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LA MISURA DELLA FUNZIONE RESPIRATORIA
Corso teorico – pratico Modulo II°
OLTRE LA SPIROMETRIA Torino, 5 ottobre 2013
LA MISURA DEI GAS RESPIRATORI
S.C. PNEUMOLOGIA Lab. Fisiopatologia Respiratoria
Emanuele Isnardi
L’EGA è il test standard di riferimento per la misura dei gas ematici
L’importanza di risultati accurati
NCCLS: National Committee for Clinical Laboratory Standards
“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 Documento C27-A. Norme approvate, Aprile 1993
Le fasi di un esame di
laboratorio
ERRORI IN LABORATORIO: LETTERATURA
Autore Goldschmidt, 1995
Nutting, 1996
Plebani, 1997
Stahl, 1998
Astion, 2003
Periodo 6 anni 6 mesi 3 mesi 3 anni retrospettivo
Frequenza errori
ND 0.11% dei
pazienti
0.47% dei test
0.61% dei test
ND
Fase pre-analitica
53% 55.6% 68.2% 75% 71%
Fase analitica
23% 13.3% 13.3% 16% 18%
Fase post-analitica
24% 30% 18.5% 9% 11%
“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
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
I quattro stadi della fase preanalitica
Prelievo
Conservazione
Trasferimento del campione all’analizzatore
Preparazione prima del prelievo
Errori più comuni nella fase preanalitica
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
• Campione quantitativamente scarso • Eliminazione inadeguata della soluzione di lavaggio nel
catetere prima del prelievo Prima del prelievo
Inserire foto siringa EGA
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.
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.
Vena
Arteria
Mix di sangue venoso ed arterioso
Bolle d’aria Dopo aver aspirato il campione ogni eventuale bolla d’aria deve essere espulsa prima di miscelare campione ed eparina
Volume relativo della bolla d’aria
Effetto su PO2
• Dimensioni della bolla rispetto al volume del campione • Stato di ossigenazione iniziale del campione • Condizioni di conservazione
L’effetto della bolla d’aria dipenderà da:
• Tempo tra prelievo e analisi • Temperatura • Tempo di miscelazione
Miscelazione inadeguata del campione
• 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.
plasma
cellule ematiche
• misura non accurata dell’Hb da campione non omogeneo
• formazione di coaguli
Metabolismo
Le variazioni dipendono da: • numero di cellule ematiche • temperatura • tempo di conservazione • PO2 iniziale
• temperatura / PCO2 / 2,3-difosfoglicerato
• pH
RIDUZIONE DELL’AFFINITA’
(Spostamento della curva a destra)
• temperatura / PCO2 / 2,3-difosfoglicerato
• pH
AUMENTO DELL’AFFINITA’
(Spostamento della curva a sinistra)
Dx: RIDUZIONE AFFINITA’
Sx: AUMENTO AFFINITA’
pH
T
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)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 2 4 6 8 10 12 14 16 minuti
oC
Ghiaccio fondente
Temperatura ambiente
Conservare il campione alla temperatura di (0 - 4°C) rallenta il metabolismo
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
Problemi di conservazione di un campione ematico in una siringa in plastica
effetti determinati dalla porosità della parete
(la direzione sarà dipendente dal gradiente pressorio)
il metabolismo
PLASTICA VETRO
pore size: 200 - 450 nm
pore density: 2x108/cm2
pore size: 3 - 50 nm
pore density: 4x106/cm2
O2
0.346 nm
Viwanitkit V, Int. J. Nanomedicine 2006
BASALE 15’ 30’ 60’
PO2 63 65 (+3.1%)
68 (+7.9%)
79 (+25.3%)
BASALE 15’ 30’ 60’
PO2 62 63 (+1.6%)
63 (+1.6%)
64 (+3.2%)
SIRINGA DI PLASTICA IN GHIACCIO FONDENTE
SIRINGA DI PLASTICA A TEMPERATURA AMBIENTE
Condizioni di conservazione raccomandate
20’ - 30’ max a 0 - 4 °C in una sospensione di ghiaccio fondente
10’ - 15’ max a temperatura ambiente
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
La misura dei gas EGA SATURIMETRO TRANSCUTANEO
La misura non invasiva dei gas
O2: LA PULSOSSIMETRIA
Il Pulsossimetro Utilizza due luci con diversa frequenza d’onda Misura:
la frequenza cardiaca
la saturazione emoglobinica dell’O2
La tecnologia applicata al Pulsossimetro
Pletismografia ottica
Spettrofotometria
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)
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)
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.
