Evaluation der Atemgasklimatisierung der neonatalen Atemgasbefeuchtungssysteme MR 730 und MR 850 (Firma Fisher und Paykel) unter realistischen Beatmungsregimen mit dem Ziel der Optimierung

Abstract

Adäquate Atemgasklimatisierung bei Beatmung von Früh- und Neugeborenen bringt einen Vorteil bei Mortalität und Morbidität. Derzeit wird aufgrund der Datenlage von vielen Autoren 37°C und 100% relative Luftfeuchtigkeit als Zielwert gefordert. Ziel dieser Arbeit war es die Atemgasbefeuchtungssysteme MR 730 und MR 850 (Fisher & Paykel) unter realistischen Beatmungsregimen mit dem Ziel der Optimierung bezüglich der Atemgasklimatisierung zu untersuchen. Wir beatmeten dazu mit einem Babylog 8000plus ein Lungenmodell in einem Inkubator. Als Befeuchter wurden der MR 730 und MR 850 verwendet. Der Schlauch im Inkubator war unbeheizt. Die Daten wurden mittels 3 Temperatursonden und einem Feuchtesensor gewonnen. Der erste Temperatursensor wurde direkt hinter der Befeuchterkammer in das Schlauchsystem eingebracht, der zweite am Inkubatoreingang zwischen Schlauchheizung und Kaltstrecke, der dritte vor dem Y-Stück. Der Feuchtesensor wurde entweder direkt hinter der Kammer (distale Position) oder vor dem Y-Stück (proximale Position) eingebracht. Die Daten wurden einem Standardcomputer zugeführt und mit diesem verarbeitet und abgespeichert. Beim MR 850 wurden zusätzlich Daten aus dem Befeuchter mit Hilfe des Programms "view850" gewonnen. Die Versuchsdauer für eine Messung betrug in der Regel mindestens 2 h. Es wurden Messungen unter Standardbeatmung mit den Flows 5 l/min, 10 l/min, 15 l/min und 20 l/min in distaler (befeuchternaher) Position des Feuchtesensors durchgeführt. In proximaler (lungenmodellnaher) Position wurde die Inkubatortemperatur zwischen 28°C und 37°C variiert. Darüber hinaus führten wir Messungen zu CPAP und HFOV-Beatmung durch. Bei den Messungen mit distaler Position des Feuchtesensors bei Standardbeatmung wurde beim MR 730 ein Abfallen der absoluten Feuchte über die Versuchszeit beobachtet, das sich bei höheren Flows verstärkt zeigte. Außerdem wurde eine negative Korrelation des Flows mit der absoluten Feuchte gefunden. Beim MR 850 waren diese Merkmale schwächer ausgeprägt. In proximaler Position des Feuchtesensors zeigte sich für den MR 730 und den MR 850 kein relevanter bzw. kein Einfluss auf die Feuchte durch die Inkubatortemperatur. Für die Atemgastemperatur konnten erhebliche Einflüsse der Inkubatortemperatur bei beiden Befeuchtern nachgewiesen werden. Beim MR 850 zeigte sich eine Auslastung der Heizleistung der Schlauchheizung von 85% bei einer Umgebungstemperatur von lediglich 23-25,5°C und Flow 5 l/min. Bei HFOV-Beatmung mit dem MR 850 konnte eine verbesserte Anfeuchtungsleistung gegenüber Standardbeatmung mit erhöhten Heizleistungen und Heizplattentemperaturen jedoch gleichen Temperaturen am Kammerausgang festgestellt werden. Für CPAP konnte beim MR 850 eine schlechtere Anfeuchtung gegenüber Standardbeatmung mit niedrigeren Heizleistungs-, Heizplattentemperatur- und Kammerausgangstemperaturwerten gezeigt werden. Für das Abfallen der Feuchte mit der Zeit und die negative Korrelation der absoluten Feuchte mit dem Flow bei den Messungen mit distaler Position des Feuchtesensor sind folgende Erklärungen möglich: 1. Die Wasseroberfläche in der Befeuchterkammer wird in der Relation zum Flow zu klein. 2. Ein laminarer Fluss in der Kammer ruft entsprechende Effekte hervor. 3. Ein überschießender Aufwärmvorgang bildet ein Energiereservoir, das sich kontinuierlich über die Versuchszeit entleert. Um die Beeinflussung des Beatmungsgases durch die Inkubatortemperatur in der Kaltstrecke zu vermeiden, sollten zwei Schlauchheizungen verwendet werden, die Inkubatortemperatur in die Befeuchterregelung mit einbezogen werden oder die Kaltstreckenlänge an die Inkubatortemperatur angepasst werden. Die maximale Heizleistung der Schlauchheizung sollte beim MR 850 erhöht werden, um auch niedrigeren Umgebungstemperaturen und höheren Flows gerecht werden zu können. Für die verbesserte Befeuchtung unter HFOV-Beatmung gegenüber Standardbeatmung beim MR 850 wird vermutlich ein turbulenter Fluss und vermehrte Wellenbildung in der Kammer die Ursache sein. Die schlechtere Befeuchtung bei CPAP wird hingegen eher auf einen Temperaturmessfehler beim Befeuchter zurückzuführen sein. Hoher Flow und hohe Inkubatortemperatur können beim MR 850 dazu führen, dass die relative Luftfeuchtigkeit am Y-Stück unter 75% fällt. Die Ziele 37°C und volle Sättigung sind bei den beiden Befeuchtern nicht bei allen gängigen Beatmungsmustern erreicht, deshalb hoffen wir, dass die Hersteller von Befeuchtern und Fisher & Paykel im Besonderen ihre Produkte weiter verbessern.

