Ipercapnia e ARDS, cambia qualcosa? Parte prima: aspetti fisiopatologici.

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) (VD_aw), ma dello spazio morto fisiologico (VD_phys), somma del VD_aw e dello spazio morto alveolare (VD_alv).

Lo spazio morto anatomico VD_aw (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 VD_alv 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 VD_alv, 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, VD_aw 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 V_A 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 P_ACO₂, 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 VD_phys/VT che calcoliamo con i nostri dati è 0.30, uguale allo VD_aw/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 VD_phys/VT è un po’ aumentato (da 0.30 a 0.36), ma come nell’esempio di prima è uguale al VD_aw/VT (150 ml di VD_aw su 420 ml di VT): anche in questo caso non vi è spazio morto alveolare, dato che non vi è differenza tra VD_phys/VT e VD_aw/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 VD_phys/VT è di 0.80, ben più elevato dello 0.36 del VD_aw/VT (150 ml di VD_aw/420 ml di VT). In questo caso abbiamo un notevole spazio morto alveolare, essendo il VD_alv/VT 0.44 (cioè la differenza tra VD_phys/VT e VD_aw/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

Rapporto PaO2/FIO2: mito o realtà?

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 nè un razionale fisiologico nè 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… .

PEEP intrinseca (PEEPi): quando e come trattarla efficacemente (parte prima).

La PEEP intrinseca (PEEPi) è presente in molti pazienti sottoposti a ventilazione meccanica. E’ sempre un problema medico rilevante? Ridurre o eliminare la PEEP intrinseca deve essere un nostro obiettivo terapeutico?

Esistono molti atti terapeutici per diminuire la PEEP intrinseca: ridurre il volume corrente e/o la frequenza respiratoria e/o la ventilazione minuto, aumentare il tempo espiratorio, posizionare il paziente in posizione seduta, somministrare broncodiltatori. Quali tra questi trattamenti è più efficace per ridurre la PEEP intrinseca e quali hanno un effetto trascurabile?

In questo post e nel prossimo post cercheremo di rispondere a queste domande. Come sempre cercheremo risposte concrete che possano esserci utili nella nostra pratica clinica.

Molti medici che utilizzano la ventilazione meccanica sanno ormai identificare la presenza di PEEP intrinseca a colpo d’occhio. Come si può vedere nella figura 1, la presenza di PEEP intrinseca si può identificare con l’interruzione del flusso espiratorio prima che questo arrivi a zero (freccia rossa) e quindi prima che inizi l’inspirazione successiva (freccia bianca).

Figura 1.

Attenzione però a interpretare correttamente questo segno! Non è assolutamente vero che maggiore è lo “scalino” sulla traccia di flusso a fine espirazione, maggiore è la PEEP intrinseca. Non è raro osservare pazienti che hanno quasi (ma non completamente) raggiunto lo zero flusso espiratorio all’inizio dell’inspirazione successiva, che presentano elevati valori di PEEP intrinseca.

Vediamo l’esempio nella figura 2.

Figura 2.

In questa paziente è quasi impercettibile la persistenza di flusso a fine espirazione, eppure ha 8 cmH2O di PEEP intrinseca (tutta la PEEP totale è intrinseca essendo ventilata senza PEEP). Lo vediamo bene nell’occlusione di fine espirazione:

Figura 3.

Questo comportamento è tipico dei pazienti con flow limitation (vedi post del 04/06/22012) che, dopo il picco iniziale, hanno un flusso espiratorio molto basso. Quindi se sviluppano PEEP intrinseca (che di norma hanno) vediamo uno “scalino” molto piccolo sul flusso a fine espirazione, proprio perchè viene amputato un flusso espiratorio già molto basso a causa della flow limitation.

La PEEP intrinseca spesso viene vista come un nemico da combattere in tutti modi: è sufficiente diagnosticarla per scatenare un repertorio di interventi terapeutici. A mio modo di vedere spesso la PEEP intrinseca è solamente un segno clinico.

