Ipercapnia e ARDS, cambia qualcosa? Parte seconda: implicazioni cliniche.

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

Ipercapnia e ARDS: quando accettarla, quando temerla.

Dopo l’assenza di luglio su ventilab, eccomi di nuovo qui per parlare di Marco, un quarantenne con ARDS moderata (PaO₂/F_IO₂ tra 100 e 200) [1] dovuta ad una polmonite comunitaria, senza insufficienza cardiocircolatoria nè altre insufficienze d’organo. Marco è in ventilazione meccanica controllata con 450 ml di volume corrente, 28/min di frequenza respiratoria e 10 cmH₂O di PEEP. E’ alto 175 cm, di conseguenza il suo peso ideale è 71 kg (puoi trovare le formule per calcolare il peso ideale nel post del 18/12/2011): il volume corrente risulta quindi essere circa 6 ml/kg di peso ideale. La PEEP è stata impostata a 10 cmH₂O perchè questo valore, dopo una manovra di reclutamento, garantisce la ventilazione con la minor driving pressure (vedi post del 10/04/2011). Con questa impostazione abbiamo una pressione di plateau di 27 cmH₂O (durante la scelta della PEEP è stato visto che a livelli di insufflazione più alti si iniziano ad apprezzare i segni di uno stress index > 1).

Problema: con questa impostazione, ragionevole dal punto di vista della ventilazione protettiva, la PaCO₂ è 70 mmHg ed il pH 7.21. Che fare?

La prima cosa da fare è chiedersi se questo problema è davvero un problema. A mio parere l’ipercapnia è spesso vissuta come un problema per abitudine e tradizione. Molte volte ho visto darsi da fare per aumentare le vanetilazione quando la PaCO₂ è 50 mmHg, ma accettare tranquillamente PaCO₂ di 30 mmHg. Perchè? In fondo in entrambi i casi la deviazione dal valore normale è di 10 mmHg. Peraltro, sappiamo bene che è molto più innocuo un aumento della PaCO₂ che una sua riduzione della stessa entità: prova a pensare alle possibili conseguenze di un aumento di 20 mmHg di PaCO₂ (cioè PaCO₂ = 60 mmHg) ed a quelli di una riduzione di 20 mmHg (cioè PaCO₂ = 20 mmHg): penso non ci siano dubbi su quale delle due condizioni sia accettabile e quale no.

L’enfasi sulla PaCO₂ come guida della ventilazione dipende anche dal fatto che è un numero facile. Vuoi mettere quando è facile regolare la ventilazione sul numerino dell’emogasanalisi rispetto ad una impostazione della ventilazione su pressione di plateau, driving pressure, pressione transpolmonare,ecc… Purtroppo però non sempre la strada più semplice porta nel posto migliore..

Torniamo al caso di Marco. Che problemi possono dargli la PaCO₂ di 70 mmHg ed il pH di 7.21? Esaminiamo brevemente gli effetti fisiologici dell’ipercapnia acuta che possono avere un impatto su Mario:

– aumento della portata cardiaca. Esistono numerose evidenze che documentano che l’ipercapnia aumenta lo portata cardiaca [2,3]. Questo può avere effetti sfavorevoli? Penso proprio di no. Il nostro gruppo ha evidenziato che la ventilazione con 6 ml/kg di volume corrente, rispetto ai 12 ml/kg, aumenta portata cardiaca e trasporto di ossigeno nella ARDS e che questo effetto è principalmente dovuto all’aumento della PaCO₂ e non tanto alla riduzione di volume corrente e pressioni intratoraciche [4]. Per concludere, per questo aspetto Marco può stare tranquillo con i suoi 70 mmHg di PaCO₂.

– vasocostrizione polmonare. A livello della circolazione polmonare l’ipercapnia favorisce la vasocostrizione ipossica: quindi può migliorare l’accoppiamento ventilazione-perfusione al prezzo dell’aumento delle resistenze vascolari polmonari [2-3]. Le conseguenze possono essere una miglior ossigenazione ed un maggior postcarico del ventricolo destro. Quest’ultimo aspetto può diventare molto importante nei pazienti con scompenso del ventricolo destro (che a volte è presente nei pazienti con ARDS) e contribuire a peggiorarne l’insufficienza cardiocircolatoria [5]. Marco ha un buon compenso cardiocircolatorio e non abbiamo quindi motivo di sospettare uno scompenso destro. Anche da questo punto di vista per lui l’ipercapnia non è un problema.

