Lug 272020
 

In questi giorni è stato pubblicato il trial randomizzato controllato (RCT) conosciuto con la sigla RECOVERY sulla terapia steroidea nella malattia da SARS-COV-2 (COVID-19). Le conclusioni dell’abstract dicono che il desametasone riduce la mortalità a 28 giorni nei pazienti con COVID-19 con ventilazione meccanica invasiva o in ossigenoterapia ma non nei pazienti senza alcun supporto respiratorio (“In patients hospitalized with Covid-19, the use of dexamethasone resulted in lower 28-day mortality among those who were receiving either invasive mechanical ventilation or oxygen alone at randomization but not among those receiving no respiratory support.“) (1).

Anche davanti ad un importante RCT come questo, è necessario conservare lo spirito critico tipico del metodo scientifico ed i risultati di questo studio devono essere integrati con le conoscenze che già abbiamo.

 

I limiti dei trial randomizzati e controllati.

Nonostante la fideistica fiducia nei RCT della evidence-based medicine, non esiste alcuna dimostrazione che il risultato positivo di un RCT sia la prova definitiva dell’efficacia di una terapia in una data malattia

La storia recente ci insegna che numerosi RCT su trattamenti nei pazienti critici, anche se pubblicati sulle più prestigiose riviste di medicina, sono stati poi smentiti nel volgere di pochi anni. Tra i trattamenti la cui efficacia è stata sancita da un RCT e poi sconfessata mi vengono in mente il controllo stretto della glicemia (2), la early-goal directed therapy nello shock settico per mantenere la ScvO2 > 70% (3), l’uso della proteina C attivata ricombinante umana nello shock settico (4) (successivamente ritirata dal commercio), l’infusione di cisatracurium nelle fasi iniziali della ARDS (5). Forse qualche altro esempio può venire in mente anche a te.

Non c’è nulla di strano nel fatto che un RCT venga smentito. Innanzitutto la sedicente evidence-based medicine è in realtà una probability-based medicine. Questo significa, semplificando, che ogni RCT positivo ha 1 probabilità su 20 di dimostrare efficace una terapia che in realtà non lo è. Ancora più elevata la probabilità che un RCT negativo escluda l’efficacia di un trattamento che in realtà è efficace: questo accade 1 volta su 5, nella migliore delle ipotesi. Questi errori intrinseci alla metodologia statistica vengono definiti errore di primo tipo (o errore alfa) ed errore di secondo tipo (o errore beta).

Inoltre i risultati dei RTC sono tipicamente caratterizzati da una scarsa validità esterna, cioè sono poco generalizzabili alla vita reale, non potendo essere necessatiamente considerati validi per pazienti con caratteristiche diverse, curati in contesti diversi ed in periodi storici diversi rispetto a quelli in cui si è svolto il RCT (6).

Questo non significa certamente che i RCT siano studi di scarso valore, tutt’altro. Semplicemente ci ricorda che i loro risultati sono importanti, ma non possono essere accettati, con atto di fede, come la risposta definitiva a un quesito clinico, ma devono integrarsi con le conoscenze che acquisiamo anche con altri tipi di studi. Non esistono studi perfetti, e i RCT non fanno eccezione.

 

Cortisone nella COVID-19: i dati del RCT.

Riprendiamo i risultati del RCT RECOVERY citato in apertura, che si è svolto in 176 ospedali della Gran Bretagna. Sono stati arruolati nello studio i pazienti con infezione sospetta o confermata da SARS-CoV-2. Alla fine il 15% dei pazienti randomizzati non aveva una diagnosi confermata di infezione da SARS-CoV-2, ma sospettata per la presenza di insufficienza respiratoria non cardiogena con addensamento parenchimale o vetro smerigliato al Rx torace (quindi di fatto qualsiasi tipo di polmonite). In questi casi la diagnosi era basata esclusivamente sull’opinione del medico curante (“the diagnosis remains a clinical one based on the opinion of the managing doctor”).

Dopo l’esclusione di 2000 (la maggior parte perché i medici curanti non ritenevano corretto randomizzarli per il trattamento con cortisone), quasi 6500 pazienti sono stati randomizzati per ricevere 6 mg di desametasone orale o endovenoso per 10 giorni o la usual care, cioè la cura normalmente utilizzata in quei 176 ospedali del Regno Unito.

Lo studio non è stato condotto in cieco, quindi i medici curanti sapevano chi stava ricevendo il desametasone e chi no: questo è oggettivamente un limite rilevante per qualsiasi RCT.

La terapia poteva iniziare in qualsiasi momento del ricovero ed in qualunque condizione clinica: alla randomizzazione il 16% dei pazienti era intubato, il 60% faceva ossigenoterapia o ventilazione non-invasiva (queste ultime due considerate come se fossero la stessa cosa) ed il 24% non riceveva nessun supporto respiratorio (nemmeno l’ossigenoterapia). 

Il risultato complessivo è stato la riduzione del 2.8% della mortalità a 28 giorni in chi faceva il desametasone (22.9% in chi ha fatto desametasone vs 25.7% in chi non ha ricevuto questa terapia) (figura 1, riquadro rosso).

La principale riduzione di mortalità si è verificata nei pazienti con ventilazione meccanica invasiva, in cui la mortalità con desametasone è stata il 29% a confronto del 41% dei pazienti con “usual care“.

Molto minore o assente l’efficacia nei pazienti con ossigenoterapia/ventilazione non-invasiva e senza supporti respiratori, che se considerati insieme non hanno avuto nessuna significativa differenza di mortalità (21.7% con desametasone e 22.7% con la usual care) (figura 1, riquadro blu).

Figura 1

 

 

 
 
 
 
 
 
Il gruppo di controllo: la “usual care“.

Ora facciamoci una domanda: il desametasone è stato più efficace di che cosa nei pazienti in ventilazione meccanica invasiva? E’ stato più efficace rispetto alla usual care, cioè al trattamento usuale. A questo punto pare logico chiederci quale sia stata la ”usual care” nei 1007 sottoposti a ventilazione meccanica nei 176 ospedali che hanno partecipato al RECOVERY (per una media di 5-6 pazienti per ospedale): quali sono stati i criteri di intubazione, una volta iniziata la ventilazione meccanica che volume corrente, driving pressure, PEEP, pressione di plateau sono stati applicati, quanto spesso è stata usata la pronazione, se e come i pazienti hanno ricevuto miorilassanti, ecc. ecc.

Sappiamo bene che, anche nell’era della ventilazione protettiva, il 35% dei pazienti con ARDS riceve un volume corrente decisamente eccessivo (> 8 m/kg di peso corporeo ideale) e quasi l’80% superiore a 6 ml/kg di peso ideale (7). E sappiamo bene che un elevato volume corrente, PEEP non appropriata o stress index > 1 determinano un aumento delle citochine infiammatorie (8, 9). Lo steroide può aver un effetto anche su questa possibile fonte di infiammazione?

Sappiamo anche che la pronazione, anch’essa protettiva per lo stress polmonare (10–12), nella pratica clinica spesso non è utilizzata nei pazienti con ARDS grave (13). Quanto è stata utilizzata nei pazienti del RECOVERY?

Come abbiamo visto all’inizio del post, il risultato di un RCT dipende fortemente dalla ”usual care, cioè dal contesto in cui il risultato è stato ottenuto e dalla combinazione con gli altri trattamenti, elementi da cui dipende la sua generalizzabilità alla nostra pratica clinica: se non sappiamo quando e come sono stati ventilati i pazienti del RECOVERY trial, non potremo sapere quanto possano essere validi per noi questi risultati.

 

Steroide efficace nella ARDS o nella COVID-19?

Se il cortisonico fosse efficace nella COVID-19, avrebbe dovuto ridurre la mortalità in tutti i pazienti, non solo in quelli sottoposti a ventilazione meccanica invasiva. Perchè ha funzionato molto bene solo nei pazienti intubati e ventilati e poco o nulla negli altri?

Chi ha visto i pazienti con COVID-19 che arrivano alla ventilazione meccanica invasiva sa bene che, a questo stadio, hanno una polmonite bilaterale. E quindi una ARDS (per la diagnosi di ARDS ti rimando al post del 24/06/2012).

Mi sembra logico dedurre che i risultati del RECOVERY supportino l’efficacia della terapia steroidea nella ARDS. Il risultato è tutt’altro che innovativo, visto che la terapia con steroidi nella ARDS era già raccomandata dalle linee-guida congiunte dell società americana ed europea di Terapia Intensiva (14) e confermata nella sua efficacia da un recente RCT nei pazienti con ARDS (15).

Il merito del RECOVERY è stato quello di fugare le perplessità sull’uso degli steroidi nei pazienti con COVID-19 quando sviluppano una ARDS. Inizialmente l’utilizzo degli steroidi nella COVID-19 era sconsigliato nel timore che potesse ridurre la clearance virale (16). I risultati del trial RECOVERY confermano questo timore nei pazienti senza grave insufficienza respiratoria (che hanno una mortalità del 15-20%), ma mostrano che quando compare una ARDS il beneficio supera il rischio. E’ quindi giustificato dare lo steroide nella ARDS anche secondaria a COVID-19.

 

Conclusione.

Il risultato del RCT RECOVERY purtroppo ci mostra che la terapia steroidea non è efficace per la COVID-19, altrimenti avrebbe ridotto la mortalità in tutti i livelli di gravità della malattia.

Questo studio ci conferma che  lo steroide è efficace nella ARDS, anche quando secondaria a COVID-19

L’efficacia del desametasone nella ARDS da COVID-19 è valida quando i pazienti sono trattati secondo la usual care (indicazioni all’intubazione, volumi e pressioni di ventilazione, farmaci associati, ecc. ecc.) del RECOVERY, che purtroppo non ci è dato conoscere… (almeno per il momento). Quindi non è detto che questi risultati siano riproducibili in ospedali con organizzazione ed “usual care” diversa da quella degli ospedali britannici che hanno partecipato al trial.

Come sempre, un sorriso a tutti gli amici di ventilab. E buone vacanze! Quest’anno ce le meritiamo proprio 🙂

Bibliografia

  1. The RECOVERY Collaborative Group. Dexamethasone in Hospitalized Patients with Covid-19 — Preliminary Report. N Engl J Med 2020;NEJMoa2021436.doi:10.1056/NEJMoa2021436.
  2. van den Berghe, G, Wouters P, Weekers F, Verwaest C, Bruyninckx F, Schetz M, Vlasselaers D, Ferdinande P, Lauwers P, Bouillon R. 110801 Intensive Insulin Therapy in Critically Ill Patients. N Engl J Med 2001;345:1359–1367.
  3. Rivers E, Nguyen B, Havstad S, Ressler J, Muzzin A, Knoblich B, Peterson E, Tomlanovich M. Early Goal-Directed Therapy in the Treatment of Severe Sepsis and Septic Shock. N Engl J Med 2001;345:1368–1377.
  4. Bernard GR, Dhainaut J-F, Helterbrand JD. Efficacy and Safety of Recombinant Human Activated Protein C for Severe Sepsis. N Engl J Med 2001;344:699–709.
  5. Papazian L, Forel J, Gacouin A, Penot-Ragon C, Gilles P, Loundou A, Jaber S, Arnal J, Perez D, Seghboyan J, Constantin J, Courant P, Lefrant J, Claude G, Prat G, Morange S, Roch A. Neuromuscular Blockers in Early Acute Respiratory Distress Syndrome. N Engl J Med 2010;363:1107–1116.
  6. Frieden TR. Evidence for Health Decision Making — Beyond Randomized, Controlled Trials. In: Drazen JM, Harrington DP, McMurray JJV, Ware JH, Woodcock J, editors. N Engl J Med 2017;377:465–475.
  7. Bellani G, Laffey JG, Pham T, Fan E, Brochard L, Esteban A, Gattinoni L, van Haren F, Larsson A, McAuley DF, Ranieri M, Rubenfeld G, Thompson BT, Wrigge H, Slutsky AS, Pesenti A, for the LUNG SAFE Investigators and the ESICM Trials Group. Epidemiology, Patterns of Care, and Mortality for Patients With Acute Respiratory Distress Syndrome in Intensive Care Units in 50 Countries. JAMA 2016;315:788.
  8. Ranieri VM, Suter PM, Tortorella C, Tullio RD, Dayer JM, Brienza A, Bruno F, Slutsky AS. Effect of Mechanical Ventilation on Inflammatory Mediators in Patients with Acute Respiratory Distress Syndrome: A Randomized Controlled Trial: JAMA 2000;44:11–12.
  9. Terragni PP, Filippini C, Slutsky AS, Birocco A, Tenaglia T, Grasso S, Stripoli T, Pasero D, Urbino R, Fanelli V, Faggiano C, Mascia L, Ranieri VM. Accuracy of Plateau Pressure and Stress Index to Identify Injurious Ventilation in Patients with Acute Respiratory Distress Syndrome: Anesthesiology 2013;119:880–889.
  10. Mentzelopoulos SD. Prone position reduces lung stress and strain in severe acute respiratory distress syndrome. Eur Respir J 2005;25:534–544.
  11. Cornejo RA, Díaz JC, Tobar EA, Bruhn AR, Ramos CA, González RA, Repetto CA, Romero CM, Gálvez LR, Llanos O, Arellano DH, Neira WR, Díaz GA, Zamorano AJ, Pereira GL. Effects of Prone Positioning on Lung Protection in Patients with Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med 2013;188:440–448.
  12. Galiatsou E, Kostanti E, Svarna E, Kitsakos A, Koulouras V, Efremidis SC, Nakos G. Prone Position Augments Recruitment and Prevents Alveolar Overinflation in Acute Lung Injury. Am J Respir Crit Care Med 2006;174:187–197.
  13. Guérin C, Gurjar M, Bellani G, Garcia-Olivares P, Roca O, Meertens JH, Maia PA, Becher T, Peterson J, Larsson A, Gurjar M, Hajjej Z, Kovari F, Assiri AH, Mainas E, Hasan MS, Morocho-Tutillo DR, Baboi L, Chrétien JM, François G, Ayzac L, Chen L, Brochard L, Mercat A, for the investigators of the APRONET Study Group, the REVA Network, the Réseau recherche de la Société Française d’Anesthésie-Réanimation (SFAR-recherche) and the ESICM Trials Group. A prospective international observational prevalence study on prone positioning of ARDS patients: the APRONET (ARDS Prone Position Network) study. Intensive Care Med 2018;44:22–37.
  14. Annane D, Pastores SM, Rochwerg B, Arlt W, Balk RA, Beishuizen A, Briegel J, Carcillo J, Christ-Crain M, Cooper MS, Marik PE, Meduri GU, Olsen KM, Rodgers SC, Russell JA. Guidelines for the Diagnosis and Management of Critical Illness-Related Corticosteroid Insufficiency (CIRCI) in Critically Ill Patients (Part I): Society of Critical Care Medicine (SCCM) and European Society of Intensive Care Medicine (ESICM) 2017. Crit Care Med 2017;45:11.
  15. Villar J, Ferrando C, Martínez D, Ambrós A, Muñoz T, Soler JA, Aguilar G, Alba F, González-Higueras E, Conesa LA, Martín-Rodríguez C, Díaz-Domínguez FJ, Serna-Grande P, Rivas R, Ferreres J, Belda J, Capilla L, Tallet A, Añón JM, Fernández RL, González-Martín JM, Aguilar G, Alba F, Álvarez J, Ambrós A, Añón JM, Asensio MJ, Belda J, Blanco J, et al. Dexamethasone treatment for the acute respiratory distress syndrome: a multicentre, randomised controlled trial. Lancet Respir Med 2020;S2213260019304175.doi:10.1016/S2213-2600(19)30417-5.
  16. World Health Organization. Clinical management of severe acute respiratory infection (SARI) when COVID-19 disease is suspected. Interim guidance 13 March 2020. 2020;at <https://www.who.int/docs/default-source/coronaviruse/clinical-management-of-novel-cov.pd>.