La PEEP intrinseca è infatti la risposta compensatoria del nostro apparato respiratorio quando non è possibile l’espirazione completa del volume corrente nel tempo espiratorio a disposizione. Analizziamo la figura 4.

Figura 4.

In questa figura sono mostrate le occlusioni a fine espirazione e fine inspirazione del paziente di cui abbiamo mostrato le curve di pressione e flusso nella figura 1. Come abbiamo visto, il paziente ha certamente PEEP intrinseca ed è proprio grazie ad essa che riesce ad espirare tutto il volume corrente (come si vede indicato dalla freccia 1, il volume corrente ritorna a zero alla fine dell’espirazione).

Analizziamo insieme il fenomeno. L’espirazione termina in corrispondenza della linea verticale tratteggiata arancione, che segna l’inizio dell’occlusione delle vie aeree a fine espirazione: in questo punto la pressione è sulla linea dello zero perchè la PEEP è 0 cmH2O. Subito dopo l’occlusione delle vie aeree a fine espirazione, la pressione delle vie aeree aumenta a 5 cmH2O. Questa è la PEEP intrinseca, una pressione presente all’interno del polmone, invisibile guardando la pressione delle vie aeree (proprio perchè è nel polmoni e non nel ventilatore), ma ben evidente durante le occlusioni delle vie aeree (quando si ferma il ventilatore meccanico e lo si mette in comunicazione statica con i polmoni).

L’inspirazione aggiunge pressione nei polmoni al di sopra della PEEP intrinseca, che funziona come un gradino sopra il quale “viene fatto salire” il volume corrente. Nel nostro paziente si vede che la pressione di plateau (Pplat) dopo l’occlusione di fine inspirazione (che inizia dopo la linea verticale tratteggiata verde) è di 13 cmH2O. Questa pressione è la somma dei 5 cmH2O di PEEP intrinseca e di altri 8 cmH2O sviluppati dal volume corrente introdotto con l’inspirazione.

Quando inizia l’espirazione, la forza che spinge l’aria fuori dai polmoni è data dalla differenza di pressione tra gli alveoli a fine inspirazione (che stimiamo con la pressione di plateau) e la pressione delle vie aeree, che è uguale al valore di PEEP, nel nostro caso 0 cmH2O. Quindi la pressione che genera il flusso espiratorio è in questo caso di 13 cmH2O. Grazie alla PEEP intrinseca. Infatti se non vi fosse PEEP intrinseca, la pressione di plateau sarebbe di 8 cmH2O (solo quelli generati dal volume corrente) e quindi il flusso espiratorio sarebbe inferiore perchè sospinto solamente da 8 cmH2O invece che da 13 cmH2O. Questo è quanto che succede al primo respiro quando iniziamo la ventilazione: questi 8 cmH2O non sono sufficienti a generare un flusso espiratorio che consenta di espirare tutto il volume corrente. Quindi il secondo respiro inizia avendo intrappolato un po’ di volume e quindi con un po’ di PEEP intrinseca che aumenterà quindi il flusso espiratorio. Questo processo si ripete di solito per 2-3 respiri, aumentando gradualmente la PEEP intrinseca fino a quando la differenza di pressione tra plateau inspiratorio e vie aeree produce il flusso espiratorio necessario e sufficiente ad espirare tutto il volume corrente. Nulla di più e nulla di meno. (Il flusso espiratorio può essere ulteriormente aumentato dalla concomitante una riduzione delle resistenze delle vie aeree che in alcuni pazienti può manifestarsi con l’aumento del volume polmonare legato all’iperinflazione dinamica.)

Come tutte le risposte compensatorie dell’organismo, anche la PEEP intrinseca può portare ad alcuni svantaggi che però diventano clinicamente rilevanti solo in alcune circostanze. La PEEP intrinseca (come anche la PEEP esterna) potrebbe ridurre la portata cardiaca, mettere il polmone a rischio di sovradistensione a fine inspirazione. Potrebbe inoltre aumentare il lavoro respiratorio ed eventualmente ridurre l’efficienza dei muscoli respiratori quando il paziente è in ventilazione assistita.