– risposta immunitaria: l’ipercapnia sembra protettiva nella risposta sistemica alla sepsi e nelle prime fasi della sepsi secondaria a polmonite. Potrebbe invece peggiorare il danno polmonare nelle polmoniti di lunga durata [6]. Marco è nella fase iniziale della polmonite, l’ipercapnia può essere più vantaggio che un problema.

– disfunzione diaframmatica: l’acidosi respiratoria ipercapnica riduce la disfunzione diaframmatica indotta dalla ventilazione (ventilation-induced diaphragmatic dysfunction, VIDD) che si sviluppa durante ventilazione controllata [7]. Per Marco l’ipercapnia potrebbe essere un investimento in vista dell’inizio della fase di svezzamento che potrebbe iniziare (se sarà fortunato) tra qualche giorno.

Alla luce di quanto abbiamo visto, come procedere? Penso che l’unica correzione ragionevole dell’impostazione della ventilazione potrebbe essere forse essere un lieve aumento della frequenza respiratoria, consapevoli che frequenze troppo elevate possono avere di per sè un impatto negativo sul danno polmonare [8,9]. Ed accettare, in queste condizioni, l’ipercapnia che deriva da una buona impostazione della ventilazione. Ricordiamo che l’ipercapnia si associa ad un miglioramento della sopravvivenza anche quando si ventila “male” (con 12 ml/kg di volume corrente)…[10].

Possiamo sintetizzare quanto detto nel seguente modo. Nei pazienti con ARDS:

– l’impostazione della ventilazione meccanica deve essere fatta sulla base dei principi della ventilazione protettiva, che nella loro formulazione più semplice prevedono il volume corrente di 6 ml/kg di peso ideale (o meno se la pressione di plateau arriva a 30 cmH₂O) e PEEP (meglio se scelta per ridurre la driving pressure);

– se il risultato di questo è l’ipercapnia dobbiamo distinguere due situazioni:

1) l’ipercapnia è una nemica da combattere: ad esempio nei casi di ipertensione endocranica, scompenso cardiaco destro, shock con necessità di alti dosaggi di farmaci vasoattivi, PaO₂ < 55-60 mmHg. In questi casi dobbiamo approfondire lo studio della meccanica respiratoria con la pressione esofagea e considerare precocemente la rimozione extracorporea di CO₂ o l’ossigenazione extracorporea. La ventilazione protettiva NON SI TOCCA.

2) l’ipercapnia può divenire un’alleata: tutti i casi in cui l’ipercapnia non produce effetti negativi evidenti (cioè in assenza delle condizioni descritte al punto precedente).

L’ipercapnia ci chiede sempre un ragionamento, prima di accettarla o rifiutarla.

Buon agosto ed un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia.
1] The ARDS Definition Task Force. Acute Respiratory Distress Syndrome. JAMA 2012; 307:2526-33
2] Curley G et al. Bench-to-bedside review: Carbon dioxide. Crit Care 2010; 14:220
3] Ijland MM et al. Bench-to-bedside review: Hypercapnic acidosis in lung injury – from ‘permissive’ to ‘therapeutic’. Crit Care 2010; 14:237
4] Natalini G et al. Cardiac index and oxygen delivery during low and high tidal volume ventilation strategies in patients with acute respiratory distress syndrome: a crossover randomized clinical trial. Crit Care 2013, 17:R146
5] 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
6]  Curley G et al. Can ‘permissive’ hypercapnia modulate the severity of sepsis-induced ALI/ARDS? Crit Care 2011; 15:212
7] Jung B at al. Moderate and prolonged hypercapnic acidosis may protect against ventilator-induced diaphragmatic dysfunction in healthy piglet: an in vivo study. Crit Care 2013, 17:R15
8] Hotchkiss JR et al. Effects of decreased respiratory frequency on Ventilator-induced Lung Injury. Am J Respir Crit Care Med 2000; 161:463–468
9] Vaporidi K et al. Effects of respiratory rate on ventilator-induced lung injury at a constant PaCO2 in a mouse model of normal lung. Crit Care Med 2008; 36:1277-83
10] Kregenow DA et al. Hypercapnic acidosis and mortality in acute lung injury. Crit Care Med 2006; 34:1-7  

Iperventilazione, ipocapnia e perfusione cerebrale.

