Wassergehaltsmessungen im Tracheobronchialsystem beatmeter Patienten bei Verwendung unterschiedlicher Befeuchtersysteme[*]

Zusammenfassung.

Ziel der Untersuchung: Vergleichende Untersuchung der Leistungsfähigkeit von passiven Befeuchtern (heat and moisture exchanger, HME) und aktiven Befeuchtern (heated humidifier, HH) durch Messung des Wassergehalts in der Atemluft an definierten Punkten innerhalb des Tracheobronchialsystems intubierter, maschinell beatmeter Patienten. Methodik: Die Atemgasproben wurden mit Hilfe eines modifizierten Bronchoskops am Tubuskonnektor, ca. 2 cm proximal der Bifurkation sowie ca. 3 cm distal der Bifurkation im rechten Hauptbronchus entnommen (Flussgeschwindigkeit 1 ml/s). Die Bestimmung des Wassergehalts erfolgte on-line im Handgriff des Bronchoskop mit einem Hybridsensor mit einer Zeitkonstanten von 0,23 s. Arbeitskanal und Handgriff des Bronchoskops waren zur Vermeidung von Kondensation beheizt. Ergebnisse: Es zeigten sich signifikante Leistungsunterschiede zwischen den HME-Typen (Pall BB 100 vs. Medisize Hygrovent S), nicht jedoch zwischen dem Hygrovent S und dem aktiven Befeuchter (Fischer & Paykell MR 630, Temperatureinstellung 34 °C). Ohne Anfeuchtungssystem war der Klimatisierungsindex deutlich niedriger, was mit einer Zunahme des pulmonalen Wasserverlustindex einher ging. Dieser Effekt zeigte sich besonders deutlich am Tubuskonnektor. Isothermische Wasserdampfsättigung im Bereich der Bifurkation wurde bei Beatmung mit Tidalvolumina zwischen 550 und 950 ml von keinem System erreicht. Schlussfolgerung: HME erbringen typenspezifisch sehr unterschiedliche Anfeuchtungsleistungen und sollten daher zur Klimatisierung der Atemgase nur nach sorgfältiger Abwägung ihrer Leistungskenndaten eingesetzt werden. Effektive HME sind gleichwertig mit aktiven Anfeuchtern bei Temperatureinstellungen von 34 °C und können deshalb auch bei langzeitbeatmeten Patienten eingesetzt werden.

Measurement of Water Vapour Pressure in the Airways of Mechanically Ventilated Patient Using Different Types of Humidifiers.

Aim of the investigation: To evaluate the performance of different types of humidifying systems (heat and moisture exchanger, HME, and heated humidifier, HH) in the tracheo bronchial airway system of intubated mechanically ventilated patients. Methods: A heated and fast responding capacitive sensor with a time constant of 0,23 s was used to measure the water vapor pressure at different locations in the tracheo bronchial airway system of 12 patients after therapeutic bronchoscopy. The sensor was immersed in an airstream of app. 1 ml/s continuously sampled with a bronchoscope in which the working pipe and the handle have been equipped with a heating system to prevent condensation. The sampling positions were 3 cm distal of the bifurcation in the right main bronchus, 2 cm proximal of the bifurcation and at the tube connector respectively. Results: Without any humidifying system there was a dramatic reduction of the climatisation index respectively increase of the pulmonary water loss index, most prominently visible at the tube connector. There were significant differences between different types of HME (Pall BB 100 vs. Medisize Hygrovent S) but no significant differences between the Hygrovent S and the HH Fisher & Paykel 630 set at 34 °C. In consideration of applied tidalvolumens between 550 and 950 ml, isothermic saturation has not been reached in close vicinity to the bifurcation. Conclusions: HME may differ substantially from one type to the other and should not be used as climatisation system without careful consideration of their performance data. Effective HME are equivalent to HH at 34 °C and may therefore also be used for long term ventilation.

Schlüsselwörter:

Atemgasklimatisierung - Aktive Befeuchter - Heat and Moisture Exchanger - Hybridsensor - Isothermische Sättigungsgrenze - Intrabronchialer Wasserdampfdruck - -

Key words:

Air conditioning - Heat and moisture exchanger - Heated humidifier - Hybridsensor - Isothermic saturation - Intrabronchial water vapour pressure - - - -

