Physiologie der Atemwege und Atemgasbefeuchtung
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Willkommen Physiologie der Atemwege und Atemgasbefeuchtung Mittwoch, 15. Juni 2016 Peter Wahl, Produktmanager Fisher & Paykel Healthcare IFIMP 2016 – Innsbrucker Forum für Intensivmedizin und Pflege Physiologie der Atemwege • Inspiration – Luft wird erwärmt und angefeuchtet • Exspiration – Wärme und Feuchtigkeit werden resorbiert • Schutz – Das MTS befreit die Atemwege von Kontamination und Sekreten Inspiration GASKONDITIONIERUNG 22 °C Raumluft 7 mg/l, 35% RH 31 °C Naso/Oropharynx 30 mg/l, 90% rH 36 °C Trachea 42 mg/l, 100% rH 37 °C Isothermische Sättigungsgrenze 44 mg/l, 100% rH Primiano et al., 1988 Inspiration OBERE ATEMWEGE - NASOPHARYNX Dieses Bild zeigt einen Querschnitt des menschlichen Kopfes im Bereich der Nase: • Labyrinthartige Passagen • Eine große Oberfläche • Das Areal ist sehr gut durchblutet Inspiration NORMALE ATEMWEGE • In den normalen Atemwegen wird stufenweise Wärme und Feuchtigkeit in die eingeatmete Luft hinzugefügt, bis diese Körpertemperatur und Vollsättigung mit Wasserdampf erreicht hat. Exspiration WÄRME- UND FEUCHTIGKEITSZURÜCKGEWINNUNG 33 °C • 75% der Wärme und Feuchtigkeit geht an die Umgebung verloren 30 mg/L, 85% RH • Der Hauptteil der Zurückgewinnung (25%) findet in der Naso- und Oropharynx statt 1Ingelstedt, 1956; 2Cole, 1954 Exspiration NORMALE ATEMWEGE • NUR 25% der Wärme und Feuchtigkeit der eingeatmeten Luft, kehrt in die Atemwegsschleimhaut während der Ausatmung zurück Schutz der Atemwege Vier Haupt-Schutz-Mechanismen: • Schutz der oberen Atemwege • Mukozilläres Transport System (MTS) • Alveoläre Reinigung • Immunsystem Schutz der Atemwege SCHUTZ DER OBEREN ATEMWEGE • Filtration – Nasenhaare – Anatomische Form, filtert Partikel • Reflexe – Würgereflex schützt vor eindringen von Fremdmaterial – Hustenreflex stößt Fremdmaterial aus Schutz der Atemwege MUKOZILLÄRES TRANSPORT SYSTEM • Mukos (grün hervorgehoben) fängt und neutralisiert Fremdstoffe • Zilien (rot-braune Haare – wie dargestellt) transportieren Mukos / Schleim und Fremdstoffe nach oben, wo sie verschluckt werden Schutz der Atemwege MUKOZILLÄRES TRANSPORT SYSTEM Bewegungsrichtung Gel (Mukos) Zilien Wasserschicht (Sol) Zilienzelle Becherzelle Submuköse Drüse Adapted from Williams et al., 1996 Schutz der Atemwege MUKOZILLÄRES TRANSPORT SYSTEM: Zilienbewegung • Zilien sind sehr kleine, haarartige Verlängerungen, welche in einem Wellenmuster Mukos und gefangene Fremdkörper aus den Atemwegen nach oben entfernen Schutz der Atemwege MUKOZILLÄRES TRANSPORT SYSTEM: Becherzellen und Zilien • Diese ElektronenmikroskopAufnahme, zeigt eine submuköse Drüsenzelle beim absondern von Mukos (grün) als Reaktion der Präsenz von Pathogenen • Die Zilie biegt sich dem Mukos entgegen, transportiert und entfernt Diesen Taken from Springer-Verlag, “Lungspaces” 1992 Schutz der Atemwege ALVEOLÄRE REINIGUNG • Alveolen haben keine Zilien, daher sind sie auf Immun- und Fresszellen (Makrophagen) angewiesen, um inhalierte Pathogene zu zerstören • Makrophagen verschlingen Fremdkörper welche in die Alveole eindringen menschliche Macrophage Houtmeyers et al., 1999; Gautier et al., 1999 Schutz der Atemwege IMMUNSYSTEM • Das Immunsystem schützt gegen Erkrankungen, durch Identifizierung und töten von Pathogenen • Dies ist die letzte Verteidigungslinie, wenn alle anderen Schutzmechanismen gescheitert sind Atemgasbefeuchtung • Physik – Aggregatzustände – Energie – Kapazität • Definition – Absolute Feuchte – Relative Feuchte – Taupunkt • Optimale Feuchtigkeit – 37°C / 44mg/l / 100%rH Definition • Feuchtigkeit ist die in einem Gas enthaltene Menge an Wasserdampf • Diese wird definiert über: – Absolute Feuchtigkeit – Relative Feuchtigkeit – Taupunkt Formen von Wasser 1. Eis (fest) + Hitze / Energie 2. Wasser (flüssig) + Hitze / Energie 3. Wasserdampf (gasförmig) Kapazität • Wird das Gas abgekühlt, verringert sich die Kapazität an Feuchtigkeit, die das Gas tragen kann aH; mg/l • Wird das Gas erwärmt, erhöht sich die Kapazität zur Aufnahme von Feuchtigkeit Temperatur (oC) Absolute Feuchte (aH; mg/l) • Ist die tatsächliche Menge an Wasserdampf in einem Liter Gas, bei einer bestimmten Temperatur Relative Feuchte (rH; %) 44 mg/l 22 mg/l • Definiert über % • Ist die in einem Gas enthaltene Menge an Wasserdampf, verglichen mit der Menge, die das Gas bei dieser Temperatur aufnehmen kann 100% 50% Taupunkt (°C) • Ausgedrückt in °C • Ist die Temperatur, bei der das Gas eine relative Feuchtigkeit von 100% hat • Unterhalb dieser Temperatur entsteht durch das überschüssige Wasser Kondensation Temperatur & Kapazität 1 0 0 % relative Feuchtigkeit (r H) Energiebilanz Energie Atemluft (-Gas) enthält Energie (Joule / Gramm) Energiemenge ist abhängig von: - Temperatur - Feuchtigkeit Temperatur Feuchtigkeit Energiebilanz ENERGIE J/g Gas, gesättigt 100 % RH 194 143 143+3=146 Gas, trocken 47 3 J/g 37 TEMPERATUR (C°) 40 43 Optimale Feuchtigkeit Das bei Körperkerntemperatur vollgesättigte Atemgas schützt vor Austrocknung des Schleims und erhält den mukoziliären Transport. Reduziertes Infektionsrisiko (durch rechtzeitiges Entfernen der Kontaminationen aus den Atemwegen) Erhält den Gasaustausch (durch den Abtransport des Mukos wird eine Verlegung der unteren Atemwege verhindert) Optimale Feuchtigkeit Medizinische Gase Invasive Therapieformen Das natürliche Befeuchtungssystem ist verlegt Trockene medizinische Gase können in die Lungen gelangen Invasive Therapieformen Nachteilige Effekte NACHTEILIGE EFFEKTE VON NIEDRIGER FEUCHTIGKEIT bei invasiven Therapieformen • Eintrocknung und Verdickung der Sekrete1 • Schleimansammlungen3 • Obstruktion/Okklusion des Trachealkanüle3 • Beeinträchtigter Gasaustausch4 • Atelektasen5 • Pulmonale Infekte6 • Austrocknung der Sekrete im ETT und den Atemwegen1 • Dehydration der Mukosa am distalen Ende des ETT1 • Risiko einer Okklusion des ETT oder der Atemwege1 • Verlangsamter Mukozillärer Transport2 Non Invasive Therapieformen Komfort & Compliance Minimierung von Feuchtigkeitsverlust (Dyspnoe, Mundatmung, hohe Flows) Sekret Clearance & Management • Einfluss-Faktoren Befeuchtersysteme • • • • • Wie wird befeuchtet? Wann wird befeuchtet? Möglichkeiten und Grenzen Level der Befeuchtung Kontraindikationen Befeuchtersysteme • Kochsalzinstillation Vor der Absaugung und Bronchoskopie um Sekrete zu beseitigen / lösen FLÜSSIGES WASSER Befeuchtersysteme • Vernebler Verabreichung von Bronchodilatoren, Mukolytika und als FeuchtigkeitsSpender FLÜSSIGES WASSER - Aerosol Befeuchtersysteme • HME Heat and Moisture Exchanger = Wärme- und Feuchtetauscher Arbeitet mit der ausgeatmeten Wärme und Feuchtigkeit des Patienten Passive Form der kontinuierlichen Atemgasbefeuchtung Mit und ohne Filtermedium verfügbar HME • Funktion und Aufbau Gehäuse Feuchte- AustauschMedium (Hydrophob, Hydrophil, Hygroskopisch) Filtermedium (HME F) HME • Funktion und Aufbau Feuchteverlust (Flow- und Temperaturabhängig) 17mg/l – 32mg/l aH HME • Funktion und Aufbau Hinweise zu… … Typ … Leistung … Position … Umgebungstemperatur … Totraum … Kontraindikationen beachten. Befeuchtersysteme • Aktiver Atemgasbefeuchter Erzeugt und transportiert Wasserdampf unter normalen physiologischen Bedingungen Leistungsfähig durch beheizte Schlauchsysteme WASSERDAMPF, molekulare Feuchte Aktiver Atemgasbefeuchter • Funktion und Aufbau Atemgasbefeuchtung • Interessante Themen, Teilbereiche und Aspekte Optimaler Grad der Feuchtigkeit bei Beatmung Atemwegsschutz und Infektionen (z.B. VAP) Optimierte Beatmungsstrategien Ökonomische Effizienz Patienten-Resultate Danke!
