Flow Index: uno strumento unico per ottimizzare il supporto inspiratorio

Durante la ventilazione meccanica il supporto inspiratorio dovrebbe essere modulato per mantenere un'ottimale attività dei muscoli inspiratori.

L’attività dei muscoli respiratori può misurata come la pressione da essi sviluppata durante l’inspirazione (Pressure-time product, PTP, vedi anche post del 30/10/2016)(figura 1), che è la somma di: a) la pressione generata dai muscoli respiratori per espandere i polmoni, espressa dalla riduzione della pressione esofagea durante l’inspirazione (PTP_L, area tratteggiata obliqua); b) la pressione necessaria per espandere la gabbia toracica (PTP_CW, area punteggiata) che è calcolata in ciascun istante dell’inspirazione come il prodotto tra l’elastanza della gabbia toracica (calcolabile dalla presisone esofagea) e volume inspirato .

Figura 1

Il supporto inspiratorio ha l'unica funzione di supportare l'attività dei muscoli respiratori, che è misurata dalla pressione esofagea. Detto questo, sembrerebbe ovvio che la pressione più importante da misurare nei pazienti ventilati dovrebbe essere la pressione esofagea… Nella pratica clinica la pressione esofagea è misurata raramente e l’appropriatezza del supporto inspiratorio è decisa principalmente valutando frequenza respiratoria e volume corrente ed eventualmente indicatori indiretti dell'attività dei muscoli respiratori, come ad esempio P_0.1 (post del 27/06/2021), PMI (post del 08/05/2016), dP_occ (1) e Flow Index, argomento di questo post.

Il Flow Index.

Il Flow Index è un numero adimensionale che descrive la forma della curva di flusso inspiratorio dal suo picco fino al momento del ciclaggio (2). Se questa porzione di flusso ha una concavità verso l’alto, il Flow Index assume un valore < 1 (tanto minore quanto più evidente è la concavità verso l’alto), se decresce linearmente il Flow Index è 1, il Flow Index è > 1 se invece il flusso presenta una concavità verso il basso (Flow Index tanto maggiore quanto più è marcata la concavità verso il basso) (figura 2). 

Figura 2

Il Flow Index nasce dalla consapevolezza che durante la ventilazione pressometrica il flusso inspiratorio è decrescente se il paziente è passivo, mentre la riduzione della pressione alveolare per effetto dell'attività dei muscoli respiratori produce una concavità verso il basso.

Un’immagine vale più di tante parole: in figura 3  vediamo come cambia il profilo del flusso con l’aumento del livello del supporto di pressione (PS).

Figura 3

Con PS 20 il paziente, dopo l'attivazione del trigger inspiratorio, diventa passivo per tutta l’inspirazione ed il flusso è decrescente. Man mano che si riduce il supporto inspiratorio (progredendo da destra a sinistra nella figura 3), l’attività inspiratoria diventa progressivamente più intensa e parallelamente la curva di flusso assume una morfologia con una concavità verso il basso sempre più accentuata. Ne consegue che di pari passo con l’aumento dell’attività dei muscoli respiratori il Flow Index diventa sempre più alto.

Questo concetto è tutt’altro che una novità per chi ha partecipato ai nostri corsi di ventilazione o segue ventilab: la valutazione dell’attività dei muscoli respiratori dalla valutazione della curva di flusso veniva già proposta nel nostro primo corso di ventilazione meccanica del 2007, è stata l’argomento di uno dei primi post che ho scritto su ventilab (quello del 25/03/2010) ed è una parte importante del metodo RESPIRE (in particolare della sua lettera “I”), presentato nella sua prima versione nel post del 20/08/2017. 

Il Flow Index ha semplicemente trasformato la valutazione soggettiva e qualitativa della curva di flusso in una misurazione oggettiva quantitativa. Gli studi sul Flow Index (2-4) hanno consentito di dimostrare due cose importanti:

1. la morfologia del flusso inspiratorio in ventilazione pressometrica è efficace per valutare in modo non-invasivo e continuo l’attività dei muscoli respiratori. Prima del Flow Index esisteva solamente il razionale teorico di questo approccio (che era già molto), ora a questo si è aggiunta anche la dimostrazione sperimentale;

2. la valutazione di frequenza respiratoria e volume corrente per avere un’idea dello sforzo inspiratorio non può sostituire l'informazione data dal Flow Index, ma tutt'al più deve integrare il Flow Index. Infatti la robusta associazione tra Flow Index e sforzo inspiratorio si conferma anche quando la relazione è “aggiustata" per il volume corrente e la frequenza respiratoria.

Come si calcola il Flow Index

Una breve nota tecnica. Il Flow Index esamina la parte di flusso successiva al picco e precedente il ciclaggio (figura 4) e su questa parte applica la stessa equazione utilizzata sulla pressione delle vie aeree per calcolare lo stress index: $$flusso = a + b \cdot tempo^c $$

Il parametro c, l’esponente del tempo, è il Flow Index. Di seguito due esempi.

