Wentylacja mechaniczna w oddziale anestezjologii i intensywnej terapii – aktualne możliwości technologiczne

Połączenie inżynierii mechanicznej, elektrycznej i biomedycznej razem z wiedzą na temat fizjologii i patofizjologii podstawowych procesów życiowych człowieka, a takim jest oddychanie, pozwala na zindywidualizowanie terapii w jej podstawowym zakresie.

Rozwój medycyny jest w dużej mierze równoznaczny z postępem technologicznym i rozwojem informatyki, jaki dokonał się w ciągu ostatnich lat. Wpłynął również znacząco na rozwój urządzeń wykorzystywanych w oddziałach anestezjologii i intensywnej terapii, w tym przede wszystkim respiratorów. Możliwość zastosowania wentylacji mechanicznej zwiększyła szansę na przeżycie, a w wielu przypadkach również na wyleczenie. Nie bez znaczenia jest także szansa na lepszą jakość życia u chorych, którzy opuszczają intensywną terapię, a muszą korzystać z wentylacji mechanicznej. Łatwość obsługi tych na pozór skomplikowanych urządzeń sprawiła, że respiratory „wyszły” szeroko poza oddziały intensywnej terapii. Coraz częściej spotykamy je w nowoczesnych oddziałach opieki specjalistycznej (neurochirurgicznej, kardiologicznej, udarowej itp.). W ostatnich latach dzięki postępowi technologicznemu w inżynierii mechanicznej, elektrycznej i biomedycznej, a także połączeniu wiedzy technicznej z wiedzą dotyczącą fizjologii i patofizjologii oddychania wprowadzono nowe urządzenia. Dodatkowo zwiększono liczbę trybów wentylacji w celu lepszej i bezpieczniejszej wentylacji chorego, zmniejszenia do minimum interakcji między pacjentem a respiratorem oraz lepszej opieki i pielęgnacji nad pacjentem.

Wentylacja mechaniczna (w zależności od rodzaju choroby) może czasowo lub na stałe zastępować funkcje płuc. Terapia respiratorem poprawia prężność gazów we krwi, pozwala na leczenie zaburzeń biomechaniki płuc i/lub klatki piersiowej, leczenie zaburzeń wentylacji pochodzenia centralnego lub obwodowego oraz zmniejszenie lub zniesienie pracy mięśni oddechowych. Można powiedzieć, że wentylacja mechaniczna to zastąpienie funkcji oddychania przez wytworzenie różnicy ciśnień między pęcherzykiem płucnym a atmosferą. Używa się do tego celu mieszaniny oddechowej i jednocześnie utrzymuje się dostateczną wentylację pęcherzykową na poziomie odpowiedniego stopnia wymiany gazowej. Bardzo istotnym elementem u pacjentów leczonych za pomocą wentylacji mechanicznej jest dobranie indywidualnych ustawień wentylacji właściwych dla konkretnego pacjenta i jego stanu klinicznego (1).

Tryby wentylacji

Wentylacja mechaniczna może być realizowana jako: wentylacja przerywanym ciśnieniem dodatnim (IPPV), wentylacja przerywanym ciśnieniem ujemnym (INPV) oraz wentylacja z wysokimi częstotliwościami (HFV). Żadne z powyższych nie jest jednak trybem wentylacji. Niestety nie ma do dzisiaj jednoznacznej definicji trybu wentylacji pomimo wielu prób usystematyzowania niniejszego zagadnienia. Wielu ekspertów opiera definicje o wcześniej zdefiniowane typy oddechów oraz zestaw działań respiratora (2). Niezależnie od tego, jaka jest definicja trybu wentylacji, istnieje nieskończenie wiele możliwości interakcji między respiratorem a pacjentem. Najwcześniejsze podziały dotyczyły pracy respiratora. Respirator narzucał swoją pracę pacjentowi (wentylacja kontrolowana) oraz wspomagał pracę pacjenta (wentylacja wspomagana). Wprowadzenie do budowy respiratorów mikroprocesorów doprowadziło do lawinowego wzrostu liczby trybów wentylacji. W 1992 roku Robert Chatburn wprowadził uporządkowane podejście do trybów, pozwalające zrozumieć zasadę działania poszczególnych z nich. Jego definicja trybu wentylacji mechanicznej jest oparta o trzy elementy, w których skład wchodzą: zmienna kontrolująca oddech respiratora, sekwencja oddechu i schemat celu. Oddech może być wyzwalany zarówno przez pacjenta, jak i przez respirator. Jest klasyfikowany przez kryteria startu (trigger), jak i zatrzymania wdechu (cycle). Na podstawie przebiegu cyklu oddechy są klasyfikowane jako wymuszone lub spontaniczne. Respirator realizuje trzy sekwencje (CMV – obowiązkowa wentylacja ciągła, IMV – przerywana wentylacja obowiązkowa, CSV – spontaniczna wentylacja ciągła) oraz pięć podstawowych wzorców wentylacji zależnych od ciśnienia i objętości (VC-CMV, VC-IMV, PC-CMV, PC-IMV i PC-CSV, gdzie: VC-kontrolowana objętością, PC kontrolowana ciśnieniem). Każdy z wymienionych wzorców może być zróżnicowany przez schematy celu (set-point, dual, bio-variable, servo, adaptive, optimal i intelligent) (3). Przedstawiając schematycznie:

