Aug 282011
 

Nel post di Ferragosto abbiamo afforntato in maniera molto sintetica i fondamenti teorici dello stress index. Oggi passiamo dalla teoria alla pratica: vedremo un utilizzo clinico dello stress index e ne analizzeremo anche i limiti.

Vediamo nella figura 1 il tracciato della pressione delle vie aeree (Paw) di un paziente con ARDS durante ventilazione controllata  con 6 ml/kg di volume corrente (volume controllato con flusso inspiratorio costante). Il quesito a cui vogliamo rispondere è: con questa ventilazione stiamo danneggiando i polmoni, gia gravemente ammalati, del nostro paziente?

 

Figura 1

primo step: guardiamo il valore della pressione di picco. Sappiamo benissimo (come ripetiamo fino alla nausea nel Corso di Ventilazione Meccanica), che la pressione di picco non ci offre indicazioni precise sul valore della pressione alveolare. E sappiamo che è la pressione negli alveoli una delle due variabili che determina lo stress del polmone a fine inspirazione (l’altra variabile è la pressione pleurica). Ma sappiamo anche che normalmente la pressione di picco è più elevata della pressione alveolare: quindi se la pressione di picco è già bassa (meno di 25-30 cmH2O) non dovremmo avere problemi di stress perchè la pressione alveolare sarà ancora più bassa. Nel nostro caso la pressione di picco si avvicina ai 40 cmH2O e quindi ci lascia il dubbio di un possibile stress plomonare a fine inspirazione. Vediamo dopo il picco un primo calo di pressione: questo è la conseguenza di una breve pausa di fine inspirazione inserita nella ventilazione: il valore che la pressione raggiunge in questa prima riduzione resta sempre superiore a 30 cmH2O. Durante una breve pausa di fine inspirazione il valore di pressione si avvicina a quello della pressione che mediamente troviamo negli alveoli, senza tuttavia raggiungerla. In questo caso il valore di questo breve plateau è ancora troppo elevato (> 30 cmH2O) per toglierci il dubbio di un possibile VILI (ventilator-induced lung injury) da stress.

secondo step: facciamo una occlusione di fine inspirazione di tre secondi (vedi post del 10 aprile 2011) (figura 2). Vediamo che la pressione di plateau si assesta su un valore inferiore a 30 cmH2O, il limite che viene suggerito per ridurre il rischio di stress polmonare. E potremmo mantenere quindi la nostra ventilazione immodificata. Ma…

Figura 2

terzo step: …ma conosciamo il concetto dello stress index e sappiamo che una curva di Paw (con paziente passivo e flusso inspiratorio costante) deve avere una ascesa lineare verso il picco, dopo una breve salita quasi verticale iniziale (vedi post precedente). E rivedendo bene la salita della Paw nelle figure 1 e 2 invece notiamo un accenno ad una salita non lineare con una sfumata concavità verso l’alto. Se calcoliamo lo stress index in questo paziente è 1.22. Ricordo che valori superiori a 1 identificano la presenza della concavità verso l’alto nella curva e che lo stress index > 1.1 viene proposto come segno di possibile sovradistensione polmonare a fine espirazione (1). In questo paziente quindi lo stress index ci suggerirebbe di ridurre il volume corrente (se la PEEP è già ottimale) nonostante la pressione di plateau sia tranquillizzante.

La scelta che faremo deve tenere conto di punti di forza e limiti dello stress index. Vediamone i pro e contro.

Pro:

– uno solo ma importante. Anche con la ventilazione protettiva una parte dei pazienti va incontro a sovradistensione polmonare durante l’erogazione del volume corrente. Non bastono quindi i 6 ml/kg e la pressione di plateau < 30 cmH2O per metterci al riparo dal VILI. Lo stress index è un dato aggiuntivo che può metterci in guardia (o rassicurarci) in situazioni borderline (2,3).