 

Mag 022020
 

Nel post precedente abbiamo visto che tutte le forme di ARDS sono caratterizzate da una più o meno grave una riduzione della capacità funzionale residua e che la compliance è ad essa approssimativamente proporzionale.

La ventilazione della capacità funzionale residua è ciò che può accomunare la ventilazione meccanica di tutti i pazienti con ARDS, inclusi quella associata a COVID-19. Va bene per tutti perché consente di individualizzare volume corrente e PEEP in ciascun paziente, relativizzandoli al volume polmonare ventilato. E ci evita il fastidio di entrare in discussioni sterili come ad esempio “PEEP alta o bassa”, o nelle certezze, dogmatiche e indimostrate, come ad esempio quella dei 6 ml/kg di volume corrente a tutti, sentendosi tranquilli se la pressione di plateau non è superiore a 30 cmH2O.

Questo approccio segna una frattura totale con quello fondato sull’emogasanalisi arteriosa. Vediamo quindi cosa non fare e cosa invece è ragionevole fare. 

Per i lettori attenti di ventilab non vi sarà nulla di sostanzialmente nuovo, però potrà essere lo spunto per vedere concetti noti anche sotto altre prospettive.

Cosa NON fare.

Il PaO2/FIO2 NON PUO’ essere la base per l’impostazione e la verifica della ventilazione protettiva nell’ARDS (vedi post del 31/01/2020, l’ultimo dell’era pre-COVID-19…).

Ipotizziamo che Mario e Pippo siano due pazienti con ARDS, il peso ideale di entrambi è 70 kg, entrambi hanno PaO2 80 mmHg e FIO2 0.8 (PaO2 /FIO2 100 mmHg). Ipotizziamo che Mario abbia compliance 21 ml/cmH2O e Pippo 42 ml/cmH2O

Figura 1

Ci sembra ragionevole ventilare Mario e Pippo allo stesso modo, ad esempio con 420 ml di volume corrente (6 ml/kg) e 14 cmH2O di PEEP (come indicato nella tabella PEEP-FIO2 in figura 1)?

La prima conseguenza di questa impostazione sarebbe che Mario ha avrebbe una driving pressure (volume corrente/compliance) di 20 cmH2O e Pippo di 10 cmH2O. Ad entrambi dovremmo mettere una PEEP di 14 cmH2O, senza tenere conto del fatto che questa possa migliorare o peggiorare compliance e driving pressure…

Anestesisti rianimatori di tutto il mondo, unitevi: smettiamo di guardare l’emogasanalisi per decidere come ventilare i pazienti con ARDS. Non è l’emogasanalisi arteriosa a guidare la ventilazione meccanica!!! E’ dura, lo so… è forte la tentazione di vedere quel dannato foglietto con PaO2 e PaCO2… ma possiamo farcela. 

Come fare e perchè.

Il volume corrente.

Dal momento che ogni paziente con ARDS ha una più o meno marcata riduzione del volume polmonare (che riconduciamo alla riduzione della capacità funzionale residua), è ragionevole che in tutti i pazienti con ARDS (sia i Mario che i Pippo) il volume di gas che si introduce nei polmoni ad ogni inspirazione (il volume corrente) debba essere proporzionato al volume polmonare, cioè alla capacità funzionale residua.

La capacità funzionale residua è il contenitore, il volume corrente  un oggetto da introdurvi: se il contenitore è grande, vi si può mettere, senza danneggiarlo, un oggetto grande. In un contenitore molto piccolo, si può infilare solo un oggetto piccolo se non lo si vuole rompere.

Il rapporto tra volume corrente e capacità funzionale residua è conosciuto con il termine di strain, il quale è direttamente proporzionale alla driving pressure (1, 2). Se vuoi un approfondimento su strain e driving pressure, puoi rileggere anche il post del 26/02/2016.

La prima regola che vale in tutte le ARDS è quindi che il volume corrente debba essere ridotto se la driving pressure (cioè la differenza tra pressione di plateau e PEEP) è elevata (indicativamente superiore a 14-15 cmH2O).

Per semplicità parliamo della driving pressure delle vie aeree, quella che si può calcolare molto facilmente dal display di qualsiasi ventilatore meccanico. 

In realtà lo stress del polmone andrebbe misurato con la driving pressure transpolmonare, che richiede la misurazione della pressione esofagea. Se la pressione esofagea è misurata correttamente, la driving pressure transpolmonare è data dalla driving pressure delle vie aeree (pressione di plateau – PEEP) meno la driving pressure della gabbia toracica (pressione esofagea a fine inspirazione – pressione esofagea a fine espirazione).

Può essere opportuno complicarsi la vita con la driving pressure transpolmonare nei casi in cui non si riesce a contenere la driving pressure entro i limiti normalmente accettati, in particolare nei pazienti obesi. Non è un caso che una elevata driving pressure sia associata alla mortalità nei pazienti con ARDS, ad eccezione degli obesi (3). In essi, come in tutti i pazienti con bassa compliance della gabbia toracica, l’entità delle variazioni tidal di pressione esofagea rompe una consueta proporzionalità tra la driving pressure delle vie aeree e driving pressure transpolmonare. Non approfondisco ulteriormente l’argomento per necessità di brevità. 

La PEEP.

Abbiamo visto nel post precedente che la compliance dell’apparato respiratorio (Ctot) è uguale alla somma delle compliance delle singole parti di cui è composto (le compliance regionali C1, C2, C3, …, Cn

Ctot = C1 + C2 + C3 + … + Cn.

Se le compliance regionali sono sostanzialmente costanti (dal momento che la compliance specifica è simile in tutti i polmoni), la variazione della Ctot dovrà essere secondaria all’aumento o alla riduzione del numero di porzioni ventilate dei polmoni.

Ne consegue che se l’applicazione della PEEP aumenta la compliance, essa dovrebbe aver aumentato il numero di unità polmonari disponibili alla ventilazione. Questo è schematizzato nella figura 2A, in cui l’unità polmonare 4 non è ventilata a ZEEP mentre lo diventa con l’applicazione della PEEP, determinando un aumento della compliance totale.

Se la variazione di PEEP mantiene costante la compliance, ragionevolmente possiamo pensare che sia rimasto invariato il numero di unità polmonari ventilate, semplicemente se ne è modificato il volume (figura 2B). 

Figura 2

Se la PEEP riduce la compliance, la spiegazione più coerente con le nostre attuali conoscenze è che si sia ridotta la compliance regionale di alcune zone perchè queste diventano sovradistese e pertanto, questa volta sì, più “rigide” (figura 2C).

L’effetto della PEEP sulla compliance è sempre la somma algebrica di questi tre fenomeni che si possono presentare contemporaneamente nelle diversi porzioni di un parenchima polmonare disomogeneo. Come effetto finale vediamo quello prevalente.

Una spiegazione così semplice non può che essere una semplificazione della realtà, come del resto lo è qualsiasi modello. Ma dal punto di vista operativo, clinico, mi sembra a tutt’oggi quella più coerente con quanto la ricerca ci ha insegnato.

Per vedere se la PEEP migliora la compliance, dobbiamo fare un PEEP trial. Dobbiamo cioè provare PEEP diverse e scegliere, tra queste, quella che riduce la driving pressure (se usiamo una ventilazione volumetrica controllata senza modificare il volume corrente alle diverse PEEP) o quella che aumenta il volume corrente (se usiamo una pressione controllata con pressione inspiratoria sopra PEEP costante). 

Nel periodo COVID-19 mi è tornato comodo quest’ultimo approccio, avendo dovuto utilizzare per ventilare qualsiasi tipo di cosa avesse ricordasse un ventilatore meccanico. In alcuni ventilatori portatili domiciliari, in ventilatori da trasporto, in vecchi ventilatori da anestesia, il monitoraggio lascia molto a desiderare e la pressione di plateau è invisibile o inaffidabile. In questi casi è più semplice mantenere una PCV di 15 cmH2O e testare PEEP diverse andando semplicemente a leggere il numero del volume corrente sul display.

La frequenza respiratoria e tempo inspiratorio.

Con l’emergere del concetto di mechanical power (4), forse per ora ancora acerbo per una diretta declinazione clinica, si fa sempre più strada l’idea che, tra le altre cose, anche la frequenza respiratoria possa contribuire al possibile danno da ventilazione meccanica. Pertanto la frequenza respiratoria dovrebbe essere tenuta bassa per quanto possibile, il che per una ARDS significa tra 20 e 25/min. Anche tollerando l’ipercapnia che ne deriva, che come abbiamo visto in passato è tutto fuorché un veleno (altro mito da sfatare per gli anestesisti rianimatori) (vedi anche post del 25/03/2018). 

Nella fase di ventilazione controllata della ARDS, il tempo inspiratorio a mio avviso merita la stessa dignità del tempo espiratorio. Durante il prolungamento dell’inspirazione si favorisce infatti il raggiungimento della ventilazione anche nelle zone a costante di tempo lunga, con omogeneizzazione della ventilazione e miglioramento dello scambio gassoso.  Di default tendo a mettere, nei pazienti passivi, un rapporto I:E 1:1, con un tempo inspiratorio che quindi oscilla tra 1 e 1.5 secondi per frequenze respiratorie tra 20 e 30/min.

Ovviamente, tutto cambia quando si passa alla ventilazione assistita-controllata, qui il I:E diventa libero e ci si preoccupa solo del tempo inspiratorio (vedi anche post del 15/03/2014).

Verifica finale.

Alla fine, dopo aver impostato volume corrente, PEEP, frequenza respiratoria, se il paziente è passivo (senza alcun segno di attivazione dei muscoli inspiratori), una osservazione allo stress index in volume controllato a flusso inspiratorio costante, misurato per chi ce l’ha, occhiometrica per gli altri (me compreso). Se va tutto bene, l’impostazione del ventilatore si conferma ragionevole. Per ulteriori informazioni sullo stress index puoi vedere i post del 15/08/2011 e del 28/08/2011.

 

In conclusione, abbiamo visto che è possibile in qualsiasi forma di ARDS avere un approccio semplice ma ragionato alla ventilazione meccanica. Chi propone numeri magici e tabelle lo fa pensando che questa sia la strada migliore per limitare i danni se la ventilazione capita nelle mani sbagliate… Ci possono essere della ragioni anche in questo. 

Per quanto mi riguarda, preferisco scrivere e parlare per chi ha il piacere di migliorarsi ogni giorno e sfrutta ogni occasione per imparare. Nella mia personale esperienza con le migliaia di persone che ho avuto il piacere di vedere e conoscere in questi anni, sono sempre più convinto che sia meglio parlare a chi vuol sentire piuttosto che urlare ai sordi.

Nei prossimi post (se riesco già la prossima settimana) concluderò le riflessioni sugli argomenti che mi sono stati richiesti nel periodo COVID-19 con cenni su pronazione, reclutamento, APRV, ventilazione non-invasiva, terapia farmacologica, weaning, sedazione e tracheotomia.

Come sempre, un sorriso agli amici di ventilab.

 

Bibliografia

  1. Chiumello D, Carlesso E, Cadringher P, et al.: Lung Stress and Strain during Mechanical Ventilation for Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med 2008; 178:346–355
  2. Gattinoni L, Carlesso E, Caironi P: Stress and strain within the lung: Curr Opin Crit Care 2012; 18:42–47
  3. De Jong A, Cossic J, Verzilli D, et al.: Impact of the driving pressure on mortality in obese and non-obese ARDS patients: a retrospective study of 362 cases. Intensive Care Med 2018; 44:1106–1114
  4. Marini JJ: Evolving concepts for safer ventilation. Crit Care 2019; 23:114
Apr 282020
 

Come abbiamo visto l’ARDS è una sindrome che può presentarsi in maniera molto differente, influenzata sia dalla malattia che l’ha indotta che dalle caratteristiche del paziente.

Tutte le ARDS hanno però una fondamentale caratteristica comune: la riduzione del volume polmonare. In particolare si riduce il volume di aria contenuto nei polmoni alla fine della espirazione, cioè la capacità funzionale residua  (functional residual capacity, FRC).

Figura 1

Tutte le ARDS hanno una riduzione della FRC, ma non tutte della stessa entità: in alcuni casi è più grave, in altri meno. Questo avrà implicazioni cliniche rilevanti, che vedremo nel prossimo post.

