Gen 312020
 

E’ prassi fare una emogasanalisi arteriosa per valutare se l’impostazione della ventilazione meccanica è corretta. Ma è davvero utile? O può essere addirittura dannoso? Cerchiamo di ragionare insieme per trovare una risposta a queste domande (tutt’altro che scontate).

Premetto che non parleremo di tutto quello che ci può dire una emogasanalisi arteriosa, ma solamente di quei numeri che tradizionalmente si vanno a vedere dopo la regolazione del ventilatore meccanico: PaO2/FIO2, PaO2 e SaO2, PaCO2 e pH.

La funzione polmonare: PaO2/FIO2.

Il PaO2/FIO2 è un indicatore di disfunzione polmonare, molto grossolano anche se ampiamente utilizzato. Non ci dice se un paziente è ipossico o meno, ma ci dà un’idea della perdita di funzione del polmone (un po’ come la creatinina per il rene). La funzione polmonare si identifica principalmente con lo scambio gassoso, che ha luogo nell’unità alveolo-capillare attraverso l’accoppiamento di ventilazione e perfusione. In assenza di ventilazione o perfusione non esiste scambio gassoso. Tanto minore è la ventilazione rispetto alla perfusione (mismatch ventilazione-perfusione), tanto peggiore è la funzione polmonare e quindi il PaO2/FIO2.

E’ importante capire che la ventilazione meccanica NON ha come obiettivo il miglioramento della funzione polmonare. La funzione polmonare inevitabilmente migliorerà quando si avvieranno alla guarigione i processi patologici che ne hanno determinato l’alterazione. Se questa affermazione non ti appare ovvia, ti invito a sospendere il giudizio e proseguire nella lettura.

Non mi viene in mente nessuna evidenza che documenti che il miglioramento della funzione polmonare (e quindi del PaO2/FIO2) ottenuto con la ventilazione meccanica riduca la mortalità. Sappiamo invece, da due importanti studi clinici, che il miglioramento della funzione polmonare (cioè l’incremento PaO2/FIO2) ottenuto con l’impostazione di volume corrente e PEEP determina un aumento della mortalità.

Nei pazienti con ARDS la scelta di un volume corrente di 12 ml/kg di peso ideale migliora la funzione polmonare (cioè il PaO2/FIO2) più di un volume corrente di 6 ml/kg. Nel trial randomizzato, controllato, multicentrico del 2000 che ci ha portati a ventilare i pazienti con ARDS con 6 ml/kg di volume corrente, i pazienti che ricevevano 12 ml/kg avevano infatti un PaO2/FIO2 migliore per i primi 3 giorni dello studio (1).Sappiamo bene tutti come è andata a finire la storia: i pazienti con 12 ml/kg di volume corrente, pur avendo ricevuto una ventilazione che migliorava il PaO2/FIO2, hanno avuto una mortalità più alta dei pazienti con  volume corrente di 6 ml/kg.

Altro ben noto trial è quello che confronta un gruppo di controllo (ventilato con PEEP “bassa”) rispetto al gruppo “reclutamento+alta PEEP” (vedi post del 01/10/2017) (2). I pazienti trattati con “reclutamento+alta PEEP” hanno avuto un PaO2/FIO2 migliore per tutta la prima settimana di trattamento rispetto al gruppo di controllo. Ma anche in questo caso chi ha avuto il maggior PaO2/FIO2(“reclutamento+alta PEEP”) ha registrato una mortalità più elevata rispetto al gruppo di controllo, che ha mantenuto una peggior funzione polmonare.

Questi dati ci fanno capire che immettere forzatamente aria dentro un polmone malato ne migliora la funzione (cioè l’aerazione delle zone ipoventilate e quindi il PaO2/FIO2) ma alla fine porta a danni maggiori dei benefici.

Dobbiamo resistere alla tradizione/tentazione di utilizzare il PaO2/FIO2 per valutare l’appropriatezza dell’impostazione della ventilazione meccanica: può essere una scelta con conseguenze drammatiche! Prendiamo questo numero, analogamente alla febbre durante un’infezione, come il termometro del danno polmonare:  se ventiliamo “bene” un polmone, il PaO2/FIO2 migliorerà dopo giorni, così come la febbre scomparirà in un congruo lasso di tempo se abbiamo scelto l’antibiotico giusto.

