Respiratoire insufficiëntie: bereken de oorzaak
Open

Klinische les
01-12-1996
T.S. van der Werf, G.A. Mook en J.G. Zijlstra

Dames en Heren,

Bij de invoering van het probleem-georiënteerde medische onderwijs in de faculteit geneeskunde in Groningen, in navolging van de medische faculteit Maastricht, komen de basisvakken, zoals fysiologie, minder aan bod dan voorheen.1 Hierdoor dreigt het reële gevaar van vervlakking: bij problemen die vanuit de kliniek worden geformuleerd, wordt dan onvoldoende op de basale mechanismen en begrippen teruggegrepen. In de klinische fase van het Groningse curriculum zijn om die reden elementen ingevoerd, waarbij uitdrukkelijk gestreefd is naar het opbouwen van een praktisch-klinisch redeneervermogen waarbij gegevens uit de basiswetenschappen worden geïntegreerd.

Binnen de cursus ‘luchtwegaandoeningen’ is een praktische oefening georganiseerd met als thema: analyse van oorzaken van respiratoire insufficiëntie, op basis van problemen die zich in de kliniek voordoen. De volgende ziektegeschiedenissen van patiënten met respiratoire insufficiëntie zijn voorbeelden van de toepassing van de uit de basale fysiologie afkomstige alveolaire gasvergelijking voor de diagnostiek. Op die vergelijking komen wij later terug. Bij patiënten met respiratoire insufficiëntie speelt de vraag of de oorzaak hiervan in de longen zelf moet worden gezocht of elders. Daarbij kan de alveolaire gasvergelijking helpen. Normaal is het verschil tussen de arteriële en de alveolaire zuurstofspanning 1-2 kPa en dit verschil geldt ook bij een oorzaak van de respiratoire insufficiëntie buiten de long. Bij een alveolo-arterieel verschil in zuurstofspanning groter dan 2 kPa moet de oorzaak worden gezocht in de long.

Met de alveolaire gasvergelijking wordt uit de gemeten arteriële bloedgaswaarden de alveolaire zuurstofspanning PAO2 berekend en daarmee is het verschil tussen de twee spanningen bekend.

Patiënt A, een 51-jarige man, een stevige roker en bekend wegens alcoholabusus, werd thuis door een vriend ziek en kortademig aangetroffen met reutelende ademhaling; zijn huidskleur was grauw. De vriend belde rechtstreeks een ambulance via het noodoproepnummer 06-11 en op de spoedopvang van ons ziekenhuis werd vervolgens bij binnenkomst van patiënt een onrustig bewegende, profuus zwetende man met een grauwe huidskleur gezien, met insufficiënte ademhaling. Hij reageerde niet op aanspreken. De polsfrequentie was 110 slagen per minuut, de pols was regulair, de bloeddruk was 11060 mmHg. De lichaamstemperatuur was, axillair gemeten, 38°C; het leukocytengetal was 21 x 109l. Het overige laboratoriumonderzoek liet geen afwijkingen zien. Nog voordat extra zuurstof was gegeven, werd een arteriepunctie verricht. De lactaatconcentratie bedroeg 2,8 mmoll (normaal: 0,5-2,2), de arteriële bloedgasanalyse gaf de volgende uitslagen: pH: 7,18 (normaal: 7,34-7,45); arteriële zuurstofspanning (PaO2): 6,3 kPa (normaal: 10,0-13,3); O2-verzadiging (SaO2): 74 (normaal: 96-100); arteriële koolzuurspanning (PaCO2): 8,5 kPa (normaal: 4,7-6,0); HCO3--concentratie: 23 mmoll (normaal: 22-26). De dienstdoende arts op de spoedopvang liet patiënt opnemen voor behandeling op de Intensive Care Beademing; zijn werkdiagnose luidde ‘sepsis met ’adult respiratory distress syndrome‘ (ARDS)’. Het berekende verschil tussen de alveolaire en de arteriële zuurstofspanning, aangeduid met D(A-a)O2, was nauwelijks toegenomen ten opzichte van normale referentiewaarden: 2,8 kPa.

