Registrering av fysiologiska parametrar vid arbetsprov LABORATION 1 MEDICIN OCH TEKNIK TBME 01

Registrering av fysiologiska parametrar vid arbetsprov LABORATION 1 MEDICIN OCH TEKNIK TBME 01 Institutionen för medicinsk teknik Linköpings universitet Labbhandledare: Tobias Lindbergh E-post: tobli@imt.liu.se Telefon: 013-22 26 93

Innehållsförteckning: 1 Inledning... 1 1.1 Förberedelse... 1 1.2 Förberedelseuppgifter... 1 2 Utförande... 2 2.1 Vilo-EKG... 2 2.2 Ortostatiskt prov... 3 2.3 Fysisk aktivitet... 4 2.4 Återhämtning... 7 3 Analys av mätresultat... 7 3.1 Fysisk arbetsförmåga... 7 3.2 Resultatredovisning... 8 Appendix... 9 A1 Beräkning av arbetets storlek... 9 A2 Prestationsklasser... 9 A3 Normalvärden, PWC... 10 A4 Maximal syreupptagningsförmåga... 11 Dokumentinformation: Skapat vid Institutionen för medicinsk teknik, Linköpings universitet, som laborationshandledning i kursen Medicin och teknik, TBME 01. Lars-Göran Lindberg 1989 Lars Eidenvall 1992 Mikael Arildsson 1996, 1997 Erik Häggblad 2001 2003 Tobias Lindbergh 2004-

1 Inledning Laborationens mål är att visa hur blodtryck, hjärt- och andningsfrekvens varierar under olika fysiska betingelser, samt att låta laboranten få prova på diverse olika mätmetoder inom medicinsk diagnostik. Alla har vi en ganska klar uppfattning om vad som händer när man ökar arbetsbelastningen: hjärt- och andningsfrekvens ökar, andetagsvolymen ökar. Men hur stora är dessa variationer kvantitativt sett; t.ex. i vilken grad ändrar sig hjärtfrekvensen, hur snabbt återgår den till normala värden och vad är de fysiologiska grunderna? Dessa variationer ska nu studeras före, under och efter fysisk aktivitet. Labben kommer att inledas med en dugga som täcker förberedelserna i 1.1 och 1.2. För att få godkänt på labben fodras godkänt på duggan. 1.1 Förberedelse Som förberedelse ska följande avsnitt ur kurslitteraturen (Bertil Jacobsson, 1995), eller motsvarande, läsas: Respirationssystemet, sid 59-61. Cirkulationssystemet, sid 61-66. Hemodynamik, sid 67-68. Auskultation, sid 127-132. Tryckmätning, sid 132-135. Respiration, sid 141-148. Elektrokardiografi, sid 192-203. Fysisk arbetsförmåga, sid 229-230. OBS! Innan laborationen ska laborationsgruppen utse en av gruppmedlemmarna till försöksperson, d.v.s. den som ska genomföra arbetsprovet. Försökspersonen bör ta med sig träningskläder och handduk; en vattenflaska kan också vara bra att ta med. 1.2 Förberedelseuppgifter Besvara följande frågor innan laborationstillfället: Vad är det normala systoliska trycket och hur mäts det? När kammarmuskulaturen slappnar av, rinner en liten mängd blod tillbaka till hjärtats båda kammare från aorta respektive arteria pulmonalis (lungartären). Detta kommer att stänga aorta- och pulmonalisklaffarna. Vad händer med aortatrycket direkt efter klaffstängningen? Vad händer med hjärtats kontraktion när en ökad mängd blod kommer från venerna till högra förmaket? Hur reglerar kroppen hjärtverksamheten? På vilket sätt kan hjärtat öka sin effektivitet som pump (d.v.s. öka minutvolymen)? Hur definieras de olika andningsvolymerna? Hur stora är dessa i normalfallet? Vilka fördelar har bröstavledningar jämfört med extremitetsavledningar? Varför testas den fysiska arbetsförmågan? I sektion 3.2 finns det ett antal frågor som ska besvaras efter genomfört arbetsprov. Försök besvara dessa redan nu. Motivera även svaren! 1

