Airway Pressure Release Ventilation (APRV). Parte prima: la modalità di ventilazione.

31 gen 2023
La Airway Pressure Release Ventilation (APRV) in alcuni casi consente di ottenere risultati impossibili per tutte le altre modalità di ventilazione assistita nei pazienti con ARDS

Vale la pena ricordare che due meta-analisi hanno mostrato che la APRV riduce la mortalità nei pazienti con insufficienza respiratoria ipossiemica rispetto alle modalità di ventilazioni convenzionali (1, 2). Non ritengo che le meta-analisi siano la risposta definitiva ai nostri dubbi, ma mi sembra che questa premessa sia un motivo sufficientemente valido per conoscere la APRV e sfruttarla in quei casi in cui le modalità di ventilazione convenzionali mostrano i propri limiti.

Non è la prima volta che dedico un post alla APRV. Questo è diviso in due parti: nella prima parte cercherò di riproporre in maniera originale i concetti principali che caratterizzano la APRV, nella seconda parte metterò a confronto il modo di applicare la APRV di quattro differenti ventilatori meccanici. Scopriremo che spesso i ventilatori meccanici non fanno la APRV come vorremmo e che bisogna imparare a leggere bene il proprio ventilatore per non rischiare di fare una APRV omicida.

Il paziente candidato alla APRV.

La APRV può essere utile quando si ha tachipnea (frequenza respiratoria superiore a 35-40/min), elevato volume corrente (600-800 ml, cioè > 10 ml/kg di peso ideale) ed elevata driving pressure (alla pausa di fine inspirazione più di 15-20 cmH2O sopra PEEP) dopo la sospensione della paralisi e la riduzione della sedazione nei pazienti con ARDS.

La APRV.

La APRV è una ventilazione in cui il livello più elevato di pressione (Palta) è mantenuto per un tempo superiore rispetto al livello inferiore di pressione (Pbassa) (figura 1).
Figura 1

Nell'esempio in figura 1 il tempo di applicazione di Palta (TPalta) (parentesi rossa)  è 3.5”, mentre il tempo in cui il ventilatore mantiene Pbassa (TPbassa, parentesi grigia) è 0.5”. Si nota che il passaggio da Palta a Pbassa (linea punteggiata verticale grigia) genera un flusso espiratorio, mentre al contrario il passaggio da Pbassa a Palta  (linea punteggiata verticale rossa) produce un flusso inspiratorio.

Le due pressioni che si alternano nella APRV altro non sono che due livelli di CPAP, uno a Palta  e l'altro a Pbassa: il paziente può respirare spontaneamente su entrambi i livelli di CPAP (figura 2).
Figura 2

Durante i periodi di Palta  (tra la linea tratteggiata rossa e la successiva linea tratteggiata grigia) le inspirazioni spontanee, cioè non associate ad aumento della pressione delle vie aeree (aree evidenziate in azzurro), si alternano alle espirazioni spontanee.

Il TPbassa invece è così breve (0.5”) che non in realtà non consente una libera attività respiratoria spontanea e solitamente è caratterizzato dal flusso espiratorio secondario alla riduzione di pressione.

Dal momento che Pbassa ha una durata talmente breve da non consentire di fatto il respiro spontaneo su questo livello, la APRV è di fatto una CPAP alla sola Palta.

Le brevi fasi di riduzione della pressione a Pbassa sono “rilasci” di pressione che aggiungono una ventilazione controllata al respiro spontaneo. Per questo si chiama “release ventilation”: il rilascio di pressione determina una espirazione seguita immediatamente da una inspirazione per effetto del ripristino di Palta: una specie di ventilazione al contrario, dove prima si espira e poi si inspira.

APRV: i vantaggi della ventilazione asincrona.

La APRV è (o dovrebbe essere, come vedremo nella seconda parte del post) una ventilazione asincrona, in cui non vi è un adattamento del ventilatore all’attività respiratoria del paziente. L'asincronia evita che l’inspirazione del paziente coincida ogni volta con l’insufflazione del ventilatoreL’asincronia della APRV determina la riduzione del volume corrente medio e delle variazioni tidal della pressione transpolmonare (3, 4), un effetto protettivo nella ventilazione dei pazienti con elevato drive respiratorio.

Questa asicronia peraltro non penalizza significativamente l'interazione paziente-ventilatore perchè in fondo la APRV è per circa il 90% del tempo una CPAP a Palta: la CPAP non ha bisogno di sincronizzazione essendo un respiro spontaneo senza supporto inspiratorio.

Perchè mantenere a lungo Palta.

L’applicazione di un'elevata pressione positiva per un lungo periodo è supportata da un duplice razionale:
- nella ARDS una pressione positiva sufficientemente elevata può ridurre il dereclutamento alveolare, favorendo una più omogenea distribuzione della ventilazione nei polmoni con un minor stress dinamico a parità di volume corrente; 
- l’inspirazione su un elevato livello di pressione determina una riduzione delle variazioni tidal di pressione pleurica (e quindi transpolmonare) rispetto all’inspirazione su valori di pressione più bassi (5).

Come impostare Palta.

La scelta di Palta è il compromesso tra diversi obiettivi: mantenere una pressione sufficientemente elevata da garantire un efficace reclutamento alveolare, evitando però eccessive variazioni di volume nelle fasi di rilascio o un risentimento emodinamico
Spesso si suggerisce una Palta inferiore alla pressione di plateau che si accetta durante la ventilazione convenzionale. Personalmente penso che sia ragionevole iniziare con un valore di Palta tra 20 e 25 cmH2O, riservando i valori più alti di questo range ai pazienti con compliance particolarmente bassa. E' opportuno rivalutare il livello di Palta se questo si associa a variazioni di volume eccessive (superiori al volume corrente accettato nella ventilazione protettiva) o insufficienti (se si avvicinano allo spazio morto). Volendomi sbilanciare, suggerirei di mantenere una variazione di volume durante i rilasci mediamente tra 4-6 ml/kg di peso ideale.

Come impostare la durata di Pbassa

Sperimentalmente una espirazione a ZEEP non superiore a 0.5" non ha il tempo di produrre un rilevante collasso alveolare (6). Per questo la durata della Pbassa in APRV, salvo buoni motivi, non dovrebbe essere superiore a 0.5”. Per evitare un rilevante collasso alveolare durante Pbassa alcuni propongono di regolare il TPbassa per interrompere il flusso espiratorio che a circa il 75% del picco.

Come impostare la durata di Palta.

Essendo TPbassa poco variabile (≤ 0.5"), il tempo su cui si può agire molto più liberamente è il TPalta. Più il TPalta è breve, più frequenti sono i rilasci di pressione, maggiore il contributo della ventilazione meccanica e quindi minore la necessità di ventilazione spontanea del paziente. Viceversa l'allungamento del TPalta, riduce il numero di rilasci ed allo stesso tempo prolunga le fasi del possibile respiro spontaneo a Palta. Nei soggetti che iniziano APRV ancora in coda di sedazione/paralisi si potrebbe suggerire un TPalta di circa 3”: in questo modo, con 0.5” di TPbassa, vi sarebbero circa 17 rilasci al minuto. Ma appena inizia a vedersi una sufficiente attività inspiratoria spontanea, TPalta dovrebbe essere aumentato, tenendo conto che a 4.5” i rilasci diventano 12 al minuto.

Conclusione.

Per concludere, riassumiamo i concetti fodamentali:
  • La APRV è una ventilazione per pazienti con ARDS con attività respiratoria spontanea;
  • La APRV è una ventilazione asincrona che riduce le escursioni tidal di pressione transpolmonare;
  • La parte spontanea della respirazione avviene come una CPAP Palta;
  • Il ventilatore genera una ventilazione controllata grazie ai rilasci a Pbassa;
  • Il tempo di Pbassa deve essere molto breve per evitare il collasso alveolare in espirazione;
  • L’allungamento del tempo di Palta aumenta la quota di respiro spontaneo.
Ti aspetto a berevissimo per la seconda parte del post. Come sempre un sorriso algi amici di ventilab.

