Titel: Identifikation af responders ved alveolær rekruttering Emne: Design af sundhedsteknologiske systemer Synopsis:

I dent i f i kat i onaf r esponder s ved al veol ærr ekr ut t er i ng Gr uppenr :09gr 694 Aal bor guni ver si t et Vej l eder :St ephene.rees

Department of Health Science and Technology Aalborg University Fredrik Bajersvej 7 9220 Aalborg Øst http://www.hst.aau.dk/ Titel: Identifikation af responders ved alveolær rekruttering Emne: Design af sundhedsteknologiske systemer Synopsis: Projekt periode: 6. semester, forår 2009 Projekt gruppe: 694 Medlemmer: Mikkel Frank Andresen Simon Lebech Cichosz Alex Skovsbo Jørgensen Steffen Vangsgaard Kasper Esben Kannik Vejleder: Stephen Edward Rees Eksemplarer af rapport: 7 Sider: 119 Vedlæg: CD Afsluttet: 29. maj 2009 Rekruttering af lungevæv i forbindelse med ARDS er forbundet med risiko for komplikationer bl.a. barotraumer. En hypotese fra AAU går ud på, at måling af lunge parametrene shunt og V/Q efter mini-rekruttering kan forudsige hvilke patienter, der vil respondere positivt på en rekruttering. Projektet omhandler et Java-baseret dataopsamlingsmodul, der kan assistere i korrekt og sikker dataopsamling til evaluering af hypotesen. Der er vist hvordan et system kan administrere og støtte lægen til at udføre proceduren for Identifikation af responders ved alveolær rekruttering samt overvåge patienten under rekrutteringen ved PIP, MAP og SaO2. Et forskermodul er desuden udviklet til at præsentere data overskueligt for forskeren. Konklusionen er, at systemet opsamler og håndterer data fra det kliniske udstyr og at både procedure-, overvågnings- og forskermodulet virker efter hensigten. Dog skal opsamling af yderligere data implementeres i proceduremodulet for at systemet kan blive anvendeligt i praksis. I fremtidigt perspektiv kunne systemet testes i klinisk praksis, hvor andre menneskelige og systemiske forudsætninger kan influere på test af systemet. Indholdet af denne rapport er frit tilgængeligt, men må kun publiceres efter aftale med forfatterne. iii

Department of Health Science and Technology Aalborg University Fredrik Bajersvej 7 9220 Aalborg Øst http://www.hst.aau.dk/ Title: Identification of 'responders' by alveolar recruitment Subject: Design of health technology systems Synopsis: Project period: Spring 2009 Project group: 694 Members: Mikkel Frank Andresen Simon Lebech Cichosz Alex Skovsbo Jørgensen Steffen Vangsgaard Kasper Esben Kannik Mentor: Stephen Edward Rees Copies: 7 Pages: 119 Attachment: CD Finished: 29 th of may 2009 Alveolar recruitment related to ARDS is associated with adverse effects eg. barotrauma. A hypothesis from the University of Aalborg suggests that a patients response to a recruitment maneuver can be predicted by measuring lung parameters, shunt and V / Q before and after a minirecruitment. The project group developed a Java-based data collection module for correct and secure data collection to evaluate the hypothesis. It is shown how a system can manage and support the physician in performing the procedure for "Identification of 'responders' by alveolar recruitment" and monitor the patient during the recruitment. A researcher module is also designed to present the data manageable for the researcher. The conclusion is that the system collects and manages data from the clinical equipment and that both procedure-, monitoring-, and researcher module work as intended. However, the collection of additional data needs to be implemented for the program to be useful in practice. The future perspective could be to test the system in clinical practice, where other human and systemic conditions may influence the system test. The contents of this report is freely available, but may only be published with the consensus of the authors. v

vii Forord Denne rapport er et P6 bachelor projekt udarbejdet i foråret 2009. Projektet er udført af gruppe 694 på studieretningen Sundhedsteknologi på Aalborg Universitet i perioden fra 2. februar til 29. maj 2009. Det overordnede tema for projektet er Design af sundhedsteknologiske systemer. Rapportens målgruppe er primært medstuderende og ansatte på Sundhedsteknologi, vejleder, andre personer tilknyttet ALPE-projektet samt generelt interesserede. I forbindelse med projektet vil gruppen gerne takke ph.d. Charlotte Allerød og overlæge Søren Kjærgaard for at være behjælpelige med interview, samt ph.d. Dan Karbing for hjælp omkring opsætning af ICare. Steffen Vangsgaard Mikkel Frank Andresen Kasper Esben Kannik Alex Skovsbo Jørgensen Simon Lebech Cichosz Læsevejledning Referencer er udarbejdet efter Vancouver-metoden, hvor referencer til artikler, bøger, internetsider og interviews er angivet med tal i firkantede klammer. Tallet i klammen henviser til litteraturlisten placeret umiddelbart før appendiks A, hvor yderligere informationer om kilden er at finde. Der er i rapporten angivet referencer både før og efter punktum. Står referencen før punktum, henviser den kun til pågældende sætning, står referencen derimod efter punktum, henviser den til hele sidstnævnte afsnit. Der er i rapporten anvendt forkortelser for fagord. Det første sted i rapporten, hvor ordet anvendes, vil forkortelsen fremgå i en parentes efter ordet. Der er gennem rapporten anvendt figurer og tabeller som supplerende information til teksten. Figurer uden kildehenvisning er udarbejdet af gruppe 694. Bagerst i rapporten findes appendiks. Appendiks er supplerende materiale til hovedrapporten.

Indhold 1 Problemanalyse 1 1.1 Indledning...................................... 1 1.2 Opbygning..................................... 2 1.3 Adult Respiratory Distress Syndrome....................... 3 1.3.1 Definition.................................. 3 1.3.2 Ætiologi................................... 4 1.3.3 Patofysiologi................................ 4 1.4 Ventilationsinduceret lungeskade......................... 9 1.5 Lungerekrutteringskonceptet............................ 10 1.6 ALPE........................................ 16 1.7 Forsøg - Identifikation af responders ved alveolær rekruttering......... 17 1.7.1 Forsøgsbeskrivelse............................. 17 1.7.2 Proceduren................................. 18 1.8 Opsummering.................................... 21 1.9 Problemformulering................................ 22 2 Systemudvikling 23 2.1 Metode....................................... 23 2.2 System formål.................................... 23 2.2.1 Brugere................................... 24 2.2.2 Tiltænkt anvendelse............................ 24 2.3 Use case model................................... 25 2.4 Use case diagram.................................. 25 2.4.1 Procedurevejledning............................ 26 2.4.2 Overvåg patientsikkerhed......................... 26 2.4.3 Vis rekrutteringsdata............................ 30 2.5 ICare......................................... 31 2.6 Fysisk struktur................................... 31 3 Analyse 33 3.1 Analyseklasser................................... 33 3.1.1 Analyseklasse - ProcedureData...................... 33 3.1.2 Analyseklasse - Procedure......................... 34 3.1.3 Analyseklasse - LægeGUI......................... 35 3.1.4 Analyseklasse - ForskerGUI........................ 36 3.1.5 Analyseklasse - Bruger........................... 36 3.1.6 Analyseklasse - LogInd........................... 37 3.1.7 Analyseklasse - Overvågning........................ 37 viii