Al letto del paziente tutti possiamo avere un’idea dell’entità della riduzione di FRC: in prima approssimazione, tanto maggiore è la riduzione della FRC, tanto maggiore è la riduzione della compliance.

La compliance (C) si misura al letto del paziente dividendo il volume corrente per la differenza tra pressione di plateau e PEEP (PEEP totale), cioè per la driving pressure (dP): C = VT/dP.

(E’ necessaria una precisazione: tutto quanto diciamo dovrebbe teoricamente essere riferito al solo polmone e non all’intero apparato respiratorio. In altre parole, la pressione di riferimento non dovrebbe essere la pressione delle vie aeree che misuriamo sul ventilatore meccanico, ma la pressione transpolmonare, cioè la differenza tra pressione delle vie aeree e pressione pleurica. Ma a fini clinici anche ragionare sulle pressioni delle vie aeree può offrire informazioni utili nella pratica clinica, con alcune eccezioni che vedremo nel prossimo post.)

Siamo abituati a pensare alla compliance come ad una misura di “durezza” dei polmoni: di solito si pensa che più si riduce la compliance, più diventano “duri”, “rigidi” i polmoni. In realtà è più corretto pensare la compliance come un indice di riduzione della FRC.

Facciamo un esempio. Un soggetto sano ha una compliance di circa 120 ml/cmH2O (1), il che significa che applicando una pressione di 1 cmH2O si aumenta il volume di polmoni di 120 ml.  La sua una capacità funzionale residua di circa 2000 ml. Immaginiamo di avere due polmoni, destro e sinistro, di identiche dimensioni, come nella figura 2, ciascuno dei quali contiene quindi 1000 ml a fine espirazione.

Figura 2

Se ventiliamo questo soggetto con 600 ml di volume corrente, avremo una pressione alveolare di 5 cmH2O (C=VT/P, cioè P=VT/C), sia nel polmone destro che nel polmone sinistro.

Il polmone destro, come il sinistro, hanno ricevuto ciascuno la metà del volume corrente (300 ml) ed ha aumentato la pressione di 5 cmH2O. La compliance di ciascun polmone è quindi 60 ml cmH2O (300 ml / 5 cmH2O).

La compliance di tutto l’apparato respiratorio è la somma delle compliance delle singole unità polmonari. Questo significa che quando si riduce il numero delle unità alveolari si riduce necessariamente la compliance dei polmoni.

Figura 3

Troviamo facilmente conferma di questo se analizziamo cosa succede se si esclude dalla ventilazione uno dei due polmoni, cioè se si dimezza la FRC (figura 4).

Figura 4

Tutti i 600 ml vanno a finire nell’unico polmone ventilato, che ha la stessa compliance che aveva in precedenza, cioè 60 ml/cmH2O. La pressione alveolare che si sviluppa in questo caso è di 10 cmH2O (cioè VT/C): questa è diventata anche la pressione di tutto l’apparato respiratorio, la cui compliance totale si è dimezzata a 60 ml/cmH2O.

Il polmone non è diventato “più rigido”, è diventato solo più piccolo. E’ il concetto del baby lung.

Vediamo la stessa cosa con un altro esempio. La compliance dei neonati è espressa in cmH2O/ml per kg di peso ed ha un valore mediamente di 1.6 cmH2O/ml/kg (2). In un neonato di 3.5 kg la compliance è quindi circa 6 ml/cmH2O, un valore bassissimo rispetto ai 120 ml/cmH2O dell’adulto. Vuol dire che il neonato ha dei polmoni molto rigidi o solamente molto piccoli? 

Calcoliamo la compliance per kg di peso, come si fa nel neonato, nell’adulto con peso ideale di 75 kg e 120 ml/cmH2O di compliance. Otteniamo 1.6 cmH2O/ml per kg, lo stesso valore del neonato.

Se vogliamo essere più precisi, parliamo di compliance specifica (cioè la compliance in rapporto alla FRC), che nel neonato è  0.06 ml∙cmH2O-1∙ml-1 (1). Possiamo facilmente calcolarla anche nell’adulto, con i dati che abbiamo utilizzato in precedenza: 120 ml/cmH2O / 2000 ml = 0.06 ml∙cmH2O-1∙ml-1, anche in questo caso lo stesso valore del neonato. 

Adulto e neonato hanno compliance assolute diverse, ma una uguale compliance relativa alla dimensione del polmone. Questi dati supportano ulteriormente che la compliance specifica (quella relativa alla dimensione del polmone) rappresenta la “rigidità” del polmone, la compliance totale (quella che misuriamo noi) è invece un indicatore di volume aerato, cioè di FRC.

Da tutto ciò deriva che la riduzione di capacità funzionale residua dovrebbe essere l’indicatore della gravità della ARDS e dovrebbe fare parte della sua definizione. Non essendo facile da misurare, nella clinica può essere sostituita dalla compliance: le ARDS con bassa compliance sono quelle con la maggior riduzione di FRC, quelle con compliance meno ridotta hanno avuto una minor riduzione di FRC. 

Nella ARDS da COVID-19 alcuni pazienti hanno avuto riduzioni moderate della compliance, mantenendosi tra i 40 e 50 ml/cmH2O, un valore comunque inferiore alla normalità.

Figura 5

Ma questo non è un dato eccezionale, accade anche in molte ARDS non associate a COVID-19, come ad esempio nel caso (che presento ad alcuni corsi di ventilazione) di un collega ed amico che ha avuto una ARDS grave (PaO2/FIO2 < 100 mmHg) secondaria a polmonite dopo un trauma toracico: la compliance era 45 ml/cmH2O (TC in figura 5). Questo dato non è nuovo, già in un articolo di quasi 30 anni fa sulla meccanica respiratoria dei pazienti con ARDS  si vedeva c1/4 di essi aveva una compliance di 45-50 ml/cmH2O (3). Nulla di strano, quindi.

Ma è proprio vero che i pazienti con ARDS da COVID-19 hanno una “buona” compliance? Sto analizzando i dati dei pazienti con COVID-19 intubati e ventilati negli ultimi 2 mesi nel mio reparto. Mediamente la compliance è bassa il primo giorno di ricovero (circa 30 ml/cmH2O). Anche i pazienti con ARDS da COVID-19 hanno spesso una bassa compliance. Alcuni hanno compliance con riduzioni moderate, altri invece con riduzioni molto più gravi. I primi casi che ho trattato mi avevano dato l’impressione di un maggior numero di casi a compliance moderatamente ridotta (comunque sempre più bassa del normale), ma continuando a curare tanti pazienti l’impressione è cambiata ed i dati lo confermano.

La conclusione è che tutte le ARDS si associano ad una riduzione della capacità funzionale residua, la quale si esprime anche con la riduzione della compliance. La riduzione della capacità funziona residua, più o meno marcata, è il comune denominatore della Acute Respiratory Distress Syndrome, indipendentemente dalla malattia che l’ha determinata.

La capacità funzionale residua ed il suo effetto sulla compliance è la chiave d’accesso a tutte le forme di ARDS, che può consentire un approccio unitario e razionale alla ventilazione della ARDS da qualsiasi malattia, COVID-19 e non COVID-19. Di questo parleremo tra pochi giorni nel prossimo post.

Come sempre, un sorriso a tutti gli amici di ventilab. Fa bene a chi lo fa e fa bene a chi lo riceve…

Bibliografia.

  1. Naimark A. Compliance of the respiratory system and its components in health and obesity. J Appl Physiol 1960; 15:377-82
  2. ATS/ERS. Respiratory Mechanics in Infants: Physiologic Evaluation in Health and Disease. Am Rev respir Dis 1993; 147:474-96
  3. Eissa NT, Ranieri VM, Corbeil C, et al.: Analysis of behavior of the respiratory system in ARDS patients: effects of flow, volume, and time. Journal of Applied Physiology 1991; 70:2719–2729

Apr 262020
 

L’emergenza COVID-19 nelle Terapie Intensive lombarde sta rientrando e riesco a leggere solo oggi le tante domande che mi sono arrivate nell’ultimo mese in merito alla ventilazione nei pazienti con COVID-19.

Ho voglia di girare pagina e vorrei smettere di parlare di COVID-19. Quindi questa settimana vorrei chiudere il capitolo (per non parlarne mai più, spero) con una serie di brevi post in cui rifletteremo e cercheremo di imparare qualcosa dai dubbi e dalle proposte che mi avete mandato ed alle quali non ho potuto rispondere singolarmente.

 

La COVID-19 è una ARDS?

Sì, la COVID-19 è senza dubbio una ARDS: è una sindrome con ipossiemia grave (PaO2/FIO2 < 300 mmHg con almeno 5 cmH2O di PEEP/CPAP) insorta acutamente, caratterizzata da infiltrati polmonari bilaterali, che non è secondaria ad una disfunzione ventricolare sinistra (1). Non c’è dubbio, la COVID-19 è proprio tutto questo. Non è nemmeno, come qualcuno propone, una “pseudoARDS”, che peraltro non capisco bene cosa sia. Se non accettiamo la definzione di ARDS per la COVID-19, non dovremmo accettarla nemmeno per tante altre malattie…

L’equivoco nasce se si pensa che l’ARDS sia una malattia. L’ARDS è una sindrome, come dice il nome stesso (Acute Respiratory Distress Syndrome) ed una sindrome è un complesso di segni e sintomi che può essere espressione di malattie di natura completamente diversa. L’ARDS è un caso tipico: può essere causata da malattie molto differenti tra loro. Questo era già chiaro a chi ha “scoperto” l’ARDS, che aveva ben in mente che questa fosse una manifestazione finale comune di differenti condizioni patologiche (nello studio originale trauma, polmonite e pancreatite) (2) (vedi post del 31/01/2016).

Anche le caratteristiche istologiche di ciò che chiamiamo ARDS sono variabili: il danno alveolare diffuso, che viene considerato un segno microscopico caratteristico, è presente solo nella metà dei pazienti con ARDS (3).

Da quest’anno anche la malattia da coronavirus SARS-CoV2, cioè la COVID-19, può essere causa di ARDS. Non lo è sempre, per fortuna, perchè molto spesso determina quadri clinici più benigni che con l’ARDS non hanno nulla a che fare.

Le malattie che possono portare a quella infiammazione diffusa dei polmoni che definiamo ARDS possono essere primitivamente polmonari, e coinvolgono estesamente i polmoni “dall’interno” (polmonite batterica, polmonite virale, trauma toracico, inalazione di gas tossici, annegamento,…), oppure non polmonari (peritonite, pancreatite, emotrasfusione massima, fascite necrotizzante,… ), ed arrivano diffusamente a coinvolgere i polmoni attraverso la circolazione capillare polmonare.

E’ molto importante essere consapevoli dell’eterogeneità delle condizioni cliniche che portano alla ARDS, perché i pazienti con ARDS hanno qualche tratto patologico comune insieme a profonde diversità che condizionano differenti risposte al trattamento. Queste che dipendono sia dal tipo di malattia che ha causato l’ARDS che dalle caratteristiche del paziente (comorbidità polmonari, obesità,…). Non possiamo illuderci che la risposta ai trattamenti ventilatori (PEEP, riduzione del volume corrente, limitazione della pressione di plateau, reclutamento) e farmacologici (ad esempio la somministrazione di steroidi) sia sempre la stessa per malattie così diverse.

Persino i pazienti con ARDS secondaria alla stessa malattia, come ad esempio i pazienti con ARDS da COVID-19, possono differire molto l’uno dall’altro, sia per gli aspetti extra-polmonari che per le caratteristiche dell’apparato respiratorio. Ora, ad esempio, siamo tutti consapevoli che anche tra i pazienti con COVID-19 possono esserci quelli con alta compliance e quelli con bassa compliance.

Con questa molteplicità di variabili nella ARDS, che senso ha dare una regola comune di PEEP bassa o PEEP alta (sempre mettendosi d’accordo su cosa si intenda per alta o bassa…)?

Che senso ha fare la stessa scelta di volume corrente per kg di peso del paziente? Protettivo (6 ml/kg), Ultraprottettivo (4 ml/kg)? Più fisiologico (8ml/kg)?

Che senso ha postulare a priori la necessità o viceversa la pericolosità del reclutamento?

Che senso ha proporre un limite fisso di pressione di plateau a 30 cmH2O, valore peraltro arbitrario ed in antitesi con quanto ci ha insegnato la ricerca?

Il senso c’è se si trova un comune denominatore di tutte le forme di ARDS, che le accomuni su un livello superiore rispetto alle loro differenze. Nel prossimo post di questa serie (forse già domani) identificheremo questo aspetto unificante della ARDS e ragioneremo come grazie ad esso si possa gestire in modo coerente la ventilazione meccanica superando le singole peculiarità.

Forse in futuro la definizione di ARDS dovrebbe includere esplicitamente questo tratto comune, essendo esso ciò che veramente rende questa sindrome un’entità con una propria coerenza. Se sei interessato a sapere a cosa mi riferisco e quali sono i risvolti pratici, ti aspetto per il prossimo post!

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab. A prestissimo.

 

Bibliografia

  1. ARDS Definition Task Force: Acute Respiratory Distress Syndrome: The Berlin Definition. JAMA 2012; 307:2526–2533
  2. Ashbaugh D, Bigelow D, Petty T, et al.: Acute respiratory distress in adults. Lancet 1967; 2:319–323
  3. Sweeney RM, McAuley DF: Acute respiratory distress syndrome. Lancet 2016; 388:2416–2430
Mar 232020
 

Sono consapevole di essere un soggetto a rischio di COVID-19 (CoronaVIrus Disease 2019): l’età è a rischio (i cinquantenni sono un “piatto” appetibile per il SARS-CoV2) ed i contatti non sono mancati: lavoro in mezzo alla COVID e diverse persone che sono state al mio fianco in queste settimane si sono ammalate.
Ho pensato quindi di lasciare ai miei bravissimi colleghi una sorta di testamento ventilatorio: qualche piccolo suggerimento se dovessi diventare un loro paziente.