Op de thoraxröntgenfoto was de luchthoudendheid van de longvelden normaal. Men concludeerde dat er voornamelijk sprake was van alveolaire hypoventilatie en dat het derhalve ging om respiratoire insufficiëntie op basis van een buiten het eigenlijke longweefsel gelegen oorzaak. Deze diagnose was in overeenstemming met de uitsluitend respiratoire acidose en met het gemak waarmee patiënt beademd kon worden, zonder dat een hoge beademingsdruk nodig was of een hoge inspiratoire zuurstoffractie (FiO2): een waarde van 0,30 voldeed (in kamerlucht bedraagt de FiO2 0,21). Differentieeldiagnostisch werd intoxicatie door alcohol – eventueel in combinatie met gebruik van sederende middelen – of luchtwegblokkade door een mechanische oorzaak overwogen. Later werd pas duidelijk dat patiënt daags tevoren tegen uitdrukkelijk medisch advies in de afdeling Keel-, Neus- en Oorheelkunde had verlaten, waar hij opgenomen was na endoscopische verwijdering van een kippebotje uit de hypofarynx. Tijdens die ingreep werd perforatie van de slokdarm vermoed en was men al begonnen met antimicrobiële therapie. Stridor was nu bij aankomst in het ziekenhuis niet opgevallen, maar achteraf was er wel speekseluitvloed geweest, als uiting van hoge (supraglottische) luchtwegobstructie. Bij CT van de thorax werd nu een verbreed mediastinum met compressie van de trachea en van de hypofarynx gezien. De mediastinitis herstelde zich met conservatieve behandeling en patiënt kon na 10 dagen met succes ontwend worden van de beademing.

Patiënt B, een tevoren vitale 79-jarige zelfstandig wonende man, die nooit gerookt had, werd in een ander ziekenhuis met spoed opgenomen in een subcomateuze toestand. Bij oriënterend lichamelijk onderzoek werden geen afwijkingen gevonden. De neuroloog dacht aan een intracerebrale ruimte-innemende afwijking en liet een CT-scan maken, waarop echter geen belangrijke afwijkingen werden gezien. Tijdens deze fase in de diagnostiek bleek patiënt slecht door te ademen en een bloedgasanalyse (tijdens toediening van extra zuurstof (2 lmin); daarbij was de geschatte FiO2 0,23) was als volgt: pH: 7,26; PaO2: 2,9 kPa; SaO2: 27; PaCO2: 12,9 kPa; HCO3--concentratie: 32 mmoll. Na intubatie en beademing herstelde de toestand van patiënt vrij snel, evenals zijn bloedgaswaarden. Na extubatie ontstond echter binnen enkele uren opnieuw respiratoire insufficiëntie, zodat patiënt, 7 dagen na opname, werd aangemeld op onze afdeling Intensive Care Beademing; de werkdiagnose luidde: ontwenproblemen bij respiratoire insufficiëntie, mogelijk op basis van niet tevoren bekende obstructieve longziekte.

De D(A-a)O2 was bij patiënt nauwelijks toegenomen: 2,5 kPa. De beademing was steeds gemakkelijk geweest en op de thoraxfoto was de luchthoudendheid van de longvelden normaal, zonder aanwijzing voor een toegenomen longvolume, zodat een obstructieve longziekte onwaarschijnlijk was. De alveolaire hypoventilatie en de daarmee gepaard gaande respiratoire acidose moesten derhalve een buiten de long gelegen oorzaak hebben. Heteroanamnestisch bleek patiënt de laatste maanden toenemend dyspnoïsch te zijn geweest, aanvankelijk alleen bij inspanning, later ook in rust. Hij was in 5 maanden 15 kg afgevallen, omdat hij onvoldoende kauwkracht had: hij bleek te lijden aan een parese van de masseterspieren. De geconsulteerde neuroloog stelde uiteindelijk als diagnose: ‘amyotrofische laterale sclerose van het bulbaire type’. Na uitvoerige gesprekken met patiënt en zijn familie werd uiteindelijk besloten de wens van patiënt te eerbiedigen en werd de behandeling met ondersteunende beademing gestaakt. Hij overleed enkele uren na detubatie, in aanwezigheid van zijn familieleden, in een hypercapnisch coma.