ix 3.1.8 Analyseklasse - OvervågningsData.................... 38 3.1.9 Analyseklasse - Patient.......................... 38 3.1.10 Analyseklasse - Graf............................ 39 3.1.11 Analyseklasse - ICareInterface...................... 40 3.2 Interaktionsdiagrammer.............................. 40 3.2.1 Sekvensdiagram for vis RekrutteringsData................ 40 3.2.2 Sekvensdiagram for procedurevejledning................. 41 3.2.3 Sekvensdiagram for overvåg patientsikkerhed.............. 42 3.3 Klassediagram for analyseklasser......................... 43 4 Design og Implementering 45 4.1 Designklasser.................................... 45 4.1.1 Designklassediagram............................ 46 4.2 Pakkestruktur.................................... 47 4.2.1 Designklasse - Bruger........................... 48 4.2.2 Designklasse - LogInd........................... 48 4.2.3 Designklasse - ForskerGUIDele...................... 48 4.2.4 Designklasse - JPanelPatientVælger.................... 49 4.2.5 Designklasse - JPanelProcedureData................... 50 4.2.6 Designklasse - HentFraFil......................... 50 4.2.7 Designklasse - FindFiler.......................... 51 4.2.8 Designklasse - LægeGUI.......................... 51 4.2.9 Designklasse - OpretPatientGUI..................... 53 4.2.10 Designklasse - BlodgasGUI........................ 54 4.2.11 Designklasse - AlpeMålingGUI...................... 55 4.2.12 Designklasse - MiniRMGUI........................ 56 4.2.13 Designklasse - RMGUI........................... 56 4.2.14 Designklasse - ICareInterface....................... 56 4.2.15 Designklasse - Procedure.......................... 57 4.2.16 Designklasse - Patient........................... 58 4.2.17 Designklasse - ProcedureData....................... 59 4.2.18 Designklasse - Overvågning........................ 60 4.2.19 Designklasse - Graf............................. 62 4.2.20 Designklasse - StiVælger.......................... 62 4.2.21 Designklasse - Tilslut........................... 63 4.2.22 Designklasse - OvervågningsData..................... 64 4.3 Design Sekvensdiagram.............................. 64 4.3.1 Procedurevejledning............................ 64 4.3.2 Overvåg patientsikkerhed......................... 65 4.3.3 Vis RekrutteringsData........................... 67 4.4 Overvågningsalgoritme............................... 68 4.5 Design af Graphical User Interface........................ 70 4.6 Læge GUI...................................... 70 4.6.1 Forsker GUI................................. 72 4.6.2 Log ind GUI................................ 74 4.7 Implementeringsspecifikationer.......................... 74 5 Produkttest 75

x Indhold 5.1 Materialeliste.................................... 75 5.2 Enhedstest..................................... 75 5.3 Integrationstest................................... 75 5.4 Systemtest...................................... 76 5.4.1 Overvåg patientsikkerhed......................... 76 5.4.2 Procedurevejledning............................ 78 5.4.3 VisRekrutteringsdata........................... 79 5.5 Accepttest...................................... 80 6 Diskussion 83 Litteratur 89 Appendiks 91 A Regulatoriske krav 93 A.1 Godkendelse af IRAR............................... 93 A.1.1 Anvendelsesformål............................. 93 A.1.2 Klassifikation................................ 93 A.1.3 Risikoanalyse................................ 94 A.1.4 Dokumentation for CE-mærkning..................... 96 B Forretningsplan 97 B.1 Organisation.................................... 97 B.1.1 Mission................................... 97 B.1.2 Forretningsidéen.............................. 97 B.1.3 Team medlemmer............................. 98 B.1.4 Exit strategi................................ 100 B.2 Marked....................................... 100 B.3 Økonomi / Konkurence.............................. 100 B.3.1 Konkurrenter................................ 100 B.3.2 Mål..................................... 101 B.3.3 Budgetter.................................. 101 B.3.4 Muligheder for kapitalforstærkning.................... 103 B.3.5 SWOT-analyse............................... 104 B.4 Key Issues...................................... 105 C Design principper 107 C.1 Design principper.................................. 107 D Interview med Charlotte Wiig Allerød 111 E Interview med Søren Kjærgaard 115 F Respirationsfysiologi 117 F.1 Stress og strain koncept i lungerne........................ 117 F.2 Mekanisk ventilation................................ 118

Kapitel 1 Problemanalyse 1.1 Indledning I Danmark findes 50 intensiv afdelinger med ca. 400 sengepladser [1]. En intensiv afdeling er en specialiseret afdeling der varetager behandling, som ikke kan lade sig gøre på almindelige sengeafdelinger. Typisk er det patienter med multiorgansvigt, traumer eller anden alvorlig patofysiologi, der kræver intensivterapi, der er indlagt på en intensiv afdeling. [2] Patienter indlagt på en intensiv afdeling har ofte komplikationer relateret til respirationssvigt. Dette defineres som et svigt i opretholdelse af arterielt kuldioxid (P aco 2 ) og arterielt oxygen (P ao 2 ) inden for normalområdet. Disse komplikationer ses oftest som Adult Respiratory Distress Syndrome (ARDS), eller akut lungeskade (ALI). ALI og ARDS defineres som et syndrom med akut og vedvarende inflammation i lungerne, med øget vaskulær permeabilitet. I Skandinavien er incidensen samlet for disse to sygdomme 31,4 per 100.000 indbyggere per år, se tabel 1.1. [3] Område ARDS, antal per 100.000 ALI, antal per 100.000 Skandinavien 13,5 17,9 USA 75* 75* Tabel 1.1: ARDS/ALI incidens i Skandinavien og USA pr. år. *Tallene for USA er ARDS/ALI incidensen sammenlagt. [3] Ofte kræver ARDS/ALI behandling med respirator og ilt. En anerkendt respiratormanøvre, alveolær rekruttering (AR) eller rekrutteringsmanøvre (RM), bruges til at forbedre patientens respirationsfysiologi ved at åbne dele af lungevævet, der ellers ikke var brugbart på grund af patofysiologien tilknyttet ARDS/ALI. Dette gøres ved at tilføre et større end normalt inspiratorisk tryk. [4] Behandlingen med RM er forbundet med en risiko, for en forværring af patientens tilstand. Komplikationer forbundet med brug af RM ses ofte i form af hypotension, men også mere alvorlige komplikationer, som barotraumer kan opstå på grund af det høje tryk brugt under 1

