Diaphragm Electrical Activity: Post 3

Poste 3: interprétation physiologique de la membrane de forme d'onde activité électrique (EADI).

Breathing is an extremely complex process and we are still learning. The EAdi waveform adds a new dimension to interpreting breathing at the bedside. It provides information about central respiratory drive, timing of breathing, and synchrony between ventilator assist and patient effort. This blog will describe areas where EAdi provides important physiological information. Importantly, EAdi waveform is equally informative and reliable regardless if monitored during invasive or non-invasive ventilation.

EADi pour évaluer entraînement respiratoire centrale

Basically, breathing is a vital function that enables us to acquire O2 and eliminate CO2, the later of fundamental importance for regulation of pH. It is an involuntary process usually referred to as the central respiratory drive, responding to changes in chemical milieu, load, stress, emotions, speech etc. Also, central respiratory drive can also temporarily be voluntarily overridden. Before the availability of EAdi at the bedside, it was difficult to interpret the central respiratory drive and factors that affect it at the bedside. Even more so when a patient is mechanically ventilated.

The EAdi, is a cumulated output signal with its origin in the central respiratory centers. It is transmitted as packages of electrical impulses propagating along the phrenic nerve fibers that ends up innervating groups of muscle fibers forming so called motor units at the level of the diaphragm. Transmitted via the neuromuscular junctions, single fiber action potentials are initiated to propagate along diaphragm fibers. As the phrenic nerves innervates the diaphragm in motor units packages, the EAdi represents motor unit electrical activity, and its energy can be measured in the time domain as a temporal and spatial summation of electrical activity (see previous postings for more details). Moreover, the propagation velocity and frequency domain components of the action potentials can also be measured and used for more detailed information about muscle properties and fatigue.

Unless the neuro-muscular transmission of electrical signals is not faulty, the EAdi will reflect central respiratory drive within a given subject in the following manner:

  • No EAdi signal suggests central apnea i.e. loss of central respiratory drive.
  • Présence de l’EAdi suggèrent la présence d’entraînement respiratoire et dans un sujet donné, plus l’amplitude de l’EAdi plus l’entraînement inspiratoire central.

Avec la respiration, l’EAdi est typiquement cyclique, ce qui représente une « phasique » activation du diaphragme. Plus la fréquence de l’EAdi phasique (c'est-à-dire taux respiratoire neuronal plus élevé) plus la commande respiratoire centrale. L’EAdi peut également être continu représentant une activation « tonique » du diaphragme. Les toniques et phasique EAdi peuvent ajouter les uns aux autres. Par conséquent, il convient également d’évaluer la commande respiratoire centrale comme une intégrale de temps de l’Edi.

Figures ci-dessous montre des signaux de l’EAdi phasiques chez les adultes et pas l’EAdi suivie phasique sur EAdi tonique au nouveau-né.

Phasic EAdi in adult

Apnea followed by phasic EAdi on tonic EAdi in newborn

Aucune EADI

Étant donné que l’EAdi est un signal de la sommation, il possède un véritable zéro (Notez que cela nécessite électrode bon positionnement, commande acquisition, traitement et le bruit du signal). Absence de l’EAdi indique donc perte d’entraînement respiratoire centrale. C’est pourquoi, l’EAdi surveillance permet une surveillance adéquate des apnées centrales une caractéristique particulièrement important chez les bébés prématurés et nouveau-nés où les apnées centrales sont fréquentes.

Notez que l’EAdi peut également être utile chez les patients atteints d’apnées obstructives (présence de l’EAdi mais aucun débit inspiratoire).

Given that mechanical ventilation and sedation reduce the central respiratory drive, monitoring of the EAdi can be helpful to ensure appropriate clinical interventions. Likewise, monitoring to ensure absence of EAdi during use of paralytic agents can also be of value.

Monitoring EAdi can also be useful post-operatively to determine when spontaneous breathing is restored.

Phasic EADi

Increased respiratory demand is typically generated by increased metabolism and increased need to eliminate CO2 and will, within a given subject, cause the EAdi signal to increase in amplitude and also increase in frequency (neural respiratory rate). In particular, monitoring the change in the EAdi amplitude in response to devices that increase deadspace can be helpful to avoid unnecessary ventilatory demand.

Charge inspiratoire croissante augmentera l’amplitude de l’EAdi, mais c’est peut-être pas nécessairement associée à une augmentation de la fréquence respiratoire neuronale. Par exemple, les surveillance des changements dans l’amplitude de l’EAdi peuvent être de valeur pour l’évaluation de chevet de charge et dead space des échangeurs de chaleur-humidité et humidificateurs.

Faiblesse des muscles respiratoires (de nature non dégénératives) nécessiterait également plus de recrutement des unités motrices et/ou des taux de décharge, augmentant l’amplitude de l’EAdi.

Amélioration de la ventilation et le déchargement des muscles respiratoires sont la cible privilégiée pour les deux application PEEP et ventilation mécanique. L’application réussie de la PEEP à surmonter PEEP intrinsèque, devrait réduire l’amplitude de l’EAdi. De même l’application de la ventilation mécanique devrait réduire l’amplitude de l’EAdi si elle atteint ses objectifs pour améliorer la ventilation et réduire le travail de la respiration. Notez également qu’au cours de la ventilation mécanique l’EAdi waveform permet également aux chevet evaluation de l’interaction patient-ventilateur. Cela ouvre une opportunité intéressante pour déterminer l’origine de la réduction de l’amplitude de l’EAdi. D’une part, assistance ventilatoire qui est synchronisée à l’effort patient agit pour améliorer la ventilation en partageant la charge avec des muscles respiratoires, ce qui permet au patient de déterminer le degré de ventilation. En revanche, ventilation mécanique qui n’est pas synchronisée aux patients efforts toujours agit pour augmenter la ventilation, enlevant le CO2 et diminue l’entraînement respiratoire sans tenir compte de la régulation respiratoire du patient. Surveillance patient-ventilateur interaction et changement de l’EAdi ouvre la possibilité d’identifier ces deux extrêmes, diminuant la commande respiratoire centrale.

The influence of sedatives on respiratory drive can be significant and monitoring the change in the EAdi amplitude at the bedside will illustrate the patient’s response to sedatives on central respiratory drive.

In patients with neuromuscular disorders the EAdi can be used to monitor the progress of the impairment. Impairment of central drive, impaired nerve transmission, neuromuscular transmission, or muscle excitation, results in a diminishing EAdi signal. However, it should be noted that reinnervation (e.g. after poliomyelitis) may enlarge the EAdi signal due to enlarged motor units.

Tonic EADi

Chez certains patients, l’EAdi persiste entre les périodes phasiques, que c'est-à-dire la membrane intervient aussi tout au long de la période d’expiration. Ceci est dénommé tonique l’EAdi et a été observée au cours de la suppression de la PEEP et application d’une pression négative pour les voies respiratoires et est donc supposé être induite par la démobilisation de volume et de poumon endexpiratory abaissée.

Voir aussi ces vidéos de la Conférence :

http://www.ventquest.ca/conference-videos/meetingpoint-2012-day-1/meetingpoint-2012-diaphragm-electrical-activity-and-neural-breathing-pattern-from-infant-to-adult-dr-jennifer-beck/

http://www.ventquest.ca/conference-videos/meetingpoint-2012-day-1/meetingpoint-2012-diaphragm-electrical-activity-and-neural-breathing-pattern-from-infant-to-adult-dr-jennifer-beck-question-period/

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