Patiënt C, een 30-jarige tevoren gezonde man, raakte met zijn auto van de weg en belandde in een sloot, waarin hij bijna verdronk. Omstanders redden hem uit de auto en na kortdurende reanimatie kwam hij weer bij, was aanspreekbaar en had spontaan adequate ademhaling. Hij werd aanvankeljk voor observatie elders opgenomen, maar omdat respiratoire problemen werden voorzien en er gebrek was aan lokale intensive-carefaciliteiten werd hij naar onze afdeling Intensive Care Beademing overgeplaatst. Bij aankomst, enkele uren na het ongeval, bleek de toestand van patiënt te zijn verslechterd: hij was kortademig, met tachypnoe (28min), hij had koorts (axillaire temperatuur: 38,5°C), de bloeddruk was 11565 mmHg, de pols 120min en regulair. Ondanks 50 zuurstof toegediend via een masker waren de uitslagen van de arteriële bloedgasanalyse als volgt: pH: 7,38; PaO2: 6,0 kPa; SaO2: 85; PaCO2: 6,0 kPa; HCO3--concentratie: 25 mmoll. De berekende D(A-a)O2 bedroeg nu 33 kPa.

De ademhaling werd moeizamer, oppervlakkiger en sneller en patiënt begon uitgeput te raken. Besloten werd om hem te intuberen en te beademen, met als werkdiagnose: ‘adult respiratory distress syndrome’ (ARDS) na bijna-verdrinking. Omdat rekening werd gehouden met een bloeddrukdaling rond de intubatie werd eerst een goede intraveneuze toegangsweg aangelegd en werd begonnen met een lage dosering vasopressor-medicatie: dopamine 5 µgkgmin. Aanvankelijk bleek dat met beademingsdrukken van 10-35 cmH2O een beademingsvolume (ademvolume of ‘tidal volume’) van 375 ml per ademhaling werd gerealiseerd. Besloten werd om de in- en uitademingstijd in te stellen in een verhouding 2:1, in plaats van de gebruikelijke 1:2, zodat preferentieel de luchthoudendheid van gecollabeerde longdelen kon verbeteren. De beademingsdruk werd daarbij beperkt tot ten hoogste 35 cmH2O. Deze beademingsmethode heet ‘pressure control inverse ratio ventilation’ (PC-IRV); men veronderstelt dat door vermijding van hoge piekdrukken minder beschadiging in de alveolen en de longcapillairen ontstaat dan bij een conventionele beademingstechniek.2 Na 6 h beademen met de PC-IRV-instelling bleek het beademingsvolume naar 600 ml per ademhaling te zijn gestegen. Er werd dus beademd met positieve eindexpiratoire druk (beademingsdruk: 20-35 cmH2O) en met een FiO2 van 0,35. Na die 6 h werd opnieuw arteriële bloedgasanalyse verricht met als uitslagen: pH: 7,40; PaO2: 10,0 kPa; SaO2: 95; PaCO2: 5,5 kPa; HCO3--concentratie: 25 mmoll. De berekende D(A-a)O2 was nu afgenomen tot 16 kPa. Door de gekozen beademingstechniek was de statische compliantie (de rekbaarheid van de long) toegenomen van 37525 = 15 ml cmH2O naar 60015 = 40 mlcmH2O. Na het ‘openen’ van de gecollabeerde longdelen waren dus zowel de gaswisseling als de compliantie verbeterd. De D(A-a)O2 bleek derhalve sterk beïnvloedbaar door behandeling.