Figura 4

Al momento il Flow Index è calcolabile solamente con una procedura di analisi matematica dei dati di flusso, ma in futuro potrebbe facilmente essere calcolato automaticamente dai ventilatori meccanici se ovviamente si aggiungeranno altre validazioni agli studi già esistenti che ne confermano la capacità di identificare i pazienti sovra- o sotto-assistiti (3,4). Nel frattempo rimane assolutamente spendibile nella pratica clinica l’analisi qualitativa della curva di flusso, che porta alla facile identificazione “a occhio” dei pazienti con elevata o ridotta attività inspiratoria, cioè con o senza concavità verso il basso nella curva di flusso.

La peculiarità del Flow Index rispetto alle altre stime dell’attività dei muscoli respiratori.

Come abbiamo accennato, oltre al Flow Index esistono anche altri indicatori dell’attività dei muscoli inspiratori. C'è però una differenza importante tra il Flow Index e gli altri indici di attività dei muscoli respiratori. 

P_0.1, PMI e dP_occ sono influenzati sia dall’attività inspiratoria pre-trigger che da quella post-trigger, mentre il Flow Index solo dall’attività inspiratoria post-trigger. L’implicazione clinica di questa differenza è fondamentale, cerchiamo di capire il perchè. 

Nella figura 5 è riproposto il PTP che abbiamo visto in figura 1 in una forma leggermente più complessa. 

Figura 5

L'attività inspiratoria inizia sulla linea "A" (come si può notare dall'inizio della riduzione della pressione esofagea), ma il flusso inspiratorio inizia solo sulla linea "C". La parte di PTP precedente la linea "C" è attività inspiratoria pre-trigger, dovuta al carico soglia sia all'autoPEEP (PTPpeepi) che all'attivazione del trigger (PTPtr). La porzione di PTP oltre la linea "C" (PTPpost) è attività inspiratoria post-trigger, ed è l'unica che si verifica esclusivamente dopo l'inizio del supporto inspiratorio (cioè l'aumento della pressione delle vie aeree, Paw) ed è simultanea al porzione di flusso analizzata dal Flow Index. 

Quindi il Flow Index è sensibile solo quella parte di sforzo inspiratorio che si origina durante il supporto inspiratorio. In altre parole, il Flow Index è un indice specifico dell'attività inspiratoria post-trigger e tra i parametri ventilatori è influenzato dall'unico che agisce post-trigger, cioè il supporto inspiratorio. 

Al contrario,  P_0.1, PMI e dP_occ sono modificati sia dallo sforzo pre- che post-trigger e quindi su di loro hanno un impatto sia le impostazioni del ventilatore che agiscono pre-trigger (trigger inspiratorio e PEEP in relazione all'autoPEEP) che quella post-trigger (supporto inspiratorio).

L'implicazione clinica è che in un paziente con segni e sintomi di eccessiva attività dei muscoli respiratori, un Flow Index > 1 (flusso con concavità verso il basso) suggerisce in prima istanza di aumentare il supporto inspiratorio. Al contrario un Flow Index ≤ 1 (flusso che decresce linearmente o con concavità verso l'alto) dovrebbe indicare che lo sforzo post-trigger è già ridotto e che quindi dovrebbe essere più efficace ridurre lo sforzo pre-trigger modificando la PEEP o il trigger oppure riducendo l'autoPEEP con la terapia broncodilatatrice e/o la posizione seduta e/o la terapia diuretica. Vediamo in figura 6 un esempio di un paziente con queste caratteristiche:

Figura 6

L’attività dei muscoli respiratori inizia in corrispondenza della linea verticale tratteggiata bianca ed il flusso inizia sulla linea tratteggiata verticale rossa. Tutto il calo della pressione esofagea (Pes) si consuma tra queste due linee. Dopo l'inizio del flusso la pressione esofagea non cala ulteriormente, segno di una attività dei muscoli inspiratori minima o nulla in questa fase. 

Una grave debolezza dei muscoli respiratori (rilevabile da una MIP molto bassa, vedi post 28/06/2013) è forse l'unica eccezione a questo approccio: in questo caso l'attività inspiratoria post-trigger è bassa a qualsiasi livello di supporto inspiratorio, perchè i muscoli respiratori non riescono a generare una pressione più elevata. In questa condizione il volume corrente dipende unicamente dal supporto inspiratorio ed è l'unica condizione clinica in cui, a paziente attivo, il supporto di pressione debba essere regolato in prima istanza per ottenere il volume corrente dediderato.