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
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
Emoglobina
Hb : ~ 15 mg
SpO2 = 100%
Hb : ~ 8 mg
SpO2 = 100%
Curva dissociazione Hb La curva di dissociazione dell'ossiemoglobina è piuttosto piatta a PaO2 elevate e la SaO2 non cala in modo significativo fino a che la PaO2 non raggiunge i 75-80 mmHg. Curva di dissociazione
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100 120 140
pO2 (mmHg)
Sat (
%)Curva di dissociazione emoglobina
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
40 60 80 100 120 140
pO2 (mmHg)
Sat (
%)
Quando la PaO2 raggiunge i 60 mmHg, la curva scende decisamente e ogni ulteriore riduzione della PaO2 comporta un brusco calo della SaO2
Limiti della Pulsossimetria Valori accurati tra 80-100%. Ogno valore sotto l’80% è ottenuto mediante estrapolazione e non è molto accurato
Le misure risultanti non saranno accurate
Spostamento curva dovuto al pH
8990919293949596979899
100
40 60 80 100 120 140
Sat
(%)
pO2 (mmHg)
Curva di dissociazione emoglobina
ATTENZIONE! Iperossia
8990919293949596979899
100
40 60 80 100 120 140
Sat
(%
)
pO2 (mmHg)
Curva di dissociazione emoglobina
ATTENZIONE! Ipossia
pO2 = 92,5 112 mmHg
pH = 7,2 SaO2 = 97%
pO2 = 92,5 77,5 mmHg
pH = 7,6 SaO2 = 97%
ASPETTI TECNICI
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
Abbronzatura e pigmentazione scura della pelle
Si possono leggere valori di SpO2 più alti (usualmente dal 3 al 5%)
Edema
Non si conosce con precisione quanto ciò incida sulla lettura
Non applicare comunque il sensore su un dito edematoso
Utilizzare piuttosto sensori diversi
La luce emessa dal sensore può disperdersi attraverso il tessuto edematoso
Qualità del letto ematico
ipotensione arteriosa sistemica
alterazioni del circolo periferico
La lettura del Pulsossimetro è fortemente alterata se il soggetto presenta:
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
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
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
Applicazione del sensore
Applicazione corretta
Il cavo è assicurato alla mano o al piede
Interferenza da luce ambientale ridotta al minimo
Applicazione del sensore
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.
NO!!!
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
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.
INDICI DI PERFUSIONE
E' importante essere coscienti che nonostante
l'SpO2 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.
CO2: LA CAPNOGRAFIA La relazione tra PaCO2 e VCO2 é inversa e consistente. L’immediata verifica di tale parametro durante la ventilazione potrebbe essere un aiuto.
CO2 End Tidal (etCO2) = CO2 misurata a fine espirazione
La Capnografia è il monitoraggio continuo e non invasivo della CO2 espirata e l’analisi della forma d’onda della CO2 in respiro singolo
La Capnografia
Capnografia
La Capnografia è ottenuta utilizzando un analizzatore a infrarossi La CO2 assorbe i raggi infrarossi La quantità di energia assorbita = concentrazione di CO2
Aria ambiente
Miscela al 5% di CO2
Richiede calibrazioni accurate
Sono utilizzati gas a due concentrazioni:
Capnometria Fornisce soltanto la misura numerica dell’anidride carbonica (EtCO2)
Espirazione Inspirazione Inspirazione
Onda Capnografica
Tratto B-C Espirazione: rapida salita Tratto C-D Plateau (EtCO2) orizzontale: eliminazione gas alveolari Tratto D-E Inspirazione: rapida discesa
Capnogramma
La forma d’onda della CO2 nel tempo
Limiti della Capnografia
CO2 End Tidal (etCO2) = CO2 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.
Inoltre la etCO2 misurata dal gas esalato in una maschera non riflette adeguatamente i valori di PaCO2 soprattutto durante la ventilazione a pressione positiva.
Blanchette T, Dziodzio J. Transcutaneous pCO2 and end-tidal pCO2 in ventilated adults. Respiratory Care 1992; 92, 3: 204-47.
Perché la maschera è soggetta comunque a perdite non intenzionali.
Limiti della Capnografia
Applicazioni cliniche della PetCO2
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 R ianimazione Cardiopolmonare e il Trattamento delle Emergenze Cardiovascolari” Centro Scientifico Editore – Milano, 2005 – pp. 60-62
PRO: METODICA NON INVASIVA CONTINUO CONTRO: NIV SCARSA CORRELAZIONE CON PaCO2 (BPCO)
End Tidal CO2: CONCLUSIONI
MISURA TRANSCUTANEA DI O2 e CO2
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.
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 42oC e 45oC avvengono diversi cambiamenti nei tre fattori.
