La ventilazione a rilascio di pressione delle vie aeree (APRV) è stata inizialmente descritta da Stock and Downs come pressione positiva continua delle vie aeree (CPAP) con una fase di rilascio della pressione in maniera intermittente. Concettualmente, l’APRV applica una pressione continua delle vie aeree (chiamata P-high) identica alla CPAP, per mantenere un volume polmonare adeguato e promuovere il reclutamento alveolare. Tuttavia, l’APRV aggiunge una fase di rilascio ciclica ad una pressione inferiore (chiamata P-low). Inoltre, in tale modalità ventilatoria la respirazione spontanea può essere integrata ed indipendente dal ciclo del ventilatore. In questo capitolo andremo a vedere come questa modalità ventilatoria da qualche anno si sia dimostrata efficace e vantaggiosa nei pazienti affetti da ARDS e, pertanto, l’importanza della sua conoscenza per poterla applicare al meglio al paziente.
FISIOLOGIA DELLA APRV:
La respirazione CPAP distribuisce i gas degli atti ventilatori spontanei su tutto il polmone, favorendo il mantenimento di un’adeguata apertura alveolare e quindi dell’ossigenazione, per un miglioramento della distribuzione dell’aria a livello della barriera alveolo-capillare. Le respirazioni meccaniche più invasive generalmente spostano la ventilazione verso regioni polmonari non dipendenti, dal momento che il sistema respiratorio passivo accoglie lo spostamento del gas nei polmoni. Tuttavia, la respirazione spontanea durante APRV si traduce in una distribuzione del gas nelle zone più dipendenti quando il sistema respiratorio attivo assorbe i gas nel polmone, con i cambiamenti di pressione e del flusso che seguono un percorso temporale del tutto simile. Di conseguenza, consentendo ai pazienti di respirare spontaneamente durante la ventilazione APRV, le regioni polmonari dipendenti possono essere reclutate in maniera preferenziale senza la necessità di aumentare la pressione applicata alle vie aeree.
L’APRV ad oggi è stata utilizzata nelle patologie neonatali, pediatriche e per gli adulti con insufficienza respiratoria severa: nella ARDS, la superficie disponibile per lo scambio di gas appare significativamente ridotta. Nonostante il volume polmonare ottimale, la CPAP impone che la respirazione spontanea autonoma gestisca l'intero carico metabolico e la eliminazione di CO2. Tuttavia, il CPAP da solo può essere inadeguato per realizzare la necessaria rimozione di CO2 senza produrre un aumento del lavoro polmonare totale (WOB) eccessivo. Al contrario della CPAP, infatti, l’APRV interrompe brevemente la pressione delle vie aeree per integrare la ventilazione minuto spontanea. Durante APRV, la ventilazione viene aumentata rilasciando la pressione delle vie aeree a un livello CPAP inferiore denominato P-low. Il rilascio intermittente della pressione delle vie aeree durante APRV permette la rimozione di CO2 e scarica il carico metabolico della respirazione CPAP pura.
PARAMETRI CONTROLLATI:
Oltre alla FiO2 i parametri dell’APRV controllati dal medico sono: P-high (la pressione massima), T-high (il tempo della pressione massima), P-low (la pressione minima) e T-low (il tempo della pressione minima). I parametri temporali della APRV sono indipendenti dal paziente: rapporto espiratorio (I:E) che consente una regolazione precisa non é sotto controllo, il quanto il paziente respira spontaneamente.
Il P-high ed il T-high regolano il volume polmonare inspiratorio e forniscono un contributo significativo alla pressione media delle vie aeree; il valore medio della pressione delle vie aeree si riferisce al volume alveolare medio ed è fondamentale per mantenere una superficie maggiore degli spazi aperti per il movimento del gas diffusivo. Di conseguenza, questi parametri controllano l'ossigenazione e la ventilazione alveolare. Contrariamente ai concetti convenzionali di ventilazione, l'estensione della T-high può essere associata ad una diminuzione in PaCO2 quando la frequenza della macchina diminuisce in quanto migliora la clearance di CO2 con un aumento dei rapporti I:E.