Se questi sono gli effetti potenzialmente sfavorevoli della PEEP intrinseca, possiamo capire quando temerli. La PEEP intrinseca non è un problema emodinamico quando non vi sono problemi emodinamici. E’ lapalissiano, ma è così: in un paziente normoteso senza amine non devo preoccuparmi se vi è un po’ di PEEP intrinseca (perlomeno per questo aspetto). E nei pazienti con shock, la PEEP intrinseca potrebbe essere un problema in caso di bassa portata secondaria a ipovolemia o scompenso cardiaco destro. Al contrario la PEEP intrinseca non dovrebbe nuocere (dal punto di vista emodinamico) ai pazienti con scompenso cardiaco sinistro.

La stress dovuto alla sovradistensione polmonare può normalmente essere temuto quando si superano i 25-30 cmH2O di pressione di plateau. Quando la pressione di plateau è al di sotto di questi valori, la PEEP intrinseca non è un problema per lo stress del polmone e quindi non necessita di essere ridotta per prevenire questo problema che non esiste.

Non farei nemmeno un dramma dell’impatto di bassi valori di PEEP intrinseca sul lavoro respiratorio: spesso sono un falso problema. I nostri pazienti durante il weaning devono avere un proprio lavoro respiratorio. Se la PEEP intrinseca contribuisce con pochi cmH2O al lavoro respiratorio, spesso possiamo comunque mantenere il lavoro respiratorio totale a livelli accettabili con una buona assistenza inspiratoria (=pressione di supporto): in questo modo si minimizza il lavoro respiratorio dopo il triggeraggio, lasciando  il carico soglia come componente principale del lavoro respiratorio. E ricordarsi di mantenere una piccolo valore di PEEP esterna.

In linea di massima mi sento di poter dire che una PEEP intrinseca inferiore a 5 cmH2O difficilmente diventa un problema serio.

Ma quando la PEEP intrinseca è o potrebbe essere un problema, quali sono le cose più efficaci che possiamo fare per ridurla? L’articolata risposta a questa domanda sarà l’argomento del prossio post.

Nel frattempo vediamo di ricapitolare i punti più importanti che abbiamo discusso oggi:

1) l’interruzione del flusso espiratorio è una valutazione qualitativa della PEEP intrinseca e non quantitativa. Ci fa intuire se la PEEP intrinseca è presente o meno, non ci dice nulla sulla sua entità.

2) la PEEP intrinseca è semplicemnte una risposta compensatoria dell’apparato respiratorio che consente di espirare tutto il volume corrente quando il tempo espiratorio non è sufficiente. Si sviluppa solo quella PEEP intrinseca necessaria e sufficiente per raggiungere questo scopo. Pertanto deve essere vista principalmente come un segno clinico.

3) la PEEP intrinseca può diventare un problema di per sè nei pazienti con shock ipovolemico, scompenso cardiaco destro, quando la pressione di plateau è maggiore di 25-30 cmH2O.

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

La PEEP nella ARDS: tabelline o compliance?

La scelta della PEEP (Positive End-Expiratory Pressure) nella ARDS (Acute Respiratory Distress Syndrome) è stabilmente, da decenni, uno degli argomenti “caldi” quando si parla di ventilazione meccanica.

Oggi voleve condividere qualche riflessione sulla scelta della PEEP nei pazienti con ARDS.

Negli anni, si sono fatti strada, tra gli altri, due differenti approcci:
1) la scelta della PEEP guidata dalla PaO₂;
2) la scelta della PEEP guidata dalla compliance dell’apparato respiratorio.

La PEEP con  la PaO₂ come obiettivo.