Uiteindelijk ging het zeer goed met patiënt. Een ernstige sinusitis maxillaris duplex moest operatief behandeld worden, maar daarna daalde de koorts en kon patiënt met succes van de beademing ontwend worden. Na een vrij lange herstelperiode is hij vrijwel restloos genezen. Er zijn alleen een geringe diffusiestoornis en een kleine pleuropulmonale adhesie rechts overgebleven van de ernstige ziekte-episode.

Van respiratoire insufficiëntie is per definitie sprake bij hypoxemie (PaO2 < 8 kPa) met of zonder hypercapnie (PaCO2 > 6,6 kPa). Als er alleen hypoxemie, zonder hypercapnie bestaat, spreekt men van respiratoire insufficiëntie type 1; als er tevens hypercapnie bestaat, spreekt men van type 2. Deze indeling geeft geen aanwijzing voor de oorzaak. Respiratoire insufficiëntie kan ontstaan door stoornissen in de gaswisseling over de alveolocapillaire overgang, in de long, of door ventilatoire problemen buiten de long. Neuromusculaire ziekten, intoxicatie met slaapmiddelen en blokkade van de (bovenste) luchtwegen resulteren in het niet ververst worden van het gasmengsel in de alveolaire ruimten. In die situatie is er geen toegenomen D(A-a)O2. Over respiratoire insufficiëntie ten gevolge van motorneuronziekte is onlangs nog in dit tijdschrift gerapporteerd.3

De vraag of de gaswisseling dan wel de alveolaire ventilatie gestoord is, kan beantwoord worden door de D(A-a)O2 te berekenen met behulp van de alveolaire gasvergelijking:

PAO2= FiO2 (PB-PH2O)- PACO2R F

waarin PaO2 = alveolaire zuurstofspanning; FiO2 = inspiratoire zuurstoffractie; PB = barometerdruk, die op 100 kPa gesteld kan worden; PH2O = verzadigde waterdampspanning bij 37°C (die bedraagt 6,25 kPa); PACO2 = alveolaire koolzuurgasspanning; R = respiratoire quotiënt (de verhouding tussen de koolzuurgasafgifte en de zuurstofopname per tijdseenheid), dat op 0,8 mag worden gesteld; F is een term die in de praktijk meestal mag worden verwaarloosd (F = FiO2 x PACO2 x (1-R)R). De vereenvoudigde formule luidt dan:

PAO2 = 93,75 x FiO2-1,25 x PACO2.

Aangenomen wordt dat de arteriële CO2-spanning gelijk is aan de alveolaire; voor de alveolaire CO2-spanning wordt daarom de gemeten arteriële waarde ingevuld. D(A-a)O2, het alveolo-arteriële zuurstofspanningverschil, is dus het verschil tussen de volgens de vergelijking berekende alveolaire PO2 en de feitelijk gemeten arteriële PO2. Onder normale omstandigheden is dit verschil 1-2 kPa en het wordt verklaard doordat er normaal een geringe mate van ventilatie-perfusiewanverhouding bestaat (zie verderop) en er altijd enige veneuze bijmenging plaatsvindt, onder andere vanuit de Vv. bronchiales.

Bij alveolaire hypoventilatie is er geen toegenomen D(A-a)O2 (de arteriële PO2 is evenveel verlaagd als de alveolaire) en is de arteriële PCO2 toegenomen, evenals de alveolaire PCO2.4 Bij respiratoire insufficiëntie als gevolg van stoornissen in de long (bijvoorbeeld bij interstitiële longziekten, ARDS, pneumonie en bij cardiaal longoedeem) is de gaswisseling in het longweefsel zelf belemmerd. De diffusie van zuurstof – in veel mindere mate die van koolzuurgas – wordt bemoeilijkt door de toegenomen diffusieweg, door verdikking van de alveolocapillaire overgangen en door het verminderde alveolaire oppervlak dat beschikbaar is voor diffusie. Het komt echter in de kliniek vaker voor dat ventilatie en perfusie niet in ieder longdeel goed op elkaar zijn afgestemd. Voor een ideale gaswisseling geldt een bepaalde verhouding tussen alveolaire ventilatie (A, uitgedrukt in l gasmin) en perfusie (, uitgedrukt in l bloedmin), namelijk A = 0,8. Bij het bestaan van ventilatie-perfusiewanverhoudingen (A -wanverhouding; in het Engels A-‘mismatch’) zijn er longdelen met een duidelijk kleinere en andere met een veel grotere A.

