Nutec NORSK UNDER VANNSTEKNOLOGISK SENTER A.S. Rapport nr: 46 - Dato : Prosjekt nr:11110 revidert

Transkript

1 .-. Nutec NORSK UNDER VANNSTEKNOLOGISK SENTER A.S Postboks 6, 5034 Ytre Laksevåg. Telefon (05) Telex nutec n. Telefax: (05) Rapport nr: Dato : Prosjekt nr:11110 revidert Rapportens tittel: Metodeutvilding i respimsjonsfysiologi 1991, indirekte mål på lungenes ventilasjons/perfusjons fordeling Kontrollert av: K. Jakobsen Godkjent av T. Syversen Klient/oppdragsgiver: FUDT (Norsk Hydro A/S, Oljedirektoratet, Saga Petroleum A/S, Statoil) Arbeidet utført av : Einar Thorsen, Kåre Segadal, Harald Sundland, Jim W. Reed Klients/kontaktpersons referanse: C. Hordnes J. Smith-Sivertsen J.A. Ask Rapportskrivers si natur: Einar Thorsen/ Sammendrag En metode for bestemmelse av lungenes ventilasjons/perfusjons fordeling basert på måling av ekspiratoriske gasser (Intra breath R-test) er etablert. Testen er enkel å gjennomføre og har vist seg anvendelig ved lungefunksjonsstudier i ekstreme miljø som ved forhøyet omgivende trykk og ved mikrogravitet. Det er ved tidligere undersøkelser ved normalt omgivende trykk påvist endringer i lungenes ventilasjons/perfusjons fordeling etter metningsdykk med denne testen. VenØse gassembolier som gir lungeavsnitt med redusert sirkulasjon men opprettholdt ventilasjon kunne være en forklaring på disse funnene. Resultatene fra The NUTEC Oxygen Toxicity Study viser imidlertid også endringer som kan skyldes sekundære effekter på lungenes blodsirkulasjon på grunn av redusert elastisitet i lungevevet. Emneord på engelsk: Pulmonary gas exchange Intra-breath R-test Saturation diving Emneord på norsk: Gassutveksling Intra-breath R-test Metningsdykking ERKLÆRING VED FORDELING: Fortrolig Graderingen gjelder til: ISBN: x Fri Distribusjon Anufil Sider: 12

2 INNHOLD 1. INNLEDNING 3 Side 2. METODER/RESULTAT 4 3. DISKUSJON/KONKLUSJON REFERANSER 12

3 en ikke-invasiv test for bestemmelse av lungenes ventilasjons/perfusjonsfordeling. I samarbeid med Universitetet i Newcastle har man siden 1989 arbeidet med å etablere INNLEDNING oksygen og karbondioksyd (R) innholdet i ekspirasjonsgassen reflekterer derved C 3 med dataprosessering og datapresentasjon er også blitt gjort. sekventiek gjennom en langsom ekspirasjon og forandringer i forholdet mellom ventilasjons/perfusjons forhold ved såkalt Multiple Inert Gas Washout krever både avansert utstyr for gassanalyse (massespektrometer). Tradisjonell måling av lungenes Denne testen baserer seg på måling av respiratoriske gasser gjennom en langsom rutinemessige lungefunksjonstestene hvor man bare indirekte kan få en indikasjon på arteriekateterisering og bestemmelse av hjerteminuttvolum. oksyd i en funksjonell lungeenhet er bestemt av denne enhetens ventilasjons/perfusjons ekspirasjon fra total lungekapasitet til restvolum. Innholdet av oksygen og karbondi kvotient. Lungeavsnitt med forskjellig ventilasjons/perfusjons kvotient tømmer seg beskrevet i deiprosjektets årsrapporter (1). Testen er enkel å gjennomføre, men krever ventilasjons/perfusjons fordelingen i lungene. Prinsippet for testen er tidligere En signifikant reduksjon i lungenes diffusjonskapasitet og gassutvekslingsfunksjon er påvist etter metningsdykk. Hyperoksi og venøse gassembolier kan være medvirkende ventilasjons/perfusjonsforandringer. Venøse gassemboier resulterer i lungeavsnitt som årsaker til disse lungefunksjonsforandringene. Denne testen skulle teoretisk være mer har mistet sin kapillære blodforsyning, men som har opprettholdt sin ventilasjon. Rent følsom for lungesirkulasjonsendringer på grunn av gassembolier enn de etablerte trykk for derfor å følge tidsforløpet av eventuelle lungefunksjonsforandringer gjennom de forskjellige fasene av et metningsdykk. metodologisk burde det også være mulig å gjøre testen under forhøyet omgivende er det gjort tilpasninger av metoden til bruk under hyperbare forhold og dette ble utprøvd i forbindelse med The NUTEC Oxygen Toxicity Study. Videre arbeid

