Rapporto PaO2/FIO2: mito o realtà?

Il rapporto PaO₂/FIO₂ è normalmente utilizzato per definire la gravità di una malattia del parenchima polmonare, che come sappiamo genera ipossiemia. Nel caso della ARDS il rapporto PaO₂/FIO₂ è l’unica variabile che ne classifica la gravità. Il rapporto PaO₂/FIO₂ è indica la gravità della disfunzione respiratoria anche nel SOFA (Sequential Organ Failure Assessment), lo score di gravità delle disfunzioni d’organo più diffuso ed ora utilizzato anche per fare la diagnosi di sepsi. Nella pratica clinica il PaO₂/FIO₂ viene normalmente utilizzato per confrontare PaO₂ ottenute con FIO₂ differenti e per valutare l’evoluzione di una malattia polmonare o la sua risposta al trattamento.

L’uso del PaO₂/FIO₂ nella valutazione della gravità delle malattie polmonari si basa sul pressupposto che esso si modifichi al variare dello shunt, cioè della perfusione di aree polmonari non ventilate: nelle zone con addensamenti polmonari (quindi con ventilazione assente o molto ridotta), il sangue nei capillari polmonari continua a fluire senza però ossigenarsi, si crea shunt e la sua entità è stimata con la riduzione del PaO₂/FIO₂. Da notare che non vi sono basi fisiopatologiche nè dati clinici che supportino questo impiego del PaO₂/FIO₂. Vediamo ora alcuni casi che ci possono far riflettere.

Osserviamo l’evoluzione radiologica di una malattia parenchimale polmonare:

Figura 1

La radiografia A è quella basale, nella radiografia B, eseguita alcuni giorni dopo, si notano infiltrati parenchimali bilaterali. Il rapporto PaO₂/FIO₂ si riduce drasticamente dalla condizione A alla B. Tutto in linea con l’atteso.

Guardiamo ora 2 radiografie di un paziente ricoverato nella nostra Terapia Intensiva, eseguite a 48 ore di distanza l’una dall’altra:

Figura 2

Come ci aspettiamo sia la variazione del PaO₂/FIO₂?

Quando il paziente ha fatto la radiografia A della figura 2, era intubato ed aveva 73 mmHg di PaO₂ con FIO₂ 1, quindi un rapporto PaO₂/FIO₂ di 73 mmHg. Quando è stata eseguita la radiografia B, la PaO2 era 68 mmHg con respirazione spontanea in ambiente (FIO₂ 0.21), quindi un rapporto PaO₂/FIO₂ di 324 mmHg. (vedi nota alla fine del post)

Come possiamo spiegare tutto questo? Nella condizione della figura 2A, il paziente aveva appena avuto una embolia polmonare. L’embolia polmonare è una malattia che colpisce esclusivamente il versante circolatorio dei polmoni, lasciando intatti gli spazi aerei del parenchima polmonare: in altre parole, il polmone è sano, solo la sua circolazione è alterata. Questo è talmente vero che un’improvvisa ipossiemia grave con normali reperti polmonari ci può far venire il sospetto proprio di un embolismo polmonare. Ma perchè l’embolia polmonare dà ipossiemia se il parenchima polmonare è sano? Nelle aree interessate dell’evento embolico si riduce la perfusione (per effetto dell’ostruzione determinata dall’embolo) mantenedosi una ventilazione normale (parenchima sano). Quindi il rapporto ventilazione/perfusione aumenta, condizione che dovrebbe determinare un aumento dell’ossigenazione secondo la fisiologia classica (area rossa nella figura 3).

Figura 3

L’ipossiemia infatti non si genera nelle aree ostruite dall’embolo, ma nelle restanti parti del polmone (figura 4). In queste infatti viene dirottato quasi tutto il sangue che il ventricolo destro riesce a pompare, generando un aumento della perfusione a parità di ventilazione, che non è modificata dall’embolismo. Quindi il rapporto ventilazione/perfusione si riduce, condizione che genera ipossiemia (area azzurra nella figura 3). Questa è una delle cause (anche se non l’unica) dell’ipossiemia nell’embolia polmonare.

Figura 4

In questo caso il rapporto PaO₂/FIO₂ si riduce nonostante il polmone sia sano… dimostrando di non essere una dimensione appropriata per descrivere la gravità una malattia del parenchima polmonare.

L’esempio dell’embolia polmonare ci fa capire quanto sia importante l’aspetto “perfusione” nella genesi dell’ipossiema (e quindi della riduzione del rapporto PaO₂/FIO₂). Siamo spesso portati a pensare all’ipossiemia come conseguenza delle sole alterazioni della “ventilazione”, dimenticando che il rapporto ventilazione/perfusione ha un numeratore ed un denominatore e che entrambi contribuiscono allo stesso modo alle variazioni del PaO₂/FIO₂. Questo è particolarmente vero in presenza di piccole zone di shunt, presenti nei pazienti in ventilazione meccanica anche con polmoni sani. Proviamo a pensare, ad esempio, a cosa potrebbe succedere durante una condizione di alta portata cardiaca: potrebbe esserci una riduzione del PaO₂/FIO₂ per effetto della riduzione del rapporto ventilazione/perfusione. In questa condizione l’applicazione di una PEEP potrebbe migliorare il PaO₂/FIO₂ sia aumentando il numeratore del rapporto ventilazione/perfusione (per “ventilazione” dobbiamo intendere infatti il volume delle aree ventilate, vedi il post del 21/10/2012), sia riducendo il denominatore, cioè la portata cardiaca.

