Registrering av fysiologiska parametrar vid arbetsprov LABORATION Anatomi och fysiologi TBME 02 Institutionen för medicinsk teknik Linköpings universitet Labbhandledare: Linda Rattfält E-post: linra@imt.liu.se
Innehållsförteckning: 1 Inledning... 1 1.1 Förberedelse... 1 1.2 Förberedelseuppgifter... 2 2 Utförande... 3 2.1 Vilo-EKG... 3 2.2 Ortostatiskt prov... 4 2.3 Fysisk aktivitet... 5 2.4 Återhämtning... 8 3 Analys av mätresultat... 8 3.1 Fysisk arbetsförmåga... 8 3.2 Resultatredovisning... 9 Appendix... 10 A1 Beräkning av arbetets storlek... 10 A2 Prestationsklasser... 10 A3 Normalvärden, PWC... 11 A4 Maximal syreupptagningsförmåga... 12 Dokumentinformation: Skapat vid Institutionen för medicinsk teknik, Linköpings universitet, som laborationshandledning i kursen Medicin och teknik, TBME 50. Ges nu som en del av kursen anatomi och fysiologi. Lars-Göran Lindberg 1989 Lars Eidenvall 1992 Mikael Arildsson 1996,1997 Erik Häggblad 2001-2003 Tobias Lindbergh 2004 Linda Rattfält 2005-
1 Inledning Laborationens mål är att belysa hur blodtryck, hjärt- och andningsfrekvens varierar under olika betingelser. Under laborationstiden kommer ett arbetsprov att utföras och därför kommer fokus ligga på hur cirkulation och ventilation förändras vid fysisk aktivitet. Under laborationen kommer ni även att 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 och 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 muntlig dugga som täcker förberedelserna i 1.1 och 1.2. För att få godkänt på labben fordras godkänt på duggan. 1.1 Förberedelse Inför labben ska man ha tillgodogjort sig en del av kursinnehållet rörande respirations- och cirkulationssystemet. Läsanvisningarna nedan ger en fingervisning över relevanta avsnitt för den här laborationen. Hänvisningarna avser kurslitteraturen (Tortora, 11:e upplagan). Respirationssystemet Anatomi sid 775, figur 23.1 Gasutbyte i alveolerna figur 23.12 Ventilation och gasutbyte i vävnaderna sid 790-799 Cirkulationssystemet Hjärtats anatomi fig 20.4 Blodet, funktion och komponenter sid 610 Bloddopning sid 613 Hemodynamik sid 678 Blodcirkulationssystemet, översikt fig 21.17 Kontroll av blodtryck, kardiovaskulära centret sid 682 Cardiac output sid 657-661 Mätmetoder för fysiologiska parametrar smätning sid 690 Elektrokardiogram sid 652-654 För intresserade av medicinska mätmetoder kan även följande stycken vara av intresse (Medicin och Teknik, Bertil Jacobsson, 1995): Auskultation, sid 127-132. Tryckmätning, sid 132-135. Respiration, sid 141-148. Elektrokardiografi, sid 192-203. Fysisk arbetsförmåga, sid 229-230. 1
1.2 Förberedelseuppgifter Innan laborationen ska man kunna besvara vissa teorifrågor, se exempel nedan. Till förberedelserna hör även att man mäter vissa parametrar på sig själv. För att underlätta finns ett mätprotokoll. Ta tillfället i akt att fundera på hur just din kropp fungerar för att lättare ta till dig materialet i labben och kursen! Teorifrågor: Vilka delar består respirationssystemet av och vilka funktioner har de? Hur sker gasutbytet i alveolerna samt i musklerna? Hur definieras de olika andningsvolymerna? Hur stora är dessa i normalfallet? Vad innebär det systoliska och diastoliska trycket i en blodtrycksundersökning? Vilka värden är normala? Hur reglerar kroppen hjärtverksamheten? På vilket sätt kan hjärtat öka sin effektivitet som pump (d.v.s. öka minutvolymen)? Hur ser ett normalt elektrokardiogram ut, vad heter de olika komplexen? 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! Mätuppgifter: Aktivitet: Andetagsfrekvens Beskrivning: (Hur känns andetagen? Hur ansträngt känns det? Ökar andning och hjärtfrekvens samtidigt?) I vila Vardagsaktivitet Gå i trappor Gå fort uppför trappor Hur reagerar du på följande? Aktivitet: Andetagsfrekvens Beskrivning: Smärta Rädsla Träning Spänning Välbehag Försök till sist att med viljan styra hjärtfrekvensen. Går den att öka och minska enbart med tankekraft? Gör om samma övning fast försök påverka andningen istället. Hur går det? Beskriv hur ni gjorde och vad resultatet blev. 2
2 Utförande Detta kapitel beskriver vad som ska genomföras under laborationen. Under laborationen ska en av laboranterna vara försöksperson medan övriga laboranter genomför mätningarna. 2.1 Vilo-EKG Försökspersonen ska ligga på en brits under upptagning av vilo-ekg. De tre EKGelektroderna placeras på bröstkorgen enligt figur 1. Elektroderna kopplas därefter via en EKG-förstärkare till ett oscilloskop. Inkopplingen av elektroder till förstärkaren sker enligt följande: blå kontakt till elektrod 1, röd kontakt till elektrod 2 och svart kontakt till elektrod 3. Efter inkoppling av elektroder så ska försökspersonen vila cirka 10 minuter innan följande parametrar mäts: andningsfrekvens ggr/min hjärtfrekvens Slag/min amplituden på QRS-komplexet V tiden mellan Q- och R-taggarna. ms Figur 1: Placering av elektroder på thorax 3