L’ossigenazione: PaO2 e SaO2.

Uno dei motivi per cui ventiliamo i pazienti è ossigenare il sangue. L’ossigeno disciolto nel sangue arterioso esercita la pressione parziale che conosciamo come PaO2. La quantità di ossigeno disciolta nel sangue arterioso è direttamente proporzionale alla PaO2, ed è stimata dal prodotto della PaO2per il coefficiente di solubilità dell’ossigeno nel sangue, che a 37°C, è 0.00314 ml·dL-1·mm Hg-1. Questo significa che per ogni mmHg di PaOsi hanno circa 0.003 ml di O2 in 100 ml di sangue: quando la PaOè 100 mmHg, l’O2 disciolto è quindi 0.3 ml ogni 100 ml di sangue (cioè 0.3 mlO2/dL), una quantità davvero irrisoria e quindi solitamente trascurabile e trascurata. Dobbiamo pertanto convenire che la PaO2 è un pessimo indicatore dell’ossigenazione del sangue arterioso.

La quasi totalità dell’ossigeno contenuto nel sangue arterioso è legato all’emoglobina. Se la saturazione arteriosa (SaO2) è il 100%, 1 grammo di emoglobina riesce a contenere circa 1.36 ml di O2. In un paziente con 10 g/dL di emoglobina (valore frequentemente osservato nei pazienti critici) questo significa che il contenuto di ossigeno del sangue arterioso (CaO2) è 13.6 mlO2/dL. Se la SaO2 cala del 10% (dal 100 al 90%), anche il CaO2 calerà del 10%, passando da 13.6 a 12.2 mlO2/100 ml di sangue. La stessa riduzione di CaO2 può essere osservata se l’emoglobina diminuisce del 10%, passando 10 a 9 g/dL*.

Dal momento che la riduzione della SaO2 da 100 a 90% produce esattamente la stessa diminuzione di ossigenazione del calo di emoglobina da 10 a 9 g/dL, possiamo ben capire come una SaO2 del 90% sia assolutamente adeguata ai fini ossigenativi. E possiamo convicerci della ragionevolezza delle raccomandazioni che ci invitano ad cercare una SaO2 tra 88-95%. Per stimare la SaO2, in assenza di emoglobine patologiche, non abbiamo bisogno di eseguire una emogasanalisi ma può essere sufficiente il dato che in maniera continua e non-invasiva fornisce la pulsossimetria (cioè la SpO2).

L’eliminazione della CO2: PaCO2 e pH.

Distinguiamo tra due differenti condizioni: 1) il paziente con insufficienza respiratoria ipercapnica e 2) il paziente con insufficienza respiratoria ipossiemica.
1) Il paziente con insufficienza respiratoria ipercapnica (spesso un paziente con BPCO riacutizzata) inizia la ventilazione meccanica proprio perchè è ipercapnico. L’ipercapnia è la conseguenza dell’ipoventilazione alveolare secondaria all’affaticamento dei muscoli respiratori. In questo contesto la ventilazione meccanica deve necessariamente ridurre la PaCO2, e farla tornare gradualmente a valori non dissimili a quelli precedenti la riacutizzazione. Se questo non accade (ad esempio durante NIV) è segno che la ventilazione meccanica non è efficace e quindi si devono rivalutare strategie ed impostazioni. In questo caso l’emogasanalisi arteriosa è un esame irrinunciabile (da unire alla valutazione clinica, ovviamente) per documentare la riduzione della PaCO2 e capire se stiamo utilizzando correttamente la ventilazione meccanica per sostituire i muscoli respiratori.
2) Il paziente con insufficienza respiratoria ipossiemica (pensiamo ad un paziente con ARDS) invece vede l‘incremento della PaCO2 come conseguenza dell’aumento dello spazio morto (il volume corrente si concentra in poche aeree polmonari determinando in esse un incremento del rapporto/ventilazione perfusione). La ventilazione con basso volume corrente, associata all’incremento dello spazio morto, favorisce l’instaurarsi di ipercapnia. In questo contesto è ormai ampiamente accettato che gli aumenti di PaCO2 possano essere tranquillamente tollerati finchè il pH non scende sotto 7.20-7.25 (personalmente accetto anche valori più bassi): l’emogasanalisi per valutare la PaCO2 può essere una pericolosa tentazione: può infatti indurre ad allentare la ventilazione protettiva (aumentando volume corrente e/o frequenza respiratoria). Mi piace ricordare che che l’ipercapnia ha anche molti effetti positivi, che non è vero che l’acidosi riduca la risposta cardiovascolare alle catecolamine, che è infinitamente peggio l’ipocapnia dell’ipercapnia… In questo contesto l’emogasanalisi ci può servire come esame quotidiano (salvo casi particolari), come l’emocromo o gli elettroliti sierici, ma non a modulare la ventilazione meccanica.