Vediamo ora cosa succede al PaO₂/FIO₂ quando ci aspettiamo che resti costante, cioè quando il rapporto ventilazione/perfusione è costante. Immaginiamo quindi un soggetto con uno shunt del 20%. Questo significa che c’è una riduzione del rapporto ventilazione/perfusione che corrisponde al passaggio del 20% della portata cardiaca in zone del polmone non ventilate. Immaginiamo di ventilare questo soggetto con FIO2 0.5. Cosa accade al PaO₂/FIO₂ quando si modifica la differenza tra il contenuto di O₂ nel sangue arterioso ed il contenuto di O₂ nel sangue venoso misto (AVDO₂)? Ricordiamo che la AVDO2 aumenta quando si riduce la portata cardiaca o l’emoglobina (cioè il trasporto di ossigeno) oppure aumenta il consumo di ossigeno; la AVDO₂ invece si riduce nelle situazioni opposte. Uno studio recentissimo (1) ci mostra che in questo ipotetico soggetto, il PaO₂/FIO₂ è tutt’altro che costante, variando tra circa 140 e 400 mmHg al variare della AVDO₂ tra 1.5 e 6 ml O₂/dL (figura 5, frecce tratteggiate):

Figura 5

Da notare che nell’embolia polmonare dell’esempio precedente, si riduce la portata cardiaca ed aumenta quindi la AVDO₂: questo è un altro fattore extrapolmonare che contribuisce quindi all’ipossiemia ed alla riduzione del PaO₂/FIO₂.

Nella figura 5 vediamo anche un’altra importante caratteristica del PaO₂/FIO₂: a parità di tutti gli altri fattori (inclusa la AVDO₂), varia al variare della FIO₂. Seguiamo, ad esempio, la linea verde, che corrisponde alla variazione del PaO₂/FIO₂ al variare della FIO₂ quando AVDO₂ è costante a 3.5 mL O₂/dL. Il PaO₂/FIO₂ ha un minimo di circa 210 mmHg a FIO₂ 0.5 ed un massimo a circa 390 mmHg a FIO₂ 1.

Possiamo facilmente riassumere tutto quello che abbiamo finora detto in pochi punti:

1. non esistono nè un razionale fisiologico nè dati sperimentali per utilizzare il PaO₂/FIO₂ come misura di malattia o disfunzione polmonare;
2. il PaO₂/FIO₂ è modificato da molti fattori extrapolmonari (cioè non inerenti al parenchima polmonare):
   1. dalle alterazioni della quantità e della distribuzione della perfusione polmonare;
   2. dalle variazioni di trasporto e consumo di ossigeno (cioè della AVDO₂);
   3. dalle variazioni di FIO₂.

In altre parole, il PaO₂/FIO₂ si può modificare sia quando il polmone è ammalato sia quando è sano. Perchè allora si usa il PaO₂/FIO₂ nella pratica clinica per valutare la gravità di malattia e disfunzione polmonare? La spiegazione è una sola: perchè è facile da calcolare, dimenticandone però tutti i limiti. Ormai, purtroppo, la medicina si sta riducendo sempre di più alla semplificazione ed alla banalizzazione, facendo perdere di vista ai medici la complessità che caratterizza la fisiologia e la malattia. Questa è la strada che molti ci vogliono far percorrere, ma se vogliamo possiamo continuare a cercare di capire ed approfondire piuttosto che rassegnarci alla superficialità degli slogan (magari presentati sotto forma di linee guida).

Dobbiamo smettere di usare il PaO₂/FIO₂ nella nostra pratica clinica? Penso proprio di no, io lo utilizzo quotidianamente. Dobbiamo solo conoscerlo bene, per sapere quando credergli e quando invece non farci ingannare.

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia.

1. Feiner JR et al. Evaluating pulmonary function: an assessment of PaO2/FIO2. Crit Care Med 2017; 45:e40-e48

Nota: La FIO₂ non si esprime in percentuale, è infatti la concentrazione frazionale, come indica proprio la lettera “F” di FIO₂. FIO₂ significa quindi: “frazione inspiratoria di ossigeno” ed è un numero che può teoricamente variare da 0 a 1. FIO₂ 0.21 è quella dell’aria atmosferica, 1 della respirazione con ossigeno puro. Non ha importanza se su alcuni ventilatori meccanici ed alcune cartelle cliniche elettroniche la FIO₂ ha come unità di misura il %: sono sbagliati! Così come la lettera “I” dovrebbe essere maiuscola (ancor meglio se di dimensione ridotta, perchè simbolo qualificante), come la convenzione vuole per indicare la fase inspiratoria. E’ un po’ pedestre leggere “FiO2 40%”, due errori in poche lettere… .

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AutoPEEP in anestesia: come misurare la PEEP intrinseca senza manovra di occlusione.

Recentemente, mentre ero l’anestesista della sala operatoria di neurochirurgia (l’amore per l’anestesia non finisce mai…), arriva in urgenza Ivan, un paziente con trauma cranico e toracico. Deve evacuare in emergenza un ematoma sottodurale che determina un marcato effetto massa. Il trauma toracico, da parte sua, ha causato una ARDS lieve. Bisogna quindi rispettare i fondamenti della ventilazione protettiva ed al contempo mantenere il controllo della PaCO2. Ho scelto una ventilazione a volume controllato con un volume corrente di 6-7 ml/kg di peso ideale (Ivan mi sembra alto circa 180 cm) ed ho inserito una breve pausa inspiratoria su ogni atto respiratorio. La frequenza respiratoria è stata impostata a 25/min, tenendo conto della necessità di eliminare CO2 in una sindrome (l’ARDS) con un elevato spazio morto (una successiva emogasanalisi arteriosa mostrerà infatti una PaCO2 di 35 mmHg). E’ stata poi scelta una diplomatica PEEP di 5 cmH2O, un compromesso tra ipossiema moderata, ipertensione endocranica ed ipotensione trattata con norepinefrina ed espansione volemica.