2 Kapitel 1. Problemanalyse RM.[4][5] Dette skyldes at nogle patienter er mindre modtagelige for behandling med RM pga. fibrøst væv, der ikke er muligt at åbne eller pga. væskefyldte alveoler. Ved fibrøst lungevæv ses fænomenet babylunger, der dækker over patientens fungerende lungevæv, der typisk er på størrelse med en 5-6 årigs. I sådan et tilfælde, vil RM kunne øge trykket i det fungerende lungevæv op til barotraumegrænsen og være en potentiel fare for patienten. [6] Tidligere studier har vist, at RM er forbundet med små ricisi i den akutte fase af ARDS/ALI. Det er dog ikke altid praktisk muligt at vurdere patientens stadie af sygdommen. [7] En metode fra Aalborg Universitet bygger på en hypotese om, at det er muligt at vurdere patientens respons på RM før behandlingen udføres. Dette gøres ved hjælp af en minirekruttering. Lufttrykket er lille set i forhold til de tryk, der bruges ved normale rekrutteringer og bør derfor ikke udgøre nogen større fare for patienten. På baggrund af responsen målt i flere fysiologiske parametre, bla. shunt og ventilations-perfusionsratio, efter den indpumpede luft bolus, vurderes det muligt at estimere patientens respons på RM. [8] Formålet med denne rapport er at undersøge, hvorledes udvikling af Java-software kan bistå forskerne i verificering af en metode til præbestemmelse af patienters respons på RM. 1.2 Opbygning For at forstå problemstillingen er det nødvendigt at forstå hvert delelement. Dette består af den tilgrundliggende fysiologi og patofysiologi, samt behandling og de komplikationer, der kan opstå i forbindelse med behandling. Derfor beskriver problemanalysen respirationsfysiologien med fokus på ARDS, som er det syndrom, der beskriver patofysiologien bag de lungeskader, der ønskes behandlet med RM. Generel behandling af ARDS vil blive beskrevet, med ekstra fokus på RM og dets komplikationer. Forsøget bag hypotesen angående præbestemmelse af responders til RM, vil også blive gennemgået sammen med ALPE-systemet, der danner grundlag for forsøget. Afsnit 1.8 kan med fordel læses hvis der ønskes et resume af de vigtigeste pointer i problemanalysen.

1.3. Adult Respiratory Distress Syndrome 3 1.3 Adult Respiratory Distress Syndrome ARDS (se figur 1.1 og 1.2) også kaldet akut lungesvigt eller shocklunger, er en tilstand hvor gasudvekslingen ikke fungerer optimalt. ARDS er karakteriseret ved diffus alveolær skade, kollapsede alveoler eller konsolidering, proteinrige lungeødemer, inaktivt surfaktant og inflammation, se 1.5. Fysiologisk set sker der et tab af lungevolumen, specielt i det basale lungeafsnit og en markant ændring i lungemekanikken. Når alveolerne er kollapsede, dannes intrapulmonære shunts, hvilket medfører hyperkabni/hypoxi.[7] [9] [10] Afhængig af sværhedsgraden behandles ARDS med CPAP, ilt, RM, PEEP og mekanisk ventilation. [3] Figur 1.1: Viser hvordan ARDS ser ud på et røntgenbillede. Det ses at lungerne er hvidere i nogle områder, specielt i det basale lungeafsnit.[3] Figur 1.2: Viser hvordan en rask lunge ser ud. Bemærk at de hvide områder ikke er nær så udtalte, som på billedet med de patologiske lunger.[11] 1.3.1 Definition ALI og ARDS defineres som et syndrom med akut og vedvarende inflammation i lungerne, med øget vaskulær permeabilitet. Samtidig bliver det karakteriseret ud fra følgende [12]: 1. Akut udbrud. 2. Bilaterale infiltrater med pulmonære ødemer. 3. Ingen klinisk evidens for øget tryk i venstre arterie. 4. Forskellige grader af hypoxæmi ud fra ratioen P ao 2 /F io 2 (PF-ratio), hvilket definerer typen af lungeskade. Hvis denne ratio ligger mellem 300 mmhg og 200 mmhg, ses det som en mildere hypoxæmi, hvilket defineres som ALI. Ligger ratioen under 200 mmhg, betegnes det som svær hypoxæmi, hvilket defineres som ARDS. På denne måde kan patienter klassificeres både med tidlig ALI og ARDS. De to grupper har ca. samme mortalitetsrate. [3] [4]

4 Kapitel 1. Problemanalyse 1.3.2 Ætiologi Ætiologien bag ARDS kan være mange, typisk traumer, indånding af gift, sepsis eller anden voldsom påvirkning, se tabel 1.2. Skaderne på lungevævet kan medføre øget permeabilitet af blodkar og alveoler, hvilket udløser lungeødem. Endvidere medfølger inflammatoriske processer, der medfører surfaktanttab og besværliggør gasudvekslingen yderligere, da overfladespændingen på alveolerne mindskes. [3][13][14] Sepsis er associeret med den højeste risiko for at udvikle ARDS med 40 %. Har en patient flere disponerende faktorer, såsom pneumoni, øges risikoen væsentligt. ARDS har typisk en mortalitetsrate på 35-60 %. Størstedelen af disse dødsfald skyldes typisk sepsis eller multiorgansvigt. Fald i mortalitet de seneste år skyldes sandsynligvis bedre sepsisbehandling og bedre ventilationsstrategier med lavere tidalvolumener. [3][4] 1.3.3 Patofysiologi Der tales om to varianter af ARDS; den primære pulmonale ætiologi (ARDS p ) og den sekundære ekstrapulmonale ætiologi (ARDS e ). Studier har påvist at forløbet og patofysiologien ikke er helt den samme for de to varianter. De fremtrædende karakteristika ved ARDS p er skader intra-alveolært især på epitelet med fibrøst udflåd og konsolidering til følge. ARDS e kendetegnes typisk ved skader på det vaskulære epitel, medførende interstitielle ødemer og øgede inflammatoriske processer i blodet. På grund af patofysiologien er den ektrapulmonale ARDS e også lettere modtagelig for PEEP og RM med positiv respons til følge. [10][13][14] Årsager til ARDS/ALI Pulmonal Bakterier, svampe, vira Parasitære lungebetændelse Aspiration af mavens indhold Pulmonal kontusion Indåndingsskade Fedtemboli Ekstrapulmonal Sepsis Traume Overdosis Akut pancreatitis Kardiopulmonal bypass Tabel 1.2: Årsager til ARDS/ALI. [13][14] Patogenese ARDS er en progredierende sygdom med forskellige faser: en akut samt enten en fibrøs fase eller bedring. [3][6] Den akutte fase giver hurtigt respirationssvigt. Der kommer en reduktion af normalt lungevolumen til størrelsen på et 5-6 årigt barns [6], samtidigt med at heterogenitet i lungevævet bestående af normalt, atelektatisk og fibrøst væv, hvilket ofte kan ses på røntgenbilleder/ct-