L’iperventilazione e l’ipocapnia spesso ci preoccupano nei pazienti con trauma cranico. Condivido con gli amici di ventilab un caso che alcune settimane fa si è presentato nella mia Terapia Intensiva.

Marino è un settantenne ricoverato in Terapia Intensiva per trauma cranico. Durante i primi 8-10 giorni ha ipertensione endocranica, è mantenuto sedato con ventilazione controllata. La frequenza respiratoria viene regolata per mantenere una PaCO2 di circa 35 mmHg. Al termine di questo periodo, rimuove il monitoraggio della pressione intracranica ed inizia la ventilazione assistita (tramite tracheotomia) con pressione di supporto 8-12 cmH2O e PEEP 8 cmH2O.  Il GCS è 2+4+1_(T), con la risposta motoria appena accennata. Fin qui tutto regolare, un paziente impegnativo ma che non pone dubbi rilevanti sulla scelta del miglior trattamento.

In pressione di supporto Marino ha un volume corrente di circa 550-650 ml (più alti di quelli che piacerebbero a me), indifferente alle variazioni di pressione di supporto e la frequenza respiratoria di 20-25/min. La PaO2 è di 100 mmHg con FIO2 0.4. Un caso come tanti, se non avessimo la PaCO2 a 25 mmHg con pH 7.53. Il dubbio che alcuni colleghi pongono è: in un trauma cranico recente, l’ipocapnia può determinare delle riduzioni della perfusione cerebrale e favorire l’insorgere di lesioni ischemiche?

Non possiamo dare risposte assolutamente certe a questa domanda (vedi post del 12/11/2010, 21/11/2010 e 12/01/2011), è possibile però farsi guidare da fisiologia e buon senso.

Se non costasse nulla mantenere un paziente normocapnico, lo faremmo volentieri. Il prezzo per mantenere Marino normocapnico invece è abbastanza pesante. La variazione del livello di pressione di supporto non modifica il volume corrente: ciò significa che il livello di ventilazione di Marino dipende dal suo drive respiratorio e non è indotto dalla nostra ventilazione. Alla riduzione della pressione di supporto si associa infatti un aumento dell’attività dei muscoli respiratori per mantenere proprio questo livello di ventilazione. L’unica misura efficace per ridurre la ventilazione in questi casi è la sedazione. Ma vogliamo sedare proprio ora un paziente che può avviarsi verso lo svezzamento dalla ventilazione meccanica?

La risposta può essere data se riusciamo a distinguere le cause dalle conseguenze.

L’aumento della concentrazione degli ioni idrogeno H⁺ determina (con meccanismi tra loro indipendenti) sia iperventilazione che vasodilatazione cerebrale. Viceversa la riduzione della concentrazione degli  H⁺ causa bradipnea e vasocostrizione cerebrale (1-4).

Se l’iperventilazione viene imposta ad un paziente in ventilazione meccanica controllata, questa determinerà riduzione della PaCO2 e di conseguenza riduzione dalla PCO2 liquorale. A quest’ultima conseguirà una riduzione della concentrazione degli H⁺ e la conseguente vasocostrizione cerebrale.

Molto diverso è il caso dell’iperventilazione spontanea. In questa condizione dobbiamo quindi chiederci: perchè il paziente iperventila? Tra le cause più frequenti possono essere l’acidosi liquorale o l’ipossiemia (1). Marino non ha ipossiemia, quindi possiamo sospettare una elevata concentrazione liquorale di H⁺ (ricordiamo che ha avuto un recente trauma cranico). In questi casi il pericolo dell’iperventilazione non è la vasocostrizione ma le eventuali conseguenze sistemiche dell’alcalosi respiratoria (ad esempio sull’apparato cardiovascolare).