Questa il risultato al monitoraggio grafico:

Figura 1

E’ evidente chiaramente sulla traccia di flusso (quella verde in figura 1) che il flusso espiratorio viene bruscamente troncato a fine espirazione, segno di autoPEEP (o PEEP intrinseca, che dir si voglia). Ma quanti cmH2O di PEEP intrinseca ha Ivan? In Terapia Intensiva questa domanda avrebbe una facile risposta con la manovra di occlusione espiratoria delle vie aeree (vedi, ad esempio, il post del 18/10/2015). Purtroppo quasi tutti i ventilatori per anestesia non hanno (inspiegabilmente) questa possibilità, ma per fortuna possiamo farci dare la risposta da un corretto uso dei principi fondamentali della meccanica respiratoria.

Una breve premessa fisiologica. L’equazione di moto dell’apparato respiratorio ci dice che la pressione delle vie aeree è uguale alla somma della PEEP totale, della pressione elastica (Pel, prodotto di volume ed elastanza) e pressione resistiva (Pres, prodotto di flusso e resistenza) (figura 2) (vedi anche post del 24/06/2011):

Figura 2

La PEEP totale è la pressione di fine espirazione presente nell’apparato respiratorio. Essa comprende la PEEP (la pressione positiva di fine espirazione nel ventilatore) e, quando presente, la PEEP generatasi autonomamente nell’apparato respiratorio e definita come autoPEEP. Ne deriva quindi che PEEP totale = PEEP + autoPEEP.

La pressione di picco si misura quando è stato erogato tutto il volume corrente ed è ancora presente flusso: è quindi la somma di PEEP totale, pressione resistiva e pressione elastica a fine inspirazione. La pressione di plateau, che viene rilevata quando è stato erogato il volume corrente ma il flusso è cessato, è invece la somma solamente di PEEP totale e pressione elastica a fine inspirazione.

Ora immaginiamo un paziente con autoPEEP: se  si potesse azzerare istantaneamente l’autoPEEP (tra poco vedremo come fare), la pressione di picco e la pressione di plateau si ridurrebbero della stessa entità dell’autoPEEP che abbiamo eliminato. Quindi l’entità della diminuzione delle pressioni di picco e plateau è una stima della precedente autoPEEP. Può essere facile capire questo effetto anche osservando la figura 2: se si toglie il “gradino” dell’autoPEEP, tutte le pressioni sopra l’autoPEEP (cioè pressione di picco e la pressione di plateau) si abbassano dello stesso valore del “gradino” che è stato tolto. Questo è vero ovviamente se nel frattempo restano costanti volume corrente, flusso inspiratorio, elastanza e resistenze, ovvero tutti gli altri determinanti dell’equazione di moto.

Chiaro tutto questo, il gioco è fatto. Per eliminare l’autoPEEP è sufficiente allungare il tempo espiratorio (per pochi atti respiratori) fino a vedere il flusso espiratorio che tocca la linea dello zero prima dell’inizio della inspirazione successiva. Questo in pratica può essere fatto molto semplicemente riducendo drasticamente la frequenza respiratoria e mantenendo il tempo inspiratorio costante.

Ora sappiamo tutto quel che serve per misurare la PEEP intrinseca di Ivan. Di solito con una frequenza respiratoria di 10/min si elimina l’autoPEEP di quasi tutti i pazienti, quindi vediamo nella figura 3 cosa succede al passaggio da 25/min a 10/min di frequenza respiratoria:

Figura 3

Nella figura si possono vedere gli atti respiratori 1-3 registrati con la frequenza respiratoria di 25/min (come in figura 2) ed i primi tre atti successivi alla riduzione della frequenza respiratoria a 10/min (dal 4 al 6). Si vede chiaramente che il passaggio a 10/min di frequenza respiratoria elimina l’autoPEEP (espirazione completa) e le pressioni di picco (PIP) e plateau (Pplat) rilevate dal ventilatore sono ridotte entrambe di 3 cmH2O. Ne consegue che l’autoPEEP era di 3 cmH2O: ecco come l’abbiamo misurata in pochi istanti senza fare alcuna occlusione. Nella figura 3 si apprezza bene anche visivamente la differenza di pressione tra un respiro senza autoPEEP (respiro 6) ed uno con autoPEEP (respiro 1). Come di norma accade, anche in questo caso sono stati sufficienti 3 respiri per stabilizzare i valori di pressione di picco e plateau dopo l’eliminazione dell’autoPEEP. Quindi la riduzione di frequenza respiratoria è sufficiente che sia mantenuta per tempi veramente brevi, di solito poco più del tempo necessario per cambiare le impostazioni e poi ripristinarle.

A questo punto possiamo tornare a 25/min di frequenza respiratoria sapendo che con 5 cmH2O di PEEP abbiamo 8 cmH2O di PEEP totale.

Il ventilatore utilizzato con Ivan richiede l’impostazione diretta del tempo inspiratorio, che quindi viene mantenuto costante (e con esso il flusso inspiratorio) durante i cambi di frequenza respiratoria. Ovviamente questo è possibile solo perchè contemporaneamente il ventilatore ha opportunamente adeguato il rapporto I:E. Nei ventilatori che ci fanno impostare il rapporto I:E, si deve regolare anche quest’ultimo per mantenere costante il tempo inspiratorio quando si modifica la frequenza respiratoria. Vediamo ora il caso di un paziente ricoverato in Terapia Intensiva proprio con un ventilatore che di default tiene costante il rapporto I:E.

