1.Hochfrequenzoscillation – High Frequency Oscillatory Ventilation

Die Hochfrequenzoscillation ist eine hochfrequente Beatmungstechnik bei der das vorhandene Frischgas bezw. Beatmungsgas über eine Membran in Schwingungen versetzt wird. Bei den hochfrequenten Jet-Beatmungstechniken wird das puslsierende Frischgas jedoch von einer Düse abgegeben.

Mittels einer Kolbenpumpe werden sinusartige Druckschawankungen erzeugt die in die Lunge geleitet werden. Mittels eines Atemgasquerstromes-( Bias-Flow) wird Frischgas zugeleitet.

Einstellparameter bei Oszillationsbeatmung

1. Mittlerer Atemwegsdruck (MAP)
2. Amplitude (delta P)- Hubvolumen
3. Inspirationszeit % I:E
4. Oszillationsfrequenz 3-7 Hz
5. BIAS Flow – 60 l/min

Zur Verfügung steht Sensor-Medics 3100B

• Es handelt sich um ein elektronisch betriebenes Beatmungsgerät. Eine membranverschlossene Kolbenpumpe erzeugt Oszillationen, die Rückwärtsbewegung der Membran bewirkt eine aktive Exspiration.

Vom Hersteller wurde nun eine Gerätetype (B) geschaffen, die nun auch für die Oszillation Erwachsener geeignet sein soll.

Folgende Parameter können am Gerät variabel eingestellt werden:

• Oscillationsfrequenz: 3-7-15 Hz
• Inspirationszeit des einzelnen Atemzyklus: 33-50%
• Mittlere Atemwegsdruck: 3-55 cm H2O
• Oscillationdruck : DeltaP bis 100 cm H2O
• Bias Flow: 0-60L/min

Der Oszillationsrespirator besitzt eine digitale Anzeige für den mittleren Atemwegsdruck und die Oszillationsfrequenz. Des weiteren besitzt das Gerät eine elektronische Druckbegrenzung für den oberen und unteren mittleren Atemwegsdruck

Bei der Oscillation befindet sich die Lunge ( und Thorax ) des beatmeten Patienten in einem permanenten pulsierenden inspiratorischen Zustand. Der Respirator besitzt die Möglichkeit der Messung verschiedener Drücke, jedoch keine Volumsmessung.

Welches Ausmaß hat die inspiratorische Volumsfüllung ?
Wie groß ist das verabreichte oscillatorische „Tidalvolumen“ ?

Indikation: Schwere respiratorische Insuffizienz des Erwachsenen
Die Oscillationstechnik ist eine in der pädiatrischen Intensivmedizin anerkannte erfolgreiche Beatmungstechnik. Bislang bestanden beim Erwachsenen die Probleme einer unzureichendenen CO2 Elimination im Vordergrund.

Nach Meinung des Herstellers sollten nach Modifikation des Gerätes diese Probleme nicht mehr bestehen und nun das Gerät auch zur Anwendung für die schwere respiratorische Insuffizienz des Erwachsenen (ARDS) geeignet sein.

Einstellung – Beginn der Oscillation

Vor Beginn Registrierung des paw unter konventioneller Beatmung

Ersteinstellung bei einem 70kgPatienten
Einstellung:

1. des Bias-Flow auf 40/lmin
2. der Inspirationszeit auf 33%
3. des paw 5 cm höher als unter konventioneller Beatmung
4. von DeltaP auf 55 cm/H2O
5. Einstellung der elektronischen Druckbegrenzung für den oberen und unteren mittleren Atemwegsdruck
6. Zunächst Prüfung der Funktionstüchtigkeit des Gerätes an der Probelunge, danach

Beginn der Oszillation mit dieser Einstellung.

Klinisch sollte die Beatmung effektiv sein, wenn die am Thorax erkennbaren Oscillations- schwankungen sich bis in die Leiste ausbreiten

Kontrolle der Beatmungsgase nach 30 min

Registrierung der Haemodynamik: Durch die Erhöhung des intrathorakalen Druckes kann es zu einer Verschlechterung der Haemodynamik kommen. Eventuell ist eine Volumensubstitution oder sogar Catecholaminsteigerung notwendig. Weitere Feineinstellung des paw in Abhängigkeit von der Oxygenierung.

Ziel – CO2 Elimination:

• Verringerung der Oscillationsfreuqenz
• Verminderung der Inspirationszeit
• Erhöhung von Delta P – Haemodynamik ?

Ziel – Verbesserung der Oxygenierung:

• Erhöhung der Oscillationsfrequenz
• Erhöhung von Delta P
• Verlängerung der Inspirationszeit

Literatur

1. Jerry A.Krishnan et al.
   High-frequency ventilation for acute lung injury and ARDS
   Chest 2000 ; 118,3,September 795-807
2. Sangeeta Mehta et al.
   Prospective trial of high-frequency oscillation in adults with acute repiratory distress syndrome
   Crit Care Med 2001 Vol 29, no7,1360-1369

Gastransportmechanismen unter High Frequency Oscillation

1. direct alveolar ventilation in the lung units situated near the airway opening
2. bulk convective mixing in the conducting airways as a result of recirculation of air among units of inhomogeneous time constants
3. convective transport of gases as a result of the asymmetry  between inspiratory and expiratory velocity profiles
4. longitudinal dispersion caused by the interaction between axial velocities and radial transports due to turbulent eddies and /or secondary swirling motions (Taylor)
5. molecular diffusion near the alveolocapillary membrane

Chang,H.K. Mechanisms of gas transport during ventilation by high-frequency oscillation J.App.Physiol. 1984 56(3):553-563

1. direct alveolar ventilation
bedeutet eine direkte Ventilation von trachea-nahen Alveolen durch konvektiven Massenfluß bei Hubvolumina mit mehr als 80 ml Erhöhung von Delta P, Erniedrigung der Frequenz

2. bulk convective mixing
bedeutet der Effekt unterschiedlicher Zeitkonstanten in der Lunge, oder Vermischung durch HFO-Pendelluft. Das Vorhandensein inhomogener Zeitkonstanten in der Lunge bedeutet, dass es zu einer asynchronen Füllung und Entleerung zwischen parallelen Lungeneinheiten kommen kann.

z.B. Am Ende der Exspiration entleert sich Gas aus Alveolen mit langer Zeitkonstante in bereits leere Alveolen mit kurzer Zeitkonstante. Ebenso fließt Luft am Ende der Inspiration in die sich immer noch füllenden Alveolen mit langer Zeitkonstante zurück.