4 Figur 1. Ved inspirasjon fra hagen, som fylles med gass fra omgivende atmosfære, oveffiaten er benyttet (1). Forsøkspersonen puster i et lukket bag-i-boks system, C derved måles. Figur METODERJRESULTATER frekvens på 50 Hz. 2.1 TILPASNiNG AV METODEN FOR BRUK UNDER HYPERBARE FORHOLD dataanalysen. Denne ble målt både på overflaten og under dykket til 15 meter ved å munnåpningen og innholdet av respiratoriske gasser måles kontinuerlig med en Det samme eksperimentelle oppsettet som tidligere beskrevet ved målinger på flytte målekapillærets posisjon mellom to adskilte gassblandinger ved hjelp av en det er en tidsforsinkelse i massespektrometeret som det må korrigeres for ved ekspireres til boksen. Volumendringene måles med et Wedge 570 Science spirometer Ved dataanalysen relateres R til ekspirert volum. Volum registreres i sann tid, mens koblet til boksen. Munnstykket er koblet til en Collins 3-vegs ventil med dødrom på millisekund flyttes kapillæret fra en gassblanding til en annen og forsinkelsestiden kan såkalt step change generator som tidligere beskrevet (2). I løpet av mindre enn ml. Kapillæret fra et massespektrometer føres gjennom munnstykket like foran

5 C Kommunikasjon med forsøkspersonen. Figur 1. Det eksperimentelle oppsettet for Inta-breath R-test (IBR) ved målinger under massespekirometer. C; Volumregistreringssignal. D; Temperaturregistrenngssignal. E; forhøyet omgivende irykk. A; Sugeanordning for fylling av bag. B; Måiekapillær til

6 fl fl i I I: tj t Figur 2. Registreringer ved maling av tidsforsinkelse ved gassanalyse ved 100 kpa og 250 kpa omgivelsesirykk. H- -- 7EE r I I:. I: I

7 SzE4dJæ - r rl i For å forkorte forsinkelsestiden på gassregistreringssignalet ble endestykket på gassprøvetagingskapiflæret modiflsert. Gassprøvene ledes gjennom et stålkapillær fra kammeret til overflaten. På endestykket av dette stålkapillæret som ble plassert i er gitt i figur 4. c omgivelsestrykk. Eksempler på utskrift fra gjennomføring av tester ved 100 og 250 kpa omgivelsestrykk Figur 3. Endestykket på stålkapillæret for gassprøvetaking brukt ved 250 kpa munnstykket ble det laget en 0.18 mm åpning, Figur 3. Hele trykkfallet fra kammersystemet til overflaten skjer over denne åpningen og det oppstår da kritisk strømningshastighet på gassen. Tidsforsinkelsen på overflaten var sekund, og ved målinger ved 250 kpa omgivelsestrykk sekund. Ved tidligere dypdykk har man brukt dyseåpninger ned til 0.1 mm, men dysene har ved disse måiingene vært plassert ca 15 cm fra munnåpningen utenfor dykkehjelmen (3).