La scelta della PEEP guidata dalla PaO₂ è quella che vedo fare più spesso nella pratica clinica. Ed è, di fatto, quella che è utilizzata anche nei grandi trial sulla ARDS, standardiazzata in tabelline come quella riprodotta a fianco (1). L’utilizzo di questa tabellina è semplice: l’obiettivo è ottenere una PaO₂ tra 55 e 80 mmHg, per fare questo si utilizza un’accoppiata predefinita di F_IO₂ e PEEP come riportata nella tabellina. Se la PaO₂ diventa superiore a 80 mmHg, si scala verso accoppiate F_IO₂/PEEP più basse, se la PaO2 diventa minore di 55 mmHg si va progressivamente verso livelli di F_IO₂/PEEP più alti. Un compito da bambino di terza elementare…

Che fondamento scientifico ha l’utilizzo di questa tabellina? Nessuno. E’ una scelta arbitraria, senza alcun razionale fisiopatologico nè alcuna evidenza che ne supporti l’efficacia. Penso quindi possa avere lo stesso valore della scelta empirica di PEEP e dellaF_IO₂che viene spesso fatta.

LA PEEP con la compliance come obiettivo.

Alcuni studi fondamentali sulla ventilazione protetiva hanno confrontato l’effetto della PEEP scelta sulla PaO₂ oppure sul punto di flesso inferiore della curva di compliance (cioè la relazione statica pressione-volume) dell’apparato respiratorio,  (più avanti mi spiego meglio e vedrai che è una cosa in realtà semplicissima) (2-4). Valutando complessivamente l’effetto della ventilazione protettiva (basso volume corrente + PEEP sopra il punto di flesso) rispetto alla ventilazione “convenzionale” (alto volume corrente + PEEP sull’ossigenazione), i tre studi messi insieme hanno ottenuto una riduzione assoluta della mortalità del 25%. Un risultato molto migliore rispetto alla riduzione del 9% ottenuta con la sola riduzione del volume corrente a parità di PEEP scelta con la tabellina (1). Quindi un pesante indizio che una scelta della PEEP guardando la compliance è più efficace rispetto alla scelta della PEEP guardando alla PaO₂.

Lo scorso mese è stato pubblicato uno studio che mette a confronto (a parità di volume corrente) le due strategie di scelta della PEEP (5): tabellina F_IO₂/PEEP o la ricerca della miglior (cioè più elevata) compliance. I risultati sono molto interessanti: scegliere la PEEP cercando la miglior compliance riduce la durata delle disfunzioni d’organo e si associa ad una riduzione della mortalità del 18% (quest’ultimo dato non raggiunge la significatività statistica perchè nello studio sono stati arruolati solo 70 pazienti).

Dobbiamo essere consapevoli che possiamo tranquillamente considerare la stessa cosa scegliere la PEEP sul punto di flesso inferiore e scegliere la PEEP per avere la compliance più elevata. Su questo argomento ci sarebbero moltissime considerazioni fisiopatologiche da fare, ma per necessità di brevità le lascio alle risposte ad eventuali commenti.

Se è vero che due indizi fanno una prova, mi sembra di poter concludere che, allo stato attuale delle conoscenze, sia poco prudente utilizzare la PaO₂ come criterio di valutazione della PEEP nella ARDS. Al contrario la prudenza vorrebbe, sia per il razionale fisiopatologico che per le evidenze cliniche,  che la PEEP fosse scelta valutando la compliance dell’apparato respiratorio.

La procedura più semplice per scegliere la PEEP con la miglior compliance.

Esistono molti approcci per cercare la PEEP che si associa alla miglior compliance dell’apparato respiratorio o che sia sopra il punto di flesso inferiore della curva di compliance. A mio parere il metodo utilizzato nello studio della Pintado (5), vecchio di almeno 35 anni (6), è il più semplice di tutti, lo consiglio a tutti coloro che non hanno una particolare familiarità con la meccanica respiratoria e vogliono contemporaneamente iniziare a scegliere una PEEP intelligente ed utile al paziente con ARDS. Personalmente preferisco altri approcci, ma per iniziare questo va benissimo. Eccolo in breve.