Bibliografia

  1. Carsetti A, Damiani E, Domizi R, et al.: Airway pressure release ventilation during acute hypoxemic respiratory failure: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Ann Intensive Care 2019; 9:44
  2. Lim J, Litton E: Airway pressure release ventilation in adult patients with acute hypoxemic respiratory failure: a systematic review and meta-analysis. Crit Care Med 2019; 47:1794–1799
  3. 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
  4. Richard JCM, Lyazidi A, Akoumianaki E, et al.: Potentially harmful effects of inspiratory synchronization during pressure preset ventilation. Intensive Care Med 2013; 39:2003–2010
  5. Yoshida T, Grieco DL, Brochard L, et al.: Patient self-inflicted lung injury and positive end-expiratory pressure for safe spontaneous breathing: Curr Opin Crit Care 2020; 26:59–65
  6. Neumann P, Berglund JE, Mondéjar EF, et al.: Dynamics of lung collapse and recruitment during prolonged breathing in porcine lung injury. J Appl Physiol 1998; 85:1533–1543
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Corsi Ventilab 2023

14 dic 2022

Ho il piacere di segnalarti che è stato definito il calendario dei corsi Ventilab per l'anno 2023: puoi trovare tutte le informazioni nella pagina «I prossimi corsi "Ventilab"».

Nel 2023 i corsi Ventilab si terranno in diverse città italiane, come richiesto sempre più spesso da molti colleghi. Ripetendo la positivissima esperienza di alcune di edizioni "fuori sede" del 2022, spesso avremo l'onore ed il piacere di affiancare al nostro gruppo docenti prestigiosi che lavorano nelle aree in cui si terranno i corsi: un'occasione preziosa per ampliare le prospettive, stimolare la discussione e portare un sereno approccio critico alla crescita professionale.

Al momento sono attive le iscrizioni a "Le modalità di ventilazione meccanica", un corso che ritengo propedeutico a tutti gli altri sulla ventilazione meccanica. A breve si apriranno progressivamente le iscrizioni anche a tutti gli altri corsi: se sei interessato, tieni d'occhio la pagina «I prossimi corsi "Ventilab"», che sarà aggiornata in tempo reale.

L'organizzatore dei corsi, Istituto Medicina Didattica – I.ME.D., è a tua disposizione per qualsiasi ulteriore informazione o necessità di supporto tecnico.

Come sempre, un sorriso ai tanti amici di Ventilab.

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Indice di "respiro rapido e superficiale"… oppure indice di "respiro rapido o superficiale"?

29 nov 2022

Il rapporto tra frequenza respiratoria e volume corrente (RR/VT, respiratory rate/tidal volume) è noto come indice di respiro rapido e superficiale (rapid shallow breathing index, RSBI) o indice di Tobin

Nel 1986 Tobin ha dimostrato che il volume corrente si riduce immediatamente e la frequenza respiratoria aumenta immediatamente alla sospensione della ventilazione meccanica nei pazienti che successivamente falliranno il trial di respiro spontaneo (figura 1) (1).

Figura 1
Qualche anno dopo, nel 1991, Yang e Tobin hanno mostrato che il rapporto tra frequenza respiratoria e volume corrente (misurato dopo 1 solo minuto di respiro spontaneo) era un indice accurato nel prevedere il successo o l’insuccesso del trial di respiro spontaneo per l’estubazione. Trovarono che il valore di RR/VT di 105 min-1·L-1 era quello che meglio discriminava coloro che superavano o fallivano un trial di respiro spontaneo: chi aveva un RR/VT ≤ 105 aveva buone probabilità di essere estubato, chi aveva un RR/VT > 105 invece aveva alte probabilità di fallire il weaning (2).

Come sempre, è buona cosa andare andare a leggere con attenzione i risultati riportati nell’articolo per capirne meglio il significato. Da questi vediamo che il RR/VT ≤ 105 ha un potere predittivo negativo di 0.95 ed un potere predittivo positivo di 0.78.

Traduciamo in un linguaggio più comprensibile questi numeri: i pazienti con respiro rapido e superficiale (RR/VT > 105) quasi certamente falliranno il trial di respiro spontaneo (95% di probabilità), ma non è scontato che quelli senza respiro rapido e superficiale (RR/VT ≤ 105) potranno essere estubati, poichè questo accade solo nel 78% dei casi. 

Fare una predizione positiva nel 78% dei casi non è segno di grande accuratezza. Ad un 78% di predizioni corrette fa infatti da contraltare un 22% di predizioni sbagliate, un livello di errore certamente elevato: si sbaglia in un caso ogni 4-5 pazienti, che non è poco se pensiamo che tirando a caso si sbaglia “solamente” 1 volta su 2.

Dopo più di 30 anni di utilizzo del RR/VT, è arrivata anche la meta-analisi su questo indice, seppur gravata da rilevanti limiti come quasi tutte le meta-analisi (in questo caso gli studi hanno utilizzato soglie di RR/VT molto diverse e definito in maniera difforme l’outcome dello svezzamento) (3). Premessi questi limiti, la meta-analisi ridimensiona ancor di più la predittività del RR/VT per lo svezzamento dalla ventilazione meccanica, riportando una sensibilità di 0.83 ed una specificità di 0.58 (erano rispettivamente 0.97 e 0.64 nel primo studio del 1991).

Cerchiamo ora di ragionare insieme per capire il significato del pattern respiratorio nella previsione del successo dello svezzamento della ventilazione meccanica.

Nella figura 2 vediamo un grafico frequenza respiratoria-volume corrente: tutte le possibili combinazioni di frequenza e volume che danno un RR/VT esattamente uguale a 105 sono disposte sulla linea nera trasversale che nel grafico sale da sinistra a destra.

Figura 2

Tutte le combinazioni “frequenza respiratoria-volume corrente” che danno un RR/VT < 105 cadono nell’area verde sopra la riga, mentre quelle che corrispondono ad un RR/VT > 105 sono contenute nell’area rossa sotto la riga.

Volendo semplificare, potremmo dire che i pazienti con una combinazione frequenza respiratoria-volume corrente che cade sopra la riga dovrebbero essere svezzabili, quelli sotto la riga no.

Poniamo nel grafico i pattern respiratori di tre ipotetici pazienti, che con diverse combinazioni di frequenza respiratoria e volume corrente hanno tutti un RR/VT di 80, un valore normalmente ritenuto compatibile con il mantenimento del respiro spontaneo (figura 3).

Figura 3

L’ipotetico paziente nel punto A ha una frequenza respiratoria di 30 ed un volume corrente di 0.375 L. L’indice di respiro rapido e superficiale di 80 ci farebbe prevedere la sostenibilità del respiro spontaneo, un’ipotesi che anche a buon senso può apparire ragionevole.

Ora analizziamo l’ipotetico paziente al punto B, che ha sempre 80 di RR/VT, ma con la combinazione di una frequenza respiratoria di 40/min ed un volume corrente di 0.5 L: questo paziente presenta un respiro rapido ma non superficiale, condizione tipica dei pazienti con alto drive respiratorio.

Penso sia difficile prevedere che una condizione di questo tipo possa essere mantenuta lungo in un soggetto intubato se si procede all'estubazione. Un volume minuto di 20 L è contemporaneamente sia un carico di lavoro respiratorio enorme sia un notevole stress per il parenchima polmonare. Nonostante il RR/VT favorevole, è probabile che questo paziente possa fallire l’estubazione

Prendiamo ora in considerazione l’ipotetico paziente al punto C, anch’esso con 80 di RR/VT, che ha una frequenza respiratoria di 15/min ed un volume corrente di poco meno di 190 mL: in questo caso il respiro non è rapido ma è superficiale, una condizione difficile da osservare in clinica ma utile per il nostro ragionamento. E’ difficile pensare di estubare un paziente con un volume corrente di poco superiore allo spazio morto e che quindi probabilmente sarà ipercapnico: un respiro superficiale, anche se non rapido, difficilmente può essere compatibile con uno svezzamento dalla ventilazione meccanica.

Ci è ora evidente che il vero ostacolo allo svezzamento dalla ventilazione meccanica è il "respiro rapido o superficiale". Ipotizziamo di definire rapido un respiro con una frequenza respiratoria > 35/min e superficiale un respiro con un volume corrente inferiore a 330 ml (che corrisponde a 4.7 ml/kg per una persona di 70 kg di peso ideale).

Se condividiamo queste considerazioni, possiamo così riproporre nella figura 4 il grafico della figura 3:

Figura 4
Sono state tratteggiate le aree con volume corrente inferiore a 330 ml (respiro superficiale) e con frequenza respiratoria superiore a 35/min (respiro rapido). Le possibili combinazioni di volume corrente e frequenza respiratoria che cadono nelle aree tratteggiate sono ragionevolmente poco compatibili con l’estubazione per un problema di respiro o rapido o superficiale (o entrambi).

Con questo approccio i pazienti B e C diventano probabilmente non svezzabili nonostante il RR/VT di 80. Il paziente A invece rimane un paziente in un'area con alte probabilità di weaning dalla ventilazione meccanica.