Conclusioni

Una breve sintesi dei punti principale del post di oggi:

- la variazione inspiratoria della pressione esofagea è il vero obiettivo del supporto inspiratorio. Ne consegue che la pressione esofagea dovrebbe essere misurata nei pazienti inventilazione assistita, perlomeno in quelli con weaning prolungato;

- il Flow Index è un numero che misura la concavità del flusso inspiratorio ed è una stima indiretta dell’attività post-trigger dei muscoli respiratori;

- un Flow index <= 1 (flusso inspiratorio con concavità verso l’alto o con decadimento lineare) indica una passività dei muscoli respiratori durante il supporto inspiratorio (post-trigger);

- un flow index > 1 (concavità verso il basso) indica attività inspiratoria durante il supporto inspiratorio (post-trigger): tanto maggiore è il Flow Index (cioè la concavità verso il basso del flusso), tanto maggiore l'attività inspiratoria;

- nei pazienti con segni di eccessiva attività inspiratoria è opportuno incrementare il supporto di pressione se Flow Index > 1 (concavità verso il basso), mentre è meglio ottimizzare PEEP e trigger o ridurre l'autoPEEP se Flow Index <= 1 (concavità verso l'alto o decadimento lineare). Questo approccio potrebbe non essere appropriato nei pazienti con bassa MIP.

Un sorriso e buona Pasqua a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia

1. Bertoni M, Telias I, Urner M, et al.: A novel non-invasive method to detect excessively high respiratory effort and dynamic transpulmonary driving pressure during mechanical ventilation. Crit Care 2019; 23:346
2. Albani F, Pisani L, Ciabatti G, et al.: Flow Index: a novel, non-invasive, continuous, quantitative method to evaluate patient inspiratory effort during pressure support ventilation. Crit Care 2021; 25:196
3. Albani F, Fusina F, Ciabatti G, et al.: Flow Index accurately identifies breaths with low or high inspiratory effort during pressure support ventilation. Crit Care 2021; 25:427
4. Miao M-Y, Chen W, Zhou Y-M, et al.: Validation of the flow index to detect low inspiratory effort during pressure support ventilation. Ann Intensive Care 2022; 12:89

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Il lavoro respiratorio

La ventilazione meccanica ha due componenti pressorie principali: la PEEP ed il supporto inspiratorio (figura 1).

Figura 1

La PEEP ha una funzione statica che contribuisce a definire il volume minimo dell’apparato respiratorio, che viene raggiunto alla fine dell’espirazione. Il supporto inspiratorio è la pressione applicata sopra la PEEP e contribuisce alla genesi del volume corrente. Il supporto inspiratorio è alla base del lavoro respiratorio del ventilatore, un dato di scarsissimo interesse clinico. Infatti siamo solitamente interessati al lavoro respiratorio dei muscoli respiratori.

Vediamo l’esempio in figura 2.

Figura 2

A sinistra vediamo un soggetto che respira senza supporto inspiratorio (la linea tratteggiata bianca, che identifica la pressione inspiratoria, è allo stesso livello della PEEP), a destra invece lo stesso soggetto con 8 cmH₂O di supporto inspiratorio (la linea tratteggiata bianca è più alta di 8 cmH₂O rispetto alla PEEP). Notiamo che il volume corrente raggiunto nei due casi è costante (linea tratteggiata rossa sulla terza traccia). Non abbiamo difficoltà a capire che nello stesso paziente il lavoro respiratorio sia costante tra un respiro e l’altro se resta costante il volume corrente. Nelle due condizioni della figura 2 possiamo quindi ritenere che il lavoro respiratorio totale sia rimasto costante nelle due condizioni: a sinistra tutto il lavoro respiratorio è “occulto” ed è a carico del paziente; a destra vediamo anche il lavoro respiratorio del ventilatore (la pressione che si alza in inspirazione) e nulla sappiamo del lavoro respiratorio residuo rimasto a carico del paziente. Il lavoro respiratorio del paziente, invisibile al monitoraggio di base, è rilevabile solo con il monitoraggio della pressione esofagea, che stima la pressione sviluppata dai muscoli inspiratori. In altre parole, la pressione delle vie aeree nei soggetti in ventilazione assistita rappresente la punta dell’iceberg, la quota di pressione che emerge dal livello del mare (cioè dal livello di PEEP). Ma sotto questo livello possono esistere pressioni negative intrapleuriche talora nettamente superiori a quella positiva nelle vie aeree.

A titolo di esempio, guardiamo la figura 3.

Figura 3

Nella traccia superiore è rappresentato l’aumento della pressione delle vie aeree nella fase inspiratoria (attività del ventilatore), la secondra traccia è la concomitante caduta di pressione esofagea (attività del paziente), la terza il volume progressivamente inspirato.

Lavoro respiratorio e Pressure-Time Product.

