Jan 292017
 

Il rapporto PaO2/FIO2 è normalmente utilizzato per definire la gravità di una malattia del parenchima polmonare, che come sappiamo genera ipossiemia. Nel caso della ARDS il rapporto PaO2/FIO2 è l’unica variabile che ne classifica la gravità. Il rapporto PaO2/FIO2 è indica la gravità della disfunzione respiratoria anche nel SOFA (Sequential Organ Failure Assessment), lo score di gravità delle disfunzioni d’organo più diffuso ed ora utilizzato anche per fare la diagnosi di sepsi. Nella pratica clinica il PaO2/FIO2 viene normalmente utilizzato per confrontare PaO2 ottenute con FIO2 differenti e per valutare l’evoluzione di una malattia polmonare o la sua risposta al trattamento.

L’uso del PaO2/FIO2 nella valutazione della gravità delle malattie polmonari si basa sul pressupposto che esso si modifichi al variare dello shunt, cioè della perfusione di aree polmonari non ventilate: nelle zone con addensamenti polmonari (quindi con ventilazione assente o molto ridotta), il sangue nei capillari polmonari continua a fluire senza però ossigenarsi, si crea shunt e la sua entità è stimata con la riduzione del PaO2/FIO2. Da notare che non vi sono basi fisiopatologiche nè dati clinici che supportino questo impiego del PaO2/FIO2. Vediamo ora alcuni casi che ci possono far riflettere.

Osserviamo l’evoluzione radiologica di una malattia parenchimale polmonare:

Figura 1

La radiografia A è quella basale, nella radiografia B, eseguita alcuni giorni dopo, si notano infiltrati parenchimali bilaterali. Il rapporto PaO2/FIO2 si riduce drasticamente dalla condizione A alla B. Tutto in linea con l’atteso.

Guardiamo ora 2 radiografie di un paziente ricoverato nella nostra Terapia Intensiva, eseguite a 48 ore di distanza l’una dall’altra:

Figura 2

Come ci aspettiamo sia la variazione del PaO2/FIO2?

Quando il paziente ha fatto la radiografia A della figura 2, era intubato ed aveva 73 mmHg di PaO2 con FIO2 1, quindi un rapporto PaO2/FIO2 di 73 mmHg. Quando è stata eseguita la radiografia B, la PaO2 era 68 mmHg con respirazione spontanea in ambiente (FIO2 0.21), quindi un rapporto PaO2/FIO2 di 324 mmHg. (vedi nota alla fine del post)

Come possiamo spiegare tutto questo? Nella condizione della figura 2A, il paziente aveva appena avuto una embolia polmonare. L’embolia polmonare è una malattia che colpisce esclusivamente il versante circolatorio dei polmoni, lasciando intatti gli spazi aerei del parenchima polmonare: in altre parole, il polmone è sano, solo la sua circolazione è alterata. Questo è talmente vero che un’improvvisa ipossiemia grave con normali reperti polmonari ci può far venire il sospetto proprio di un embolismo polmonare. Ma perchè l’embolia polmonare dà ipossiemia se il parenchima polmonare è sano? Nelle aree interessate dell’evento embolico si riduce la perfusione (per effetto dell’ostruzione determinata dall’embolo) mantenedosi una ventilazione normale (parenchima sano). Quindi il rapporto ventilazione/perfusione aumenta, condizione che dovrebbe determinare un aumento dell’ossigenazione secondo la fisiologia classica (area rossa nella figura 3).

Figura 3

L’ipossiemia infatti non si genera nelle aree ostruite dall’embolo, ma nelle restanti parti del polmone (figura 4). In queste infatti viene dirottato quasi tutto il sangue che il ventricolo destro riesce a pompare, generando un aumento della perfusione a parità di ventilazione, che non è modificata dall’embolismo. Quindi il rapporto ventilazione/perfusione si riduce, condizione che genera ipossiemia (area azzurra nella figura 3). Questa è una delle cause (anche se non l’unica) dell’ipossiemia nell’embolia polmonare.

