In quest’ultimo periodo ho visto diversi pazienti con
insufficienza respiratoria ipossiemica acuta dovuta a polmonite. Quando
l’ossigenoterapia non è più sufficiente, restano due strade: la
ventilazione non-invasiva o l’intubazione tracheale. Se la
ventilazione non-invasiva è mantenuta a lungo prima di arrendersi al
suo fallimento, purtroppo frequente in questa condizione, essa
rischia di trasformarsi da opportunità a boomerang: tanto maggiore il
tempo perso in ventilazione non-invasiva, tanto
minore è la probabilità di sopravvivenza.
Seppur consapevoli di questo, comunque un tentativo di ventilazione
non-invasiva può essere ragionevole prima di decidere di passare
all’intubazione tracheale: a noi il compito, spesso difficile e complesso,
di capire rapidamente chi potrà guarire solo con la
ventilazione non-invasiva e chi invece dovrà passare all’intubazione tracheale.
Una breve fase con
diversi livelli di pressione di supporto (PS trial) può fornire
elementi per aiutarci a prendere una decisione rapida. Per capire come fare ed interpretare un PS trial, ci avvarremo di due ipotetici pazienti, i nostri soliti Mario
e Pippo.
Il PS trial
Mario e Pippo hanno entrambi una polmonite con dispnea e
PaO2/FIO2 < 150 mmHg nonostante
ossigenoterapia con High-Flow Nasal Cannula. Iniziamo ad entrambi la
ventilazione non-invasiva con maschera facciale. Quello che qui
definiamo PS trial è semplicemente la valutazione del
pattern respiratorio (volume corrente e
frequenza respiratoria) col progressivo incremento di PS.
Ogni livello di PS deve essere mantenuto fino alla stabilizzazione del
pattern respiratorio, che di solito richiede pochi minuti. L'entità degli
aumenti di PS può variare in relazione al contesto clinico, in questo
esempio sono applicati incrementi di 4 cmH2O alla volta.
Nel post commenteremo il risultato del PS trial di Mario e Pippo
per decidere se e come proseguire la ventilazione non-invasiva,
ma esso può essere anche utilizzato per decidere il livello di assistenza
inspiratoria nei pazienti già intubati.
Iniziamo il PS trial di Mario e Pippo impostando PEEP 8 cmH2O e PS 0
cmH2O (cioè una CPAP 8 cmH2O); successivamente
aumentiamo il PS a 4, 8 e 12 cmH2O.
Durante il PS trial la
frequenza respiratoria si modifica in maniera simile in Mario e
Pippo: in entrambi è 35-36/min con PS 0 cmH2O e si riduce a 30-32/min
con PS 12 cmH2O.
Riassumiamo nella tabella 1 la variazione di volume corrente durante il PS
trial.
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| Tabella 1 |
Nella prima parte della tabella vediamo il volume corrente in ml, nella seconda il
volume corrente in ml/kg di peso corporeo predetto o ideale (Predicted
Body Weight, PBW, o Ideal Body Weight, IBW), calcolato da sesso ed altezza
(177 cm per Mario, 172 cm per Pippo, clicca qui per calcolare facilmente online il PBW).
La prima cosa che balza all’occhio è che
Mario aumenta notevolmente (più del 50%) il volume corrente con l’aumento
del PS
da 0 a 12 cmH2O, mentre la
variazione di volume corrente di Pippo è trascurabile. Quando
espresso in ml/kg PBW, il volume corrente di Mario rimane sotto i 10 ml/kg fino a PS 4 cmH2O, mentre per Pippo è inferiore a questo valore a tutti i livelli di PS.
Come pensi che questo breve PS trial possa aiutarti a decidere se
proseguire o meno la NIV e con che livello di PS in Mario e Pippo?
Basi fisiopatologiche per interpretare il PS trial
Equazione di moto e PS trial
Il PS trial valuta l’effetto sul volume corrente di diversi livelli di
supporto inspiratorio. Si può interpretare correttamente il
PS trial analizzandone i risultati alla luce dell’equazione di moto dell’apparato respiratorio, che, come i lettori di ventilab ormai ben sanno, è una base
ineludibile per capire la ventilazione meccanica.
Riassumiamo rapidamente l’equazione di moto ed il suo
significato. A pressione atmosferica, l’apparato respiratorio
rimane fermo al volume che raggiunge al termine di una
espirazione passiva completa, definito come
Capacità Funzionale Residua.