Veniamo ora al lavoro respiratorio (Work of Breathing, WoB). Fino ad ora ne abbiamo parlato in termini vaghi, utilizzando questo termine per quantificare genericamente lo sforzo inspiratorio del paziente. In realtà il lavoro dal punto di vista fisico esprime un concetto ben preciso. Ricordiamo forse tutti che in fisica

L = F · s              (1)

cioè il lavoro L è il prodotto della forza F per lo spostamento s. Quindi esiste lavoro quando l’applicazione di una forza produce un movimento. Questo in un sistema lineare. Possiamo scrivere l’equazione del lavoro anche in questo modo:

L = F/cm² · (s·cm²)       (2)

Abbiamo diviso la forza per una superficie (cm²) e moltiplicato lo spostamento per una superficie: semplificando i cm², si può tornare facilmete all’equazione 1. E’ però utile questo semplice passaggio per capire cosa è il lavoro respiratorio. Infatti la forza applicata su una superficie (F/cm²) altro non è che una pressione P, ed il prodotto di un’area per una lunghezza (s.cm²) altro non è che un volume V:

L = P · V        (3)

Quindi il lavoro respiratorio è anche definito dal volume generato dall’applicazione di una pressione e la sua unità di misura è il joule (0.1 joule equivale a 1 litro per cmH₂O). Lasciamo stare a questo punto matematica ed integrali, e passiamo ad una più intuitiva visualizzazione grafica del lavoro respiratorio.

Graficamente il lavoro respiratorio può essere espresso dal grafico pressione esofagea-volume (figura 4).

Figura 4

Il punto di inizio di questo grafico (punto A) è identificato da pressione e volume di fine espirazione. Nella figura 4 la pressione di fine espirazione è -5 cmH₂O ed il volume coincide con la capacità funzionale residua (FRC). L’inspirazione procede con la progressiva riduzione della pressione pleurica (esofagea), ed ogni sua riduzione si associa ad un aumento del volume, relazione descritta dalla curva rossa che arriva al punto B, che conclude l’inspirazione.

L’area compresa entro la linea rossa povrebbe rappresentare il lavoro respiratorio, descrivendo le variazioni di volume derivate dalla variazione di pressione. Il mio parere assolutamente personale è che in effetti questa area possa da sola sufficientemente rappresentare il lavoro respiratorio. Ma la fisiologia ci complica un po’ la vita, e ci dice che il lavoro respiratorio totale in realtà deve comprendere anche l’area compresa tra la variazione di volume e la relazione statica pressione volume della gabbia toracica (linea verde tratteggiata). Non entro ora nel merito del significato del contributo della compliance della gabbia toracica sul lavoro respiratorio: se qualcuno sarà interessato, ne potremo discutere nei commenti al post. Il lavoro respiratorio viene normalmente espresso in lavoro per litro di ventilazione (WoB/L) o per minuto di ventilazione (WoB/min o Power of Breathing, PoB). Queste indicizzazioni però sono discutibili perché non consentono di confrontare il lavoro respiratorio ottenuto a diversi livelli di volume corrente (1,2). Per questi motivi trovo siano del tutto privi di razionale eventuali valori “normali” di lavoro respiratorio.

Il Pressure-Time Product (PTP) è una valida alternativa al lavoro respiratorio per quantificare l’attività dei muscoli inspiratori. Il Pressure-Time Product (si chiama così anche in italiano) è l’area identificata dalla deflessione inspiratoria della pressione esofagea nel tempo (figura 5):

Figura 5

tanto maggiore e tanto prolungata è la riduzione inspiratoria della pressione esofagea, tanto maggiore il Pressure-Time Product. Nella figura 5 il PTP è identificato dall’area tratteggiata obliqua, che inizia dela punto A (inizio inspirazione) e termina al punto B (fine inspirazione). Questo, a mio parere, potrebbe bastare, ma anche in questo caso, come nel lavoro respiratorio, si aggiunge una ulteriore area (quella con i puntini) che è delimitata in alto dalla pressione elastica della gabbia toracica (anche qui approfondiremo se sarà chiesto nei commenti). Il Pressure-Time Product si calcola per minuto di ventilazione, quindi si devono sommare tutti i PTP di un minuto per avere il suo valore. L’unità di misura sono quindi i cmH₂O.s^-1.min.

Utilizzo clinico di pressione esofagea, lavoro respiratorio e Pressure-Time Product.

La valutazione della pressione esofagea dovrebbe essere un elemento fondamentale durante la ventilazione assistita, soprattutto durante la ventilazione a pressione di supporto. Infatti scegliamo il supporto inspiratorio proprio per ridurre l’attività dei muscoli inspiratori. L’entità dell’attività dei muscoli respiratori è misurata con la riduzione che essi generano della pressione esofagea. Senza valutare la pressione esofagea non possiamo sapere di quanto stiamo “scaricando” di lavoro i muscoli inspiratori. Questa misurazione è probabilmente irrilivante nei soggetti che offrono poche problematiche ventilatorie, ma può diventare decisiva nei pazienti più complessi. Ricordiamo il concetto della punta dell’iceberg: la pressione applicata dal ventilatore (quella che vediamo sul monitoraggio pressorio del ventilatore) è solo la parte visibile della pressione che genera flusso e volume inspiratori; l’altra parte, quella sommersa, è invisibile al comune monitoraggio e dovrebbe costituire il criterio principale su cui dosare l’entità del supporto inspiratorio.

