Comparison of six methods to calculate airway resistance during mechanical ventilation in adults

Abstract

Objective. A variety of methods are used to calculate indices of lung mechanics. We conducted this study to compare 6 methods of calculating airway resistance.Methods. Data were recorded from 20 adult mechanically ventilated patients. All were relaxed and breathing in synchrony with the ventilator, and an end-inspiratory pause sufficient to produce a pressure plateau (0.5–1.5 s) was used. Pressure and flow rate were measured at the proximal airway using a calibrated lung mechanics analyzer (VenTrak, Med Science, St Louis, MO). Flow rate, pressure, and volume were printed simultaneously. Airway resistance was calculated using 6 methods: Suter, Krieger, Neergard, Bergman, Comroe, and Jonson.Results. Mean calculated resistances (± SD) (cm H₂O/L/s) were 11.7 ± 4.8 (Suter method), 13.3 ± 5.0 (Krieger method), 14.9 ± 5.3 (Neergard method), 25.0 ± 6.6 (Bergman method), 24.7 ± 6.4 (Comroe method), and 26.9 ± 4.8 (Jonson method). By repeated measures analysis of variance, these differences were significant (p < 0.001). Using Scheffe analysis, no difference was found between the calculations using the Bergman, Comroe, and Jonson methods; these were significantly greater than the other 3 methods (p < 0.05).Conclusions. Methods that evaluate expiratory resistance (Comroe, Bergman, and Jonson) produce higher values than methods that evaluate inspiratory resistance (Suter and Neergard) or a combination of inspiratory and expiratory resistance (Krieger). Because of these differences, investigators should clearly describe their calculations when reporting airway resistance values.

Résumé

Objectifs. De nombreuses méthodes sont utilisées pour calculer des indices de mécanique respiratoire. Nous avons réalisé une étude afin de comparer 6 méthodes de calcul de la résistance des voies aériennes.Méthodes. Les paramètres respiratoires de 20 patients adultes sous ventilation mécanique ont été enregistrés. Tous les patients étaient calmes et ne présentaient aucun asynchronisme avec le respirateur. Une pause en fin d’inspiration, suffisante pour entrainer un plateau de pression (durée 0,5 – 1,5s), était appliquée. La pression et le débit étaient mesurés au niveau des voies aériennes proximales par l’intermédiaire d’un analyseur calibré de mécanique respiratoire (Ventrak, Med Science, St Louis, MO). Les courbes de débit, pression et volume étaient imprimées simultanément. La résistance des voies aériennes a été calculée selon 6 méthodes: Suter, Krieger, Neergard, Bergman, Comroe, et Jonson.Résultats. Les résistances calculées (moyenne ± écarts-type) (cm H₂O/L/s) ont été 11,7 ± 4,8 (méthode de Suter), 13,3 ± 5,0 (méthode de Krieger), 14,9 ± 5,3 (méthode de Neergard), 25,0 ± 6,6 (méthode de Bergman), 24,7 ± 6,4 (méthode de Comroe), et 26,9 ± 4,8 (méthode de Jonson). L’analyse de la variance a révélé une différence significative entre toutes ces méthodes (p < 0,001). L’analyse de Scheffe n’a retrouvé aucune différence significative entre les résultats issus des méthodes de Bergman, Comroe, et Jonson; ceux-ci sont significativement plus élevés qu’avec les 3 autres méthodes (p < 0.05).Conclusions. Les méthodes évaluant la résistance expiratoire (Comroe, Bergman, et Jonson) conduisent à des valeurs plus élevées que les méthodes évaluant la résistance inspiratoire (Suter et Neergard) ou une combinaison de la résistance expiratoire et inspiratoire (Krieger). En raison de ces différences, les investigateurs devraient clairement décrire les calculs utilisés lorsque sont présentés des valeurs de résistance des voies aériennes.