Set-point: co do zasady operator ustawia wszystkie parametry, zarówno ciśnienie (PCV), jak i przepływ oraz objętość oddechową (VCV). Zaletą tego wzorca jest łatwość w nastawieniu parametrów, niestety respirator nastawiony według nich nie jest w stanie dostosować się do zmiennego stanu pacjenta.

Dual: respirator może automatycznie przełączać się pomiędzy ciśnieniem a objętością w trakcie pojedynczego wdechu, co powoduje dostosowanie się do stanu pacjenta. W ten sposób zapewnione są TV (objętość oddechowa) i P peak.

Servo: zarówno ciśnienie, objętość, jak i przepływ automatycznie podążają za wysiłkiem pacjenta. Daje to wsparcie proporcjonalnie do wysiłku oddechowego. Wymaga jednak oszacowania sztucznych dróg oddechowych (rurki intubacyjnej lub tracheotomijnej) oraz warunków mechanicznych respiratora.

Adaptive: respirator automatycznie ustawia cel w odpowiedzi na stan pacjenta. Utrzymuje minimalną wentylację oddechową w zależności od mechaniki oddechowej i wysiłku pacjenta. Optymalny wzorzec oddychania powoduje najmniejszą pracę oddechową, co powoduje również najmniejsze ciśnienie.

Bio-variable: respirator losowo zmienia P ins (ciśnienie wdechu) lub TV, co może prowadzić do poprawy oksygenacji.

Optimal: respirator automatycznie określa cel, wobec czego dostosowuje mechanikę urządzenia do wysiłku pacjenta.

Intelligent: wykorzystuje algorytmy zamkniętej pętli opracowane w systemach eksperymentalnych. Największą zaletą jest automatyczna zmiana mechaniki wentylacji w zależności od wysiłku oddechowego. Niestety algorytm ten nie obejmuje ciężkich patologii płucnych (3).

Bardzo istotnym elementem współczesnych respiratorów jest możliwość monitorowania warunków fizjologicznych. Oprócz wartości FiO₂, objętości i ciśnienia w drogach oddechowych ważnymi czynnikami są wentylacja płuc, a właściwie jej rozkład, oraz mechanika płuc. Monitorowanie wymienionych elementów pozwoliło jeszcze bardziej zoptymalizować wentylację. W porównaniu do innych tkanek płuca charakteryzują się co najmniej pięć razy niższą przewodnością. Dodatkowo zmienia się ona w trakcie cyklu oddechowego. Funkcję elektrycznej tomografii impedancyjnej (EIT), a ostatecznie jej pomiarów, można wykorzystać do określonych ustawień respiratora. EIT może być skutecznym narzędziem do ustawienia optymalnego PEEP (dodatnie ciśnienie końcowo-wydechowe) (5). Pozwala również zobrazować zmianę regionalnej wentylacji przez zmianę trybu i parametrów wentylacji (6). Monitorowanie mechaniki płuc podczas wentylacji mechanicznej jest możliwe dzięki technice oscylacji wymuszonych (FOT). W ostatnich badaniach wykazano przydatność tej techniki w monitorowaniu rekrutacji pęcherzyków (7). FOT może być również użytecznym narzędziem do optymalizacji PEEP u pacjentów z niedrożnością. Umożliwia monitorowanie obecności ograniczenia wydechowego przepływu oddechowego (8, 9).

Wykorzystanie tego rodzaju monitorowania pozwala na większą optymalizację wentylacji mechanicznej, redukcję liczby powikłań oraz ochronę płuc w czasie wentylacji respiratorem.

Czytaj także: Nowe rozwiązania techniczne i kliniczne współczesnych respiratorów