E’ prassi fare una emogasanalisi arteriosa dopo le modifiche dell’impostazione della ventilazione meccanica. Ma è davvero utile? O può essere addirittura dannoso?“: ho iniziato il post con questa domanda, ora penso si possa rispondere ragionevolmente. L’emogasanalisi è fondamentale per determinare l’efficacia della ventilazione meccanica nei pazienti con insufficienza respiratoria ipercapnica (tipicamente la BPCO riacutizzata). In questi pazienti la PaCO2 deve scendere (ed il pH aumentare), altrimenti dobbiamo modificare o l’impostazione della ventilazione oppure l’approccio (ad esempio passare dalla ventilazione non-invasiva all’intubazione tracheale).

Al contrario nei pazienti con insufficienza respiratoria ipossiemica (tipicamente la ARDS), meno emogasanalisi si fanno, meglio è. In questi pazienti ci è sufficiente osservare la saturazione non-invasiva del saturimetro  (SpO2) e cercare di mantenerla tra 90 e 95%. PaO2, PaO2/FIO2, PaCO2 e pH sono solo indicatori della gravità della malattia polmonare che non devono essere utilizzati per valutare l’efficacia dell’impostazione della ventilazione meccanica, la quale nei pazienti con ARDS deve essere ostinatamente guidata dal mantenimento della ventilazione protettiva anche a dispetto dell’emogasanalisi.

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

Bibliografia.

1. 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
2. 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; 318:1335-1345

*Ricordo che l’unità di misura della concentrazione ematica dell’emoglobina sono i grammi per decilitro (g/dL) e non i famosi “punti di emoglobina”, che tanto piacciono ai chirurghi (e, ahimè, non solo a loro…)

Nov 132011
 

Quando prendo in carico la cura di una persona, mi pongo sempre degli obiettivi da raggiungere. Avere obiettivi chiari è il primo passo per fare le scelte migliori.

Abbiamo sempre chiari gli obiettivi della ventilazione meccanica?

La ventilazione meccanica ha l’obiettivo di supportare le funzioni dell’apparato respiratorio evitando di fare danni (se possibile).

Le funzioni dell’apparato respiratorio da supportare sono due:

  1. ossigenazione
  2. rimozione di CO2

Ragioniamo sugli obiettivi che dobbiamo avere per ciascuna di queste funzioni.

Ossigenazione.

La domanda è: quanto ossigeno serve ai nostri pazienti? Semplicemente un livello di PaO2 che consenta una buona funzione dei nostri organi e tessuti. Sappiamo che l’ossigeno deve arrivare ai mitocondri. L’ossigeno arriva nei capillari (cioè in prossimità dei mitocondri) grazie alla portata cardiaca ed all’emoglobina. Una volta che l’ossigeno è giunto nei capillari, il passaggio ai mitocondri dipende dalla differenza tra la PO2 nel capillare e nel mitocondrio. La PO2 durante il suo tragitto nel capillare si riduce progressivamente a causa della continua cessione dell’ossigeno ai tessuti: è quindi più alta nel versante arterioso rispetto a quello venoso (e l’entità di questo fenomeno è condizionato dal trasporto di ossigeno) (figura 1).

Figura 1.