3. Konvektive Dispersion aufgrund asymmetrischer Geschwindigkeitsprofile zwischen Inspiration und Exspiration

Das Profil des Gasflusses ist während einer Phase des Beatmungszyklus parabolisch und während der anderen Phase rechteckig. Es kommt zu einem Nettogasfluß in die Richtung in der Mitte des Luftweges und in die andere Richtung in den wandnahen Bereichen des Luftweges (simultaner, bidirektionaler und koaxialer Gasfluß)

4. Longitudinale Dispersion vom Taylor-Typ

Es handelt sich um eine longitudinale Dispersion durch Interaktion von axialen, konvektiven Geschwindigkeitsprofilen und einer nach radial gerichteten Diffusion. Aufgrund eines asymmetrischen Geschwindigkeitsprofiles wölbt sich die Gasfront konisch nach vor. Es werden nun Gaspakete unterschiedlicher Konzentration aneinander vobeibewegt wobei es quer zu ihrer Schichtung zu Austauschvorgängen kommt, welche zu einem Abbau des longitudinalen Konzentrationsgradienten beitragen. ( radiale-augmentierte-Diffusion )

5. Molekulare Diffusion

2. Combined High-Frequency Ventilation ( CHFJV )
( Kombinierte Hochfrequenz – Jet – Beatmung )

Wurde 1982 von El-Baz eingeführt. Es wurden zwei hochfrequente Beatmungsformen ( HFPPV und HFO ) miteinander kombiniert. Auf eine Basisfrequenz von 60 Atemzügen pro Minute wurden hochfrequente Gasimpulse ( bis 3000 pro Minute) superponiert.

In weiterer Folge wurden verschiedene wurden verschiedene Arten der Hochfrequenz beatmung mit unterschiedlichen Formen konventioneller Beatmung kombiniert.

Effekt der Kombination einer konventionellen Beatmung mit einer Hochfrequenzbeatmung:

Die CO2 Elimination ist durch den konventionellen Beatmungsteil gewährleistet. Die Oxygenierung wird durch den hochfrequenten pulsatilenTeil der Beatmung verbessert.

Geräte für eine kombinierte Hochfrequenzbeatmung ( synchrone hoch-und niederfrequente Beatmung) CHFJV:

• Twinstream (Fa.Reiner-Wien)
• VDR-4

Jet-Adapter ( Abbildung unten ): Für eine gleichzeitige konventionelle Beatmung und gleichzeitige Jet-Ventilation über eine Jet-Düse

Methode 1 : Combined High Frequency Ventilation
Verwendung von 2 Respiratoren (veraltet)

1. Konventioneller Respirator ( unten )
2. Jet-Respirator ( oben )
3. Jet-Adapter

Methode1:Combined High Frequency Jet-Ventilation

Verwendung eines Hochfrequenzrespirators (oben -) mit einen konventionellen Respirator (unten)

Diese Form der JetVentilation mit zwei Respiratoren wir heute kaum mehr durchgeführt.

Methode 2: Combined High Frequency Ventilation

1. Ein Jet-Respirator ( erzeugt 2 Jet-Ströme )
2. Jet-Adapter = Jet Modifier

SUPERPONIERTE HOCHFREQUENZ-JET-VENTILATION

Bei der SHFJV handelt es sich um eine zeitgesteuerte druckkontrollierte Beatmung. Die kombinierte synchrone nieder und hochfrequente Jet-Ventilation wird mit einem speziellen Jet-Adapter durchgeführt. Es werden zwei unterschiedliche Druckniveaus erzeugt. Das obere Druckniveau wird mit der niederfrequenten Jet-Ventilation erzeugt. Mit ihm wird ein ausreichendes Tidalvolumen geschaffen und vor allem die CO2 –Elimination gesteuert. Hohes niederfrequentes Druckniveau bedeutet hohes Tidalvolumen und damit niedriges paCO2.

Als Frequenz der niederfrequenten Jet-Ventilation wird zunächst dieselbe Atemfrequenz genommen, wie sie unter einer konventionellen Beatmung war.

Das I:E Verhältnis der Jet-Ventilation kann mit Variation des I:E Verhältnisses der niederfrequenten Jet-Ventilation eingestellt werden. z.B. I:E ratio der NF-Jet-Ventilation 1:1

Mit dem unteren Druckplateau welches durch die hochfrequente Jet-Ventilation erzeugt wird wird ein pulsierendes PEEP- Niveau (Level) erzeugt. Die Höhe des unteren Druckplateaus soll zunächst dem vor der Jet-Ventilation bestehenden PEEP entsprechen. Die dabei verwendete Jet-Frequenz soll zwischen 500-600 Impulsen/min liegen. Die I.E ratio des hochfrequenten Jet-Einzelimpulses kann ebenfalls eingestellt werden. z.B. Beginn mit I:E ratio von 1:1

Die inspiratorische Sauerstoffkonzentration wird zunächst wie unter konventioneller Beatmung eingestellt.