Nonostante la natura intermittente della ventilazione, l'erogazione di CO2 ai polmoni è continua poiché l'erogazione di CO2 trasferisce CO2 nello spazio alveolare, purché le vie aeree rimangano aperte. Durante il breve T-low, il gas rilasciato viene scambiato con gas fresco per rigenerare il gradiente per la diffusione di CO2. Inoltre, la miscelazione cardiogenica determina il movimento della CO2 verso le vie aeree centrali durante il periodo T-high, migliorando l'efficacia del rilascio per la ventilazione. L'aggiunta di respiri spontanei durante il periodo di T-high a P-high (volume polmonare più alto) migliora ulteriormente l'efficienza del reclutamento e della ventilazione. Il rischio principale di utilizzare l’APRV come modalità costante nella ventilaione ed il tentativo di aumentare la frequenza della macchina e la ventilazione minuto riducendo il T-high possono sacrificare la ventilazione alveolare e l'ossigenazione. Ridurre il T-high porterà ad una riduzione della pressione media delle vie aeree, con conseguente possibile chiusura delle vie aeree, riducendo la superficie alveolare per lo scambio di gas.
VOLUME DI RILASCIO:
Il punto chiave é che utilizzando questa fase di rilascio per la ventilazione, l’APRV disaccoppia il requisito tradizionale di aumentare la pressione delle vie aeree, il volume polmonare e la distensione durante la ventilazione corrente. Piuttosto che generare un volume corrente aumentando la pressione delle vie aeree al di sopra della PEEP (come nella ventilazione convenzionale), i volumi di rilascio in APRV vengono generati rilasciando brevemente la pressione delle vie aeree da P-high a P-low. Poiché la ventilazione con APRV risulta come la pressione delle vie aeree al quale si aggiunge una diminuzione del volume polmonare (volume di rilascio), il rischio di sovradistensione é notevolmente ridotto. Al contrario, la ventilazione convenzionale aumenta la pressione delle vie aeree, aumentando i volumi polmonari, aumentando potenzialmente la minaccia di barotrauma. La ventilazione generata dalla fase di rilascio della APRV può avere ulteriori vantaggi in caso di pazienti con ARDS: il rilascio elastico aumentato è comune alle malattie polmonari restrittive come l’ARDS: con l’APRV, quando la pressione delle vie aeree viene brevemente interrotta, il volume di rilascio è determinato dalla compressione del gas e dal ritorno elastico del polmone (cioé l’energia potenziale) accumulata durante il periodo di tempo da P-high o da T-high. Durante la ventilazione convenzionale, i volumi correnti inspiratori devono superare l'impedenza delle vie aeree e le forze elastiche del polmone ristretto da un volume di riposo basale inferiore, aumentando l'energia o la pressione richiesta per distendere il polmone e la parete toracica. Inoltre, quando la compliance toracica diminuisce, il braccio inspiratorio della curva V/P si sposta verso destra, vale a dire, è necessaria più pressione per erogare un volume corrente impostato. Tuttavia, il braccio espiratorio rimane inalterato dal rapporto V/P prevalente e si estende in tutte le fasi della respirazione. L’APRV utilizza invece la relazione V/P più favorevole del braccio espiratorio per la ventilazione applicando uno stato di inflazione o di reclutamento quasi sostenuto.
RECLUTAMENTO ALVEOLARE:
Il reclutamento alveolare è un fenomeno pan-inspiratorio; il successo della pressione di reclutamento dipende dalla soglia di pressione di apertura (TOP) delle unità polmonari. I pazienti con ARDS possono avere una moltitudine di TOP distribuiti in tutto il polmone; oltre ai TOP, anche la natura del reclutamento dipendente dal tempo dovrebbe essere presa in considerazione: sebbene non si conoscano i meccanismi esatti, il polmone è interdetto e il reclutamento di spazi aerei porta alla trazione radiale degli alveoli vicini, producendo un effetto a catena dipendente dal tempo del reclutamento. Reclutate le unità polmonari, il tempo aggiuntivo (T-high) alla massima pressione P-high fornisce una stabilità favorendo la progressiva apertura delle unità polmonari.