Figura 4

Anche questo paziente presenta un evidente segno di autoPEEP, cioè il flusso espiratorio troncato dall’inizio dell’inspirazione successiva (traccia verde). Utilizzando un ventilatore da Terapia Intensiva, non abbiamo difficoltà a misurare la PEEP totale con la manovra di occlusione delle vie aeree a fine espirazione, come vediamo nella figura 5.

Figura 5

Il valore di PEEP misurato durante l’occlusione (9 cmH2O, nel riquadro rosso) misura la PEEP totale, mentre la PEEP impostata è 5 cmH2O, come evidenziato nel pannello grigio. Ne consegue che la PEEP intrinseca è 4 cmH2O. Verifichiamo se funziona il metodo descritto sopra confrontandolo con la tradizionale misurazione della PEEP intrinseca.

Riduciamo la frequenza respiratoria a 10/min ed portiamo il rapporto I:E da 1:1.4 a 1:5 (se fai due conti vedrai che il tempo inspiratorio resta di 1 secondo. Se hai dei dubbi, ne possiamo discutere nei commenti). E modifichiamo la durata della pausa dal 8% al 3% del ciclo respiratorio (per avere una pausa simile, anche in questo caso possiamo discutere i dubbi nei commenti). E’ un po’ più cervellotico, vero? Questo è il motivo per cui preferisco l’impostazione diretta del tempo inspiratorio…però ce la si può fare. Vediamo il risultato di questa nuova impostazione nella figura 6:

Figura 6

Il flusso espiratorio si azzera a fine espirazione ed abbiamo quindi eliminato l’autoPEEP. Vediamo che la pressione di plateau si riduce effettivamente di 4 cmH2O (da 25 a 21 cmH2O), cioè della stessa entità dell’autoPEEP che abbiamo misurato in precedenza. La stessa cosa però non accade alla pressione di picco, che diminuisce solamente di 1 cmH2O. Perchè?

Se guardiamo bene, si è modificata la rampa, cioè la pendenza con cui cresce il flusso inspiratorio (accade nei ventilatori che la impostano come percentuale, bisognerebbe opportunamente modificare anche questo parametro, una ulteriore complicazione…) e questo ha inevitabilmente modificato il flusso inspiratorio costante nonostante il mantenimento dello stesso tempo inspiratorio. Poco male, però. Questa imprecisione ci consente di verificare che la variazione di pressione di plateau rimane una stima affidabile dell’autoPEEP anche quando si modifica il flusso inspiratorio. L’unica attenzione da prestare è che la durata della pausa di fine inspirazione rimanga sostanzialmente costante.

Tutto ciò che abbiamo visto fino ad ora, oltre a fornire un metodo alternativo semplice per la misurazione dell’autoPEEP (che in qualche caso potrebbe anche essere addirittura preferibile a quello tradizionale), penso sia stato anche un utile ripasso dell’equazione di moto, un fondamento ineludibile per la comprensione della ventilazione meccanica.

Riassumiamo i principali concetti visti oggi:

• la riduzione della frequenza respiratoria consente (solitamente) l’eliminazione quasi immediata dell’autoPEEP (spesso entro 2-3 atti respiratori);
• quando si elimina l’autoPEEP riducendo la frequenza respiratoria, l’entità della riduzione della pressione di picco è uguale all’autoPEEP precedentemente presente se è rimasto inalterato il flusso inpiratorio (cioè se non si è modificata la durata in secondi del tempo inspiratorio, della pausa e della rampa);
• la riduzione della pressione di plateau (quella ottenuta con una breve pausa inspiratoria) associata all’eliminazione della PEEP intrinseca è pari alla PEEP intrinseca precedentemente presente anche se si modifica il flusso inspiratorio (cioè la durata in secondi di tempo inspiratorio e rampa); è però raccomandabile che la durata della pausa (in secondi) rimanga grossolanamente costante.

Come sempre, un sorriso a tutti gli amici di ventilab. E, se non ci sentiamo prima, BUON NATALE!

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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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Come scegliere il livello di pressione di supporto.

La ventilazione con pressione di supporto (Pressure Support Ventilation) è una delle modalità di ventilazione assistita più frequentemente utilizzate in Europa. Il motivo del grande successo di questa modalità di ventilazione è dovuto sia alla sua efficacia che alla sua semplicità di impostazione. Tutte e due queste caratteristiche però nascondono dei tranelli. L’efficacia della ventilazione con pressione di supporto è infatti da verificare caso per caso e la semplicità di impostazione può divetare un tranello.

Spesso è suggerito di impostare il livello di pressione di supporto per ottenere un obiettivo di volume corrente (as esempio di 6-8 ml/kg di peso ideale) e di frequenza respiratoria (ad esempio < 25/min). E’ davvero sufficiente questo per impostare correttamente la pressione di supporto? (la pressione di supporto in alcuni ventilatori è denominata ΔASB, in altri ancora è la differenza tra IPAP ed EPAP)

Alcuni giorni fa avevamo in reparto un paziente il cui peso ideale era stimato in 70 kg. Abbiamo modificato il livello di pressione di supporto per scegliere quello a lui più appropriato. Con tre diversi livelli di pressione di supporto (5, 10 e 12 cmH₂O), il volume corrente rimaneva sostanzialmente costante (tra i 450 ed i 500 ml), mentre la frequenza respiratoria si riduceva lievemente con l’incremento della pressione di supporto (23/min, 21/min e 18/min). Quale livello di pressione di supporto scegliere? Gli obiettivi di volume e di frequenza respiratoria sono raggiunti con tutte e tre le impostazioni… Lasciamo la scelta al caso e/o all’istinto?

