inhalacje logo 2b
Felix, qui potuit rerum cognoscere causas

AEROZOLOTERAPIA.PL

DLA LEKARZA

Wskaźnik WAW – cz. I

Z punktu widzenia pacjenta jest nieistotne, w którym momencie jego cyklu oddechowego dokonujemy analizy napełniania i opróżniania drzewa oskrzelowego, ponieważ cykl oddechowy będzie w trakcie na przykład 80 letniego życia pacjenta powielany ponad 500 000 0001) (pięćset milionów) razy, zatem szansa na korektę, kompensację i zoptymalizowanie ilości powietrza niezbędnego do oddychania jest praktycznie nieograniczona.

Zupełnie odmiennie przedstawia się problem z perspektywy wykorzystywania urządzenia inhalacyjnego. Jego użycie jest aktem jednostkowym2), interakcja między wdechem pacjenta a zadziałaniem urządzenia zachodzi w  ograniczonym w wycinku czasu. To sprawia, że błędów działania dozownika nie można skompensować, ponieważ po wyzwoleniu dawki urządzenie kończy swój “cykl życiowy” aż do kolejnego uruchomienia.

Sztuka godzenia momentu zadziałania dozownika z optymalnym wycinkiem cyklu oddechowego pacjenta będzie tematem tej sekcji serwisu.

Skąd bierze się PIF ?

Przyjmijmy, że zdrowa (IP40%RCT) osoba dorosła  oddycha z częstością BF=12/min objętością oddechową TV = 500ml, co zilustrowano na przedstawionej niżej rycinie.

waw_001

ryc. 1. Napełnianie dróg oddechowych objętością 500 ml.

Przy takich założeniach czas cyklu RCT – 60sek/12BF = 5 sek a faza wdechowa trwa RCT x 40% = 2 sek. W przypadku A objętość 500 ml “wlewana” jest do “naczynia o długości” 2 sek. Objętość ta po pierwsze może być “wlewana” bardzo niewielkim przepływem Q (na każde 0,5 sekundy potrzebny jest tylko jeden kranik), po drugie “rozlewa się” niemal równomiernie, płasko. Na wykresie nie widać punktów szczególnych. Przypadek B  odpowiada sytuacji, w której albo dochodzi do przyspieszenia oddychania, albo do skrócenia fazy wdechowej IP%RCT. W sytuacji B nie ma bowiem znaczenia, czy osoba zdrowa oddycha objętością TV= 500ml z częstością BF=24/min (60/24×40%=1sek), czy też oddycha z częstością BF = 12/min przy obturacji IP20%RCT (60/12×20%=1sek). W rezultacie, by “pomieścić objętość 500ml w czasie 1 sekundy” trzeba zwiększyć przepływ Q (po dwa kraniki na każde 0,5 sek) po to, by móc  “spiętrzyć” 500ml objętości w dwa razy “krótszym naczyniu”. Na wykresie zaczyna pojawiać się punkt, w którym przepływ Q jest najbardziej intensywny, czyli punkt szczytowego przepływu wdechowego PIF.

waw_2

ryc. 2. Napełnianie dróg oddechowych objętością 1000 ml.

Analogicznie przedstawia się sytuacja na ryc. 2. Aby pomieścić w czasie 2 sek objętość 1 L przepływ musi być 2 razy większy (po dwa kraniki na każde 0,5 sek) niż w przypadku prezentowanym na rycinie 1. Przy przyspieszeniu oddychania albo przy skróceniu fazy wdechu czas na realizację objętości jest o połowę krótszy. W sytuacji B przepływ musi być 4-krotnie większy (4 kraniki na każde 0,5 sek).

waw_3

ryc. 3. Napełnianie dróg oddechowych objętością 1500 ml.

Wpompowanie do płuc 1,5 litra powietrza w czasie normalnego oddychania wymaga, co jest oczywiste, użycia przepływu Q 3-krotnie wyższego niż w na ryc. 1. Oznacza to w konsekwencji, że przy przyspieszeniu oddychania lub wystąpieniu duszności (obturacji = skrócenia IP%RCT) na każde 0,5 sek wdechu trzeba uruchomić aż 6 kraników.

Przepływ a ciśnienie.

Dotychczas, dla maksymalnego uproszczenia wywodu, w celu zwiększenia przepływu po prostu “dodawaliśmy kraniki”. Tylko w ten sposób możliwe było zwiększenie przepływu bez wprowadzenia dodatkowego parametru, czyli czynnika ciśnienia. Wiemy jednak, że w rzeczywistości  nie mamy do dyspozycji 2, 3 czy 6 dodatkowych kompletów dróg oddechowych, którymi płynęłoby równocześnie powietrze, dając w efekcie zwiększenie przepływu sumarycznego. Okazuje się, że można sterować przepływem (objętością powietrza przemieszczaną w jednostce czasu) z wykorzystaniem zmian ciśnienia,

waw_4-400x112

ryc. 4. Uproszczony schemat zależności między ciśnieniem a przepływem .

