Pressione di picco delle vie aeree e rapporto I:E: quando la realtà può ingannarci.

La ventilazione meccanica in anestesia ci offre talora difficoltà e spunti interessanti. Oggi ho il piacere di condividere con gli amici di ventilab un caso che mi è stato inviato da Chiara. E' un concentrato di difficoltà: la ventilazione meccanica durante chirurgia laparoscopica  in posizione di Trendelenburg in una paziente obesa. Suggerisco di continuare leggere questo post anche chi non si occupa di anestesia, perchè i problemi che Chiara ha incontrato e le strategie per gestirli appropriatamente sono di interesse generale per tutti coloro che si occupano di ventilazione meccanica.

Ecco il caso di Chiara: "Ho seguito un'anestesia generale in una paziente di 24 anni ma di quasi 100 Kg per 150 cm, Mallampati IV, collo, mammelle e addome voluminosi : habitus "batraciano"; superata la difficoltà ventilatoria all'induzione, l'intubazione tracheale non è stata difficoltosa. Inizio la ventilazione in volume controllato con PEEP 5 --> 7  cmH₂0 e un volume corrente di circa 600 ml per 14 atti /minuto; saturazione buona, ETCO₂ 39-40 mmHg e pressioni di picco intorno a 40 cmH₂0 in Trendelemburg e pneumoperitoneo con pressione media delle vie aeree di 12-13 mmHg; ho osservato però un volume corrente espirato inferiore di 200 ml rispetto a quanto erogato e ho provato a variare il rapporto I:E  che da 1:2 ho corretto come 1,5:1; il risultato è stato un netto miglioramento del volume corrente (600ml erogati e circa 600 ml espirati), una riduzione della ETCO₂ a 35 mmHg ed una lieve riduzione delle pressioni di picco a 37 cmH₂0; nessun problema al risveglio, dopo 50 minuti di Trendelemburg ; premetto che si trattava di chirurgia pelvica.  A prescindere dal singolo caso, la scelta di variare il rapporto I:E , trattandosi di una paziente con un quadro "restrittivo" può ritenersi valida? Grazie."

Grazie a te Chiara per lo spunto e per avere accettato di farlo discutere su ventilab.

Il problema.

Chiara aveva impostato 600 ml di volume corrente con la ventilazione a volume controllato ma la sua paziente riceveva in realtà 400 ml di volume corrente (ricordo che il volume corrente espiratorio è quello che di norma dobbiamo considerare come volume realmente erogato, indipendentemente da quello impostato). Durante la ventilazione a volume controllato (in assenza di perdite dal circuito) il volume corrente può non essere ottenuto per un solo motivo: la pressione di picco raggiunge il limite massimo consentito nel corso dell'inspirazione. Quindi il ventilatore "protegge" il paziente interrompendo l'insufflazione nel momento in cui la pressione nelle vie aeree diventa superiore al limite prestabilito. Chiara ci dice in effetti che la pressione di picco era 40 cmH₂O, un valore a cui spesso si imposta il limite di pressione di insufflazione.

Effetto della variazione del rapporto I:E.

In questo caso si è deciso di aumentare il tempo inspiratorio ed abbreviare il tempo espiratorio  modificando il rapporto inspirazione/espirazione (I:E) da 1:2 a 1.5:1. La frequenza respiratoria era 14/min, quindi ogni ciclo respiratorio durava circa 4.3 secondi (=60/frequenza respiratoria). Quando il rapporto I:E era 1:2, l'inspirazione occupava il 33% del ciclo respiratorio e quindi circa 1.4 secondi ed il restante tempo (circa 2.9 secondi) era lasciato all'espirazione. Impostando un rapporto I:E di 1.5:1, significa che l'inspirazione occupa il 60% del ciclo respiratorio, quindi in questo caso circa 2.6 secondi ed l'espirazione si riduce a 1.7 secondi. Come può questo ridurre le pressioni di picco a 37 cmH2O ed ottenere la completa erogazione dei 600 ml di volume corrente?

Il segreto è nella riduzione della pressione resistiva (vedi post del 05/12/2011): il flusso inspiratorio (data dal rapporto tra volume corrente e tempo inspiratorio) passa da circa 430 ml/s (= 600 ml/1.4 s) a circa 230 ml/s (=600 ml/ 2.6 s). Se il flusso inspiratorio si riduce quasi del 50%, la pressione resistiva (= flusso x Resistenza dell'apparato respiratorio) si riduce molto di più, visto che la relazione tra le due è esponenziale (vedi figura a fianco). Quindi se si riduce la pressione resistiva, si riduce anche la pressione di picco, della quale la pressione resistiva è una componente (vedi post del 24/06/2011).