Principio di misura transcutanea
Serbatoio sol. elettrolitica
Sensori di temperatura
Catodo al platino
Sol. elettrolitica, ricoprente la superficie dell’elettrodo
Elemento riscaldante
O-ring per fissare le membrane
Elettrodo di riferimento Ag/AgCl
Elettrodo in vetro a stato solido rinforzato
Membrane permeabili O2/CO2
Elettrodo combinato tcpO2/tcpCO2
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
Principio di misura transcutanea
Risultati del riscaldamento della cute
SHIFT A DESTRA DELLA CURVA DI
DISSOCIAZIONE Hb
AUMENTO DEL FLUSSO EMATICO CAPILLARE
PO2 CAPILLARE SIMILE ALLA PO2 ARTERIOSA
SCARICO DI O2 AI TESSUTI
L’elettrodo scalda la cute tra 42 e 45 °C
LIQUEFAZIONE DEI LIPIDI DELL’EPIDERMIDE
DIFFUSIONE DEI GAS ATTRAVERSO LA PELLE
VALORE DI TcPO2
Pazienti con:
scarsa integrità della cute
allergie all’adesivo
Controindicazioni:
Non è possibile effettuare un prelievo arterioso.
E’ utile quando:
Misura transcutanea di O2 e CO2
Le misure dei gas ottenute per via transcutanea e quelle ottenute dal
campione ematico non sono le stesse misure!
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.
Correlazione TcpO2 con PaO2 Misura transcutanea di O2 e CO2
pO2 arteriosa
Il consumo di O2 da parte della pelle diminuisce la pO2
Il calore aumenta la pO2 arteriosa e
vasodilata capillari
pO2 transcutanea
pO2 capillare
Allo stesso modo, la pCO2 cutanea misurata con un sensore transcutaneo (TcpCO2) non solo è determinata dal PaCO2, 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 TcpCO2 e la tensione di anidride carbonica nel sangue arterioso.
Generalmente la TcpCO2 è superiore alla PaCO2
Correlazione TcpCO2 con PaCO2
Misura transcutanea di O2 e CO2
pCO2 arteriosa
Il calore aumenta la pCO2 arteriosa
pCO2 capillare La produzione di CO2 da parte della pelle
aumenta la pCO2
Correzioni automatiche per temperature e metabolismo
TcpCO2
TcpCO2 corretta
Regolazione dell‘O2 terapia per pazienti BPCO
TcpCO2 durante somministrazione di O2
Case Report: Dr. Konrad E. Bloch, Universitätsspital Zürich, CH
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.
57 anni paziente BPCO, tracheotomizzato in ventilazione meccanica
tcPCO2 etPCO2 PaCO2
Ventilator-settings: 21/5 mbar, RR 19/min. IT 1sec, 2 L O2/min
time [h:min]
PCO2 [mmHg]
35
40
45
50
55
60
65
70
75
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00
PaCO2
PtcCO2
PtcCO2 drift-corrected
Acute NIV in a patient with COPD and OSAS
supine position lateral position
change of interface: nasal to oronasal
upper airway obstruction
Storre et al. CHEST 2007, 132: 1810-16
start NIV temporary interruption of NIV
Indication tcpCO2 in NIV
Storre et al. CHEST 2007, 132: 1810-16
SaO2 tcpCO2 Introduction of nasal Positive Pressure Ventilation
Indication tcpCO2 in NIV
Storre et al. CHEST 2007, 132: 1810-16
PRO: METODICA NON INVASIVA CONTINUO NIV RESPIRAZIONE SPONTANEA ADATTO A MONITORAGGI PROLUNGATI (soprattutto per la TcpO2)
CONTRO: TIME CONSUMING
TcpO2 e TcpCO2: CONCLUSIONI
Mi avanza un po’ di sangue, vuoi che faccia un’emogas?
GRAZIE!
Effettuare prelievo arterioso per EGA : Immediatamente e dopo 30’ – 60’ – 2 ore – 6 ore (e comunque dopo 1 ora da qualsiasi modifica dei parametri ventilatori )
BTS Guidelines Thorax 2002;57:192-211
PUNTI CRITICI:
• il prelievo arterioso può essere doloroso (ev. catetere arterioso)
• quantità di sangue necessaria (se presenza di catetere +++)
• T.A.T.
• il tempo impiegato per raggiungere parametri di CO2 accettabili
EGA E NIV
Ventilazione non invasiva
EGA di base all’arrivo del paziente
Posizionamento pulsossimetro
Impostazione ventilatore
EGA di controllo per CO2 a 30’ – 60’ – 2 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
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
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»
