Content
De tijdconstante is een wiskundig concept. De tijdconstante (τ; Tau) is de belangrijkste eenheid van een eerste-ordesysteem 1.
De tijdconstante geeft aan hoe snel een dalende exponentiële functie afneemt. Na één tijdconstante is de exponentiële functie voor 63% uitgewerkt, na drie tijdconstanten reeds voor 95%, na vijf tijdconstanten voor meer dan 99%.
Dus dit reflecterend op de het respiratoire systeem zou je tijdconstante kunnen omschrijven als: de tijdconstante is de tijd die nodig is voor een inspiratie tot 63% van het uiteindelijke volume, of een expiratie met 63%.
Fysiologisch concept
De tijdconstante wordt gebruikt in de ademhalingsfysiologie bij:
- Timing inspiratie en expiratie
- Eliminatie van inhalatie-anesthetica
- De verandering in PaO2 en PaCO2 na veranderingen in ventilatie
De tijdconstante wordt beïnvloed door:
De tijdconstante in een formule is:
- Tau: tijdsconstante
- C: compliantie
- R: weerstand
Compliance = ΔV / ΔP en weerstand = ΔP / flow. Dat bij elkaar is ΔV / T. Als de inspiratoire flow constant is, is tijdconstante het product van weerstand en compliance.
Dus, concluderend: de snelheid van inspiratie en expiratie wordt bepaald door de tijdconstante van de alveoli op basis van de compliantie en luchtwegweerstand
Klinische toepassing
Tijdens inspiratie
- Bij gelijke tijdconstanten van alle alveoli:
- zal de druk in elke eenheid identiek zijn tijdens inspiratie en distributie
- Bij ongelijke tijdconstanten van de alveoli:
- hebben verschillende delen van de longen verschillende tijdconstanten
- de distributie van ingeademd gas is afhankelijk van de tijdsconstante van elke losse alveoli
- er zal redistributie (pendelluft) plaatsvinden wanneer de inflatie wordt aangehouden (tijdens de eind-inspiratoire pauze)
Pendelluft effect
- Bij pendelluft is de verdeling van het ingeademd gas over alle longdelen afhankelijk van de inspiratietijd en met name de inspiratoire pauze (pause-phase).
- bij een toename van de ademhalingsfrequentie en afname van de pause-phase zal het aandeel van het teugvolume aan de alveoli met een lange tijdsconstante afnemen en de ‘snelle’ alveoli worden bij voorkeur geventileerd, wat V/Q-mismatch of shunt veroorzaakt in de ongeventileerde ‘trage’ alveoli 2.
Zie de schematische weergave van de drukcurve bij een volume gestuurde ademteug:
- De langzamere, meer geleidelijke afname van de peakdruk naar de plateaudruk is een combinatie van weefselontspanning en gasdistributie tussen longeenheden met verschillende tijdconstanten; het pendelluft effect.
- Dit laatste wordt gezien bij ziektes met een heterogeen longbeeld. Bij een normaal respiratoir systeem wordt waarschijnlijk weinig pendelluft waargenomen.
Tijdens expiratie
De expiratoire tijdconstante van alle alveoli bij elkaar kan nuttig zijn voor het diagnosticeren van de longaandoening en de ernst ervan, het optimaliseren van de ventilator instellingen, het bewaken van buikligging en het begrijpen van bepaalde respiratoire events 2.
- Als diagnosticum van de longconditie:
- een expiratie tijdconstante korter dan 0,5 s duidt op een afname van de complantie
- De tijdconstante is korter bij patiënten met ernstig ARDS, longfibrose en thoraxwandstijfheid door een lage compliantie en kleine teugvolumina
- een expiratie tijdconstante langer dan 0,7 s duidt op een verhoogde weerstand, dat mogelijk geassocieerd kan zijn met een toename van de compliantie
- Voorbeelden: COPD met longemfyseem, obstructie tube
- een gemengde longaandoening die een verminderde compliantie en een verhoogde weerstand combineert, kan resulteren in een pseudo-normale tijdconstante
- een expiratie tijdconstante korter dan 0,5 s duidt op een afname van de complantie
- Ter optimalisatie ventilator instellingen:
- patiënten met een korte expiratoire tijdconstante lopen het risico op ‘ventilator induced lung injury’ waarvoor strikte controle van: teugvolume, driving pressure en plateaudruk
- patiënten met een lange expiratoire tijdconstante lopen het risico op dynamische hyperinflatie, dus intrinsieke PEEP moet regelmatig worden gemeten
- optimalisatie patiënt-ventilator synchronie door optimalisatie van de expiratoire trigger sensitiviteit (SVT), het percentage van de maximale inspiratoire flow waarbij de inspiratie stopt (cycle-off)
- korte tijdconstante: SVT lager percentage (latere cycling-off inspiratie)
- lange tijdconstante: SVT hoger percentage (eerdere cycling-off inspiratie)
- Ter monitoring effect buikligging
- als buikligging resulteert in recruitment is er een toename in compliantie en de expiratoire tijdconstante
- als de tijdconstante toeneemt zonder dat de compliantie verandert is er een weerstandsprobleem (obstructie of dislocatie tube)
- Ter diagnostiek van pulmonale events
- Een trendverandering van de tijdconstante bij acute hypoxie geeft diagnostische informatie
- Een toename in de tijdconstante: tube of luchtweg obstructie (bijv. dichtbijten tube, secretie of sputum, bronchospasme)
- Een afname in tijdconstante: pneumothorax, pleuravocht, atelectase
- Geen verandering in tijdconstante: afname cardiac output, ernstige longembolie
- Een trendverandering van de tijdconstante bij acute hypoxie geeft diagnostische informatie
Referenties
- 1.Wikipedia. Eerste-ordesysteem. Wikipedia. https://nl.wikipedia.org/wiki/Eerste-ordesysteem. Published March 30, 2020. Accessed April 2, 2020.
- 2.Arnal JM. Monitoring Respiratory Mechanics in Mechanically Ventilated Patients. Rhäzüns, Switzerland: Hamilton Medical AG; 2018. https://www.hamilton-medical.com/it/News/Newsletter-articles/Article~2018-04-30~Monitoring-respiratory-mechanics-in-mechanically-ventilated-patients~6e39d4bb-1ab7-4c46-bc18-83f3e77897f9~.html. Accessed April 2, 2020.