La PO2 dei mitocondri varia tra 4 e 23 mmHg, dipendendo dal tipo di tessuto considerato. Ma, oltre alla differenza di PO2 tra capillare e mitocondrio, c’è un altro fattore che condiziona la diffusione dell’ossigeno ai tessuti: la distanza tra capillare e mitocondri delle cellule (1). Proviamo a pensare a come può variare questa distanza in un soggetto sano e nel paziente edematoso. L’edema è una barriera all’ossigenazione cellulare. Esistono evidenze che la quantità di fluidi somministrati (dopo le prime ore di trattamento) e l’entità dei bilanci idrici positivi sono associati a peggiori outcome (2-5).

Per riassumere: L’ossigenazione dei tessuti dipende sia da fattori polmonari (la PaO2) che da fattori non polmonari (portata cardiaca, emoglobina ed edema). Quello che può fare la ventilazione è assicurare una PaO2 sufficiente a saturare l’emoglobina (vedi post del 31 /10/2011) e generare un sufficiente gradiente di PO2 tra capillari e mitocondri. Si ritiene che una PaO2 sopra 55-60 mmHg ed una corrispondente saturazione arteriosa superiore a 88-90% siano più che sufficienti a questo scopo (6). Dobbiamo quindi evitare di “spingere l’acceleratore” sul ventilatore meccanico per avere delle “belle” PaO2. Cosa ce ne facciamo, se le dobbiamo poi pagare con i danni indotti dalla ventilazione meccanica. Dobbiamo anche evitare di considerare il PaO2/FIO2 un obiettivo a breve termine della ventilazione meccanica: esso descrive unicamente il livello di gravità della disfunzione polmonare, non ci dice se stiamo ventilando bene un paziente. Potremmo infatti adottare strategie ventilatorie che migliorano nel breve periodo il PaO2/FIO2, ma che fanno male al paziente. Un esempio? I pazienti con ARDS migliorano nei primi giorni il PaO2/FIO2 se ventilati con 12 ml/kg di volume corrente rispetto a quando ricevono un volume corrente di 6 ml/kg . Sappiamo però tutti come va poi a finire… (6)

Eliminazione di CO2.

Nei pazienti con insufficienza respiratoria ipossiemica (il cui paradigma è l’ALI/ARDS) non abbiamo bisogno di mantenere 40 mmHg di PaCO2 e 7.40 di pH! Il nostro organismo funziona bene (a volte anche meglio, forse) (vedi post del 24/09/2011) anche a valori di PaCO2 un po’ più alti e di pH un po’ più bassi. Nei pazienti con ALI/ARDS, se detestiamo l’acidosi respiratoria, possiamo iniziare a preoccuparci se il pH scende al di sotto dei 7.25 (che corrisponde a circa 60 mmHg di PaCO2 in assenza di alterazioni metaboliche del pH). Potremmo essere anche più tolleranti ed accettare anche pH fino a 7.15 (circa 70 mmHg di PaCO2 senza associate alterazioni metaboliche) o addirittura anche inferiori (7). Con l’eccezione dei pazienti con trauma cranico, shock non responsivo alle catecolamine o con con disfunzione ventricolare destra (8).

Diverso è l’approccio ai pazienti con insufficienza respiratoria ipercapnica (un esempio tipico può essere la riacutizzazione della BPCO) o durante la fase di weaning. Se la PaCO2 elevata è associata ad acidosi respiratoria, abbiamo un segno evidente dell’insufficienza della pompa respiratoria (cioè dell’apparato neuromuscolare che muove i polmoni). In questo caso l’obiettivo è il riposo dei muscoli respiratori esauriti da un eccessivo e prolungato carico di lavoro. Quindi dobbiamo dare una ventilazione che garantisca l’abolizione (o quasi) della ventilazione spontanea del paziente per il tempo strettamente necessario a far riposare i muscoli respiratori. Ancora una volta la normalizzazione PaCO2 non è il nostro obiettivo, ma semmai una conseguenza del nostro trattamento.