1 Herrn Prof. Dr. med. D. Kettler und Herrn Prof. Dr. med. H. Sonntag zum 65. Geburtstag gewidmet.

Literatur

• 1 Cole P. Some aspects of temperature, moisture, and heat relationships in the upper respiratory tract.  J Laryng Otol. 1953;  67 449-453
• 2 Cole P. Further observations on the conditioning of the respiratory air.  J Laryng Otol. 1953;  67 669-673
• 3 Déry R, Pelletier J, Jaques A, Clavet M, Houde J J. Humidity in anaesthesiology. III. Heat and moisture patterns in the respiratory tract during anaesthesia with the semi-closed system.  Can Anaesth Soc J. 1967;  14 287-298
• 4 Déry R. Humidity in anaesthesiology. IV. Determination of the alveolar humidity and temperature in the dog.  Can Anaesth Soc J. 1971;  18 145-151
• 5 Déry R. The evolution of heat and moisture in the respiratory tract during anaesthesia with a non-rebreathing system.  Can Anaesth Soc J. 1973;  20 296-306
• 6 Ingelstedt S. Studies on the conditioning of air in the respiratory tract.  Acta Otolaryngol. 1956;  131 1-80
• 7 Ingelstedt S. Humidifying capacity of the nose.  Ann Otol Rhinol Laryngol. 1970;  79 475-480
• 8 McFadden E R. Heat and Water Exchange in Human Airways.  Am Rev Respir Dis. 1992;  146 8-10
• 9 McFadden E R. Respiratory heat and water exchange: physiological and clinical implications.  J Appl Physiol: Respirat Environ Exercise Physiol. 1983;  54 331-336
• 10 Primiano F P, Moranz M E, Montague F W, Miller R B, Sachs D LP. Conditioning of inspired air by a hygroscopic condenser humidifier.  Crit Care Med. 1984;  12 675-678
• 11 Walker J EC, Wells E R, Merrill E W. Heat and water exchange in the respiratory tract.  Am J Med. 1961;  30 259-267
• 12 Chalon J. Low humidity and damage to tracheal mucosa.  Bull N Y Acad Med. 1980;  56 314-322
• 13 Kleemann P P, Jantzen J P. High fresh gas flow damages epithelia - minimal flow does not!.  Eur J Anaesthesiol. 1992;  9 149-150
• 14 Marfatia S, Donahoe P K, Hendren W H. Effect of dry and humidified gases on the respiratory epithelium in rabbits.  J Pediatr Surg. 1975;  10 583-592
• 15 Cohen J L, Weinberg P F, Fein J A, Rowinski G S. Endotracheal tube occlusion associated with the use of heat and moisture exchangers in the intensive care unit.  Crit Care Med. 1988;  16 277-279
• 16 Martin C, Perrin G, Gevaudan M J, Saux P, Gouin F. Heat and moisture exchangers and vaporizing humidifiers in the intensive care unit.  Chest. 1990;  97 144-149
• 17 Misset B, Escudier B, Rivara D, Leclercq B, Nitenberg G. Heat and moisture exchanger vs heated humidifier during long-term mechanical ventilation. A prospective randomized study.  Chest. 1991;  100 160-163
• 18 Rathgeber J, Züchner K, Kietzmann D, Weyland W. Wärme- und Feuchtigkeitstauscher zur Klimatisierung der Inspirationsluft intubierter Patienten in der Intensivmedizin. Untersuchungen zur Befeuchtungsleistung von passiven Atemluftbefeuchtern unter klinischen Gesichtspunkten.  Anaesthesist. 1995;  44 274-283
• 19 Rathgeber J, Züchner K, Weyland W, Bettka T, Kettler D. Reduktion intraoperativer Wärmeverluste und Behandlung hypothermer Patienten durch atemgasklimatisierende Maßnahmen? Wärme- und Feuchtigkeitstauscher vs. aktive Befeuchter im beatmeten Lungenmodell.  Anaesthesist. 1996;  45 807-813
• 20 Rathgeber J, Henze D, Züchner K. Atemgasklimatisierung mit leistungsfähigen HME (Heat and Moisture Exchanger) - eine effektive und kostengünstige Alternative zu aktiven Befeuchtern bei beatmeten Patienten. Eine prospektive randomisierte klinische Studie.  Anaesthesist. 1996;  45 518-525
• 21 Roustan J P, Kienlen J, Aubas P, Aubas S, duCailar J. Comparison of hydrophobic heat and moisture exchangers with heated humidifier during prolonged mechanical ventilation.  Intensive Care Med. 1992;  18 97-100
• 22 Tenaillon A, Cholley G, Boiteau R, Perrin-Gachadoat D, Burdin M. Filtre échangeur de chaleur et d'humidité versus humidificateur chauffant en ventilation mécanique prolongée.  Réan Soins Intens Méd Urg. 1989;  5 5-10
• 23 Rathgeber J, Kahle G, Schulze T, Züchner K. Schnelle Messung des Wasserdampfpartialdrucks im Sättigungsbereich mit einem neuartigen Hybrid-Feuchtesensor.  Biomed Tech. 2000;  45 288-292
• 24 Conti G, Dell'Utri D, Cogliati A, DeLuca N, DiChiara L. Effects on heat and moisture exchangers and conventinal humidifiers on H₂O and viscosimetry of bronchial moisture exchangers and conventional humidifiers on H₂O and viscosimetry of bronchial secretions in mechanically ventilated ICU patients.  Acta Anaesth Italica. 1992;  43 (1) 81-83
• 25 Mercke U. The influence of temperature on mucociliary activity.  Acta Otolaryngol. 1974;  78 253-257
• 26 Mercke U. The influence of varying air humidity on mucociliary activity.  Acta Otolaryngol. 1975;  79 133-139
• 27 Noguchi H, Takumi T, Aochi O. A study of humidification in tracheostomized dogs.  Br J Anaesth. 1973;  45 844-848
• 28 Tsuda T, Noguchi H, Takumi Y, Aochi O. Optomum humidification of air administered to a tracheostomy in dogs.  Br J Anaesth. 1977;  49 965-976
• 29 Graff T D, Benson D W. Systemic and pulmonary changes with inhaled humid atmosphere: clinical application.  Anesthesiology. 1969;  30 199-207
• 30 Josenhans W T, Melville G N, Ulmer W T. Effects of humidity in inspired air on airway resistance and functional residual capacity in patients with respiratory diseases.  Respiration. 1969;  26 435-439
• 31 Finley N T. Pulmonary surface activity and the problems of atelectasis, wetting, foaming and detergency in the lung.  Anesth Analg. 1963;  42 35-42
• 32 Huber G L, Finley T N. Effect of isotonic saline on the alveolar architecture.  Anesthesiology. 1965;  26 252-256
• 33 Modell J H, Giammona S T, Davis J H. Effect of chronic exposure to ultrasonic aerosols in the lung.  Anesthesiology. 1967;  28 680-684

1 Herrn Prof. Dr. med. D. Kettler und Herrn Prof. Dr. med. H. Sonntag zum 65. Geburtstag gewidmet.