Marino è stato lasciato in ventilazione assistita senza sedazione, in circa due giorni si è portato stabilmente ad una PaCO2 di 35 mmHg. Dopo un altro paio di giorni è stato svezzato dalla ventilazione meccanica e nella settimana successiva è stato dimesso in riabilitazione con un GCS di 4+5+1_(T) e senza la comparsa di lesioni ischemiche all’ultima  TC encefalo prima della dimissione dall’ospedale. Un caso? Fortuna? 

Guardiamo allora questa emogasanalisi arteriosa, appartiene ad una giovane donna con chetoacidosi diabetica accettata dal nostro Pronto Soccorso qualche tempo fa. Non ci sono dubbi che vi sia una acidosi metabolica grave. La paziente ha eseguito numerose emogasanalisi e nella prima ora ha sempre avuto una PaCO2 tra 9 e 12 mmHg.

In questo caso ti aspetteresti una grave vasocostrizione cerebrale? Se siamo coerenti con il ragionamento fatto fino ad ora, dovremmo dire di no: l’iperventilazione è secondaria alla stimolazione del chemocettore centrale del midollo allungato (e dei copri aortici) da parte di un eccesso di  H⁺.  La clinica ci conferma questa interpretazione: questa giovane signora aveva uno stato di coscienza quasi normale, mostrandosi solo un po’ confusa. Nell’arco di qualche ora è poi tornata ad essere anche ben orientata, un elemento che supporta tutto il ragionamento che abbiamo fatto fino ad ora.

Sicuramente le interazioni tra ventilazione e perfusione cerebrale non si esauriscono con queste considerazioni, ed ogni caso deve essere valutato con prudenza e considerando tutte le ipotesi plausibili. Bisogna però evitare di credere la sedazione sia sempre indispensabile in caso di iperventilazione con ipocapnia.

Possiamo concludere dicendo che, di norma, l’iperventilazione con ipocapnia:

– determina acutamente ipoperfusione cerebrale se è indotta dalla ventilazione controllata;

– può coesistere una sufficiente perfusione cerebrale quando il paziente è in respiro spontaneo o ventilazione assistita (correttamente impostata!).

Un saluto a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia. 

1) Williams K et al. Control of breathing during mechanical ventilation: who is the boss? Respir Care 2011; 2-127-36

2) Raichle ME, Stone HL. Cerebral blood flow autoregulation and graded hypercapnia. Eur Neurol 1971-1972; 6:1-5.

3) Lumb AB. Nunn’s Applied Respiratory Physiology. Chapter 5: Control of breathing, pp. 61-82. Churchill Livingstone, 7th edition (2010).

4) Froman C et al. Hyperventilation associated with low pH of cerebrospinal fluid after intracranial haemorrhage. Lancet. 1966; 1(7441):780-2.

ARDS, ipercapnia permissiva e acidosi respiratoria.

Una decina di giorni fa abbiamo ricoverato Sarah, 45 anni, con ARDS secondaria a polmonite da Legionella (a fianco vedi due immagini della TAC del torace).

Abbiamo scelto la strada della ventilazione protettiva. L’impostazione del ventilatore si è stabilizzata ad un volume corrente di 280 ml, una frequenza respiratoria di 32/minuto ed una PEEP 16 cmH2O (la PEEP che si associava alla minor driving pressure, cioè alla minor elastanza). La FIO2 è stata variata per mantenere la SaO2 > 90%.

Sarah è alta 163 cm e pesa 60 kg. Ricordiamo però che il volume corrente, per il momento, si rapporta al peso ideale*, che nel caso di Sarah è 55 kg. La stiamo quindi ventilando con 5 ml/kg. Con questa ventilazione la pressione di plateau si assestava sui 30-31 cmH2O, con una corrispondente pressione transpolmonare di 14-15 cmH2O. Tutto questo con sedazione, paralisi muscolare e terapia cortisonica.

