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Avaliação da compatibilidade e precisão da linha de amostragem da capnografia quando usado com um monitor de capnografia portátil

Published: September 29, 2020 doi: 10.3791/61670
Automatic Translation
1, 2, 3
1Division of Respiratory Care, UT Health Science Center at San Antonio, 2Research and Development, OEM Engineering, Patient Monitoring, Medtronic, Jerusalem, 3Minimally Invasive Therapies Group, Scientific Communications, Medtronic, Minneapolis

Summary

O objetivo deste estudo foi avaliar a precisão das linhas de amostragem capnografia utilizadas em conjunto com um monitor portátil de capnografia de cabeceira. As linhas de amostragem de 7 fabricantes foram avaliadas para resistência à tração, tempo de elevação e precisão ETCO2 em função da taxa respiratória ou da taxa de fluxo de oxigênio suplementar.

Abstract

A capnografia é comumente usada para monitorar o estado ventilatório do paciente. Embora a capnografia sidestream tenha sido demonstrada para fornecer uma avaliação confiável do CO2 (ETCO2),sua precisão é comumente validada usando kits comerciais compostos por um monitor de capnografia e suas linhas de amostragem de cânulas nasais descartáveis correspondentes. O objetivo deste estudo foi avaliar a compatibilidade e a precisão das linhas de amostragem de capnografia cruzadas com um único monitor de capnografia portátil. Uma série de 4 testes de bancada foram realizados para avaliar a força de tração, tempo de elevação, precisão ETCO2 em função da taxa respiratória, e precisão ETCO2 na presença de O2suplementar . Cada teste de bancada foi realizado utilizando equipamentos especializados validados para permitir uma avaliação completa do desempenho da linha amostral. Os 4 testes de bancada diferenciaram com sucesso entre as linhas amostrais de diferentes fontes comerciais e sugeriram que devido ao aumento do tempo de elevação e à diminuição da precisão etco2, nem todas as linhas de amostragem de cânula nasal fornecem dados clínicos confiáveis quando cruzadas com um monitor comercial de capnografia. Deve-se tomar cuidado para garantir que qualquer cruzamento de monitores de capnografia e linhas de amostragem descartáveis seja totalmente validado para uso em taxas respiratórias e taxas de fluxo suplementar O2 comumente encontradas em ambientes clínicos.

Introduction

Capnografia é uma tecnologia comumente utilizada projetada para avaliar a integridade do estado ventilatório de um paciente medindo o CO2 de maré final do paciente (ETCO2) e a taxa respiratória1. Quando usada em combinação com oximetria de pulso, uma avaliação mais abrangente da função respiratória pode ser alcançada2,3. A capnografia é frequentemente utilizada na unidade de assistência pós-anestesia, em pacientes entubados ou profundamente sedados4, na Unidade de Terapia Intensiva (UTI) e no pronto-socorro5. De fato, a Sociedade Americana de Anestesiologistas (ASA)6,7 recomenda a capnografia contínua durante todos os procedimentos gerais de anestesia8 e durante a sedação moderada e profunda, que incluiu cerca de 106 milhões de procedimentos nos Estados Unidos de janeiro de 2010 a dezembro de 20149,10.

Inerente ao uso da capnografia está a dependência de um dispositivo que fornece ao médico uma avaliação precisa do estado ventilatório de um paciente. O monitoramento da capnografia pode ser de qualquer lado, no qual a respiração expirada é desviada para um monitor por uma cânula nasal e tubos, ou mainstream, em que a respiração expirada é medida na fonte sem desviar a amostra11. A capnografia mainstream é mais utilizada em pacientes entubados, enquanto a capnografia sidestream é usada para pacientes entubados e não entubados12. Um componente importante da capnografia sidestream é a linha amostral, que fornece CO2 da respiração expirada do paciente para o detector, onde ocorre a análise da respiração1,,13. Os desenhos da linha de amostragem comercial variam significativamente, com diferenças nos pontos de conexão da linha de amostragem, formas de cânula nasal e volumes de tubulação, todos os quais podem afetar o desempenho da linha de amostragem13,14. Por exemplo, as linhas de amostragem de cânula nasal podem ter até 10 conexões entre a cânula nasal, umidificador, linha de amostragem ETCO2 e tubos de entrega O2 (Figura 1). Cada uma dessas conexões representa um ponto fraco potencial no sistema de monitoramento.

O desempenho das linhas de amostragem de cânulas nasais pode ser avaliado por uma variedade de testes, como o ponto fraco geral e o tempo de elevação. Além disso, podem ser testados para determinar o impacto da taxa respiratória e a entrega de oxigênio suplementar nas leituras etcO2. Embora estudos anteriores tenham relatado a precisão etco2 em um número limitado de linhas amostrais15,16,17,18,19,20,21,,22,23, não há estudos conhecidos que tenham avaliado o desempenho da linha de amostragem de cânula nasal usando uma combinação de testes, como identificação do ponto fraco geral, medição do tempo de elevação e determinação da precisão etco2.

O ponto fraco geral de uma linha de amostragem pode ser medido usando um teste de resistência à tração, no qual cada ponto de conexão é testado para quanta força é exercida sobre a conexão antes de atingir um ponto de ruptura. O teste de resistência à tração pode identificar o ponto de conexão mais fraco para um dispositivo médico, permitindo comparações diretas entre designs exclusivos de dispositivos. Este estilo de teste de força é frequentemente realizado em dispositivos médicos, desde guias de ritmo até cateteres24,25. Uma vez que as linhas de amostragem de capnografia têm um grande número de pontos de conexão de tubulação, o ponto de conexão mais fraco pode diferir dependendo do design do dispositivo. A resistência à tração dos pontos de conexão é particularmente importante em ambientes móveis, como ambulâncias, onde linhas de amostragem podem ser separadas involuntariamente devido a restrições de espaço. As linhas de amostragem da capnografia também podem se desconectar involuntariamente em salas hospitalares, onde vários sistemas de monitoramento são frequentemente conectados simultaneamente a um paciente, e as linhas de equipamento podem ficar emaranhadas e puxadas por um paciente móvel ou um provedor de saúde. Em ambos os cenários, a tensão aplicada à linha amostral pode resultar em perda de dados de capnografia e, em alguns casos, interrupção da entrega suplementar de O2.

