Bereichen im hinteren Teil zeigt (Abbildung 9B). Darüber hinaus kommt es zu einer Verringerung des Treibdrucks, was darauf hindeutet, dass eine weitere Erhöhung des Atemzugvolumens und des PEEP die Lunge nicht zusätzlich belastet14,15. Abbildung 9: Unterschiede in der Ventilation bei unterschiedlichen PEEP-Werten. (A) Bei PEEP 4 cmH2O zeigt das Bild einen Unterschied in der Ventilation zwischen dem vorderen (stärker belüfteten) und dem hinteren (weniger belüfteten) Bereich. (B) Nach einer Erhöhung des PEEP von 4 auf 10 cmH2O ist eine verbesserte Ventilation im hinteren Bereich offensichtlich. Abkürzung: PEEP = exspiratorischer Druck mit positivem Ende. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Unter Überdehnung versteht man die Überdehnung oder Dehnung des Lungengewebes über seine physiologische Kapazität hinaus, was zu einer möglichen Schädigung der Lungenbläschen und der umliegenden Strukturen führt. Eine Überdehnung kann auftreten, wenn der Druck, der von einem mechanischen Beatmungsgerät ausgeübt wird, um die Lunge aufzublasen, zu hoch ist. Die Überwachung der regionalen Lungenimpedanz während der Beatmung vermeidet Überdehnung und Lungenschäden16. In Abbildung 10A hat der Patient einen PEEP von 22 cmH2O, während in Abbildung 10B der PEEP auf 12 cmH2O reduziert ist. In Abbildung 10B zeigt das Ventilation Dynamic Image von EIT eine Zunahme der hell- und dunkelblauen Bereiche in der vorderen Lunge, was auf eine erhöhte Ventilation hinweist. Gleichzeitig kommt es zu einer Verringerung der hell- und dunkelblauen Bereiche in der hinteren Lunge (von 67 % auf 43 %), was auf eine Linderung der Überdehnung hindeutet, die mit dem höheren PEEP von 22 cmH2O in Abbildung 10A verbunden ist. Dieses Beispiel zeigt die Fähigkeit des EIT, eine Überdehnung zu erkennen und die lungenprotektive Beatmung in der gesamten Lungezu fördern 9. Abbildung 10: Veränderungen des PEEP. a) PEEP von 22 cmH2O, (B) PEEP von 12 cmH2O. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen. Ein Pneumothorax ist eine Erkrankung, die durch das Vorhandensein von Luft in der Pleurahöhle, dem Raum zwischen der Lunge und der Brustwand, gekennzeichnet ist. Diese Luftansammlung kann zu einem Lungenkollaps, einer Mediastinalverschiebung und einem hämodynamischen Kollaps führen. Mit EIT konnten Änderungen der Thoraximpedanz in Echtzeit beobachtet werden, wie im Ventilation Dynamic Image 17,18,19 dargestellt. Es gibt ein Zeichen im dynamischen Beatmungsbild, das den Verdacht auf einen Pneumothorax zeigt, das sogenannte “phasenverschobene” Zeichen. Das “Out of Phase”-Zeichen bezieht sich auf eine visuelle Anzeige, bei der die Impedanzänderungen in der Lunge nicht korrekt mit dem Atemzyklus übereinstimmen. In einem normalen Atemzyklus sollten Impedanzänderungen in der Lunge mit der Einatmungs- und Exspirationsphase synchronisiert werden. Wenn ein Pneumothorax auftritt, zeigt das Beatmungsdynamikbild eine Abweichung vom erwarteten Muster, da die Impedanzänderungen nicht mit der normalen Einatmungs- und Exspirationsphase synchronisiert sind. Darüber hinaus kann eine Erhöhung des Ausgangswerts des Plethysmographen, was einen Anstieg der endexspiratorischen Lungenimpedanz (EELI) trotz PEEP-Reduktion bedeutet, auf das Vorliegen eines Pneumothorax hinweisen (Abbildung 11). Abbildung 11: Das “Out of Phase”-Zeichen in einer Lüftungskarte. Gleichzeitig zeigt der Plethysmograph trotz einer Reduktion des PEEP eine Erhöhung des Ausgangswerts. Beide Befunde unterstützen und bestätigen das Vorliegen eines Pneumothorax. Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.