Fortunatamente abbiamo un elemento preziosissimo per scegliere accuratamente il livello di pressione di supporto: il monitoraggio grafico della ventilazione meccanica. Nella scelta del livello di pressione di supporto, ritengo che la curva più importante da valutare sia quella flusso-tempo. Nella figura 1 vediamo l’onda di flusso con 12 cmH₂O di pressione di supporto.

Figura 1

La ventilazione in pressione di supporto è una ventilazione pressometrica. Abbiamo ormai imparato che le ventilazioni pressometriche nei pazienti passivi (come ad esempio la ventilazione a pressione controllata) sono caratterizzate da un flusso inspiratorio decrescente (ad esempio vedi post del 27/11/2011). Nella figura 1 il flusso inspiratorio è indicato dalla parte di onda al di sopra dello zero. Nella parte iniziale dell’inspirazione il flusso raggiunge il picco, che successivamente decresce linearmente (linea gialla tratteggiata) fino al punto in cui il flusso inspiratorio “crolla” verso lo zero. [Questo punto coincide con il raggiungimento del trigger espiratorio, che come sappiamo è definito da una percentuale di flusso rispetto al picco iniziale. In questo caso abbiamo un picco di flusso di circa 50 L/min ed il trigger espiratorio si attiva a circa 15 L/min: possiamo quindi supporre che il trigger espiratorio sia stato impostato a circa il 33% (cioè 50 L/min / 15 L/min ∙ 100).] Il flusso non è mai superiore alla linea ideale che congiunge il picco di flusso al flusso-trigger espiratorio: è una condizione simile a quella della pressione controllata con paziente passivo (trascuriamo il fatto che in questa condizione il flusso decreace esponenzialmente e non linearmente). Possiamo quindi dedurre che il paziente, dopo l’attivazione del trigger, è sostanzialmente passivo.

Nella figura 2 vediamo la curva di flusso con 10 cmH₂O di pressione di supporto.

Figura 2

Rispetto al condizione precedente, la riduzione di pressione di supporto è minima. Frequenza respiratoria e volume corrente sono simili a quanto abbiamo ottenuto con 12 cmH₂O. Ma la morfologia del flusso inspiratorio si modifica in maniera sostanziale: una parte del flusso inspiratorio si mantiene al di sopra della linea ideale che congiunge il picco di flusso al flusso-trigger espiratorio. Un aspetto diverso da quello delle ventilazioni pressometriche a paziente passivo. Questa informazione è utile per indicare che i muscoli inspiratori continuano a “lavorare” anche dopo l’attivazione del trigger.

La figura 3 mostra la curva di flusso con 5 cmH₂O di pressione di supporto.

Figura 3

A questo punto possiamo facilmente vedere come il flusso sia marcatamente aumentato rispetto alla linea ideale di decadimento passivo. E concludere che il soggetto in questo caso mette in gioco una rilevante attivazione dei muscoli inspiratori. Come si può vedere nella figura 3, è molto difficile (o impossibile) identificare il flusso a cui si attiva il trigger espiratorio quando il paziente è molto attivo ed il flusso inspiratorio diventa sinusoidale. Possiamo sfruttare questa condizione a nostro vantaggio: il paziente “lavora molto” se non si riconosce sulla onda di flusso il punto in cui si attiva il trigger espiratorio.

Rivediamo nella figura 4, messe insieme, le curve che abbiamo analizzato finora. A questo punto penso che un colpo d’occhio sia sufficiente per capire il differente livello di attività dei muscoli inspiratori nelle tre impostazioni della pressione di supporto. Uno sguardo a questo punto vale più di mille parole.

Figura 4

Ora la domanda è spontanea: quale livello di pressione di supporto scegliere? Questo dipende dagli obiettivi clinici che abbiamo nel momento in cui dobbiamo decidere. Se il nostro obiettivo è quello di far riposare un paziente affaticato (ad esempio dopo il fallimento di un trial di respiro spontaneo), meglio scegliere di mettere a riposo per un po’ di tempo i muscoli inspiratori. Viceversa, se il paziente non presenta dispnea o altri segni clinici che rendano opportuno il riposo, meglio scegliere un livello di pressione di supporto che assicuri una significativa attivazione dei muscoli inspiratori durante l’inspirazione. E magari procedere rapidamente al weaning…

Nel paziente che ho presentato, è stato scelta una pressione di supporto di 10 cmH₂O, poiché con livelli più bassi lamentava dispnea. Abbiamo però evitato i 12 cmH₂O, perche con questo livello tendeva ad essere inutilmente passivo durante la ventilazione assistita: 2 cmH₂O sono un’inezia, ma in qualche caso potrebbero fare la differenza per accelerare il weaning…

In conclusione, riassumiamo brevemente i punti salienti del post di oggi:

1) durante pressione di supporto, la valutazione di frequenza respiratoria e volume corrente è insufficiente per una scelta appropriata dell’assistenza inspirtoria;

2) una semplice analisi della curva di flusso può aiutarci nella scelta: tanto meno il flusso è decrescente, tanto più attivo è il paziente;

3) si deve ricercare una bassa attività del paziente se l’obiettivo clinico è il riposo (quindi se si rilevano segni o sintomi di “fatica”), mentre in tutti gli altri casi è opportuno mantenere una significativa attività muscolare (fino al punto in cui può essere tollerata).

 

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

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Costante di tempo e ventilazione a pressione controllata (2).

