LA MISURA DEI GAS RESPIRATORI

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1 LA MISURA DELLA FUNZIONE RESPIRATORIA Corso teorico pratico Modulo II OLTRE LA SPIROMETRIA Torino, 5 ottobre 2013 LA MISURA DEI GAS RESPIRATORI Emanuele Isnardi S.C. PNEUMOLOGIA Lab. Fisiopatologia Respiratoria eisnardi@mauriziano.it

2 L EGA è il test standard di riferimento per la misura dei gas ematici

3 L importanza di risultati accurati L analisi dei gas ematici e del ph ha maggiore immediatezza ed impatto potenziale sulla cura del paziente di ogni altra misura di laboratorio. Nell emogasanalisi un risultato non corretto può essere più deleterio per il paziente della mancanza di risultati. NCCLS: National Committee for Clinical Laboratory Standards NCCLS Documento C27-A. Norme approvate, Aprile 1993

4 Le fasi di un esame di laboratorio

5 ERRORI IN LABORATORIO: LETTERATURA Autore Goldschmidt, 1995 Nutting, 1996 Plebani, 1997 Stahl, 1998 Astion, 2003 Periodo 6 anni 6 mesi 3 mesi 3 anni retrospettiv o Frequenza errori ND 0.11% dei pazienti 0.47% dei test 0.61% dei test ND Fase preanalitica Fase analitica Fase postanalitica 53% 55.6% 68.2% 75% 71% 23% 13.3% 13.3% 16% 18% 24% 30% 18.5% 9% 11%

6 La parte debole La fase preanalitica costituisce una delle principali fonti di errore nella determinazione dei gas nel sangue, ed è spesso sottovalutata. Nella fase preanalitica i parametri dei gas ematici sono facilmente soggetti ad errore a causa della loro natura volatile e del metabolismo cellulare

7 Errori della fase preanalitica Errori commessi nell intervallo antecedente l analisi del campione... possono influenzare la qualità dei risultati e compromettere la diagnosi ed il trattamento del paziente

8 I quattro stadi della fase preanalitica Preparazione prima del prelievo Prelievo Conservazione Trasferimento del campione all analizzatore

9 Errori più comuni nella fase preanalitica Prima del prelievo Campione quantitativamente scarso Eliminazione inadeguata della soluzione di lavaggio nel catetere prima del prelievo Prelievo Mix di sangue venoso ed arterioso Bolle d aria nel campione Conservazione Conservazione impropria del campione Emolisi delle cellule ematiche Prima del trasferimento Miscelazione impropria del campione prima dell analisi Mancata eliminazione dei coaguli dalla punta della siringa

10 Inserire foto siringa EGA

11 Eliminazione inadeguata della soluzione di lavaggio dal catetere prima del prelievo Per evitare la diluizione del campione si deve eliminare completamente dal catetere qualsiasi traccia delle soluzioni di lavaggio Si raccomanda di aspirare un volume di sangue da tre a sei volte lo spazio morto del catetere.

12 Mix di sangue venoso ed arterioso Vena Arteria Inserendo l ago in arteria si deve prestare attenzione a non mescolare sangue venoso ed arterioso Ciò può accadere, per esempio se, prima di trovare l arteria, si punge una vena.

13 Bolle d aria Dopo aver aspirato il campione ogni eventuale bolla d aria deve essere espulsa prima di miscelare campione ed eparina L effetto della bolla d aria dipenderà da: Dimensioni della bolla rispetto al volume del campione Stato di ossigenazione iniziale del campione Condizioni di conservazione Effetto su PO 2 Volume relativo della bolla d aria Tempo tra prelievo e analisi Temperatura Tempo di miscelazione

14 Miscelazione inadeguata del campione misura non accurata dell Hb da campione non omogeneo formazione di coaguli plasma cellule ematiche Subito dopo il prelievo, ha inizio il processo di separazione tra plasma e parte corpuscolata Il tempo di sedimentazione varia da paziente a paziente. In alcuni pazienti è estremamente veloce.