Tutta l’area rossa sotto la linea che delimita la zona del RR/VT > 105 è coperta dalle aree tratteggiate del respiro rapido o del respiro superficiale: con questa interpretazione confermiamo che RR/VT > 105 è effettivamente un predittore di fallimento del weaning dalla ventilazione meccanica (in accordo con l’elevato potere predittivo negativo già mostrato da Yang e Tobin).

Esistono però delle aree di respiro superficiale ma non rapido e di respiro rapido ma non superficiale al di sopra della riga del RR/VT di 105 (cioè con RR/VT < 105) che si aggiungono come condizioni che difficilmente sono compatibili con il raggiungimento dell’estubazione. Questo può spiegare il limitato potere predittivo negativo del RR/VT.

Forse come predittore di weaning dalla ventilazione meccanica si potrebbe passare dal “respiro rapido e superficiale” al “respiro rapido o superficiale”. Il “respiro rapido o superficiale” può essere identificato dalla presenza anche di uno solo tra una alta frequenza respiratoria (>35-40?) o un basso volume corrente (< 4-5 ml/kg di peso predetto?). Un’idea ovviamente da testare nella propria pratica clinica e nella ricerca clinica.

La figura 5 mostra in chiave insiemistica i concetti sopra esposti.

Figura 5


Il “respiro rapido e superficiale” è l’intersezione del respiro rapido e del respiro superficiale, specifica perciò una condizione più precisa rispetto a ciascuno dei due insiemi principali, quella di una probabile sproporzione forza/carico. Dal punto di vista fisiopatologico è forse un indicatore più interessante del “respiro rapido o superficiale”, ma forse come semplice indice di weaning potrebbe essere preferibile quest’ultimo.

Concludiamo sintetizzando in poche battute il contenuto del post:

  • esistono due condizioni che possono indipendentemente far prevedere il fallimento dello svezzamento dalla ventilazione meccanica di un soggetto intubato:
    • il respiro rapido (alta frequenza respiratoria)
    • il respiro superficiale (basso volume corrente)
  • il “respiro rapido o superficiale” è individuato dalla presenza di almeno di una di queste due condizioni;
  • il “respiro rapido e superficiale” (identificato da un rapporto RR/VT > 105) indica la contemporanea presenza delle due condizioni. Essendo un sottoinsieme del “respiro rapido" e del "respiro superficiale” identifica una condizione in cui è improbabile il weaning dalla ventilazione meccanica;
  • l’assenza di “respiro rapido e superficiale” (RR/VT ≤ 105) non esclude la presenza di un “respiro o rapido o superficiale”, ed in presenza di quest’ultimo il successo del weaning è comunque improbabile;
  • il “respiro rapido o superficiale” potrebbe essere più appropriato del “respiro rapido e superficiale” per identificare i pazienti con elevata probabilità di fallimento allo svezzamento dalla ventilazione meccanica.

Come sempre un sorriso a tutti gli amici di ventilab.


PS: a breve pubblicherò nella pagina "I prossimi corsi "Ventilab"" il calendario 2023.


Bibliografia

1.     Tobin M, Perez W, Guenther S, et al.: The pattern of breathing during successful and unsuccessful trials of weaning from mechanical ventilation. Am Rev Respir Dis 1986; 134:1111–1118

2.     Yang KL, Tobin MJ: A prospective study of indexes predicting the outcome of trials of weaning from mechanical ventilation. N Engl J Med 1991; 324:1445–1450

3.     Trivedi V, Chaudhuri D, Jinah R, et al.: The usefulness of the rapid shallow breathing index in predicting successful extubation. Chest 2022; 161:97–111


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Emotrasfusione: emoglobina o emogasanalisi?

30 set 2022
Quale è la concentrazione di emoglobina a cui è opportuno fare una trasfusione di emazie?

C’è un largo consenso, ripreso anche dalle linee guida (1), nell’identificare come soglia di trasfusione un valore di emoglobina di 7 g/dL. Numerosi studi hanno infatti dimostrato che la trasfusione di emazie per concentrazioni di emoglobina più elevate rispetto a questa soglia non dà vantaggi in termini di mortalità a breve o lungo termine, durata della degenza o disfunzioni d'organo (2-6).

La risposta alla domanda iniziale sembra quindi chiara ... ma se riflettiamo bene questa risposta ci dice come risparmiare emoderivatinon quando la trasfusione di emazie apporta un beneficio al paziente.

Come sempre la qualità della risposta dipende dalla qualità della domanda: visto l'esito della risposta, probabilmente non è una buona domanda chiedersi quale sia il valore giusto di concentrazione dell’emoglobina per decidere una trasfusione.

La fisiologia ci aiuterà a capire quale possa essere la “domanda giusta” per trasfondere emazie con un beneficio clinico. Successivamente cercheremo la risposta a questa domanda nei dati che possiamo trovare nella ricerca clinica.

Guida fisiologica alla "domanda giusta".

Trasporto e consumo di ossigeno.

Fisiologicamente un soggetto a riposo consuma circa 250 ml di O2 ogni minuto ($\dot{V}O_2$). Il $\dot{V}O_2$ è garantito dal trasporto di ossigeno ai tessuti (oxygen delivery, DO2), un magnifico lavoro di squadra degli apparati respiratorio e cardiocircolatorio: il primo ”carica” il sangue di ossigeno, il secondo lo fa arrivare ai tessuti. Il DO2 è il prodotto del contenuto di ossigeno del sangue arterioso (CaO2) e della portata cardiaca (cardiac output, CO): 
$$DO_2= CaO_2 \cdot CO~~~(eq.~1)$$ 
Per capire il ruolo dell'emoglobina in questo processo, calcoliamo ora quanto dovrebbe essere la portata cardiaca per garantire un trasporto di ossigeno esattamente uguale al consumo di ossigeno fisiologico, cioè 250 ml di O2/min, se non vi fosse l’emoglobina. E’ una condizione ovviamente paradossale, ma ci aiuta a ragionare in maniera quantitativa sui fenomeni su cui vogliamo riflettere. La quantità di ossigeno in soluzione nel sangue arterioso è direttamente proporzionale alla sua pressione parziale (PaO2). Il coefficiente di solubilità dell’ossigeno a 37°C è 0.0031 ml O2⋅dL-1∙ mmHg-1, cioè ogni mmHg di PaOincrementa il CaOdi 0.0031 ml in 100 ml di sangue. Con una normale funzione polmonare la PaOè circa 95 mmHg. Il CaO2 in assenza di emoglobina sarebbe (arrotondato al primo decimale): 
 $$ CaO_2 = 95~mmHg \cdot 0.0031 \frac{ml~O_2}{mmHg \cdot 100~ml} = \\ = 0.3~ml~O_2/100~ml~~~(eq.~2)$$
In assenza di emoglobina questo sarebbe il contenuto di O2 del sangue arterioso con normale ossigenazione: meno di 1/3 di ml di O2, davvero pochissimo. 
Dal CaO2 calcoliamo la portata cardiaca necessaria per trasportare esattamente 250 ml di O2 ogni minuto. Possiamo riscrivere l’equazione 1 come segue:
$$ CO = \frac{DO_2}{CaO_2} ~~~(eq.~3)$$
Se si vuole raggiungere un DO2 di 250 ml di O2/min, esattamente uguale al $\dot{V}O_2$, l’equazione diventa:
$$CO = \cfrac{250 \cfrac{ml~O_2}{min}}{0.3 \cfrac{ml~O2}{100~ ml}} = \\ = 833 \cdot 100~ml/min = \\ =83300~ ml/min = 83.3~l/min~~~(eq.~4)$$
In assenza di emoglobina servirebbe una portata cardiaca di almeno 83 l/min per garantire l’apporto fisiologico di 250 ml/min di O2 ai tessuti. In altre parole, in assenza di emoglobina un elevatissimo CO dovrebbe sopperire al bassissimo CaO2.

Per fortuna abbiamo l’emoglobina, che aumenta enormemente il CaO2 legando a sè moltissimo ossigeno, il quale si va ad aggiungere all'ossigeno disciolto nel sangue. Ogni grammo di emoglobina può legare un massimo di 1.39 ml di O2 se tutti i siti di legame per l’O2 sono occupati da una molecola di ossigeno. Questa è la condizione che conosciamo come saturazione 100%. Tanto più elevata è la PaO2, tanto maggiore è la saturazione dell’emoglobina, con una relazione espressa dalla ben nota curva di dissociazione dell’emoglobina.


