P0.1, drive respiratorio e sforzo inspiratorio.

27 giu 2021


Molti ventilatori meccanici ci mostrano, tra i valori misurati, una variabile indicata con il termine P0.1 (si legge P-zero-uno)*: cosa è la P0.1? che significato fisiologico ha? Che utilizzo clinico ne possiamo fare?Oggi cercheremo di arrivare ad una risposta chiara a queste domande tutt’altro che semplici.

Drive respiratorio e sforzo inspiratorio.

Il drive respiratorio, parziale traduzione dell’inglese "respiratory drive" (la traduzione italiana completa potrebbe essere “guida respiratoria”), è l'intensità dell’attività dei centri respiratori situati nel tronco dell'encefalo, in altre parole l’intensità dello stimolo a respirare che nasce nel sistema nervoso centrale (1). 

Il drive respiratorio è aumentato dall'incremento della PaCO2, in presenza di grave ipossia (PaO2 almeno inferiore a 50-60 mmHg), dall'infiammazione e/o la congestione del parenchima polmonare, o da stimoli di origine cerebrale (dolore, delirium, paura, agitazione). Al contrario il drive respiratorio può essere diminuito da ipocapnia, farmaci, lesioni cerebrali.

Data l'impossibilità di misurare direttamente il livello di attività dei neuroni dei centri respiratori, si quantifica il drive respiratorio analizzando segnali fisiologici che dipendono direttamente da esso.

Un incremento del drive respiratorio si traduce in una più intensa contrazione dei muscoli inspiratori e quindi una maggiore depressione pleurica. Per questo motivo la riduzione inspiratoria della pressione esofagea è anche una misura del drive respiratorio. Questo è vero in assenza di alterazioni neuro-muscolari o di lesioni della gabbia toracica che possano smorzare l'effetto del drive respiratorio sulla pressione pleurica. 

L'utilizzo dello sforzo inspiratorio per misurare il drive respiratorio richiede il monitoraggio della pressione esofagea. Ma esiste qualche modo per avere informazioni sullo sforzo inspiratorio (e quindi sul drive respiratorio) avendo a disposizione solamente la pressione delle vie aeree

La P0.1

La P0.1 nasce nel 1975 proprio per stimare il drive respiratorio dalla pressione delle vie aeree (2). Tra i “genitori” della P0.1 c’è uno dei più importanti fisiologi respiratori del '900, Joseph Milic-Emili, che sul finire del secolo scorso era diventato una vera e propria star nel mondo della terapia intensiva respiratoria (3).

Durante l’inspirazione spontanea, la pressione delle vie aeree ha variazione inspiratoria nettamente inferiore rispetto alla contemporanea riduzione della pressione esofagea, come puoi vedere nella figura 1 (la variazione inspiratoria è identificata dalla distanza tra le linee rosse tratteggiate).

Figura 1


Questo accade se
l’aria entra nei polmoni durante l’atto inspiratorio. Ma se si esegue una inspirazione con le vie aeree occluse (con una occlusione di fine espirazione nei pazienti ventilati o tappando naso e bocca nei soggetti non ventilati), la variazione di pressione nelle vie aeree diventa uguale alla contemporanea diminuzione di pressione pleurica.

Nella figura 2 puoi vedere una prima inspirazione con le vie aeree aperte ed una seconda con le vie aeree occluse. La variazione della pressione delle vie aeree è indicata dalle linee trattegiate rosse.

 

Figura 2

La riduzione della pressione delle vie aeree quando sono occluse diventa uguale alla concomitante riduzione di pressione pleurica e pertanto consente di usare il calo della pressione nelle vie aeree occluse come misura dello sforzo inspiratorio e quindi del drive respiratorio

Quando si esegue una occlusione delle vie aeree, lo sforzo inspiratorio rimane uguale a quello dei respiri non occlusi fintantochè il paziente non percepisce l'occlusione, e solo a quel punto lo sforzo inspiratorio inizia ad aumentare.

Si può quindi usare la riduzione della pressione delle vie aeree occluse fino al momento in cui non ci si accorge della occlusione per avere informazioni su drive respiratorio e sforzo inspiratorio dei respiri non occlusi.

Si è visto che la riduzione della pressione delle vie aeree occluse è lineare e costante per i primi 250 millisecondi (cioè 0.25 secondi) dall'inizio dell'inspirazione, mentre dopo questo tempo le variazioni di pressione diventano caotiche (figura 3). Si è pertanto ipotizzato che il drive respiratorio nei primi 0.25 secondi di un respiro occluso sia simile a quello dei respiri non occlusi.

