Airway Pressure Release Ventilation (APRV). Parte seconda: le notevoli differenze tra ventilatori meccanici.

Nella prima parte del post ho rivisitato indicazioni, razionale e criteri di impostazione della APRV.

Ora passiamo dalla teoria alla pratica: vediamo come quattro diversi ventilatori eseguono la APRV a parità di impostazione.

Questo post penso possa essere seguito meglio se fin dall’inizio è chiaro il punto di arrivo. Per questo motivo eccezionalmente apriamo con le conclusioni, nella convinzione che forniscano un filo logico sul quale raccogliere le analisi che seguiranno.

Conclusioni.

I ventilatori meccanici, a parità di impostazione, eseguono la APRV in modo sostanzialmente differente l'uno dall'altro: il medesimo setting può produrre in un ventilatore una APRV eccellente ed in un'altro "ventilazione killer". Si può fare una buona APRV con qualsiasi ventilatore a patto che se ne capisca la specifica logica di esecuzione. Per questo scopo:

• l'unico approccio efficace è la corretta interpretazione delle due tracce principali del monitoraggio, le curve di pressione e flusso. E' un esercizio meraviglioso e senza alternative;
• è fondamentale capire se il ventilatore che si sta utilizzando è a "priorita di pressione" oppure a "priorità di trigger";
• nei ventilatori con “priorità di pressione” è possibile fare un’ottima APRV con il trigger non attivo: è garantito il respiro spontaneo a P_alta e vi è un rigoroso rispetto dei tempi di  P_alta e P_bassa;
• nei ventilatori con “priorità di trigger” è assolutamente indispensabile impostare la APRV con un trigger molto sensibile per consentire il respiro spontaneo del paziente a P_alta;
• in qualsiasi ventilatore, sia a “priorità di pressione” che a “priorità di trigger”, l’attivazione del trigger ha come conseguenza la variabilità dei tempi di P_alta e/o P_bassa, che assumono valori spesso diversi da quelli impostati.

Dopo aver presentato le conclusioni, iniziamo l'analisi che ha portato ad esse.

Il test.

Ho testato su 4 differenti ventilatori meccanici una APRV così impostata: pressione alta (P_alta) 18 cmH₂O, pressione bassa (P_bassa) 0 cmH₂O, tempo di P_alta (T_Palta) 3.5", tempo di P_bassa (T_Pbassa) 0.5".
Per il momento, identificherò i ventilatori con un numero (1, 2, 3 e 4): non è tanto importante sapere quale ventilatore fa una cosa e quale ne fa un’altra, ma piuttosto dare gli strumenti a ciascuno per capire cosa fa il ventilatore che utilizza quando si imposta una APRV. Comunque alla fine del post ti svelerò a che ventilatore corrisponde ciascun numero.

Nei ventilatori 1, 2 e 3 ho impostato la ventilazione come APRV e non genericamente come bilevel. Il ventilatore 4 offre un menù unico bilevel/APRV.

Su ciascun ventilatore la APRV è stata testata in tre condizioni: a paziente passivo, a paziente attivo con trigger disattivato (o impostato al valore massimo del trigger a pressione, quindi trigger molto difficile da attivare) e a paziente attivo con trigger a flusso sensibile (1-2 l/s).

Il circuito del ventilatore era collegato ad un polmone test, che da questo momento per noi sarà "il paziente", con il quale si è simulato sia il paziente attivo che passivo.

Di tutti i ventilatori presento uno screenshot con 20” consecutivi di ventilazione. Per il ventilatore 4 ho riprodotto i grafici a partire dai dati grezzi (quindi non si vede il vero aspetto dello schermo del ventilatore, anche se ho cercato di rispettare i colori originali).

APRV a paziente passivo.

Non perdo tempo a commentare le APRV a paziente passivo: tutti i ventilatori eseguono allo stesso modo il compito assegnato. In figura 1 ho affiancato le schermate dei 4 ventilatori e, a parte le differenze grafiche, in tutti troviamo sostanzialmente rispettato quello che abbiamo impostato.

Figura 1

La APRV però, come abbiamo visto nella prima parte del post, acquista il proprio senso quando accoglie l'attività respiratoria spontanea del paziente.  Pertanto analizziamo il comportamento dei 4 ventilatori con paziente attivo, prima con trigger disattivato e poi con trigger attivo.

Ventilatore 1.

Nella figura 2 vediamo il “ventilatore 1” con trigger “disattivato” (-15 cmH₂O).