Una PaO2 di 95 mmHg fisiologicamente si associa ad una saturazione del 97%, che significa che il 97% dei siti di legame dell’emoglobina per l’ossigeno sono legati ad una molecola di O2.
In questa condizione il CaO2 con una ipotetica concentrazione di emoglobina di 10 g/dL diventerebbe: 
$$CaO_2 = 95~mmHg \cdot 0.0031~ml~O_2/mmHg +\\ + 10~g/100~ml \cdot 1.39~ml~O_2/g \cdot SaO_2/100 = \\ = 0.3~ml~O_2 + 13.5~ml~O_2 = 13.8~ml~O_2~~~(eq.~5) $$ 
Grazie a questa quantità di emoglobina il CaO2 è aumentato di ben 46 volte (da 0.3 a 13.8 ml O2/100 ml). Ora la portata cardiaca necessaria per assicurare il trasporto dei 250 ml di O2/min si è ridotta di 46 volte: $$CO = \cfrac{250 \cfrac{ml~O_2}{min}}{13.8 \cfrac{ml~O_2}{100~ml}} = \\ = 18.12 \cdot 100~ml/min = 1812~ml/min = \\ = 1.81~l/min~~~(eq.~6)$$ 

Estrazione di ossigeno.

La portata cardiaca fisiologica è più del triplo di questo valore (circa 5.6 l/min), questo consente all’organismo di trasportare oltre il triplo dell’ossigeno necessario alle necessità del metabolismo cellulare. Riprendendo l'equazione 1: 
 $$DO2 = CO \cdot CaO_2 = 5.6~l/min \cdot 13.8~ml~O_2/100~ml = \\ = 5.6~l/min \cdot 138~ml~O_2/l = 773~ml~O_2/min~~~(eq.~7)$$ L'estrazione di ossigeno (O2 extraction ratio, O2ER) esprime la proporzione  dell'ossigeno trasportato che viene utilizzato dal metabolismo tissutale, cioè il rapporto tra $\dot{V}O_2$ e DO2: $$O_2ER = \dot{V}O_2/DO_2 = \cfrac{250~ml/min}{773~ml/min} = 0.32~~~(eq.~8)$$ 
Il O2ER può essere assimilato alla proporzione tra le nostre spese ed il nostro reddito. Se questo indicatore aumenta, ci avviciniamo alla condizione in cui avremo bisogno di fare debiti; se invece diminuisce ci dice che possiamo o risparmiare o aumentare le spese. Parimenti il O2ER che aumenta ci avvicina alla condizione del debito di ossigeno, che si ritiene si verifichi quando supera il valore di 0.5-0.6 (7, 8), mentre se si riduce al di sotto del fisiologico valore di 0.25-0.3 indica una disponibilità di ossigeno superiore al normale. 
Ipotizziamo ora che l’emoglobina scenda 7 g/dL, a parità di CO (5.6 l/min) e $\dot{V}O_2$ (250 mlO2/min). Ripetendo i calcoli precedenti, la O2ER aumenta a 0.46, un dato decisamente elevato, che si avvicina alla soglia del debito di ossigeno. In questo caso l’anemia produce una significativa riduzione del trasporto di ossigeno.

Ma se la riduzione dell’emoglobina a 7 g/dL fosse associata al contemporaneo aumento del CO da 5.6 a 6.7 l/min e riduzione del $\dot{V}O_2$ a 210 ml/min (dati ragionevoli per un paziente in Terapia Intensiva), la O2ER sarebbe 0.32, invariata rispetto alla condizione con 10 g/dL di emoglobina. In questo caso l’anemia non avrebbe prodotto una riduzione del trasporto di ossigeno.

Da questi due esempi possiamo capire l'importanza del O2ER nel contribuire in maniera fondamentale alla decisione di trasfondere o meno emazie. Nel primo caso potremmo trasfondere il paziente per aumentare il DO2 ed allontanarlo dalla soglia del debito di ossigeno, nel secondo caso invece la trasfusione apparirebbe inutile da questo punto di vista.

Vediamo infine un ultimo esempio in cui la valutazione del O2ER ci può suggerire di trasfondere emazie anche con un’emoglobina di 10 g/dL. Se un paziente avesse un aumento del $\dot{V}O_2$ a 300 ml/min ed una portata cardiaca ridotta a 4.5 l/min 
(anche questi dati ragionevoli per un paziente in Terapia Intensiva), la O2ER sarebbe 0.48 nonostante l’emoglobina a 10 g/dL: a questo valore di O2ER potrebbe avere un razionale la trasfusione di emazie (soprattutto se non fosse possibile ridurre il $\dot{V}O_2$ o aumentare il CO).

La risposta alla "domanda giusta": come misurare il O2ER con l'emogasanalisi.

La strada più lunga.

Finora abbiamo ragionato partendo dalla conoscenza dei valori di CO e $\dot{V}O_2$, dati spesso non sono disponibili nella pratica clinica. Per fortuna al letto del paziente possiamo calcolare la O2ER in maniera semplice, senza necessariamente avere a disposizione CO e $\dot{V}O_2$.

Il $\dot{V}O_2$ è uguale alla differenza tra l’ossigeno che viene trasportato dal sangue arterioso ai tessuti (cioè il buon DO2) e l’ossigeno che torna al cuore destro dopo aver ceduto ossigeno ai tessuti. Quest’ultimo, in analogia al DO2, è calcolabile come prodotto tra la portata cardiaca ed il contenuto venoso di O2 (CvO2). Per misurare il CvO2 si dovrebbe analizzare il venoso misto ottenuto dall’arteria polmonare, ma di fatto più spesso viene utilizzato un campione di sangue ottenuto da una vena centrale, più frequentemente disponibile:$$\dot{V}O_2 = CaO_2 \cdot CO - CvO_2 \cdot CO = \\ = (CaO_2 - CvO_2) \cdot CO ~~~(eq.~9)$$ La differenza CaO- CvO2 è conosciuta anche come differenza artero-venosa di O2 (Ca-vO2). Utilizzando il $\dot{V}O_2$ ricavato dall'equazione 9, abbiamo gli strumenti per capire come calcolare O2ER dai dati dell’emogasanalisi arteriosa e venosa: $$O_2ER = \dot{V}O_2/DO_2 = \\ = \cfrac{(CaO_2 - CvO_2) \cdot CO}{CaO_2 \cdot CO} = \\ = \cfrac{CaO_2 - CvO_2}{CaO2}~~~(eq.~10)$$ Ipotizziamo di avere un paziente con 10 g/dL di emoglobina, PaO2 95 mmHg, SaO2 97%, SvO2 67% e PvO2 di 36 mmHg e calcoliamo il suo O2ER: $$O_2ER= (CaO_2 - CvO_2)/CaO_2 = \\ = \cfrac{(Hgb \cdot 1,39 \cdot SaO_2 + 0.0031 \cdot PaO_2) - (Hgb \cdot 1,39 \cdot SvO_2 + 0.0031 \cdot PvO_2)}{Hgb \cdot 1,39 \cdot SaO_2 + 0.0031 \cdot PaO_2} = \\ = (13.8 - 9.4)/13.8 = 0.32~~~(eq.~11)$$ 
Lo stesso risultato dell’equazione 8: niente di sorprendente perché stiamo analizzando lo stesso paziente utilizzando le sue emogasanalisi anziché il suo DO2 e  $\dot{V}O_2$.

La strada più breve.

Dal momento che la quota di O2 disciolto nel sangue è trascurabile, possiamo efficacemente semplificare l’equazione 11 ed ottenere un O2ER in maniera molto facile:
$$O_2ER = \cfrac{(Hgb \cdot 1,39 \cdot SaO_2) - (Hgb \cdot 1,39 \cdot SvO_2)}{Hgb \cdot 1,39 \cdot SaO_2} = \\ = \cfrac{(SaO_2 -SvO_2) \cdot 1,39 \cdot Hgb}{Hgb \cdot 1,39 \cdot SaO_2} = \\ = \cfrac{SaO_2 - SvO_2}{SaO_2} = 0.32~~~(eq.~12)$$ 
Semplificando ulteriormente, l’equazione 12 mostra che, se la SaO2 è 100%, la SvO2  è inversamente proporzionale al O2ER. Infatti:
$$O_2ER = \cfrac{SaO_2 - SvO_2}{SaO_2} = \\ = \cfrac{SaO_2}{SaO_2} - \cfrac{SvO_2}{SaO_2} = \\ = \cfrac{100}{100} - \cfrac{SvO_2}{100} = \\ = 1 - SvO_2/100~~~(eq.~13)$$ 
Con SaO2 di 100%, una ridotta SvO2 significa una elevata estrazione di ossigeno. Se la SaO2 non è proprio 100% ma è molto vicina a questo valore ci si sbaglia di poco. Tanto più la SaO2 diminuisce, tanto meno la SvO2 è un buon surrogato del O2ER.

Gli studi clinici.