Adequate climatic conditions in artificial respiration of new-born or premature born babies have an improvement over mortality and morbidity. At present many authors demand a target value of 37°C and 100% humidity refering to actual publications. Aim of this study was to examine the humidifiers MR 730 and MR 850 (Fisher & Paykel) using realistic respiration regimes and optimize them. We artificially respirated a lung model with a Babylog 8000plus in a humidicrib. We used the MR 730 and MR 850 as humidifiers. The tube in the humidicrib was not heated. Data was collected by 3 temperature probes and a humidification probe. The first temperature probe was inserted into the tube system next to the humidification chamber, the second was inserted at the humidicrib entrance, between the heated and nonheated part of the tube, and the third was inserted at the Y-piece. The humidity sensor was connected into the circuit next to the humidification chamber (distal position) or just before the Y-piece (proximal position). Data was sent to a computer, processed and saved. Examining the MR 850, data of the humidifier was additionally acquired by the program "view850". Total time of a measurement was usually 2 hours. Measurements were made using the humidity sensor in distal position (at the humidifier exit) and standard ventilation with the flows 5 l/min, 10 l/min, 15 l/min and 20 l/min. Using the sensor in proximal position (close to the lung model) we varied humidicrib temperature between 28°C and 37°C. Further we made measurements of CPAP and HFOV-ventilation. Using the MR 730 and humidity sensor in distal position, measurements showed a decrease of absolute humidity over time of measurement. With increasing flow the humidity decreased even more. Furthermore a negative correlation between flow and absolute humidity was found. These characteristics were less significant with the MR 850. Using the humidity sensor in proximal position there was no relevant effect on humidity by humidicrib temperature for the MR 850 and the MR730. Using the MR 850 showed a use of capacity of 85% of the heating power of the heater coil of the tube with an environment temperature of just 23-25,5°C and a flow of 5 l/min. Compared to standard ventilation the HFOV-ventilation (using MR850) showed an improved output of humidity, with higher heating power and higher heater plate temperatures though same temperatures at the chamber exit. Comparing CPAP with standard ventilation we recognized a worse humidity output, a lower heater plate power, a lower heater plate temperature and a lower temperature at chamber exit. The following explanations seem possible for the decrease of humidity along time and the negative correlation of absolute humidity with the flow: 1. The water surface in the humidification chamber gets to small in relation to the flow. 2. A laminar flow in the chamber evokes such effects. 3. A surplus of warming up of the humidifier results in a reservoir of energy that continuously empties over the time of measurement. To avoid influence of humidicrib temperature on ventilation gas, two tube heater coils should be used in series in the inspiratory tube, the humidicrib temperature should be integrated in the humidifier program or the length of the nonheated tube part should be adapted to the humidicrib temperature. The maximum power of the tube heating coil should be increased in the MR 850 to meet lower environment temperatures and higher flows. The improved humidification in HFOV-ventilation compared to standard ventilation is probably caused by a turbulent flow and an increased wave formation in the chamber. In contrast to that, the worse humidification using CPAP is supposed to be a failure in the temperature measurement of the humidifier. Using the MR 850, high flow and high humidicrib temperature can result in a decrease of relative humidity under 75 % at the Y-piece. The aims of 37°C and full saturation of humidity are not achieved with both humidifiers using all common patterns of ventilation. Therefore we hope that the producers of humidifiers and especially Fisher&Paykel will improve there products further.