Outro elemento crítico do monitoramento da capnografia sidestream afetado pelo desenho da linha amostral é o tempo de elevação, definido como o tempo necessário para que um valor de CO2 medido aumente de 10% para 90% do valor final14. O tempo de elevação é um indicador direto da resolução do sistema, definindo o quão bem as respirações individuais são separadas umas das outras durante a amostragem(Figura 2A). Na prática, um tempo de elevação mais curto é preferível a um longo tempo de ascensão. Isso se deve à possível mistura de múltiplas amostras de respiração em sistemas de capnografia com longos tempos de elevação, resultando em medidas imprecisas etcO2 14. É importante ressaltar que o tempo de elevação é afetado tanto pelo fluxo de respiração quanto pelo desenho da linha de amostragem, devido ao atrito do ar que se move ao longo da tubulação, à presença de filtros e ao volume de espaço morto dentro da linha de amostragem. As linhas de amostragem com mais espaço morto têm redução da resolução da amostra de respiração, resultando em formas de onda de respiração mista ETCO2 e, como resultado, leituras etcO2 imprecisas13,14. Essas amostras de respiração pouco diferenciadas ocorrem na maioria das vezes em pacientes com uma taxa respiratória rápida, incluindo bebês e criançasde 14,,15,,16.

As medidas etcO2 também podem ser impactadas pela taxa respiratória e pela entrega de oxigênio suplementar15,,26,,27,,28. Embora alterações na ventilação minuciosa e presença de depressão respiratória possam ser facilmente detectadas com um capnógrafo27,28, há dados escassos sobre o desempenho específico das linhas de amostragem de cânulas nasais em diferentes taxas respiratórias. Um estudo recente descobriu que durante a respiração estável, a taxa respiratória medida por um monitor de volume respiratório e capnógrafo foram fortemente correlacionadas (R = 0,98 ± 0,02) e consistentes para todas as taxas de respiração, incluindo taxas de respiração normal, lenta e rápida28. Quanto ao uso de oxigênio suplementar, um estudo separado comparou as leituras etcO2 em voluntários saudáveis na presença de fluxo de oxigênio pulsado ou contínuo, utilizando entre 2 e 10 L/min de oxigênio17. Enquanto o fluxo de oxigênio pulsado teve um impacto limitado no ETCO2 medido (mediana 39,2 mmHg), o fluxo contínuo de oxigênio, que é padrão em configurações clínicas, resultou em uma ampla gama de medidas etco2 (mediana 31,45 mmHg, faixa de 5,4 a 44,7 mmHg) que foram clinicamente diferentes das leituras etcO2 na ausência de oxigênio suplementar17. Além disso, as diferenças nas medidas etcO2 na presença de fluxo de oxigênio suplementar foram comparadas entre os desenhos de cânula nasal15,,18. Em contraste com as cânulas nasais com colheres orais, um estudo descobriu que algumas cânulas não conseguiram entregar CO2 exalado ao capnômetro na presença de 10 L/min O218. Outro estudo relatou que, enquanto as leituras etcO2 com oxigênio suplementar durante a ventilação normal simulada eram normais, as leituras etcO2 foram reduzidas na presença de oxigênio suplementar durante hipoventilação simulada e hiperventilação15. Isso é consistente com evidências de que a precisão etco2 é mais difícil de alcançar quando a taxa de fluxo de CO2 na respiração expirada é semelhante à taxa de fluxo de oxigênio suplementar, devido à diluição do CO exalado2 (Figura 2B)20.

A precisão das leituras etcO2 foi avaliada em múltiplos estudos independentes, todos os quais concluíram que a capnografia oferecia uma medida confiável do estado de ventilação16,,18,,19,,20,,21,,22. No entanto, poucos estudos compararam a precisão de diferentes sistemas de capnografia sidestream, e embora as linhas de amostragem da capnografia sejam usadas com uma variedade de monitores comerciais de capnografia, a precisão desses dispositivos pareados não é bem descrita23. Assim, determinar se as linhas comerciais alternativas de amostragem são compatíveis com monitores de capnografia e fornecer dados precisos é importante para os profissionais de saúde que utilizam esse equipamento para monitorar a ventilação do paciente.

O objetivo deste estudo foi determinar a compatibilidade e a precisão das linhas de amostragem de capnografia sidestream disponíveis comercialmente utilizadas em conjunto com um monitor de capnografia portátil. Uma série de quatro testes de bancada foram realizados utilizando sistemas validados especialmente projetados para comparar o desempenho de uma série de linhas de amostragem de capnografia com um único monitor respiratório. Os quatro principais desfechos do estudo incluíram (1) resistência à tração e identificação do ponto de conexão fraco para cada linha amostral de capnografia; (2) tempo de elevação; (3) PRECISÃO ETCO2 em função da taxa respiratória; e (4) PRECISÃO ETCO2 na presença de oxigênio suplementar.

Protocol

As linhas de amostragem da capnografia utilizadas nesses testes de bancada incluíram 16 linhas de amostragem de capnografia adulta, pediátrica e neonatal de 7 fontes comerciais. Entre as 16 linhas de amostragem incluídas nos testes de bancada, 5 linhas de amostragem eram do mesmo fabricante do monitor de capnografia utilizado para os testes de bancada ('combinados'), e 11 linhas de amostragem eram de fabricantes alternativos ('cross-paired') (Tabela de Materiais). Todas as linhas de amostragem de cânula nasal compartilham um design semelhante, com até 10 pontos de conexão entre a cânula, umidificador, conector O2, conector CO2, tubo de 4 vias, tubo O2 e tubo de CO2 (Figura 1).