Figura 2

Nella figura ci sono alcune linee e frecce che ritroverai con lo stesso significato anche nelle figure successive: il passaggio a P_alta è identificato dalla linea tratteggiata verticale rossa e quello a P_bassa dalla linea tratteggiata grigia. Il tempo di P_alta effettivamente applicato dal ventilatore è quindi tra la linea rossa e la successiva linea grigia. Il T_Palta impostato (3.5”) è indicato dalla lunghezza della freccia rossa a due punte. La reale durata di P_bassa è l’intervallo tra la linea tratteggiata grigia e la successiva rossa ed il T_Pbassa impostato è rappresentato dalla lunghezza della freccia a due punte blu (che corrisponde a 0.5”).

Nella figura 2, come atteso, vi è una perfetta coincidenza tra T_Palta impostato e quello mantenuto dal ventilatore. Anche T_Pbassa effettivo ed impostato coincidono.

Nel punto “a” si vede il flusso inspiratorio al passaggio da P_bassa a P_alta, generato dalla variazione di pressione del ventilatore.
Nei punti “b” e “c” vediamo una espirazione ed una inspirazione a pressione delle vie aeree costante: questa è una CPAP a P_alta. La pressione resta costante perché il ventilatore ha come priorità il mantenimento della pressione impostata, indipendentemente dall’attivazione del trigger. Definiremo a “priorità di pressione” i ventilatori che si comportano in questo modo. 

Per mantenere costante la pressione delle vie aeree il ventilatore mantiene costante il volume di gas nel circuito: se il paziente inspirando sottrae gas dal circuito per portarlo nei polmoni, il ventilatore istantaneamente rimpiazza questo volume immettendo una identica quantità di gas (creando quindi un flusso inspiratorio). Se il paziente immette gas nel circuito espirandolo dai polmoni, il ventilatore istantaneamente fa uscire dalla valvola espiratoria un uguale volume di gas (creando quindi un flusso espiratorio).

Questo meccanismo, che dovrebbe essere tipico di tutte le ventilazioni bilevel, è costantemente attivo nelle fasi in cui la pressione deve rimanere costante ed è operativo indipendentemente dalla presenza di un trigger.

Nel punto “d” si vede un’espirazione con aumento della pressione. Questo accade perchè in questo caso l’espirazione attiva del paziente è stata molto più rapida della reazione del ventilatore nel far uscire dal circuito una quantità di gas pari a quella espirata dai polmoni del paziente (per l’interpretazione dell’interazione paziente-ventilatore vedi anche i post del 20/08/2017 e del 24/09/2017).

Molto interessante anche quello che si vede dopo il punto “e”. Il paziente inizia una inspirazione già a P_bassa, come si evince dall'inizio del flusso inspiratorio in questa fase. P_bassa è uno dei due livelli di CPAP e come tale consente sia inspirazione che espirazione a pressione costante. L'attività inspiratoria a P_bassa è molto rara solo per la estrema brevità di questa fase, ma ogni tanto può comunque accadere.

Nella figura 3 vediamo cosa succede se sul ventilatore 1 attiviamo un trigger a flusso.

Figura 3

La prima cosa evidente è che la durata prestabilita di P_alta (le frecce rosse) non coincide più con quella realmente erogata (tra linea verticale tratteggiata rossa e la successiva grigia). Nel punto “a” il paziente inizia un’espirazione su P_alta che prosegue anche nel punto “b”, il momento in cui teoricamente P_alta dovrebbe passare a P_bassa. In questo caso il ventilatore attende che l’espirazione prosegua ulteriormente prima di interrompere P_alta. Per non appesantire il post, non faccio speculazioni sul possibile criterio utilizzato in questo punto per terminare P_alta.

Nel punto “c” il paziente inizia un’inspirazione a P_alta, che è in corso anche nel punto “d”, in cui scadrebbero i 3.5” di P_alta. Il ventilatore finché il paziente inspira mantiene il livello di pressione, facendo coincidere il passaggio a P_bassa con il termine dell’inspirazione spontanea. Anche in questo caso, come nel ciclo precedente, l'effetto è l’aumento effettivo del TP_alta rispetto a quello impostato.

Esattamente il contrario accade nei punti “e”, in cui il tempo di P_alta si interrompe in anticipo rispetto a quello impostato. Il ventilatore rileva l'inizio dell'espirazione spontanea del paziente poco prima del termine di P_alta e decide di sincronizzare il passaggio a P_bassa con l’espirazione del paziente.