L'inspirazione è possibile se si applica una
pressione superiore a quella atmosferica ($P_{appl}$), in parte
utilizzata per aumentare il volume polmonare (pressione elastica, $P_{el}$) ed in parte spesa per far scorrere il
flusso inspiratorio nelle vie aeree (pressione resistiva,
$P_{res}$).
Questo concetto fondamentale può essere riassunto nella equazione 1:
$$ P_{appl} = P_{el} + P_{res}~~~~~~(1)$$
Questa forma semplificata dell'equazione di moto, che trascura la presenza
di un eventuale carico soglia, è sufficiente per proseguire il nostro ragionamento.
A sua volta, la pressione elastica è direttamente
proporzionale al volume da introdurre ($V$) ed
inversamente proporzionale alla “distensibilità” dell’apparato
respiratorio, misurata come compliance ($C$):
$$ P_{el} = \cfrac{V}{C}~~~~~~(2) $$
mentre la pressione resistiva è direttamente
proporzionale all’entità del flusso che scorre nelle vie aeree
($\dot{V}$) ed alla resistenza delle vie aeree ($ R $):
$$ P_{res} = \dot{V} \cdot {R}~~~~~~(3) $$
L’equazione 1 può quindi essere scritta come:
$$ P_{appl} = \cfrac{V}{C} + \dot{V} \cdot {R}~~~~~~(4)$$
$P_{appl}$ è la somma della
pressione generata dai muscoli respiratori ($P_{mus}$) e della
pressione inspiratoria del
ventilatore ($P_{vent}$):
$$ P_{mus} + P_{vent} = \cfrac{V}{C} + \dot{V}
\cdot {R}~~~~~~(5)$$
Nei soggetti in respiro spontaneo avremo solo $ P_{mus} $, nei
pazienti in ventilazione controllata solo $ P_{vent} $, saranno
entrambe presenti durante ventilazione assistita.
Dalla equazione 5 si possono ricavare le
variabili che determinano il volume corrente, portando nel membro di
sinistra il volume e lasciando tutto il resto a destra :
$$ V = (P_{mus} + P_{vent} - \dot{V} \cdot {R}) \cdot
C~~~~~~(6) $$
A prima vista questa equazione potrebbe sembrarti astratta, ma in
realtà diventa viva e facilmente comprensibile se impari a leggerla e ti
aiuterà a capire bene il PS trial di Mario e Pippo.
Esplicitata concettualmente, l’equazione 6 ci dice che il
volume corrente aumenta se aumenta la somma tra la
pressione generata dai muscoli respiratori e quella applicata dal
ventilatore, se aumenta la compliance oppure se si riducono flusso e/o resistenza.
Alla luce dell’equazione di moto risolta per il volume (equazione 6),
possiamo capire il diverso comportamento di Mario e Pippo all’aumento della
pressione di supporto.
Se il
volume corrente aumenta all'aumentare della pressione di supporto,
come in Mario, vuol dire che ciascun livello di PS (cioè di
$P_{vent}$) si somma ad una $P_{mus}$ che rimane sostanzialmente
costante, cioè la somma $P_{mus} + P_{vent}$ aumenta all’aumentare della PS.
Al contrario se il volume corrente rimane sostanzialmente
costante, come in Pippo, dobbiamo pensare che all’aumento del PS
si riduca parallelamente la
pressione generata dai muscoli respiratori. In termini formali
possiamo dire che all’aumento di $P_{vent}$, la
somma $P_{mus} + P_{vent}$ rimane costante,
cioè $P_{mus}$ si riduce della stessa quantità
dell’incremento di $P_{vent}$.
L’applicazione del supporto inspiratorio non modifica in
maniera rilevante l’attività dei muscoli respiratori di Mario:
il ventilatore si aggiunge ai muscoli respiratori. Al
contrario, con l’aiuto del ventilatore i
muscoli respiratori di Pippo sono indotti a lavorare di meno,
il ventilatore si sostituisce ai muscoli respiratori.
Drive respiratorio e PS trial
Il drive respiratorio è l’intensità dell’output (efferenze)
del centro del respiro, che raggiunge i muscoli respiratori attraverso
le vie nervose. Il centro del respiro è composto da una rete neuronale
situata nel tronco dell'encefalo, tra ponte e midollo allungato.
L’intensità della contrazione dei muscoli respiratori è proporzionale al
drive respiratorio: ogni sforzo inspiratorio intenso, ogni condizione
che definiamo “distress respiratorio” hanno alla base un drive respiratorio intenso. L’indicatore
di drive respiratorio più utilizzato in clinica è la
P0.1, a cui ho dedicato il
post del 27/06/2021.