1. Medir a força de tração da linha de amostragem

  1. Calibrar o gabarito de teste de tração.
    1. No software de gabarito de teste de tração, defina a seleção da célula de carga para 100,00 kg e o parâmetro de carga para 10,00 kg.
  2. Conecte os componentes da linha de amostragem (exemplo: conector O2 com tubo O2) ao gabarito de teste de tração calibrado.
  3. Começando com uma massa de 0 kg, inicie a tensão no componente da linha de amostragem e observe se a conexão da linha de amostragem permanece intacta.
  4. Se a conexão da linha de amostragem permanecer intacta, aumente automaticamente a massa de forma contínua e observe quando as subpartas quebrarem ou desconectarem.
    NOTA: A resolução do gabarito é limitada a incrementos de 10 g.
  5. Regissobre a tensão máxima (kg) exercida antes do rompimento da linha de amostragem.
  6. Repita o teste de resistência à tração para todas as 10 subpartas potenciais da linha de amostragem: Oconector O 2 com tubo o2; Otubo 2 com 4-way; 4-way com tubos O2; Tubo o2 com cânula; cânula com tubos de CO2; Tubo de CO2 com 4 vias; 4 vias com tubos de CO2; Tubo de CO2 com conector CO2; umidificador com tubulação; tubos com cânula.
  7. Repita o teste de resistência à tração em 16 linhas de amostragem de 7 fontes comerciais.

2. Medir o tempo de elevação e a precisão da linha de amostragem

  1. Calibrar o dispositivo de medição de tempo de elevação.
    1. Corte padrão de 0,95 mm de diâmetro interno do tubo de PVC de diâmetrointerno em dez pedaços de 15 cm.
    2. Opere o gabarito usando as seguintes etapas:
      1. Ligue o compressor de ar, o controlador do gabarito e a fonte de alimentação.
      2. Abra o fluxo de gás CO2.
      3. Conecte o canal de amostragem diretamente à câmara de medição sem a amostra.
      4. Calibrar o fluxo de ar e CO2 para 10 L/min e a taxa de amostragem de gás para 50 mL/min usando um medidor de fluxo de massa e um restritor dedicado.
        NOTA: A taxa máxima de amostragem do monitor de capnografia é de 50 mL/min.
      5. Abra o software de gabarito e defina os parâmetros de teste da seguinte forma: Air:CO2 ratio 1:1; Tempo de ar = 3 segundos, TEMPO DE CO2 = 3 segundos, 10 ciclos, comprimento de medição de tempo de elevação: nenhum.
      6. Abra a válvula de CO2.
      7. Selecione o botão De calibração de acabamento na guia Medição e certifique-se de que ele fica verde.
      8. Selecione o botão Medir e aguarde o fim dos ciclos de fluxo de gás.
      9. Feche a válvula de CO2.
    3. Regisso tempo de elevação de fundo e garanta que o resultado seja inferior a 60 ms. Se for maior, limpe a câmara óptica com fluxo de ar e conecte corretamente o adaptador y-piece/airway.
    4. Faça 10 medições e calcule o valor médio de tempo de elevação.
    5. Compare o valor do tempo de elevação com as margens e confirme que está dentro dos limites de especificação, pré-definido como fundo de tempo de elevação < 60 ms e tempo de elevação de uma amostra de controle, um tubo de PVC de 15 cm, 0,95 mm de diâmetro interno, igual a 39 ± 5 ms.
    6. Compare o tempo de entrega com as margens e confirme que está dentro dos limites de especificação, predefinido como tempo de entrega em segundo plano <100 ms e tempo de entrega de uma amostra de controle, um tubo de PVC de 15 cm, 0,95 mm de diâmetro interno, igual a 152 ± 5 ms.
  2. Abra uma nova linha de amostragem comercial.
  3. Conecte a linha de amostragem ao dispositivo de medição de tempo de elevação.
  4. Clique no botão Iniciar no software do dispositivo de medição de tempo de ascensão e aguarde que o dispositivo meça o tempo de aumento.
    NOTA: O dispositivo repete a medição 10 vezes e automaticamente media as repetições para relatar a média de tempo de elevação e o desvio padrão.
    1. Copie o resultado do tempo de elevação para o relatório.
  5. Desconecte a linha de amostragem do dispositivo de medição de tempo de elevação.
  6. Calcular a taxa respiratória máxima para inalação:relações de tempo de expiração de 1:1 e 1:2, em respirações por minuto (BPM).
    1. Calcule a taxa respiratória máxima utilizando o tempo de elevação medido para a linha amostral e uma razão de respiração de 1:1, utilizando a seguinte equação:
      Equation 1
      onde 30 s representa o tempo acumulado usado para exalar durante 1 min (1:1 inalação:tempo de expiração).
      NOTA: Para uma razão de respiração de 1:1, a taxa respiratória máxima representa a taxa respiratória mais rápida permitida sem impactar a precisão etcO2 quando o tempo necessário para inalação e exalação é o mesmo.
    2. Calcule a taxa respiratória máxima utilizando o tempo de elevação medido para a linha amostral e uma razão de respiração de 1:2, utilizando a seguinte equação:
      Equation 2
      onde 40 s representa o tempo acumulado usado para exalar durante 1 min (1:2 inalação:tempo de expiração).
      NOTA: Para uma relação respiratória de 1:2, a taxa respiratória máxima representa a taxa respiratória mais rápida permitida sem impactar a precisão etcO2 quando o tempo usado para exalar é duas vezes maior do que o tempo usado para inalar.
  7. Calcule o tempo de expiração para inalação:relações de tempo de expiração de 1:1 e 1:2.
    1. Para uma razão de respiração de 1:1, use a seguinte equação:
      Equation 3
      onde 30 s representa o tempo acumulado usado para exalar durante 1 min (1:1 inalação:tempo de expiração).
    2. Para uma razão de respiração de 1:2, use a seguinte equação:
      Equation 4
      onde 40 s representa o tempo acumulado usado para exalar durante 1 min (1:2 inalação:tempo de expiração).
  8. Determine a precisão de cada linha amostral em 150 BPM para as relações respiratórias de 1:1 e 1:2, avaliando a taxa respiratória máxima.
    NOTA: Se a taxa respiratória máxima for de ≥150 BPM, então a linha de amostragem é considerada precisa para a razão da respiração, mas se a taxa respiratória máxima for <150 BPM, então a linha amostral não é considerada precisa a 150 BPM.
  9. Repita as etapas 2.2-2.8 para todas as 16 linhas de amostragem testadas.
  10. Realizar análises estatísticas utilizando software estatístico.
    1. Compare o desvio médio e padrão utilizando o teste t do Student, com um nível de significância de dois lados de 0,05, para todas as linhas de amostragem combinadas do monitor capnografia versus todas as linhas de amostragem cruzadas do monitor capnografia.
    2. Repetição da análise estatística para comparar todas as linhas de amostragem pediátrica combinadas com todas as linhas de amostragem pediátrica do monitor de capnografia.
    3. A análise estatística repetida para comparar todos os monitores de capnografia correspondeu às linhas de amostragem adultas com todas as linhas de amostragem de adultos entre pares.

