Reflexionseffizienzen der AnaConDa-50 und AnaConDa-100

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurden die verkleinerte Version ACD50 und ACD100 in einer Laborstudie mit einer Testlunge verglichen. Drei Versuchsreihen wurden durchgeführt. In Versuchsreihe 1 wurde der Einfluss des Totraums des Reflexionsdevices ACD50 (50 mL) und ACD100 (100 mL) auf die Isoflurankonzentration in der Testlunge (Cleer) untersucht. Der Reflektor von beiden Reflexionsdevices wurde für die Versuchsreihe 1 ausgebaut und die jeweilige Isoflurankonzentration in der Testlunge (Cleer) mit unterschiedlichen Kombinationen Tidalvolumen/Infusionsrate (Kombination VT/IR) bestimmt. Cleer mit ACD50 unterscheidet sich signifikant von Cleer mit ACD100 für eine gleiche Kombination VT/IR. Unabhängig vom Reflektor beeinflusst das innere Volumen der AnaConDa das Reflexionsphänomen. Dies kann als Volumenreflexion bezeichnet werden. Die zentral in der Testlunge und ohne Reflektor gemessene Isoflurankonzentration (Cleer) unterscheidet sich von der, in Analogie zu älteren Arbeiten, kalkulierten Isoflurankonzentration auf der Respiratorseite (Closs). Dies kann neben der Volumenreflexion auch durch einen hypostatischen Effekt erklärt werden, dass das Isofluran dank seiner höheren Dichte in der Testlunge nach unten sinkt. Die Versuchsreihe 2 wurde mit unmodifizierten ACD50 und ACD100 unter Standardbedingungen (DRY, 23°C, ohne Kohlendioxid und ohne zusätzliche Luftfeuchtigkeit) durchgeführt. Unter DRY ist die Reflexionseffizienz des ACD50 für ein Isoflurandampfvolumen in der Ausatemluft Vexh. < 4 mL höher als die des ACD100. Wird dieses Isoflurandampfvolumen in der Ausatemluft überschritten, ist die Reflexionseffizienz des ACD100 überlegen. Unter DRY und im klinischen Bereich (bis 1 MAC) beträgt die Reflexionseffizienz von beiden Reflexionsdevices ca. 90 %. Ab einem bestimmten Isoflurandampfvolumen ist der Reflektor gesättigt und mehr Isofluranmoleküle gehen durch den Reflektor auf der Respiratorseite verloren. Dieses Phänomen wird „Spill-over“ genannt. Die Spill-over-Grenze oder Reflexionskapazität des ACD50 unter DRY wurde in dieser Arbeit bestimmt und entspricht einem Isoflurandampfvolumen in der Ausatemluft Vexh.max.ACD50 von 7 mL. Die Reflexionskapazität des ACD100 Vexh.max.ACD100 wurde bereits in früheren Arbeiten bestimmt und entspricht 10 mL Isoflurandampfvolumen. Die Versuchsreihe 3 wurde mit unmodifizierten ACD50 und ACD100 unter simulierten physiologischen Bedingungen durchgeführt (CLIN). Die Testlunge wurde in einem Aquarium mit warmem Wasser (37°C) zum Teil eingetaucht. Die Luftfeuchtigkeit in der Testlunge betrug mindestens 90 %. Kohlendioxid wurde in die Testlunge geleitet, sodass physiologische CO2-Konzentrationen zwischen 35 mmHg und 45 mmHg entstanden. Unter CLIN war die Reflexionseffizienz des ACD50 der Reflexionseffizienz des ACD100 unterlegen. Unter CLIN ist die Reflexionseffizienz für beide Devices schlechter als unter DRY. Offenbar beeinträchtigt die höhere Lufttemperatur die zusätzliche Luftfeuchtigkeit oder die Anwesenheit von Kohlendioxid die Reflexion von Isofluran. Der Einfluss des eingestellten Tidalvolumens auf die Reflexionseffizienz ist unter CLIN mit ACD50 größer als mit ACD100. Mit einem Tidalvolumen 300 mL wird mit ACD50 eine signifikant bessere Reflexionseffizienz erzielt (76 % bis ca. 83 %) als mit einem Tidalvolumen 500 mL (67 % bis ca. 76 %). Unter CLIN variiert die Reflexionseffizienz mit ACD100 mit Umstellung des Tidalvolumens weniger; für beide Tidalvolumina beträgt die Reflexionseffizienz 80 % bis ca. 88 %. Eine klare Grenze für ein Spill-over-Phänomen konnte in der vorliegenden Arbeit unter CLIN nicht nachgewiesen werden. Stattdessen sinkt die Reflexionseffizienz mit steigendem Isoflurandampfvolumen allmählich ab. Die Reflexionseffizienz wird durch Luftfeuchtigkeit, Körperwärme und Kohlendioxid beeinträchtigt und ist deshalb unter klinischen Bedingungen geringer als unter trockenen Laborbedingungen. Dennoch ist sie auch für die kleinere Version für mittlere Tidalvolumina bis 500 mL und im Konzentrationsbereich bis 1 MAC mit etwa 75% ausreichend hoch.