E’ sufficiente misurare la deflessione inspiratoria della pressione esofagea per quantificare questa attività oppure abbiamo bisogno di calcoli più complessi, come lavoro respiratorio o Pressure-Time Product?

Ritengo che, nella pratica clinica, lavoro respiratorio o PTP non aggiungano nulla all’informazione che ci offre la semplice rilevazione del calo inspiratorio della pressione esofagea (unita alla valutazione qualitativa della curva della pressione esofagea-tempo). Anzi, probabilmente esistono delle distorsioni matematiche possono complicare l’utilizzo di lavoro respiratorio e PTP (1-3).

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Possiamo ora riassumere i punti salienti del post:

– l’attività dei muscoli respiratori (il loro “lavoro”) diventa visibile solo con la rilevazione della pressione esofagea;

– il livello di attività dei muscoli inspiratori può essere stimato dalla semplice misurazione della riduzione inspiratoria della pressione esofagea, dal lavoro respiratorio (area compresa tra pressione esofagea e volume) o dal Pressure-Time Product (area delimitata dalla variazione inspiratoria della pressione esofagea nel tempo);

– a livello clinico, la semplice misurazione della deflessione inspiratoria della pressione esofagea può essere preferibile agli altri indici più complessi.

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

 

Bibliografia.

1. Natalini G et al. Analysis of the work of breathing-tidal volume relationship in a vitro model and clinical implications. J Clin Monit Comput 1999;15:119-23
2. Natalini G et al. Effect of tidal volume and respiratory rate on the power of breathing calculation Acta Anaesthesiol Scand 2005; 49: 643-8
3. Natalini G et al. Effect of breathing pattern on the pressure-time product calculation. Acta Anaesthesiol Scand 2004; 48: 642-7

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PMI (Pressure musc,index): come stimare facilmente l'attività dei muscoli respiratori in ventilazione assistita.

Oggi propongo con vero piacere il contributo offerto a ventilab da un caro amico, Gianni Ciabatti di Firenze. Gianni reintepreta in chiave originale il PMI (Pressure musc,index), cioè la differenza tra la pressione di plateau e la pressione applicata dal ventilatore in ventilazione assistita. Il PMI nasce come stima non-invasiva dello sforzo inspiratorio a fine inspirazione: a mio parere Gianni presenta una semplificazione concettuale del PMI, che ci consentirà di utilizzarlo facilmente nella pratica clinica.

Ed ora leggiamoci il post.

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Quando iniziamo a ventilare un paziente in modalità Pressure Support Ventilation (PSV), ci troviamo ad impostare sul ventilatore una pressione di fine espirazione (PEEP) ed una pressione di supporto (PS); la pressione delle vie aeree (Paw) indica la pressione totale erogata dal ventilatore, che a fine inspirazione dovrebbe coincidere con la somma di PSV e PEEP.

In PSV il paziente può contribuire alla generazione del volume corrente utilizzando la propria muscolatura respiratoria mentre il ventilatore applica il livello di PS impostato. Definiamo Pmus la riduzione della pressione pleurica generata dai muscoli respiratori durante l’inspirazione. In altri termini, mentre il ventilatore “spinge” l’aria nei polmoni, i muscoli del paziente la “tirano dentro”.

Possiamo ora capire che in PSV la pressione generata per vincere il carico soglia (cioè la PEEP intrinseca, PEEPi), resistivo (pressione resistiva, Pres) ed elastico (pressione elastica, Pel), è prodotta in parte dal ventilatore ed in parte dal paziente. Possiamo sintetizzare tutti questi concetti nell’equazione di moto dell’apparato respiratorio (vedi post del 24/06/2011):

Paw + Pmus = PEEP + PEEPi + Pres + Pel

Per semplificare le cose, considereremo la PEEP intrinseca uguale 0. Come abbiamo già visto, la pressione delle vie aeree è, durante l’inspirazione, la somma di PSV e PEEP. NON abbiamo però idea della Pmus, cioè la pressione sviluppata dai muscoli respiratori.

La riduzione inspiratoria della pressione pleurica è stimata con la misurazione della pressione esofagea. La domanda che possiamo farci adesso è: “Senza sondino esofageo, possiamo stimare la pressione generata dalla muscolatura del paziente?”.…Probabilmente si….

Sui nostri ventilatori eseguendo una occlusione delle vie aeree alla fine della inspirazione, possiamo osservare una pressione di plateau (Pplat), anche quando il paziente è in ventilazione assistita.