15 Metabolismo Le variazioni dipendono da: numero di cellule ematiche temperatura tempo di conservazione PO 2 iniziale

16 temperatura / PCO 2 / 2,3-difosfoglicerato ph AUMENTO DELL AFFINITA (Spostamento della curva a sinistra) T temperatura / PCO 2 / 2,3-difosfoglicerato Sx: AUMENTO AFFINITA ph Dx: RIDUZIONE AFFINITA RIDUZIONE DELL AFFINITA (Spostamento della curva a destra) ph

17 Conservazione Per la natura volatile dei gas ed il metabolismo del sangue il tempo di conservazione dovrebbe essere ridotto al minimo a temperatura ambiente (meno di 15 minuti) Se il campione deve essere conservato per più di 15 minuti, per rallentarne il metabolismo, questo dovrà essere refrigerato con acqua e ghiaccio (0-4 C)

18 Conservare il campione alla temperatura di (0-4 C) rallenta il metabolismo o C Temperatura ambiente Ghiaccio fondente minuti

19 Refrigerazione al di sotto di 0 C La refrigerazione del campione al di sotto di 0 C (es. direttamente su ghiaccio) può causare l emolisi delle cellule ematiche Ciò può influenzare molti parametri, in particolare il K+ Inoltre, i cubetti di ghiaccio non raffreddano uniformemente il campione per la mancanza di contatto di questi con tutta la superficie della siringa Altri sistemi sono comunque sconsigliati

20 Problemi di conservazione di un campione ematico in una siringa in plastica il metabolismo effetti determinati dalla porosità della parete (la direzione sarà dipendente dal gradiente pressorio)

21 PLASTICA O 2 VETRO nm pore size: nm pore density: 2x10 8 /cm 2 pore size: 3-50 nm pore density: 4x10 6 /cm 2 Viwanitkit V, Int. J. Nanomedicine 2006

22 SIRINGA DI PLASTICA IN GHIACCIO FONDENTE BASALE PO (+3.1%) 68 (+7.9%) 79 (+25.3%) SIRINGA DI PLASTICA A TEMPERATURA AMBIENTE BASALE PO (+1.6%) 63 (+1.6%) 64 (+3.2%)

23 Condizioni di conservazione raccomandate max a 0-4 C in una sospensione di ghiaccio fondente max a temperatura ambiente

24 Espellere alcune gocce di sangue prima dell analisi Le prime gocce del campione devono essere espulse, sono spesso coagulate e non sono rappresentative dell intero campione

25 La misura La misura non invasiva dei gas dei gas EGA SATURIMETRO TRANSCUTANEO

26 O 2 : LA PULSOSSIMETRIA Il Pulsossimetro Utilizza due luci con diversa frequenza d onda Misura: la frequenza cardiaca la saturazione emoglobinica dell O 2

27 La tecnologia applicata al Pulsossimetro Pletismografia ottica Spettrofotometria

28 Pletismografia ottica Misura la frequenza cardiaca determinando le variazioni cicliche nella trasmissione della luce attraverso il sito di campionamento durante ogni ciclo cardiaco. La trasmissione della luce è inversamente proporzionale all assorbimento. Il Volume di sangue aumenta durante la sistole (L assorbimento della luce aumenta e la trasmissione diminuisce) Il Volume di sangue diminuisce durante la diastole (L assorbimento della luce diminuisce e la trasmissione aumenta)

29 Spettrofotometria Due LED trasmettono una luce rossa e una infrarossa attraverso il letto ematico Un fotodiodo misura la quantità di luce assorbita dal letto ematico LED a luce Rossa & Infrarossa (Sorgente Luminosa) Letto vascolare pulsatile Fotodiodo (Detector)

30 Oltre al tipo di sensore descritto precedentemente (trasmissione), ce ne sono alcuni che si basano sulla riflessione della luce da parte del sangue e dei tessuti.