1.3.3. Patofysiologi 5 scanninger som hvide områder, se figur 1.1. Denne lungeopbygning kan give risiko for voluog barotraumer i lungevævet enten i raske alveoler på grund af cyklisk åbning og lukning eller som stress og strain i vævsovergangene mellem raskt og fibrøst væv under vejrtrækning (se appendiks F.1 for stress og strain diskussion). [3] [6] [10]. Patologiske fund er typisk neutrofiler, makrofager, erytrocytter, hyalinmembraner, skader på kapillærerne, diffuse skader på alveolerne og brud på alveoleepitelet (figur 1.3). [3] Figur 1.3: Viser forskellen på en normal(venstre side) og en ARDS-ramt(højre side) alveole[3]. Desuden er den akutte fase af ARDS også karakteriseret ved indstrømning af proteinrig ødemvæske i luftrummet i lungerne, på grund af en øget permeabilitet af barrieren imellem alveolerne og kapillærene fra skader i det mikrovaskulære endotel og alveolære epitel, der opstår på grund af forskellige udløsende sygdomme. Graden af skaden på epitelet er en vigtig faktor for patientens udfald. Det normale alveolære epitel består af to typer celler, type I og type II. De flade type I-celler udgør 90 % af alveolernes overflade og skades nemt. De firkantede type II-celler producerer surfaktant, laver iontransport og kan vokse og differentiere sig til type I-celler ved vævsskade. De udgør de sidste 10 % af pneumocytter og er mere modstandsdygtige overfor skader. Epitelskaden har flere konsekvenser:[3]

6 Kapitel 1. Problemanalyse 1. Normalt er epitelbarrieren mindre permeabel end den endotele barriere. Det betyder at skade på epitelet gør alveolerne mindre modstandsdygtige over for væskeindtrængelse, hvorved der kommer væske ind i alveolerne. 2. Epitelskaden og skader på type II-celler, forstyrrer væsketransporten i epitelet, hvilket gør at ødemvæske ikke fjernes fra alveolerummet. 3. Skade fra inflammatoriske celler på type II-cellerne, giver mindre produktion og omsætning af surfaktant, hvilket giver lungerne lavere compliance. 4. Tab af epitel barrieren kan give septisk shock hos patienter med bakteriel pneumoni. 5. Hvis skaden på det alveolære epitelium er alvorlig kan reparationen af denne give fibrotisk væv. Neutrofiler og cytokiner kan enten udsende eller er proinflammatoriske molekyler, der bl.a. kan lede til multiorganssvigt. Inflammationerne kan skade type II-cellerne, hvilket kan bidrage til at compliance i lungerne falder, hvorved alveolerne kollapser og det giver ujævn ventilationsperfusions ratio. Forholdet imellem proinflammatoriske og antiinflammatoriske celler er vigtigt, da disse to kan ophæve hinanden i samme mængder. Cytokinerne kan blive produceret af inflammatoriske celler, epitelceller der bliver overdistenderet i lungerne eller fibroblaster. [3] Pga. de inflammatoriske cellers potentielt skadelige virkning skal disse undgås i lungerne. Af denne årsag skal ventilations inducerede lungeskader (VILI) også undgås, da inflammatoriske celler bliver dannet i tilfælde af VILI.[3] Ved nogle patienter kan ALI og ARDS forbedres af sig selv efter den akutte fase. Dette sker ofte ved ukomplicerede forløb med ARDS. Grunden til at ARDS både kan forbedres og forværres, kommer af at inflammationen på komplekse måder enten kan forøge eller forværre lungeskaden[6]. [3] Den fibrøse fase med fibrøs alveolitis indtræder typisk fem - syv dage efter at ARDS er udløst, med vedvarende hypoxæmi, øget alveolært dead space, yderligere fald i compliance i lungerne og pulmonær hypertension. Det er også observeret så tidligt som 4 dage efter den udløsende ARDS faktor. Her bliver det alveolære rum fyldt med mesenkymalceller (celler der bl.a. laver bindevæv) og deres produkter sammen med nye blodkar, hvorved der dannes kollagen og hyalinmembraner. Fibrøs alveolitis fremmes og igangsættes af proinflammatoriske celler. Patienter med fibrøs alveolitis har en øget mortalitet. [3] Forbedringer i ARDS viser sig som mindre grad af hypoxæmi og øget compliance i lungerne. Den pulmonære funktion bliver ofte normal inden for 6-12 måneder, også selv om lungerne har været fibrøse. Den højeste risiko for at udvikle dårlig lungefunktion, kommer af et forløb med alvorlig ARDS og behandling med mekanisk ventilation. [3] ARDS-lungers opbygning ARDS-lunger kan ikke ses som homogene stive lunger, men i stedet som en funktionelt lille lunge (babylunge) med næsten normal elasticitet. Dvs. babylungen har den samme specifikke vævscompliance som normalt lungevæv, hvilket resten af lungen ikke har. Derfor skal tidalvolumener også tilpasses størrelsen af babylungen. Jo mindre af lungen der er funktionel, jo større risiko er der for skadelige virkninger med mekanisk ventilation. Derfor skal patienter med forskellig compliance også behandles forskelligt. Resten af lungen kan bestå af

1.3.3. Patofysiologi 7 atelektatiske områder med kollapsede alveoler, pulmonære ødemer og evt. konsolideret væv. Dette betyder at, der er en ujævn ventilations- perfusionsratio og områder med shunt. [6] Ventilations- og perfusionsratio Den gennemsnitlige pulmonære perfusion ( Q), dvs. blodflowet til lungerne, er givet ved hjertets minutvolumen (CO). Forholdet mellem den gennemsnitlige ventilation af alveolerne og den pulmonære perfusion, V / Q, har indflydelse på lungernes evne til at udføre gasudveksling. Værdien varierer fra 0 til. Gennemsnitsværdien er 0,93 ( V =5,6L/min, Q=6L/min). Hvis lungerne ikke er ventilerede ( V =0) vil V / Q være 0. Hvis perfusionen falder mod 0, vil værdien gå mod uendelig, se figur 1.4 [15]. Det betyder at nogle områder i lungerne hos ARDS-patienter har en ventilations-perfusionsratio der går imod 0, da patofysiologien kan gøre, at der ikke kommer tiltrækkeligt ilt ned til alveolerne, der dog har normal blodforsyning. Figur 1.4: 1. Når en del af lungen ikke er ventileret er V / Q=0. 2. Under normale forhold er den gennemsnitlige V / Q = 0,93 1. 3. Når der ikke er perfusion i en del af lungen, så vil V / Q. [15] Shunt Gasudvekslingen mellem alveolerne og blodet sker ved diffusion. Evnen til at udføre gasudveksling forringes i tilfælde, 1) hvor perfusionen er nedsat f.eks. ved pulmonarinfarkt, 2) hvor alveolevæggen er fortykket og dermed skaber en diffusionsbarierre f.eks. ved pulmonar ødem og 3) hvor ventilationen af alveolen er nedsat f.eks. ved obstruktion af luftvejene eller dele heraf. En alveolær shunt er, hvor blod som ikke er blevet tilstrækkeligt arterialiseret pga. en diffusionsbarierre eller nedsat alveolær ventilation blandes med arterielt blod, se figur 1.5 [15]. Det betyder at specielt de områder i ARDS-lungerne der er enten ødematøse eller konsoliderede, da det skaber en diffusionsbarierre. Samtidig øges shunt også da patofysiologien gør at ventilationen af alveolen er nedsat, som nævnt i Ventilations- og perfusionsratio-afsnittet (tidligere i dette afsnit).