Figura 4

In questo caso il rapporto PaO2/FIO2 si riduce nonostante il polmone sia sano… dimostrando di non essere una dimensione appropriata per descrivere la gravità una malattia del parenchima polmonare.

L’esempio dell’embolia polmonare ci fa capire quanto sia importante l’aspetto “perfusione” nella genesi dell’ipossiema (e quindi della riduzione del rapporto PaO2/FIO2). Siamo spesso portati a pensare all’ipossiemia come conseguenza delle sole alterazioni della “ventilazione”, dimenticando che il rapporto ventilazione/perfusione ha un numeratore ed un denominatore e che entrambi contribuiscono allo stesso modo alle variazioni del PaO2/FIO2. Questo è particolarmente vero in presenza di piccole zone di shunt, presenti nei pazienti in ventilazione meccanica anche con polmoni sani. Proviamo a pensare, ad esempio, a cosa potrebbe succedere durante una condizione di alta portata cardiaca: potrebbe esserci una riduzione del PaO2/FIO2 per effetto della riduzione del rapporto ventilazione/perfusione. In questa condizione l’applicazione di una PEEP potrebbe migliorare il PaO2/FIO2 sia aumentando il numeratore del rapporto ventilazione/perfusione (per “ventilazione” dobbiamo intendere infatti il volume delle aree ventilate, vedi il post del 21/10/2012), sia riducendo il denominatore, cioè la portata cardiaca.

Vediamo ora cosa succede al PaO2/FIO2 quando ci aspettiamo che resti costante, cioè quando il rapporto ventilazione/perfusione è costante. Immaginiamo quindi un soggetto con uno shunt del 20%. Questo significa che c’è una riduzione del rapporto ventilazione/perfusione che corrisponde al passaggio del 20% della portata cardiaca in zone del polmone non ventilate. Immaginiamo di ventilare questo soggetto con FIO2 0.5. Cosa accade al PaO2/FIO2 quando si modifica la differenza tra il contenuto di O2 nel sangue arterioso ed il contenuto di O2 nel sangue venoso misto (AVDO2)? Ricordiamo che la AVDO2 aumenta quando si riduce la portata cardiaca o l’emoglobina (cioè il trasporto di ossigeno) oppure aumenta il consumo di ossigeno; la AVDO2 invece si riduce nelle situazioni opposte. Uno studio recentissimo (1) ci mostra che in questo ipotetico soggetto, il PaO2/FIO2 è tutt’altro che costante, variando tra circa 140 e 400 mmHg al variare della AVDO2 tra 1.5 e 6 ml O2/dL (figura 5, frecce tratteggiate):

Figura 5

Da notare che nell’embolia polmonare dell’esempio precedente, si riduce la portata cardiaca ed aumenta quindi la AVDO2: questo è un altro fattore extrapolmonare che contribuisce quindi all’ipossiemia ed alla riduzione del PaO2/FIO2.

Nella figura 5 vediamo anche un’altra importante caratteristica del PaO2/FIO2: a parità di tutti gli altri fattori (inclusa la AVDO2), varia al variare della FIO2. Seguiamo, ad esempio, la linea verde, che corrisponde alla variazione del PaO2/FIO2 al variare della FIO2 quando AVDO2 è costante a 3.5 mL O2/dL. Il PaO2/FIO2 ha un minimo di circa 210 mmHg a FIO2 0.5 ed un massimo a circa 390 mmHg a FIO2 1.

Possiamo facilmente riassumere tutto quello che abbiamo finora detto in pochi punti:

  1. non esistono un razionale fisiologico dati sperimentali per utilizzare il PaO2/FIO2 come misura di malattia o disfunzione polmonare;
  2. il PaO2/FIO2 è modificato da molti fattori extrapolmonari (cioè non inerenti al parenchima polmonare):
    1. dalle alterazioni della quantità e della distribuzione della perfusione polmonare;
    2. dalle variazioni di trasporto e consumo di ossigeno (cioè della AVDO2);
    3. dalle variazioni di FIO2.