La compliance (C) è il rapporto tra la variazione (d) di volume (V) e la variazione di pressione (P):  C = dV/dP. Tradotto in maniera semplice nel nostro apparato respiratorio, è il rapporto tra il volume corrente e la pressione elastica (cioè la differenza di pressione tra la pausa di fine inspirazione e la pausa di fine espirazione) (per una descrizione del modo corretto di misurarla vedi il post del 10/04/2011).

In altre parole, la compliance aumenta (cioè l’apparato respiratorio diventa più facilmente distensibile) quando, a parità di volume corrente, si rileva una minore pressione elastica (o driving pressure). Quindi quello che dobbiamo fare è, a volume corrente costante, provare diverse PEEP e scegliere quella che determina la minor pressione elastica.

Facciamo un esempio. Se ho una paziente con ARDS il cui peso ideale è 55 kg, sceglierò inizialmente un volume corrente di circa 350 ml (cioè 6 ml/kg di peso ideale). A questo punto inizio a ventilarla con 5 cmH₂O di PEEP e (con paziente passiva alla ventilazione) misuro la pressione di plateau (con l’occlusione di fine inspirazione, Pplat nella figura qui sotto) e la PEEP totale (con l’occlusione di fine espirazione, auto-PEEP nella figura qui sotto).

Ipotizziamo di avere una pressione di plateau di 23 cmH₂O ed una PEEP totale di 6 cmH₂O: la pressione elastica è 17 cmH₂O (=23-6). Questo significa che 23 cmH₂O sono necessari per ottenere il volume corrente di 350 ml. A questo punto aumento la PEEP a 7 cmH₂O e rilevo 24 e 8 cmH₂O di pressione di plateau e PEEP totale = 16 cmH₂O di pressione elastica. Aumentando di 2 cmH₂O alla volta la PEEP, vedo che la pressione elastica diventa 15 cmH₂O a 9 di PEEP, 13 cmH₂O a 11 di PEEP, 11 cmH₂O a 13 di PEEP, 11 cmH₂O a 15 di PEEP, 12 cmH₂O a 17 di PEEP, 14 cmH₂O a 19 di PEEP. A 13 e 15 cmH₂O di PEEP ho la minor pressione elastica, quindi questi valori di PEEP si associano alla miglior compliance: la PEEP è scelta! Personalmente sceglierei 15 cmH₂O (2 cmH₂O al di sopra della minor PEEP che ottimizza la compliance) se non avessi pressioni di plateau elevate o altri segni di stress o problemi emodinamici. Nello studio della Pintado veniva scelta invece quella con la minor pressione di plateau(5): ragionevole anche questo criterio di scelta.

Esistono talora pazienti in cui la compliance non si modifica a diverse PEEP: in questi casi (non frequentissimi) direi di farci guidare dalla protezione dallo stress e dall’ossigenazione.

Anche se non sei un esperto di meccanica respiratoria. prova ad utilizzare questo metodo nel prossimo paziente con ARDS: vedrai che riuscirai a trovare la best PEEP in 10 minuti con qualsiasi ventilatore. Se poi ci prendi gusto, si aprirà un mondo meraviglioso dinnanzi a te…

Un sorriso a tutti gli amici di ventilab.

Bibliografia:

1) 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

2) Amato MB et al. Effect of a protective-ventilation strategy on mortality in the Acute Respiratory Distress Syndrome. N Engl J Med 1998; 338:347-54

3) Ranieri VM et al. Effect of mechanical ventilation on inflammatory mediators in patients with acute respiratory distress syndrome: a randomized controlled trial. JAMA 1999; 282:54-61

4) Villar J at al. A high positive end-expiratory pressure, low tidal volume ventilatory strategy improves outcome in persistent acute respiratory distress syndrome: A randomized, controlled trial. Crit Care Med 2006; 34:1311-8

5) Pintado MC et al. Individualized PEEP setting in subjects with ARDS: A randomized controlled pilot study. Respir Care 2013 ;58:1416-23

6) Suter PM et al. Effect of tidal volume and positive end-expiratory pressure on compliance during mechanical ventilation. Chest 1978; 73:158-62

P0.1 (pressione di occlusione delle vie aeree): cosa è, come utilizzarla.