E il risultato all’emogasanalisi? Eccolo: pH 7.11, PaCO2 82 mmHg, PaO2 67 mmHg con FIO2 0.9. Abbiamo provato anche con ossido nitrico, pronazione o decubito laterale (era prevalente il danno al polmone destro). Risultato: nessun miglioramento nè dell’emogasanalisi nè della meccanica respiratoria.

In sintesi: Sarah sta ricevendo una ventilazione protettiva e con questa abbiamo un’ossigenazione più che sufficiente. Come comportarsi però con la grave acidosi respiratoria? La accettiamo o no?

Se vogliamo ridurre la PaCO2, abbiamo due strade:

1. – aumentare la ventilazione
2. – ricorrere alla ECMO o ad altre tecniche extracorporee di rimozione della CO2.

Aumentare la ventilazione significa abbandonare la ventilazione protettiva: siamo già al limite delle pressioni di plateau (sia nelle vie aeree che transpolmonare). E’ una strada che abbiamo deciso di non percorrere.

L’ECMO avrebbe, in questo caso, la sola indicazione della acidosi respiratoria: la PaO2 infatti è ancora sufficiente.

Ma l’acidosi respiratoria è davvero una nemica da combattere a tutti i costi?

Figura 1

Vent’anni fa ho iniziato a curare i miei primi pazienti con ARDS. Allora eravamo tutti convinti che fosse corretto cercare di ottenere una PaCO2 di 40 mmHg ed un pH di 7.40. Con risultati pessimi.

Nel 1990 un messaggio rivoluzionario dalla Nuova Zelanda (1). Il dott. Keith Hickling dice che da alcuni anni ha iniziato a ventilare i pazienti riducendo le pressioni nelle vie aeree sotto i 30 cmH2O (!), accettando anche bassi volumi correnti, fino a 5 ml/kg (!!) e non facendo assolutamente nulla per trattare  l’ipercapnia moderata (PaCO2 fino a 70 mmHg). Per valori più alti di PaCO2 aumentava la pressione di picco fino ad un massimo di 40 cmH2O (qualcosa di simile ai nostri 30 cmH2O di plateau). Risultato: mortalità del 16% (la mortalità attesa da APACHE II sarebbe stata del 40%)! Ed i pazienti avevano valori ‘pazzeschi’ di PaCO2 (fino a 129 mmHg!) (vedi figura 1). Nasceva l’ipercapnia permissiva nella ARDS.

Sappiamo tutti come è andata a finire la storia: questo strana filosofia di ventilazione meccanica (che pensava ai polmoni e non all’EAB) è diventata lo standard, con un atteggiamento oggi però meno disinvolto verso i valori di pH molto bassi.

L’acidosi respiratoria ha effetti positivi e negativi da un punto di vista fisiologico (2). Nei pazienti con ARDS sembra avere però un effetto prevalentemente protettivo (3), così come sembra essere protettiva nelle fasi precoci della sepsi (4).

Oggi Sarah non ha più la ARDS. Non cantiamo ancora vittoria perchè, pur essendo migliorata molto non ha ancora vinto la gara della sopravvivenza. Il messaggio che ci lascia è però chiaro: la protezione dei polmoni è molto più importante dell’emogasanalisi. E l’ipercapnia non è necessariamente un nemico: anzi, a volte può diventare un alleato su cui fare affidamento.

Un saluto a tutti.

*Ricordiamo per le femmine il peso ideale si calcola con la formula: 45.5+0.91(altezza in centimetri-152.4). Per i maschi la formula è uguale, ma si sostituisce al 50 al 45.5 iniziale (5).

Bibliografia.

1) 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

2) Ijland MM et al. Hypercapnic acidosis in lung injury – from ‘permissive’ to ‘therapeutic’. Crit Care 2010; 14:237

3) Kregenow DA et al. Hypercapnic acidosis and mortality in acute lung injury. Crit Care Med 2006; 34:1-7

4) Curley G et al. Can ‘permissive’ hypercapnia modulate the severity of sepsis-induced ALI/ARDS? Crit Care 2011; 15:212

5) 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

Impatto dell'iperventilazione sulla fisiologia cerebrale: implicazioni, diagnosi e prognosi.