Figura 3


Prudenzialmente si è proposto un tempo di 0.1 secondi come limite sicuro entro il quale non viene percepita l'occlusione delle vie aeree e quindi la riduzione di pressione nelle vie aeree occluse nei primi 0.1 secondi di inspirazione è stata considerata come una stima dello sforzo inspiratorio (e quindi del drive respiratorio) ed è stata denominata P0.1 o airway occlusion pressure.

Per dare conferma a questa ipotesi, è stata rilevata (in volontari sani) la P0.1 a diversi livelli di PaCO2, ottenuti facendo inspirare miscele di gas arricchite di CO2. In tutti i soggetti la P0.1 aumentava all'aumentare della PaCO2, come ci si aspetta che avvenga al drive respiratorio (figura 4).

Figura 4

Sulla base di questi dati la P0.1 è diventata una misura di drive respiratorio.

Approfondimento (facoltativo). ΔPocc: differenze ed analogie con la P0.1

Un piccolo approfondimento per chi è riuscito a seguire fin qui tutto il ragionamento (chi ha avuto difficoltà può saltare subito al capitolo successivo "La P0.1 in pratica."). 

E' stato recentemente proposto che tutta la differenza di pressione delle vie aeree durante una occlusione (non solo quella dei primi 0.1 secondi), definita come ΔPocc, sia una stima della riduzione inspiratoria della pressione pleurica (4): si occludono le vie aeree a fine espirazione e si rileva l'entità della depressione inspiratoria del respiro occluso (Figura 5, freccia nera a due punte).

Si può notare che la riduzione della pressione esofagea durante il respiro occluso è ben maggiore di quella del precedente respiro non occluso (frecce a due punte rosse), mentre ΔPocc è molto simile alla concomitante depressione esofagea (come deve essere). È stato calcolato che esiste una relazione approsimativamente costante tra ΔPocc (che ripetiamo essere uguale alla riduzione della pressione esofagea nel respiro occluso) e la variazione inspiratoria della pressione esofagea nei respiri non occlusi: la riduzione della pressione esofagea durante l'inspirazione non occlusa è il 66% (cioè i 2/3) di ΔPocc.

Possiamo a questo punto capire come P0.1 e ΔPocc stimino l'entità della depressione pleurica sfruttando entrambi l'occlusione delle vie aeree. L'unica differenza tra  P0.1 e ΔPocc è il modo di risolvere il problema che il respiro occluso (che sfruttiamo per conoscere le variazioni di pressione pleurica) sia più profondo dei respiri non occlusi di cui vuole stimare sforzo inspiratorio e drive respiratorio.

La P0.1 risolve il problema prendendo solo la parte iniziale dell'inspirio occluso, poichè è solo con il procedere dell'inspirazione occlusa che questa diventa maggiore di quella non occlusa. Nella figura 5 ho disegnato linee tratteggiate azzurre sulla pendenza del tratto iniziale di riduzione della pressione inspiratoria del respiro occluso. Ho riportato linee ad esse parallele anche sui respiri non occlusi, sia sulla pressione delle vie aeree che sulla pressione esofagea: si può ben notare che la pendenza non cambia tra respiro occluso e non occlusi, a ulteriore conferma del fatto che la P0.1 del respiro occluso segue le stesse variazioni di pressione nei primi 0.1 secondi dei respiri non occlusi.

ΔPocc invece trova la soluzione ridimensionando lo sforzo inspiratorio occluso a 2/3 del valore misurato sulle vie aeree occluse, perchè l'occlusione induce un aumento del 50% della variazione della pressione esofagea. questa è l'entità dell'incremento di variazione di pressione esofagea indotto dall'occlusione.


Figura 5


La P0.1 in pratica.

A cosa può servire la P0.1 nella cura delle persone sottoposte a ventilazione meccanica?
La P0.1 dalla sua nascita ad oggi è stata testata principalmente con due finalità: per lo svezzamento dalla ventilazione meccanica e per stimare il carico di lavoro inspiratorio dei muscoli respiratori durante la ventilazione meccanica. 

La P0.1 come predittore di weaning dalla ventilazione meccanica, dopo un iniziale entusiasmo, ha ben presto dimostrato di essere poco utile (5,6). 