Un elevato drive respiratorio, e l’intensa contrazione muscolare che
ne consegue, è segno di malessere del centro respiro che
riceve informazioni “negative” dalle sue afferenze, mentre un
basso drive respiratorio è segno di benessere del
centro del respiro.
Il drive respiratorio è aumentato da una serie di stimoli afferenti al
centro del respiro (ipercapnia, acidosi, ipossiemia, dolore, ansia,
stati infiammatori sistemici, stimolazione di fibre nervose e recettori
presenti nel parenchima polmonare) o dalla riduzione della inibizione che su
di esso esercitano alcune aree corticali cerebrali (1).
La pressione sviluppata dai muscoli respiratori durante
l’inspirazione non dipende unicamente dal drive respiratorio, ma
anche dalla forza che riescono a generare i muscoli respiratori. Per
questo motivo l'aumento del drive respiratorio può
non essere accompagnato da un aumento del
volume corrente se i muscoli respiratori sono
deboli. In questo caso il volume corrente può essere addirittura
inferiore al normale pur in presenza di un drive respiratorio molto
aumentato.
In altri casi, una meccanica respiratoria sfavorevole (bassa
compliance, alte resistenze, un elevato carico soglia)
può impedire ai muscoli respiratori di aumentare di volume corrente al di sopra dei valori
fisiologici, pur in presenza di un drive respiratorio molto elevato, perchè per raggiungere questo risultato serviverebbe lo sviluppo di una $P_{mus}$ insostenibile anche per muscoli con normale forza.
Interpretazione del PS trial di Mario e Pippo
In assenza di supporto inspiratorio (PS 0 cmH2O) Mario e Pippo hanno entrambi volume corrente 600 ml e una
frequenza 36/min, che producono una
ventilazione al minuto di 21.6 l/min: hanno per questo lo
stesso drive respiratorio? In entrambi il drive respiratorio è
soddisfatto da 21.6 l/min di ventilazione? Oppure la ventilazione si ferma a
21.6 l/min per il limite che incontra nei muscoli respiratori, che non
riescono a produrne una più elevata?
Il PS trial ci suggerisce la risposta a queste domande.
Pippo
all’aumento del supporto inspiratorio mantiene
costante il volume corrente. Riguardiamo la equazione 6: se riteniamo
che l’aumento di PS (cioè di $P_{vent}$) abbia poco impatto su flusso,
resistenza e compliance, la stabilità del volume corrente è
spiegabile da una riduzione di $P_{mus}$ uguale all'aumento di
$P_{vent}$. Questo comportamento è il segno che la ventilazione di Pippo
senza supporto inspiratorio soddisfa già il livello di
attivazione del centro del respiro. Il centro del respiro di Pippo è
già "sazio" anche senza supporto inspiratorio, e
qualsiasi aiuto del ventilatore (=$P_{vent}$) viene utilizzato per
ridurre lo sforzo inspiratorio ($P_{mus}$) e non per avere più
ventilazione.
Al contrario, Mario all’aumento del supporto respiratorio
aumenta il volume corrente. Ciò è interpretabile con il fatto
che $P_{mus}$ non si riduce
parallelamente all’aumento di $P_{vent}$. Possiamo pensare che la
ventilazione di Mario senza supporto inspiratorio sia la
massima che egli riesce a sostenere ma che
non sia quella necessaria per soddisfare l’intensa attivazione
del centro del respiro. Il drive respiratorio di Pippo è
"insaziabile", per questo il volume corrente aumenta ad ogni incremento del
PS: più $P_{appl}$ si può avere, più si aumenta la
ventilazione, avvicinandola sempre più a quella realmente
richiesta dal centro del respiro.
A dispetto di un pattern respiratorio simile senza supporto ventilatorio, il
PS trial ci fa vedere che il drive respiratorio è maggiore in Mario rispetto
a Pippo.