Non ho verità (oggi nessuno le ha per questa malattia), ma nell’ultimo mese ho curato oltre 100 pazienti con COVID-19 (ne abbiamo 66 questa sera in Terapia Intensiva). L’attività clinica mi occupa tutti i giorni dalla mattina alla sera, non ho tempo di analizzare i dati (lo farò quando le acque si saranno calmate). Nel frattempo propongo la mia di opinione, frutto dell’esperienza empirica al letto del malato.

Trattamento farmacologico. Cari colleghi-amici, se capitassi tra i vostri pazienti, decidete a vostra discrezione se darmi o meno farmaci specifici per il trattamento della COVID-19 (antivirali ed altro). Nei pazienti in Terapia Intensiva non ho mai notato miglioramenti significativi attribuibili ai farmaci, mentre ne ho “apprezzato” gli effetti collaterali. Se proprio li volete usare, vi chiedo di sospenderli al primo effetto collaterale (aumento della creatinina o della bilirubina, ad esempio). Un ciclo di steroide è l’unico trattamento farmacologico che chiederei, con inizio precoce, anche prima dell’intubazione se l’insufficienza respiratoria mostrasse la tendenza ad una rapida progressione. Vi ricordo infine che è importante la somministrazione di enoxaparina, magari a dosaggi superiori a quelli normalmente utilizzati per la profilassi della trombosi venosa profonda: ho visto diversi episodi trombotici e tromboembolici gravi, che hanno portato a morte pazienti che probabilmente se la sarebbero cavata se la malattia fosse rimasta un problema esclusivamente polmonare.

Ed ora veniamo alla nostra amata ventilazione meccanica.
Se c’è dispnea ed ipossiemia con NIV o CPAP, l’intubazione deve essere tempestiva. Chi si ammala al punto tale da essere intubato, merita un paio di giorni di sedazione e paralisi. Fa eccezione chi mostra nelle prime 24 ore un miglioramento eclatante; in questi (rari) casi sedazione e paralisi possono essere sospese più precocemente.

Durante la fase a ventilazione controllata, non abbiate pregiudizi sulla scelta di PEEP e volume corrente: prima misurate e poi decidete.
La PEEP sceglietela pure con il solito PEEP trial, con il valore che rende minima la driving pressure. Probabilmente troverete più valori di PEEP che mantengono la minima driving pressure: scegliete il più basso che consenta di mantenere una sufficiente ossigenazione (SaO2 92-95%) con una FIO2 non superiore 0.5-0.6.
Lasciate perdere la discussione “PEEP alta o PEEP bassa”: sceglietela così come appena detto (cioè come al solito), paziente per paziente. Alcuni avranno le solite PEEP basse (che per me significa inferiori a 10 cmH2O) che mettiamo agli altri pazienti con ARDS, altri invece PEEP alte (che per me significa 10-15 cmH2O). Una PEEP superiore a 15 cmH2O è giustificata solo in pochissime occasioni.

Il volume corrente è ragionevole sceglierlo iniziando da circa 6-7 ml/kg di peso ideale, ricordando che nei pazienti ad alta compliance può essere un po’ più alto, ed in quelli a bassa compliance potremmo essere costretti a scegliere un volume inferiore. La driving pressure ci guiderà a ridurre o meno il volume corrente. Da considerare che nei pazienti obesi, una driving pressure leggermente superiore a 15 cmH2O potrebbe anche essere tollerabile.

La frequenza respiratoria, se possibile, limitatela a 20-25/min. Se sale la PaCO2, pazienza: calerà successivamente se le cose andranno bene.

Se dopo tutto questo persistesse una grave ipossiemia, provate UNA volta una manovra di reclutamento. Anche se qualche recentissima linea guida la sconsiglia, penso sia preferibile scegliere la manovra “a scala”: PCV 15 cmH2O, PEEP che si alza da 15 a 25 cmH2O per 2-3 minuti. In assenza di ripercussioni emodinamiche, si può andare a PEEP 30 cmH2O per altri 2-3 minuti. Quindi si può passare in volume controllato (con 4-8 ml/kg di volume corrente) e progressivamente ridurre la PEEP da 20 cmH2O in giù, calcolando la driving pressure ad ogni valore di PEEP. Quindi trovata la miglior PEEP (vedi sopra), rifare la manovra di reclutamento ed al termine di essa mettere la PEEP al valore di best-PEEP.

Se anche dopo UN reclutamento persistesse una grave disfunzione polmonare (ad esempio un PaO2/FIO2 < 120 mmHg), considerate la pronazione, per 16 ore al giorno, da ripetere ogni giorno per i primi 3-4 giorni se alla supinazione si osserva nuovamente la grave disfunzione polmonare.

La sedazione durante la ventilazione controllata la farei solo con il propofol (se nei hai ancora) a dosi moderate (3-4 mg/kg/h) e lascerei il resto del lavoro al miorilassante (possibilmente cisatracurium) in infusione continua. Eviterei in questa fase di dare degli inutili oppioidi.

Finita la fase della ventilazione controllata, inizia una ventilazione assistita pressometrica, utilizzando quella che conosci meglio. Se sei molto bravo, prova anche la APRV, altrimenti lascia perdere. Se sono un paziente ad alta compliance (≥ 40 ml/cmH2O), accetta se dovessi fare un volume corrente elevato, sempre a patto che la driving pressure sia minore di 15 cmH2O: l’importante è che il respiro non sia affannoso, che non abbia un eccessivo carico sui muscoli inspiratori. Se prevedi ragionevolmente che l’estubazione possa essere raggiunta con successo entro la prima settimana, procedi con il weaning. Se però vedi che questo non è ragionevole (necessità di PEEP ≥ 8 cmH2O, eccessivo drive respiratorio), la tracheotomia in quarta-quinta giornata è un’ottima scelta: lo svezzamento dalla ventilazione meccanica sarà molto più semplice e rapido. Potrai dimettere più rapidamente e aumentare la possibilità di cura anche per altri pazienti.

Ho notato che i pazienti con COVID-19 peggiorano molto facilmente se si cerca di bruciare le tappe: evita in qualunque modo di stressare il paziente, che invece deve sempre avere un buon comfort ventilatorio.

Questi sono appunti e spunti, che completano l’iniziale approccio proposto 4 settimane fa. Spero possano essere utili sia operativamente (anche ai miei amici-colleghi qualora dovessi diventare un loro paziente…), sia come spunto per ulteriori riflessioni ed approfondimenti.

Non ho il tempo per completare le riflessioni, ma anche in questo periodo così drammatico voglio come sempre lasciare un sorriso agli amici di ventilab. Il sorriso, anche se un po’ stanco e pensieroso, è una fiamma che dobbiamo cercare di tenere sempre accesa. Anche tra le lacrime.

Feb 292020
 

Come forse avrete sentito dire, in Italia si stanno verificando casi di malattia da coronavirus (COVID-19, Coronavirus disease), causata dal virus denominato severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2). E qui in Lombardia abbiamo diversi casi di COVID-19, per ora più che in altre regioni di Italia.

Questa settimana ho iniziato a ventilare i pazienti con COVID-19 e voglio condividere la mia esperienza (nulla di più) con i lettori di ventilab. Magari domani dovrai farlo anche tu…

La COVID-19 è una malattia caratterizzata da una polmonite infiltrati interstiziali,  che rientra a pieno nella definzione di ARDS: è una condizione acuta con ipossiemia grave e infiltrati polmonari bilaterali non attribuibile ad una disfunzione ventricolare sinistra. Ma dal punto di vista ventilatorio ha qualche peculiarità rispetto alle ARDS a cui siamo abitauti.

Nei casi che ho seguito la caratteristica principale è la grave ipossiemia associata ad una compliance dell’apparato respiratorio superiore a quella che normalmente vedo nei casi di grave ARDS.

Nella mia personale esperienza, il paziente “tipo” con COVID-19, che ha una gravissima disfunzione polmonare, con un PaO2/FIO2 di circa 100 mmHg (anche meno) (vedi post del 31/01/2020), ed una meccanica respiratoria solo lievemente peggiore di quella dei pazienti ventilati senza ARDS, con una compliance dell’apparato respiratorio di circa 40 ml/cmH2O. Si ha quindi spesso a che fare con un paziente gravemente ipossico ma “facile” da ventilare. La compliance quantifica quanti ml di gas entrano nei polmoni aumentando di 1 cmH2O la pressione nelle vie aeree: se la compliance è 40 ml/cmH2O, saranno necessari 10 cmH2O per erogare un volume corrente di 400 ml (cioè circa i 6 ml/kg di peso ideale). Questi 10 cmH2O sono la driving pressure, che ha un valore ritenuto di assoluta sicurezza (ben al di sotto dei 14-15 cmH2O) (vedi post del 26/02/2016).

Il paziente tipo con COVID-19 se fa un PEEP trial (vedi post del 06/10/2013), spesso ha driving pressure basse e costanti fino a valori di PEEP relativamente elevati (15-20 cmH2O). Quando mi trovo in queste condizioni con i pazienti con ARDS senza COVID-19, di solito scelgo il valore di PEEP più basso associato alla minor driving pressure (spesso inferiore a 10 cmH2O) e regolo la FIO2 per ottenere una saturazione di 90-95 %. Nel paziente con COVID-19 questo approccio funziona male. Bisogna infatti aumentare molto la FIO2 (fino a 0.9-1) per garantire una ossigenazione appena sufficiente. Se invece si aumenta la PEEP fino ai valori più elevati (sempre associati alla minima driving pressure), si ottiene un’ossigenazione sufficiente con FIO2 molto più basse (0.5-0.7). Quindi spesso si ritrova con PEEP dell’ordine dei 12-15 cmH2O anche chi, come me, è spesso abituato a utilizzare con PEEP inferiori.

Il paziente tipo con COVID-19 che ho imparato a conoscere questa settimana di solito risponde bene alla pronazione (vedi post del 26/05/2013), pratica che solitamente riservo ai casi veramente gravi di ARDS: cicli di pronazione di circa 16 ore ciascuno sono quindi utili per i primi due-tre giorni.

Il paziente tipo con COVID-19, non gradisce molto la ventilazione non-invasiva. Se ha un’ipossiemia grave, la ventilazione non-invasiva spesso rinvia l’inizio della terapia efficace, che è l’intubazione tracheale con la ventilazione meccanica invasiva. Se si insiste con la ventilazione non-invasiva si rischia concretamente di ritrovarsi il giorno dopo un paziente molto più grave da curare, come capita spesso con i pazienti con insufficienza respiratoria ipossiemica. Da considerare che il paziente con COVID-19, grazie alla sua buona compliance, spesso è in grado di mantenere il respiro spontaneo con poco sforzo (anche con un deleterio volume corrente elevato). Come abbiamo a visto in precedenza, più è alta la compliance, minore è la pressione necessaria per generare il volume corrente. Pertanto il paziente con COVID-19 arriva alla fatica dei muscoli respiratoria più tardi del tipico paziente con ARDS e bassa compliance: è falsamente tranquillizzante, ma può progredire subdolamente verso un peggioramente drammatico non anticipato da una grave dispnea a riposo.

In sintesi le prime impressioni sulla ventilazione meccanica nei pazienti con COVID-19:

  • non insistere con la ventilazione non-invasiva nei casi gravi;
  • utilizzare la PEEP che contemporaneamente minimizza la driving pressure e migliora l’ossigenazione (diversamente da altre forme di ARDS, l’ossigenazione conta…), quindi una PEEP più elevata che in altri pazienti;
  • pronare precocemente i pazienti più gravi (cioè quasi tutti);
  • avere pazienza, molta pazienza: nella prima settimana i pazienti possono migliorare, ma non sono certi pronti per iniziare il weaning. prima o poi arriverà anche questo momento…

Come sempre, un sorriso agli amici di ventilab. Con l’augurio di mantenere l’entusiasmo e la tenacia anche nei momenti più impegnativi: è qui che si fa la differenza…

 

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Feb 272019
 

Qualche giorno fa un amico, dopo aver letto un recentissimo articolo pubblicato su JAMA (1), mi ha chiamato un po’ confuso chiedendomi: “Ma dopo questo articolo, ha ancora senso misurare la pressione esofagea nella ARDS?”

Cerchiamo di trovare insieme la risposta a questa domanda.

Nel 2008 è stato pubblicato un trial clinico che mostrava la superiorità della ventilazione protettiva guidata dalla pressione esofagea rispetto all’utilizzo delle tabelline PEEP-FIO2 della ARDS network (2). Il gruppo che fece questo studio ha coordinato il trial clinico randomizzato, controllato, multicentrico, condotto dal 2012 al 2017, che oggi cercheremo di capire e commentare.

L’articolo si propone di valutare l’utilità della pressione esofagea nella selezione della PEEP nella ARDS rispetto alle tabelle PEEP-FIO2 (il titolo infatti è: “Effect of Titrating Positive End-Expiratory Pressure (PEEP) With an Esophageal Pressure-Guided Strategy vs an Empirical High PEEP-FIO2 Strategy…“).

Le conclusioni dell’abstract non lasciano dubbi: i dati dello studio non supportano l’utilizzo della pressione esofagea nella scelta della PEEP nella ARDS (“…Pes-guided PEEP, compared with empirical high PEEP-FIO2, resulted in no significant difference in death and days free from mechanical ventilation. These findings do not support Pes-guided PEEP titration in ARDS.“).

Spesso non sono d’accordo con le conclusioni degli abstract. Ed anche questa volta ritengo vi siano molti elementi su cui riflettere e che dovrebbero farci riformulare queste conclusioni. Alla fine del post vedremo quali dovrebbero essere le conclusioni appropriate da trarre dai risultati di questo studio.

Nel trial in esame i pazienti sono stati randomizzati per scegliere la PEEP con la tabella PEEP-FIO2 (a questo riguardo, vedi post del 06/10/2016) o valutando la pressione esofagea. Vediamo cosa significa.

Come è stata scelta la PEEP senza la pressione esofagea (Empirical High PEEP-FIO2 Strategy).