2 Utförande Detta kapitel beskriver vad som ska genomföras under laborationen. Under laborationen ska en av laboranterna vara försöksperson medan övriga laboranter genomför mätningarna. Tips: Läs igenom anvisningarna för utförandet och planera era mätningar innan ni påbörjar laborationen för att det ska gå så smidigt som möjligt. 2.1 Vilo-EKG Försökspersonen ska ligga på en brits under upptagning av ett s.k. vilo-ekg. De tre EKGelektroderna placeras på bröstkorgen enligt figur 1. Elektroderna kopplas därefter via en EKG-förstärkare till ett oscilloskop. Inkopplingen av elektroderna till EKG-förstärkaren sker enligt följande: blå kontakt till elektrod 1, röd kontakt till elektrod 2 och svart kontakt till elektrod 3. Efter inkoppling av elektroderna så ska försökspersonen vila cirka 10 minuter innan arbetsprovet utförs. Under den tiden ska följande parametrar mätas två gånger, en gång i början av vilan och en gång i slutet av vilan: Början av vilan Slutet av vilan andningsfrekvens ggr/min hjärtfrekvens slag/min amplituden på QRS-komplexet V tiden mellan Q- och R-taggarna ms blodtrycket mmhg Figur 1: Placering av elektroder på bröstkorgen, thorax. 2

2.2 Ortostatiskt prov I samband med ett kliniskt arbetsprov utförs även två olika slags ortostatiska prov: det ena åtta minuter långt, och det andra två minuter långt. Det längre provet utförs normalt när patienten har angett anamnesiska ortostatiska besvär som till exempel yrsel eller svimning. I den här laborationen ska ni utföra det längre provet. Börja med att mäta tidalvolymen. Låt sedan försökspersonen stå upp i åtta minuter. Under denna tid ska ni mäta blodtrycket (både systoliskt och diastoliskt) samt hjärt- och andningsfrekvens med jämna intervall. Eventuella förändringar i EKG:et ska rapporteras. Dessa förändringar är av värde när man bedömer eventuella förändringar i samband med arbetsprovet. Till sist mäts tidalvolymen igen. Tidalvolym (start) Tidalvolym (slut) Tid [min] 3

2.3 Fysisk aktivitet Arbetet under själva arbetsprovet utförs på en ergometercykel under sex minuter per belastning. Tramphastigheten ska hållas konstant på 50 varv/min under hela belastningen. Begynnelsebelastningen ska vara 40W för Linneor och 50W för Linusar. Om försökspersonen är vältränad kan ni istället välja att börja arbetsprovet på 80W respektive 100W. Efter varje sex-minutersbelastning ökas omedelbart belastningen med 30W respektive 50W och en ny mätserie påbörjas. Belastningen ökas till dess att försökspersonen är helt utmattad. När belastningen börjar bli tung för försökspersonen bör ökningssteget halveras. På varje belastningsnivå görs följande mätningar: Efter 2, 4 och 6 minuter registreras hjärtfrekvens och O 2 -saturationen. Efter 3 minuter räknas andningsfrekvensen. Efter 3 minuter mäts blodtrycket (både systoliskt och diastoliskt). Efter 5 minuter bestäms QRS-komplexets amplitud samt tiden mellan Q- och R-taggen. Under sista minuten ska tidalvolymen registreras. OBS! Provet måste avbrytas om: en ökar till cirka 200 minus försökspersonens ålder. Försökspersonen anger besvär. EKG:et förändras. et slutar öka. Tips: Innan cyklingen påbörjas bör ni dela upp de olika mätningarna mellan gruppmedlemmarna; en protokollförare, en som mäter blodtrycket o.s.v. Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym 4

Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym 5

Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym 6

2.4 Återhämtning Direkt efter arbetsprovet ska försökspersonen lägga sig på britsen. Amplituden på QRSkomplexet samt tiden mellan Q- och R-taggen bestäms efter 2, 4, 10 respektive 15 minuter. Vid samma tidpunkter bestäms även hjärtfrekvens, andningsfrekvens och blodtryck. Tid [min] 3 Analys av mätresultat Detta kapitel beskriver kortfattat hur data från arbetsprov analyseras. I övrigt finns även ett antal frågor som ska besvaras efter genomförd laboration. 3.1 Fysisk arbetsförmåga Bestämning av arbetsförmåga görs för: Diagnostik av hjärtsjukdomar. Undersökning av patienter med nedsatt cirkulation respektive respiration. Att följa resultaten av fysisk träning. Rehabilitering. Att bedöma om konditionen tillåter ett större operativt ingrepp. Som ett mått på en persons fysiska arbetsförmåga anges den belastning som extra- eller interpolerat skulle ge pulsfrekvensen 150 eller 170 slag per minut. Detta kallas normalt för PWC 150 respektive PWC 170 där PWC är en förkortning av Physical Working Capacity. Ibland bestäms även PWC 130 som alltså är relaterat till en pulsfrekvens på 130 slag per minut. För att kunna beräkna PWC krävs att försökspersonen kan upprätthålla ett cirkulatoriskt steady state samt två fullföljda belastningsökningar. Steady state innebär att balans råder mellan O 2 - upptag och O 2 -konsumtion och sägs råda då skillnaden i hjärtfrekvens mellan 2 och 6 minutersavläsningarna är maximalt 10 slag per minut. Kontrollera om steady state inträffat och beräkna PWC 130, PWC 150 eller PWC 170. För att sedan kunna bedöma hur det framräknade PWC-värdet förhåller sig till normalvärdet måste man bestämma vilken prestationsklass (p-klass) som personen tillhör. Den p-klass som finns i tabell 1 respektive 2 i appendix A2 bygger på längd och vikt. En lång och tung person bör prestera mer än en kort och lätt. Man ska värdera försökspersonen beträffande kroppsbyggnad (spenslig, ordinär, kraftig) och fettlager (mager, ordinär, fet). Med 7

kännedom om längd och vikt kan man sedan bestämma p-klassen med hjälp av tabellerna. Låt oss titta på ett exempel: En man med ordinär kroppsbyggnad väger 80 kg. Gå in i mittabellen. Det finns dock två rader i tabellen med denna vikt. Titta nu på raden för längd. Intervallet där går mellan 161 och 189 cm. Om mannen är närmare 189 cm än 175 cm så hamnar du i den högra kolumnen och p-klassen blir 4. Det är bättre att använda längden än det mer subjektiva sättet att titta på fettlager. När p-klassen är bestämd kan man få fram det normala värdet på beräknat PWC ur diagram 1 respektive diagram 2 (appendix A3). Arbetsprov genomförs regelmässigt även på ställen där man inte har omedelbar tillgång till läkare och intensivvård, t. ex. på vårdcentraler. Då de som genomför dessa prov oftast är relativt sjuka vågar man inte göra en maxbelastning, utan man försöker i stället genomföra ett för patienten mildare prov, och sedan interpolera fram ett resultat. Ett exempel på en parameter som man kan göra så med är den maximala syreupptagningsförmågan. I appendix A4 finns tabeller för att bestämma maximala syreupptagningsförmågan; använd dessa för er försöksperson. Observera att man ska korrigera resultatet för ålder enligt tabell 5. 3.2 Resultatredovisning Efter det att alla värden är framräknade enligt ovan ska nedanstående frågor besvaras. När frågorna besvaras bör ni tänka på att man vid mätningar av fysiologiska parametrar ofta får ganska stora mätfel. Försök att tänka efter om era resultat verkar rimliga, hur borde kroppen reagera under arbetsprovet, vilka fysiologiska förlopp sätter begränsningarna osv: I Hur mycket ökade hjärtfrekvensen från vila till slutet av provet? II Hur mycket ökade andningsfrekvensen? III Hur mycket ökade tidalvolymen? IV Finns det något samband mellan andningsfrekvensen och hjärtfrekvensen? V Hur förändrades O 2 -saturationen under mätningen? VI Hur stor är den beräknade maximala syreupptagningen? VII Hur mycket ökade blodtrycket? VIII Hur förändrades blodtrycket från liggande till stående? IX Vad finns det för samband mellan ökningen av hjärtfrekvensen och stegringen av blodtrycket? X Sker det några ändringar av QR-durationen och en? XI Vad kan sägas om försökspersonens kondition? Jämför PWC 130, PWC 150 eller PWC 170 med normalvärden. XII Hur lång tid behövdes för återhämtningen? XIII Vad kan sägas om återhämtningstiden som ett mått på konditionen? Hur pass väl stämmer det du trodde innan labben med de faktiska resultaten? 8