8 Kapitel 1. Problemanalyse Figur 1.5: På figuren ses følgende: 1: normal gasudveksling; 2: der kommer luft i alveolen, men ingen blodflow, hvilket skaber et funktionelt dead space; 3: en diffusionsbarrierer forhindrer gasudveksling mellem blod og indåndingsluft; 4:ingen ventilation i alveolen forhindrer gasudveksling.[15] Patienter med ARDS kan altså have områder i lungen, der er præget af en ujævn V/Q-ratio og shunt. Der kan være forskel på, hvordan de to værdier ændrer sig under en rekruttering. V/Q vil næsten altid ændre sig, da det det højere inspirationstryk giver en bedre ventilation. Afhængig af patofysiologien i lungen kan V/Q-ratioen skyldes overdistension af det raske lungevæv, hvilket vil give en midlertidig bedring i ventilationen. Der kan derimod være forskel på, hvordan shunt ændrer sig, afhængig af patientens patofysiologi. Jo mere konsolideret vævet er, jo mindre ændring vil det ses i shunt og dermed have et estimat på hvor rekrutterbare patienterne er. Desuden kan rekrutteringer give en reduktion i ødematøse alveoler, hvilket også kan associeres med en reduktion i shunt[16]. På denne måde er der opstået en hypotese fra AAU, foreslår at hvis PEEP øges og V/Q-ratioen ændrer sig, mens shunt forbliver uændret, så er patienten en non-responder, dvs. at der ikke bør udføres en RM, da ændringen i V/Q-ratioen formodes at skyldes overdistension af det raske lungevæv og uændret shunt formodes at være udtryk for at lungevævet er blevet fibrøst og dermed udgør risiko for overdistension af raskt lungevæv ved en RM. Hvis både V/Q-ratioen og shunt ændrer sig, så formodes patienten at være responder, og der kan udføres en RM.[8]

1.4. Ventilationsinduceret lungeskade 9 1.4 Ventilationsinduceret lungeskade Der findes flere former for ventilationsinduceret lungeskade (VILI), der er illustreret på figur 1.6: (A) alveolerne kan blive overdistenderet ved slutinspiration, (B) der kan dannes stress i grænsen mellem ventilerede og ikke ventilerede alveoler og (C) alveolerne kan cyclisk åbnes og lukkes under ventilationscyklussen, der medvirker til vævsskade og danner shear stress.[7] Disse tre former kan opstå på forskellige tidspunkter omkring en rekruttering. Disse vil blive behandlet i rapporten eftersom de vil kunne opstå i forbindelse med rekrutteringen.[17] Figur 1.6: Viser mulige skadesmekanismer hos patienter med ARDS. A: viser eksempel på alveole, der bliver strukket for meget ud; B: for høje tryk kan skabes på grænsen, mellem ventilerede og ikke-ventilerede områder af lungen; C: bestemte alveoler kan gentagne gange lukke og åbne, hvilket kan skabe vævsskader. [7] Studier viser, at mekanisk ventilation øger risikoen for VILI (figur 1.6) og at disse indirekte kan føre til multiorgansvigt [10]. Desuden kan de høje tidalvolumener trykskader lungerne og give øget permeabilitet og derved en øget mængde pulmonære ødemer pga. overdistension. [3] Der kan opstå stress under ventilationsinduceret lungeskade hvis alveolerne cyklisk genåbnes og kollapser under respirationen [3][10]. Normalt holdes alveolerne åbne efter endt ekspiration af det naturlige tryk, men hvis der er utilstrækkeligt med surfaktant eller surfaktantfunktion er nedsat, mindskes compliance og det naturlige tryk er ikke længere tilstrækkeligt til at holde alveolerne åbne og alveolerne kollapser. Det tryk der skal til for at de kollapsede alveoler begynder at åbnes, kaldes inflection point (P flex ), se figur 1.7.

10 Kapitel 1. Problemanalyse Figur 1.7: Tryk-volumen kurver af det respiratoriske system fra et forsøg med kaniner før (A) og efter (B) udtømning af surfaktant. Alveolerne kollapser under ekspirationen pga. utilstrækkelig surfaktant. Hældningen på kurven B ændres brat ved lavt lungevolumen og afspejler massiv åbning af lukkede enheder. P flex er det tryk, hvor alveolerne begynder at åbnes. [17] Hvis P flex ligger inden for tidalvolumet, vil alvolerne cyklisk genåbnes og kollapse, hvilket kan belaste alveolerne i en sådan grad, at eksisterende læsioner forværres og/eller yderligere læsioner påføres lungerne [17]. Strategien går ud på at undgå, at trykket i alveolerne under respirationen bliver så lavt, at de kollapser. Forsøg med ARDS-patienter har vist, at andelen af alveoler, der kollapser, kan reduceres ved at sætte PEEP over P flex. Desuden associeres PEEP også med reduktion af shunt. [17] 1.5 Lungerekrutteringskonceptet Lungevolumenrekruttering (LVR) er en manøvre, der bruges til at beskytte lungerne hos patienter med ARDS, for ikke at skade lungevævet pga. mekanismer nævnt i de overstående afsnit. LVR er en dynamisk proces, hvor kollapsede alveoler åbnes ved at øge det transpulmonære tryk. Strategien i at beskytte lungerne består i at bruge et højere PEEP-niveau og lavere tidalvolumener for at forebygge stress og strain i lungevævet. [7] [9] Nogle studier mener, at LVR kan spille en vigtig rolle i at undgå VILI, men det er ikke bevist med kliniske studier. Samtidig ved at øge lungevolumenet ved RM kan ventilationen i lungerne gøres mere homogen og derfra øge gasudvekslingen og begrænse overdistendering af raske lungeenheder. Dette er en balancegang [10]. [7] [9] Med LVR forsøges det at åbne kollapsede alveoler velvidende, at fibrøst og konsolideret væv ikke kan respondere på rekrutteringen. Generelt set kan alveolerne holdes åbne ved lavere tryk end det, der skal til for at åbne dem. Derfor foregår rekrutteringer ved at der bruges

