Ventilation und Atemmechanik bei Säuglingen und Kleinkindern unter Narkosebedingungen PDF
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Anaesthesiology and Resuscitation Anaesthesiologie und Wiederbelebung Anesthesiologie et Reanimation 24 Editores Prof. Dr. R. Frey, Mainz . Dr. F. Kern, St. Gallen Prof. Dr. O. Mayrhofer, Wien J. Wawersik Ventilation und Atemmechanik bei Sauglingen und Kleinkindern unter Narkosebedingungen Mit 84 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1967 Priv.-Doz. Dr. med. JURGEN WAWERSIK Abteilung flir Anaesthesiologie (Vorstand: Prof. Dr. O.H.JusT) an der Chirurgischen Univ.-Klinik (Direktor: Prof. Dr. F. LINDER) Heidelberg AIle Rechte, insbesondere das der "Obersetzung in fremde Sprachen, vorbehalten. Ohne aus driickliche Genehmigung des Verlages ist es auch nicht gestattet, dieses Buch oder Teile dar aus auf photomechanischem Wege (Photokopie, Mikrokopie) oder auf andere Art zu verviel faItigen. © by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1967. Library of Congress Catalog Card Number 67 - 30540 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinn der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung a1s frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden diirfen Titel Nr. 7494 ISBN-13: 978-3-540-03720-0 e-ISBN-13: 978-3-642-48194-9 DOl: 10.1007/978-3-642-48194-9 Ge1eitwort Die Etablierung der Anaesthesiologie als selbstandiges klinisches Spe zialfach war au13erordentlich befruchtend fUr die operative Medizin. Es wurden dadurch nicht nur Routine-Operationen gefahrloser fiir den Pati enten, sondern auch neue operative Moglichkeiten erschlossen. Besonders eindrucksvoH ist dieser Fortschritt bei Patienten in extremen Altersgruppen, also bei Greisen oder bei Sauglingen, Neugeborenen und Friihgeburten. Bei der letztgenannten Gruppe bestehen aber infolge der Kleinheit der anatomischen Verhiiltnisse bis heute beziiglich der Atmung keine klaren physiologischen V orsteHungen und hinsichtlich der Beatmung noch zahl reiche technische Probleme. So herrschen nach wie vor Meinungsverschie denheiten iiber die Eignung verschiedener Spezialgerate fiir Kindernarkosen beziiglich Totraum und Widerstand. Weiterhin gibt es in bestimmten Grenzen Unterschiede zwischen den verschiedenen Narkoseventilen und Endotrachealkathetern, was durch entsprechende Messungen vielfach nach gewiesen ist, In der vorliegenden Monographie versucht der Verfasser, Priv.-Doz. Dr. W A WERSIK, iiber vergleichende Messungen hinaus Anhaltspunkte fiir die zumutbaren Grenzen von apparativen Totraum- und Widerstandsver anderungen zu linden. Urn den apparativen Totraum mit der kindlichen Ventilations reserve vergleichen zu konnen, muBte bekannt sein, wie sich die Spontanatmung unter den iiblichen Narkosebedingungen verhalt. Da hieriiber keine systematischen Untersuchungen vorlagen, wurde bei einer groBeren Anzahl von Kindern, yom Neugeborenen bis zum 6. Lebensjahr, im Toleranzstadium von Lachgas-Sauerstoff-Halothan-Narkosen Atem frequenz, Atemhubvolumen, Atemminutenvolumen, sowie maximale inspiratorische und exspiratorische Atemstromstarke gemessen. Diese Ventilationsmessungen haben ergeben, daB ein wesentlicher Unterschied zwischen Sauglingen und Kleinkindern besteht und fiihren zu der prakti schen Konsequenz, daB fiir Sauglinge nur halboffene Narkosesysteme ver wendet werden soHen. Dabei wird narnlich der Totraum durch den iiber schiissigen Frischgaszufuhrstrom standig durchspiilt und so eine alveolare Hypoventilation verhindert. Fiir Kinder jenseits des 3. Lebensjahres ist es dagegen auf Grund