Arterie: Dämpfung und Resonanz

So ne Arterie is was Feines: zur kontinuierlichen Blutdruckkontrolle, zur Therapiesteuerung unter Katecholaminen oder zur Pulskonturanalyse (SVV, PPV, PiCCO), zur wiederholten Blutentnahme… kurz überall da, wo die NIBP insuffizient wird (kritisch Kranke, Hypotonie/ Schock, Einlungenvebtilation, anatomisch bedingte Schwerigkeiten der Messung…) oder Zusatzinformationen nötig sind.

Ganz frei von Nebenwirkungen ist die arterielle Kanülierung nicht (Schmerz, Hämatom, Perfusionsstörungen, Fehlinjektion, Infektion, Parästhesien, Gewebeuntergang…), insofern muss die Indikation stimmen und ganz so frei von Störungen wie man vielleicht denken mag, ist das System zur invasiven Messung auch nicht, die wesentlichen Problematiken sollte man sich bewusst machen.

Messort

Die Messung in unserem System ist abhängig von der Höhe der Druckwandlers gegenüber dem Ort des Interesses. Typischerweise platziert man in Rückenlage den Druckwandler auf Höhe des rechten Vorhofs. In guter Näherung liegen damit alle relevanten Organe auf einer mehr oder minder identischen Isobare des MAD.

Sobald aber spezielle Lagerungen zum Einsatz kommen (Beachchair in der Schulterchirurgie, sitzende Lagerung in der Neurochirurgie) liegen u.U. Herz und Hirn auf unterschiedlichen Druckniveaus. Genaueres hierzu findet ihr hier.

Dämpfung & Resonanz

Das Prinzip der Messung mittels Arterie beruht auf der Transmission der Druckwellen der Arteria radialis (meist) über die inkompressible Flüssigkeitssäule in arterieller Kanüle und Zuleitung zum Druckwandler. Die Frequenz der gemessenen Druckwellen (also im Wesentlichen die Herzfrequenz bewegt sich in einem Bereich zwischen etwa 50-200 Schlägen pro Minute also etwa 1-4 Hertz.

Ein schwingungsfähiges System hat eine natürliche Eigenfrequenz, in der es schwingt. Liegt die Frequenz des gemessenen Phänomens in diesem Bereich, so kommt es über die Messschwingung zur Resonanz, also zur Anregung des Systems selbst mitzuschwingen, was die Messung beeinträchtigt.

Eine Saite kann z.B. zum Schwingen gebracht werden, wenn wir mittels eines Schwingungsgenerators einen Ton anstimmen, der der Eigenfrequenz dieser Seite oder einem Vielfachen davon entspricht. In der Musik hat jeder Ton sog. Obertöne, also ganzzahlige Vielfache der Grundfrequenz. Diese harmonischen Schwingungen können ebenfalls Schwingungen – eben Resonanz – des Systems auslösen. Relevant sind diese Störungen bis etwa zum Achtfachen der Grundfrequenz. Soll heissen, bei einer Messfrequenz von 1-4 Hertz (eben 60-240 Schläge pro Minute) sollte unser System eine Resonanzfrequenz von mindestens dem 8-fachen der Basisfrequenz aufweisen, also sich oberhalb des Frequenzbereiches von 8-32 Hz bewegen. Andernfalls verstärkt und verzerrt das Mitschwingen das ausgeworfene Signal abhängig von der jeweils anregenden Frequenz.

Mindestresonanzfrequenz des Systems > 8 x Mess-Signalfrequenz

Dämpfung wiederum ist eine Eigenschaft des Systems u.a. über elastische Verformung, Reibung und Reflexion die Energie der Hauptschwingung aufzunehmen und diese damit abzuschwächen. Der Energieabfall ist dabei von der Laufstrecke und den elastischen Eigenschaften des Mediums, also der (an sich ja inkompressiblen) Wassersäule und dem Schlauchsystem, so wie allen Verbindungen abhängig. Engstellen und Winkelstücke führen zu Reflexionen, Turbulenzen und damit zur Verfälschung des Messsignals. Dämpfung zeigt sich durch eine flachere arterielle Kurve (Amplitudenverlust) mit weniger klarer Dikrotie (bei stabilem MAD!)

Je elastischer und länger das System, desto stärker die Dämpfung des Signals.