Molti amici di ventilab mi hanno chiesto di dedicare un po’ di spazio alla P_0.1. Volentieri affronto quindi l’argomento, anche perchè la possibilità di misurare la P_0.1 è sempre più frequente sui nostri magnifici ventilatori meccanici. E, come tutte le cose, la si deve conoscere bene per usarla in maniera appropriata.

La P_0.1 è sempre stata un oggetto un po’ misterioso per chi non si dedica specificatamente alla fisiopatologia respiratoria. Ricordo a tal proposito un episodio che risale ad oltre 20 anni fa: ad un congresso un chairman poco esperto di fisiopatologia respiratoria doveva moderare una sessione in cui c’era una relazione sulla P0.1, che fu presentata in questo modo: “Ed ora abbiamo il piacere di sentire una interessantissima relazione del dott. xxxxxxx sulla PO1″ (il problema fu che invece di “zero” lesse “O” come la lettera dell’alfabeto!). Niente di male, solo la sfortuna di doversi occupare (soprattutto allora) di un argomento spesso riservato agli “iniziati”….

Cosa è la P0.1

La P_0.1, che nella letteratura scientifica è chiamata anche pressione di occlusione delle vie aeree (airway occlusion pressure), è la misura della riduzione della pressione (P) delle vie aeree nel primo decimo di secondo (da qui il nome 0.1) di un’inspirazione con vie aeree occluse.

Chiariamo meglio il concetto con una rappresentazione grafica. Guardiamo la seconda curva (quella della pressione delle vie aeree Paw) nella figura a lato. La prima linea tratteggiata verticale indica il momento in cui inizia un’inspirazione triggerata dal paziente. Per misurare la P_0.1 questa inspirazione deve iniziare contro una via aerea occlusa per almeno 0.1 secondi ed il paziente deve essere ignaro di questa occlusione. Essendo la via aerea occlusa, in questi 0.1 secondi il paziente non riceverà alcuna insufflazione dal ventilatore (non riuscirà quindi nemmeno ad attivare il trigger) e si avrà una riduzione della pressione nelle vie aeree. La differenza di pressione delle vie aeree tra valore di fine espirazione e quello rilevato dopo 0.1 secondi di occlusione è la P_0.1.

Perchè il paziente non deve essere consapevole di questa occlusione? Perchè proprio 0.1 secondi? La P_0.1 viene proposta come misura del drive respiratorio centrale, cioè del livello di attivazione del centro del respiro. Tanto maggiore è il drive respiratorio, tanto maggiore sarà la forza con cui i muscoli respiratori si contraggono e quindi la depressione che essi generano contro una via aerea occlusa. A noi interessa quindi la pressione sviluppata dai muscoli respiratori per effetto della sola attività involontaria del centro respiratorio. Quindi tutte le influenze corticali devono essere abolite e per ottenere questo risultato il soggetto deve essere inconsapevole. Quando però occludiamo le vie aeree, introduciamo una perturbazione rispetto alla normale attività respiratoria che potrebbe essere percepita dal soggetto e quindi modificarne l’output del centro respiratorio. Si ritiene però che nel breve lasso di tempo di 0.1 secondi l‘occlusione non sia percepita e quindi l’attività dei muscoli respiratori non possa essere influenzata. Nello studio di Whitelaw, Derenne e Milic-Emili che introdusse la P_0.1 nella fisiologia applicata , si osservò che solo dopo 0.25 secondi si notavano segni suggestivi di modificazioni dell’attività del centro del respiro indotte dall’occlusione delle vie aeree.