Dopo aver delineato alcuni concetti teorici sulla costante di tempo dell’apparato respiratorio (vedi post del 30/06/2016), iniziamo a considerare una prima implicazione pratica.

Consideriamo due soggetti, Mario e Pippo, con una moderata ipertensione intracranica secondaria ad un trauma cranico. Mario e Pippo sono accomunati anche dalla sfortuna di avere avuto una ARDS secondaria ad aspirazione polmonare prima dell’intubazione. La differenza è che Mario non ha malattie polmonari croniche, mentre Pippo ha una broncopneumopatia cronica ostruttiva associata ad un enfisema polmonare. In termini di costante di tempo, Mario ha una costante di tempo breve (ha la bassa compliance e resistenze dell’apparato respiratorio lievemente aumentate, profilo tipico della ARDS), mentre Pippo ha una costante di tempo lunga (compliance più elevata di Mario per l’enfisema e resistenze marcatamente aumentate rispetto al normale).

Entrambi hanno la stessa impostazione della ventilazione meccanica: una pressione controllata di 17 cmH₂O (sopra PEEP), PEEP di 10 cmH₂O, frequenza respiratoria di 20/min e rapporto I:E di 1:1 (cioè l’inspirazione ha una durata pari all’espirazione).

Nella figura 1 vediamo le immagini di 10 secondi di monitoraggio grafico dei due pazienti. Dopo aver letto il post precedente, riconosciamo subito che il monitoraggio a sinistra è di Mario (il flusso, la traccia rossa, si riduce rapidamente fino ad azzerarrsi, quindi la costante di tempo è “breve”), mentre quello di destra è di Pippo (il flusso si riduce lentamente e non si azzera mai, quindi costante di tempo “lunga”).

Figura 1

Sia Mario che Pippo ottengono lo stesso volume corrente di circa 420 ml e quindi una identica ventilazione minuto di 8.4 litri. Ed entrambi sono ugualmente ipercapnici (PaCO₂ 55 mmHg). In considerazione della moderata ipertensione intracranica, si rende opportuno aumentare la ventilazione minuto per ridurre la PaCO₂. Avendo i pazienti una ARDS, si preferisce aumentare la frequenza respiratoria piuttosto che il volume corrente. Pertanto in entrambi i casi la frequenza respiratoria è aumentata da 20/min a 30/min. Ci aspettiamo la stessa riduzione di PaCO₂? Ovviamente no, per “colpa” della costante di tempo: con questa identica modificazione della ventilazione, la PaCO₂ di Mario si riduce a 38 mmHg, mentre quella di Pippo a 51 mmHg.

L’aumento della frequenza respiratoria riduce sia in Mario che in Pippo la durata del ciclo respiratorio, da 3 a 2 secondi. (La durata del ciclo respiratorio si calcola semplicemente suddividendo i 60 secondi di cui è composto un minuto per la frequenza respiratoria, cioè il numero di atti respiratori in 1 minuto). Essendo il rapporto I:E=1:1, sia il tempo inspiratorio che quello espiratorio si riducono quindi da 1,5 secondi a 1 secondo.

Nella figura 2 possiamo valutare come cambiano le curve del monitoraggio grafico di Mario, quello con la costante di tempo “breve”: a sinistra il monitoraggio con 20/min di frequenza respiratoria, a destra con la frequenza respiratoria aumentata a 30/min

Figura 2

Osserviamo la traccia rossa del flusso. La riduzione del tempo inspiratorio (conseguente all’aumento della frequenza respiratoria) non impedisce che il flusso raggiunga lo zero a fine inspirazione (immagine a destra). Rispetto alla condizione con 20/min di frequenza respiratoria (immagine a sinistra) si è eliminata una fase in cui il flusso si manteneva sempre a zero (area evidenziata). Il flusso va visto come la velocità con cui il volume di gas entra nei polmoni: dal momento in cui questa velocità diventa zero, non vi è ovviamente più alcuna variazione di volume dell’apparato respiratorio. Quindi con l’aumento di frequenza respiratoria è rimasto costante il volume corrente, pertanto la ventilazione minuto è passata da 8.4 a 12.6 litri/min e la PaCO₂ si è ridotta efficacemente da 55 a 38 mmHg.

Vediamo ora nella figura 3 il caso di Pippo, quello con la costante di tempo “lunga”. A sinistra il moniraggio con 20/min di frequenza respiratoria, a destra la frequenza aumentata a 30/min.

Figura 3

L’aumento della frequenza respiratoria e la consensuale riduzione del tempo inspiratorio determinano la riduzione del volume corrente perché eliminano una fase dell’inspirazione in cui è ancora presente flusso, quindi passaggio di gas nei polmoni (area evidenziata).

Un secondo meccanismo contribuisce a ridurre il volume corrente: l’aumento dell’autoPEEP. Come il tempo inspiratorio, anche il tempo espiratorio si riduce. Pippo già con la frequenza respiratoria di 20/min aveva segni di espirazione interrotta precocemente (il flusso espiratorio non arriva allo zero all’inizio dell’inspirazione successiva) ed aveva una PEEP intrinseca di 3 cmH₂O. Avendo una PEEP di 10 cmH₂O, la sua PEEP totale (la somma di PEEP e autoPEEP) è quindi di 13 cmH₂O. Ricordiamo che la PEEP totale è la pressione presente nell’apparato respiratorio all’inizio dell’inspirazione. La pressione che genera flusso (e volume) ad inizio inspirazione è la differenza tra la pressione nel ventilatore e quella nell’apparato respiratorio ad inizio inspirazione. Quando Pippo ha 20/min di frequenza respiratoria, questa pressione è di 14 cmH₂O: 27 cmH₂O è la pressione applicata dal ventilatore durante la fase inspiratoria (la somma di pressione controllata e PEEP) a cui si devono sottrarre i 13 cmH₂O di PEEP totale. In altre parole 14 cmH₂O spingono l’aria nei polmoni di Pippo ad inizio inspirazione. Quando la frequenza respiratoria aumenta a 30/min, la riduzione del tempo espiratorio determina una più precoce interruzione del flusso a fine espirazione (freccia nera tratteggiata) e quindi un aumento dell’autoPEEP, che nel nostro esempio diventa di 5 cmH₂O, con una conseguente PEEP totale di 15 cmH₂O. In questa condizione la differenza di pressione che genera il flusso diventa 12 cmH₂O (27 cmH₂O di pressione applicata dal ventilatore meno 15 cmH₂O di PEEP totale) invece dei 14 cmH₂O che avevamo calcolato con la frequenza respiratoria di 20/min: meno differenza di pressione, meno flusso, meno volume corrente.

