Klimatisierung von Narkosegasen bei Einsatz unterschiedlicher Patientenschlauchsysteme

Zusamenfassung

Fragestellung. Die Klimatisierung der Narkosegase wird in erheblichem Maß vom Frischgasfluss beeinflusst und ist bei Durchführung von Niedrigflussnarkosen besser als bei hohem Flow. Feuchte und Wärme der Gase werden darüber hinaus aber auch von den Wärmeverlusten und entsprechender Wasserkondensation in den Atemschläuchen beeinflusst, die ihrerseits vom technischen Design und den Materialeigenschaften der Atemschläuche abhängen. Mit dieser prospektiven Studie sollte untersucht werden, 1. inwiefern bei Durchführung von Niedrigflussnarkosen die Klimatisierung der Narkosegase im klinischen Routinebterieb durch das technische Design der Schlauchsysteme beeinflusst wird. Des weiteren sollte 2. untersucht werden, ob bei Einsatz des Schlauchsystems, mit dem optimale Klimatisierungseffekte erreicht werden, diese sich auch bei Erhöhung der Frischgasflows noch realisieren lassen.

Methodik. Drei unterschiedliche Schlauchsysteme, das konventionelle Doppelschlauchsystem, ein koaxiales Schlauchsystem und ein Doppelschlauchsystem mit beheizten Schläuchen wurden bei der Durchführung von Minimal-flow-Anästhesien mit einem Frischgasfluss von 0,5 l/min an einem Dräger Cicero EM Narkosegerät eingesetzt. Die Atemgastemperatur und die absolute Feuchte im Inspirationsschenkel des jeweiligen Schlauchsystems wurden sowohl Atemsystem- als auch tubuskonnektornah gemessen. Die besten Klimatisierungseffekte wurden bei Einsatz der beheizten Schläuche erreicht. Mit diesem Schlauchsystem wurden deshalb weitere Messungen der inspiratorischen Atemgasfeuchte und -wärme mit Frischgasflows von 1,0, 2,0 und 4,4 l/min durchgeführt. Die Messungen in allen Gruppen erfolgten während der Durchführung von Inhalationsnarkosen von zumindest 45 min Dauer an jeweils acht Arbeitstagen.

Ergebnisse. Bei der Durchführung von Minimal-flow-Narkosen wurden gleichermaßen während des Ablaufs der Arbeitstage mit allen Schlauchsystemen tubuskonnektornah Feuchtewerte zwischen 17 und 30 mgH₂O/l erreicht. Nur während der ersten Narkosen zu Beginn der Arbeitstage wurde eine kurze zeitliche Verzögerung von 15 bis 30 min bis zum Erreichen einer Feuchte von zumindest 17 mgH₂O/l beobachtet. Bei Einsatz der beheizten Schlauchsysteme wurden gehäuft auch Feuchtewerte über 30 mgH₂O/l gemessen. Die tubuskonnektornah gemessenen Atemgastemperaturen waren bei Einsatz des konventionellen und des koaxialen Schlauchsystems während der Durchführung von Minmal-flow-Narkosen mit Werten zwischen 23 und 30°C in einem akzeptablen Bereich. Bei Einsatz der beheizten Schläuche aber waren die inspiratorischen Atemgastemperaturen mit Werten zwischen 28 bis 32 °C deutlich höher und nahezu optimal. Während der Durchführung von Minimal-flow-Narkosen waren somit bei Einsatz beheizter Schlauchsysteme die beste Klimatisierung der Atemgase zu erreichen. Mit diesem Atemsystem wurden deshalb weitere Messreihen mit zunehmenden Frischgasflows von 1,0, 2,0 und 4,4 l/min durchgeführt. Während bei einem Frischgasfluss von 1,0 l/min die Atemgasklimatisierung weiterhin optimal ist, fällt bei weiterer Steigerung des Frischgasflows auf 2,0 l/min die Feuchte drastisch auf Werte unter 17 mgH₂O/l, bei einem Flow von 4,4 l/min sogar auf Werte um nur 10 mgH₂O/l ab. Dagegen erwiesen sich die Atemgastemperaturen bei Einsatz beheizter Schläuche als weitestgehend flowunabhängig und lagen immer, auch bei einem Flow von 4,4 l/min, um 28–32°C.