La fisiologia ci fa capire che la trasfusione di emazie dovrebbe avere l'obiettivo di adeguare la DO2 al $\dot{V}O_2$, ed il O2ER è l'indicatore più appropriato. La concentrazione dell’emoglobina, quella che solitamente si guarda per decidere se trasfondere emazie, dovrebbe essere invece un elemento secondario alla valutazione del O2ER.

Uno studio clinico fornisce una indiretta conferma a questo ragionamento fisiologico (9). Lo studio ha analizzato 177 pazienti in Terapia Intensiva con emoglobina tra 7 e 10 g/dL. Questi pazienti anemici potevano essere trasfusi o non trasfusi a giudizio del medico curante. In tutti i pazienti, indipendentemente dalla decisione di trasfondere emazie, furono calcolati sia il Ca-vO2 (la differenza artero-venosa di contenuto di ossigeno) sia il O2ER
Successivamente è stata classificata l'appropriatezza della scelta di trasfondere o di non trasfondere i pazienti sulla base del O2ER. I pazienti sono stati definiti attribuiti al gruppo con "appropriata strategia trasfusionale" se o è stata fatta una trasfusione in presenza di O2ER ≥ 30 o se non è stata fatta la trasfusione con O2ER < 30
Il gruppo con "inappropriata strategia trasfusionale" invece era costituito dai soggetti che o avevano ricevuto una trasfusione di emazie con O2ER < 30 o non erano stati trasfusi nonostante una O2ER ≥ 30
Il risultato è stato che una così definita "appropriata strategia trasfusionale" era indipendentemente associata ad una riduzione della mortalità a 90 giorni. L’analisi principale dello studio non era fatta sulla O2ER ma sulla Ca-vO2 (che è il numeratore della O2ER e quindi considerato un suo surrogato). Anche utilizzando la Ca-vO2 per definire la strategia trasfusionale appropriata (con un cut-off di 3.7 ml O2/100 ml), il risultato non cambiava: la "appropriata strategia trasfusionale" si confermava indipendentemente associata ad una minor mortalità a 90 giorni. 
Inoltre la "appropriata strategia trasfusionale" si associava anche una più rapida riduzione del SOFA score rispetto a quanto accadeva nei pazienti con "inappropriata strategia trasfusionale".

Altre due studi osservazionali hanno rilevato che il O2ER si riduce dopo trasfusione nei pazienti con O2ER pre-trasfusione > 30 (nessuna variazione nei pazienti con O2ER pre-trasfusione ≤ 30)  (10) e che la SvO2 aumenta dopo trasfusione nei pazienti con SvO2 pre-trasfusione < 70% (nessuna variazione nei pazienti con SvO2 pre-trasfusione ≥ 70) (11).

Conclusioni.

Concludiamo questo lungo post sintetizzando in pochi punti quello che potrebbe essere un approccio ragionevole alla trasfusione di emazie:
  • l'emotrasfusione dovrebbe essere presa in considerazione in tutti i pazienti anemici. La soglia dell'anemia è arbitraria ma possiamo porla orientativamente a 10 g/dL di emoglobina;
  • nei pazienti anemici si dovrebbe valutare il O2ER, calcolato facilmente come (SaO2-SvO2)/SaO2;
  • un O2ER < 0.3 dovrebbe avvalorare la decisione di non trasfondere, anche se l'emoglobina fosse un po' inferiore a 7 g/dL;
  • un O2ER > 0.3:
    • supporterebbe l'indicazione alla trasfusione come primo intervento terapeutico in caso di anemia grave (arbitrariamente definita con un valore di emoglobina inferiore a 7 g/dL);
    • nei pazienti con anemia moderata (emoglobina superiore a 7 g/dL) la trasfusione di emazie sarebbe comunque indicata dopo una ragionevole ottimizzazione di portata cardiaca e consumo di ossigeno.
Anche se la soglia del O2ER sembra più appropriata di quella dell'emoglobina, la decisione di trasfondere emazie non dovrebbe essere limitata ad essa ma dovrebbe tenere conto di tutti i dati clinici, laboratoristici e strumentali a disposizione, come sempre dovrebbe essere nella buona pratica medica. Speriamo che la mania dei numeri magici abbia vita breve (anche se temo il contrario...).

Grazie per l'attenzione e, come sempre, un sorriso a tutti gli amici di ventilab


Bibliografia

1.     Mueller MM, Van Remoortel H, Meybohm P, et al.: Patient Blood Management: Recommendations From the 2018 Frankfurt Consensus Conference. JAMA 2019; 321:983–997
2.     Carson JL, Stanworth SJ, Dennis JA, et al.: Transfusion thresholds for guiding red blood cell transfusion. Cochrane Database Syst Rev 2021; 12:CD002042
3.     Zhang Y, Xu Z, Huang Y, et al.: Restrictive vs. liberal red blood cell transfusion strategy in patients with acute myocardial infarction and anemia: a systematic review and meta-analysis. Front Cardiovasc Med 2021; 8:736163
4.     Yao R, Ren C, Zhang Z, et al.: Is haemoglobin below 7.0 g/dL an optimal trigger for allogenic red blood cell transfusion in patients admitted to intensive care units? A meta-analysis and systematic review. BMJ Open 2020; 10:e030854
5.     Kranenburg FJ, Arbous SM, Caram‐Deelder C, et al.: Predicting organ functioning with and without blood transfusion in critically ill patients with anemia. Transfusion (Paris) 2022; 62:1527–1536
6.     Bosch NA, Law AC, Bor J, et al.: Red Blood Cell Transfusion at a Hemoglobin Threshold of 7 g/dl in Critically Ill Patients: A Regression Discontinuity Study. Ann Am Thorac Soc 2022; 19:8
7.     Leach RM: The pulmonary physician in critical care 2: Oxygen delivery and consumption in the critically ill. Thorax 2002; 57:170–177
8.     Walley KR: Use of central venous oxygen saturation to guide therapy. Am J Respir Crit Care Med 2011; 184:514–520
9.     Fogagnolo A, Taccone FS, Vincent JL, et al.: Using arterial-venous oxygen difference to guide red blood cell transfusion strategy. Crit Care 2020; 24:160
10.     Orlov D, O’Farrell R, McCluskey SA, et al.: The clinical utility of an index of global oxygenation for guiding red blood cell transfusion in cardiac surgery. Transfusion (Paris) 2009; 49:682–688
11.     Themelin N, Biston P, Massart J, et al.: Effects of red blood cell transfusion on global oxygenation in anemic critically ill patients. Transfusion (Paris) 2021; 61:1071–1079

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Meeting "MECCANICA RESPIRATORIA E VENTILAZIONE MECCANICA" a Roma

29 ago 2022

Ti segnalo che il 18-19 novembre 2022 si terrà a Roma il corso "Meccanica respiratoria e ventilazione meccanica". Per scaricare il programma ed iscriversi clicca qui.

In queste due giornate di formazione caleremo la meccanica respiratoria nella pratica clinica: approfondiremo il significato fisiologico dei dati forniti dalla meccanica respiratoria, descriveremo come questi si possono misurare al letto del paziente e discuteremo con onestà se, quando e perchè possono essere di aiuto per ottimizzare l'impostazione del ventilatore e lo svezzamento dalla ventilazione meccanica.

Cercheremo di trasferire al clinico competenze e conoscenze che spesso sono limitate ad una cerchia ristretta di esperti. Sono convinto possa essere una buona occasione per fare un salto di qualità nell'attività quotidiana o quantomeno mettere le basi perchè questo possa accadere.

In questo compito sarò affiancato da Alessandro Morandi, che lavora con me alla Fondazione Poliambulanza di Brescia, e da Domenico Luca Grieco del Policlinico Universitario A. Gemelli di Roma. Sono davvero felice che il dott. Grieco abbia accolto l'invito a partecipare al corso: in questi ultimi anni ho seguito con attenzione la sua attività scientifica e penso potrà un contributo veramente rilevante a tutti i partecipanti. E sarà anche molto arricchente il confronto tra le sue esperienze e quelle mie e di Alessandro: un'opportunità unica per trovare una sintesi tra approcci che talvolta potrebbero essere un po' diversi.

Un saluto ed un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

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Broncoscopia e ostruzione delle vie aeree

20 ago 2022

La broncoscopia è una tecnica ormai imprescindibile nella cura dei pazienti sottoposti a ventilazione meccanica e per questo ormai divenuta di uso quotidiano. A volte forse di abuso quotidiano… Come anticipato nell’ultimo post, parliamo delle indicazioni alla broncoscopia nei pazienti con intubazione tracheale o tracheostomia. In particolare, tra le molte indicazioni alla broncoscopia, oggi prenderemo in considerazione solamente la broncoscopia disostruttiva, cioè quella che ha l’obiettivo di risolvere una ostruzione delle vie aeree.