Il PS trial per decidere il supporto respiratorio
Quando proseguire la ventilazione non-invasiva e quando intubare subito
La risposta di Mario (escalation del volume corrente all’aumento del PS) è
preoccupante. Ha già una grave insufficienza respiratoria
ipossiemica (PaO2/FIO2 < 150) che
mette seri dubbi sulla possibilità di successo della ventilazione
non-invasiva. A questo si associa un drive respiratorio “insaziabile”, cioè
il mantenimento di $P_{mus}$ nonostante l’aggiunta di $P_{vent}$, un
elemento prognosticamente negativo (2). Poiché il successo della
ventilazione non-invasiva è legata anche alla riduzione del drive respiratorio, possiamo
concordare che Mario potrebbe meritare l’intubazione già al termine del PS
trial. Pippo, nonostante una uguale disfunzione polmonare, sta dimostrando
un risultato positivo immediato, la riduzione del drive respiratorio e dello sforzo
inspiratorio: per lui possiamo dare fiducia ancora per un po' di tempo alla
ventilazione non-invasiva, rivalutandone periodicamente l'efficacia.
Come regolare il livello di PS
Spesso si legge che il PS debba essere incrementato fino al raggiungimento
di un volume corrente di 6-8 ml/kg PBW (3). Ritengo che questo approccio non
sia appropriato. Sono d'accordo che il PS debba essere aumentato se non si
ottiene un volume di almeno 6 ml/kg PBW. Ma dovrebbe essere aumentato anche
se, una volta raggiunto questo volume, ulteriori incrementi di PS non
modificano in maniera rilevante la dimensione del volume corrente. L'aumento
del PS diventa a questo punto efficace nel ridurre $P_{mus}$ senza generare
un aumento della pressione transpolmonare e quindi della sovradistensione
polmonare.
Considerazioni finali
Alla luce di quanto abbiamo detto, dopo il PS trial si dovrebbe procedere
all'intubazione di Mario ed invece continuare la ventilazione non-invasiva a
Pippo con PS 12 cmH2O.
Abbiamo visto in Mario e Pippo due tra le possibili risposte al PEEP trial.
Possono esserci anche altri pattern di variazione del volume corrente durante un PEEP trial, ma conoscere le basi fisiopatologiche del PS trial ci consente di interpretarne il risultato di volta in volta in ciascun paziente in
ventilazione assistita.
Concludo come al solito riassumendo i punti salienti del post:
- il PS trial valuta il trend del volume corrente ottenuto inizialmente in CPAP (cioè senza supporto inspiratorio) e successivamente a
livelli crescenti di PS;
- il PS trial può aiutare a:
- capire se intubare un paziente in ventilazione non-invasiva:
- volume corrente sempre ≥ 6-8 ml/kg PBW che continua ad aumentare ad ogni incremento di PS: è segno che la ventilazione non-invasiva non riduce la pressione generata dai muscoli respiratori. Da prendere in forte considerazione il passaggio all'intubazione tracheale;
- volume corrente approssimativamente stabile all'aumento del PS: la ventilazione non-invasiva probabilmente sta riducendo la pressione generata dai muscoli respiratori. E' una risposta da vedere
positivamente nei pazienti con ventilazione non-invasiva, se il volume
corrente non è chiaramente superiore a 10 ml/kg PBW. Con questo risultato nel PS trial è ragionevole proseguire con la ventilazione non-invasiva.
- scegliere il livello di supporto inspiratorio (sia in
ventilazione invasiva che non-invasiva):
- volume corrente < 6 ml/kg PBW:
il supporto inspiratorio dovrebbe essere aumentato finché non si raggiunge
questo valore;
- volume corrente 6-10 ml/kg PBW: il supporto inspiratorio dovrebbe essere aumentato finché non aumenta
significativamente il volume corrente ad ogni successivo incremento di PS.
Da valutare con attenzione ogni livello di PS > 20 cmH2O
perchè potrebbe generare sovradistensione polmonare. In questi casi è utile
la valutazione della driving pressure (con la misurazione della pressione di
plateau durante un'occlusione di fine inspirazione) ed eventualmente della
pressione transpolmonare.
Auguro un buon 2024 e, come sempre, un sorriso a tutti gli amici di ventilab.
Bibliografia
1. Vaporidi K, Akoumianaki E, Telias I, et al.: Respiratory drive in
critically ill patients. pathophysiology and clinical implications. Am J
Respir Crit Care Med 2020; 201:20–32
2. Tonelli R, Fantini R, Tabbì L, et al.: Early inspiratory effort assessment
by esophageal manometry predicts noninvasive ventilation outcome in de novo
respiratory failure. a pilot study. Am J Respir Crit Care Med 2020;
202:558–567
3. Carteaux G, Millán-Guilarte T, De Prost N, et al.: Failure of
noninvasive ventilation for de novo acute hypoxemic respiratory failure: role
of tidal volume. Crit Care Med 2016; 44:282–290