L'apertura delle vie aeree è dinamica in quanto con il progressivo reclutamento, le unità alveolari modificano le loro costanti di tempo: con il mantenimento dell’apertura dell’alveolo, si assiste ad un progressivo miglioramento delle compliance e delle resistenze, con conseguente cambiamento delle costanti di tempo. In questa ottica, il mantenimento di P-high nel tempo (T-high) é fondamentale per sostenere il reclutamento man mano che le costanti del tempo evolvono. Inoltre, il prolungato periodo T-high può favorire la respirazione spontanea ad un volume polmonare superiore ed aperto, migliorando l'efficienza della ventilazione. Sebbene le manovre di reclutamento possano essere efficaci nel migliorare lo scambio e la conformità dei gas, questi effetti sembrano non essere sostenuti, richiedendo manovre ripetute, come si evince dalla pratica clinica. In alternativa, l’APRV può essere visto come una manovra di reclutamento quasi continua con il P-high che fornisce dall'80% al 95% del tempo di ciclo creando un "polmone aperto" stabilizzato mentre facilita la respirazione spontanea. Fondamentalmente, i respiri meccanici assistiti non possono fornire la stessa distribuzione di gas degli aliti spontanei. Pertanto, durante una manovra di reclutamento in un sistema respiratorio passivo, le regioni polmonari non dipendenti si distendono prima che la pressione applicata delle vie aeree raggiunga e superi il limite superiore delle unità polmonari dipendenti, aumentando la minaccia di sovradistensione. Al contrario, la respirazione spontanea favorisce il reclutamento polmonare dipendente attraverso l'applicazione della pressione pleurica.
I respiri spontanei durante CPAP (P-high) migliorano la ventilazione dipendente attraverso i cambiamenti della pressione pleurica piuttosto che l'applicazione della pressione addizionale applicata delle vie aeree. Il polmone reclutato richiede meno pressione del polmone reclutatore. Pertanto, mantenere il volume polmonare e consentire la respirazione spontanea dal momento dell'intubazione utilizzando l’APRV può ridurre la necessità di ricorrenti manovre di reclutamento a pressioni elevate. Se si desidera una manovra di reclutamento durante la ventilazione APRV, il P-high ef il T-high possono essere regolati per simulare una manovra di reclutamento convenzionale.
La ventilazione convenzionale del volume limita il reclutamento a brevi intervalli ciclici a livello di inspirazione finale o di plateau; le regioni polmonari che vengono reclutate solo durante brevi cicli di pressione inspiratori finali producono un volume alveolare medio inadeguato. Poiché il volume alveolare non viene mantenuto, la compliance non migliora, richiedendo la stessa pressione di gonfiaggio nelle successive respirazioni. La riapplicazione della stessa pressione distendente senza un reclutamento polmonare adeguato è probabile che produca forze di taglio ricorrenti e non attenui la potenziale lesione polmonare. Viceversa, il reclutamento prolungato è associato a una maggiore compliance che consente una riduzione della pressione sequenziale delle vie aeree e un miglioramento dello scambio di gas aumentando la superficie alveolare. L'aumento della superficie alveolare può migliorare la distribuzione dello stress nei polmoni.
L'uso di APRV per ottimizzare la pressione media delle vie aeree ed il volume polmonare fornisce un'area di superficie maggiore per lo scambio di gas. Permettendo una durata prolungata (T-high) di P-high e limitando la durata e la frequenza della fase di rilascio (T-low) di P-low consente solo lo svuotamento parziale, limitando la perdita di volume polmonare durante la ventilazione. Man mano che il reclutamento polmonare viene prolungato, la ridistribuzione del gas e la diffusione lungo i gradienti di concentrazione hanno il tempo di manifestarsi. La miscela di gas alveolare e inspirato all'interno dello spazio morto anatomico determina un maggiore equilibrio delle concentrazioni di gas in tutte le regioni polmonari, una migliore ossigenazione e una ridotta ventilazione dello spazio morto.