Per l’effetto combinato di interruzione del flusso inspiratorio ed aumento della PEEP intrinseca, l’aumento della frequenza respiratoria da 20/min a 30/min si associa in Pippo ad una riduzione del volume corrente da 420 a 300 ml. In questo modo la ventilazione minuto aumenta molto poco, da 8.4 l/min a 9 l/min (ricordiamo che Mario aveva invece aumentato la ventilazione minuto a 12,6 l/min). Questo piccolo aumento della ventilazione è la causa della minima riduzione della PaCO₂ di Pippo.

Cosa dobbiamo fare per risolvere il problema di Pippo ed abbassare la PaCO₂ della stessa entità di quella di Mario? Dobbiamo inevitabilmente aumentare la pressione inspiratoria per ripristinare il volume corrente al valore iniziale. Nel nostro esempio dobbiamo arrivare a 22 cmH₂O di pressione controllata sopra PEEP per tornare al volume corrente di 420 ml e quindi conseguire in Pippo lo stesso aumento di ventilazione (e quindi la stessa riduzione di PaCO₂) di Mario (figura 4).

Figura 4

In questo post abbiamo discusso solo una delle molte implicazioni della costante di tempo nella pratica clinica. Per oggi mi sembra che basti. In futuro, riprenderemo l’argomento per riflettere su altri importanti ed interessanti fenomeni condizionati dalle costanti di tempo.

Proviamo a sintetizzare i punti salienti del post di oggi:

1. la presenza o meno di una fase di zero flusso a fine inspirazione in ventilazione pressometrica controllata dipende dalla costante di tempo;
2. in ventilazione a pressione controllata, se non si azzerano il flusso a fine inspirazione e/o a fine espirazione, le variazioni di frequenza respiratoria (e/o del rapporto I:E) possono determinare variazioni imprevedibili del volume corrente anche se si mantiene una pressione di insufflazione costante;
3. quando si osserva una variazione indesiderata del volume corrente, questa può essere corretta modificando la pressione controllata impostata.

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

 

PS: monitoraggio e valori di flusso, pressione, volume, autoPEEP e PaCO₂ nelle varie condizioni analizzate nel post sono stati ottenuti utilizzando un modello matematico.

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Costante di tempo dell'apparato respiratorio

Il concetto di costante di tempo è affascinate ed ostico al tempo stesso. Come è nello stile di ventilab, cercheremo di rendere la costante di tempo facilmente accessibile e pratica, senza per questo toglierle nulla del suo fascino. Per fare questo, iniziamo prima a capire cosa si intende per costante di tempo dell’apparato respiratorio, quindi come utilizzare questo concetto durante la ventilazione meccanica. (Ho specificato che parleremo della costante di tempo dell’apparato respiratorio, perchè la costante di tempo non è esclusiva dell’apparato respiratorio ma è una caratteristica comune a tutti i processi con una cinetica esponenziale)

La costante di tempo descrive il tempo necessario e sufficiente per ottenere il 63% della variazione di volume dell’apparato respiratorio quando gli si applica una pressione di insufflazione costante o quando si ha una espirazione passiva. L’unità di misura della costante di tempo sono i secondi.

Figura 1

Facciamo un esempio per comprendere meglio cosa significa e quali sono i fattori che governano la costante di tempo (figura 1). Immaginiamo di avere un soggetto che ha terminato l’espirazione ed ha raggiunto la capacità funzionale residua. In quel momento nei suoi alveoli c’è una pressione pari a quella atmosferica, cioè 0 cmH₂O. Applichiamo ora una pressione positiva continua all’apertura delle vie aeree, ad esempio di 20 cmH₂O. La differenza di pressione tra ventilatore ed alveoli genera un flusso di gas, che va dal ventilatore (dove la pressione è più alta) agli alveoli (dove la pressione è più bassa). In questo modo i polmoni si riempiono di gas, aumentano il proprio volume ed inevitabilmente aumenta anche la pressione al loro interno. L’aumento di volume e pressione polmonare termina quando la pressione alveolare diventa uguale a quella applicata alle vie aeree, che nel nostro esempio corrisponde a 20 cmH₂O. Di che entità deve essere l’aumento del volume polmonare per fare aumentare la pressione da 0 a 20 cmH₂O? Ammettiamo che il soggetto in questione abbia una compliance di 100 ml/cmH₂O. Questo significa che il volume polmonare aumenterà di 100 ml per ogni incremento di pressione di 1 cmH₂O. A questo punto il calcolo è semplice: dopo l’applicazione di 20 cmH₂O, il volume polmonare sarà aumentato di 20 volte la compliance, cioè di 2000 ml. Poichè la costante di tempo è il tempo necessario e sufficiente a far aumentare il volume dell’apparato respiratorio del 63% rispetto alla variazione finale, nel nostro esempio coincide con il tempo necessario per aumentare il volume dell’apparato respiratorio di 1260 ml.