Figura 1

E’ stata impostata una PEEP per ottenere una PaO2 tra 55 e 80 mmHg o una SpO2 tra 88 e 93%: si aumenta la PEEP se l’ossigenazione è inferiore a questi obiettivi, mentra la si riduce se è superiore. Ogni PEEP ha una FIO2 associata da utilizzare, come indicato nella figura 1. Il criterio di scelta della PEEP in questo gruppo di pazienti è guidato dall’ossigenazione e non dalla pressione esofagea.

Chi segue ventilab sa bene che non suggerisco di scegliere la PEEP guardando la PaO2 (come si fa con questo approccio), ma piuttosto di sceglierla per aumentare la compliance e quindi ridurre la driving pressure (vedi post del 28/02/2015). Non ritengo siano molto importanti le variazioni di PaO2 quando si imposta il ventilatore nei pazienti con ARDS perchè spesso ciò che migliora l’ossigenazione può in realtà aumentare la mortalità. Ad esempio utilizzare un volume corrente di 12 ml/kg di peso ideale, rispetto a 6 ml/kg, o utilizzare reclutamento ed alta PEEP migliorano l’ossigenazione nei primi giorni di ventilazione ma, ahimè, aumentano la mortalità (3,4). Mi sembrano argomentazioni più che sufficienti per non farsi abbagliare da un aumento della PaO2 o del rapporto PaO2/FIO2 quando si “smanetta” con il ventilatore meccanico. Personalmente preferisco mantenere una ventilazione protettiva anche a costo di ridurre il rapporto PaO2/FIO2.

Una riflessione sugli obiettivi di ossigenazione dello studio che stiamo analizzando (PaO2 55-80 mmHg, SpO2 88-93%): essi sono probabilmente inferiori ai valori di PaO2 che molti medici inseguono nei pazienti con ARDS. Nella mia pratica clinica sono in sintonia con questi target ossigenativi: quando la PaO2 è tra 60 e 90 mmHg sono più che soddisfatto, e livelli superiori di PaO2 mi inducono a ridurre la FIO2.

 

Come è stata scelta la PEEP con la pressione esofagea (Esophageal Pressure-Guided Strategy).

Figura 2

E’ stata impostata una PEEP per ottenere una PaO2 tra 55 e 80 mmHg o una SpO2 tra 88 e 93%. Ti sembra uguale a quanto descritto per l’altro gruppo? Non è un errore, in fondo è proprio così… Cerchiamo di capire il perchè.

Nel gruppo con la pressione esofagea è stata utilizzata una tabella PL-FIO2 (figura 2), che differisce da quella in figura 1 perchè sostituisce la PEEP con la pressione transpolmonare di fine espirazione (PL). La pressione transpolmonare di fine espirazione si calcola come differenza tra PEEP totale e pressione esofagea di fine espirazione (vedi post del 07/02/2012). PL è la pressione che distende i polmoni a fine espirazione, cioè la “PEEP dei polmoni” (esclude la pressione generata dalla gabbia toracica).

Come si fa ad aumentare PL? Si aumenta la PEEP. Come si fa a ridurre PL? Si riduce la PEEP.

Per questo ho iniziato il capitolo scrivendo che anche in questi pazienti “E’ stata impostata una PEEP per ottenere una PaO2 tra 55 e 80 mmHg o una SpO2 tra 88 e 93%“.

In sostanza, l’unica differenza, rispetto al gruppo senza pressione esofagea, è che la PEEP, oltre a raggiungere l’obiettivo ossigenativo (PaO2 55-80 mmHg), deve anche portare ad una pressione transpolmonare di fine espirazione tra 0 e 6 cmH2O, tanto più elevata quanto più grave è l’ipossiemia (figura 2). E per ogni valore di PL si deve utilizzare la FIO2 indicata nella tabella a fianco.

A me sembra una strategia molto simile quella tra i due gruppi: in entrambi i casi la PEEP ha un obiettivo ossigenativo. La pressione esofagea avrebbe potuto essere usata senza alcuna finalità ossigenativa: in tal caso sarebbe stato sufficiente regolare la PEEP per ottenere una PL≅0 cmH2O, indipendentementente dal livello di ipossiemia. Questo avrebbe realmente reso diverse le due filosofie di trattamento, ma così non è stato.

PEEP e pressione di plateau con e senza pressione esofagea.

Durante la prima settimana i valori di PEEP impostati erano uguali nei due gruppi (figura 3, in giallo il gruppo con la PEEP guidata dalla pressione esofagea): le due strategie (presuntamente diverse) hanno portato alla fine all’applicazione dello stesso livello di PEEP

Figura 3

Il grafico è complesso, ma una informazione che possiamo ricavare è che in prima giornata il 25% dei pazienti (in entrambi i gruppi) aveva una PEEP > 20 cmH2O, una condizione che è molto diversa da quella riscontro nella pratica clinica, in cui è veramente raro utilizzare PEEP di 20 cmH2O o superiori. Non voglio certamente proporre le mie strategie di cura come uno standard di riferimento, semplicemente noto che è uno scenario molto diverso da quello che vedo nei miei pazienti: ne consegue che i risultati di questo studio hanno una bassa validità esterna (problema tipico dei trial randomizzati e controllati) e quindi hanno una scarsa ricaduta nella pratica clinica (5).

Un altro dato interessante riguarda le pressioni di plateau, che possiamo osservare nella figura 4.

Figura 4

Anche per questa variabile non ci sono differenze tra i due approcci terapeutici. Questa figura ci dice che in prima giornata il 50% dei pazienti aveva pressioni di plateau > di 30 cmH2O (vediamo un paziente con oltre 55 cmH2O). Ho imparato dalla letteratura e dalla mia pratica quotidiana che la maggior parte dei pazienti con ARDS mostra segni di sovradistensione già sopra i 25 cmH2O. Non entro nel merito del significato della pressione di plateau (se qualcuno fosse interessato ne possiamo discutere nei commenti), rilevo semplicemente che anche questo è un dato decisamente diverso da quanto si osserva nella pratica clinica e ribadisce la bassa validità esterna dello studio che stiamo commentando.

I risultati.

Le due strategie di scelta della PEEP non hanno evidenziato differenze di mortalità (31-32%) o di giorni liberi da ventilazione meccanica a 28 giorni.

Il dato non sorprende quando si constata che sono stati applicati gli stessi livelli di PEEP e pressione di plateau nei due gruppi.

Come mai, nello studio del 2008, il gruppo guidato dalla pressione esofagea aveva mostrato una chiara tendenza alla riduzione della mortalità rispetto all’uso della tabella PEEP-FIO2 (2)? Una spiegazione semplice è che le tabelle PEEP-FIO2 e PL-FIO2 utilizzate nello studio del 2008 erano diverse da quelle mostrate nelle figure 1 e 2. In particolare i valori di PEEP nella tabella 1 sono più elevati di quelli utilizzati nello studio precedente, mentre quelli di PL della tabella 2 sono stati ridotti.

Figura 5

Le tabelle PEEP-FIO2 e PL-FIO2  utilizzate nel 2008 determinavano differenze di PEEP e pressione di plateau tra i gruppi (figura 5): sono state applicate pressioni diverse nei due gruppi di pazienti ed ottenuti risultati diversi.  Le tabelle PEEP-FIO2 e PL-FIO2 utilizzate nello studio del 2019 hanno invece portato apressioni e risultati simili nelle due strategie. Tutto quadra.

Ricordo che tutte le tabelle PEEP-FIO2 e PL-FIO2 sono inventate, arbitrarie,  senza alcuna evidenza clinica o fisiopatologica a loro supporto. Se domani ci volessimo fare la nostra tabella, basterebbe che ci sedessimo al bar, e con una discussione da bar, ne scrivessimo una… E, come abbiamo visto, se si cambia tabella, cambiano i risultati.

Conclusioni.

Ecco perchè non sono d’accordo con le conclusioni dell’abstract (“These findings do not support Pes-guided PEEP titration in ARDS.“): questo studio ha esaminato solo una delle infinite possibili coppie di tabelle PEEP-FIO2 e PL-FIO2. Le vere conclusioni si dovrebbero limitare a queste tabelle: “Questi dati non supportano l’utilizzo di questa tabella PL-FIO2 rispetto a questa tabella PEEP-FIO2“.

Ma ancor più importante è la considerazione che si può fare un utilizzo completamente diverso della pressione esogafea nella ARDS rispetto a quello descritto nell’articolo di JAMA.

La pressione tranpolmonare di fine espirazione è una misura di meccanica respiratoria e può essere inserita in un percorso di scelta della PEEP basato sulla meccanica respiratoria (e non sull’ossigenazione). Non intendo proporre un utilizzo sicuramente efficace della pressione transpolmonare, ma solo descrivere un possibile approccio al suo utilizzo come guida nella ventilazione meccanica, INDIPENDENTEMENTE dalle variazioni acute di PaO2.

Si può fare un PEEP trial (rivedi post del 28/02/2015), e scegliere il livello di PEEP che la minimizza driving pressure transpolmonare (invece di quella che normalmente calcoliamo sulla pressione delle vie aeree). La driving pressure transpolmonare si calcola come la differenza tra pressione tranpolmonare di fine inspirazione (pressione di plateaupressione esofagea durante la pausa di fine inspirazione) e pressione transpolmonare di fine espirazione (vedi sopra).

Se, come spesso capita, PEEP differenti portano ad avere la stessa driving pressure transpolmonare (cmH2O più, cmH2O meno), si può scegliere tra queste PEEP quella che garantisce una pressione transpolmonare di fine espirazione ≅ 0 cmH2O.

Si può ridurre il volume corrente se la pressione tranpolmonare di fine inspirazione (vedi sopra) diventa eccessiva. Senza alcuna evidenza, gli studi propongono un valore massimo di 20-25 cmH2O (1,2), ma nella mia esperienza con valori sopra i 15 cmH2O si osservano spesso segni di sovradistensione, per cui preferisco limitare il volume corrente se ci si avvicina a questo limite.

Sarebbe interessante confrontare i risultati di una ventilazione fatta con questi criteri con una invece in cui si scelgono i paramentri ventilatori con un obiettivo ossigenativo… Ma gli studi che abbiamo a disposizione sulla pressione esofagea non ci dicono nulla in merito.

La pressione esofagea nella ARDS ha certamente bisogno di ulteriori studi per capire se, come e quando utilizzarla. Non ritengo che il trial clinico controllato randomizzato multicentrico che abbiamo commentato abbia dato un gran contributo alle nostro conoscenze, se non per dire che le due tabelline a confronto producono risultati simili.

Invito a non avere certezze su questo argomento ed a basarsi, per ora, su presupposti fisiopatologici in attesa di eventuali verifiche in trial clinici che ci possano essere realmente di aiuto nella nostra pratica clinica.

Come sempre, un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia.
1) Beitler JR, Sarge T, Banner-Goodspeed VM, et al. Effect of Titrating Positive End-Expiratory Pressure (PEEP) With an Esophageal Pressure–Guided Strategy vs an Empirical High PEEP-FIO2 Strategy on Death and Days Free From Mechanical Ventilation Among Patients With Acute Respiratory Distress Syndrome: A Randomized Clinical Trial. JAMA. February 2019. doi:10.1001/jama.2019.0555
2) Talmor D, Sarge T, Malhotra A, et al. Mechanical Ventilation Guided by Esophageal Pressure in Acute Lung Injury. New England Journal of Medicine. 2008;359(20):2095-2104. doi:10.1056/NEJMoa0708638
3) Acute Respiratory Distress Syndrome Network. Ventilation with Lower Tidal Volumes as Compared with Traditional Tidal Volumes for Acute Lung Injury and the Acute Respiratory Distress Syndrome. The New England Journal of Medicine. 2000;342(18):1301-1308. doi:10.1056/NEJM200005043421801
4) Writing Group for the Alveolar Recruitment for Acute Respiratory Distress Syndrome Trial (ART) Investigators, Cavalcanti AB, Suzumura ÉA, et al. Effect of Lung Recruitment and Titrated Positive End-Expiratory Pressure (PEEP) vs Low PEEP on Mortality in Patients With Acute Respiratory Distress Syndrome: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 2017;318(14):1335. doi:10.1001/jama.2017.14171
5) Rothwell PM. External validity of randomised controlled trials: “To whom do the results of this trial apply?” The Lancet. 2005;365(9453):82-93. doi:10.1016/S0140-6736(04)17670-8
Dic 292018
 

Spesso devo rispondere alla domanda: “Se un paziente con trauma cranico sviluppa una ARDS*, è meglio tenere bassa la pressione intracranica aumentando il volume corrente o è comunque prioritario mantenere la ventilazione protettiva a basso volume corrente anche se questa dovesse aumentare la pressione intracranica?”

Il dilemma nasce dalla possibilità che un’eventuale ipercapnia indotta della ventilazione a basso volume corrente, possa indurre un aumento del flusso ematico cerebrale e di conseguenza della pressione intracranica, una variabile fisiologica che invece nel trauma cranico si dovrebbe limitare.

Cerchiamo di capire perché la risposta a questa domanda è tutt’altro che ovvia, e tentiamo alla fine di proporre una strategia ragionevole.

Rispondiamo separatamente alle diverse parti della domanda iniziale

“Se un paziente con trauma cranico sviluppa una ARDS,…”

Circa il 30% nei pazienti con trauma cranico grave ed emorragia subaracnoidea da rottura di aneurisma cerebrale sviluppa una ARDS (1, 2). Questa elevata incidenza ha un proprio fondamento biologico che riassunto nella teoria del brain-lung crosstalk (comunicazione encefalo-polmone) (3, 4).
In breve, una lesione cerebrale acuta innesca un ipertono adrenergico ed una cascata infiammatoria che predispongono il parenchima polmonare a subire i danni da ventilazione meccanica più facilmente di quanto non accadrebbe al polmone di un soggetto senza lesione cerebrale.
Se si riesce ad innescare una ARDS, i polmoni poi si ”vendicano” sul cervello, liberando a loro volta immunomediatori che possono amplificare il danno cerebrale secondario, andando a bersaglio anche sull’encefalo. Un circolo vizioso in cui encefalo e polmoni si fanno reciprocamente del male.
Ne consegue che nelle persone con trauma cranico, l’impostazione di una ventilazione protettiva, anche in assenza di ARDS, è più importante rispetto ad altri pazienti perchè hanno polmoni che perdonano di meno una ventilazione scorretta.