La diagnosi, o almeno il sospetto diagnostico, di ostruzione delle vie aeree è spirometrica e/o radiologica, mentre spetta alla broncoscopia la funzione terapeutica.

Se si concorda con questo approccio, si potrà evitare di ricorrere alla broncoscopia in reazione a qualsiasi problema ventilatorio si manifesti nei nostri pazienti sottoposti a ventilazione meccanica. La broncoscopia andrebbe eseguita solo quando necessario perchè, oltre ai problemi meccanici discussi nel post precedente, può acutamente ridurre l’ossigenazione e l'aspirazione durante fibroscopia solitamente derecluta i polmoni, cioè ne riduce il volume di fine espirazione (figura 1) (1).

Figura 1

I segni di ostruzione delle vie aeree sono di norma spirometrici in caso di ostruzione tracheale e radiologici per le occlusioni bronchiali. Da qui in avanti intenderemo per ostruzione tracheale quella della trachea o del tubo tracheale.

Analizziamo i due scenari, le caratteristiche diagnostiche e cosa può fare la fibroscopia.

Spirometria e ostruzione tracheale.

L’ostruzione tracheale non dà alcun segno si sè finchè non raggiunge almeno il 50% della superficie della trachea e diventa clinicamente rilevante anche a riposo quando è superiore almeno al 70% (2). Questo significa che quando ipotizziamo che il problema di un paziente sia l’ostruzione tracheale, possiamo confermare broncoscopicamente l'ipotesi diagnostica solo se vediamo una ostruzione della maggior parte della trachea, altrimenti bisogna cercare il problema del paziente da un’altra parte.

Il loop flusso-volume della spirometria forzata mostra alterazioni caratteristiche nei diversi tipi di ostruzione tracheale. Sui nostri ventilatori meccanici siamo però abituati a vedere il grafico flusso-tempo, il cui profilo assomiglia a quello del loop flusso-volume forzato quando è presente un’ostruzione tracheale nei pazienti in ventilazione assistita. Questo accade perché di fatto tutti i pazienti con ostruzione tracheale hanno una espirazione intensamente attiva per cercare di vincere l’ostruzione, facendo di fatto un’espirazione forzata. Inoltre il cambio di asse orizzontale dal volume al tempo non modifica drasticamente la morfologia della curva di flusso.

Fatta questa premessa, analizziamo le caratteristiche dei loop flusso-volume durante alcuni tipi di ostruzione delle vie aeree, sapendo che le ritroveremo sulle abituali curve flusso-tempo. Nella figura 2 i loop flusso-volume di due diverse forme di ostruzione tracheale sono messi a confronto con i loop di un paziente sano ed uno con broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) (3, 4).

Figura 2

La freccia “espirazione” ci mostra in che senso guardare la curva durante la progressione dell’espirazione. Nei soggetti con BPCO il flusso espiratorio forzato, seppur ridotto di grandezza, mantiene il profilo decrescente, mentre le espirazioni forzate dei soggetti con ostruzione tracheale mostrano un flusso espiratorio ridotto e costante per tutta la durata dell’espirazione.

Un caso clinico.

Nella figura 3 vediamo il flusso espiratorio di una paziente con ostruzione tracheale durante la ventilazione con pressione di supporto. 

Figura 3
Il flusso espiratorio è certamente attivo (non è decrescente, vedi post del 20/08/2017), costante e ridotto (solamente 14 l/min, che equivale a 0,23 l/s). Per apprezzare meglio la presenza di una marcata riduzione del flusso espiratorio, probabilmente vale la pena abituarsi a guardare questa grandezza in tutti i nostri pazienti.

Nella paziente in figura 3 il flusso inspiratorio è di più difficile interpretazione: possiamo dire che, anche grazie all'elevato supporto inspiratorio di 20 cmH2O (una condizione che, in termini di flusso, dovrebbe assomigliare ad una inspirazione ben attiva), è decisamente superiore al flusso espiratorio. Una condizione che ricorda l’ostruzione variabile intratoracica (ultimo loop a destra della figura 1). Alla fine del post ti dirò che cosa aveva questa paziente…

Le ostruzioni tracheali.

Analizziamo ora la differenza tra ostruzione tracheale fissa e variabile intratoracica mostrate in figura 1. 

In caso di ostruzione fissa, l’ostruzione è costante in inspirazione ed espirazione. Il caso più tipico nei pazienti intubati è l’ostruzione del tubo tracheale con materiale solido (che non viene spostato né dal flusso inspiratorio né da quello espiratorio). L’ostruzione fissa si manifesta con la riduzione sia del flusso espiratorio che di quello inspiratorio.

L’ostruzione tracheale variabile intratoracica invece si manifesta con la sola riduzione del flusso espiratorio, mantenendo un flusso inspiratorio superiore a quello espiratorio. Nei pazienti intubati o tracheotomizzati l’ostruzione tracheale variabile intratoracica si manifesta prevalentemente in due condizioni, che sono ben differenziabili con la fibroscopia:

1) "tappo" parzialmente mobile. Il caso più frequente nel paziente ventilato è la presenza di secrezioni o coaguli in parte adesi all’estremità distale della cannula tracheale, che si allontanano da essa spinti dal flusso inspiratorio (e quindi si riduce l’ostruzione) e vi si riavvicinano spinti dal flusso espiratorio (così aumentando l'ostruzione). Se la broncoscopia conferma questo tipo di ostruzione, spesso è anche in grado di risolverla con la rimozione della massa mobile occludente.

2) collasso dinamico delle vie aeree. L’ostruzione tracheale variabile intratoracica può anche essere causata dal collasso dinamico delle vie aeree (5), una condizione in cui la pars membranacea della trachea è spinta verso la porzione cartilaginea dall’aumento della pressione intratoracica durante l’espirazione attiva. In inspirazione invece la riduzione della pressione intratoracica (e l’aumento della pressione delle vie aeree nei pazienti con supporto inspiratorio) ristabilisce una normale dimensione tracheale (figura 4).

Figura 4

Questo meccanismo è abbastanza frequente nei pazienti intubati e va capito bene nella sua genesi per evitare trattamenti impropri sulle vie aeree o ripetute sostituzioni di tubi tracheali o tracheocannule.

L’espirazione attiva dei pazienti che presentano un collasso dinamico della trachea è solitamente la conseguenza di un elevato drive respiratorio: l’inspirazione è molto intensa ed a essa segue inevitabilmente una espirazione altrettanto intensa. E’ esperienza di ciascuno che quando aumenta il drive respiratorio, ad esempio durante uno sforzo fisico, sia l’inspirazione che l’espirazione diventano entrambe molto attive: è impensabile ad una inspirazione “stressata” seguita da un'espirazione lenta e tranquilla.
Se la broncoscopia conferma che 
il collasso dinamico della trachea è la causa dell’ostruzione tracheale variabile intratoracica, la soluzione è la riduzione del drive respiratorio. Questa può essere raggiunta in due modi: o aumentando il supporto inspiratorio o riducendo farmacologicamente il drive respiratorio. Se il progressivo aumento del supporto inspiratorio non riduce il drive respiratorio o la fa solo portando il paziente ad una ventilazione potenzialmente dannosa (volume corrente eccessivo con elevata frequenza respiratoria), allora il controllo farmacologico del drive respiratorio con la sedazione diventa un’opzione ragionevole. Una volta ridotto il drive respiratorio, spariranno anche gli eventuali movimenti di occlusione espiratoria della cannula tracheale.

Imaging e ostruzione bronchiale.

Mentre la spirometria è la valutazione preliminare per dare indicazione alla broncoscopia in caso di ostruzione tracheale, un’indagine radiologica dovrebbe essere l’esame che precede la broncoscopia in caso di ostruzione bronchiale. Una ostruzione bronchiale ha solitamente come conseguenza clinica un peggioramento della funzione respiratoria, grossolanamente valutabile con il PaO2/FIO2, e come correlato radiologico l’atelettasia, cioè il collasso di una parte di polmone secondario all’assenza di ventilazione in un ramo bronchiale. Le tecniche radiologiche che consentono di diagnosticare un’atelettasia sono la radiografia (addensamento con retrazione di mediastino o emidiaframma), l'ecografia (addensamento con assenza di broncogramma aereo) o la TC che consente di localizzare con precisione il bronco occluso ed il conseguente addensamento del parenchima polmonare.

