Alternativní ventilační postupy (APRV, HFOV, TGI)

Alternativní ventilační postupy (APRV, HFOV, TGI) prof. Ing. Karel Roubík, Ph.D. ČVUT v Praze Fakulta biomedicínského inženýrství roubik@fbmi.cvut.cz www.ventilation.cz

Alternativní ventilační postupy proč? Protektivní konvenční UPV (CV) Používat malé dechové objemy: 6 ml/kg Zamezit kolapsu plíce: dostatečný PEEP, recruitment manévry Omezit plató tlaky: Pplat < 32 cm H 2 O. Omezit frakci kyslíku: FiO 2 60 % The Acute Respiratory Distress Syndrome Network. Ventilation with lower tidal volumes as compared with traditional tidal volumes for acute lung injury and the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2000;342:1301-1308. Unfortunately, in practice, many critically ill patients with ARDS are unable to achieve adequate gas exchange using conventional lung protective strategies (arbitrarily defined as FiO 2 60% with Pplat 30 cmh 2 O), and the mortality is still extremely high. Derdak S. High-frequency oscillatory ventilation for acute respiratory distress syndrome in adult patients. Crit Care Med. 2003;31:S317-323.

APRV Airway Pressure Release Ventilation = tlakově řízená intermitentní mandatorní ventilace s inverzním poměrem dob inspiria a exspiria a umožňující neomezené spontánní dýchání podobná BiPAP (Biphasic Positive Pressure Ventilation), definují se T low, T high, P low, P high poměr TE:TI je 2:1 nebo vyšší čas T low je menší nebo roven 1,5 s

MAP během CV a APRV PIP (P plat ) P high PEEP P low insp. exsp. t insp. T high exsp. T low t

MAP během CV a APRV PIP (P plat ) PEEP P high MAP 1 MAP 2 P low t insp. exsp. insp. exsp. T high T low t PIP = P high PEEP = P low MAP 1 = MAP 2

Dva přístupy k nastavení P low P high P aw P alv P high P aw P alv P low exsp. T low t P low exsp. T low t Auto-PEEP je při APRV přítomen téměř vždy. Hodnotu Auto-PEEPu lze odhadnout z časové konstanty respiračního systému (RS). Hodnota Auto-PEEPu je citlivá na změnu mechanických parametrů RS a parametrů ventilace. Vždy je nutné hlídat hodnotu V T, která je závislá na parametrech RS a parametrech ventilace.

APRV APRV je založená na principu open lung approach. APRV má výrazně vyšší MAP než ostatní režimy. Proto se používá jako záchranná aplikace u ARDS pacientů s refrakterní hypoxemií. Neexistuje však studie jasně dokazující, že APRV snižuje mortalitu. Na ventilátorech: APRV (Dräger), BiLevel (Covidien), Bi-Vent (Maquet), BiPhasic (CareFusion), DuoPAP (Hamilton)...

Vysokofrekvenční oscilační ventilace (HFOV) dechové frekvence 2 25 Hz dechové objemy 1 2 ml/kg malé tlakové amplitudy v plicích Definice: Dechová frekvence nad 150/min (FDA); Dechová frekvence 4 x vyšší než je frekvence fyziologického dýchání (Slutsky); Minimálně dvojnásobek dechové frekvence v klidu a dechový objem stejný nebo menší než objem anatomického mrtvého prostoru DC (Ackermann);...

Proudění plynů při HFOV Dechový objem V T Mochizuki, S., Togashi, Y., Murata, A.: Visualization of Axial Mass Transport in Reciprocating Flow inside Branching Tube System. Proc. of the 3rd Pacific Symposium on Flow Visualization and Image processing, 2001.

Proximální a alveolární tlaky Konvenční ventilace Vysokofrekvenční ventilace P AW P alv (kpa) 3.5 1 3 2.5 2 1.5 0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 t(s) P AW P alv (kpa) 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0-0.5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 t(s) CV: PEEP alv = PEEP (když q AW = 0) HFV: PEEP alv závisí na mechanických parametrech RS, parametrech ventilace, tvaru křivek průtoku a tlaku podobně jako Auto-PEEP u APRV. Mění se s časem.