Il tempo per raggiungere questa variazione di volume dipende dalla velocità con la quale il volume di gas si muove verso i polmoni, cioè dal flusso inspiratorio. Poichè il flusso dipende dalla resistenza (flusso= differenza di pressione/resistenza), tanto maggiore è la resistenza, tanto maggiore il tempo per ottenere la variazione di volume, cioè la costante di tempo.

Da quanto abbiamo detto è anche vero che tanto maggiore è la compliance, tanto maggiore la variazione di volume e quindi (a parità di resistenza) il tempo necessario per raggiungere il 63% di essa (cioè la costante di tempo). 

Figura 2

Vediamo ora la costante di tempo applicata all’espirazione. Il volume corrente inspirato (di qualsiasi entità esso sia) genera una pressione alveolare definita dal suo rapporto con la compliance. Siamo abituati a vedere questa pressione come la pressione di fine inspirazione, ma evidentemente la possiamo anche considerare la pressione di inizio espirazione, cioè la pressione alveolare a cui inizia la fase espiratoria. Facciamo l’esempio di un soggetto che ha compliance di 80 ml/cmH₂O ed un volume corrente di 400 ml (figura 2). Come abbiamo visto in precedenza, la compliance descrive la variazione di volume associata ad una variazione di pressione di 1 cmH₂O. Quindi, 400 ml di variazione di volume in un soggetto con 80 ml/cmH₂O di compliance richiedono una variazione di pressione di 5 cmH₂O (cioè volume/compliance). La pressione alveolare di inizio espirazione in questo caso sarà di 5 cmH₂O (sopra PEEP) e rappresenta la forza che inizialmente “spinge” il flusso espiratorio. Più è alta la compliance, minore la pressione di inizio espirazione, minore la forza per “spingere” l’aria fuori dai polmoni, più lungo il tempo che serve per espirare il 63% del volume corrente, cioè la costante di tempo. Anche in questo caso un aumento della resistenza riduce il flusso espiratorio e quindi, a parità di compliance, aumenta la costante di tempo.

Risulta ora chiaro perchè la costante di tempo (normalmente definita dalla lettera greca τ, tau) dipenda esclusivamente da compliance (C) e resistenza (R), a tal punto da poter essere calcolata dal loro prodotto:

τ = C ∙ R

La costante di tempo è caratteristica di ogni singolo apparato respiratorio, indipendente dalla pressione applicata in inspirazione o dal volume espirato. Dopo 1 costante di tempo come abbiamo visto si raggiunge il 63% della variazione di volume all’equilibrio, dopo 3 costanti di tempo il 95% e dopo 5 costanti di tempo il 99%.

Nella pratica clinica non ci serve tanto sapere di quanti secondi è la costante di tempo di un paziente, ma piuttosto ci è utile una semplice valutazione qualitativa che ci dica se il paziente ha una costante di tempo “lunga” o “breve”, cioè se l’apparato respiratorio “si riempie” e “si svuota” lentamente (τ lunga) o velocemente (τ breve). E se questo processo si svolge in modo omogeneo all’interno dei polmoni.

Impariamo ora a riconoscere i pazienti con costante di tempo “breve” o “lunga”. Una premessa indispensabile: “breve” o “lungo” rispetto a cosa? Da un punto di vista clinico ritengo che il tempo inspiratorio ed il tempo espiratorio siano validi termini di riferimento per la definizione del concetto di “breve” o “lunga” riferito alla costante di tempo inspiratoria ed espiratoria. Una seconda premessa fondamentale è che la costante di tempo descrive solo fenomeni passivi e che quindi può essere valutata solo se il paziente inspira ed espira passivamente.

In inspirazione, la costante di tempo può essere valutata solo nelle ventilazioni pressometriche, anche a target di volume, poichè garantiscono una pressione di insufflazione costante.

I soggetti con costante di tempo “breve” hanno un flusso inspiratorio rapidamente decrescente che si conclude con una fase di zero flusso al termine della inspirazione. In espirazione, la costante di tempo può essere valutata indipendentemente dalla modalità di ventilazione e, come in inspirazione, i soggetti con costante di tempo “breve” hanno un flusso rapidamente decrescente che si azzera facilmente prima dell’inizio dell’inspirazione successiva (ad eccezione dei soggetti con tempo espiratorio molto breve) (Figura 3).

Figura 3

Nei soggetti con costante di tempo “lunga” invece il flusso inspiratorio (in ventilazione pressometrica) ed il flusso espiratorio decrescono lentamente, a tal punto che alla fine dell’inspirazione e dell’espirazione il flusso non si è azzerato (figura 4).

Figura 4

In pazienti con costante di tempo eccezionalmente lunga, il flusso inspiratorio in pressione controllata si riduce talmente lentamente da sembrare costante invece che decrescente, tanto da avere l’apparente paradosso di una ventilazione con onda quadra sia di flusso che di pressione (figura 5). Immagini come queste sono rare e ringrazio l’amico Guido Amodeo del S. Giovanni Bosco di Napoli per averla saputa cogliere, capire ed averla condivisa con me.

Figura 5

Per oggi mi fermo qui, abbiamo già messo molta carne al fuoco. Nel prossimo post cercheremo di capire insieme le implicazioni cliniche delle costanti di tempo nei pazienti sottoposti a ventilazione meccanica.

Come sempre, un sorriso a tutti gli amici di ventilab. E buone vacanze!

 

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