Eseguire una broncoscopia disostruttiva non preceduta dall’evidenza di un bronco da disostruire (cioè non preceduta da un’indagine radiologica) ha tre possibili implicazioni negative: 1) sostituisce il sano ragionamento clinico (che ha bisogno di conoscenze mediche e di logica) con l’esecuzione casuale di indagini diagnostiche alla ricerca di qualcosa che non va; 2) espone inutilmente il paziente ad uno stress; 3) aumenta inutilmente i costi perchè il fibrobroncoscopio avrà poi bisogno di essere sottoposto ad un ciclo di pulizia e disinfezione o sostituito se monouso.

Cosa aveva la paziente della figura 3? 

La paziente presentata in precedenza alla fibroscopia aveva un "tappo mobile", un massa di secrezioni bronchiali parzialmente occludente adesa alla parte terminale della cannula tracheale. Una parte flottante della massa occludente veniva spinta dal flusso espiratorio verso la cannula, rendendo massima l'occlusione. Aveva cioè una ostruzione tracheale variabile intratoracica.

Conclusioni.

Possiamo sintetizzare questo post in pochi punti: 

1) In un iter di diagnosi e cura ottimale, la broncoscopia per ripristinare la pervietà di trachea e bronchi dovrebbe essere eseguita dopo la diagnosi di ostruzione di trachea o bronchi; 

2) L’ostruzione della trachea in un paziente con ventilazione assistita ha come caratteristica principale un flusso espiratorio che è basso nonostante sia attivo (quindi costante e non decrescente). Se questo si accompagna anche ad un flusso inspiratorio molto ridotto, probabilmente l’ostruzione è fissa, se il flusso inspiratorio non è gravemente ridotto probabilmente l’ostruzione è intratoracica variabile;

3) l’ostruzione bronchiale si manifesta come atelettasia visibile a radiografia, ecografia o TC del torace;
 
4) La broncoscopia può essere un trattamento efficace ad eccezione dell’ostruzione tracheale intratoracica variabile secondaria a collasso dinamico della trachea. In questo caso il trattamento è la riduzione del drive respiratorio.
 
Come sempre, un sorriso ed un saluto a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia.
1.    Greenstein YY, Shakespeare E, Doelken P, Mayo PH. Defining a ventilation strategy for flexible bronchoscopy on mechanically ventilated patients in the medical intensive care unit. J Bronchol Interv Pulmonol 2017;24:206–210.
2.    Murgu SD, Egressy K, Laxmanan B, Doblare G, Ortiz-Comino R, Hogarth DK. Central Airway Obstruction. Chest 2016;150:426–441.
3.    Miller RD, Hyatt RE. Evaluation of Obstructing Lesions of the Trachea and Larynx by Flow-Volume Loops. Am Rev Respir Dis 1973;108:475–481.
4.    Pellegrino R. Interpretative strategies for lung function tests. Eur Respir J 2005;26:948–968.
5.    Park JG, Edell ES. Dynamic Airway Collapse: distinct from tracheomalacia. J Bronchol 2005;12:143–146.

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Ventilazione meccanica e fibroscopia

30 giu 2022

Quando si esegue una fibroscopia in un paziente con intubazione tracheale si genera un'interferenza nella ventilazione meccanica. A volte questo può indurre ad adeguare l'impostazione della ventilazione meccanica: la modifica dei parametri ventilatori, se non si hanno obiettivi chiari, potrebbe essere solo apparentemente efficace ma in realtà controproducente.

Nel post di oggi cerchiamo di capire cosa succede quando un fibroscopio è introdotto nel tubo tracheale, e quando e come eventualmente modificare l'impostazione della ventilazione meccanica.

Utilizzeremo a questo scopo la simulazione in  un paziente "virtuale", un approccio che produce scenari assolutamente realistici (se si fonda su appropriate basi fisiopatologiche ed informatiche) e che al contempo consente di valutare serenamente l’impatto di qualsiasi scelta ventilatoria senza esporre realmente a rischi una persona in carne ed ossa.

La ventilazione prima della broncoscopia.

La nostra “paziente virtuale” è Roberta, una donna con broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) e polmonite. Roberta è intubata con un tubo tracheale con diametro interno di 7.5 mm. E’ sedata ed è ventilata in volume controllato con volume corrente  450 ml, PEEP 5 cmH2O, frequenza respiratoria 20/min, 1'' di tempo inspiratorio (di cui 0.25'' di pausa di fine inspirazione) e 2'' di tempo espiratorio (il che corrisponde ad un I:E 1:2). La compliance dell’apparato respiratorio di Roberta è 40 ml/cmH2O, le resistenze delle vie aeree quelle tipiche dei pazienti con BPCO (1) e sono utilizzati per la simulazione i carichi resistivi dei tubi tracheali con e senza fibroscopio (2).  

In figura 1 ci sono le curve di pressione e flusso corrispondenti alle suddette impostazioni. Vediamo una pressione di picco (Pmax) di 26 cmH2O, una pressione di 18 cmH2O al termine dei 0.25'' di pausa di fine inspirazione di (PEIP) e l'assenza di iperinflazione dinamica e autoPEEP (il flusso espiratorio si azzera prima dell’inizio dell’inspirazione successiva). Il picco di flusso espiratorio (PEF) è -0.79 l/s.

Figura 1

Con una doppia occlusione delle vie aeree, una a fine espirazione ed una a fine inspirazione, rileviamo una pressione di plateau (Pplat) di 16 cmH2Oe, come atteso, una PEEP totale (PEEPtot) di 5 cmH2O, uguale alla PEEP impostata (figura 2).

Figura 2


La ventilazione durante la broncoscopia.

Partendo da questa condizione, Roberta viene sottoposta a broncoscopia con un fibroscopio con 5 mm di diametro. Durante la manovra è stato incrementato il limite di pressione del ventilatore a 100 cmH2O per evitare la riduzione della ventilazione durante la fibroscopia. Senza questo accorgimento si rischia una marcata riduzione della ventilazione durante la fibroscopia (3).

Nella figura 3 vediamo cosa succede. Per mantenere la ventilazione impostata, la pressione di picco è aumentata da 26 a 59 cmH2O, la pressione al termine della pausa di fine inspirazione è diventata di 20 cmH2O, il picco di flusso espiratorio si è più che dimezzato (ora è -0.34 l/s). Il rallentamento del flusso espiratorio non consente di completare l'espirazione nei 2" di tempo espiratorio, come si vede chiaramente dall'interruzione del flusso espiratorio all'inizio dell'inspirazione successiva. 

Figura 3
Le occlusioni delle vie aeree evidenziano una pressione di plateau di 18 cmH2O ed una autoPEEP di 2 cmH2O (uguale alla differenza tra i 7 cmH2O di PEEP totale ed i 5 cmH2O di PEEP) (figura 4).

Figura 4

Vediamo che l'aumento di resistenza dovuto alla presenza del fibroscopio nel tubo tracheale ha avuto effetti diversi sull'inspirazione e sull'espirazione: in inspirazione è aumentata la pressione, in espirazione si è ridotto il flusso.

In inspirazione è aumentata la pressione perchè il flusso inspiratorio è "spinto" dal ventilatore meccanico. Come ben sappiamo la pressione necessaria per generare un flusso è uguale al prodotto del  flusso per la resistenza (vedi anche post del 5/12/2011):

pressione = flusso ∙ resistenza.         (eq. 1)

Poichè l'obiettivo del ventilatore meccanico durante la ventilazione a volume controllato è mantenere fisso il flusso inspiratorio, l'incremento di resistenza ha come conseguenza l'aumento della pressione applicata.

In espirazione il flusso espiratorio è "spinto" dalla pressione che c'è nei polmoni, che all'inizio dell'espirazione coincide con quella di fine inspirazione e durante l'espirazione si riduce progressivamente con il ridursi del volume all'interno dei polmoni. Risulta chiaro che la pressione che genera il flusso espiratorio dipende unicamente dalle caratteristiche meccaniche dell'apparato respiratorio e dal volume polmonare e non dall'impostazione del ventilatore meccanico. Nell'espirazione pertanto il flusso espiratorio non è costante come nell'inspirazione, ma varia al variare di pressione polmonare e resistenza:

flusso = pressione / resistenza.        (eq. 2)

Questo spiega perchè l'incremento di resistenza si manifesta con un aumento di pressione in inspirazione ed una riduzione di flusso in espirazione.

Torniamo a Roberta: ritieni che la condizione mostrata in figura 3 e 4 possa essere dannosa? Perchè? Faresti qualcosa?