FASE DI RILASCIO:
Oltre alla respirazione spontanea, la ventilazione viene aumentata durante l’APRV come risultato della fase di rilascio, determinata dal differenziale di pressione fra P-high e P-low, dal volume polmonare inspiratorio (P-high), dall'energia potenziale (ritorno elastico - o compliance del torace - e dalla quantità di energia immagazzinata durante la T-high) e dalla resistenza a valle (artificiale per le vie respiratorie). P-low e T-low regolano il volume polmonare di fine espirazione e devono essere ottimizzati per ridurre la chiusura delle vie aeree e non come regolazione primaria della ventilazione. In generale, per mantenere il reclutamento massimo, la maggior parte del tempo o T-high (80-95% del tempo totale del ciclo) si verifica a livello di P-high. Per minimizzare il de-reclutamento il tempo (T-low) in P-low è breve (di solito tra 0.2 e 0.8 sec negli adulti).
Poiché i pazienti possono mantenere la loro attività respiratoria nativa durante APRV, gli intervalli di tempo inspiratori ed espiratori spontanei sono indipendenti dal ciclo T-high e T-low; pertanto, la fase di rilascio non riflette l'unico tempo espiratorio durante APRV quando i pazienti respirano spontaneamente. Pertanto, le scadenze spontanee si verificano alla pressione superiore o alla fase di P-high. L'espirazione attiva durante la fase di P-high può comportare un ulteriore reclutamento e ridistribuzione del volume analogo al respiro affannoso nei neonati, migliorando così la corrispondenza del rapporto V/Q. Il tempo di rilascio (T-low) può essere titolato per mantenere il volume polmonare end-espiratorio (EELV) / (volume polmonare di fine rilascio [ERLV]). Il volume polmonare di rilascio finale può essere regolato e valutato continuamente utilizzando il pattern di flusso espiratorio. Il flusso di gas espiratorio è il risultato del volume polmonare inspiratorio, del ritorno elastico della pressione del polmone e della resistenza a valle (dato dalle vie aeree artificiali, dal circuito del ventilatore e dalla valvola PEEP).
Nell’esempio sovrastante si spiega come viene determinato il volume polmonare di fine espirazione, mostrando un ideale schema di flusso espiratorio durante la fase di rilascio della ventilazione con rilascio della pressione delle vie aeree. La porzione iniziale del braccio di flusso espiratorio è la velocità di flusso espiratorio (PEFR) determinata dalla riduzione della pressione P-high a P-low. La decelerazione del flusso di gas si verifica quando la pressione di guida si dissipa producendo il braccio decelerante; il PEFR ed il tasso di decelerazione sono influenzati dal volume polmonare inspiratorio, dal ritorno elastico del torace e dalla resistenza a valle (resistenza delle vie aeree artificiali con P-low a zero). A, diagramma di flusso espiratorio che dimostra la decelerazione normale a 45° quando le vie respiratorie si svuotano sequenzialmente. Il tempo di rilascio è regolato per regolare T-PEFR al 60% di PEFR. Si vedano pertanto i diversi esempi dove si cambia il T-low in maniera da raggiungere il 60% del PEFR.
APRV ed ARDS:
L'ipotesi fisiologica é che l’APRV combini idealmente il reclutamento del polmone mediante CPAP prolungata e quindi una pressione media delle vie aeree elevata, includendo un breve periodo di rilascio (breve da impedire il collasso alveolare, ma tale da consentire una ventilazione parzialmente controllata) con una respirazione spontanea a basso TV ("polmone protettivo"), prevenendo così la distrofia del diaframma e della pompa muscolare.