1.5. Lungerekrutteringskonceptet 11 et periodisk højt inspiratorisk tryk, typisk 20-40 sek. med CPAP, for at åbne alveolerne. Bagefter bruges små tidalvolumener og et moderat PEEP-niveau, hvorved de rekrutterede alveoler forbliver åbne. Dermed er der skabt ekstra alveolekapacitet til gasudveksling. Et tilstrækkeligt PEEP-niveau er nødvendigt for at holde de rekrutterede alveoler åbne og stabile, ellers sker der en derekruttering. Det rigtige PEEP-niveau kan derfor være betydende for patientens udfald. [4] [7] [9] De kollapsede alveoler har forskellige trykværdier, hvor de åbnes. Selve rekrutteringen er en kontinuerlig proces, der sker igennem hele tryk-volumenkurven. Det er ikke muligt at rekruttere alle lungeenheder ved sikre tryk. Derfor skal PEEP afstemmes i forhold til hvornår der er risiko for overdistension i de områder, hvor lungevæv er normalt.[6] Der findes flere forskellige typer RM og noget tyder også på, at virkningen afhænger af hvilken type RM, der bruges. Bl.a. har det vist sig at give forskellig respons på om patienten ligger på maven eller på ryggen under rekrutteringen. [7]En type RM er 40-40-metoden, hvor PIP-trykket kommer op på 40 cmh 2 O i 40 sekunder. Dette er en af de hårdeste former for rekrutteringer. Typisk vil der ses et fald i både iltningen og i blodtrykket, da det intrathoraxiske tryk har lang tid til at påvirke kredsløbet. Samtidig påføres det inspiratoriske tryk med det samme, hvorved der ikke tjekkes løbende ved gradvist at øge trykket om patienten responderer på rekrutteringen.[app. E] Effekten ved RM Studier har vist, at patienterne får en akut bedre iltning ved en rekruttering, men der er stor forskel på, hvor længe denne iltning holder. Nogle studier tabes den bedre iltning i løbet af 15-20 minutter, hvor andre stadig havde en forbedring efter 3-6 timer. Der er dog få studier, der har set på langtidseffekten af RM. De der har haft en lang effekt, har typisk også prøvet at finde det optimale PEEP-niveau. Effekten af RM og hvor længe det holder kan afhænge af mange forskellige parametre, som alle undersøges såsom optimalt tryk og PEEP. Det er derfor typisk en balancegang imellem lungevolumen der kan rekrutteres, brugen af de rigtige tryk og risikoen for bivirkninger af RM [4]. Den inspirerede iltfraktion kan også have en effekt på hvor lang tid rekrutteringen holder. Den falder typisk hurtigt hvis patienten får 100 % ilt. [7] RM tyder dog på at have forskellig effekt afhængig af hvad der har forårsaget lungeskaderne. Nogle studier har slet ikke vist nogen effekt, fordi der dannes en varieret heterogenitet pga. de forskellige sygdomme, og hvor lang tid patienten har haft ARDS.[7] Patienter med mindre svær sygdom har naturligt nok også færre lungeenheder, der kan rekrutteres [4]. Netop den tid patienten har haft ARDS ser ud til at være en vigtig faktor på hvor god responsen på RM er hos den enkelte patient. Responsen er bedre inden for de første 72 timer, end senere, typisk fordi lungerne bliver fibrøse. Desuden tyder det også på, at ARDS p giver en lavere responsrate på RM end ARDS e (for den fysiologiske forklaring se afsnit 1.3). Patienter med pneumoni har typisk en mere begrænset mængde rekrutterbart lungevæv og det højere tryk vil måske oppuste det normale lungevæv i stedet for at rekruttere sammenklappede alveoler pga. konsolideringer. [7] PEEP kan reducere antallet af atelektatiske eller ødematøse alveoler ved slutekspiration. Derfor er ARDS e også nemmere at rekruttere da deres lungepatofysiologi er mere præget af ødem[16]. RM kan blive begrænset af brystvæggens compliance. Hvis denne er lav, vil der komme et

12 Kapitel 1. Problemanalyse generelt øget tryk, da brystvæggen ikke har den elasticitet, den normalt har. [7] Det vides ikke hvor ofte det er nødvendigt at lave rekrutteringer på den samme patient, men det menes at komme an på patientens sygdom, PEEP-niveauet og procedurer såsom opsugning af slim fra trachea, da dette kan kollapse alveoler pga. sugningstrykket. [7] Vurdering af effekten Effekten af rekrutteringens virkning kan vurderes ud fra gasudvekslingsindikatorer eller fysiologiske parametre såsom compliance i lungerne. P ao 2 anses som den mest brugte parameter til at sætte PEEP i klinikken, da PEEP forbedrer iltningen i lungerne. Derfor bruges P ao 2 også som indikator for rekruttering. Det kan ikke bruges som en enkeltstående parameter til at forudsige effekten af rekrutteringen, da der kan ses en forbedret iltning ved overdistension af lungevævet.[10] Derfor bruges P aco 2 også til at vurdere om rekrutteringen virker. En forbedret iltning og fald i P aco 2 indikerer rekruttering. Tryk kan omdirigere blod flowet og forbedre iltningen, når der ikke rekrutteres, men dette vil ikke give en reduktion i P aco 2, så det er nødvendigt at se et fald i P aco 2. [7] Desuden er compliance også vigtig i vurderingen af rekrutterbarhed, da dette, som nævnt i ARDS-afsnittet 1.3, er et udtryk for hvor stor en del af lungen, der fungerer normalt. Derfor skal compliance ved et positivt respons på en rekruttering stige, da dette er et udtryk en større del af lungen er normalt funktionelt. [6] Der er typisk overdistension i alveolerne, hvis P aco 2 øges, og compliance i det respiratoriske system falder efter rekrutteringen.[18] Fan et al [4] har vist at patienter med en lav baseline compliance (under 30 ml/cmh 2 O) i det respiratoriske system fik en bedre iltning af rekrutteringen. Patienter der havde en høj compliance (over 30 ml/cmh 2 O) havde en bedre iltningseffekt af RM. Grunden til at patienterne med lav baseline compliance i det respiratoriske system ikke oplevede en forbedring er sandsynligvis, at det var en gruppe af patienter, hvor lungevævet ikke var let rekrutterbart, da lav baseline compliance er et udtryk for en lille babylunge, hvorved der er større risiko end belønning ved at rekruttere. Gattinoni et al [9] har prøvet inden en rekruttering at lave et estimat af hvor god en rekruttering ville være ud fra respiratoriske parametre såsom skift i PF-ratio, P aco 2, procenten af alveolært dead space og compliance i det respiratoriske system. En stigning i PF-ratio, fald i P aco 2 eller det alveolære dead space, eller en stigning i compliance i det respiratoriske system kan defineres som et positivt respons på RM og omvendt. Denne metode havde kun en sensitivitet på 71% og en specificitet på 59%. Så det er ikke nemt at vurdere om patienterne er rekrutterbare inden en rekruttering foretages, på baggrund af de respiratoriske parametre, men det kan give et estimat. Det menes at forbedringerne i respirationsfysiologien, der måles med de kliniske respirationsvariable, relaterer til funktionel rekruttering af lungevæv, dvs. en forbedring i den generelle ventilation-perfusionsratio. Dette hænger ikke nødvendigvis fuldt sammen med den anatomiske rekruttering, hvilket er andelen af alveoler, der er blevet rekrutteret [9]. Hvis der måles V/Q og shunt, vil der også måles en funktionel rekruttering af lungevæv. Risici ved RM Fan et al [4] har undersøgt de typiske fysiologiske bivirkninger af RM. Det var typisk transient hypotension (12 %) og desaturation af ilt (8 %) og arytmier (1 %). Der kan