Title: Reflection efficiencies of AnaConDa-50 and AnaConDa-100 In this work, we compared the small AnaConDa Version ACD50 to the ACD100 in a bench study with a test lung. Three experimental series were realized. In the first experimental series, we analyzed the influence of the internal dead-space of the reflection devices ACD50 (50 mL) and ACD100 (100 mL) on the Isoflurane concentration inside the test lung (Cleer). We removed the reflector of both reflection devices for the first experimental series. The respective isoflurane concentration inside the test lung (Cleer) was measured with different combinations of Tidal volumes/Infusion rates (VT/IR). Cleer with ACD50 is significantly different from Cleer with ACD100 for the same combination of VT/IR. The dead-space of the reflection device has, independently of the reflector, an influence on the reflection of isoflurane. This effect can be called „Volume reflection“. The isoflurane concentration Cleer in the first experimental series was measured in the center of the test lung. Cleer is different from the isoflurane concentration on the ventilator side Closs, calculated according to previous publications. Additionally to the volume reflection, a hypostatic effect can explain the difference in Cleer and Closs, since isoflurane sinks in the test lung due to its higher density compared to air. In the second experimental series, we used unmodified ACD50 and ACD100 under standard conditions (DRY, 23°C, no additional carbondioxyd or humidity). The reflection efficiency of ACD50 is higher as that of ACD100 for an isoflurane volume in the expiratory air smaller than 4 mL. The ACD100 has a higher reflection efficiency above this isoflurane volume in the expiratory air. The reflection efficiency of both devices under DRY in clinically relevant dosages (up to 1 MAC) is approximately 90%. Above a certain isoflurane volume in the expiratory air, the reflector is saturated and isoflurane molecules get lost increasingly through the reflector joining its ventilator side. This phenomenon is known as spill-over. The spill-over limit or reflection capacity of ACD50 under DRY was determined in this work and corresponds to 7 mL isoflurane volume in the expiratory air. The reflection capacity of ACD100 was already determined in a previous work and corresponds to 10 mL isoflurane volume in the expiratory air. In the third experimental series, we used unmodified ACD50 and ACD100 under simulated physiological conditions (CLIN). The test lung was partially submerged in an aquarium under warm water (37°C). The air humidity inside the test lung was higher than 90%. Physiological concentration of carbon dioxide (35 mmHg – 45 mmHg) were added inside the test lung. The reflection efficiency of ACD50 under CLIN was lower than the reflection efficiency of ACD100. The reflection efficiency of each device was lower under CLIN compared to DRY conditions. Obviously, the higher air temperature, the additional air humidity and the presence of carbondioxyd impairs the isoflurane reflection. Under CLIN, reflection efficiency of ACD50 deteriorates earlier, when tidal volume is increased, compared to ACD100. At 0.6 MAC, with ACD50, efficiency is 83% for a tidal volume of 300 mL and 74% for 500 mL; and with ACD100, it is 88% or 80% for each tidal volume. A spill-over limit under CLIN was not detected in this work. Instead, the reflection efficiency for both devices fell gradually with increasing isoflurane volume in the expired air. Reflection efficiency is influenced by humidity, body temperature and carbon dioxide and is therefore smaller under clinical compared to dry laboratory conditions. Nevertheless, even for the smaller version, efficiency is sufficient for tidal volumes up to 500 mL tidal volume and for anaesthetic concentrations up to 1 MAC, amounting to approximately 75 %.