Limiti della P_0.1.

Ammetto di avere una certa diffidenza verso la P_0.1. Prima di tutto perchè ritengo che non sia mai stato dimostrato in modo convincente che la P_0.1 sia un buon indicatore quantitativo del drive respiratorio.

Nello storico studio di Whitelaw sono stati arruolati solo 10 giovani maschi sani di età compresa tra i 15 ed i 34 anni ed è stata solamente valutata la variazione della P_0.1 con l’ipercapnia. Nemmeno studi successivi non hanno mai chiaramente validato la P_0.1 come misura del drive respiratorio.

Inoltre nei pazienti con disturbi neuro-muscolari la P_0.1 può non riflettere il drive respiratorio: anche se questo fosse elevato, la capacità di generare pressione da parte dei muscoli respiratori è ridotta a causa del danno nervo-muscolare. E siamo ormai sempre più consapevoli che questo è un problema frequente in Terapia Intensiva (ICU-acquired weakness, ventilatory induced diaphragmatic dysfunction). A questo va aggiunto che la P_0.1 può essere alterada variazioni del volume polmonare di fine espirazione (generate dalla PEEP o dalla PEEPi), che possono alterare la relazione tra tensione muscolare e pressione sviluppata.

Infine l’utilizzo della P0.1 nella ricerca clinica è stato a volte improprio e comunque ha portato a risultati contrastanti: quindi pochissimi dati convincenti dalla letteratura scientifica.

Utilizzo pratico della P_0.1.

Consapevoli di questi limiti, la P_0.1 può essere comunque di aiuto al letto del paziente. Vediamo un possibile approccio pratico all’utilizzo della P_0.1.

1) P_0.1 < 1-2 cmH₂O.
Analizzando il resto dei dati a nostra disposizione, dobbiamo capire quale di queste tre condizioni è vera:
a) l’assistenza ventilatoria è eccessivamente elevata: questo mette “a riposo” il centro del respiro e quindi la P_0.1 è bassa. Implicazione pratica: riduciamo il livello di supporto; se quest’ultimo non fosse in realtà molto elevato, potrebbe essere una buona idea far fare al paziente un bel trial di respiro spontaneo (se tutte le altre condizioni per il weaning sono presenti);
b) il paziente è sedato: la sedazione deprime il centro del respiro, puoi usare la P_0.1, insieme agli altri monitoraggi, per ottimizzare il livello di sedazione;
c) il paziente è affetto da debolezza muscolare: questo è da sospettare soprattutto se la riduzione del supporto inspiratorio determina un respiro rapido e superficiale associato a bassi valori di P_0.1. In questo caso è utile misurare la MIP (maximum inspiratory pressure)  o la NIF (negative inspiratory force) con uno sforzo massimale del paziente a vie aeree chiuse.

2) P_0.1 > 5-6 cmH₂O.
In questo caso l’interpretazione è più semplice: il drive respiratorio è elevato, in altre parole il cervello del paziente “sente” fame d’aria e stimola il paziente a respirare intensamente. Quando abbiamo una P_0.1 elevata, il paziente ha elevate è probabilità di fallire lo svezzamento dalla ventilazione meccanica; dovremo anzi incrementare il supporto ventilatorio (o fare un uso giudizioso deilla sedazione).

Per valori intermedi (quindi 3-4 cmH₂O), la P_0.1 offre una segnale facilmente interpretabile.

Possiamo quindi concludere che la P_0.1 non è un numero magico (come del resto pochi ce ne sono in medicina), ma che può, nell’ottica di una valutazione multiparametrica della ventilazione, migliorare la nostra conoscenza del paziente ventilato e quindi il modo di utilizzare la ventilazione meccanica.

Un caro saluto a tutti.

Bibliografia.

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– Berger KI et al. Mechanism of relief of tachypnea during pressure support ventilation. Chest 1996; 109:1320-7
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