31 I concetti esposti per i sensori trasmissivi valgono pari pari per quelli riflessivi; appare tuttavia accertata una maggiore sensibilità ai disturbi e agli artefatti della tecnologia riflessiva rispetto a quella trasmissiva. Di fatto l utilizzo prevalente dei sensori in riflessione è quello frontale

32 Il pulsossimetro rileva e calcola solo la quota di luce assorbita dalle emoglobine funzionali ovvero quelle attive nel trasporto di ossigeno: Emoglobina legata all'ossigeno (sensibile all infrarosso) Emoglobina deossigenata o ridotta (sensibile alla luce rossa) Non misura le emoglobine non funzionali

33 Emoglobina Hb : ~ 15 mg SpO 2 = 100% Hb : ~ 8 mg SpO2 = 100%

34 Curva dissociazione Hb La curva di dissociazione dell'ossiemoglobina è piuttosto piatta a PaO 2 elevate e la SaO 2 non cala in modo significativo fino a che la PaO 2 non raggiunge i mmhg. Curva di dissociazione Quando la PaO 2 raggiunge i 60 mmhg, la curva scende decisamente e ogni ulteriore riduzione della PaO 2 comporta un brusco calo della SaO 2 Sat (%) Curva di dissociazione emoglobina po2 (mmhg) Sat (%) po2 (mmhg)

35 Limiti della Pulsossimetria Valori accurati tra %. Ogno valore sotto l 80% è ottenuto mediante estrapolazione e non è molto accurato Le misure risultanti non saranno accurate

36 Spostamento curva dovuto al ph Curva di dissociazione emoglobina ph = 7,6 SaO 2 = 97% po 2 = 92,5 77,5 mmhg Curva di dissociazione emoglobina Sat (%) po2 (mmhg) ATTENZIONE! Ipossia Sat (%) ATTENZIONE! Iperossia ph = 7,2 SaO 2 = 97% po 2 = 92,5 112 mmhg po2 (mmhg)

37 ASPETTI TECNICI

38 Lo smalto per unghie Alcuni colori di smalto non hanno alcun effetto sulla lettura del pulsossimetro Altri sì, soprattutto il blu e il verde E consigliato in ogni caso rimuovere lo smalto prima di procedere alla misura

39 Abbronzatura e pigmentazione scura della pelle Si possono leggere valori di SpO 2 più alti (usualmente dal 3 al 5%)

40 Edema La luce emessa dal sensore può disperdersi attraverso il tessuto edematoso Non si conosce con precisione quanto ciò incida sulla lettura Non applicare comunque il sensore su un dito edematoso Utilizzare piuttosto sensori diversi

41 Qualità del letto ematico La lettura del Pulsossimetro è fortemente alterata se il soggetto presenta: ipotensione arteriosa sistemica alterazioni del circolo periferico

42 Shunt ottico Questo fenomeno si verifica quando la luce giunge al fotodetector senza passare attraverso il letto vascolare. Sono in commercio sensori di diverse misure Assicuratevi che il sensore sia sempre in una giusta posizione

43 Interferenze elettriche Ogni apparecchio elettrico rilascia impulsi elettrici che possono interferire con l acquisizione del segnale E consigliabile non connettere il pulsossimetro a prese a cui sono connessi altri apparecchi (le cosiddette triple ) Non incrociare il cavo del pulsossimetro con altri cavi elettrici

44 Artefatti da moto Per evitare tali artefatti si consiglia di fermare il cavo paziente con del nastro adesivo alla mano del soggetto. Il nastro adesivo assorbirà la maggior parte delle scosse ed esse non verranno trasmesse al sensore. Emilia 2012 Artefatto da terremoto

45 Applicazione del sensore Applicazione corretta Interferenza da luce ambientale ridotta al minimo Il cavo è assicurato alla mano o al piede

46 Applicazione del sensore NO!!! E molto importante non fissare con cerotto il sensore al dito, soprattutto stringendo con una specie di anello, questo potrebbe produrre un effetto laccio emostatico che, alterando la qualità del letto ematico, genererebbe una lettura errata.