Een lage A heeft hetzelfde effect als veneuze bijmenging of rechts-linksshunt (door longartsen kortweg ‘shunt’ genoemd). Dit kan niet worden gecompenseerd door de toegenomen ventilatie in longdelen met hoge A. Bij een normale A is de zuurstofverzadiging van het bloed namelijk reeds bijna 100; de zuurstofhemoglobine-evenwichtscurve (O2-dissociatiecurve) verloopt boven PaO2 = 8 kPa vlak. Bij A -wanverhouding is er daardoor altijd een verschil tussen alveolaire en arteriële PO2, maar praktisch geen verschil tussen alveolaire en arteriële PCO2 doordat de CO2-dissociatiecurve in tegenstelling tot die voor O2 al bij lagere CO2-spanning vrijwel horizontaal verloopt. Tenzij de gaswisselingsstoornis zeer ernstig is, kan bij ARDS de PACO2 dus gelijkgesteld worden aan de PaCO2.

De gaswisselingsstoornis bij ARDS door A-wanverhouding moet worden bestreden door alveolaire ruimten die gecollabeerd zijn te openen en open te houden met positievedrukbeademing: dit wordt alveolaire recrutering genoemd. De aanvankelijk gecollabeerde long is stijf: de compliantie is gering (dat wil zeggen: een toename van inspiratoire druk resulteert slechts in een kleine volumetoename). Door deze alveolaire ruimten te openen, stijgen in deze gebieden de A -verhouding en de compliantie omdat de long meer lucht kan bevatten; ook de ademarbeid wordt dan minder.

In longdelen met een hoge A moet een deel van de ventilatie als verspild worden beschouwd, mechanisch gezien. Dit wordt, nogal verwarrend, ‘ventilatie van de alveolaire dode ruimte’ genoemd. Strikt genomen bestaat de dode ruimte, ook wel ‘schadelijke ruimte’ genoemd, uit de inhoud van de aan- en afvoerende luchtwegen (de anatomische dode ruimte) en van alveolen die niet met bloed worden doorstroomd. De ventilatie van deze dode ruimte draagt, in tegenstelling tot ventilatie van de alveolaire dode ruimte, niet bij tot de gaswisseling. Ventilatie van de dode ruimte, anatomische en alveolaire dode ruimte tezamen, ook wel ‘fysiologische dode ruimte’ genoemd, vergt ademarbeid. Met behulp van de vergelijking van Bohr kan de verhouding van de fysiologische dode ruimte en het ademvolume (VDVT) worden berekend; VDVT is ook gelijk aan de fractie van de doderuimteventilatie ten opzichte van de totale ventilatie.

Bij bestaan van een te hoge A -verhouding is deze fractie toegenomen en dus ook de benodigde ademarbeid. Wanneer de oorzaak van de toegenomen VDVT kan worden bestreden, neemt ook de toegenomen D(A-a)O2 weer af.56 In de klinische situatie is het optreden van massale longembolieën een voorbeeld van acuut toegenomen VDVT.6

Uit het beloop bij patiënt C bleek dat de gaswisseling – met als maat: D(A-a)O2 – verbeterde nog voordat de onderliggende ziekte kon worden behandeld. In de kliniek is bij het volgen van de gaswisselingsstoornis, als maat voor de ernst van longschade, de D(A-a)O2 van beperkte waarde, als niet tegelijkertijd de beademingsdrukken (met name de eindexpiratoire druk) en eventueel andere interventies worden beschouwd, zoals toepassing van stikstofmonoxide en buikligging.7 Niettemin heeft het ook zin om bij problemen bij ontwenning van de beademing de D(A-a)O2 te berekenen. Ventilatoir pompfalen met hypoventilatie kan het gevolg zijn van een te hoog niveau van sedatie, of van neuromusculaire disfunctie, zoals bij zogenaamde ‘critical illness’-polyneuromyopathie, die niet alleen kan ontstaan in het kader van sepsis,8 maar ook gezien wordt na behandeling met spierverslappers en corticosteroïden wegens status asthmaticus, zonder dat sepsis aanwezig was.9