In altre parole, il PaO2/FIO2 si può modificare sia quando il polmone è ammalato sia quando è sano. Perchè allora si usa il PaO2/FIO2 nella pratica clinica per valutare la gravità di malattia e disfunzione polmonare? La spiegazione è una sola: perchè è facile da calcolare, dimenticandone però tutti i limiti. Ormai, purtroppo, la medicina si sta riducendo sempre di più alla semplificazione ed alla banalizzazione, facendo perdere di vista ai medici la complessità che caratterizza la fisiologia e la malattia. Questa è la strada che molti ci vogliono far percorrere, ma se vogliamo possiamo continuare a cercare di capire ed approfondire piuttosto che rassegnarci alla superficialità degli slogan (magari presentati sotto forma di linee guida).

Dobbiamo smettere di usare il PaO2/FIO2 nella nostra pratica clinica? Penso proprio di no, io lo utilizzo quotidianamente. Dobbiamo solo conoscerlo bene, per sapere quando credergli e quando invece non farci ingannare.

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia.

  1. Feiner JR et al. Evaluating pulmonary function: an assessment of PaO2/FIO2. Crit Care Med 2017; 45:e40-e48

Nota: La FIO2 non si esprime in percentuale, è infatti la concentrazione frazionale, come indica proprio la lettera “F” di FIO2. FIO2 significa quindi: “frazione inspiratoria di ossigeno” ed è un numero che può teoricamente variare da 0 a 1. FIO2 0.21 è quella dell’aria atmosferica, 1 della respirazione con ossigeno puro. Non ha importanza se su alcuni ventilatori meccanici ed alcune cartelle cliniche elettroniche la FIO2 ha come unità di misura il %: sono sbagliati! Così come la lettera “I” dovrebbe essere maiuscola (ancor meglio se di dimensione ridotta, perchè simbolo qualificante), come la convenzione vuole per indicare la fase inspiratoria. E’ un po’ pedestre leggere “FiO2 40%”, due errori in poche lettere… .

Oct 312011
 

Iris, una sfortunata signora di settanta anni, alcune settimane fa è stata ricoverata nella nostra Terapia Intensiva dopo un’intervento di chirurgia addominale. Siamo stati consapevoli fin dall’inizio che la lesione di Iris poteva essere l’inizio di un calvario senza via d’uscita. Dopo la prima settimana di Terapia Intensiva, si è aperto però qualche spiraglio: infezioni e drenaggi erano a posto e si poteva procedere all’estubazione.

Dopo l’estubazione Iris aveva un normale stato di coscienza, era eupnoica e normocapnica, ma necessitava di ossigenoterapia per correggere l’ipossiemia.. Iris ci ha chiesto, se possibile, di non essere sottoposta ai fastidiosi prelievi arteriosi (non aveva più una linea arteriosa). Per noi però era importante monitorare l’evoluzione della disfunzione polmonare. Nell’equipe c’erano medici ed infermieri concordi nel sostituire le emogasanalisi con la saturazione arteriosa misurata con il pulsossimetro (SpO2).

SpO2 e PaO2 ci possono dare le stesse informazioni per valutare la gravità e l’evoluzione della disfunzione polmonare?

L’indicatore più utilizzato per stratificare la gravità della disfunzione polmonare è il rapporto PaO2/FIO2: viene utilizzato per definire il livello di gravità di ARDS/ALI ed è il marker della disfunzione polmonare del  Sequential Organ Failure Assessment (SOFA). Negli ultimi anni sono stati pubblicati due articoli che supportano l’uso del rapporto SpO2/FIO2 al posto del PaO2/FIO2 (2,3). Il primo di questi studi ci dice che SpO2/FIO2 di 235 e di 315 correlano con PaO2/FIO2 rispettivamente di 200 e 300 per la diagnosi di ARDS e ALI (2). Il lavoro di Pandharipande ha calcolato che, per il computo del SOFA, 100 di PaO2/FIO2 corrisponde a 89 di SpO2/FIO2, 200 di PaO2/FIO2 a 214 di SpO2/FIO2, 300 di PaO2/FIO2 a 357 di SpO2/FIO2 e 400 di PaO2/FIO2 a 512 di SpO2/FIO2 (3).