2.2 Ortostatiskt prov I samband med ett kliniskt arbetsprov utförs två olika slags ortostatiska prov: det ena åtta minuter långt, och det andra två minuter långt. Det längre provet utförs när patienten har angett anamnesiska ortostatiska besvär som till exempel yrsel eller svimning. 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 vid upprepade tillfällen. Eventuella förändringar i EKG:et ska rapporteras. Dessa förändringar är av värde när man bedömer eventuella förändringar i samband med arbetsprovet. Till sist bestäms tidalvolymen igen. Tidalvolym (start) [slag/min] Tidalvolym (slut) 4
2.3 Fysisk aktivitet Arbetet utförs på en ergometercykel under sex minuter per belastning. Tramphastigheten ska hållas konstant på 50 varv/s 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 QRS-amplitud [V] QR-tid [ms] Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym QRS-amplitud [V] QR-tid [ms] 5
Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym QRS-amplitud [V] QR-tid [ms] Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym QRS-amplitud [V] QR-tid [ms] Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym QRS-amplitud [V] QR-tid [ms] 6
Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym QRS-amplitud [V] QR-tid [ms] Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym QRS-amplitud [V] QR-tid [ms] Belastning [W] [slag/min] O 2 -saturation [%] Tidalvolym QRS-amplitud [V] QR-tid [ms] 7
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] QRS-amplitud [V] QR-tid [s] 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 PWC150 respektive PWC170 där PWC är en förkortning av Physical Working Capacity. Ibland bestäms även PWC130 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 belastningar. 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 PWC130, PWC150 eller PWC170. 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 8
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 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. Relatera de mätningar som ni gjorde i förberedelseuppgifterna till resultaten från labben. I Hur mycket ökade hjärtfrekvensen från vila till slutet av provet? II Hur mycket ökade andningsfrekvensen? III Hur mycket ökade tidalvolymen? IV Ökade andningsfrekvensen linjärt med hjärtfrekvensen? V Hur förändrades O 2 -saturationen under mätningen? VI Hur stor är den beräknade maximala syreupptagningen? VII Hur mycket ökade blodtrycket? VIII Vad finns det för samband mellan ökningen av hjärtfrekvensen och stegringen av blodtrycket? IX Sker det några ändringar av QR-durationen och QRS-amplituden? X Vad kan sägas om försökspersonens kondition? Jämför PWC130, PWC150 eller PWC170 med normalvärden. XI Hur lång tid behövdes för återhämtningen? XII Vad kan sägas om återhämtningstiden som ett mått på konditionen? Hur pass väl stämmer det du trodde innan labben med de faktiska resultaten? 9
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, kvinnor. 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 Tabell 2: Prestationsklasser, män. 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 10
A3 Normalvärden, PWC Diagram 1: Normalvärden PWC, kvinnor. 180 PWC, kvinnor 160 6 5 140 4 120 3 Effekt [W] 100 80 2 1 60 40 20 0 130 150 170 Frekvens [slag/min] Diagram 2: Normalvärden PWC, män. 260 240 PWC, herrar 6 220 5 Effekt [W] 200 180 160 140 120 100 4 3 2 1 80 60 40 20 0 130 150 170 Frekvens [slag/min] 11
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 5. Arbetspuls Maximal syreupptagning [l/min] 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 12
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 13
Tabell 4: Beräkning av maximal syreupptagningsförmåga från arbetspuls och belastning på cykelergometer. Gäller för kvinnor. Värdet ska korrigeras för ålder enligt tabell 5. Arbetspuls Maximal syreupptagning [l/min] 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 14
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 15
Tabell 5: Korrektionsfaktorer för maximal syreupptagningsförmåga 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 16