1.5. Lungerekrutteringskonceptet 13 også forekomme meget alvorlige bivirkninger såsom barotraumer (f.eks. såsom pneumomediastinum (luftansamling i det løse bindevæv i brysthulerummet mellem lungerne[19]) og pneumothorax (tilstedeværelse af luft i pleurahulen[19])) (1 %). Kun en procent af patienterne måtte stoppe RM pga. bivirkninger i en undersøgelse med 1200 patienter. Det understreges at selv om risikoen og følgerne af bivirkninger generelt kan tolereres, så kan det være forskellige fra patient til patient. Selv transiente fysiologiske ændringer kan være betydelige ved kritisk syge patienter.[4] Risiko: Overdistension Typisk tolererer normale lunger langvarig mekanisk ventilation ved fysiologiske tidalvolumener og lave niveauer af PEEP, men for patienter med anormale lunger pga. lungeskade kan mekanisk ventilation resultere i eksacerbation af skaden ved regional overinflation som følge af ulige distribution af ventilationen, hvis tidalvolumenet bevares. Dette kan undgås ved at reducere tidalvolumenet, se figur 1.8.[17] Figur 1.8: Procentdel af patienter med ARDS, hvis slut inspiratorisk tryk oversteg UIP som funktion af tidalvolumenet under ventilation med PEEP sat til LIP. For at holde ventilationen på den lineære del af tryk-volumen kurven, dvs. mellem LIP og UIP, krævede for alle patienter at tidalvolumenet blev reduceret til 5,5 ml/kg [17]. Dette sker bl.a. da de PEEP-niveauer, der bruges, lægger bundniveauet for hvor lavt trykket i lungerne bliver. Da bundtrykket hæves, flyttes toptrykket (PIP) også længere op. Det nye toptryk ligger på PIP + PEEP, og det er det nye PIP-niveau, der kan være med til at give overdistension af alveolerne. [20] Det meste af ventilationen kan være distribueret ud i rekrutterbare og raske enheder. Hvis V t overstiger den forventede lungekapacitet, der skulle opstå ved en rekruttering, pga. patienten ikke var responder, vil der ske en overdistension af de raske lungeenheder. Overdistensionen kan medføre lungeskade samt lungeødem og øge hastigheden af ødemdannelsen. Desuden kan der også ske ødelæggelse af det raske og rekrutterbare væv og derved skabe en ond cirkel, hvor det resterende lungevæv gradvist fyldes med væske eller nedbrydes i en positiv feedback løkke.[17]

14 Kapitel 1. Problemanalyse I de atelektatiske områder, hvor lungen består af kollapsede eller fibrøse alveoler kan der opstå en anden form for mekanisk stress. Den type stress består af spændinger ved overgangene imellem iltede og ikke-iltede områder. Ved flere højtryksoppustninger kan der dannes skadende shearkræfter i disse overgangsområder [App. F.1]. Hvis dette stress overstiger det maksimale stress, collagen kan holde til (bristepunktet), vil der opstå et barotraume, typisk i form af pneumothorax. Når der opstår strain uden at nå det fysiologiske bristepunkt, tales der om et volutraume. Ved volutraumer bliver vævet udstrukket, hvilket aktiverer mekanosensorerne, som producerer cytokiner og der opstår inflammationer. Det kan være med til at ødelægge epitelet og endotelet i lungerne, lave inflammatorisk skade på cellerne og eventuelt forværre graden af ARDS.[6] [7] At begrænse VILI er derfor et sammenspil mellem at vælge det rigtige niveau for Vt og PEEP for at undgå, at det slut inspiratoriske volumen overskrider grænsen.[17] Det har vist sig, at mortaliteten hos patienter med ALI og ARDS bliver lavere ved at bruge mindre tidalvolumener [6], hvilket indikerer at nogle dødsfald er direkte relaterede til lungeskader under mekanisk ventilation [3] [4]. PEEP-niveauet har dog ikke vist en yderligere forbedring af mortaliteten. [7] [9] Risiko: Multiorgansvigt Der også studier, som viser, at VILI kan føre til multiorgansvigt[21]. Dette fremkommer ved en mekanisme, som kaldes biotrauma. Dette er kendetegnet ved at mekanisk tryk, fremkommet af mekanisk ventilation, påvirker de cellulære og molekylære processer i lungerne, hvilket forøger produktionen af cytokiner (der virker proinflamatorisk) i lungerne, hvilket forværrer lungeskaden[21][22]. Denne inflammatoriske proces begrænser sig ikke kun til lungerne, men berører også det systemiske kredsløb, hvilket kan føre til multiorgansvigt, som er den hyppigste dødsårsag hos patienter med ARDS[22], se desuden figur 1.3. En anden årsag til udviklingen af multiorgansvigt i forbindelse med overtryk ved mekanisk ventilation, kan være at bakterier bliver ført over i blodbanen[21]. Denne hypotese er blevet bekræftet ved forsøg på dyr[21]. Desuden kan der overføres proapoptosiske faktorer til det systemiske kredsløb, hvilket fører til celledød[21]. Risiko: Nedsat cardiac output PEEP kan være med til at nedsætte CO, og derved udligne de positive effekter ved rekrutteringen. Det er ikke nemt at forudsige de hæmodynamiske bivirkninger ved brug af PEEP, men det er observeret, at de typisk forekommer hos patienter med lavt fyldningstryk i venstre ventrikel.[23] Under en rekruttering kan der komme et større intrathoratisk tryk (ITP), hvilket kan give et fald i det venøse tilbageløb i thorax, hvorved CO bliver reduceret. ITP er ikke et bestemt tryk, men består af mange forskellige slags tryk i thorax (eksempelvis esophagus, pleura og pericardiet). Hjertet kan derfor ses som en slags trykkammer i et trykkammer. Dette er grunden til, at der kommer interaktion imellem hjerte og lunger. Hvis der ændres på trykket i thorax, vil dette påvirke pericardiet og dermed hjertet bl.a. i form af tryk på vener, arterier og ventrikler. Derfor vil denne interaktion også foregå ved patienter under mekanisk ventilation, da inspirationstrykket og PEEP kan være med til at ændre ITP.[18] Dermed kan de hæmodynamiske effekter af PEEP afspejles i et reduceret CO, hvorved der ikke kommer nok ilt rundt i kroppen, hvilket bl.a. vil afspejle sig i et fald i iltningen. [App. E]