A completamento dei post del 12 e 21 novembre, ho chiesto il parere ad un esperto di neurorianimazione sugli effetti acuti e cronici delle variazioni di pH/PaCO2 sul flusso ematico cerebrale. E’ quindi con piacere che pubblico il commento del prof. Nicola Latronico dell’Università degli Studi di Brescia. Come sua abitudine, Nicola Latronico non si è limitato a rispondere alla domandina, ma ci offre una prospettiva originale sul tema, ricca di molti spunti di riflessione. Il commento è stato tempestivamente scritto ed inviato a ventilab, ma si è subito perso nei meandri delle spam e viene pubblicato con un mese di ritardo. Mi scuso per l’incoveniente con il prof. Latronico e gli amici di ventilab.org.

“Concordo circa il fatto che l’iperventilazione acuta, spontanea o meno, determini variazioni del flusso ematico cerebrale (FEC) limitati nel tempo. Il FEC si riduce, mentre aumentano l’estrazione cerebrale di ossigeno ed il volume di tessuto cerebrale ischemico. Il consumo di ossigeno cerebrale dovrebbe ridursi, ma ciò accade solo in una piccola percentuale di casi, aumentando ulteriormente il rischio di eventi ischemici (1). La sequenza di eventi descritta é vera sia per l’iperventilazione indotta che spontanea (2). Il paziente con trauma cranico grave o moderato che iperventila va quindi sedato, cosa che é stata opportunamente sottolineata nella discussione.

Il FEC non é l’unica variabile in gioco; un’importante conseguenza dell’iperventilazione é la deplezione di bicarbonato nel liquido cerebro-spinale (LCS), che riduce la capacità buffer del sistema. In termini generali, l’iperventilazione cronica va vista come uno stimolo persistente alla deplezione delle riserve fisiologiche cerebrali (ma anche sistemiche). Ciò potrebbe spiegare l’aumento di mortalità e morbilità nei pazienti iperventilati in modo profilattico (in assenza cioé di ipertensione intracranica) rispetto ai pazienti con ventilazione normale o iperventilazione più THAM (quest’ultimo per controbilanciare la diminuzione della capacità buffer del  LCS) (3). Non vi é indicazione all’iperventilazione profilattica; questa va usata solo in caso di ipertensione intracranica, misurata (meglio) o documentata clinicamente (per es. dilatazione pupillare improvvisa).

L’iperventilazione spontanea di nuova insorgenza nel paziente con trauma cranico o nel paziente con altre patologie encefaliche acute é un segno clinico importante.  Devono essere escluse complicanze emorragiche, ischemiche ed infettive. Le meningiti e le ventriculiti associate all’uso di cateteri intra-ventricolari sono una complicanza temibile, che spesso si manifesta con iperventilazione spontanea.

Un altra possibile causa é lo stato di male epilettico non convulsivo, che, per il fatto di essere non convulsivo, è difficile da diagnosticare. Bisogna considerare tale possibilità, perché evidenze recenti suggeriscono che possa essere un fattore di danno cerebrale secondario (4, 5). Dato poi che il diavolo é nei dettagli, la febbre, una causa importante di iperventilazione, va accertata e trattata in modo prioritario.

Infine l’iperventilazione neurogena centrale può essere documentata anche in pazienti coscienti. In tali casi l’iperventilazione, che tipicamente persiste anche durante il sonno, molto spesso si associa a tumori cerebrali (linfomi, astrocitomi, medulloblastomi, carcinoma della laringe) con localizzazioni a livello soprattutto del ponte. I casi descritti sono importanti soprattutto per il fatto che consentono la diagnosi eziologica; inoltre, la localizzazione pontina o più raramente bulbare indica l’area del tronco cerebrale che dovrebbe essere oggetto d’indagini neuroradiologiche accurate.

Spero che le mie osservazioni aiutino ulteriormente una discussione veramente interessante.

Buon Natale a tutti.