Al contrario la P0.1 ha ripetutamente dimostrato di essere correlata al carico di lavoro inspiratorio durante la ventilazione meccanica ed alle sue variazioni legate alle variazioni di assistenza inspiratoria e PEEP (7-11). 

In particolare ha mostrato una buona capacità di identificare i pazienti che mantengono i muscoli respiratori eccessivamente a riposo durante la ventilazione assistita (quando la P0.1 è inferiore a 1 cmH2O) oppure quando hanno un eccessivo carico di lavoro (se la P0.1 è superiore a 3-5 cmH2O) (7).

Limiti della P0.1

La P0.1 può essere utile da integrare con le altre valutazioni che facciamo per impostare l’assistenza inspiratoria, ma non può essere seguita acriticamente perchè ha limiti importanti.

Innazitutto la P0.1 misurata automaticamente dai ventilatori meccanici è molto approssimativa rispetto al valore effettivo (di circa ± 2 cmH2O) (7,12). Questa approssimazione è tutt'altro che trascurabile visto che la diagnosi di attività inappropriata dei muscoli respiratori si gioca su differenze di pochissimi cmH2O.

Inoltre nei soggeti con debolezza dei muscoli respiratori potremmo rilevare una P0.1 bassa (≤ 1 cmH2O) anche in presenza di un insufficiente supporto inspiratorio. Faremmo la scelta sbagliata se in questa condizione riducessimo il supporto inspiratorio perchè la P0.1 è bassa.

Infine consideriamo che la soglia che identifica uno sforzo inspiratorio eccessivo (tra i 3 ed i 5 cmH2O) è molto ampia rispetto alla accuratezza della misurazione e non consente di identificare con certezza questa condizione


Conclusioni.

Alla fine del post possiamo riassumere i messaggi principali:

- lo sforzo inspiratorio è espressione del drive respiratorio e pertanto può essere utilizzato come sua stima;

- la P0.1, misurata sulla pressione delle vie aeree, stima l'entità della parte iniziale della riduzione inspiratoria della pressione esofagea, che è proporzionale alla pressione sviluppata dai muscoli respiratori. Per questo motivo la P0.1 è un indicatore di sforzo inspiratorio e drive respiratorio;

- valori di P0.1 inferiori o uguali a 1 cmH2O possono suggerire che l'attività dei muscoli respiratori sia molto ridotta e che quindi possa essere presa in considerazione una riduzione del supporto inspiratorio. Questo dato non deve essere preso in considerazione se si ritiene che il paziente abbia debolezza o fatica dei muscoli respiratori;

- una P0.1 superiore a circa 3-4 cmH2O potrebbe essere segno di eccessivo lavoro dei muscoli respiratori, inducendo a valutare la possibilità di aumentare il supporto inspiratorio o ridurre farmacologicamente il drive respiratorio;

- la P0.1 è un dato non particolarmente accurato, e come tale necessita sempre di essere integrata con gli altri dati disponibili per valutare l'appropriatezza del carico di lavoro dei muscoli respiratori (frequenza respiratoria, volume corrente, dispnea, utilizzo dei muscoli accessori della respirazione, forma del flusso inspiratorio, ...).

E per finire, come sempre, un sorriso a tutti gli amici di ventilab.


Nota:

* Penso possa essere utile precisare, a vantaggio dei meno esperti, come si legge P0.1. Questa abitudine mi è rimasta da quando negli anni 90, ad un importante congresso, la moderatrice di una sessione sulla ventilazione meccanica presentò una relazione sulla P0.1 leggendola P-O (come la lettera dell’alfabeto)-uno, quasi fosse una cosa simile alla PO2...


Bibliografia

1) Jonkman AH, de Vries HJ, Heunks LMA: Physiology of the respiratory drive in ICU patients: implications for diagnosis and treatment. Crit Care 2020; 24:104

2) Whitelaw WA, Derenne J-P, Milic-Emili J: Occlusion pressure as a measure of respiratory center output cm conscious man. Respir Physiol 1975; 23:181–199

3) Milic-Emili J: A Respiratory Physiologist by Hook or by Crook. Am J Respir Crit Care Med 2003; 167:1167–1168

4) Bertoni M, Telias I, Urner M, et al.: A novel non-invasive method to detect excessively high respiratory effort and dynamic transpulmonary driving pressure during mechanical ventilation. Crit Care 2019; 23:346

5) Sassoon CSH, Mahutte CK: Airway occlusion pressure and breathing pattern as predictors of weaning outcome. Am Rev Respir Dis 1993; 148:860–866