Objem (V) Střední tlak (CDP) při HFOV CDP = Continuous Distending Pressure HFOV UIP Recruitment Pacient LIP Tlak (P) LIP dolní inflexní bod, UIP horní inflexní bod

Porovnání mortality u HFOV a CV OSCILLATE Trial: HFOV zvyšuje mortalitu oproti CV 548 pacientů (plánováno 1 200 pacientů, studie předčasně ukončena) HFOV mortalita: 47 % CV mortalita: 35 % Ferguson ND et al.: High-frequency oscillation in early acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2013 Feb 28;368(9):795-805. OSCAR Trial: HFOV má stejnou mortalitu jako CV 795 pacientů HFOV mortalita: 41,7 % CV mortalita: 41,1 % Young D et al.: High-frequency oscillation for acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2013 Feb 28;368(9):806-13. Metaanalýza: HFOV snižuje mortalitu oproti CV 419 pacientů, 8 studií (RCT) do 3/2010 HFOV mortalita výrazně snížena oproti CV (RR = 0,77; 95% CI: 0,61 0,98) Sud S et al.: High frequency oscillation in patients with acute lung injury and acute respiratory distress syndrome (ARDS): systematic review and meta-analysis. BMJ 2010;340:c2327.

Model ventilátoru a pacienta Ventilátor Pacient R vent R AW p C L PCV R vent je malý, p je malý VCV R vent je velký, p je velký HFOV... R vent závisí na výrobci

Generovaný dechový objem V T v závislosti na odporu R AW VT (ml) 15 10 5 Sensormedics 3100A 900T SLE 2000 Babylog 8000 Fyzikální model, C = 0,0037 L/kPa Poč. P = 40 cm H 2 O 0 0 5 10 15 20 R AW (kpa.s/l) Nastavení ventilátoru se v průběhu experimentu neměnilo.

Cílová skupina a strategie Gattinoni L, Pelosi P, Suter PM, Pedoto A, Vercesi P, Lissoni A. Acute respiratory distress syndrome caused by pulmonary and extrapulmonary disease. Different syndromes? Am J Respir Crit Care Med 1998 Jul;158(1):3-11

Cílová skupina a strategie Pachl J., Roubík K. et al. Normocapnic high-frequency oscillatory ventilation affects differently extrapulmonary and pulmonary forms of acute respiratory distress syndrome in adults. Physiol. Res. 55 (1): 15-24, 2006.

Cílová skupina a strategie HFOV je vhodná pro pacienty se sekundární formou ARDS kyslíkový zisk (%) 140 120 100 80 60 40 20 0-1,2 Průměrný zisk 54 28 Maximální zisk 132 Primární ARDS Sekundární ARDS Pacienti se sekundárním ARDS vyžadují vyšší střední tlak Rozdíl středních tlaků při HFOV a CV (cm H 2 O) 7 6 5 4 3 2 1 0 Primární ARDS Sekundární ARDS Pachl J., Roubík K. et al. Normocapnic high-frequency oscillatory ventilation affects differently extrapulmonary and pulmonary forms of acute respiratory distress syndrome in adults. Physiol. Res. 55 (1): 15-24, 2006.

Co je optimální CPD? Optimální CDP pro eliminaci CO 2 Optimální CDP pro pohyby hrudníku Optimální CDP pro max. dechový objem Optimální CDP pro oxygenaci 10 20 CDP (cm H 2 O) Mills J.F. et al: The measurement of gas exchange, tidal volume and chest wall movement can indicate optimum mean airway pressure during HFOV. 6 th Europ. Conf. on Ped. & Neon. Vent., Ovifat, B, 2002.

WOBi (J/l) Nemožnost spontánního dýchání při HFOV 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 3 3,5 4 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 6,5 7,0 7,5 7,5 8,0 8,5 Newborn Infant Small child Large child Adult 3100A 3100B Tube size/patient size/hfov oscillator Vt 10ml/kg Vt 7ml/kg Vt 5ml/kg Vt 10ml/kg Vt 7ml/kg Vt 5ml/kg Spontánní dýchání spouští alarmy a zastavuje ventilátor. Nárůst dechové práce (WOB): dechový objem zvyšuje WOB s nárůstem hmotnosti pacienta se zvyšuje WOB pokles BiasFlow zvyšuje WOB VanHeerde M., VanGenderingen H.R., Leenhoven T., Roubík K., Plötz F.B., Markhorst D. Imposed Work of Breathing During High-Frequency Oscillatory Ventilation: A Bench Study. Critical Care. 2006, 10(1): R23.

Demand Flow systém Možnost spontánního dýchání u pacientů připojených na HFOV ventilátor zlepšení plicních funkcí bez nutnosti hluboké sedace a relaxace redukce dechové práce pacienta Se spontánním dýchání anterior VA/Q VA/Q Bez spontáního dýchání anterior VA/Q VA/Q posterior posterior

Standardní HFOV: 3100 B exspirační ventil model plic nebo pacient ventilační okruh HFO ventilátor p aw membrána Q bf konstantní bias flow generátor zdroj plynů

Demand Flow systém exspirační ventil model plic nebo pacient ventilační okruh HFO ventilátor membrána p aw senzor q DFS počítačové řízení DFS zdroj plynů

Demand Flow systém q aw (L/min) 50 0-50 0 3 6 9 12 15 18 45 HFOW bez DFS HFOV s DFS p aw (cmh 2 O) 30 15 0 0 3 6 9 12 15 18 t (s)

Demand Flow systém Zvětšení: minutové ventilace (MV) o 36 % dechového objemu (V T ) o 51 % Redukce dechové práce (iwob) o 83 % VanHeerde M., Roubík K., Kopelent V., Plötz F.B., Markhorst D.G. Demand flow facilitates spontaneous breathing during high-frequency oscillatory ventilation in a pig model. Critical Care Medicine. 2009, 37(3): 1068-1073.