“…è meglio tenere bassa la pressione intracranica aumentando il volume corrente…”

Le linee-guida sul trauma cranico grave della Brain Trauma Foundation ci danno la risposta a questa parte di domanda: non si deve iperventilare (se non, eventualmente, per far fronte temporaneamente alle condizioni in cui si palesino i segni clinici di una erniazione cerebrale). L’unica raccomandazione sulla ventilazione meccanica delle linee-guida è quella di evitare l’ipocapnia prolungata profilattica (“Prolonged prophylactic hyperventilation with PaCO2 of ≤25 mm Hg is not recommended” – Class IIb) (5), obiettivo chiaramente in sintonia con la ventilazione protettiva, che mai si sognerebbe di iperventilare.
Sappiamo che i pazienti con trauma cranico hanno un incremento del volume delle aree ipoperfuse rispetto ai soggetti normali (6). Ed abbiamo la dimostrazione di cosa accade quando in questi pazienti si riduce la PaCO2: riduzione del flusso ematico cerebrale (nonostante l’aumento della pressione di perfusione cerebrale), aumento del volume delle aree di ipoperfusione, riduzione della PO2 tissutale cerebrale e della saturazione venosa giugulare (in alcuni casi al di sotto dei livelli di sicurezza), incremento di mediatori del danno cerebrale secondario (6–8).
Nella versione estesa delle linee guida si afferma che l’obiettivo della ventilazione nei pazienti con trauma cranico grave è la normocapnia, definita come una PaCO2 tra 35 e 45 mm Hg (in assenza di erniazione cerebrale). Nei pazienti con ARDS la ventilazione a basso volume corrente determina mediamente una PaCO2 inferiore a 45 mmHg (9). Ne consegue che molto spesso si riesce a mantenere una buona ventilazione protettiva anche nel traumatizzato cranico con ARDS senza doversi porre alcun problema.

Ma fino a che livello di pressione intracranica possiamo mantenere la ventilazione protettiva con basso volume corrente? Sempre le linee-guida raccomandano il trattamento della pressione intracranica solo quando è superiore a 22 mmHg (5). Nei pazienti con ARDS e trauma cranico grave quindi dovremmo tranquillamente attenerci alla buona pratica della ventilazione protettiva fino ai 22 mmHg di pressione intracranica.

…o è comunque prioritario mantenere la ventilazione protettiva a basso volume corrente anche se questa dovesse aumentare la pressione intracranica?

In altre parole, quando la pressione intracranica aumenta stabilmente in un paziente con ARDS e trauma cranico, dobbiamo rassegnarci ad aumentare il volume corrente per ridurre la PaCO2, il flusso ematico cerebrale e la pressione intracranica? (dò per scontato che la frequenza respiratoria sia già stata aumentata, se necessario, a 25-35/minuto).

Per prima cosa ci dobbiamo chiedere se la soglia di 22 mmHg debba essere considerata insuperabile. La raccomandazione sul valore soglia di 22 mmHg è classificata nella linea-guida con basso livello di evidenza (IIb, “based on a low-quality body of evidence”) poiché si fonda unicamente su un’analisi retrospettiva di un database (10). Consideriamo preliminarmente che in questa analisi i 22 mmHg si riferiscono al valore medio di pressione intracranica registrato durante il monitoraggio (e non al valore massimo raggiunto). Inoltre si evince dalla lettura dell’articolo che sopravvive il 37 % dei pazienti con valori superiori a 22 mmHg di pressione intracranica media; e che il 52% dei pazienti con pressione intracranica mediamente inferiore ai 22 Hg ha un esito neurologico sfavorevole (10). Insomma, ci possiamo fare l’idea che 22 mmHg non siano la soglia magica della pressione intracranica…
Da queste considerazioni possiamo capire come la pressione intracranica rappresenti una utile guida al trattamento del paziente con trauma cranico, ma che non debba essere vista come un dogma con valori soglia da rispettare ad ogni costo. Anche la pressione intracranica, come tutti i dati clinici, deve essere sempre contestualizzata. Un conto è una pressione intracranica che aumenta per un ematoma intracranico, per un’ischemia cerebrale, per un idrocefalo; forse un altro peso bisogna dare ad un aumento della pressione intracranica secondario ad un aumento del flusso ematico cerebrale. Che potrebbe anche avere degli aspetti positivi… Alcuni eleganti studi su animali evidenziano, in modelli di ischemia cerebrale, che l’ipercapnia riduce l’estensione e la gravità del danno ischemico ed i deficit neurologici rispetto alla normocapnia, nonostante l’incremento della pressione intracranica (11, 12).

Effetto dell'ipercapnia persistente sul pH liquorale (ref. 15)

Figura 1. Effetto dell’ipercapnia persistente sul pH liquorale (ref. 15)

Peraltro le variazioni stabili di PaCO2 si associano al graduale riavvicinamento della pressione intracranica verso i valori basali nelle ore successive (12, 13). Questo è giustificato dal fatto che non è la PaCO2 che direttamente modifica il flusso ematico cerebrale ma le variazioni che essa induce sul pH liquorale (14). In breve tempo (ore) il pH liquorare tende a ripristinarsi con valori di PaCO2 stabilmente aumentati (15) (figura 1). Possiamo quindi ragionevolmente prevedere che gli effetti dell’ipercapnia sulla pressione intracranica possano essere modesti e comunque con la tendenza a limitarsi nel tempo, quando essa si sviluppa lentamente. E quando la pressione intracranica tende ad aumentare parallelamente all’incremento di PaCO2, possiamo comunque utilizzare nel frattempo le strategie terapeutiche normalmente adottate per ridurre la pressione intracranica (sedazione, drenaggio liquorale, fluidi ipertonici o iperosmotici).
Infine dobbiamo considerare che la ventilazione con alto volume corrente, oltre ad aumentare di per sè la mortalità quando vi è una ARDS (9), peggiora ossigenazione e metabolismo cerebrali ed aumenta l’attivazione delle cellule cerebrali rispetto all’utilizzo di un volume corrente protettivo (16, 17), anche a parità di PaCO2 (16) (ricordiamo il brain-lung crosstalk).

Possiamo ora concludere dando una risposta motivata alla domanda iniziale:

  • nei pazienti con trauma cranico ci deve essere lo scrupoloso rispetto della ventilazione protettiva per prevenire l’ARDS, condizione a cui sono particolarmente predisposti;
  • se si sviluppa l’ARDS in un soggetto con trauma cranico grave, la ventilazione protettiva va mantenuta senza esitazioni se la pressione intracranica resta entro limiti tollerabili (ragionevolmente entro i 20-25 mmHg). Questo anche se vi dovesse essere ipercapnia. La ventilazione protettiva dovrebbe essere gestita impostando volume corrente e PEEP per minimizzare la driving pressure e, se possibile, contenerla entro i 15 cmH2O;
  • se la pressione intracranica supera i 20-25 mmHg, si devono mettere in pratica tutti gli interventi terapeutici normalmente utilizzati per trattare l’ipertensione intracranica (sedazione/paralisi, drenaggio liquorale, mannitolo o soluzione salina ipertonica, chirurgia per rimuovere eventuali lesioni che espansive);
  • se la pressione intracranica supera stabilmente i 25-30 mmHg, nonostante la terapia medica e chirurgica, l’utilizzo di un volume corrente non protettivi deve essere preso in considerazione con una valutazione integrata dello stato neurologico, delle lesioni presenti alla TC encefalo, di monitoraggi neurologici aggiuntivi (ad esempio la saturazione venosa giugulare o altre metodiche più complesse per i centri che le utilizzano con esperienza), del livello di ipossiemia, dell’assetto cardiocircolatorio, …. Qualora non vi siano controindicazioni alla anticoagulazione (però spesso presenti), in questi casi si può anche valutare la rimozione extracorporea di CO2 o L’ECMO.

L’ipercapnia può essere accettata nel trauma cranico se non scompensa la pressione intracranica ed è la conseguenza inevitabile di una buona ventilazione protettiva. In questo caso l’ipercapnia può essere più una soluzione che un problema…

Un sorriso ed un caro augurio di buon Anno Nuovo a tutti gli amici di ventilab.

* Acute Respiratory Distress Syndrome

Bibliografia.
1. Holland MC, Mackersie RC, Morabito D, et al.: The Development of Acute Lung Injury Is Associated with Worse Neurologic Outcome in Patients with Severe Traumatic Brain Injury: J Trauma Inj Infect Crit Care 2003; 55:106–111
2. Kahn JM, Caldwell EC, Deem S, et al.: Acute lung injury in patients with subarachnoid hemorrhage: Incidence, risk factors, and outcome: Crit Care Med 2006; 34:196–202
3. Mascia L: Acute Lung Injury in Patients with Severe Brain Injury: A Double Hit Model. Neurocrit Care 2009; 11:417–426
4. Mrozek S, Constantin J-M, Geeraerts T: Brain-lung crosstalk: Implications for neurocritical care patients. World J Crit Care Med 2015; 4:163
5. Carney N, Totten AM, OʼReilly C, et al.: Guidelines for the Management of Severe Traumatic Brain Injury, Fourth Edition: Neurosurgery 2017; 80:6–15
6. Coles JP, Minhas PS, Fryer TD, et al.: Effect of hyperventilation on cerebral blood flow in traumatic head injury: Clinical relevance and monitoring correlates. Crit Care Med 2002; 30:1950–1959
7. Imberti R, Bellinzona G, Langer M: Cerebral tissue PO2 and SjvO2 changes during moderate hyperventilation in patients with severe traumatic brain injury. J Neurosurg 2002; 97–102
8. Marion DW, Puccio A, Wisniewski SR, et al.: Effect of hyperventilation on extracellular concentrations of glutamate, lactate, pyruvate, and local cerebral blood flow in patients with severe traumatic brain injury*: Crit Care Med 2002; 30:2619–2625
9. Acute Respiratory Distress Syndrome Network: Ventilation with Lower Tidal Volumes as Compared with Traditional Tidal Volumes for Acute Lung Injury and the Acute Respiratory Distress Syndrome. N Engl J Med 2000; 342:1301–1308
10. Sorrentino E, Diedler J, Kasprowicz M, et al.: Critical Thresholds for Cerebrovascular Reactivity After Traumatic Brain Injury. Neurocrit Care 2012; 16:258–266
11. Simon P: Brain Acidosis Induced by Hypercarbic Ventilation Attenuates Focal lschemic Injury. J Pharmacol Exp Ther 1993; 267:1428–1431
12. Zhou Q, Cao B, Niu L, et al.: Effects of Permissive Hypercapnia on Transient Global Cerebral Ischemia–Reperfusion Injury in Rats: Anesthesiology 2010; 112:288–297
13. Raichle ME, Posner JB, Plum F: Cerebral Blood Flow During. Arch Neurol 1970; 23:394–403
14. Ainslie PN, Duffin J: Integration of cerebrovascular CO2 reactivity and chemoreflex control of breathing: mechanisms of regulation, measurement, and interpretation. Am J Physiol-Regul Integr Comp Physiol 2009; 296:R1473–R1495
15. Messeter K, Siesjö BK: Regulation of the CSF pH in Acute and Sustained Respiratory Acidosis. Acta Physiol Scand 1971; 83:21–30
16. Bickenbach J, Zoremba N, Fries M, et al.: Low Tidal Volume Ventilation in a Porcine Model of Acute Lung Injury Improves Cerebral Tissue Oxygenation: Anesth Analg 2009; 109:847–855
17. Quilez M, Fuster G, Villar J, et al.: Injurious mechanical ventilation affects neuronal activation in ventilated rats. Crit Care 2011; 15:R124

 

Mar 252018
 

Nel post del 17/02/2018 abbiamo accennato ai risultati di uno studio che ha recentemente documentato un’associazione tra ipercapnia e mortalità nella ARDS (1). Abbiamo considerato che il disegno di questo studio è molto debole e che quindi si deve ragionare bene su questa associazione prima di attribuirle un rapporto causa-effetto.

Si è anche evidenziato come l’ipercapnia sia la conseguenza (e non la causa) di un grave mismatch ventilazione-perfusione, che determina un aumento dello spazio morto alveolare, un ben noto fattore di rischio per la mortalità nei pazienti con ARDS (2).

L’acidosi respiratoria sembra avere effetti clinici e fisiologici più positivi che negativi, come puoi vedere in sintesi nel post del 03/08/2013.

Considerando però l’eventualità di un impatto negativo dell’ipercapnia sull’outcome, analizziamo oggi solo la ripercussione che generalmente le viene attribuita come più frequente e grave: il cuore polmonare acuto, cioè lo scompenso cardiaco acuto destro indotto dal rapido incremento delle resistenze vascolari polmonari.

L’acidosi respiratoria nella ARDS determinerebbe infatti l’aumento delle resistenze vascolari polmonari, alla base del cuore polmonare acuto. Ma siamo sicuri che sia proprio così?

Lo studio clinico probabilmente determinante per supportare il ruolo dell’ipercapnia nella genesi dello scompenso cardiaco destro ha arruolato 11 pazienti con ARDS ventilati per 1 ora, in successione, con due* diverse impostazioni del ventilatore (3). Al termine di un periodo con “bassa frequenza respiratoria ” (VT 8.5 ml/kg x 15/min) il pH era mediamente 7.30 e la PaCO2 52 mmHg, dopo 1 ora con “basso volume corrente” (VT 5.3 ml/kg x 26/min) il pH diminuiva a  7.17 e la PaCO2 aumentava a 71 mmHg. Nella condizione di acidosi respiratoria più grave si osservava una riduzione dell’indice cardiaco ed una dilatazione del ventricolo destro rispetto al ventricolo sinistro (aumento del rapporto tra le aree telediastoliche).