3. Medir a precisão etco2 em função da taxa respiratória

  1. Prepare o manequim colocando em uma posição supina e conecte a linha de amostragem ao manequim por instruções do fabricante.
  2. Conecte a linha de amostragem ao monitor de capnografia e altere a configuração do monitor de capnografia para aceitar linhas de amostragem de todos os fabricantes, selecionando Configurações e Cancelar a Identificação do Anel de Ouro.
  3. Prepare e calibra o gabarito do simulador de respiração, para controlar a taxa respiratória simulada.
    NOTA: O gabarito do simulador de respiração é composto por uma válvula de operação elétrica de 2 vias, permitindo o controle preciso do fluxo de CO2 e N2 para o manequim, para simular a respiração humana.
    1. Use um medidor de fluxo para medir o fluxo de gás e calibrar-o para 10 L/min.
    2. Abra o software de gabarito do simulador de respiração e defina o ciclo de serviço para 50%.
    3. Teste para vazamentos no sistema usando um gabarito de teste de vazamento.
      1. Conecte a linha de amostragem à porta DE2 no gabarito de teste de vazamento.
      2. Crie uma dobra na linha de amostragem para evitar que o CO2 saia do final da linha de amostragem.
      3. Usando uma taxa de fluxo de 50 mL/min CO2,permita que a pressão na linha de amostragem aumente para 300 mmHg e, em seguida, pare de adicionar CO2.
      4. Observe se a pressão na linha amostral permanece a mesma ou diminui. Se a pressão diminuir, isso confirma um vazamento no sistema, e uma nova linha de amostragem deve ser aplicada na Etapa 4.2.
    4. Conecte o gabarito do simulador de respiração ao manequim.
  4. Aumente a taxa de fluxo de 5% de CO2 para 10 L/min e a taxa de fluxo N2 para 10 L/min usando o gabarito do simulador de respiração. Mantenha as taxas de fluxo constantes durante todo o teste.
  5. Aguarde 30 segundos para permitir que uma forma de onda de capnografia constante seja estabelecida e, em seguida, regissão o valor ETCO2 (mmHg).
  6. Meça um total de 10 valores ETCO2 ao longo de 180 segundos.
  7. Altere a taxa de respiração usando o gabarito do simulador de respiração, permita que a forma de onda da capnografia se normalize por 30 segundos e regise 10 leituras ETCO2 ao longo de 180 segundos.
    1. Leituras repetidas para cada taxa respiratória examinada: 10, 20, 40, 60, 80, 100, 120 e 150 BPM.
  8. Determinar o desvio médio e padrão das 10 leituras medidas a cada taxa respiratória.
  9. Repita as etapas 4.1-4.8 para todas as 16 linhas de amostragem testadas.
  10. Realize análises estatísticas usando gráficos de Bland-Altman para avaliar o viés da linha de amostragem.

4. Medida ETCO2 precisão na presença de O suplementar O2

  1. Prepare o gabarito do simulador de manikin e respiração, conforme descrito nos Passos 4.1-4.3. Defina o gabarito do simulador de respiração para 10 BPM.
  2. Conecte a linha O2 a 100% O2.
  3. Aumente a taxa de fluxo de CO2 para 6 L/min e a taxa de fluxo O2 para 0 L/min, para usar como medida de referência.
  4. Para permitir que a forma de onda da capnografia se estabilize, aguarde 30 segundos antes de registrar o valor ETCO2.
  5. Leia o valor ETCO2 10 vezes ao longo de 180 segundos.
  6. Altere a taxa de fluxo do CO2 e O2,permita que a forma de onda da capnografia se normalize por 30 segundos e repita as medições de 10 ETCO2 ao longo de 180 segundos. Para capturar cenários clínicos comuns, utilize as seguintes combinações de taxas de fluxo de CO2 e O2:
    1. Use uma combinação de 2 L/min CO2 e 2 L/min O2.
    2. Use uma combinação de 4 L/min CO2 e 2 L/min O2.
    3. Use uma combinação de 4 L/min CO2 com 4 L/min O2.
    4. Use uma combinação de 6 L/min CO2 com 4 L/min O2.
    5. Use uma combinação de 6 L/min CO2 com 6 L/min O2.
    6. Use uma combinação de 8 L/min CO2 com 6 L/min O2.
  7. Repita o teste conforme descrito em 5.1-5.6 para cada linha de amostragem.
  8. Realize análises estatísticas usando gráficos de Bland-Altman para avaliar o viés da linha de amostragem.