In conclusione possiamo affermare che nella maggior parte dei casi non è molto difficile raggiungere i due obiettivi della ventilazione meccanica:

  1. raggiungere una PaO2 di almeno 55-60 mmHg (o una saturazione di 88-90%)
  2. avere un pH maggiore di 7.15-7.25

La vera sfida è ossigenare ed eliminare anidride carbonica senza danneggiare l’apparato respiratorio. Dobbiamo stare alla larga sia dal VILI (ventilator-induced lung injury) che dal VIDD (ventilator-induced diaphragmatic dysfunction), che uccidono molte più persone di ipossiemia ed ipercapnia. Evitare la normalizzazione (o addirittura la perfezione) dell’emogasanalisi è spesso il primo passo per raggiungere anche questi obiettivi. Ma di questo ne riparleremo in altre occasioni…

Un caro saluto al popolo di ventilab, una tribù di circa tremila appassionati di ventilazione.

Bibliografia

1) Lumb AB. Nunn’s Applied Respiratory Physiology. Chapter 11: Oxygen, pp. 179-216. Churchill Livingstone, 7th edition (2010).

2) Sakr Y et al. High tidal volume and positive fluid balance are associated with worse outcome in acute lung injury. Chest 2005; 128:3098-108

3) Upadya A et al. Fluid balance and weaning outcomes. Intensive Care Med 2005; 31:1643-7

4) Wiedemann HP et al. Comparison of two fluid-management strategies in acute lung injury. N Engl J Med 2006; 354:2564-75

5) Stewart RM et al. Less is more: improved outcomes in surgical patients with conservative fluid administration and central venous catheter monitoring. J Am Coll Surg 2009; 208:725-35

6) ARDS Network. Ventilation with lower tidal volumes as compared with traditional for acute lung injury and the acute respiratory distress sindrome. N Engl J Med 2000, 342:1301-8

7) Hickling KG et al. Low mortality associated with low volume pressure limited ventilation with permissive hypercapnia in severe adult respiratory distress syndrome. Intensive Care Med 1990; 16:372-7

8) 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

 

Mar 272011
 

La PaO2, e quindi il rapporto PaO2/FIO2, si riduce quando il parenchima polmonare è danneggiato, gli alveoli si riempiono di acqua, proteine e cellule e si genera un effetto shunt (es. polmonite, ARDS, edema polmonare).

La PaCO2 aumenta, e quindi il pH si riduce, quando invece la ventilazione alveolare diventa insufficiente, cioè si riducono i litri al minuto di gas che raggiungono gli alveoli. Le cause di ipoventilazione alveolare nel paziente critico sono affaticamento e/o debolezza dei muscoli respiratori (condizioni che aumentano il lavoro respiratorio, malattie neuromuscolari) o le alterazioni del drive respiratorio (es. coma, oppioidi). In questi casi, in assenza di un danno al parenchima polmonare, il rapporto PaO2/FIO2 è solo marginalmente ridotto.

In sintesi, in maniera semplicistica ma clinicamente efficace: se è ammalato il parenchima polmonare, si riduce il PaO2/FIO2, se invece non funziona la pompa respiratoria sale la PaCO2.

Il rapporto PaO2/FIO2 deve il proprio successo principalmente al fatto che è facile da calcolare: PaO2 diviso FIO2 (cioè la % di ossigeno diviso 100). Ma non sempre è il marker appropriato della disfunzione polmonare.

Mario e Pippo

Ipotizziamo di avere due pazienti (Mario e Pippo) con la medesima grave ipossiemia acuta: entrambi hanno una PaO2 di 42 mmHg senza ossigenoterapia. Entrambi hanno quindi lo stesso rapporto PaO2/FIO2: PaO2 42 mmHg/FIO2 0.21 = PaO2/FIO2 di 200 mmHg. Mario ha però una PaCO2 di 30 mmHg mentre Pippo ha 85 di PaCO2. Da quello che abbiamo detto all’inizio, potremmo dedurre che la gravità del danno del parenchima polmonare di Mario e Pippo è simile, avendo entrambi 200 mmHg di PaO2/FIO2. Potremmo aggiungere che Pippo ha anche una insufficienza della pompa respiratoria, problema che invece Mario non ha.

Ma non è così, e vediamo dove nasce il problema.