Contro:

– lo stress index presuppone che le resistenze dell’apparato respiratorio siano costanti durante l’erogazione del volume corrente, dato tutt’altro che scontato nei pazienti con ARDS (4) . Peraltro un flusso inspiratorio perfettamente costante non è sempre ottenuto dal ventilatore meccanico durante la ventilazione a volume controllato, come puoi vedere anche in figura 2;

– ammesso che il flusso e le resistenze siano costanti, stress index tra 0.9 e 1.1 significa che la relazione pressione-volume statica dell’apparato respiratorio è lineare durante l’erogazione del volume corrente. In altre parole stiamo ventilando tra il punto di flesso inferiore e superiore il paziente. Ma il significato della curva pressione-volume è ancora discutibile definitivamente e possono esserci dubbi sul fatto che rimanere sulla parte lineare della curva sia un obiettivo indispensabile (5,6);

la relazione statica pressione-volume (cioè la cossiddetta curva di compliance) dell’apparato respiratorio è la somma delle curve del polmone e della gabbia toracica. Ed i punti di flesso che troviamo possono essere causati sia da non linearità del polmone che della gabbia toracica (7). Evidentemente se il punto di flesso (e quindi lo stress index > 1.1) sono causati da una non linearità della gabbia toracica, non si può certo dire che questo sia segno di stress del polmone;

– in presenza di versamenti pleurici, frequenti nella ARDS, lo stress index non è affidabile (8);

– la miglior (= più bassa) elastanza sembra più accurata dello stress index nell’individuare reclutamento e sovradistensione nella ARDS (9).

In conclusione, cosa ce ne facciamo dello stress index? Dato che per il momento non ci sono evidenze chiare, posso offrirvi la mia personale opinione: nei pazienti con ARDS, la traccia della Paw deve sempre essere analizzata durante un ciclo (anche breve) di ventilazione a volume controllato a flusso costante. Se si visualizza una concavità verso l’alto e/o si misura con lo stress index > 1.1, dobbiamo certamente approfondire lo studio del paziente nonostante si stia facendo ventilazione protettiva (pressione di plateau < 30 cmH2O, volume corrente 6 ml/kg, PEEP appropriata). Approfondire lo studio del paziente per me vuol dire misurare la pressione esofagea. Se invece stiamo facendo ventilazione protettiva e lo stress index è tra 0.9 e 1.1 (o ispettivamente la salita della Paw è bella lineare) potremmo anche accontentarci e “benedire” il setting della ventilazione che abbiamo scelto.

Un saluto a tutti (in particolare ai colleghi che stanno iniziando la FAD del Corso di Ventilazione Meccanica).

 

Bibliografia.

1) Grasso S et al. Airway pressure-time curve profile (stress index) detects tidal recruitment/hyperinflation in experimental acute lung injury. Crit Care Med 2004; 32:1018-27

2) Grasso S et al. Effects of high versus low Positive End-Expiratory Pressures in Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med 2005; 171:1002-8

3) Terragni PP et al. Tidal hyperinflation during low tidal volume ventilation in Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med 2007; 175:160-6

4) Eissa NT et al. Effects of Positive end-Expiratory Pressure, lung volume, and inspiratory flow on interrupter resistance in patients with Adult Respiratory Distress Syndrome. Am Rev Respir Dis 1991; 144-538-43

5) Hickling KG. The Pressure–Volume Curve is greatly modified by recruitment. A mathematical model of ARDS lungs. Am J Respir Crit Care Med 1998; 158:194–202

6) Hickling KG. Reinterpreting the pressure-volume curve in patients with acute respiratory distress syndrome. Curr Opin Crit Care 2002, 8:32-8

7) Mergoni M et al. Impact of Positive End-expiratory Pressure on chest wall and lung pressure–volume curve in Acute Respiratory Failure. Am J Respir Crit Care Med 1997; 156:846-54

8 ) Formenti B et al. Non-pulmonary factors strongly influence the stress index. Intensive Care Med 2011; 37:594–600

9) Carvalho AL et al. Ability of dynamic airway pressure curve profile and elastance for positive end-expiratory pressure titration. Intensive Care Med 2008: 34:2291–9

Stress index.

 Posted by on 15/08/2011  2 Responses »
Aug 152011
 

Qualche tempo fa una collega di Torino mi ha chiesto se è possibile calcolarsi da soli lo stress index o se è indispensabile affidarsi al calcolo effettuato dai software.

Prima di dare la risposta, cerchiamo di definire bene cosa è lo stress index e quale è il suo razionale di utilizzo.

Lo stress index è un numero che fornisce informazioni sulla forma della curva di pressione delle vie aeree (Paw)-tempo durante la ventilazione a volume controllato con flusso inspiratorio costante (onda quadra di flusso) (figura 1). Lo stress index può esserci utile nell’impostare una ventilazione protettiva nei pazienti con ALI/ARDS.

Figura 1.Curve di pressione e flusso durante ventilazione a flusso inspiratorio costante

Vediamo di seguito le tre premesse su cui si fonda lo stress index.