Dames en Heren, een goed inzicht in basisprincipes uit de ademhalingsfysiologie helpt de klinisch werkende arts bij het snel analyseren van de oorzaak van respiratoire insufficiëntie. Meestal is respiratoire insufficiëntie het gevolg van gaswisselingsstoornissen, problemen dus op het niveau van het longweefsel, en hypoxemie door A -wanverhouding is ongevoelig voor toediening van extra zuurstof. Bij A -wanverhoudingen en diffusiestoornissen is er altijd sprake van een toegenomen D(A-a)O2. Een toegenomen D(A-a)O2 kan al worden vermoed als ondanks toediening van extra zuurstof hypoxemie met normo- of hypocapnie bestaat. Alveolaire hypoventilatie kan worden vermoed als er respiratoire acidose, hypercapnie en arteriële hypoxemie bestaan. Zoals ook blijkt uit de besproken ziektegeschiedenissen, heeft het maken van onderscheid tussen oorzaken van respiratoir falen in de long zelf en oorzaken elders in het lichaam, grote consequenties voor de behandeling en de prognose en daarmee ook voor de communicatie met patiënten en eventueel hun familieleden en naasten.

In spoedeisende gevallen kan de informatie verkregen bij anamnese en lichamelijk onderzoek tekortschieten en kan de interpretatie van fysiologische gegevens goede sturing bieden om tot een werkdiagnose te komen. Door met behulp van de alveolaire gasvergelijking het alveolo-arteriële zuurstofverschil te berekenen, kan rekening worden gehouden met andere dan de aanvankelijk vermoede oorzaken.

Literatuur

  1. Bouman LN, Snellen-Balendong HAM. Basisvakken: een basiswaarvoor? Ned Tijdschr Geneeskd1996;140:1134-7.

  2. East TD, Böhm SH, Wallace CJ, Clemmer TP, Weaver LK,Orme jr JF, et al. A successful computerized protocol for clinical managementof pressure control inverse ratio ventilation in ARDS patients. Chest1992;101:697-710.

  3. Oosten BW van, Gorp ECM van, Brandjes DPM, Sande JJ vander. Problemen bij het ontwennen van kunstmatige ventilatie:‘motorneuron disease’. NedTijdschr Geneeskd 1996;140:264-7.

  4. West JB. Gas exchange. Causes of hypoxaemia. In: West JB,editor. Pulmonary pathophysiology – the essentials. 4th ed. Baltimore:Williams & Wilkins, 1990:20-33.

  5. Werf TS van der, Mannes GPM, Hew JM, Grevink RG, Mark ThWvan der, Ebels T, et al. Improved gas exchange after pneumonectomy in anadult with incomplete pulmonary vein atresia. Thorax 1994;49:723-5.

  6. West JB, Wagner PD. Ventilation – perfusionrelationships. In: Crystal RG, West JB, Barnes PJ, Cherniack NS, Weibel ER,editors. The lung – scientific foundations. 2. New York: Raven Press,1991:1303-30.

  7. Zijlstra JG, Werf TS van der, Tulleken JE. Ventilation inprone position as an alternative treatment in a patient with ARDS and a Glennand modified Fontan operation. Clin Intens Care 1996;7:221-2.

  8. Bolton CF. Neuromuscular complications of sepsis.Intensive Care Med 1993;19 Suppl 2:S58-63.

  9. Op de Coul AAW, Verheul GAM, Timmerhuis TPJ, Teepen JLJM.Acute myopathie tijdens behandeling wegens status asthmaticus.Ned Tijdschr Geneeskd1996;140:268-71.