47 INDICI DI PERFUSIONE I pulsossimetri forniscono di solito un numero, adimensionale, utile nel determinare la bontà del sito di rilevazione. Per es: Datex Ohmeda fornisce un indice detto Perfusion Index con valori compresi tra 0 e 10 con una cifra decimale. Nellcor invece fornisce un indice detto Blip o barra pletismografica, con valori compresi tra 0 e 15. Questi valori sono di solito ricavati dalla curva pletismografica relativa all infrarosso e si basano sul raffronto tra componente pulsante e la componente continua

48 INDICI DI PERFUSIONE A parte il nome diverso e range diversi essi hanno in comune le seguenti caratteristiche: sono tali per cui ad un numero grande corrisponde un sito con buon stato di perfusione. Maggiore perfusione (afflusso di sangue) implica segnale più intenso, robusto e affidabile. variano da individuo a individuo e per un individuo variano al variare del sito di rilevazione. non hanno alcuna correlazione con i valori di saturazione e polso.

49 E' importante essere coscienti che nonostante l'spo 2 sia precisa ed estremamente utile nell'uso clinico è solo una parte della valutazione dello stato del paziente e non deve essere mai usata come unico mezzo per il monitoraggio dello stato di ossigenazione e ventilazione del paziente critico.

50 CO 2 : LA CAPNOGRAFIA La relazione tra PaCO 2 e VCO 2 é inversa e consistente. L immediata verifica di tale parametro durante la ventilazione potrebbe essere un aiuto. CO 2 End Tidal (etco 2 ) = CO 2 misurata a fine espirazione

51 La Capnografia La Capnografia è il monitoraggio continuo e non invasivo della CO 2 espirata e l analisi della forma d onda della CO 2 in respiro singolo

52 Capnografia La Capnografia è ottenuta utilizzando un analizzatore a infrarossi La CO 2 assorbe i raggi infrarossi La quantità di energia assorbita = concentrazione di CO 2 Richiede calibrazioni accurate Sono utilizzati gas a due concentrazioni: Aria ambiente Miscela al 5% di CO 2

53 Capnometria Fornisce soltanto la misura numerica dell anidride carbonica (EtCO 2 )

54 Onda Capnografica Inspirazione Espirazione Inspirazione Tratto B-C Tratto C-D Tratto D-E Espirazione: rapida salita Plateau (EtCO2) orizzontale: eliminazione gas alveolari Inspirazione: rapida discesa

55 Capnogramma La forma d onda della CO 2 nel tempo

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62 Limiti della Capnografia CO 2 End Tidal (etco 2 ) = CO 2 misurata a fine espirazione Letture inaccurate possono verificarsi quando: Si forma condensa nei tubi di campionamento, nei connettori o nella camera di misura Si verificano variazioni nei flussi di ventilazione Linee di campionamento lunghe determinano un appiattimento della forma d onda.

63 Limiti della Capnografia Inoltre la etco 2 misurata dal gas esalato in una maschera non riflette adeguatamente i valori di PaCO 2 soprattutto durante la ventilazione a pressione positiva. Perché la maschera è soggetta comunque a perdite non intenzionali. Blanchette T, Dziodzio J. Transcutaneous pco2 and end-tidal pco2 in ventilated adults. Respiratory Care 1992; 92, 3:

64 Applicazioni cliniche della PetCO 2 Confermare l intubazione in trachea Monitoraggio ventilazione alveolare Valutazione nella rianimazione cardiopolmonare Monitoraggio dei cambiamenti dello spazio morto American Heart Association Linee Guida per la Rianimazione Cardiopolmonare e il Trattamento delle Emergenze Cardiovascolari Centro Scientifico Editore Milano, 2005 pp