Representative Results

Resistência à tração
Dezesseis linhas de amostragem de capnografia de 7 fabricantes foram testadas para determinar a resistência à tração de cada grande articulação da linha amostral (Figura 1, Tabela de Materiais). Devido a diferenças no desenho da linha de amostragem, nem todas as articulações existem em todas as linhas de amostragem. O monitor de capnografia correspondeu às linhas amostrais 8, 9, 14, 15 e 16 com forças mínimas de tração geral entre 3,55 kg e 5,94 kg. A maioria das linhas de amostragem cruzadas exibiu forças de tração globais semelhantes(Tabela 1). A linha de amostragem 6 apresentou a resistência à tração mais fraca, com resistência à tração igual a 1,33 kg na conexão entre o tubo de CO2 e o 4-way. Os pontos fracos comuns entre todas as linhas de amostragem incluíram a conexão entre a tubulação de CO2 e a 4-way, e a conexão entre a cânula e o tubo de CO2.

Tempo de ascensão
O tempo de elevação, definido como o tempo necessário para que o valor medido de CO2 aumente de 10% para 90% do valor final(Figura 2),foi determinado para as mesmas 16 linhas de amostragem de capnografia(Tabela de Materiais). A comparação das linhas de amostragem combinadas com o monitor de capnografia versus as linhas de amostragem cruzadas constatou que o tempo de elevação para todas as linhas de amostragem cruzadas foi significativamente maior (147 ± 23 ms vs. 201 ± 66 ms, respectivamente; p<0,001). Também houve diferença significativa entre as linhas de amostragem adultas combinadas e cruzadas (135 ± 13 ms vs. 214 ± 61 ms; p<0,001), mas não entre linhas de amostragem pediátricas e cruzadas (156 ± 25 ms vs. 169 ± 69 ms; p=0,395). Com base no tempo de elevação medido para cada linha amostral, a taxa respiratória máxima (BPM) e o tempo de expiração, utilizando-se uma inalação: razão de expiração de 1:1 e 1:2, foi determinada a precisão de cada linha amostral a 150 BPM. Enquanto a maioria das linhas de amostragem exibiu precisão em 150 BPM para ambas as relações respiratórias, as linhas amostrais 2, 3, 6, 7, 12 e 13 cada não conseguiram manter a precisão em 150 BPM, enquanto as linhas amostrais 1, 4, 5, 8, 9, 10, 11, 14, 15 e 16 mantiveram a precisão em todas as condições testadas(Tabela 2). Em particular, as linhas amostrais 3, 6 e 13 não atingiram o padrão de precisão em 150 BPM nas relações de inalação 1:1 e 1:2:exalação.

Precisão etco2 em função da taxa respiratória
A precisão do ETCO2 foi medida utilizando-se taxas de respiração entre 10 e 150 BPM para 16 linhas de amostragem de 7 fabricantes(Tabela de Materiais). O ETCO2 esperado na presença de 5% de CO2 foi de 34 mmHg em pressão ambiente, e a faixa predefinida como precisão aceitável foi de ±2 mmHg para leituras entre 0-38 mmHg e ±5% da leitura + 0,08 para cada 1 mmHg acima de 38 mmHg. Entre as linhas amostrais adultas testadas, a 10 BPM, as linhas amostral 8 e 9 leem ETCO2 igual a 33-34 mmHg(Figura 3A). As linhas amostrais 2, 5, 6 e 7 também leemos níveis etco 2 dentro de uma faixa aceitável (31-34 mmHg) nas menores taxas de respiração (10-20 BPM). Em contrapartida, as linhas amostrais 3 e 4 relataram baixos níveis de ETCO2 na menor taxa de respiração (10 BPM), e essas leituras diminuíram para 0 mmHg quando a taxa de respiração aumentou para 80 BPM ou superior. Apenas as linhas amostrais 1, 8 e 9 continuaram a captar leituras a taxas de respiração muito altas (120-150 BPM); amostragem das linhas 2, 3, 4, 5, 6 e 7 leituras ETCO2 valores iguais a 0 mmHg a taxas de respiração muito altas (≥100 BPM). Observou-se padrão semelhante nas linhas de amostragem pediátrica e neonatal, nas quais as linhas amostrais 10, 11, 14, 15 e 16 leituras captadas em todas as taxas de respiração, e as linhas amostrais 12 e 13 relataram ETCO2 igual a 0 mmHg nas taxas de respiração ≥100 BPM (Figura 3B). O viés das leituras etco2 foi confirmado usando parcelas bland-altman para linhas de amostragem combinadas e cruzadas, onde a maioria das medidas do ETCO2 estava dentro dos limites de 95%, mas as linhas de amostragem combinadas apresentaram maior precisão com viés de superestimação etcO2 a 150 BPM, e as linhas de amostragem cruzadas subestimaram fortemente as medidas ETCO2 quando a taxa respiratória era de 80 BPM ou superior(Figura 4A-B).

Precisão etco2 na presença de oxigênio suplementar
Além de examinar a precisão dos valores etcO2 das linhas de amostragem comercial de 7 fabricantes (Tabela de Materiais) em função da taxa respiratória, sua precisão também foi avaliada na presença de 2, 4 ou 6 L/min de oxigênio suplementar(Figura 5),que representam a faixa de taxas de fluxo de oxigênio suplementar comumente utilizadas em ambientes clínicos. 3,29 Em todos os casos, o ETCO2 esperado foi de 34 mmHg. Na ausência de oxigênio suplementar, os valores ETCO2 foram de 34 ± 0 mmHg para as linhas amostrais 8 e 9, e tão baixos quanto 16 ± 0 mmHg para as linhas amostrais 3, 4 e 12(Figura 5A). Após a adição de 2 L/min de oxigênio suplementar, a maioria das linhas amostrais apresentou diminuição nos valores etcO2 observados, variando entre 0 ± 0 mmHg e 23 ± 1 mmHg; as linhas amostrais 7, 8 e 9 relataram valores ETCO2 entre 33 ± 0 mmHg e 34 ± 0 mmHg(Figura 5B). A queda mais extrema no valor etco2 ocorreu na linha amostral 2, que mediu ETCO2 de 0 mmHg na presença de apenas 2 L/min de oxigênio suplementar; isso também foi observado nas linhas amostrais 2 e 5 na presença de oxigênio suplementar de 4 e 6 L/min(Figura 5C-D). A diminuição da precisão etco2 também foi observada nas linhas amostrais 1, 6, 10, 11 e 13 na presença de 2, 4 ou 6 L/min de oxigênio suplementar(Figura 5B-D). As parcelas bland-Altman para o monitor de capnografia combinadas e linhas de amostragem cruzadas indicam que, embora as linhas de amostragem combinadas tivessem alta precisão e viés limitado na leitura dos níveis etcO2 na presença de oxigênio suplementar, as linhas de amostragem cruzada subestimaram consistentemente etco2 na presença de oxigênio suplementar(Figura 6A-B).