Na rycinie 4 widać, że identyczny przepływ uzyskamy albo “wyciskając” płyn pod ciśnieniem P1 przez dwa kraniki o stałej średnicy, albo pod wyższym ciśnieniem P2 przez jeden kranik o takiej samej, stałej średnicy. Tak właśnie można zilustrować zależność między siłą skurczu mięśni klatki piersiowej i mięśni wspomagających wydech. Klatka piersiowa ściska powietrze zawarte w płucach a to wypływa przez oskrzela i tchawicę. Zależność : objętość – czas jest omawianym przepływem.

W warunkach normalnych3) otaczającego powietrza nie da się “ścisnąć” tak, by samoczynnie wpłynęło do dróg oddechowych. Wdech wymaga użycia innej grupy mięśni, mięśni wdechowych, których działanie porównać można do działania tłoka.

waw_5

ryc. 5. PIF jako efekt podciśnienia generowanego przez mięśnie wdechowe (rozszerzenie klatki piersiowej) i skurcz przepony.

Rycina 5 A ilustruje sytuację spoczynkową. Układ oddechowy ma na rycinie formę cylindra z tłokiem odpowiedzialnym za zmianę objętości.  Ponieważ powietrze jest niewidoczne dla ludzkiego oka, zieloną linią poziomą przedstawiono hipotetyczną warstwę powietrza na granicy układu oddechowego i powietrza otaczającego.  Ciśnienie zewnętrzne Pz  oraz  ciśnienie wewnątrz klatki piersiowej P1 są w równowadze a powietrze zawarte w drogach oddechowych ma objętość V1 . Nie ma gradientu ciśnień, nie ma przepływu powietrza. Na rycinie 5 B klatka piersiowa rozszerza się (ruch tłoka w dół) i zwiększa swoją objętość o objętość V2. Układ zachowa się zgodnie ze wzorem: Pw*V1 = Pw *(V1 + V2). Oznacza to, że w tym momencie powstał gradient ciśnienia: ciśnienie zewnętrzne Pz jest wyższe od panującego wewnątrz cylindra, co wymusza przepływ powietrza atmosferycznego do wnętrza dróg oddechowych. Po zatrzymaniu ruchu, jak na ryc. 5 C,  dzięki wyrównaniu ciśnień ustaje przepływ.

Siła mięśni, podciśnienie wdechowe, czas skurczu mięśni i VC  a PIF.

Pozostańmy przy narracji, którą posłużono się do opisu ryc 5. Tłok można pociągnąć z pewną siłą, jednak siła ta nie jest nieograniczona. Podciśnienie wytworzone ruchem tłoka nie może być nieograniczone. Tłok można przesunąć na pewną odległość, jednak odległość ta nie jest nieograniczona. Wreszcie tłok można pociągnąć w pewnym czasie, ale czas ten nie  może być nieskończenie krótki.

Przyjmijmy, że ciśnienie atmosferyczne równe jest 1 atm fizycznej, czyli 1033,23 cm H2O. Z taką siłą wywierany będzie nacisk  na każdy cm2 powierzchni tłoka od strony dna,  ale jednocześnie będzie równoważony “naciskiem od wewnątrz”, czyli “od góry” na ryc. 5 A  . Niechaj powierzchnia tłoka wyniesie 15000 cm2 , co pozwoli ją porównać z powierzchnią boczną klatki piersiowej. Dla wytworzenia różnicy ciśnień rzędu 5 cm H2O trzeba użyć siły 75 kg (ok. 736 N) by cofnąć tłok. Dla wygenerowania podciśnienia rzędu 20 cm H2O trzeba użyć siły ok. 300 kg (2942 N) a przy wytworzeniu różnicy ciśnień rzędu 70 cm H2O trzeba użyć ponad tony (ok. 11768 N) do obciążenia tłoka, by wykonał swój ruch. Tłok poruszając się wykonał pewną pracę. Jeśli przesunął się o 20 cm, wtedy przez analogię z wyżej przytoczonymi przykładami wykonał pracę około 147 J, 588 J lub 2 354 J. Jeśli pracę tę wykonał w czasie 0,5 sekundy dysponował mocą 294 W (0,4 KM),   1175 W (1,6 KM)  lub 4707 W (6,4 KM).

Jak omawiane przykłady mają się do fizjologii oddychania. Okazuje się, że mięśnie mogą rozwijać ograniczoną siłę, co stanowi pierwsza barierę dla abstrakcyjnego pojmowania przepływu. Ruch klatki piersiowej ograniczony jest anatomicznym zakresem ruchomości jej ścian i zakresem ruchu przepony, co oznacza, że droga ruchu jest drugim istotnym ograniczeniem abstrakcyjnego pojmowania przepływu. Ograniczenie to znane jest pod postacią granicznej całkowitej pojemności płuc TLC lub częściej wykorzystywanej pojemności życiowej VC. Ograniczona siła skurczu mięśni i ograniczona droga ruchu oznacza ograniczenia w możliwej do wykonania pracy mięśni. Ograniczenie najkrótszego czasu, w jakim możliwy jest skurcz mięśni z daną siłą w połączeniu z ograniczeniem zdolności wykonania ruchu oznacza wprost ograniczenia mocy całego układu. Jest to trzeci argument na rzecz konieczności krytycznego podejścia do abstrakcyjnego pojmowania przepływu.