Kurzfassung

Ziel. Eine Reihe von Methoden werden zur Berechnung von Merkmalen der Lungenmechanik verwendet. Wir führten diese Untersuchung mit dem Ziel durch, 6 Methoden zur Berechnung des Atemwegewiderstands zu vergleichen.Methoden. Die Daten von 20 erwachsenen, künstlich beatmeten Patienten wurden aufgezeichnet. Alle waren relaxiert und atmeten synchron zum Beatmungsgerät, und eine endinspiratorische Pause, ausreichend zur Ausbildung eines Druckplateaus (0,51, 5 sec), wurde angewendet. Druck und Flowrate wurden am proximalen Luftweg mit einem kalibrierten Lungenmechanik-Monitor (VenTrak, Med Science, St Louis, Mo) gemessen. Gleichzeitig wurden Flowrate, Druck und Volumen ausgedruckt. Der Atemwegewiderstand wurde nach 6 Methoden berechnet: nach Suter, Krieger, Neergard, Bergman, Comroe und Jonson.Ergebnisse. Die berechneten mittleren Widerstánde (± SD) (cm H₂2O/1/sec) betrugen 11,7 ± 4,8 (Suter-Methode ), 13,3 ± 5,0 (Krieger-Methode), 14,9 ± 5,3 (Neergard-Methode), 25,0 ± 6,6 (Bergman-Methode), 24,7 ± 6,4 (Comroe-Methode), und 26,9 ± 4,8 (Jonson-Methode). In der Varianzanalyse der wiederholten Messungen waren diese Unterschiede signifikant (p < 0,001). Mit Hilfe der Scheffe-Analyse wurden zwischen den Berechnungen nach den Methoden von Bergman, Comroe und Jonson keine Unterschiede festgestellt; diese waren signifikant größer als die drei anderen Methoden (p < 0,05).Schlußfolgerung. Methoden zur Beurteilung des exspiratorischen Widerstandes (Comroe, Bergman und Jonson) ergeben höhere Werte als Methoden zur Beurteilung des inspiratorischen Widerstandes (Suter und Neergard) oder der Kombination von inspiratorischem und exspiratorischem Widerstand (Krieger). Auf Grund dieser Unterschiede sollten Forscher bei der Veröffentlichung von Werten des Atemwegewiderstands ihre Berechnungen eindeutig beschreiben.

Resumen

Objetivo. Existe una variedad de métodos para calcular índices de mecánica pulmonar. Este estudio comparó 6 diferentes métodos para calcular resistencia de vía aérea.Métodos. Se colectó información de 20 pacientes adultos ventilados mecánicamente. Todos estaban relajados y ventilando en forma sincrónica con el respirador. Se usó pausa de fin de inspiración suficiente para producir presión de plateau durante 0.5 a 1.5 segundos. Se midió presión y flujo en la vía aérea proximal usando un analizador calibrado de mecánica pulmonar (VenTrak, MedScience, St Louis, MO). Flujo, presión y volumen fueron impresos en forma simultánea. La resistencia de la vía aérea se calculó usando seis métodos: Suter, Krieger, Neergard, Bergman, Comroe, yjonson.Resultados. Las resistencias promedio calculadas (± DS) (cm H2O/L/ seg) fueron 11.7 ± 4.8 (Método de Suter), 13.3 ± 5.0 (Método de Krieger), 14.9 ± 5.3 (Método de Neergard), 25.0 ± 6.6 (Método de Bergman), 24.7 ±6.4 (Método de Comroe), y 26.9 ±4.8 (Método de Jonson). Estas diferencias fueron significativas usando análisis de varianza para muestras repetidas (p < 0.001). No se detectó diferencias al usar análisis de Scheffé entre los cálculos usando las técnicas de Bergman, Comroe y Jonson; estas tres fueron significativamente mayores que los otros tres métodos (p < 0.05).Conclusiones. Los métodos de evaluación de la resistencia expiratoria de Comroe, Bergman y Jonson producen valores más altos que los métodos que evalúan la resistencia inspiratoria de Suter y Neergard o la combinación inspiratoria-expiratoria de Krieger. Debido a la existencia de estas diferencias, los investigadores deberían especificar claramente el método usado al reportar valores de resistencia de vía aérea.