Tabela 1: Teste de resistência à tração das linhas de amostragem da capnografia. Clique aqui para baixar esta tabela.

Tabela 2: Tempo de elevação para linhas de amostragem de capnografia quando usado em conjunto com um monitor de capnografia portátil. O tempo de elevação de cada linha amostral foi medido 10 vezes para garantir a precisão dos resultados. Clique aqui para baixar esta tabela.

Figure 1
Figura 1: Projeto de linha de amostragem da capnografia. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: Fundamentos da capnografia sidestream. (A) Design de exemplo de uma linha de amostragem, demonstrando como o CO2 expirado é amostrado pelo dispositivo. (B) Correlação típica entre a taxa de fluxo respiratório (linha preta) e ETCO2 (linha verde) em função do tempo. Um fluxo suplementar constante O2 é representado por uma linha azul tracejada. A medição precisa do ETCO2 ocorre quando o CO2 atingiu o pico (linha verde tracejada). Medidas imprecisas etcO2 (linhas tracejadas vermelhas) podem ocorrer mais tarde no ciclo da respiração, quando o CO2 é diluído com O2suplementar . Isso ocorre mais frequentemente quando a taxa de fluxo de expiração de CO2 é igual ao fluxo de Osuplementar O 2. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: PRECISÃO ETCO2 das linhas de amostragem de capnografia adulta e pediátrica em função da taxa de respiração. Valores etco2 medidos paraB(A) Linhas de amostragem pediátrica e neonatal capnografia em uma gama de taxas respiratórias de 10 a 150 BPM. Em todos os casos, o valor esperado do ETCO2 é de 34 mmHg. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 4
Figura 4: Gráfico bland-altman para medidas ETCO2 por (A) Linhas de amostragem combinadas em função do aumento da taxa respiratória e (B) Linhas de amostragem cruzadas em função do aumento da taxa respiratória. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 5
Figura 5: ETCO2 precisão das linhas de amostragem de capnografia na presença de aumento do oxigênio suplementar. A precisão etco2 é relatada para (A) Sem oxigênio suplementar; (B) 2 L/min de oxigênio suplementar; (C) 4 L/min de oxigênio suplementar; e (D)6 L/min de oxigênio suplementar. A linha verde a 34 mmHg representa o valor etco2 esperado em todas as medições. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 6
Figura 6: Gráfico bland-altman para etco2 medidas por (A) Linhas de amostragem combinadas em função do aumento da taxa de fluxo suplementar O2; (B) Linhas de amostragem cruzadas em função do aumento da taxa de fluxo suplementar O2. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Discussion

Uma série de quatro testes de bancada foram realizados para comparar a precisão e compatibilidade das linhas de amostragem de capnografia combinadas e cruzadas com um monitor de capnografia portátil. Estes testes calibrados mediram o tempo médio de elevação eos níveis etcO 2 em 10 medidas de repetição independentes para cada uma das 16 linhas de amostragem testadas, e identificaram variação mínima nos resultados. Embora a resistência à tração das linhas de amostragem comercial tenha permanecido dentro das especificações do produto, o tempo de elevação difere significativamente entre as linhas de amostragem combinadas e cruzadas (p<0,001) e precisão ETCO2 em função da taxa respiratória e na presença de O2 suplementar foi maior em linhas de amostragem monitorizadas de capnografia em vez de linhas de amostragem cruzadas. Em particular, várias das linhas de amostragem adulta e pediátrica entre pares apresentaram tempos de elevação considerados imprecisos a uma taxa respiratória máxima de 150 BPM. As mesmas linhas de amostragem apresentaram baixa precisão etco2 a alta taxa respiratória ou na presença de oxigênio suplementar.

O teste de resistência à tração utilizou um gabarito calibrado de teste de tração para medir com sucesso a tensão entre os componentes da linha de amostragem da capnografia que variam de 1,33 a 26,6 kg. Embora os testes de resistência à tração sejam frequentemente realizados em outros tipos de dispositivos médicos24,25, nosso método foi único na sua análise da força de tração de cada segmento da linha amostral de capnografia. Portanto, além de determinar a resistência à tração de cada componente da linha amostragem, também permitiu a identificação do ponto fraco geral da linha amostral completa. Os resultados do teste confirmaram que quase todas as linhas de amostragem atendem às especificações do produto, pré-definidas como resistir a uma força de 2 kg. Uma limitação desse sistema de testes é o aumento contínuo e gradual da força aplicada à linha amostral, em oposição a uma força forte repentina, que poderia ser encontrada em ambientes clínicos. É importante ressaltar que, como instrumento validado, o gabarito utilizado para medir a resistência à tração das linhas de amostragem da capnografia poderia ser usado para outras aplicações, como medir a resistência à tração de outros tubos amostrais e dispositivos médicos que têm potencial para experimentar tensão em um ambiente clínico.