Così facendo abbiamo però ridotto la pressione di picco, ma aumentato la pressione di plateau, cioè quella parte di pressione delle vie aeree che si scarica sui polmoni. Infatti ricordiamo che la pressione di plateau è la somma di pressione elastica e PEEP totale, come possiamo vedere nella figura qui sotto:

La pressione elastica è data dal volume corrente per l'elastanza. Immaginando che l'elastanza non si sia modificata, l'aumento del volume corrente del 50 % (da 400 a 600 ml effettivi) avrà determinato un aumento della pressione elastica del 50%.

La PEEP totale (somma di PEEP + PEEP intrinseca) è poi molto probabile che sia aumentata, visto che abbiamo ridotto drasticamente il tempo espiratorio (da 2.9 a 1.7 secondi) e contemporaneamente aumentato il volume corrente.

Quindi il risultato del cambio del I:E non ha certamente migliorato la protezione dei polmoni, pur avendo dato l'illusione di farlo. Anzi potrebbe averli esposti a qualche rischio in più.

Una possibile soluzione alternativa.

Prima di tutto, ripensiamo all'impostazione della ventilazione. La signora, ancorchè obesa, era di bassa statura. Il volume corrente andrebbe deciso sulla base del peso ideale e non di quello effettivo (vedi post del 18/12/2011). Se fai due calcoli, il peso ideale della signora sarebbe circa 45 kg (!). Forse un volume corrente di 350-400 ml (circa 8 ml/kg) poteva essere già sufficiente, provvedendo evidentemente ad associare una buona PEEP (nei gravi obesi si potrebbe iniziare con 10 cmH₂O, emodinamica permettendo), con una frequenza respiratoria sufficiente ad avere una dignitosa eliminazione della CO₂ (per quanto possa essere contronatura quando facciamo gli anestesisti, ricordiamo che un po' di ipercapnia acuta non fa male, anzi potrebbe fare bene).

Secondariamente diamo un'occhiata alla pressioni di plateau (quella che arriva nei polmoni), trascurando la pressione di picco. Nei ventilatori da anestesia spesso non possiamo fare la manovra di occlusione di fine inspirazione. E' però un'ottima abitudine inserire una breve pausa di fine inspirazione nell'impostazione della ventilazione a volume controllato. Avremo il monitoraggio continuo di una pressione di plateau che sarà forse di un paio di cmH₂O più alta della pressione di plateau misurata a 3 secondi, ma che consiglio di utilizzare come come soglia da non superare durante la ventilazione: si avvicina alla pressione alveolare delle unità polmonari a bassa costante di tempo (presto dedicherò un post alla costante di tempo, qui non ho lo spazio di approfondire l'argomento). Se la pressione di plateau "va bene" (è cioè inferiore a 30 cmH₂O, per dare retta all'opinione comune), non farei nulla anche in presenza di elevate pressioni di picco e non avrei alcun problema ad aumentare il limite della pressione massima delle vie aeree se necessario.

In casi come quello descritto in questo post, se necessario sarei propenso ad accettare anche una pressione di plateau un po' superiore a 30 cmH₂O se non ci fossero di segni di rilevante iperinflazione dinamica. Ci possiamo aspettare che una obesa in Trendelenburg con pneumoperitoneo possa avere pressioni addominali e pleuriche elevate. Quindi la pressione transpolmonare e lo stress dovrebbero essere comunque normali anche con pressione di plateau un po' più alta di quanto normalmente raccomandate (vedi post del 24/06/2011).

Conclusioni.

Possiamo concludere che, in tutte le condizioni in cui facciamo ventilazione meccanica controllata, dovremmo:

1) stabilire un volume corrente appropriato rispetto al peso ideale (per le corporature standard massimo 500 ml nei maschi e 400 ml nelle femmine);

2) regolare la frequenza respiratoria per mantenere una PaCO₂ "ragionevole" (anche 50 mmHg potrebbero andare benissimo);

3) favorire l'espirazione, quindi utilizzando I:E non troppi alti (misurando se possibile la PEEP intrinseca);

4) monitorare la pressione di plateau (anche su plateau molto brevi) e stare tranquilli se questa è inferiore a 30 cmH₂O. Se in queste condizioni la pressione di picco è alta, non lasciamoci influenzare, alziamo il limite di pressione massima delle vie aeree;

5) nei pazienti con "molta pancia" (obesi, gravide, pneumoperitoneo, posizione di Trendelenburg) se necessario accettiamo una pressione di plateau anche superiore a 30 cmH₂O, a patto che il volume corrente sia ragionevolmente basso e non vi sia una rilevante autoPEEP.