Schlussfolgerungen. Mit konventionellen und koaxialen Schlauchsystemen wird bei der Durchführung von Minimal-flow-Anästhesien eine zwar nicht optimale, aber ausreichende Atemgasklimatisierung erreicht. Der Einsatz koaxialer Systeme scheint im Vergleich zum konventionellen Doppelschlauchsystem nur bei langdauernden Narkosen zu einer weiteren Verbesserung der Klimatisierung zu führen. Während des klinischen Routinebetriebs sind beide Systeme bezüglich der Klimatisierungseffekte als gleichwertig anzusehen. Bei Einsatz beheizter Schläuche ist unter den Bedingungen der Minimal-flow-Anästhesie die Klimatisierung der Atemgase deutlich besser als bei Einsatz konventioneller oder koaxialer Schlauchsysteme. Es werden nicht nur ausreichende, sondern gar optimale Feuchte- und Wärmewerte erreicht. Diese optimale Klimatisierung wird aber nur bei Durchführung von Niedrigflussverfahren realisiert, dann also, wenn der Frischgasflow nicht größer als 1 l/min ist. Bei höheren Frischgasflows nimmt die Feuchte der Atemgase drastisch ab, während die Atemgastemperaturen hoch bleiben. Es ist anzunehmen, dass die Beatmung mit warmem und trockenem Atemgas zu verstärkter Austrocknung des Atemwegsepithels der unteren Atemwege führt. Beheizte Schläuche sollten deshalb nur bei Durchführung von Niedrigflussnarkosen eingesetzt werden. Während die Feuchte der Atemgase im wesentlichen von der Frischgasflussrate bestimmt wird, hängt die Atemgastemperatur im wesentlichen vom Wärmeverlust am Inspirationsschenkel des Patientenschlauchsystems ab.

Abstract

Background. During general anaesthesia gas climate significantly is improved by performance of low flow techniques. Gas climatisation, however, markedly also will be influenced by the temperature loss at, and corresponding water condensation within the hoses, factors which are related to the technical design and material of the patient hose system. The objective of this prospective study was to investigate 1. how anaesthetic gas climatisation during minimal flow anaesthesia is influenced by the technical design of different breathing hose systems in clinical practice. 2. to investigate, whether a sufficient gas climatisation also can be gained with higher fresh gas flows if that hose system is used, proven beforehand to optimally warming and humidifying the anaesthetic gases.

Methods. Three different systems, a conventional two-limb hosing consisting of smooth silicone hoses, a coaxial hosing, and a hosing consisting of actively heated breathing hoses, attached to a Dräger Cicero EM anaesthesia machine, were used during minimal flow anaesthesia with a fresh gas flow of 0.5 l/min. Gas temperature and absolute humidity were measured at the tapered connection between the inspiratory limb and the breathing system as well as at its connection to the endotracheal tube. The best gas climatisation was observed if heated breathing hoses were used. Thus, using this hosing, additionally gas temperature and humidity in the inspiratory limb were taken at fresh gas flow rates of 1.0, 2.0 and 4.4 l/min respectively. Measurements were performed in all groups at all general anaesthesias lasting at least 45 minutes during the lists of eight different days each.

Results. In minimal flow anaesthesia, with all hose systems likewise, generally an absolute humidity between 17 to 30 mgH₂O/l is reached at the endotracheal tube's connector during the course of the list. Only in the first cases of the day there was a short delay of 15 to 30 minutes before reaching a humidity of at least 17 mgH₂O/l. Only with heated hoses, however, humidity frequently even exceeded 30 mgH₂O/l. If conventional or coaxial hosings were used, during minimal flow anaesthesia gas temperatures in an acceptable range between 23 to 30 °C were measured at the tube connector. With heated hoses, however, warming of the gases was excellent with gas temperatures betwen 28 to 32 °C. In minimal flow anaesthesia climatisation of the anaesthetic gases proved to be best if heated hoses were used. Thus, using heated hose systems another three trials with increasing fresh gas flow rates of 1.0, 2.0 and 4.4 l/min respectively were performed. Whereas climatisation of the anaesthetic gases still was found to be optimal with a fresh gas flow of 1.0 l/min, the humidity dropped drastically to values lower than 17 mgH₂O/l at 2.0 l/min and even down to 10 mgH₂O/l at a flow rate of 4.4 l/min. Gas temperatures, however, turned out to be independent of the flow and remained at 28–32°C, even at a flow as high as 4.4 l/min.

Conclusions. Using conventional hose systems and coaxial hosings acceptable, but not optimal climatisation of the anaesthetic gases can be gained if minimal flow anaesthesia is performed. The use of a coaxial hose system seems to lead to improved climatisation in long lasting procedures only. In routine clinical practice, however, conventional and coaxial hose systems are similar in respect to the climatisation of breathing gases. Heated breathing hoses performed markedly better in terms of climatisation of the breathing gas than the coaxial and the conventional hose system. With this hosing not only sufficient but optimal moisture and temperature values are realized. Optimal climatisation, however, only can be gained if low flow anesthetic techniques with fresh gas flows equal or less than 1 l/min are performed. With higher fresh gas flow rates the humidity decreases markedly while high gas temperatures are maintained. It seems justified to assume, that ventilation with warm but dry gases may result in increasingly drying out of the respiratory epithelium of the lower air ways. Heated hoses only should be used if low flow anaesthetic techniques are performed. While moisture content of the breathing gases mainly is influenced by the fresh gas flow rate, temperature mainly is depending on the convectional loss of heat at the inspiratory limb of the hosing.