Questo studio presenta però un limite rilevante (del quale non sento normalmente parlare) che non consente di supportare che l’ipercapnia sia la causa del cuore polmonare acuto. Infatti durante la ventilazione “più ipercapnica” è stata anche raddoppiata la PEEP rispetto al ventilazione “meno ipercapnica”! E sappiamo bene che l’incremento della PEEP può dare di per sè un contributo decisivo all’aumento del postcarico del ventricolo destro e favorirne quindi la dilatazione.

Gli stessi autori dello studio sapevano bene come stavano le cose, tant’è che la loro conclusione dello studio è, piuttosto  incredibilmente, la seguente: “Increasing PEEP at constant Pplat during severe ARDS induces acute hypercapnia that may impair RV function and decrease cardiac index.” Affermano cioè che l’incremento della PEEP è la causa dell’ipercapnia (!!!), la quale a sua volta può peggiorare la funzione del ventricolo destro e ridurre la portata cardiaca… Se la causa dell’ipercapnia è stato l’aumento della PEEP, che bisogno c’era di modificare anche volume corrente e frequenza respiratoria per dimostrare gli effetti dell’ipercapnia? E perchè attribuire gli effetti sul cuore destro all’ipercapnia e non alla PEEP? Da notare peraltro che nello studio erano arruolati pazienti con già in atto scompenso cardiocircolatorio (stroke volume quasi la metà del normale) e dilatazione del cuore destro (mediamente il rapporto tra le aree telediastoliche del ventricolo destro e sinistro era 0.64). Mi viene il dubbio che non fosse stata ottimizzata l’emodinamica prima dell’arruolamento nel trial clinico, un problema non da poco nell’interpretazione dei dati… (i pazienti con ARDS non sono solitamente in bassa portata se si fa un appropriato supporto cardiovascolare).

IL MESSAGGIO E’ SEMPRE LO STESSO: LA LETTERATURA NON VA CITATA, MA DEVE ESSERE LETTA CON ATTENZIONE E CAPITA. Costa tempo e fatica, ma è l’unico modo per imparare qualcosa.

Peraltro lo stesso gruppo di ricercatori ha successivamente dimostrato che il cuore polmonare acuto (come definito nella reference 3) non si associa ad un incremento di mortalità (4). Non sembra quindi, comunque, un problema determinante.

Da considerare infine che non è l’ipercapnia che genera ipertensione polmonare ma l’acidosi ad essa associata (5,6). Ne consegue che, relativamente alla possibile ipertensione polmonare, l’ipercapnia non è un problema se il pH tende al compenso metabolico. E questo avviene spesso nella ARDS, condizione in cui l’ipercapnia si instaura in maniera gradualmente progressiva.

A questo punto torniamo ad interpretare i risultati della reference 1 con una maggior consapevolezza.  Lo studio supporta effettivamente l’ipotesi che i pazienti ipercapnici avessero un maggior spazio morto, stimato con la ventilazione minuto necessaria per ottenere 40 mmHg di PaCO2 (VEcorr). Ne consegue, dal punto di vista fisiopatologico, che l’ipercapnia è la conseguenza dello spazio morto ed è quindi ovvio che i pazienti ipercapnici (PaCO2 ≥ 50 mmHg) abbiano una mortalità maggiore rispetto ai non ipercapnici. Un approccio forse più appropriato all’analisi avrebbe potuto essere la ricerca di associazione tra mortalità e spazio morto stimato (con il VEcorr) (cioè la variabile causale dal punto di vista fisiopatologico) e quindi l’aggiustamento per le altre variabili.

Nello studio di Nin e coll., la fuorviante ricerca dell’associazione diretta tra mortalità e ipercapnia porta a conclusioni paradossali ed irragionevoli: i pazienti ipercapnici, rispetto ai non ipercapnici, sono ventilati meno spesso con una ventilazione protettiva (30% vs 70%) (?), hanno mediamente una pressione di plateau di 3 cmH2O superiore (?), un PaO2/FIO2 peggiore (141 vs 185 mmHg) (?) ed hanno più frequentemente barotrauma (11% vs 6%) (?). Pensiamo che l’ipercapnia possa spiegare tutte queste differenze? Sono risultati chiaramente incomprensibili, a meno che non ci si apra all’interpretazione più logica: gli ipercapnici sono tali perchè hanno una malattia polmonare più grave, con maggior shunt e maggior spazio morto. In altre parole: non è l’ipercapnia che determina un aumento di mortalità, ma è la gravità della malattia che aumenta sia la probabilità di morte che la PaCO2. Da questa prospettiva tutto quadra: ben si capisce perchè i pazienti con ARDS più grave abbiano pressioni di plateau più elevate, PaO2/FIO2 inferiori, più frequente barotrauma, ipercapnia più grave e mortalità maggiore.

La risposta alla domanda del titolo “Ipercapnia e ARDS, cambia qualcosa?” direi possa essere tranquillamente: “no”. Anche i nuovi studi non supportano ragionevolmente un nesso casuale tra ipercania e mortalità.

Possiamo ora ragionevolmente concludere che:

  • l’ipercapnia (come del resto l’ipossiemia) è la conseguenza è non la causa di una maggior gravità del danno polmonare; non stupisce pertanto che ipercapnia ed ipossiemia si associno ad un incremento di mortalità;
  • l’ipercapnia non è “velenosa”, non produce cioè effetti tossici clinicamente rilevanti;
  • anche il cuore polmonare acuto, il più pubblicizzato presunto effetto negativo dell’ipercapnia, è ampiamente discutibile che sia indotto dall’ipercapnia (è mediato dall’acidosi) e, quando questo è presente, non si associa ad incremento della mortalità.

Riprendiamo a questo punto il caso di Giorgio, con cui inizia il post del 17/02/2018: non mi preoccupo della sua PaCO2 di 68 mmHg (con pH 7.36), ma sono ahimè consapevole che questo può essere per lui un fattore prognostico sfavorevole. Giorgio è certamente grave, ma non è l’abbasamento della PaCO2 che potrà migliorarne la possibilità di sopravvivenza. Anzi, potrei non fare il suo bene se mettessi in atto manovre che potrebbero esporlo a rischi aggiuntivi con il solo scopo di ridurre la PaCO2.

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

* I pazienti sono anche sottoposti ad un terzo approccio ventilatorio (basso VT, bassa frequenza respiratoria e riduzione dello spazio morto strumentale) che per semplcità non prendiamo in considerazione in questo post.

Bibliografia

1) Nin N et al. Severe hypercapnia and outcome of mechanically ventilated patients with moderate or severe acute respiratory distress syndrome. Intensive Care Med 2017;43:200-8

2) Nuckton TJ et al. Pulmonary dead-space fraction as a risk factor for death in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med 2002;346:1281-6

3) Mekontso Dessap A et al. Impact of acute hypercapnia and augmented positive end-expiratory pressure on right ventricle function in severe acute respiratory distress syndrome. Intensive Care Med 2009; 35:1850-8

4) Mekontso Dessap A et al. Acute cor pulmonale during protective ventilation for acute respiratory distress syndrome: prevalence, predictors, and clinical impact. Intensive Care Med 2016; 42:862-70

5) Enson Y et al. The influence of hydrogen ion concentration and hypoxia on the pulmonary circulation. J Clin Invest 1964;43:1146-62

6) Weber T et al. Tromethamine buffer modifies the depressant effect of permissive hypercapnia on myocardial contractility in patients with acute respiratory distress syndrome. Am J Respir Crit Care Med 2000; 162:1361–5

Feb 172018
 

Giorgio ha una ARDS. L’impostazione della ventilazione meccanica è: volume corrente (VT) 420 ml, frequenza respiratoria (FR) 26/min, PEEP 8 cmH2O. Il PaO2/FIO2 è 170 mmHg, la PaCO2 68 mmHg ed il pH 7.36. Dobbiamo preoccuparci di questa ipercapnia?

In passato ho speso parole di tolleranza verso l’incremento della PaCO2 in corso di ventilazione protettiva nei pazienti con ARDS (vedi post del 24/09/2011 e del 03/08/2013). Questa tolleranza è ancora giustificata dopo la pubbblicazione di uno studio (che ultimamente vedo citato sempre più spesso) che evidenzia un’associazione tra ipercapnia e mortalità nei pazienti con ARDS (1)? Questo dato, se credibile, ci deve ovviamente creare forti dubbi se accettare o meno l’ipercapnia di Giorgio.

Lo studio che documenta l’associazione tra ipercapnia e mortalità è un’analisi secondaria su pazienti arruolati in tre studi osservazionali condotti tra il 1998 ed il 2010 ed il livello di ipercapnia è stato definito in base al peggior valore di PaCO2 rilevato nelle prime 48 ore di ventilazione meccanica. Siamo di fronte ad un disegno dello studio certamente debole, e perciò i risultati devono essere interpretati criticamente, soprattutto alla luce della plausibilità biologica. Per questo può essere utile, e piacevole, un tuffo nella fisiologia per capire perchè si genera l’ipercapnia nei pazienti con ARDS e quali sono le sue conseguenze biologiche e cliniche.

La pressione parziale della CO2 alveolare (PACO2).

La pressione parziale della CO2 alveolare (PACO2, con la “A” maiuscola per identificare l’alveolo) dipende della produzione di CO2 (V’CO2) e della ventilazione alveolare (VA). In particolare, la PACO2 aumenta se la ventilazione alveolare VA diminuisce. Il tutto è riassunto con semplice efficacia nell’equazione dei gas alveolari per la CO2:

(equazione 1)

La ventilazione alveolare VA differisce dalla ventilazione minuto VE (il prodotto di VT e FR) perchè esclude la parte di VT che resta confinata nello spazio morto (VD), cioè che si ferma nelle vie aeree prive di strutture alveolari e quindi senza possibilità di scambio gassoso:

(equazione 2)

L’equazione 2 può essere riscritta, in modo forse più utile per la prosecuzione della lettura, come:

(equazione 3)

dove VD/VT è il rapporto tra spazio morto e volume corrente, variabile con la quale torneremo presto a fare i conti. La ventilazione alveolare VA pertanto diminuisce se si riduce la ventilazione minuto VE e/o se aumenta il VD/VT.

L’equazione 1 può essere può essere riformulata nel seguente modo:

(equazione 4)

Assumiamo da questo momento che la V’CO2 sia costante e torniamo al caso di Giorgio. Se è elevata la PaCO2, (con la “a” minuscola per identificare il sangue arterioso), sarà elevata anche la PACO2, poichè PACO2 e PaCO2 sono considerate sostanzialmente equivalenti.

La VE di Giorgio durante la ventilazione protettiva è di 10.9 l/min (420 ml × 26/min), quasi il doppio di quella fisiologica, che è circa 5.4-6 l/min (450-500 ml × 12/min). Ne consegue che l’ipoventilazione alveolare e quindi l’ipercapnia possono essere spiegate unicamente da un aumento del VD/VT (equazione 4).

A questo punto complichiamo un po’ il concetto di spazio morto: non parliamo infatti dello spazio morto anatomico (quello delle vie aeree) (VDaw), ma dello spazio morto fisiologico (VDphys), somma del VDaw e dello spazio morto alveolare (VDalv).

Lo spazio morto anatomico VDaw (cioè il volume delle vie aeree) può essere schematizzato come uno spazio aereo anatomicamente sprovvisto di capillari alveolari (G nella figura 1). Il suo volume non si modifica significativamente nella ARDS.

Lo spazio morto alveolare VDalv si genera in quegli alveoli in cui cessa la perfusione capillare, dove quindi la ventilazione non partecipa allo scambio gassoso per l’assenza di contatto con il sangue capillare polmonare (figura 1, F). In queste zone il rapporto ventilazione alveolare/perfusione (VA/Q) è infinito (∞), dal momento che la perfusione è 0.

Nei polmoni patologici esistono anche aree con un eccesso di ventilazione alveolare rispetto alla perfusione (VA/Q elevato, ma non ∞), che contribuiscono allo spazio morto alveolare (figura 1, E). Talvolta questa condizione è definita “spazio morto relativo” o “effetto spazio morto”.

Nella ARDS è l’aumento dello spazio morto alveolare che determina l’incremento dello spazio morto fisiologico.

Figura 1

La figura 2 propone un grafico tradizionale in tutti i testi di fisiologia: la variazione delle pressioni dei gas alveolari al variare del VA/Q. Occupiamoci ora solo della PACO2 (asse verticale): nelle zone con VA/Q = ∞ (i casi F e G della figura 1), la PACO2 è 0 mmHg: l’aria inspirata, che non contiene CO2, non viene modificata per l’assenza di scambio gassoso (figura 2, punto A). La progressiva riduzione del VA/Q (freccia rossa tratteggiata) determina un consensuale aumento della PACO2 (freccia grigia che va da A a B), che al massimo può eguagliare la pressione venosa mista di CO2 (PvCO2) quando il VA/Q diventa 0.


Figura 2

Forse l’argomento non è però così chiaro come può sembrare: l’aumento del VA/Q, che produce VDalv, determina un calo della PACO2 (figura 2). Ma nell’equazione 4 abbiamo visto che l’incremento del VD aumenta la PACO2. Pensiamo alla ARDS, dove coesistono aree con alto e basso VA/Q: nelle zone ad elevato VA/Q, la PACO2 dovrebbe essere bassa, in quelle a basso VA/Q al massimo dovrebbe essere simile a quella venosa (fisiologicamente 46 mmHg) (sempre figura 2). Come possiamo allora spiegare l’ipercapnia di Mario se la PACO2 (e la PaCO2 che è ad essa simile) non raggiunge valori elevati, qualunque sia il VA/Q? Come si può ridurre la VA a tal punto da generare una marcata ipercapnia?

La relazione tra spazio morto e PaCO2 è quindi piuttosto complessa e merita un approfondimento per risolvere le vere o presunte contraddizioni.

La CO2 espirata, alveolare ed arteriosa.

Vedremo ora una descrizione dettagliata dell’impatto che il VA/Q ha su PaCO2 e spazio morto alveolare: la prima parte, relativa alla fisiologia, è fatta passo passo, per consentire poi di muoversi più agilmente negli esempi successvi. Premetto che è una interpretazione originale: ho cercato di seguire una strada diversa da quella che si trova solitamente nei testi ed in letteratura. Ho preferito questo approccio (con i rischi e i limiti che può avere) perchè seguendo l’approccio tradizionale non ho mai capito veramente bene come si possa generare l’ipercapnia quando in assenza di una riduzione della ventilazione al minuto.

