LA MISURA DELLA FUNZIONE RESPIRATORIA
Corso teorico – pratico
Modulo II°
OLTRE LA SPIROMETRIA
Torino, 5 ottobre 2013
LA MISURA DEI GAS
RESPIRATORI
Emanuele Isnardi
S.C. PNEUMOLOGIA
Lab. Fisiopatologia Respiratoria
[email protected]
L’EGA è il test standard di riferimento
per la misura dei gas ematici
L’importanza di risultati accurati
“L’analisi dei gas ematici e del pH ha maggiore
immediatezza ed impatto potenziale sulla cura del
paziente di ogni altra misura di laboratorio”.
“Nell’emogasanalisi un risultato non corretto
può essere più deleterio per il paziente della
mancanza di risultati.”
NCCLS: National Committee for Clinical Laboratory Standards
NCCLS Documento C27-A. Norme approvate, Aprile 1993
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
retrospettiv
o
Frequenza
errori
ND
0.11%
dei
pazienti
0.47%
dei test
0.61%
dei test
ND
Fase preanalitica
53%
55.6%
68.2%
75%
71%
Fase
analitica
23%
13.3%
13.3%
16%
18%
Fase postanalitica
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
Preparazione prima del prelievo
Prelievo
Conservazione
Trasferimento del
campione all’analizzatore
Errori più comuni nella fase preanalitica
Prima del prelievo
Prelievo
Conservazione
Prima del
trasferimento
• Campione quantitativamente scarso
• Eliminazione inadeguata della soluzione di lavaggio nel
catetere prima del prelievo
• Mix di sangue venoso ed arterioso
• Bolle d’aria nel campione
• Conservazione impropria del campione
• Emolisi delle cellule ematiche
• Miscelazione impropria del campione prima dell’analisi
• Mancata eliminazione dei coaguli dalla punta della siringa
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.
Mix di sangue venoso ed arterioso
Vena
Arteria
Inserendo l’ago in arteria si deve prestare attenzione a
non mescolare sangue venoso ed arterioso
Ciò può accadere, per esempio se, prima di trovare
l’arteria, si punge una vena.
Bolle d’aria
Dopo aver aspirato il campione
ogni eventuale bolla d’aria deve
essere espulsa prima di miscelare
campione ed eparina
L’effetto della bolla d’aria dipenderà da:
• Dimensioni della bolla rispetto al volume del campione
• Stato di ossigenazione iniziale del campione
• Condizioni di conservazione
Effetto su PO2
Volume relativo della bolla d’aria
• Tempo tra prelievo e analisi
• Temperatura
• Tempo di miscelazione
Miscelazione inadeguata del campione
• misura non accurata dell’Hb da
campione non omogeneo
• formazione di coaguli
plasma
cellule ematiche
• Subito dopo il prelievo, ha inizio il processo di separazione tra plasma e parte
corpuscolata
• Il tempo di sedimentazione varia da paziente a paziente. In alcuni pazienti è
estremamente veloce.
Metabolismo
Le variazioni dipendono da:
•
•
•
•
numero di cellule ematiche
temperatura
tempo di conservazione
PO2 iniziale
• temperatura / PCO2 / 2,3-difosfoglicerato
• pH
T
AUMENTO DELL’AFFINITA’
(Spostamento della curva a sinistra)
• temperatura / PCO2 / 2,3-difosfoglicerato
• pH
Sx: AUMENTO
AFFINITA’
Dx: RIDUZIONE
AFFINITA’
RIDUZIONE DELL’AFFINITA’
(Spostamento della curva a destra)
pH
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)
Conservare il campione alla temperatura
di (0 - 4°C) rallenta il metabolismo
oC
40
35
30
Temperatura ambiente
25
20
15
10
Ghiaccio fondente
5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
minuti
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
il metabolismo
effetti determinati dalla porosità della parete
(la direzione sarà dipendente dal gradiente pressorio)
PLASTICA
O2
VETRO
0.346
nm
pore size: 200 - 450 nm
pore size: 3 - 50 nm
pore density: 2x108/cm2
pore density: 4x106/cm2
Viwanitkit V, Int. J. Nanomedicine 2006
SIRINGA DI PLASTICA IN GHIACCIO FONDENTE
PO2
BASALE
15’
63
65
(+3.1%)
30’
60’
68
79
(+7.9%) (+25.3%)
SIRINGA DI PLASTICA A TEMPERATURA AMBIENTE
BASALE
PO2
62
15’
30’
63
63
(+1.6%) (+1.6%)
60’
64
(+3.2%)
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 dei gas
La misura
non invasiva
EGA
SATURIMETRO
TRANSCUTANEO
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
Pletism ografia ottica
Spettrofotom etria
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
100
90
80
70
Sat (%)
60
Sat (%)
Quando la PaO2
raggiunge i 60 mmHg,
la curva scende
decisamente e ogni
ulteriore riduzione
della PaO2 comporta
un brusco calo della
SaO2
Curva di dissociazione emoglobina
50
99
40
98
30
97
20
96
10
95
0
0
94
20
40
60
80
pO2 (m m Hg)
93
92
91
90
89
40
60
80
100
pO2 (mmHg)
120
140
100
120
140
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
pH = 7,6
SaO2 = 97%
pO2 = 92,5
77,5 mmHg
Sat (%)
Curva di dissociazione emoglobina
100
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
89
ATTENZIONE!