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

 

 

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La PEEP nella ARDS: tabelline o compliance?

La scelta della PEEP (Positive End-Expiratory Pressure) nella ARDS (Acute Respiratory Distress Syndrome) è stabilmente, da decenni, uno degli argomenti "caldi" quando si parla di ventilazione meccanica.

Oggi voleve condividere qualche riflessione sulla scelta della PEEP nei pazienti con ARDS.

Negli anni, si sono fatti strada, tra gli altri, due differenti approcci:
1) la scelta della PEEP guidata dalla PaO₂;
2) la scelta della PEEP guidata dalla compliance dell'apparato respiratorio.

La PEEP con  la PaO₂ come obiettivo.

La scelta della PEEP guidata dalla PaO₂ è quella che vedo fare più spesso nella pratica clinica. Ed è, di fatto, quella che è utilizzata anche nei grandi trial sulla ARDS, standardiazzata in tabelline come quella riprodotta a fianco (1). L'utilizzo di questa tabellina è semplice: l'obiettivo è ottenere una PaO₂ tra 55 e 80 mmHg, per fare questo si utilizza un'accoppiata predefinita di F_IO₂ e PEEP come riportata nella tabellina. Se la PaO₂ diventa superiore a 80 mmHg, si scala verso accoppiate F_IO₂/PEEP più basse, se la PaO2 diventa minore di 55 mmHg si va progressivamente verso livelli di F_IO₂/PEEP più alti. Un compito da bambino di terza elementare...

Che fondamento scientifico ha l'utilizzo di questa tabellina? Nessuno. E' una scelta arbitraria, senza alcun razionale fisiopatologico nè alcuna evidenza che ne supporti l'efficacia. Penso quindi possa avere lo stesso valore della scelta empirica di PEEP e dellaF_IO₂che viene spesso fatta.

LA PEEP con la compliance come obiettivo.

Alcuni studi fondamentali sulla ventilazione protetiva hanno confrontato l'effetto della PEEP scelta sulla PaO₂ oppure sul punto di flesso inferiore della curva di compliance (cioè la relazione statica pressione-volume) dell'apparato respiratorio,  (più avanti mi spiego meglio e vedrai che è una cosa in realtà semplicissima) (2-4). Valutando complessivamente l'effetto della ventilazione protettiva (basso volume corrente + PEEP sopra il punto di flesso) rispetto alla ventilazione "convenzionale" (alto volume corrente + PEEP sull'ossigenazione), i tre studi messi insieme hanno ottenuto una riduzione assoluta della mortalità del 25%. Un risultato molto migliore rispetto alla riduzione del 9% ottenuta con la sola riduzione del volume corrente a parità di PEEP scelta con la tabellina (1). Quindi un pesante indizio che una scelta della PEEP guardando la compliance è più efficace rispetto alla scelta della PEEP guardando alla PaO₂.

Lo scorso mese è stato pubblicato uno studio che mette a confronto (a parità di volume corrente) le due strategie di scelta della PEEP (5): tabellina F_IO₂/PEEP o la ricerca della miglior (cioè più elevata) compliance. I risultati sono molto interessanti: scegliere la PEEP cercando la miglior compliance riduce la durata delle disfunzioni d'organo e si associa ad una riduzione della mortalità del 18% (quest'ultimo dato non raggiunge la significatività statistica perchè nello studio sono stati arruolati solo 70 pazienti).

Dobbiamo essere consapevoli che possiamo tranquillamente considerare la stessa cosa scegliere la PEEP sul punto di flesso inferiore e scegliere la PEEP per avere la compliance più elevata. Su questo argomento ci sarebbero moltissime considerazioni fisiopatologiche da fare, ma per necessità di brevità le lascio alle risposte ad eventuali commenti.

Se è vero che due indizi fanno una prova, mi sembra di poter concludere che, allo stato attuale delle conoscenze, sia poco prudente utilizzare la PaO₂ come criterio di valutazione della PEEP nella ARDS. Al contrario la prudenza vorrebbe, sia per il razionale fisiopatologico che per le evidenze cliniche,  che la PEEP fosse scelta valutando la compliance dell'apparato respiratorio.

La procedura più semplice per scegliere la PEEP con la miglior compliance.