In condizioni statiche (cioè in assenza di flusso), questa pressione a fine inspirazione corrisponde alla somma della PEEP applicata, e della pressione necessaria per immettere il volume corrente nell’apparato respiratorio (pressione elastica), di cui una quota è apportata dal ventilatore(PS) e una dal paziente(Pmus):

Pplat = PEEP + PS + Pmus

La differenza di pressione tra il plateau durante l’occlusione di fine inspirazione e la pressione applicata dal ventilatore (PEEP+PS), ci può fornire una stima (approssimata per difetto, vedi sotto) della pressione sviluppata dal paziente (Pmus), definita anche PMI (Pressure musc,index) (1):

PMI = Pplat – (PS + PEEP)

Nelle figure 1 e 2 possiamo vedere un paziente in PSV con impostati 5 cmH₂O di PEEP e 7 cmH₂O di PS. Durante l’occlusione di fine inspirazione, se il paziente in questa fase rilascia la muscolatura respiratoria, si può osservare un plateau di pressione. Nel caso presentato si vede un chiaro plateau di pressione di 16 cmH₂O. Sappiamo che la differenza tra pressione di plateau e PEEP (totale) è la pressione elastica, che corrisponde alla pressione necessaria per immettere i 600 ml di volume corrente nell’apparato respiratorio.

Pel = Pplat – PEEP = 16 cmH₂O – 5 cmH₂O = 11 cmH₂O

Vediamo che degli 11 cmH₂O che servono per accogliere i 600 ml di volume corrente, il ventilatore ne eroga solo 7 cmH₂O (PS), gli altri 4 cmH₂O sono quindi stati generati dal paziente.

Questa differenza di pressione, 4 cmH₂O, può quindi essere presa come una stima della pressione generata dalla muscolatura del paziente. Adesso capiamo probabilmente meglio il significato del PMI, che nel nostro esempio è:

PMI= Pplat – (PS + Peep) = 16 cmH₂O – ( 5 cmH₂O + 7 cmH₂O ) = 4 cmH₂O

In quest’altro paziente (Fig. 3) le pressioni impostate sono: PEEP 5 cmH₂O, PS 10 cmH₂O, ed eseguendo una pausa di fine inspirazione misuriamo 13 cmH₂O di pressione di plateau.

 

Abbiamo un livello di pressione di plateau inferiore alla somma di PEEP + PS. La nostra pressione di plateau può essere più bassa della somma (PEEP + PS) quando la pressione sviluppata dal paziente (Pmus) è inferiore alla pressione resistiva a fine inspirazione. Come abbiamo imparato nel paziente passivo, il calo di pressione dopo l’occlusione di fine inspirazione è determinato dalla perdita della pressione resistiva (vedi post del 5/12/2011). La pressione resistiva è proporzionale al flusso, quindi nelle ventilazioni pressometriche (che hanno un flusso inspiratorio discendente) essa a fine inspirazione assume valori solitamente bassi. Pertanto è nei pazienti passivi (o quasi) che riusciremo a ottenere una pressione di plateau più bassa del picco, proprio perché la Pmus è inferiore alla pressione resistiva, ed il PMI sarà negativo. Nel paziente in figura 4:

PMI = Pplat – (PS + PEEP) = 13 cmH₂O – (10 cmH₂O + 5 cmH₂O) = -2 cmH₂O

A questo punto può essere interessante una riflessione. Ricordiamoci che il vero obiettivo quando impostiamo una pressione di supporto dovrebbe essere quello di trasferire lavoro dal paziente al ventilatore. Spesso si vede nella pratica clinica (e si legge nella letteratura scientifica) che il livello di pressione di supporto è regolato sul raggiungimento di un volume corrente target, generalmente tra i 6-8 ml/kg (di peso ideale). Quanto era il volume corrente/kg nei due casi che abbiamo presentato nel post?

Il primo (Fig. 1 e 2) è un paziente maschio di 190 cm di altezza (84 kg di peso ideale), che con 7 cmH₂O di pressione di supporto sviluppa 590 ml di volume corrente:

590 ml / 85 kg = 7 ml/kg

In questo paziente, osservando il ventilatore (PMI e curva di flusso) possiamo dire che con questo livello di PS abbiamo il trasferimento di una parte del lavoro respiratorio al ventilatore, con il paziente che è comunque molto attivo.

La seconda paziente (Fig. 3 e 4) è una donna alta 167 cm (58 kg di peso ideale), la quale con 10 cmH₂O di pressione di supporto genera un volume corrente espiratorio di 415 ml:

415 ml / 59 kg = 7 ml/kg

In questa paziente, osservando la curva di flusso ed il PMI generato, possiamo ragionevolmente pensare ad un trasferimento quasi completo del lavoro respiratorio al ventilatore.