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66 End Tidal CO 2 : CONCLUSIONI PRO: METODICA NON INVASIVA CONTINUO CONTRO: NIV SCARSA CORRELAZIONE CON PaCO2 (BPCO)

67 MISURA TRANSCUTANEA DI O 2 e CO 2

68 Struttura della cute La struttura della pelle è composta da tre livelli distinti, partendo dal più profondo: 1. La rete capillare. 2. Lo strato basale e lo strato granuloso dove si consuma ossigeno dovuto alla respirazione cellulare. 3. Lo strato corneo, lo strato di cellule morte in cui il consumo di ossigeno è nullo.

69 Fisiologia Tre fattori interdipendenti determinano TcpO2 e TcpCO2 : La perfusione della pelle La respirazione della pelle La diffusione della pelle Normalmente, la misura della TcpO2 al livello dell epidermide è 0 mmhg. Quando la temperatura del dermaviene portata tra 42 o C e 45 o C avvengono diversi cambiamenti nei tre fattori.

70 Principio di misura transcutanea Elettrodo combinato tcpo 2 /tcpco 2 Sensori di temperatura Catodo al platino Sol. elettrolitica, ricoprente la superficie dell elettrodo Membrane permeabili O 2 /CO 2 Elemento riscaldante Serbatoio sol. elettrolitica O-ring per fissare le membrane Elettrodo di riferimento Ag/AgCl Elettrodo in vetro a stato solido rinforzato

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72 Principio di misura transcutanea Riscaldamento della cute Il riscaldamento crea iperemia, una reazione fisiologica naturale della cute al calore eccessivo: L innalzamento della temperatura della cute aumenta il flusso ematico sottocutaneo Il maggior flusso ematico arterializza il sangue capillare Il riscaldamento inoltre rende la cute permeabile alla diffusione del gas: La struttura lipidica delle cellule morte si dissolve grazie ad un apposita soluzione di contatto e al calore prodotto dall elettrodo

73 Risultati del riscaldamento della cute L elettrodo scalda la cute tra 42 e 45 C AUMENTO DEL FLUSSO EMATICO CAPILLARE LIQUEFAZIONE DEI LIPIDI DELL EPIDERMIDE SHIFT A DESTRA DELLA CURVA DI DISSOCIAZIONE Hb PO2 CAPILLARE SIMILE ALLA PO2 ARTERIOSA DIFFUSIONE DEI GAS ATTRAVERSO LA PELLE SCARICO DI O2 AI TESSUTI VALORE DI TcPO 2

74 Misura transcutanea di O 2 e CO 2 Controindicazioni: Pazienti con: scarsa integrità della cute allergie all adesivo E utile quando: Non è possibile effettuare un prelievo arterioso.

75 Le misure dei gas ottenute per via transcutanea e quelle ottenute dal campione ematico non sono le stesse misure!

76 La pressione parziale di ossigeno transcutanea (TcpO2) riflette la sottostante via cutanea che è influenzata non solo dalla PaO2, ma dipende dal flusso sanguigno locale, dalla cessione di ossigeno dell Hb e dal metabolismo della pelle. Le cellule epiteliali consumano un po di ossigeno e la TcpO2 sarà quindi inferiore alla PaO2.

77 Misura transcutanea di O 2 e CO 2 Correlazione TcpO 2 con PaO 2 po 2 capillare Il calore aumenta la po 2 arteriosa e vasodilata capillari po 2 arteriosa Il consumo di O 2 da parte della pelle diminuisce la po 2 po 2 transcutanea

78 Allo stesso modo, la pco 2 cutanea misurata con un sensore transcutaneo (TcpCO 2 ) non solo è determinata dal PaCO 2, ma anche dal flusso sanguigno locale e dal metabolismo della pelle. Il metabolismo delle cellule inoltre è in funzione della temperatura esterna e anche se questa influenza è minimizzata mediante l'applicazione di una temperatura specifica costante, ci sarà ancora qualche differenza tra il valore TcpCO 2 e la tensione di anidride carbonica nel sangue arterioso. Generalmente la TcpCO 2 è superiore alla PaCO 2