Will man es sich ein wenig komplizierter machen, denkt man noch an den sogenannten Dämpfungskoeffizienten. Dieser liegt in der Regel zwischen 0 und 1 (und damit zwischen „keine Dämpfung“ und „kritische Dämpfung“).

Dämpfungskoeffizient: „0“ – ungedämpft (grün), „0-0,3“ – unterdämpft (blau), „0,64“ – optimal (orange), „1“ – krit. Dämpfung (rot), cave Frequenzverlust nicht berücksichtigt!
  • Dämpfungskoeffizient 0 – „Null-Dämpfung“
    • die Amplitude bleibt über die Zeit stabil, das System schwingt in der Anregungsfrequenz mit der ursprünglichen Amplitude
  • Dämpfungskoeffizient 0-0,3 „Unterdämpfung“
    • Nach Anregung mit gegebener Amplitude und Frequenz schwingt das System noch einige Zeit mit abnehmender Amplitude nach, es kommt bei kurzen Abständen der Eingangssignale zu Messungenauigkeiten durch Überlagerung dieser Signale mit den Resonanzwellen.
  • Dämpfungskoeffizient 1 – „kritische Dämpfung“
    • das System führt die Auslenkung sofort zur Null-Linie zurück, es folgt auf die initiale Auslenkung keine Schwingung, also auch kein Überschreiten der Null-Linie.
  • Dämpfungskoeffizient >1 „Überdämpfung“
    • das System kehrt nach Auslenkung nur sehr langsam zur Nulllinie zurück, es kommt zu keinem „Overshoot“ über die Nulllinie. Aufgrund des trägen Verlaufs sind zeitkritische Messungen hier nicht möglich.
  • optimale Dämpfung – Dämpfungskoeffizient 0,64
    • wir wollen ein System, das schwingungsfähig ist, also zügig auf das Messsignal reagiert, ohne es durch Nachschwingungen zu verfälschen, ergo muss es nach Anregung zügig zum Nullpunkt zurückkehren. Was wir wollen ist also einen einzigen Schwingungsbauch um die Nulllinie. Klinisch drücken wir „Flush“, sehen die Auslenkung ins positive und wollen dann nur noch die Rückschwingung über die Nulllinie mit Overshoot und dann Rückkehr zur Nulllinie ohne weitere Auslenkung sehen. Störinterferenzen können hier nur bei hohen Frequenzen auftreten.

Im klinischen Alltag beurteilen wir in aller Regel ein bestehendes Standardsystem aus einer fixen Kombination von Abnehmer, Transponder, Schlauchsystem und Medium, Einflussmöglichkeiten sind also relativ gering. Dennoch ist es wichtig zumindest orientierend die Dämpfungseigenschaften zur Fehlerkorrektur beurteilen zu können. Zu diesem Zweck nutzen wir die Flush-Funktion unseres Transponders – da soll es einmal im Sinne eines Overshoot nachschwingen und gut. Aber warum eigentlich, wenn doch alles immer gleich ist? Koagel oder sogar kleine Luftblasen führen zu Reflexion der Druckwellen, zur Verringerung des Querdurchmessers, kurz also zur Dämpfung. Eine Veränderung im Schlauchmaterial z.B. hin zu geringerer Compliance würde zu Schleuderzacken, also zu geringer Dämpfung führen. Aus Versehen eingefüllte andere Medien (HAES, Gelatine, Albumin o.ä. visköses) verändern ebenfalls die Dämpfungseigenschaften.

Was tun bei Überdämpfung oder Schleuderzacken?

  • System checken: alles korrekt verbaut, richtige Füllmedien, richtiges Schlauchsystem (Länge/ Compliance?)
  • Überdämpfung/ „Flachkurve“:
    • System nochmals dekonnektieren, ggf. Arterie aspirieren/ spülen (cave: keine Luft oder Koagel als Embolie in die Peripherie schiessen!)
    • System dekonnektiert spülen und Luftbläschen ausklopfen, bis alles wirklich luftleer ist
  • Unterdämpfung/ „Schleuderzacken“:
    • eine gezielt platzierte Luftblase im proximalen Anteil des Abnehmersystems kann die Dämpfung erhöhen, aber: Risiko der Luftembolie bei Einspülen der Luftblase in das Kapillarbett des Patienten!

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