La storia e la panoramica di studi prospettici randomizzati sull'uso di APRV nell'uomo è stata solo in parte incoraggiante: mentre il concetto fisiologico è attraente e nei modelli animali è stato trovato qualche miglioramento nello scambio gassoso polmonare, nel flusso sanguigno sistemico e nella perfusione d'organo, in nessuno dei 23 studi umani esaminati è stato un risultato peggiore riscontrato utilizzando APRV rispetto alla ventilazione a pressione positiva controllata (CPPV). D'altra parte, molti studi hanno osservato una significativa stabilizzazione cardiopolmonare nei pazienti con APRV rispetto ai pazienti che utilizzavano una ventilazione controllata "tradizionale". Tuttavia, in un'ampia serie di casi retrospettivi su 362 pazienti ventilati con APRV o CPPV, è stato osservato un aumento del tempo nel ventilatore nel gruppo APRV. Tutti questi risultati hanno portato ad una prima riflessione, che ha portato a pensare soprattutto ad un problema nella strutturazione dell’APRV e nella scelta corretta dei pazienti cui applicare tale metodologia. Uno dei problemi principali sembrava essere l'assenza di una definizione rigorosa di APRV che consentisse un’adeguata variazione delle impostazioni (tempi e pressioni alte e basse usando l’auto-PEEP o meno); in una recente revisione sistematica, infatti, non è stato possibile valutare l'efficacia della APRV poiché quasi tutti i progetti di studio differivano nel definire un determinato pattern di respirazione come APRV.
Uno studio prospettico randomizzato dalla Cina ha portato nuove intuizioni sull'incertezza riguardante "pro" e "contro" nel dibattito APRV. Questo studio si è concentrato su 138 pazienti che presentavano con ARDS che avevano ricevuto una ventilazione meccanica per meno di 48 ore. L'impostazione per i pazienti nel gruppo APRV includeva una pressione delle alte vie aeree secondo l'ultima pressione delle vie aeree del plateau, ma che non superava i 30 cmH2O, mentre la pressione delle basse vie aeree era fissata a 5 cmH2O. Il tempo di rilascio (T-low) è stato regolato per terminare la velocità di flusso espiratorio di picco superiore o uguale al 50% della autoPEEP, con una frequenza respiratoria di 10-14 cicli/min. I pazienti nel gruppo di controllo (basso volume corrente [LTV]) sono stati collocati in una modalità volume assistita/controllata con un volume corrente di 6 ml/kg di peso corporeo ideale (senza superare 30 cmH2O di Pplat) e con valori di PEEP guidati dallo schema della rete ARDS in merito al rapporto PEEP/FiO2. I risultati principali (riassunti nel grafico) erano i seguenti: i pazienti con APRV mostravano un numero medio più alto di giorni senza ventilazione rispetto ai pazienti ventilati con LTV (mediana 19 vs 2 giorni, p= 0.001). Inoltre, i pazienti nel gruppo APRV mostravano una permanenza più breve in ICU (p = 0.003) ed il tasso di mortalità in ICU tendeva ad essere più basso nel gruppo APRV (19.7%) rispetto al gruppo LTV (34.3%) anche se non significativo (p = 0.053).
Al momento l’APRV appare un metodo interessante da essere applicato in pazienti con ARDS, anche se i dati clinici a disposizione non sono ancora completamente rassicuranti. Sicuramente un uso maggiore, con parametri più standardizzati potrebbe aumentare progressivamente l’utilizzo di questa metodica. Vale ancora il principio che in ICU, qualora non si fosse completamente tranquilli nell’utilizzo della metodica (sia da parte del medico che dell’infermiere), non esistono studi clinici che determinino la preferenza di una modalità ventilatoria rispetto ad un’altra in termini di mortalità e giorni liberi dal ventilatore, a patto che si conoscano i principi fisiologici dell’ARDS (limitazione dei volumi e delle pressioni, PEEP aumentate, ecc…) e si applichino ai parametri del ventilatore.
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