Nicola

1) Coles JP, Fryer TD, Coleman MR, Smielewski P, Gupta AK, Minhas PS, Aigbirhio F, Chatfield DA, Williams GB, Boniface S, Carpenter TA, Clark JC, Pickard JD, Menon DK. Hyperventilation following head injury: Effect on ischemic burden and cerebral oxidative metabolism. Crit Care Med. 2007 Feb;35(2):568-78.

2) Carrera E, Schmidt JM, Fernandez L, Kurtz P, Merkow M, Stuart M, Lee K, Claassen J, Sander Connolly E, Mayer SA, Badjatia N. Spontaneous hyperventilation and brain tissue hypoxia in patients with severe brain injury. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 2010 Jul;81(7):793-7

3) Muizelaar JP, Marmarou A, Ward JD, Kontos HA, Choi SC, Becker DP, Gruemer H, Young HF.  Adverse effects of prolonged hyperventilation in patients with severe head injury: a randomized clinical trial. J Neurosurg 1991; 75:731-739

4) Vespa PM, McArthur DL, Xu Y, Eliseo M, Etchepare M, Dinov I, Alger J, Glenn TP, Hovda D. Nonconvulsive seizures after traumatic brain injury are associated with hippocampal atrophy. Neurology 2010; 75:792–798

5) Latronico N.  Evaluation of: Vespa PM et al. Nonconvulsive seizures after traumatic brain injury are associated with hippocampal atrophy. Neurology. 2010 Aug 31; 75(9):792-8; doi: 10.1212/WNL.0b013e3181f07334. Faculty of 1000, 09 Sep 2010. F1000.com/5034965 http://f1000.com/5034965

6) Plum F, Swanson AG. Central neurogenic hyperventilation in man. AMA Arch Neurol Psychiatry 1959;81:535-549.”

Ancora un vivo ringraziamento a Nicola da parte mia e di tutti gli amici di ventilab.org.

Equilibrio acido-base: un'approccio clinico.

Nel commento ad un precedente post mi è stato chiesto: “Quale valore è meglio guardare tra bicarbonati standard e attuali?”.

Cerco di rispondere a questa domanda con un esempio pratico: un paziente ha pH 7.21, PaCO2 70 mmHg, HCO3^– 27 mmol/l. Che diagnosi facciamo?

Un approccio razionale all’equilibrio acido-base (EAB) ci richiede:

1. valutazione del pH per diagnosticare acidosi o alcalosi
2. analisi di PaCO2 e bicarbonati per decidere se il disturbo è respiratorio o metabolico

Nel nostro esempio abbiamo certamente una acidosi (ed anche una acidemia, dato che il pH è inferiore a 7.35). La PaCO2 è molto aumentata e quindi diagnostichiamo un’acidosi respiratoria.

Ed il versante metabolico? I bicarbonati attuali (quelli calcolati da pH e PaCO2 ed indicati come HCO3^– sul referto dell’EAB) sono superiori al valore normale (circa 24 mmol/l).

Dobbiamo ora rispondere ad un’altra domanda: l’aumento dei bicarbonati è la semplice conseguenza dell’aumento della PaCO2? Infatti sappiamo tutti che la CO2, reagendo con l’acqua, determina la formazione di nuovo bicarbonato: CO2 H2O → H2CO3 → H⁺ + HCO3^–.

Se l’aumento dei bicarbonati è spiegato dal solo aumento della PaCO₂, allora il disturbo dell’EAB è puramente respiratorio. Viceversa bisogna considerare anche la componente metabolica.

I bicarbonati standard ci aiutano a rispondere a questa domanda: rappresentano infatti il valore dei bicarbonati quando il nostro campione di sangue viene portato a 40 mmHg di PaCO₂ (ed a 37°C di temperatura). Nel nostro paziente i bicarbonati standard sono 24.2 mmmol/l. Possiamo quindi concludere che l’acidosi è puramente respiratoria poiché i bicarbonati sarebbero stati normali se la PaCO2 fosse stata normale. Se invece i bicarbonati standard fossero stati inferiori alla norma, avremmo dovuto diagnosticare un’acidosi mista: cioè a PaCO2 normale, i bicarbonati sarebbero stati patologicamente bassi.