1) Iniziamo ricordando che in ogni istante il valore della Paw è definito dall’equazione di moto dell’apparato respiratorio (vedi post del 24/06/2011):

Paw = E x V + R x V’ + PEEP totale – Pmus                       (1)

dove E è l’elastanza dell’apparato respiratorio, V il volume, R le resistenze, V’ il flusso e Pmus la pressione sviluppata da muscoli respiratori del paziente. Se il paziente è passivo, Pmus = 0: durante l’insufflazione Paw dipende solo da E x V e da R x V’.

2) Postuliamo che le resistenze (R) dell’apparato respiratorio siano costanti durante l’insufflazione. Se anche il flusso inspiratorio è costante (come nella ventilazione a volume controllato con onda quadra di flusso), necessariamente il prodotto R x V’ sarà costante durante l’insufflazione. In questa particolare condizione possiamo allora semplificare la nostra equazione di moto come segue:

Paw= E x V + k                (2)

dove k comprende sia PEEP totale che R x V’.

3) Se il paziente ventila con flusso inspiratorio costante, il volume corrente necessariamente aumenta in maniera lineare durante l’insufflazione: nel primo quarto dell’inspirazione è erogato un quarto del volume corrente, a metà inspirazione metà del volume corrente, a tre quarti dell’inspirazione tre quarti del volume corrente e così via (figura 2). Quindi l’aumento della Paw durante il flusso inspiratorio costante sarà lineare se E è costante(equazione 2).

Figura 2

E qui arriva il nostro stress index. Lo stress index esprime matematicamente la forma dell’incremento della Paw: uno stress index =1 ci dice che Paw aumenta linearmente durante l’insufflazione, quindi E è costante (figura 3, a sinistra). Uno stress index > 1 indica che la Paw non aumenta linearmente: con il procedere dell’insufflazione è necessaria sempre più pressione (concavità rivolta verso l’alto) (figura 3, al centro). Anche uno stress index < 1 indica un aumento non costante della Paw, ma di segno opposto al precedente: man mano che l’insufflazione procede, serve sempre meno pressione per ottenere il volume corrente (concavità verso il basso) (figura 3, a destra).

Figura 3

 

Se riportiamo queste informazioni sulla relazione statica pressione-volume (la curva di compliance) dell’apparato respiratorio, capiamo bene il significato dello stress index. Quando è > 1, vuol dire che durante l’erogazione del volume corrente superiamo il punto di flesso superiore, condizione generalmente associata ad una condizione di sovradistensione polmonare, quindi di possibile VILI (ventilator-induced lung injury) da stress. Se lo stress index è < 1, ciò significa che durante l’insufflazione superiamo il punto di flesso inferiore: si pensa che in questa condizione vi possa essere un’insufficiente capacità funzionale residua, quindi possibilità di VILI da atelettrauma (ripetitiva apertura e chiusura di alveoli) (figura 4).

Figura 4.

Il messaggio clinico quindi potrebbe essere:

1) stress index > 1: ridurre volume corrente e/o PEEP

2) stress index < 1: aumentare PEEP.

Per oggi penso vi siano già molti spunti su cui riflettere. In caso di dubbi, utilizziamo questa settimana ferragostana per discuterne insieme. Nel prossimo post vedremo un’applicazione pratica dello stress index e ne analizzeremo limiti e punti di forza.

Concludo rispondendo a Nadia: puoi calcolare anche da sola lo stress index, cioè senza l’ausilio di software a questo adibiti, ma non è molto semplice. Comunque la strada è questa: devi acquisire il segnale di Paw ad una buona frequenza di campionamento (100-200 Hz) e scegliere un intervallo di Paw durante flusso inspiratorio costante (scartando i primi e gli ultimi 50 msec). Quindi con un programma di statistica o di curve fitting devi calcolare i coefficienti della seguente formula: Paw=a *tempo^b+c. Il coefficiente b (l’esponente del tempo) è il nostro stress index. Senza tutto questo, l’unica cosa che puoi fare è una valutazione qualitativa della curva Paw-tempo (figura 3): se vedi, durante la fase di insufflazione a flusso inspiratorio costante, la curva di pressione che accenna una concavità verso l’alto, il tuo stress index è certamente > 1. Se osservi invece un accenno di concavità verso il basso, allora lo stress index è < 1. E via ad aggiustare volume corrente e PEEP…

Buon Ferragosto a tutti gli amici di ventilab.