Ipossia
40
60
Sat (%)
Curva di dissociazione emoglobina
100
99
98
97
96
95
94
93
92
91
90
89
pH = 7,2
ATTENZIONE!
Iperossia
40
60
80
100
pO2 (mmHg)
120
140
pO2 = 92,5
80
100
pO2 (mmHg)
120
140
SaO2 = 97%
112 mmHg
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
La luce emessa dal sensore può
disperdersi attraverso il tessuto
edematoso
Non si conosce con precisione quanto ciò incida sulla lettura
Non applicare comunque il sensore su un dito edematoso
Utilizzare piuttosto sensori diversi
Qualità del letto ematico
La lettura del Pulsossimetro è
fortemente alterata se il
soggetto presenta:
ipotensione arteriosa sistemica
alterazioni del circolo periferico
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
Interferenza da luce
ambientale ridotta al
minimo
Il cavo è assicurato alla
mano o al piede
Applicazione del sensore
NO!!!
E’ molto importante non
fissare con cerotto il sensore
al dito, soprattutto stringendo
con una specie di anello,
questo potrebbe produrre un
effetto “laccio emostatico”
che, alterando la qualità del
letto ematico, genererebbe
una lettura errata.
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
INDICI DI PERFUSIONE
A parte il nome diverso e range diversi essi hanno in comune le
seguenti caratteristiche:
sono tali per cui ad un numero grande corrisponde un sito
con buon stato di perfusione. Maggiore perfusione (afflusso
di sangue) implica segnale più intenso, robusto e affidabile.
variano da individuo a individuo e per un individuo variano
al variare del sito di rilevazione.
non hanno alcuna correlazione con i valori di saturazione e
polso.
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
La Capnografia è il monitoraggio continuo e non invasivo della
CO2 espirata e l’analisi della forma d’onda della CO2 in respiro
singolo
Capnografia
La Capnografia è ottenuta utilizzando un analizzatore a infrarossi
La CO2 assorbe i raggi infrarossi
La quantità di energia assorbita = concentrazione di CO2
Richiede calibrazioni accurate
Sono utilizzati gas a due
concentrazioni:
Aria ambiente
Miscela al 5% di CO2
Capnometria
Fornisce soltanto la misura numerica
dell’anidride carbonica (EtCO2)
Onda Capnografica
Inspirazione Espirazione
Tratto B-C
Tratto C-D
Tratto D-E
Inspirazione
Espirazione: rapida salita
Plateau (EtCO2) orizzontale: eliminazione gas alveolari
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.
Limiti della Capnografia
Inoltre la etCO2 misurata dal gas esalato in una maschera
non riflette adeguatamente i valori di PaCO2 soprattutto
durante la ventilazione a pressione positiva.
Perché la maschera è
soggetta comunque a
perdite non intenzionali.
Blanchette T, Dziodzio J. Transcutaneous pCO2 and end-tidal pCO2 in ventilated adults.
Respiratory Care 1992; 92, 3: 204-47.