Che significato ha, da un punto di vista fisiologico, il rapporto PaO2/FIO2? Il rapporto tra la PO2 alveolare (PAO2) e quella arteriosa (PaO2) ci descrive la gravità della disfunzione parenchimale polmonare. La PAO2 è calcolabile con l’equazione dei gas alveolari per l’ossigeno: PAO2= (Patm-PH2O) x FIO2 – PaCO2/RQ, dove Patm è la pressione atmosferica (circa 760 mmHg a livello del mare), PH2O la pressione di vapore saturo dell’acqua a 37 °C (47 mmHg) e RQ il quoziente respiratorio, cioè il rapporto tra produzione di CO2 e consumo di O2 (fisiologicamente 0.8). L’equazione dei gas alveolari ci dice, in altre parole, che la PAO2 dipende dall’ossigeno che arriva negli alveoli [(Patm-PH2O) x FIO2] meno la CO2 che negli aveoli c’è già (PaCO2/RQ). Nel rapporto PaO2/FIO2, dell’equazione dei gas alveolari si salva solo la FIO2, che concettualmente equivale quindi alla PAO2. Questo perchè l’equazione dei gas alveolari è complessa, si fonda su variabili il cui reale valore non è noto (Patm, PH2O, RQ) e la FIO2 è, al suo interno, la variabile che ha il maggior impatto sul calcolo.

Il problema del PaO2/FIO2 è Pippo: cioè PaCO2 alta, peggio ancora con FIO2 bassa.

Proviamo infatti a calcolare la PAO2 di Mario e Pippo. Mario: PAO2=(760-47) x 0,21 – 30/0.8= 112 mmHg; Pippo: PAO2=(760-47) x 0,21 – 85/0.8= 43 mmHg. Ricapitoliamo: entrambi hanno 42 mmHg di PaO2, ma Mario ha una PO2 alveolare di 112 mentre Pippo di 43 mmHg. Questo significa che quasi tutto (97%) l’ossigeno che Pippo ha negli alveoli passa nel sangue arterioso (PaO2/PAO2 0.97), mentre Mario vede passare solo nel sangue arterioso solo il 37% dell’ossigeno alveolare (PaO2/PAO2 0.37). Una situazione che il PaO2/FIO2 non ci ha rivelato, ma che il PaO2/PAO2 ci fa vedere chiaramente.

Da quanto abbiamo visto finora, possiamo trarre due implicazioni pratiche da calare nella vita di tutti i giorni:

  1. nei pazienti marcatamente ipercapnici è utile associare l’uso del PaO2/PAO2 a quello del consueto PaO2/FIO2 per dare un corretto inquadramento fisiopatologic dell’insufficienza respiratoria e per monitorarne correttamente l’evoluzione.
  2. nei pazienti con PaCO2 vicina al normale, è preferibile il rapporto PaO2/FIO2 come indicatore di danno parenchimale polmonare. Infatti è più immediato da calcolare del PaO2/PAO2 senza farci utilizzare per il calcolo valori teorici di Patm, PH2O e RQ.

Di altri problemi nell’uso clinico del rapporto PaO2/FIO2 abbiamo già discusso nel post del 6 febbraio 2010. Prossimamente spenderemo ancora qualche parola a questo proposito.

Un saluto a tutti.

PS: Corso di Ventilazione Meccanica 2011. Abbiamo attivato anche l’edizione di novembre 2011, che però risulta già completa con le preiscrizioni finora arrivate. Il nostro obiettivo rimane comunque quello di consentire a tutti, in tempi ragionevoli, di partecipare al Corso di Ventilazione Meccanica. Per consentirci di attivare un numero di edizioni che possano soddisfare le richieste, invito tutti gli interessati ad inviare comunque una richiesta di iscrizione all’Ufficio Formazione della Fondazione Poliambulanza (e-mail: formazione@poliambulanza.it; tel. 030/3515764-5757): questo consentirà all’interessato di guadagnare una priorità nelle liste di attesa ed a noi di programmare l’attività didattica nel migliore dei modi.

PPSS: per vedere Mario e Pippo clicca qui. Chi ha la mia età se li ricorda, forse…