Porovnání mortality u HFOV a CV OSCILLATE Trial: HFOV zvyšuje mortalitu oproti CV 548 pacientů (plánováno 1 200 pacientů, studie předčasně ukončena) HFOV mortalita: 47 % CV mortalita: 35 % Ferguson ND et al.: High-frequency oscillation in early acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2013 Feb 28;368(9):795-805. OSCAR Trial: HFOV má stejnou mortalitu jako CV 795 pacientů HFOV mortalita: 41,7 % CV mortalita: 41,1 % Young D et al.: High-frequency oscillation for acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2013 Feb 28;368(9):806-13. Metaanalýza: HFOV snižuje mortalitu oproti CV 419 pacientů, 8 studií (RCT) do 3/2010 HFOV mortalita výrazně snížena oproti CV (RR = 0,77; 95% CI: 0,61 0,98) Sud S et al.: High frequency oscillation in patients with acute lung injury and acute respiratory distress syndrome (ARDS): systematic review and meta-analysis. BMJ 2010;340:c2327.

Tracheální Insuflace Plynu (TGI) Hlavní myšlenka: redukce části anatomického mrtvého prostoru (a mrtvého prostoru přístroje, např. senzorů tlaku a průtoku apod.). Používá konstantní průtok Q TGI katétrem umístěným uvnitř ETC.

Tracheální Insuflace Plynu Animální experiementy s TGI (Stresemann 1969; Slutsky 1987; Johnson 1990; Nahum 1992) Efekt TGI na eliminaci CO 2 (Ravenscraft 1993; Nakos 1994; Barnett 1996; Kuo 1996; Bernath 1997) Techniky TGI (Burke 1993; Makhoul 1998; Pizov 1998; De Robertis 1999) Vztahy k ventilačním režimům a k plicním patologiím (Nahum 1993; Imanaka 1996; Kirmse 1999; Miro 2000) (Nahum 1995; Nakos 1995; Cereda 1999) TGI u VLBW novorozenců (Danan Dassieu 1996, 1998, 2000) TGI + HFOV (Dolan 1996, Zábrodský 2001)

TGI katétry Přímý katétr zvyšuje MAP v plicích Zpětný katétr snižuje MAP v plicích Obousměrný katétr

ETC BOUSSIGNAC Veškeré kanály jsou implementovány do stěny ETC je zachován vnitřní průměr od 2,5 mm Vstup TGI 6x TGI katétr, 2x měřicí katétr Měřicí vstup

ETC BOUSSIGNAC

TGI v kombinaci s CV a HFOV PaCO 2 a PaO 2 (mmhg) 40 30 20 10 Bez TGI: PaCO 2 = 44,1 mmhg, PaO 2 = 67,0 mmhg PaO 2 HFOV+TGI PaO 2 CV+TGI 0-10 PaCO 2 CV+TGI PaCO 2 HFOV+TGI -20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 QTGI (L/min) 0 6 12 18 24 30 % MV (%) Zábrodský V., Melichar J., Roubík, K.: Intratracheální insuflace plynu v kombinaci s konvenční a nekonvenční umělou plicní ventilací - nové možnosti ventilační podpory. Československá pediatrie. 2002, Roč. 57, č. 6, s. 290-295.

Možnost redukce V T při TGI (L/min) Králičí model: udržování normokapnie při změně průtoku TGI. Roubík K., Pachl J., Zábrodský V. Normocapnic High Frequency Oscillatory Hyperventilation Increases Oxygenation in Pigs. Physiological research. 2011, 60(5): 749-755.

HFOV a problém s eliminací CO 2 Froese AB, Bryan AC. State of art: high frequency ventilation. Am Rev Resp Dis 1987; 135:1363-1374 Hazelton FR, Scherer PA. Bronchial bifurcations and respiratory mass transport. Science 1980; 208:69-71 Částečné vyfouknutí těsnicí manžety ETC Podobný efekt jako TGI Nutno kompenzovat pokles CDP způsobený únikem okolo ETC Vyžaduje častou kontrolu CDP, které se může značně měnit v čase

Děkuji za pozornost roubik@fbmi.cvut.cz www.ventilation.cz