Dobbiamo credere alla letteratura, usare il SpO2/FIO2 al posto del PaO2/FIO2 ed accontentare Irma, evitandole le punture arteriose?

A mio modo di vedere la risposta è articolata.

I due studi citati hanno numerosi limiti sui quali non mi dilungo. Ne discuteremo eventualmente nei commenti al post.

Osserviamo la curva di dissociazione dell’emoglobina (figura 1):  vediamo chiaramente che, a 7.4 di pH,  la SaO2 cambia molto poco per PaO2 superiori a 70 mmHg, mentre ha rapide variazioni se la PaO2 è inferiore a 60 mmHg.

Figura 1

Facciamo qualche simulazione per decidere se e come possiamo utilizzare la SpO2 al posto della PaO2. Ridisegnamo la curva di dissociazione dell’emoglobina mettendo sull’asse delle ascisse la saturazione (la variabile indipendente, cioè il valore che si conosce) e la PaO2 su quello delle ordinate: ci mettiamo cioè nella condizione di doverr stimare la PaO2 conoscendo la SpO2. Inoltre restringiamo i limiti del grafico ai valori che potremmo realmente incontrare in clinica. Ecco come vediamo le cose:

Figura 2

Abbiamo variazioni molto diverse di SpO2 per analoghe variazioni di PaO2. Infatti la riduzione di 10 mmHg di PaO2 determina la riduzione della SpO2 di circa 1% se il valore iniziale di PaO2 è 90 mmHg. La riduzione di SpO2 diventa del 8-9% se la PaO2 si riduce di 10 mmHg da 55 a 45 mmHg. In altre parole, la SpO2 è sensibile alle variazioni di PaO2 solo per valori iniziali di SpO2 inferiori a 92-93 %. Possiamo quindi utilizzare la SpO2 per monitorare l’evoluzione della disfunzione polmonare solo se ci mettiamo nelle condizioni di avere una SpO2 sempre inferiore a 92-93%. E farlo è semplicissimo: è sufficiente sospendere l’ossigenoterapia. Se il paziente ha insufficienza respiratoria, la SpO2 si assesterà sicuramente sotto questa soglia. E noi potremo evitare di ripetere le emogasalisi con il solo scopo di quantificare la gravità della disfunzione polmonare. E se per 10 minuti avremo una SpO2 tra 80 e 90 %, salvo casi particolari, non dovremo temere alcun problema per i nostri pazienti.

Se ci piace ragionare in termini di PaO2/FIO2, vediamo come la stessa variazione di PaO2/FIO2 si rifletta in modo diverso sulla SpO2 in funzione del livello basale di PaO2:

Figura 3

La riduzione del PaO2/FIO2 da 300 a 200 determina la riduzione di SpO2 del 3 % se partiamo da 120 mmHg di PaO2 (cioè con una FIO2 di 0.4) mentre la SpO2 si ridurrà del 16 % se il livello iniziale di PaO2 è di 63 mmHg (la stessa condizione di prima senza O2 terapia).

Per concludere, possiamo utilizzare la SpO2 ed SpO2/FIO2 al posto di PaO2 e PaO2/FIO2 per monitorare la gravità e l’evoluzione di una disfunzione polmonare solo in assenza di ossigenoterapia (per mantenere la SpO2 inferiore a 92-93%).

Un caro saluto a tutti gli amici di ventilab.

 

Bibliografia.

1) Vincent JL et al. The SOFA score to describe organ dysfunction/failure. Intensive Care Med 1996; 22 : 707-10

2) Rice TW et al. Comparison of the SpO2/FIO2 ratio and the PaO2/ FIO2 ratio in patients with acute lung injury or ARDS. Chest    2007; 132:410-7

3) Pandharipande PP et al. Derivation and validation of SpO2/FIO2 ratio to impute for Pao2/FIO2 ratio in the respiratory component of the Sequential Organ Failure Assessment score. Crit Care Med 2009; 37: 1317-21

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…