6) Fernandez R, Raurich JM, Mut T, et al.: Extubation failure: diagnostic value of occlusion pressure (P0.1) and P0.1-derived parameters. Intensive Care Med 2004; 30:234–240

7) Telias I, Junhasavasdikul D, Rittayamai N, et al.: Airway occlusion pressure as an estimate of respiratory drive and inspiratory effort during assisted ventilation. Am J Respir Crit Care Med 2020; 201:1086–1098

8) Alberti A, Gallo F, Fongaro A, et al.: P0.1 is a useful parameter in setting the level of pressure support ventilation. Intensive Care Med 1995; 21:547–553

9) Rittayamai N, Beloncle F, Goligher EC, et al.: Effect of inspiratory synchronization during pressure-controlled ventilation on lung distension and inspiratory effort. Ann Intensive Care 2017; 7:100

10) Perrigault P-FO, Pouzeratte YH, Jaber S, et al.: Changes in occlusion pressure (P0.1) and breathing pattern during pressure support ventilation. Thorax 1999; 54:119–123

11) Mancebo J, Albaladejo P, Touchard D, et al.: Airway occlusion pressure to titrate Positive End-expiratory Pressure in patients with dynamic hyperinflation. Anesthesiology 2000; 93:81–90

12) Beloncle F, Piquilloud L, Olivier P-Y, et al.: Accuracy of P0.1 measurements performed by ICU ventilators: a bench study. Ann Intensive Care 2019; 9:104

4 commenti:

  1. "ΔPocc invece trova la soluzione ridimensionando lo sforzo inspiratorio occluso a 2/3 del valore misurato sulle vie aeree occluse, perchè questa è l'entità dell'incremento di variazione di pressione esofagea indotto dall'occlusione."

    Potrebbe essersi perso un NON?

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    1. Grazie per il commento, che mi consente di precisare un passaggio poco chiaro.
      Iniziamo con un esempio: ipotizziamo che ΔPocc sia 12 cmH2O. Poichè, per dogma, la variazione di pressione nelle vie aeree è uguale a quella pleurica se le vie aeree sono occluse, dPes sarà anch'essa 12 cmH2O sull'atto occluso su cui abbiamo misurato ΔPocc. Ma l'occlusione delle vie aeree determina un aumento del dPes rispetto ai respiri non occlusi ed è stato calcolato che i respiri non occlusi abbiano un dPes pari a 2/3 del dPes (=ΔPocc) sul respiro occluso. Nel nostro esempio quindi il dPes dei respiri non occlusi sarà 8 cmH2O (i 2/3 di ΔPocc). Questo equivale a dire che l'occlusione aumenta del 50% il dPes rispetto ai respiri non occlusi (nel nostro esempio gli 8 cmH2O di dPes non occlusa diventano 12 cmH2O del respiro occluso).
      Per questo motivo modificherò, grazie al tuo commento, il testo del post in questo modo: "ΔPocc invece trova la soluzione ridimensionando lo sforzo inspiratorio occluso a 2/3 del valore misurato sulle vie aeree occluse, perchè L'OCCLUSIONE INDUCE UN AUMENTO DEL 50% DELLA VARIAZIONE DELLA PRESSIONE ESOFAGEA."

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  2. Ciao Beppe.
    Mi fa piacere inserirmi con una domanda, perchè sento particolarmente "familiare" questo post.
    Volevo chiederti se sulla misurazione della P0.1 può influire la presenza di un trigger a flusso (quindi con flow-by), piuttosto che a pressione, e se la misurazione del ΔPocc può essere condizionata dalla presenza di iperinflazione dinamica e autopeep.
    Grazie sempre.

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    1. Ciao Baldo!
      - La P0.1 è una pressione di occlusione, e come tale va misurata in assenza di flusso. Quando si misura la P0.1 si deve fare una breve occlusione delle vie aeree ed in quel periodo qualsiasi trigger viene disattivato. Alcuni ventilatori hanno un algoritmo per calcolarla anche in assenza di occlusioni: ovviamente devono includere nel calcolo anche una compensazione per l'eventuale riduzione del calo di pressione delle vie aeree legato alla presenza di flusso. Queste misurazioni automatiche hanno un margine di precisione di 1-2 cmH2O. Può sembrare poco, ma in realtà è molto in relazione al valore che normalmente ha la P0.1.
      - dal punto di vista teorico ΔPocc dovrebbe sommare al proprio valore quello della autoPEEP
      Buone vacanze!

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