Ipotizziamo di avere un soggetto sano, da “libro di fisiologia”: VT 500 ml, VDaw 150 ml, FR 11/min, V’CO2 200 ml/min. Poichè i suoi polmoni sono sani ed ha una fisiologica distribuzione del VA/Q, tutto il suo spazio morto corrisponde a quello anatomico ed è circa il 30% del volume corrente (VD/VT = 150 ml/500 ml = 0.30). La VE è 5500 ml/min (500 ml × 11/min): la VA è 3850 ml/min [(500 ml -150 ml) × 11/min], mentre 1650 ml/min è la ventilazione al minuto dello spazio morto (150 ml × 11/min).

Immaginiamo i polmoni divisi in due compartimenti di identiche dimensioni, in cui la VA sia distribuita al 50% in ciascun compartimento polmonare (cioè 1925 ml/min per compartimento).

La CO2 prodotta ogni minuto dal metabolismo tissutale (cioè il V’CO2) è trasportata ai capillari polmonari. In condizioni di equilibrio, i polmoni eliminano solamente e completamente una quantità di CO2 uguale a quella prodotta dai tessuti e non più di questa. Prendiamo in considerazione questa condizione di stabilità, in cui il volume di CO2 espirato coincida perfettamente con la produzione di CO2.

Consideriamo la portata cardiaca Q distribuita equamente nei due compartimenti. Poichè la CO2 prodotta dal metabolismo è portata ai capillari alveolari dalla portata cardiaca, vi sarà anche una uguale ripartizione del V’CO2 nei due comportimenti, a ciascuno dei quali saranno indirizzati quindi 100 ml di CO2 ogni minuto (cioè il 50% del V’CO2). E’ questa la quantità di CO2 che ciascun compartimento deve eliminare all’equilibrio attraverso la ventilazione alveolare.

Questa condizione è schematizzata nella figura 3. I due compartimenti sono delimitati nelle aree azzurra e rosa. L’apparato respiratorio, delimitato dalla linea nera continua, è composto da una “Y” capovolta (le vie aeree, cioè il VD), esterna ai due compartimenti polmonari, e da due spazi alveolari circolari, ciascuno in un differente compartimento. La doppia riga continua rossa schematizza i rispettivi capillari polmonari, nel cui interno è quantificato il flusso di CO2 che, trasportato dal sangue, deve essere “smaltito” nei polmoni ogni minuto.

Ed ora veniamo al dunque.


Figura 3

Ci troviamo nella condizione in cui, in ciascun compartimento, 100 ml di CO2 si miscelano in 1925 ml di VA. Possiamo quindi calcolare la frazione alveolare di CO2 (FACO2), cioè il rapporto tra il volume di CO2 ed il volume alveolare (per la precisone è, in questo caso, un rapporto tra flussi). La FACO2 in questo caso è 0.052 (cioè 100 ml/min di CO2 in 1925 ml/min di VA): questo significa che la CO2 rappresenta il 5.2% del gas alveolare (FACO2 × 100). Per la legge delle pressioni parziali dei gas di Dalton, la PACO2 esercita il 5.2% della pressione presente nell’alveolo, che pertanto è 40 mmHg (760 mmHg × 0.052) (Figura 4). (Ipotizziamo per semplicità un quoziente respiratorio di 1, che significa che 100 ml di CO2 che entrano nell’alveolo sostituiscono una uguale quantità di O2 che lascia l’alveolo per entrare nel sangue capillare).


Figura 4

La pressione di CO2 nel gas espirato (PECO2) non è uguale alla PACO2, perchè il gas alveolare si deve miscelare con quello dello spazio morto, che non contiene CO2. Il modo più semplice per conoscere l’ipotetica PECO2 è calcolare la frazione espiratoria di CO2 (FECO2) e moltiplicarla per la pressione atmosferica (similmente a quanto abbiamo fatto per il calcolo della PACO2). E’ probabilmente più facile capire il concetto seguendo i calcoli: all’uscita dalle vie aeree, i 200 ml di CO2, prodotti ogni minuto dal metabolismo ed espirati, sono contenuti nel VE (che nell’esempio è 5500 ml/min); la FECO2 è 0.04 (200/5500) e la PECO2 28 mmHg (760 x 0.04) (Figura 5).


Figura 5

Resta da capire quanto sarà, in questa condizione, la PaCO2. In ciascuno dei compartimenti, la PACO2 si mette in equilibrio con il rispettivo sangue capillare, e la pressione parziale di CO2 alla fine del capillare polmonare (PcCO2) diventa uguale alla corrispondente PACO2. In entrambi i compartimenti la PcCO2 è quindi 40 mmHg. Poichè la portata cardiaca è ripartita equamente, il flusso di sangue in uscita dal circolo capillare polmonare è uguale nei due compartimenti. La PaCO2 è la media ponderata delle PcCO2 dei due compartimenti (cioè la somma dei prodotti tra PcCO2 e frazione di Q in ciascun compartimento); in questo caso è facile: 40 mmHg (cioè: 40 × 0.5 + 40 × 0.5) (Figura 6). (Può essere ovvio, ma è meglio ricordare che la frazione di Q è la percentuale di Q/100)


Figura 6

Ora possiamo calcolare il rapporto tra spazio morto fisiologico e volume corrente con la formula di Bohr-Enghoff:

(equazione 5)

C’è dibattito se questo approccio sia preferibile alla originale formula di Bohr (calcolabile con la capnografia volumetrica), dove la PACO2 sostituisce la PaCO2. Se qualcuno fosse interessato, potremmo discuterne nei commenti.

Il VDphys/VT che calcoliamo con i nostri dati è 0.30, uguale allo VDaw/VT, calcolato con lo spazio morto anatomico della nostra simulazione. Ne deduciamo che in questa condizione non esiste spazio morto alveolare perche spazio morto fisiologico ed anatomico coincidono.

Ipotizzando una portata cardiaca da fisiologia (5000 ml/min), il VA/Q complessivo sarebbe 0.8, anch’esso ovviamente fisiologico.

Ventilazione protettiva, ARDS e ipercapnia.

Applicando la ventilazione protettiva di Giorgio (VT 420 ml × FR 26/min) ad un polmone fisiologico, come quello esaminato nell’esempio precedente, quanto sarebbe la PaCO2?

Vediamo il risultato finale nella figura 7.

Figura 7

Risparmiamoci tutti i passaggi visti nell’esempio precedente (è comunque un ottimo esercizio per chi lo volesse fare) e arriviamo al risultato finale: la ventilazione protettiva applicata ad un soggetto sano produce ipocapnia (nel nostro esempio la PaCO2 è 22 mmHg). Questa ventilazione sarà anche protettiva, ma è pur sempre una forma di iperventilazione.

Rispetto alla ventilazione fisiologica, il VDphys/VT è un po’ aumentato (da 0.30 a 0.36), ma come nell’esempio di prima è uguale al VDaw/VT (150 ml di VDaw su 420 ml di VT): anche in questo caso non vi è spazio morto alveolare, dato che non vi è differenza tra VDphys/VT e VDaw/VT . L’aumento della ventilazione alveolare (da 3850 a 7020 ml/min) è stato molto maggiore dell’aumento di spazio morto, e questo spiega la riduzione della PACO2 e conseguentemente della PaCO2.

Se la portata cardiaca rimanesse uguale a quella dell’esempio precedente (5000 ml/min), il VA/Q complessivo sarebbe 1.4, un mismatch ventilazione/perfusione con alto VA/Q.

Facciamo ora l’esempio di un paziente con ARDS, come Giorgio, a cui viene erogata la ventilazione protettiva con VT 420 ml e FR 26/min. Il polmone è certamente diverso da quello fisiologico.

Figura 8

Nella figura 8 vediamo una sezione TC di polmone sano a sinistra e con ARDS a destra. Nel polmone sano vediamo che il parenchima polmonare è di colore omogeneo. Nel polmone con ARDS vediamo aree iperdiafane (più nere del normale, delimitate dalla linea azzurra) ed aree iperdense (più bianche del normale, linea rossa). Nelle zone iperdiafane vi è sovradistensione delle strutture alveolari, dovuta ad un incremento della ventilazione regionale. Vi è anche una riduzione della perfusione, in parte per un effetto gravitazionale, in parte perchè le pareti alveolari iperdistese comprimono i capillari polmonari. Nelle aree iperdense vi è una riduzione (o l’assenza) di ventilazione, con la perfusione che è favorita dalla forza di gravità, con un effetto variabile sulle resistenze vascolari legato all’entità della vasocostrizione ipossica.

Ipotizziamo che nelle zone più ventilate venga dirottato il 80% delle ventilazione, mentre in quelle meno ventilate sia distribuito il rimanente 20%. Ed ipotizziamo che la perfusione sia distribuita prevalentemente (80%) alle zone poco ventilate ed in piccola parte alle zone iperventilate (20%). La condizione è schematizzata nella figura 9, in cui nel compartimento di sinistra (azzurro) sono schematizzate le aree ben ventilate e mal perfuse ed in quello di destra (rosso) quelle mal ventilate e ben perfuse.

Figura 9

Abbiamo quindi un compartimento ad alto VA/Q (a sinistra) ed una a basso VA/Q (a destra). A sinistra destra arrivano 5616 ml/min (cioè l’80%) di ventilazione che devono drenare, all’equilibrio, il 20% della CO2 prodotta dall’organismo, dal momento che vi arriva solo il 20% della portata cardiaca. A destra sinistra una ventilazione alveolare molto minore (1404 ml/min, cioè il 20 %) deve farsi carico del 80% del V’CO2. Il risultato finale è mostrato in figura 10.

Figura 10

Come sempre, puoi rifare i calcoli da solo (il procedimento è sempre lo stesso). La sostanza è che, nel compartimento di sinistra, la rimozione di poca CO2 da parte di tanta ventilazione porta ad un drastico abbassamento della PACO2 e quindi della PcCO2. Viceversa, nel compartimento di destra, il passaggio di tanta CO2 in poco volume ventilato è possibile solo raggiungendo una elevata PACO2 e quindi una altrettanto elevata PcCO2.  La PaCO2 è la media ponderata del sangue proveniente dai capillari polmonari: 5 mmHg*0.2 + 87 mmHg*0.8 = 70 mmHg. Il risultato finale è una PaCO2 elevata (70 mmHg, più o meno come quella di Giorgio), frutto del fatto che molto sangue con 87 mmHg di PCO2 si miscela a poco sangue con 5 mmHg di PCO2.

Il VDphys/VT è di 0.80, ben più elevato dello 0.36 del VDaw/VT (150 ml di VDaw/420 ml di VT). In questo caso abbiamo un notevole spazio morto alveolare, essendo il VDalv/VT 0.44 (cioè la differenza tra VDphys/VT e VDaw/VT). Se applichiamo l’equazione 4, si calcola una VA di 2184 ml/min, di gran lunga inferiore ai 7020 ml/min ottenuti utilizzando il solo spazio morto anatomico. Ed anche inferiore ai 3850 ml/min della condizione fisiologica che è stata considerata inizialmente. A questo punto si potrebbero fare molte speculazioni sul significato di ventilazione alveolare e spazio morto fisiologico… certamente ciascuno le potrà fare per proprio conto…

I calcoli che abbiamo fatto non hanno certo la pretesa di essere precisi in vivo e ci sono aspetti complessi di cui non si è tenuto conto. Ma fanno capire bene che l’ipercapnia si genera nelle zone a basso VA/Q: è sempre l’ipoventilazione alveolare a determinare l’aumento della PACO2 e della PaCO2. In alcuni casi il concetto è chiaro, come quando vi è ipoventilazione (riduzione della VE), che ha come inevitabile conseguenza un’omogenea riduzione della VA e quindi del VA/Q. Quando invece si ha iperventilazione (elevata VE) e nonostante questo si sviluppa ipercapnia, essa è generata dal mismatch VA/Q che si genera nelle zone a basso VA/Q regionale, dove si instaura una ipoventilazione distrettuale perchè altre aree polmonari hanno “rubato” ventilazione e ceduto perfusione.

Può ora essere evidente come ipossiemia ed ipercapnia si sviluppino negli stessi compartimenti polmonari, quelli in cui il VA/Q regionale è inferiore a quello fisiologico: poca ventilazione modifica poco il sangue venoso, e l’elevata perfusione fa sì che queste zone abbiano un peso più rilevante sulla composizione del sangue arterioso. Viceversa i compartimenti con alto VA/Q regionale influiscono poco sui gas arteriosi: sono zone a relativamente bassa perfusione e quindi contribuiscono meno alla composizione del sangue arterioso.

Per concludere (per ora)…

Un recente articolo ci ha fatto venire il dubbio che l’ipercapnia possa essere “velenosa” per i pazienti con ARDS, avendo trovato un’associazione tra ipercapnia e mortalità.

Abbiamo capito che le alterazioni regionali del VA/Q sono tipiche dei pazienti con ARDS (figura 8) e che sono la causa dell’ipercapnia durante la ventilazione protettiva. Il mismatch VA/Q è correlato sia all’estensione degli addensamenti polmonari che alle alterazioni della perfusione polmonare. In sostanza, più è grave il paziente con ARDS (sommando le disfunzioni polmonare e cardiocircolatoria), più aumenta il mismatch VA/Q, più aumenta la PaCO2.

L’ipercapnia è quindi un ottimo marker della gravità del paziente con ARDS.

Questo non esclude però che l’ipercapnia possa avere anche un effetto negativo diretto sulle funzioni dell’organismo. Il post di oggi è già lunghissimo, nel prossimo cercheremo di capire gli effetti biologici dell’ipercapnia, per poter finalmente discutere appropriatamente i risultati dello studio da cui abbiamo preso le mosse.

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia.
1) Nin N et al. Severe hypercapnia and outcome of mechanically ventilated patients with moderate or severe acute respiratory distress syndrome. Intensive Care Med 2017;43:200-8