der vorliegenden Ergebnisse ohne weiteres moglich, bereits Kreissysteme zu verwenden, die primar nur fUr Erwachsene gedacht sind. 1m 2. Teil des Buches beschiiftigt sich der Autor mit der Atemarbeit. Urn eine Aussage iiber die Zumutbarkeit der apparativen Atemarbeit zu machen, muBte wiederum erst bekannt sein, in welchem Bereich die normale Arbeits leistung der Atemmuskulatur bei ungestorter Spontanatmung liegt. Zu diesem Zwecke wurde bei einer groBen Anzahl von Kindern mittels Oeso phagusdruck und Pneumotachogramm die Atemarbeit unter Spontan- VI Geleitwort atmung gemessen. Bei altersentsprechender Anwendung der Narkoseaus rustung liegen die apparativen Widerstande durchaus im zumutbaren Be reich. Es kommt also lediglich darauf an, fUr das jeweilige Alter adaequate Ansatzstucke und Endotrachealkatheter zu verwenden, wie die weiteren diesbezuglichen Untersuchungen ergeben haben. AbschlieBend unternimmt der Verfasser den Versuch, die Atemarbeit nur auf das Ventilationsvolumen und die gesamte Druckamplitude im Oesophagus zu beziehen. Durch die Konstruktion von 2 Nomogrammen wurde diese Methode vereinfacht, dadurch ist jetzt nur die Kenntnis der Druckamplitude und des Atemminutenvolumens notwendig. Das bedeutet aber fUr die Praxis, daB man sich auch ohne komplizierte Apparate uber die Widerstandsverhaltnisse des Thoraxlungensystems informieren kann. Dem Autor ist es gelungen, durch eingehende Beherrschung der Ver fahren und mit groBem Zeitaufwand und FleiB wesentliche Erkenntnisse fUr die praktische Anaesthesie bei Sauglingen und Kleinkindern zu gewin nen. Diese sind von entscheidender klinischer Bedeutung, und jeder prak tisch tatige Anaesthesist, Pulmologe, Padiater und Kinderchirurg soUte sich deshalb mit diesen Untersuchungsergebnissen auseinandersetzen. Heidelberg, Mai 1967 O. H. JUST Vorwort Spezielle Probleme der kunstlichen Beatmung sowie der Intubations narkose haben in den letzten Jahren die Atemmechanik mehr und mehr auch in den Blickpunkt des Anaesthesisten geruckt. GroBe Aufmerksam keit hat man in diesem Zusammenhang unter anderem der Atemarbeit zu gewendet, die den Energieumsatz bei schwerkranken Patienten in hohem MaBe belasten solI. Wahrend fur Erwachsene gewisse Befunde vorliegen, die diese Ansicht erhiirten, scheinen bislang bei Sauglingen und Klein kindero unter dies em Aspekt keine systematischen Untersuchungen durch gefuhrt worden zu sein. Daruberhinaus befinden sich andere, vorwiegend apparativ-technische Fragen der Kinderanaesthesie nach wie vor in Dis kussion, deren endgultige Klarung nur von einer gleichzeitigen Messung des Gaswechsels, der auBeren Ventilation und der Atemmechanik erwartet werden kann. Die mit dieser Schrift vorgelegten Befunde sollen hierzu einen Beitrag liefero. Die notwendigen Mittel zur Durchfuhrung der Untersuchungen wur den dankenswerterweise von der Deutschen Forschungsgemeinschaft zur Verfugung gestellt. Besonderen Dank schulde ich meinen klinischen Lehrero, Herro Prof. Dr. O. H. Just und Herro Prof. Dr. F. Linder, ohne deren wohlwollende Forderung diese Arbeit nicht hatte entstehen konnen. In gleicher Weise fuhle ich rnich Herro Prof. Dr. W. Ch. Hecker und seinen Mitarbeitero verpflichtet, die wahrend der praktischen Messungen manche Verzogerung und Unbequemlichkeit im Ablauf des Operationsprogrammes bereitwillig und verstandnisvoll auf sich genommen haben. Herro Priv. Doz. Dr. H. Imrnich verdanke ich wertvolle Hinweise fUr die statistische Bearbeitung der Befunde. Nicht zuletzt seien Frau R. Schumacher fur ihre technische Assistenz, Fraulein A. Straub fUr ihre Unterstutzung bei der Bibliographie sowie Frau J. Matthes und Herro H. Kramer fUr die Mithilfe bei der Herstellung der Abbildungen auch an dieser Stelle noch einmal herzlichst bedankt. Heidelberg, Mai 1967 J. WAWERSIK Inhaltsverzeichnis I. Theoretische Grundlagen 1. Einleitung . . . . . . 