Applicazioni cliniche della PetCO2
Confermare l’intubazione in trachea
Monitoraggio ventilazione alveolare
Valutazione nella rianimazione cardiopolmonare
Monitoraggio dei cambiamenti dello spazio morto
Am erican Heart Association
“Linee Guida per la R ianim azione Cardiopolm onare e il Trattam ento delle Em ergenze Cardiovascolari”
Centro Scientifico Editore – Milano, 2005 – pp. 60-62
End Tidal CO2: CONCLUSIONI
PRO:
METODICA NON INVASIVA
CONTINUO
CONTRO:
NIV
SCARSA CORRELAZIONE CON PaCO2 (BPCO)
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
Elettrodo combinato tcpO2/tcpCO2
Sensori di temperatura
Elemento
riscaldante
Catodo al platino
Serbatoio sol. elettrolitica
Sol. elettrolitica, ricoprente
la superficie dell’elettrodo
Membrane permeabili O2/CO2
O-ring per fissare
le membrane
Elettrodo di riferimento Ag/AgCl
Elettrodo in vetro a stato solido rinforzato
Principio di misura transcutanea
Riscaldamento della cute
Il riscaldamento crea iperemia, una reazione fisiologica
naturale della cute al calore eccessivo:
L’innalzamento della temperatura della cute aumenta il
flusso ematico sottocutaneo
Il maggior flusso ematico arterializza il sangue capillare
Il riscaldamento inoltre rende la cute permeabile alla
diffusione del gas:
La struttura lipidica delle cellule morte si dissolve grazie ad
un’apposita soluzione di contatto e al calore prodotto
dall’elettrodo
Risultati del riscaldamento della cute
L’elettrodo scalda la cute tra 42 e 45 °C
AUMENTO DEL FLUSSO
EMATICO CAPILLARE
LIQUEFAZIONE DEI
LIPIDI DELL’EPIDERMIDE
PO2 CAPILLARE SIMILE
ALLA PO2 ARTERIOSA
DIFFUSIONE DEI GAS
ATTRAVERSO LA PELLE
VALORE DI TcPO2
SHIFT A DESTRA DELLA
CURVA DI
DISSOCIAZIONE Hb
SCARICO DI O2 AI
TESSUTI
Misura transcutanea di O2 e CO2
Controindicazioni:
Pazienti con:
scarsa integrità della cute
allergie all’adesivo
E’ utile quando:
Non è possibile effettuare un prelievo
arterioso.
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.
Misura transcutanea di O2 e CO2
Correlazione TcpO2 con PaO2
pO2 capillare
Il calore aumenta la
pO2 arteriosa e
vasodilata capillari
Il consumo di O2 da parte della
pelle diminuisce la pO2
pO2 arteriosa
pO2 transcutanea
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
Misura transcutanea di O2 e CO2
Correlazione TcpCO2 con PaCO2
TcpCO2
pCO2 capillare
Il calore aumenta la
pCO2 arteriosa
pCO2 arteriosa
La produzione di CO2
da parte della pelle
aumenta la pCO2
Correzioni
automatiche per
temperature e
metabolismo
TcpCO2 corretta
TcpCO2 durante somministrazione di O2
Regolazione dell‘O2 terapia per pazienti BPCO
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
Ventilator-settings:
21/5 mbar,
RR 19/min.
IT 1sec,
2 L O2/min
tcPCO2
etPCO2
PaCO2
Acute NIV in a patient with COPD and OSAS
75
PCO2
[mmHg]
change of interface:
nasal to oronasal
70
65
60
55
50
45
upper airway
obstruction
PaCO2
PtcCO2
40
PtcCO2 drift-corrected
time [h:min]
35
0:00
1:00
2:00
supine position
3:00
4:00
lateral position
Storre et al. CHEST 2007, 132: 1810-16
Indication tcpCO2 in NIV
start NIV
temporary interruption
of NIV
Storre et al. CHEST 2007, 132: 1810-16
Indication tcpCO2 in NIV
SaO2
Introduction of nasal Positive Pressure Ventilation
tcpCO2
Storre et al. CHEST 2007, 132: 1810-16
TcpO2 e TcpCO2: CONCLUSIONI
PRO:
METODICA NON INVASIVA
CONTINUO
NIV
RESPIRAZIONE SPONTANEA
ADATTO A MONITORAGGI PROLUNGATI (soprattutto per la TcpO2)
CONTRO:
TIME CONSUMING
Mi avanza un po’ di
sangue, vuoi che
faccia un’emogas?
GRAZIE!
EGA E NIV
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
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»