O tempo de ascensão é uma característica técnica importante das linhas de amostragem de capnografia a montante lateral e determina sua capacidade de fornecer uma leitura precisa e de alta resolução do CO2 na respiração expirada1,,14. Devido à importância desse recurso técnico, buscamos medir o tempo de elevação utilizando um dispositivo validado de medição de tempo de elevação, para que a taxa respiratória máxima e o tempo de expiração pudessem ser calculados. Precisávamos modificar os parâmetros de medição de tempo de aumento para remover o limite de tempo superior no gabarito do tempo de elevação, para que o tempo de elevação pudesse ser coletado para todas as linhas de amostragem antes do término do período de medição. O longo tempo de ascensão observado para algumas linhas de amostragem de capnografias poderia refletir um volume aumentado de espaço morto nessas linhas de amostragem. É importante ressaltar que, como parte deste método, determinamos a taxa respiratória máxima e o tempo de expiração para dois padrões respiratórios únicos, definidos por inalação: razões de expiração iguais a 1:1 e 1:2. Este aspecto único da análise permitiu a avaliação da precisão do CO2 medido em circunstâncias que representam pacientes cujo padrão respiratório é uniforme ou cujo tempo de expiração dura mais do que seu tempo de inalação. Nas linhas amostrais em que a taxa respiratória máxima calculada foi de >150 BPM, concluímos que a linha amostral era precisa. Embora seja improvável que seja improvável que seja encontrada uma taxa de respiração rápida de 150 BPM clinicamente, determinamos a precisão de cada dispositivo amostral nesta alta taxa de respiração, pois é considerado o limite superior técnico para muitas linhas de amostragem de capnografia. Embora uma taxa respiratória de 150 BPM não seja fisiológica, o teste de bancada destaca que, embora algumas linhas de amostragem de capnografia fossem precisas em toda a gama técnica de taxas respiratórias, outras linhas amostrais não conseguiram atingir o mesmo padrão de precisão. Em comparação com as linhas de amostragem combinadas com o monitor capnografia, algumas das linhas de amostragem cruzadas, incluindo as linhas amostrais 2 e 7, não conseguiram obter precisão em 150 BPM para a razão de inalação de 1:1: exalação e as linhas amostrais 3, 6 e 13 não alcançaram o padrão de precisão em 150 BPM para ambas as razões de inalação:exalação. Isso pode ser devido a um espaço morto maior dentro das linhas de amostragem, o que resulta em um tempo de aumento maior e uma mistura de amostras de respiração.

Para aplicar os achados do tempo de ascensão a um ambiente clínico, realizamos dois testes para examinar a precisão etco2 quando as linhas de amostragem foram conectadas a um monitor de capnografia portátil através de um manikin. Para ambos os testes, precisávamos modificar as configurações padrão do monitor de capnografia para permitir que o monitor reconhecesse linhas de amostragem cruzadas. Em primeiro lugar, semelhante a um estudo anterior, controlamos a taxa respiratória utilizando um controlador de taxa respiratória, e monitoramos as medidas etcO2 resultantes para cada linha amostral18. Um componente-chave deste teste foi o uso de um conjunto pré-definido de taxas respiratórias que variavam de 10 a 150 BPM, para determinar a precisão etco2 entre padrões respiratórios que os pacientes poderiam exibir. Embora o nível de ETCO2 esperado tenha sido de 34 mmHg em todas as circunstâncias, observamos muitos casos em que, à medida que a taxa respiratória aumentava, as linhas de amostragem não mais relatavam leituras precisas do ETCO2, mas, em vez disso, caíram para 0 mmHg, o que não é um resultado clinicamente significativo. Na verdade, apenas as linhas amostrais 1, 8, 9, 10, 15 e 16 não mediram os valores etco2 de 0 mmHg a qualquer taxa respiratória. Essa precisão pode ser devido ao desenho das linhas amostrais, de modo que aquelas com maior atrito ou maior volume de espaço morto resultem em amostras de respiração de menor resolução a uma taxa respiratória aumentada, semelhante ao observado no teste de tempo de elevação. Embora as linhas de amostragem com leituras de ALTO ETCO2 possam conter menos espaço morto que lhes permita fornecer amostras de respiração discretas, o erro de leituras ETCO2 acima de 38 mmHg foi pré-definido como ±5% da leitura + 0,08 para cada 1 mmHg acima de 38 mmHg. Isso poderia explicar parcialmente por que as leituras etco2 foram aumentadas acima de 34 mmHg durante a alta taxa respiratória em algumas linhas de amostragem. Em contraste, as linhas amostrais com leituras etcO2 baixas ou zero podem conter mais espaço morto, resultando em amostras de respiração mista que o monitor de capnografia não reconhece como respiração válida, e assim relata como sem fôlego. É importante ressaltar que 3 das linhas de amostragem cruzadas de um fabricante não apresentaram leituras precisas do ETCO2 a qualquer taxa respiratória testada entre 10 e 150 BPM, sugerindo que não fornece informações ventilatórias clinicamente confiáveis quando cruzadas com o monitor de capnografia utilizado no teste (Tabela de Materiais). Juntas, essas observações sugerem que dispositivos com maior tempo de elevação têm uma taxa máxima de respiração máxima precisa e exibem baixa precisão etcO2 na taxa máxima de respiração precisa.