1.5. Lungerekrutteringskonceptet 15 Hypotension kommer også af, at det transiente høje tryk i thorax og en deraf følgende reduktion i det venøse tilbageløb giver et lavere CO. Dette ses typisk ved patienter med lav brystvægscompliance og begrænsede iltningsrespons på rekrutteringen. Hypotensionen kan også være et tegn på hypovolæmi. Undersøgelser har vist, at patienter med hypovolæmi har højere risiko for reduktion af CO under PEEP og mekanisk ventilation. Dette skyldes først og fremmest, at især superior vena cava er mere sammenklappelige under hypovolæmi.[4] [7] [24] Ved overdistension kommer der også et øget tryk i thorax og derved vil det venøse tilbageløb også falde. [24][25] Normalt måles der ikke CO, på en almen intensiv afdeling. I stedet kan MAP bruges som surrogat for CO. Forudsat at det antages at den vaskulære modstand i det perifære system er den samme i de 40 sekunder rekrutteringen foregår. Så når blodtrykket falder, er det et godt tegn på at CO falder. [App. D] Risiko: Pneumothorax Pneumothorax kan være specielt farlig for patienterne, da der kan forekomme en forskydning af hjertestammen. Det kan betyde, at de store fyldningskar bliver knækket af, hvilket resulterer i, at der ikke kommer noget blodvolumen til hjertet, som kan pumpes ud i kroppen. Derfor er det vigtigt at kunne detektere pneumothorax under RM. Det kan typisk detekteres ved en lavere iltning og et fald i blodtryk efter rekrutteringen, som begge er tegn på at CO er faldet, hvilket kan have relationer til problemer med kredsløbet. Samtidig vil fald i disse to parametre give anledning til mistanke om, at der er noget galt, for der vil normalt forventes en bedre iltning under og efter en rekruttering. [App. D] Når der laves en RM på en patient er det vigtigt, at denne ikke kæmper imod respiratoren. Dette kan medføre en uønsket forøgelse af PIP og dermed give skader på lungevævet. Derfor skal en patient som minimum være dybt sederet under en RM, således patienterne kan følge respiratoren. Det kan i nogle tilfælde også være nødvendigt at give muskelrelaksans af samme årsag. Patienter der har brug for en rekruttering er meget syge og har typisk brug for en F io 2 på over 50%. Patienter med så høj en iltfraktion er ofte dybt sederede. Der kan dog ligge et faremoment, hvis patienterne kun er sederede, da de kan begynde at arbejde imod respiratoren. Derfor vil det være nødvendigt at lave overvågning af PIP, da der er en stor risiko for, at patienter får pneumothorax, hvis PIP kommer op på 50 cmh 2 O. [App. D] Ved at benytte RM forsøger det kliniske personale at rekruttere alveoler, der ikke bidrog til gasudvekslingen. Ved at forsøge at rekruttere disse, er der dog forbundet en række riscisi, der er beskrevet ovenfor. For at minimere incidensen af disse, og dermed øge patientens sikkerhed, vil en metode til bestemmelse af, hvorvidt patienten vil have gavn af en RM eller ej, være nyttig. I det følgende kommer en beskrivelse af et system, ALPE, der kan estimere shunt og ventilations/perfusions forholdet. Disse parametre kan, som nævnt ovenfor, give et estimat af lungens funktionalitet og kan derfor benyttes til at vurdere, hvorvidt en RM har haft den ønskelige effekt. Disse parametre benyttes i forsøget, der forklares i afsnit 1.7.

16 Kapitel 1. Problemanalyse 1.6 ALPE ALPE (Automatic Lung Parameter Estimation) er et system der automatisk estimerer lungeparametre indenfor en periode på 10-15 minutter[26]. Dette gøres ved hjælp af matematiske modeller, som på baggrund af opsamlede værdier estimerer værdier for parametrene shunt og ventilations/perfusions mismatch.[26] For at udregne dette bliver fraktionen af den inspirerede O 2 ændret 4-6 gange, hvor der bliver foretaget målinger af ventilationen og arterielle blodgasværdier ved hvert trin.[26] Systemet består af en ventilator, et gasanalyseapparat, samt en computer og kan både bruges hos patienter, der kan respirere uden hjælp og hos patienter der ventileres mekanisk[26]. Gasanalyse apparatet opsamler værdier for fraktion af inspireret oxygen (F I O 2 ), end tidal oxygen fraktion (F E O 2 ), end tidal kuldioxid fraktion (F E CO 2 ) og respirations frekvensen. Puls og SpO 2 måles af et pulsoximeter, placeret på patientens finger. Disse værdier bliver, sammen med tidal volumener for inspiration og eksspiration, sendt kontinuerligt til computeren under undersøgelsen[26]. Klinikeren kan på computerskærmen (se figur 1.9) se de forskellige værdier. Figur 1.9: Brugergrænsefladen i ALPE. I øverste venstre hjørne, kan brugeren se den inspirerede mængde O 2, samt eksspireret CO 2 og O 2. I øverste højre hjørne kan pulsen og SpO 2 ses. I nederste venstre hjørne ses tidal volumenerne, samt respirationsfrekvensen. I nederste højre hjørne vises det totale volumen inspireret og eksspireret. Den nederste del viser resultaterne af undersøgelsen i tabelform og på grafisk form.[26] En undersøgelse fungerer ved, at der gives en ønsket mængde ilt (F I O 2 ) til patienten. Herefter sættes F I O 2 til et nyt niveau og der ventes på, at patientens ilt bliver stabiliseret. Dette tager typisk 2-5 minutter[26]. Når dette er opnået tages en måling og følgende værdier bliver gemt i systemet: F I O 2, F E O 2, F E CO 2, S P O 2, puls, respirationsfrekvensen, eksspireret tidalvolumen og eksspireret V O 2, plus tiden siden sidste måling. Dette gentages 4-6 gange.[26]