Appendix A1 Beräkning av arbetets storlek Det yttre arbetet är produkten av bromskraft och vägsträcka (arbete = bromskraft*vägsträcka). Om försökspersonen trampar i 50-takt (100 nedtrampningar per minut utgör 50 hela varv per minut) blir vägsträckan under en minut 50*6 m = 300 m. Om den genom reglering av bandets spänning inställda bromskraften är 10 N (1 kpm) blir arbetet under 1 minut 3000 Nm (300 kpm) vilket motsvarar 50 watt (W). Är bromskraften 20 N blir arbetet 6*50*20 Nm/minut = 6000 Nm/minut (600 kpm/min eller 100 watt). Effekten eller arbetsintensiteten utgörs av arbete per tidsenhet. Den bör numera uttryckas i watt (W), men man använder Nm/minut eller kpm/minut - för förståelsens skull - för beräkningen av arbetet. [50 watt 3000 Nm/minut (300 kpm/minut), 100 watt 6000 Nm/minut (600 kpm/minut) osv] A2 Prestationsklasser Tabell 1: Prestationsklasser, män. Kroppsbyggnad Spenslig Ordinär Kraftig p-klass 1 2 3 2 3 4 3 4 5 längd 161-189 161-189 161-189 mager 40 50 60 50 60 70 60 70 80 ordinär 50 60 70 60 70 80 70 80 90 fet 60 70 80 70 80 90 80 90 100 Tabell 2: Prestationsklasser, kvinnor. Kroppsbyggnad Spenslig Ordinär Kraftig p-klass 1 2 3 2 3 4 3 4 5 längd 151-174 151-174 151-174 mager 37 44 51 44 51 58 51 58 65 ordinär 44 51 58 51 58 65 58 65 72 fet 51 58 65 58 65 72 65 72 79 9

A3 Normalvärden, PWC Diagram 1: Normalvärden PWC, män. Effekt [W] 260 240 220 200 180 160 140 120 100 PWC, män 6 5 4 3 2 1 80 60 40 20 0 130 150 170 Frekvens [slag/min] Diagram 2: Normalvärden PWC, kvinnor. 180 PWC, kvinnor Effekt [W] 160 140 120 100 80 6 5 4 3 2 1 60 40 20 0 130 150 170 Frekvens [slag/min] 10

A4 Maximal syreupptagningsförmåga Tabell 3: Beräkning av maximal syreupptagningsförmåga från arbetspuls och belastning på cykelergometer. Gäller för män. Värdet ska korrigeras för ålder enligt tabell 7. Maximal syreupptagning [l/min] Arbetspuls 50 watt 100 watt 150 watt 200 watt 250 watt 120 2,2 3,5 4,8 121 2,2 3,4 4,7 122 2,2 3,4 4,6 123 2,1 3,4 4,6 124 2,1 3,3 4,5 6,0 125 2,0 3,2 4,4 5,9 126 2,0 3,2 4,4 5,8 127 2,0 3,1 4,3 5,7 128 2,0 3,1 4,2 5,6 129 1,9 3,0 4,2 5,6 130 1,9 3,0 4,1 5,5 131 1,9 2,9 4,0 5,4 132 1,8 2,9 4,0 5,3 133 1,8 2,8 3,9 5,3 134 1,8 2,8 3,9 5,2 135 1,7 2,8 3,8 5,1 136 1,7 2,7 3,8 5,0 137 1,7 2,7 3,7 5,0 138 1,6 2,7 3,7 4,9 139 1,6 2,6 3,6 4,8 140 1,6 2,6 3,6 4,8 6,0 141 2,6 3,5 4,7 5,9 142 2,5 3,5 4,6 5,8 143 2,5 3,4 4,6 5,7 144 2,5 3,4 4,5 5,7 145 2,4 3,4 4,5 5,6 146 2,4 3,3 4,4 5,6 147 2,4 3,3 4,4 5,5 148 2,4 3,2 4,3 5,4 149 2,3 3,2 4,3 5,4 150 2,3 3,2 4,2 5,3 11

151 2,3 3,1 4,2 5,2 152 2,3 3,1 4,1 5,2 153 2,2 3,0 4,1 5,1 154 2,2 3,0 4,0 5,1 155 2,2 3,0 4,0 5,0 156 2,2 2,9 4,0 5,0 157 2,1 2,9 3,9 4,9 158 2,1 2,9 3,9 4,9 159 2,1 2,8 3,8 4,8 160 2,1 2,8 3,8 4,8 161 2,0 2,8 3,7 4,7 162 2,0 2,8 3,7 4,6 163 2,0 2,8 3,7 4,6 164 2,0 2,7 3,6 4,5 165 2,0 2,7 3,6 4,5 166 1,9 2,7 3,6 4,5 167 1,9 2,6 3,5 4,4 168 1,9 2,6 3,5 4,4 169 1,9 2,6 3,5 4,3 170 1,8 2,6 3,4 4,3 Tabell 4: Värdering av den maximala syreupptagningsförmågan. Gäller för män (normalvikt 70 kg). Syreupptagningsförmåga [l/min] Ålder Låg Något låg Medelgod Hög Mycket hög 20-29 2,79 2,80-3,09 3,10-3,69 3,70-3,99 4,00 30-39 2,49 2,50-2,79 2,80-3,39 3,40-3,69 3,70 40-49 2,19 2,20-2,49 2,50-3,09 3,10-3,39 3,40 50-65 1,89 1,90-2,19 2,20-2,79 2,80-3,09 3,10 60-69 1,59 1,60-1,89 1,90-2,49 2,50-2,79 2,80 12