1 2. Verdriingungsarbeit eines Kolbenhubes und deren Bestimmung aus Druck und Stromstiirke im Fall nicht periodischer Volumenbewegung 3 3. Die Bestimmung der Verdrangungsarbeit im Fall periodischer Volu- menbewegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 a) Arbeit gegen Reibungswiderstiinde (viskose Widerstiinde) . .. 7 b) Arbeit gegen elastische Widerstande . • . . . . . . . . . .. 9 c) Arbeit bei Superposition von elastischen und viskosen Widerstanden 12 4. Die Bestimmung der Atemarbeit am Patienten mittels Oesophagus druckmessung und Pneumotachographie. . . . . . . . . . .. 14 5. Die Interpolation der Atemarbeit aus Druck und Stromstarke unter Vernachlassigung von Phasenbeziehungen . . . . . . . . . . . 19 a) Direkte Interpolation der Atemarbeit tiber den Druck . . . . . 19 b) Die Bestimmung von Dehnbarkeit und Reibungswiderstanden des Thorax-Lungen-Systems mit tiblichen Methoden . . . . . . . 23 c) Die indirekte Interpolation der Atemarbeit tiber einen mittleren Widerstand . . . . . . . . . . . 29 Zusammenfassung 40 Summary . . . . . . . 41 II. Methodische Grundlagen 1. Fragestellung. . . . . 43 2. Druckmessung im Oesophagus und Terminologie zur Beschreibung atemmechanischer Befunde. ........ . . 44 3. Pneumotachographie zur Messung der Ventilation . 46 4. Me13situation unter Narkosebedingungen. . . . . 47 5. Zusammensetzung des untersuchten Kollektivs und statistische Bear- beitung der Befunde . . . . . . .. ............ 50 III. Ventilation 1. Einleitung 54 2. Eigene Befunde . 56 3. Besprechung . . 60 x Inhaltsverzeichnis Zusammenfassung . 77 Summary ..• 79 IV. Atemmechanik 1. Einleitung . 81 2. Eigene Befunde . 85 3. Besprechung . • 90 4. Atemarbeit gegen apparative Widerstande 117 Zusammenfassung. 132 Summary 134 V. Anhang Zusammenfassung der eigenen Befunde in Doppelleitertafeln. . . . . 136 VI. Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 I. Theoretische Grundlagen 1. Einleitung Das Ziel atemmechanischer Untersuchungen ist die Bestimmung von Dehnbarkeit und Reibungswiderstanden des Thorax-Lungen-Systems sowie die Ermittlung von Atemarbeit und Energieumsatz der Atem muskulatur. Solche Untersuchungen sind in groBerem Rahmen erst moglich geworden, nachdem man entdeckt hatte, daB der Pleuradruck auf einfache Weise im Oesophagus gemessen werden kann (CRANE et al. 1956, BUYTENDI]K 1949, DORNHORST u. LEATHART 1952, FRY et al. 1952, MEAD et al. 1955a, PETIT u. MILIC-EMILI 1958, SCHILDER et al. 1959, CHERNIACK et al. 1955, KNOWLES et al. 1959). Die auf die Oesophagusdruckmessung gegriindete Untersuchungs technik sowie die allgemeine Terminologie sind heute weitgehend standardi siert (WIRZ 1923, NEERGARD u. WIRZ 1927a, b, MEAD 1961, FENN 1951, ROSSlER et al. 1958, AVERY 1964, BATES u. CHRISTIE 1964, COMROE et al. 1964, HAMM 1960a, b, SCHERRER et al. 1957, KARLBERG et al. 1960, KRIE GER 1963) und die normalen Variationsbreiten fUr MeBwerte der mechani schen Eigenschaften des Thorax-Lungen-Systems sind sowohl bei Erwach senen wie bei Kindem groBenordnungsmaBig bekannt (BATES u. CHRISTIE 1964, AVERY 1964, BRISCOE u. DUBOIS 1958, BUTLER et al. 1957, BUHLMANN u. BEHN 1957, MEAD u. WHITTENBERGER 1953, HELLIESEN et al. 1958, KARLBERG et al. 1954, 1955, KARLBERG u. KOCH 1962, KARLBERG et al. 1960, POLGAR 1961, DRORBAUGH et al. 