79 Misura transcutanea di O 2 e CO 2 Correlazione TcpCO 2 con PaCO 2 TcpCO 2 Il calore aumenta la pco 2 arteriosa pco 2 arteriosa pco 2 capillare La produzione di CO 2 da parte della pelle aumenta la pco 2 Correzioni automatiche per temperature e metabolismo TcpCO 2 corretta

80 TcpCO 2 durante somministrazione di O 2 Regolazione dell O 2 terapia per pazienti BPCO Case Report: Dr. Konrad E. Bloch, Universitätsspital Zürich, CH

81 Transcutaneous measurement of carbon dioxide (PtcCO2) during night in a ventilated patient. Note normalisation of PtcCO2 (A) during periods of wakefulness versus (B) hypoventilation related to continuous major leaks during sleep. SpO2, oxygen saturation measured by pulse oximetry.

82 57 anni paziente BPCO, tracheotomizzato in ventilazione meccanica Ventilator-settings: 21/5 mbar, RR 19/min. IT 1sec, 2 L O 2 /min tcpco 2 etpco 2 PaCO 2

83 Acute NIV in a patient with COPD and OSAS 75 change of interface: nasal to oronasal PCO 2 [mmhg] PaCO 2 PtcCO 2 PtcCO 2 drift-corrected upper airway obstruction 35 0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 supine position lateral position time [h:min] Storre et al. CHEST 2007, 132:

84 Indication tcpco 2 in NIV start NIV temporary interruption of NIV Storre et al. CHEST 2007, 132:

85 Indication tcpco 2 in NIV Introduction of nasal Positive Pressure Ventilation SaO 2 tcpco 2 Storre et al. CHEST 2007, 132:

86 TcpO 2 e TcpCO 2 : CONCLUSIONI PRO: METODICA NON INVASIVA CONTINUO NIV RESPIRAZIONE SPONTANEA ADATTO A MONITORAGGI PROLUNGATI (soprattutto per la TcpO 2 ) CONTRO: TIME CONSUMING

87 Mi avanza un po di sangue, vuoi che faccia un emogas? GRAZIE!

88 Effettuare prelievo arterioso per EGA : Immediatamente e dopo ore 6 ore (e comunque dopo 1 ora da qualsiasi modifica dei parametri ventilatori ) PUNTI CRITICI: BTS Guidelines Thorax 2002;57: il prelievo arterioso può essere doloroso (ev. catetere arterioso) quantità di sangue necessaria (se presenza di catetere +++) T.A.T. EGA E NIV il tempo impiegato per raggiungere parametri di CO 2 accettabili

89 Ventilazione non invasiva EGA di base all arrivo del paziente Posizionamento pulsossimetro Impostazione ventilatore EGA di controllo per CO 2 a ore 6 ore (e comunque dopo 1 ora da qualsiasi modifica dei parametri ventilatori ) fino al raggiungimento di valori soddisfacenti. Totale: minimo 5 EGA e oltre 6 ore di tempo

90 Ventilazione non invasiva + Monitor TC EGA di base all arrivo del paziente Posizionamento TCM (20 per stabilizzazione) Impostazione ventilatore Regolazione con verifica in tempo reale EGA di controllo (60 circa) Totale: 2 EGA e tempo molto ridotto

91 Monitoraggio non invasivo dei gas Conclusioni: Maggiore sicurezza per Operatore e Paziente Riduzione drastica del numero di prelievi arteriosi Riduzione drastica del numero di emogasanalisi Contenimento dei costi APPROPRIATEZZA: «EGA solo quando realmente necessarie e nel contempo mantengo il paziente monitorato»