In sintesi, nei nostri due pazienti abbiamo impostato un livello di PS che in entrambi i casi raggiunge il target di volume corrente di 7 ml/kg peso ideale, ma con risultati molto diversi: il raggiungimento di un volume corrente target non ci dice nulla sulla ripartizione del lavoro respiratorio tra paziente e ventilatore.

Conclusioni:

• Ventilando i pazienti in PSV (come in qualunque altra modalità di ventilazione), la pressione delle vie aeree che vediamo sul ventilatore corrisponde alla pressione erogata dal ventilatore stesso, ma non ci dice nulla sullo sforzo inspiratorio fatto dal paziente.

• Eseguendo una pausa di fine inspirazione si può osservare una pressione di plateau: sottraendo ad essa PEEP e pressione di supporto inspiratoria, otteniamo una stima (per difetto) di una parte della pressione generata dai muscoli respiratori;

• Impostare una pressione di supporto avendo un obiettivo di volume corrente (in ml/kg di peso ideale) non fornisce indicazioni sulla quota di lavoro respiratorio che resta a carico del paziente. In pressione di supporto questo può apparire paradossale, se consideriamo che il principale obiettivo di questa modalità di ventilazione è proprio la riduzione del lavoro respiratorio del paziente.

• Durante la ventilazione in pressione di supporto (come nelle altre modalità di ventilazione), il livello di pressione alveolare a fine inspirazione (quello rilevato durante il plateau) può essere superiore alla pressione applicata dal ventilatore: potrebbero pertanto esserci pazienti a rischio di VILI nonostante rassicuranti valori di pressione delle vie aeree.

Bibliografia.

1) Foti G et al. End-inspiratory airway occlusion: a method to assess the pressure developed by inspiratory muscles in patients with acute lung injury undergoing pressure support. Am J Respir Crit Care Med 1997;156:1210–1216.

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Grazie Gianni!

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Weaning dalla ventilazione meccanica e BPCO: che fine ha fatto Maria?

Riprendiamo il caso di Maria, descritto nel post del 10 giugno. In sintesi, Maria ha 77 anni, una BPCO riacutizzata, è tracheotomizzata e sembra dipendente dalla ventilazione assistita. Ogni trial di respiro spontaneo è caratterizzato da respiro rapido e superficiale e dispnea. Tutto questo mentre le condizioni generali sembrano molto buone.

Nel post del 23 giugno abbiamo abbozzato gli elementi chiave, da un punto di vista fisiopatologico, nello svezzamento dalla ventilazione meccanica. Ecco come li abbiamo utilizzati nel caso reale di Maria. Per prima cosa abbiamo misurato il carico soglia imposto dalla PEEP intrinseca. Durante una breve fase di respiro spontaneo abbiamo occluso le vie aeree di Maria alla fine della espirazione. Nella pratica impostato una CPAP 0 cmH2O con il trigger a flusso "ipersensibile" ed abbiamo occluso le vie aeree alla fine dell'espirazione con l'apposito tasto del ventilatore meccanico. Abbiamo mantenuto l'occlusione per 3-4 tentativi di inspirazione con le valvole chiuse. Abbiamo spiegato a Maria di non preoccuparsi e di comportarsi normalmente se ogni tanto il respiro le sarebbe sembrato strano ed un po' più difficoltoso. Quindi abbiamo salvato la curva pressione-tempo sul ventilatore meccanico e con il cursore abbiamo misurato la pressione nelle vie aeree durante l'occlusione tra i vari tentativi di inspirazione. Gli amici che hanno partecipato al Corso di Ventilazione Meccanica sanno bene come eseguire la manovra e valutare la qualità delle fasi di pseudorilasciamento. Per gli altri l'invito a partecipare al Corso o a seguire www.ventilab.it perchè probabilmente in futuro tratteremo nel dettaglio questa manovra. Abbiamo alla fine misurato una PEEP intrinseca di 3 cmH2O. Poco. Sicuramente il carico soglia non era il problema di Maria. Dovevamo capire di più.

A questo punto abbiamo posizionato un palloncino esofageo per misurare le variazioni di pressione pleurica durante la respirazione. La riduzione inspiratoria della pressione pleurica stima la somma dei carichi elastico, resistivo e soglia. Abbiamo visto che mediamente Maria riduceva la pressione esofagea di 9-10 cmH2O ad ogni inspirazione. Un valore accettabile per molti pazienti. Quindi abbiamo ipotizzato che non essendoci un problema di carico, la dipendenza dalla ventilazione fosse dovuta ad una riduzione della forza muscolare.

Abbiamo quindi misurato la riduzione della pressione esofagea chiedendo a Maria di fare il massimo sforzo inspiratorio per lei possibile mentre le occludevamo le vie aeree. Questo valore prende il nome di maximum inspiratory pressure (MIP). La MIP era 54 cmH2O. Buona. La forza di Maria sembra più che sufficiente per essere svezzata.