PIF_VC_czas

ryc. 6. Przepływ średni w litrach na minutę jako funkcja oddychania pojemnością życiową płuc w konkretnym czasie.

Na rycinie 6 zobrazowano hipotetyczne wartości średniego przepływu wdechowego. Zawiera ona dane realistyczne jak też ewidentnie abstrakcyjne. Należy je weryfikować przez porównanie z wartościami obserwowanymi w rzeczywistości, ja na przykładzie w tabeli 1 .

Tabela 1. Przykład realistycznych wartości granicznych dla  wybranych parametrów wentylacyjnych 4).

Podobnie, przenosząc bezkrytycznie przepływy generowane na przykład przez wysokowydajne pompy próżniowe wykorzystywane do badań inhalatorów suchego proszku (DPI) winniśmy mieś świadomość, że przekraczają one, niekiedy znacznie, maksymalne ciśnienia wdechowe typowe dla człowieka, wahające się poniżej 10 kPa / 0,099 atm / 101,97 cm H2O 5).

Skąd bierze się wskaźnik przyspieszenia wdechu, czyli WAW ?

Wskaźnik przyspieszenia wdechu to pojęcie, którego opis sprowadza się do wskazania, w jakim czasie generowany jest określony przepływ. Oznacza to, że jego wartość jest ilorazem przepływu wyrażonego w litrach na sekundę i czasu wyrażonego w sekundach:  [L/sek]/sek. Jak widać WAW minowany jest w L/sek2. Ujmując rzecz prościej: Szybkość zmiany objętości w jednostce czasu daje nam wartość przepływu w L/sek a szybkość zmiany przepływu w jednostce czasu daje nam wskaźnik przyspieszenia wdechu WAW w L/sek2.

WAW_001-417x400

ryc. 7. Graficzna prezentacja wskaźnika WAW.

Na ryc. 7 prześledzić można  graficzną prezentację wskaźnika WAW. Na oś rzędnych rzutowane są przepływy Q (a nie objętości V !), natomiast oś odciętych jest osią czasu. Znając wartość przepływu w danej chwili t1  można wskazać na przykład, jak szybko osiągany jest próg aerolizacji proszku w urządzeniach DPI. Znając wartość przepływu w danej chwili t1 oraz t2 można wyliczyć objętość powietrza/aerozolu uzyskiwaną w czasie między wspomnianymi momentami pomiaru.

Jako wartość wyprowadzona z przepływu  WAW jednakże “dziedziczy”wszystkie ograniczenia wymienione wyżej: ograniczenie maksymalnej siły, ograniczenie maksymalnej objętości i ograniczenie minimalnego czasu trwania zjawiska. Pomimo tych oczywistych zastrzeżeń w wielu publikacjach dostrzec można tendencję do wykorzystywania lub interpretowania wskaźnika WAW w sposób naruszający podstawowe prawa fizyczne i/lub oderwanie jego wartości od realistycznego zakresu fizjologicznych cech układu oddechowego pacjentów.


1)BF=12/min x 60 min x 24 godz x 365 dni x 80 lat

2)poza nebulizacją, która w szerokim zakresie rządzi się własnymi regułami.

3)przykładem złamania reguły może być na przykład wtłaczanie powietrza do płuc respiratorem czy aparatem AMBU 4)A. Żebrowska, A. Zwierzchowska: “Spirometric values and aerobic efficency of children and adolescents with hearing loss”. Department Of Physiology, Academy Of Physical Education, Katowice, Poland 5)M.Maskey-Warzęchowska, T.Przybyłowski, K.Hildebrand, K.Wrotek, J.Wiwała, J.Kościuch, R. Chazan: “Maksymalne ciśnienia oddechowe i tolerancja wysiłku u chorych na przewlekłą obturacyjną chorobę płuc“, Pneumonol. Alergol. Pol. 2006, 74, 72:76

UWAGA

Opuszczasz serwis aerozoloterapia.pl

Treści na kolejnych stronach są administrowane przez niezależnego operatora  nie powiązanego z serwisem AEROZOLOTERAPIA.PL

UWAGA

Opuszczasz serwis aerozoloterapia.pl

Treści na kolejnych stronach są administrowane przez niezależnego operatora  nie powiązanego z serwisem AEROZOLOTERAPIA.PL

UWAGA

Opuszczasz serwis aerozoloterapia.pl

Treści na kolejnych stronach są administrowane przez niezależnego operatora  nie powiązanego z serwisem AEROZOLOTERAPIA.PL

UWAGA

Opuszczasz serwis aerozoloterapia.pl

Treści na kolejnych stronach są administrowane przez niezależnego operatora  nie powiązanego z serwisem AEROZOLOTERAPIA.PL