Quindi l’uso dei bicarbonati standard è meglio dei bicarbonati attuali nelle diagnosi dell’EAB. Ma…

… ma non mi piace usare i bicarbonati standard perchè in alcuni casi possono essere gravemente fuorvianti. I bicarbonati standard infatti non considerano quale era il valore basale dei bicarbonati del paziente prima della variazione di PaCO2. E’ noto che se l’acidosi respiratoria diventa cronica (cioè si è instaurata da un paio di giorni), il valore dei bicarbonati aumenta per il compenso renale ed il pH tende a riportarsi verso la normalità. Di quanto aumentano i bicarbonati durante l’acidosi respiratoria cronica? Osservazioni su umani hanno documentato che mediamente i bicarbonati aumentano di 3.5 mmol/l per ogni 10 mmHg di incremento cronico della PaCO2. Se l’aumento di PaCO2 è invece acuto, i bicarbonati aumentano di 1 mmol/l per ogni 10 mmHg di incremento di PaCO2 (1).

Riprendiamo l’EAB del nostro paziente: pH 7.21, PaCO2 70 mmHg, HCO3^– 27 mmol/l. Se questo paziente fosse ipercapnico da almeno un paio di giorni, ad esempio come conseguenza di una ventilazione protettiva, quale valore di bicarbonati dovrebbe avere? Se calcoliamo l’incremento di 3.5 mmol/l per ogni 10 mmHg di aumento di PaCO2, dobbiamo aspettraci che questo paziente abbia circa 34 mmol/l di bicarbonati. Se ha invece una bicarbonatenia di 27 mmol/l, possiamo concludere che ci sono circa 7 mmol/l di bicarbonati in meno rispetto all’atteso. Quindi esiste anche una componente metabolica dell’acidosi. Le cui cause dovranno opportunamente essere indagate e trattate.

Se avessimo guardato i bicarbonati standard, in questo caso, ci saremmo fatti sfuggire una corretta diagnosi e quindi un corretto trattamento.

Abbiamo quindi visto che lo stesso EAB (pH 7.21, PaCO2 70 mmHg, HCO3^– 27 mmol/l) può portare a differenti diagnosi cliniche (e trattamenti!) in funzione della durata dell’ipercapnia. Leggere un EAB non è solo guardare un foglietto di carta ma anche la storia del paziente.

Ora posso rispondere alla domanda iniziale.

1. I bicarbonati devono essere valutati diversamente negli aumenti di PaCO2 acuti e cronici.
2. Aumenti acuti di PaCO2: i bicarbonati standard vanno benissimo per una corretta diagnosi dell’EAB. In alternativa si possono confrontare i bicarbonati attuali con quelli attesi (cioè 24 mmol/l più 1 mmol/l per ogni 10 mmHg di incremento di PaCO2).
3. Aumenti cronici di PaCO2: non usare i bicarbonati standard. Si devono confrontare i bicarbonati attuali con quelli attesi (cioè 24 mmol/l più 3.5 mmol/l per ogni 10 mmHg di incremento di PaCO2).

In questo post abbiamo parlato esclusivamente di bicarbonati ed acidosi respiratoria. Diverse sono le regole durante l’alcalosi respiratoria. Altrettanto interessanti sono le variazioni di PaCO2 durante gli squilibri metabolici dell’EAB. E di questo avremo modo di parlare nelle prossime settimane.

Un cordiale saluto a tutti gli amici di ventilab.

Reference:

1) Rose BD, Post TW. Clinical physiology of acid-base and electrolyte disorders. McGraw-Hill, New York 2004, 5^th ed. Cap. 17: Introduction to simple and mixed acid-base balance disorders. Pagg. 535-550.

PS: Consiglio vivamente il testo citato a tutti gli appassionati di equilibrio acido-base e soprattutto di squilibri idro-elettrolitici. Agli inizi della mia carriera acquistai la terza edizione in italiano, che ho letto, riletto ed amato. Qualche hanno fa non ho saputo resistere ad un’edizione più recente ed ho acquistato anche quella. Ora spero che la “vecchia” terza edizione abbia trovato lo stesso amore tra le mani del collega e amico a cui l’ho regalata…