1963, DAYMANN 1951, CHU et al. 1964, COOK et al. 1957, 1958, ATTINGER et al. 1956, ATTINGER u. SEGAL 1959, McILROY u. TOMLINSON 1954, SWYER et al. 1960). Auch unter pathologischen Bedingungen wurden die Veranderungen von Dehnbarkeit und Reibungswiderstanden untersucht (ATTINGER 1960, BONDURANT et al. 1960, 1957, ZEILHOFER 1960, CRAIG 1961, KARLBERG et al. 1954, JAMES 1959, DON u. ROBsON 1965, GOLD u. HELRICH 1965, SECHZER 1958, ULMER et al. 1966, CHRISTIE 1934, MARSHALL u. CHRISTIE 1954, MARSHALL u. DUBOIS 1956, ROSSlER u. BUHLMANN 1959, NISELL et al. 1958, MEAD et al. 1955b, HAMM u. FABEL 1961). Die Kenntnis atemmechanischer Funktionswerte bedeutet nicht nur eine Erweiterung der diagnostischen Moglichkeiten, sondem erlaubt in zahl reichen Fallen auch eine bessere Indikationsstellung und kritische Erfolgs beurteilung therapeutischer MaBnahmen. 1 Anaesthesiologie und Wiederbelebung, Band 24, Atemmechanik 2 Theoretische Grundlagen Trotzdem hat sich die routinemiillige Untersuchung der Atemmechanik bisher nicht in dem MaBe durchgesetzt, wie das auf Grund der vielfaltigen Beriihrungspunkte mit klinischen Problemen zu erwarten ware. Das mag unter anderem daran liegen, daB die Untersuchung an das V orhandensein relativ teurer MeBinstrumente gebunden ist, deren Hand habung nicht einfach ist. Wesentliche MeBgroBen werden auf indirektem Wege gemessen - zum Beispiel die Atemstromstarke iiber einen Differenz druck (pneumotachographie) oder Volumenanderungen iiber Druck anderungen (Pletysmographie). - So lassen sich nur bei subtilster Kalibrie rung und standiger 'Oberpriifung des MeBvorganges apparative Fehler vermeiden. Es kommt hinzu, daB in schwierigen klinischen Situationen gerade dann, wenn atemmechanische Probleme auf der Hand liegen, die Durch fiihrung entsprechender Untersuchungen zu umstandlich erscheint oder mit Belastungen verbunden ist, die dem Patienten nicht zugemutet werden konnen. Das gilt zum Beispiel flir Thoraxtraumen, postoperative respirato rische Storungen nach intrathorakalen Eingriffen oder Widerstandsveran derungen des Thorax-Lungen-Systems bei langerer kiinstlicher Beatmung oder unter Narkosebedingungen. Andererseits ist gerade in diesen Fiillen ohnehin ein groBer technischer Aufwand notwendig, um vitale Funktionen zu iiberwachen oder aufrecht zu erhalten. In diesem Rahmen sollte deshalb die apparative Ausriistung keine Rolle spielen. Aber die Durchfiihrung der Untersuchung miiBte methodisch einfach sein und die registrierten GroBen sollten moglichst direkt zu informativen MeBergebnissen fiihren. Aus diesen Griinden ist mehrfach der Versuch gemacht worden, die Technik atemmechanischer Untersuchungen durch Simplifizierung oder Automatisierung der Kurvenauswertung zu vereinfachen (COOK et al. 1957, McILROY u. ELDRIDGE 1958, KRIEGER 1963, ARNOTT et al. 1954, DUBOIS u. Ross 1951, ENGSTROM u. NORLANDER 1962, MEAD u. WHITTENBERGER 1953, KARLBERG et al. 1960, OSTEN 1963, NISELL u. EHRNER 1956). Eine dieser Losungen stammt von McILROY (COOK et al. 1957). Danach laBt sich die Atemarbeit aus dem Atemminutenvolumen und der Druckamplitude, die wiihrend eines Atemhubes auft ritt, berechnen. Auf Grund empirischer Vberlegungen solI die Beziehung gelten: A/min = 0,6 . LIp· AMV . (1) Dabei ist A/min = Atemarbeit pro Minute, AMV = Atemminutenvolumen, AP = Druckdifferenz zwischen Maximum und Minimum der Oesophagus druckkurve. Obwohl die Benutzung dieser Formel zu Ergebnissen fiihrt, die sehr gut mit den Resultaten der iiblichen systematischen Auswertungsmethoden (Atem-
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