Durante il ciclo respiratorio la pressione nel ventilatore varia tra la PEEP (in espirazione) e la pressione di picco (in inspirazione). Sappiamo però che le pressioni che misuriamo nel ventilatore sono diverse da quelle ci sono nei polmoni. Solo nei periodi di assenza di flusso (come avviene durante le occlusioni delle vie aeree) possiamo ritenere simili le pressioni nel ventilatore e nei polmoni. Ne consegue che mediamente la pressione nei polmoni oscilla tra il valore di PEEP totale (assenza di flusso a fine espirazione) e la pressione di plateau (assenza di flusso a fine inspirazione).

Durante la fibroscopia c’è stato un grande aumento (di ben 23 cmH2O ) della pressione inspiratoria del ventilatore, ma un aumento di solo 2 cmH2O della pressione dei polmoni sia inspiratoria (pressione di plateau) che espiratoria (PEEP totale). Probabilmente questa modifica è clinicamente irrilevante e può essere tollerata. Anche in presenza di una elevata pressione di picco. 

Come puoi constatare nel prossimo paragrafo, farsi guidare dal desiderio di ridurre la pressione di picco durante la fibroscopia potrebbe addirittura essere controproducente, esponendo i polmoni del paziente a pressioni più elevate. 

La mossa sbagliata: ridurre la pressione di picco con il I:E

Possiamo comprendere quanto sia fuorviante regolare la ventilazione per ridurre la pressione di picco provando a modificare il I:E da 1:2 a 1:1. A parità degli altri parametri, questa modifica aumenta il tempo inspiratorio da 1" a 1.5” e di conseguenza riduce il flusso inspiratorio (il volume corrente viene erogato in un tempo più lungo) e di conseguenza diminuisce la pressione applicata dal ventilatore (eq. 1).

La modifica del I:E determina anche la riduzione del tempo espiratorio da 2” a 1.5”

In figura 5 vediamo come si modificano le pressioni con il passaggio del I:E da 1:2 a 1:1:

Figura 5

La pressione di picco si riduce a da 59 a 40 cmH2O , la pressione alla pausa di fine inspirazione aumenta da 20 a 23 cmH2O ed il picco di flusso espiratorio diventa -0.38 l/s. Nella figura 6 si vedono i valori ottenuti durante le occlusioni, cioè le pressioni polmonari:

Figura 6
La diminuzione del tempo espiratorio ha reso ancora più incompleta l'espirazione e quindi aumentato la PEEP totale da 7 a 11 cmH2O (autoPEEP da 2 a 6 cmH2O ).  Questo aumento della PEEP totale è alla base dell'incremento della pressione di plateau da 18 a 22 cmH2O .

Con questo approccio si riduce la pressione inspiratoria nel ventilatore (= pressione di picco) al prezzo di un aumento della pressione nei polmoni sia a fine inspirazione (= pressione di plateau) che a fine espirazione (= PEEP totale). Certamente un cambio favorevole per l’estetica del  ventilatore, ma che espone il paziente ad un maggior volume e pressione intrapolmonare.

La mossa giusta: eliminare l'autoPEEP aumentando il tempo espiratorio

Se comunque ritenessimo appopriato ridurre durante la broncoscopia le pressioni polmonari, la strategia ottimale sarebbe quella di aumentare il tempo espiratorio: poiché l'incremento delle pressioni polmonari è causato dallo sviluppo di autoPEEP, l’aumento della durata della fase espiratoria può consentire di arrivare ad una espirazione completa nonostante l'aumento di resistenza espiratoria casuato dall'introduzione del fibroscopio nel tubo tracheale.

Possiamo aumentare il tempo espiratorio riducendo la frequenza respiratoria a parità di tempo inspiratorio. Quindi proviamo dall’impostazione iniziale a ridurre la frequenza respiratoria a 12/min, mantenendo il tempo inspiratorio a 1”. La frequenza respiratoria di 12/min determina una durata del ciclo respiratorio (inspirazione+espirazione) di 5". Ne consegue che il tempo espiratorio diventa 4” ed il I:E 1:4.
Questa impostazione del ventilatore produce il risultato che vedi in figura 7:

Figura 7
La pressione di picco (cioè la pressione inspiratoria nel ventilatore) è rimasta elevata (56 cmH2O ), ma la pressione alla pausa di fine inspirazione è tornata quella basale, mostrata in figura 1. Il picco di flusso espiratorio è ridotto rispetto a quello della figura 1, ma l'allungamento del tempo espiratorio consente la completa espirazione anche con un flusso rallentato.

Le pressioni statiche polmonari ottenute con le pause di fine inspirazione ed espirazione (figura 8) sono anch'esse tornate uguali a quelle basali viste nella figura 2.

Figura 8

Con quest'ultima impostazione per i polmoni non è cambiato nulla rispetto alla ventilazione pre-fibroscopia, il fibroscopio resta un “peso” solo per il ventilatore.

L'effetto del diametro interno del tubo tracheale.

Fino ad ora abbiamo visto l'effetto della fibroscopia con un tubo tracheale 7.5 mm. Se la stessa fibroscopia fosse stata fatta con un tubo tracheale 8 mm ci sarebbe stato un impatto nettamente ridotto, quasi trascurabile, sulle pressioni polmonari. Al contrario l'utilizzo di un tubo tracheale con diametro interno leggermente ridotto avrebbe esacerbato i problemi

Vediamo rapidamente cosa sarebbe successo facendo le stesse cose viste in precedenza se Roberta fosse stata intubata con un tubo da 7 mm.

Nella figura 9 possiamo vedere la ventilazione basale, che non è significativamente diversa da quella ottenuta con il tubo 7.5 mm che abbiamo visto nelle figure 1 e 2.

Figura 9

L'introduzione del fibroscopio avrebbe modificato drasticamente la pressione di picco, portandola addirittura a 92
cmH2O , ed avrebbe anche aumentato la PEEP totale a 11 cmH2O e la pressione di plateau a 22 cmH2O (figura 10). 

Figura 10

Il maldestro tentativo di ridurre la pressione di picco portando il I:E a 1:1 per ridurre il flusso inspiratorio avrebbe effettivamente ridotto la pressione di picco a 57 cmH2O , ma avrebbe prodotto un rilevante peggioramento dell'iperinflazione dinamica, con una PEEP totale di 17 cmH2O (figura 11), un valore che può avere anche un rilevante impatto emodinamico.

Figura 11

La riduzione della frequenza respiratoria, a parità di tempo inspiratorio, invece avrebbe mantenuto una elevatissima pressione inspiratoria nel ventilatore, ma avrebbe riportato le pressioni nei polmoni (pressione di plateau e PEEP totale) ai valori basali perchè il tempo espiratorio è sufficiente per completare l'espirazione (figura 12).

Figura 12

Conclusioni

Possiamo sintetizzare in pochi punti tutto quello che abbiamo visto in questo post:

1) La fibroscopia ha un impatto rilevante sulla ventilazione meccanica, tanto maggiore quanto più è piccolo il diametro interno del tubo tracheale. Con un comune fibroscopio di 5 mm di diametro, i problemi iniziano a manifestrarsi concretamente con un tubo tracheale con diametro interno di 7.5 mm, per diventare veramente rilevanti con un tubo tracheale di 7 mm;

2) L'impatto della fibroscopia sui polmoni deve essere valutato osservando le pressioni misurate durante le pause di fine inspirazione e di fine espirazione. Se queste pressioni non si modificano in maniera clinicamente rilevante non è necessario modificare l'impostazione della ventilazione meccanica;

3) eventuali variazioni della ventilazione meccanica durante la fibroscopia sono favorevoli solo se riducono l'autoPEEP e la pressione di plateau (o comunque la pressione al termine della pausa di fine inspirazione);

4) l'unica strategia ventilatoria efficace per ridurre l'iperinflazione durante la fibroscopia è quella di incrementare il tempo espiratorio ed il modo più efficiente di farlo è la temporanea riduzione della frequenza respiratoria, che potrà tornare ai valori iniziali al termine della manovra.

Resta da approfondire quando è realmente utile fare una broncoscopia ad un paziente intubato. Questo lo vedremo nel prossimo post.

Un sorriso con l'augurio di buone vacanze a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia

1) Guerin, C. et al. Lung and chest wall mechanics in mechanically ventilated COPD patients. J Appl Physiol 74, 1570–1580 (1993). 

2) Kuo, A. S., Philip, J. H. & Edrich, T. Airway ventilation pressures during bronchoscopy, bronchial blocker, and double-lumen endotracheal tube use: an in vitro study. J Cardiovasc Ultrasound 28, 873–879 (2014).

3) Nay, M.-A., Mankikian, J., Auvet, A., Dequin, P.-F. & Guillon, A. The effect of fibreoptic bronchoscopy in acute respiratory distress syndrome: experimental evidence from a lung model. Anaesthesia 71, 185–191 (2016).

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