Tabell 5: Beräkning av maximal syreupptagningsförmåga från arbetspuls och belastning på cykelergometer. Gäller för kvinnor. Värdet ska korrigeras för ålder enligt tabell 7. Maximal syreupptagning [l/min] Arbetspuls 50 watt 75 watt 100 watt 125 watt 150 watt 120 2,6 3,4 4,1 4,8 121 2,5 3,3 4,0 4,8 122 2,5 3,2 3,9 4,7 123 2,4 3,1 3,9 4,6 124 2,4 3,1 3,8 4,5 125 2,3 3,0 3,7 4,4 126 2,3 3,0 3,6 4,3 127 2,2 2,9 3,5 4,2 128 2,2 2,8 3,5 4,2 4,8 129 2,2 2,8 3,4 4,1 4,8 130 2,1 2,7 3,4 4,0 4,7 131 2,1 2,7 3,4 4,0 4,6 132 2,0 2,7 3,3 3,9 4,5 133 2,0 2,6 3,2 3,8 4,4 134 2,0 2,6 3,2 3,8 4,4 135 2,0 2,6 3,1 3,7 4,3 136 1,9 2,5 3,1 3,6 4,2 137 1,9 2,5 3,0 3,6 4,2 138 1,8 2,4 3,0 3,5 4,1 139 1,8 2,4 2,9 3,5 4,0 140 1,8 2,4 2,9 3,4 4,0 141 1,8 2,3 2,8 3,4 3,9 142 1,7 2,3 2,8 3,3 3,9 143 1,7 2,2 2,7 3,3 3,8 144 1,7 2,2 2,7 3,2 3,8 145 1,6 2,2 2,7 3,2 3,7 146 1,6 2,2 2,6 3,2 3,7 147 1,6 2,1 2,6 3,1 3,6 148 1,6 2,1 2,6 3,1 3,6 149 2,1 2,6 3,0 3,5 150 2,0 2,5 3,0 3,5 151 2,0 2,5 3,0 3,4 13

152 2,0 2,5 2,9 3,4 153 2,0 2,4 2,9 3,3 154 2,0 2,4 2,8 3,3 155 1,9 2,4 2,8 3,2 156 1,9 2,3 2,8 3,2 157 1,9 2,3 2,7 3,2 158 1,8 2,3 2,7 3,1 159 1,8 2,2 2,7 3,1 160 1,8 2,2 2,6 3,0 161 1,8 2,2 2,6 3,0 162 1,8 2,2 2,6 3,0 163 1,7 2,2 2,6 2,9 164 1,7 2,1 2,5 2,9 165 1,7 2,1 2,5 2,9 166 1,7 2,1 2,5 2,8 167 1,6 2,1 2,4 2,8 168 1,6 2,0 2,4 2,8 169 1,6 2,0 2,4 2,8 170 1,6 2,0 2,4 2,7 Tabell 6: Värdering av den maximala syreupptagningsförmågan. Gäller för kvinnor (normalvikt 58 kg). Syreupptagningsförmåga [l/min] Ålder Låg Något låg Medelgod Hög Mycket hög 20-29 1,69 1,70-1,99 2,00-2,49 2,50-2,79 2,80 30-39 1,59 1,60-1,89 1,90-2,39 2,40-2,69 2,70 40-49 1,49 1,50-1,79 1,80-2,29 2,30-2,59 2,60 50-65 1,29 1,30-1,59 1,60-2,09 2,10-2,39 2,40 14

Tabell 7: Korrektionsfaktorer för maximal syreupptagningsförmåga med avseende på ålder eller uppmätt maxpuls. Ålder Faktor Maxpuls Faktor 15 1,10 210 1,12 25 1,00 200 1,00 35 0,87 190 0,93 40 0,83 180 0,83 45 0,78 170 0,75 50 0,75 160 0,69 55 0,71 150 0,64 60 0,68 65 0,65 15