E allora? Allora Maria DOVEVA riuscire a respirare da sola. Abbiamo accettato quindi il suo respiro rapido e superficiale. Abbiamo approfondito il problema della dispnea, ed abbiamo scoperto (c......i a non averlo chiesto prima!!!) che lei fa sempre fatica a respirare, anche quando se ne sta tranquilla a casa propria. Quindi abbiamo tollerato anche la dispnea. In due giorni Maria era completamente libera dalla ventilazione artificiale e dopo pochi giorni è stata trasferita in un centro riabilitativo.

Dispnea e rapporto frequenza respiratoria/volume corrente: due elementi chiave della valutazione dello svezzamento ci stavano portando fuori strada.  Potevamo risolvere il caso anche senza misurare la pressione esofagea? Con il senno del poi, certamente! Ma nel caso specifico ha risparmiato a noi ed alla paziente un prolungamento inutile dello svezzamento dalla ventilazione meccanica.

A mio parere, nel weaning prolungato è spesso opportuno misurare la pressione esofagea, come gli amici del corso di Ventilazione Meccanica hanno ben imparato.

Un caro saluto a tutti.

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BPCO e svezzamento: elementi di fisiopatologia e meccanica respiratoria.

Riparliamo della signora Maria e della riacutizzazione della BPCO descritta nel post del 10 giugno.

Ricapitoliamo: ci ritroviamo una paziente che ad ogni tentativo di sospensione della ventilazione meccanica ha dispnea e respiro rapido e superficiale. Tutto il resto va bene: buona funzione cardiovascolare, nessun segno di infezione, normale alimentazione per os, nessun disturbo cognitivo e comportamentale, nemmeno un elettrolita fuori posto.

A questo punto abbiamo avanzato due ipotesi: o la paziente ha una forza dei muscoli respiratori molto ridotta o il lavoro che deve svolgere per respirare è molto alto. Anzi, ci facciamo l’idea che le due condizioni coesistano.

Il carico di lavoro che Maria deve svolgere per respirare è attribuibile a tre diverse componenti: carico elastico, carico resistivo e carico soglia.

La componente elastica del lavoro respiratorio può essere ricondotta alla pressione richiesta per aumentare il volume dell’apparato respiratorio durante l’inspirazione. Maria si porta con se la diagnosi di fibrosi polmonare…forse potrebbe avere un carico elastico un po’ più elevato del normale.

La pressione che serve per fare scorrere l’aria nelle vie aeree quantifica il carico resistivo. Maria è una donna con BPCO, possiamo pensare alle vie aeree distali con diametro ridotto da edema e secrezioni…dovrebbe avere un carico resistivo più elevato del normale.

Ed ultimo, ma non meno importante, il carico soglia. Maria ha una ostruzione al flusso espiratorio, requisito indispensabile per guadagnarsi la diagnosi di BPCO. E’ quindi probabile che abbia la necessità di aumentare il volume polmonare di fine espirazione per poter avere sufficiente energia elastica per espirare il volume corrente. Questo meccanismo genera PEEP intriseca. E la PEEP intriseca è il carico soglia. Questo significa che l’aria inizierà ad entrare negli alveoli solo dopo che l’espansione dell’apparato respiratorio (determinata dall’attivazione dei muscoli inspiratori, quindi un lavoro) avrà abbassato la pressione negli alveoli al valore della pressione atmosferica (o della PEEP esterna). Ad esempio 5 cmH₂O di PEEP intriseca necessitano di 5 cmH₂O di riduzione della pressione pleurica prima che possa iniziare l’inspirazione. E solo a questo punto iniziano ad entrare in gioco carico elastico e carico resistivo. Ricorda che, mentre stai leggendo queste righe, probabilmente ti sono sufficienti 3-4 cmH₂O di depressione pleurica per ogni inspirazione. Maria potrebbe avere bisogno di fare uno sforzo 2 o 3 volte superiore al tuo solo per poter iniziare ad inspirare: e poi probabilmente farà anche più fatica di te per fare passare l’aria nelle vie aeree (carico resistivo) e distendere l’apparato respiratorio (carico elastico).

E’ evidente che avremmo molte difficoltà a svezzare Maria dalla ventilazione meccanica se un elevato lavoro respiratorio fosse associato ad una marcata riduzione della forza dei muscoli respiratori, come si osserva in pazienti BPCO o durante il ricovero in Terapia Intensiva.

Ora il nostro obiettivo è trasformare queste speculazioni teoriche in misurazioni che abbiano un valore clinico e ci orientino verso il miglior approccio per lo svezzamento di Maria dalla ventilazione meccanica.

Al prossimo appuntamento vedremo tutto questo applicato alla nostra paziente e quelle che sono state le implicazioni.

PS: invito tutti a rileggere il commento di Francesco al post del 10 giugno. Insieme a quello che ho scritto oggi, può aiutare a capire meglio quanto vedremo la prossima volta.

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