No segundo teste de precisão etco2 usando um manikin, manequim, manequim, manequim manteve uma taxa respiratória constante, mas introduzimos o fluxo de oxigênio suplementar para o sistema. Este teste imita uma ocorrência comum em ambientes hospitalares em que pacientes monitorados pela capnografia sidestream recebem oxigênio suplementar, e onde a precisão etco2 é fundamental para entender a função respiratória de um paciente, pois o oxigênio suplementar pode mascarar desafios de ventilação devido a altas leituras de saturação de oxigênio a partir da oximetria de pulso30,31. Semelhante ao teste de precisão etco2 com taxa respiratória variada, neste teste, um passo fundamental no protocolo foi medir a precisão etco2 em múltiplas taxas de fluxo de oxigênio suplementar. A principal limitação dos testes etcO2 é que os testes são realizados usando uma manequim e um sistema de respiração controlado, em oposição a um sujeito humano, no qual os padrões respiratórios variam entre os indivíduos. Em uma leitura de controle sem a suplementar O2, observou-se que as linhas amostrais 3, 4 e 12, todas do mesmo fabricante, não informaram o valor esperado etco2 de 34 mmHg, e apenas as linhas amostrais 8, 9 e 11 relataram esse valor. Na presença de 2, 4 ou 6 L/min suplementar O2, a maioria das linhas amostrais apresentou precisão reduzida etco2, com exceção das linhas amostrais combinadas 8 e 9 e da linha de amostragem cruzada 7. Em particular, semelhante às nossas observações sobre o aumento da taxa respiratória, as leituras etcO2 para as linhas amostrais 2 e 5 caíram para 0 mmHg na presença de O2suplementar, sugerindo que sua precisão ETCO2 quando cruzada com um monitor de capnografia é muito baixa. Isso pode ser devido ao desenho das linhas amostrais e, em particular, ao desenho da cânula nasal, que é projetado para fornecer oxigênio a um paciente e coletar amostras de respiração de um paciente. Se a cânula nasal contiver uma grande quantidade de espaço morto, a mistura do oxigênio suplementar e da respiração expirada pode ocorrer, resultando em baixa amplitude, respirações mistas que o monitor de capnografia não detecta como respiração expirada. Nesse caso, a medição etco2 cairia para zero, como observamos com algumas das linhas de amostragem cruzadas testadas.

Semelhante a estudos anteriores que examinaram a precisão da capnografia, identificamos com sucesso circunstâncias em que a precisão etco2 utilizando uma variedade de linhas amostrais era aceitável, incluindo casos em que havia uma taxa respiratória moderada ou quando não foi utilizada uma A2 suplementar19,,20,,21,,22,23,,32. É importante ressaltar que muitas das linhas amostrais não conseguiram manter a precisão etco2 sobre um aumento na taxa respiratória ou após a introdução de O2suplementar , o que é consistente com avaliações prévias de precisão capnografia15,,18,,20,,23. Juntos, os achados são consistentes com testes de bancada anteriores que medem com sucesso a precisão das linhas de amostragem de capnografia15,18. Dado que muitas das linhas de amostragem cruzadas ao monitor de capnografia apresentaram precisão reduzida etcO2 em circunstâncias clinicamente relevantes, deve-se tomar cuidado para garantir que quaisquer linhas e monitores comerciais entre pares sejam validados antes de serem usados para monitorar o estado de ventilação do paciente.

Disclosures

Ruben D. Restrepo é consultor da Medtronic, e Ido Karpenkop e Katherine E. Liu são funcionários da Medtronic.

Acknowledgments

Este trabalho foi financiado pela Medtronic. Marco Scardapane (Medtronic Study and Scientific Solutions MC2, Roma, Itália) realizou análise estatística.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Adult CO2/O2 Nasal Cannula Respironics M2750A Sampling Line 1
Adult Dual Nasal Cannula, Female Luer Flexicare 032-10-126U Sampling Line 2
Divided Adult Capnograpy Cannula, Female Luer Salter Labs 4707FTG-7-7 Sampling Line 3
Divided Adult Capnograpy Cannula, Female Luer Salter Labs 4797F-7-7 Sampling Line 4
Hudson RCI Softech Bi-Flo EtCO2/O2 Cannula, Female Luer Hudson 1845 Sampling Line 5
CO2/O2 Adult Cannula, Female Luer Westmed 539 Sampling Line 6
Adult ETCO2 Cannula Ventlab 4707 Sampling Line 7
O2/CO2 Nasal FilterLine sampling line, Adult, Female Luer Medtronic 6912 Sampling Line 8
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
Smart CapnoLine Plus sampling line, Adult, Female Luer Medtronic 9822 Sampling Line 9
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
Pediatric CO2/O2 Nasal Cannula Respironics M2751A Sampling Line 10
Pediatric CO2/O2 Oral/Nasal Cannula Respironics M2761A Sampling Line 11
Divided Pediatric Capnograpy Cannula, Female Luer Salter Labs 4703F-7-7 Sampling Line 12
Hudson RCI Softech Plus Pediatric Divided Nasal Cannula Hudson 2850 Sampling Line 13
FilterLine H Set sampling line, Infant/Neonate Medtronic 6324 Sampling Line 14
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
O2/CO2 Nasal FilterLine sampling line, Pediatric, Female Luer Medtronic 6913 Sampling Line 15
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
Smart CapnoLine sampling line, Pediatric, Female Luer Medtronic 7269 Sampling Line 16
https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/filterline-etco2-sampling-lines.html
Breathing simulator Medtronic T-158
Capnostream 35 portable respiratory monitor Medtronic PM35MN https://www.medtronic.com/covidien/en-us/products/capnography/capnostream-35-portable-respiratory-monitor.html
Flow/Leak Tester Emigal Electronic test solutions LTD N/A
Flow Meter Omega FMA1823A
Gas: 100% N2 Airgas GR04930
Gas: 100% O2 Airgas 10133692
Gas: 5%CO2, 21%O2, 74% N2 Airgas HPE400
Manikin Tru Corp-AirSim Advance S/N: AA3617A29092017C
Rise Time Jig Medtronic T-547
Tensile Testing Machine MRC Lab B1/E
Statistical software SAS Institute Inc v9.4

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Avaliação da compatibilidade e precisão da linha de amostragem da capnografia quando usado com um monitor de capnografia portátil
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Restrepo, R. D., Karpenkop, I., Liu, K. E. Evaluation of Capnography Sampling Line Compatibility and Accuracy when Used with a Portable Capnography Monitor. J. Vis. Exp. (163), e61670, doi:10.3791/61670 (2020).

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