8 VOLkie çij fl: Figur 4. Utskrifter fra IBR-tester gjort ved 100 kpa (venstre kolonne) og 250 kpa (høyre kolonne).

9 9 2.2 DATAPROSESSERING OG DATAPRESENTASJON Volum og gassregistreringssignaler tas ut på skriver og lagres samtidig på analog tape sammen med aktuelle kalibreringssignaler. Etter sammenbrudd av NUTECs VAX datasystem våren 1991, kunne ikke registreringene samtidig konverteres digitalt og lagres og videre bearbeides umiddelbart, men dataloggingsprogrammer og data prosesseringsprogrammer ble senere stilt til disposisjon av Universitetet i Newcastle og foreløpig databearbeiding ble gjort i samarbeid med Dr. J. Reed fra Universitetet i Newcastle og Dr. Harold Guy fra NASA Respiration Lab., University of California, San Diego. Samme metode for lungefunksjonsmålinger er nylig gjort i vektiøshet både ved parabefflygninger og en romferje-ekspedisjon (4). Eksempler på datapresentasjon fra tester tatt ved en atmosfæres omgivelsestrykk og ved 250 kpa omgivelsestrykk er vist i figur 5, hvor forandringer i R i forhold til ekspirert volum er angitt. Ved lineær regresjon er forandring i R over området fra % av ekspirert vitalkapasitet angitt, og posisjonen angis ved denne linjens krysningspunkt med y-aksen. Det var en tendens til høyere stigningsvinkel på denne kurven umiddelbart etter dykket sammenlignet med før dykket hos enkelte av dykkerne, figur 6. Dette kan forklares ved at hyperoksi i tillegg til effekter på luftvegene har effekter på lungesirkulasjonen både direkte og indirekte ved endringer i lungenes elastiske egenskaper (kfr NIJTEC rapport 45-91). Endringer som tidligere er rapportert etter metningsdykk og hos dykkere sammenlignet med ikke-dykkere (1) må derfor revurderes med tanke på eventuelle effekter av hyperoksi.

10 v omgivelsestrykk (B). Figur 5. IBR-tester utført ved en atmosfæres onigivelsesirykk (A) og ved 250 kpa 0.0 Vokine. rrd 455t6 0.5 v iv Vdume, i t5 10

11 11 ( Figur 6. Resultater fra IBR test før og etter oksygentoksisitctsstudiefl. xhal.d Volum. :: OJpost1 OJpre2 1.5

12 12 3. DISKUSJON/KONKLUSJON En metode for bestemmelse av lungenes ventilasjons/perfusjonsfordeling basert på bestemmelse av ekspiratoriske gasser er etablert. Testen er enkel å gjennomføre og anvendelig ved lungefunlcsjonsstudier i ekstreme miljø som ved forhøyet omgivende trykk og ved mikrogravitet. Det er tidligere påvist endringer i lungenes ventilasjons/perfusjonsfordeling etter metningsdykk. VenØse gassembolier som gir lungeavsnitt med redusert sirkulasjon og opprettholdt ventilasjon kunne være en forklaring på disse funnene. Resultatene fra The NIJTEC Oxygen Toxicity Study viser imidlertid også endringer som kan skyldes sekundære effekter på lungenes blodsirkulasjon på grunn av redusert elastisitet i lungevevet. 4. REFERANSER 1. Thorsen E, Segadal K, Kambestad BK, Sundland H, Nyborg P3. Respirasjons fysiologi - FUDT NUTEC rapport Myrseth E. Correction for dynamic response in gas analyser system for use in online pulmonary gas exchange calculations of divers in a hyperbaric chamber. NUTEC rapport Segadal K, Myrseth E, Holand B, Holt T. Diver respiratory/ventilatory monitoring system. NUTEC rapport Guy HJ, Prisk K, West JB. Pulmonary function in microgravity. Fed Proc. American Physiological Society.