Esistono molti approcci per cercare la PEEP che si associa alla miglior compliance dell'apparato respiratorio o che sia sopra il punto di flesso inferiore della curva di compliance. A mio parere il metodo utilizzato nello studio della Pintado (5), vecchio di almeno 35 anni (6), è il più semplice di tutti, lo consiglio a tutti coloro che non hanno una particolare familiarità con la meccanica respiratoria e vogliono contemporaneamente iniziare a scegliere una PEEP intelligente ed utile al paziente con ARDS. Personalmente preferisco altri approcci, ma per iniziare questo va benissimo. Eccolo in breve.

La compliance (C) è il rapporto tra la variazione (d) di volume (V) e la variazione di pressione (P):  C = dV/dP. Tradotto in maniera semplice nel nostro apparato respiratorio, è il rapporto tra il volume corrente e la pressione elastica (cioè la differenza di pressione tra la pausa di fine inspirazione e la pausa di fine espirazione) (per una descrizione del modo corretto di misurarla vedi il post dell' 11/04/2011).

In altre parole, la compliance aumenta (cioè l'apparato respiratorio diventa più facilmente distensibile) quando, a parità di volume corrente, si rileva una minore pressione elastica (o driving pressure). Quindi quello che dobbiamo fare è, a volume corrente costante, provare diverse PEEP e scegliere quella che determina la minor pressione elastica.

Facciamo un esempio. Se ho una paziente con ARDS il cui peso ideale è 55 kg, sceglierò inizialmente un volume corrente di circa 350 ml (cioè 6 ml/kg di peso ideale). A questo punto inizio a ventilarla con 5 cmH₂O di PEEP e (con paziente passiva alla ventilazione) misuro la pressione di plateau (con l'occlusione di fine inspirazione, Pplat nella figura qui sotto) e la PEEP totale (con l'occlusione di fine espirazione, auto-PEEP nella figura qui sotto).




Ipotizziamo di avere una pressione di plateau di 23 cmH₂O ed una PEEP totale di 6 cmH₂O: la pressione elastica è 17 cmH₂O (=23-6). Questo significa che 23 cmH₂O sono necessari per ottenere il volume corrente di 350 ml. A questo punto aumento la PEEP a 7 cmH₂O e rilevo 24 e 8 cmH₂O di pressione di plateau e PEEP totale = 16 cmH₂O di pressione elastica. Aumentando di 2 cmH₂O alla volta la PEEP, vedo che la pressione elastica diventa 15 cmH₂O a 9 di PEEP, 13 cmH₂O a 11 di PEEP, 11 cmH₂O a 13 di PEEP, 11 cmH₂O a 15 di PEEP, 12 cmH₂O a 17 di PEEP, 14 cmH₂O a 19 di PEEP. A 13 e 15 cmH₂O di PEEP ho la minor pressione elastica, quindi questi valori di PEEP si associano alla miglior compliance: la PEEP è scelta! Personalmente sceglierei 15 cmH₂O (2 cmH₂O al di sopra della minor PEEP che ottimizza la compliance) se non avessi pressioni di plateau elevate o altri segni di stress o problemi emodinamici. Nello studio della Pintado veniva scelta invece quella con la minor pressione di plateau(5): ragionevole anche questo criterio di scelta.

Esistono talora pazienti in cui la compliance non si modifica a diverse PEEP: in questi casi (non frequentissimi) direi di farci guidare dalla protezione dallo stress e dall'ossigenazione.

Anche se non sei un esperto di meccanica respiratoria. prova ad utilizzare questo metodo nel prossimo paziente con ARDS: vedrai che riuscirai a trovare la best PEEP in 10 minuti con qualsiasi ventilatore. Se poi ci prendi gusto, si aprirà un mondo meraviglioso dinnanzi a te...

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia:

1) ARDS Network. Ventilation with lower tidal volumes as compared with traditional for acute lung injury and the acute respiratory distress sindrome. N Engl J Med 2000, 342:1301-8

2) Amato MB et al. Effect of a protective-ventilation strategy on mortality in the Acute Respiratory Distress Syndrome. N Engl J Med 1998; 338:347-54

3) Ranieri VM et al. Effect of mechanical ventilation on inflammatory mediators in patients with acute respiratory distress syndrome: a randomized controlled trial. JAMA 1999; 282:54-61

4) Villar J at al. A high positive end-expiratory pressure, low tidal volume ventilatory strategy improves outcome in persistent acute respiratory distress syndrome: A randomized, controlled trial. Crit Care Med 2006; 34:1311-8

5) Pintado MC et al. Individualized PEEP setting in subjects with ARDS: A randomized controlled pilot study. Respir Care 2013 ;58:1416-23

6) Suter PM et al. Effect of tidal volume and positive end-expiratory pressure on compliance during mechanical ventilation. Chest 1978; 73:158-62

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