L’analisi del monitoraggio evidenzia che l'esclusione o l'attivazione del trigger fa eseguire al ventilatore 1 due APRV diverse. La APRV senza trigger consente l’attività respiratoria spontanea del paziente sia a P_bassa che a P_alta, ma è una vera ventilazione asincrona, che impone i propri tempi indipendentemente dalle fasi del ciclo respiratorio del paziente. Quando si attiva il trigger, la durata di P_alta può essere accorciata o allungata per sincronizzarsi con l’attività respiratoria del paziente. Il tempo di P_bassa non appare sostanzialmente modificato nelle simulazioni fatte, probabilmente perché in un tempo così breve non riesce a manifestarsi un'attività respiratoria spontanea una volta che vi è la sincronia su P_alta.

Ventilatore 2.

In figura 4 vediamo il ventilatore 2 con il trigger “off”: in questa macchina è possibile disattivare completamente il trigger.

Figura 4

In assenza di trigger il ventilatore 2 si comporta come il ventilatore 1, facendo una APRV rigidamente asincrona con il rispetto della durata dei tempi di P_alta e P_bassa.

Da notare l'ottima stabilità di P_alta durante l’attività respiratoria del paziente (punti “a”, “b”, “c”), anche quando questa è chiaramente asincrona (“a”): anche questo è un ventilatore a “priorità di pressione” e mantiene efficacemente le pressioni impostate indipendentemente dalla presenza del trigger.

Nella figura 5 si vede come esegue la APRV il ventilatore 2 dopo aver attivato il trigger a flusso.

Figura 5

Nel ventilatore 2, diversamente dal ventilatore 1, l’attivazione del trigger mantiene costante il tempo di P_alta sul valore impostato, ma consente di abbreviare la durata di P_bassa, come evidente nel punto “a”, in cui nel periodo a P_bassa il paziente attiva il trigger anticipando l’inizio del periodo a P_alta e riducendo il TP_bassa.

Ventilatore 3.

La figura 6 mostra la APRV con il ventilatore 3 con il paziente attivo ed il trigger "disattivato" (in realtà il meno sensibile possibile , -15 cmH₂O).

Figura 6

La scelta di disattivare il trigger, assolutamente efficace con i ventilatori 1 e 2, con il ventilatore 3 mette in atto una “ventilazione killer”. Nel punto “a” si può vedere che a P_alta è consentita l’espirazione se si genera un aumento della pressione delle vie aeree. I punti “b” invece mostrano cosa accade quando il paziente tenta di inspirare: se non viene superata la soglia trigger, il ventilatore non eroga flusso e la conseguenza è la riduzione della pressione delle vie aeree. In altri termini, senza l’attivazione del trigger il paziente inspira contro valvole chiuse e depressurizza il circuito. Il ventilatore non si preoccupa della riduzione della pressione finchè questa è inferiore al trigger impostato. Nel punto “c” il paziente (ricordo che in realtà è un polmone test…) riesce con uno sforzo erculeo a generare una depressione superiore alla soglia trigger: solo a questo punto il ventilatore ritiene vi siano le condizioni per aprire la valvola inspiratoria e consente di far arrivare il tanto agognato flusso inspiratorio al paziente. Possiamo definire a ”priorità di trigger” i ventilatori che si comportano in questo modo.

Con i ventilatori a “priorità di trigger” è quindi PROIBITO fare APRV con trigger poco sensibile, cosa invece assolutamente possibile con i ventilatori a “priorità di pressione” come abbiamo visto in precedenza.

Vediamo nella figura 7 cosa succede se nel ventilatore 3 si imposta un trigger a flusso di 2 l/min.

Figura 7

Ora la APRV consente l’inspirazione a P_alta grazie all'attivazione del trigger ad ogni tentativo di inspirazione del paziente.

Analogamente al ventilatore 1, anche nel ventilatore 3 l’attivazione del trigger sincronizza la durata di P_alta con l’attività respiratoria del paziente e il TP_alta impostato non necessariamente coincide con quello effettivo. In particolare vediamo nei punti “a” che il ventilatore sincronizza sempre la discesa a P_bassa con il termine del flusso inspiratorio a P_alta. Questo può anticipare il termine di P_alta se avviene poco prima del termine programmato di TP_alta (come nel primo, secondo e quarto punto “a”). Nei punti “b” e “c” si vede che il termine di P_alta è posticipato se al momento prefissato di termine di TP_alta è in corso un atto respiratorio del paziente (è già stata iniziata un’espirazione (“b”) oppure sta iniziando un’inspirazione (“c”)).

Il ventilatore 3 con l'attivazione del trigger risolve il problema dell’inspirazione su P_alta. La sincronizzazione introdotta su P_alta non mantiene la durata prefissata di TP_alta. 

Ventilatore 4.

Nella figura 8 vediamo come si comporta il ventilatore 4 facendo la APRV con il trigger "disattivato" (cioè al minor livello di sensibilità possibile, -20 cmH₂O).

Figura 8

Similmente al ventilatore 3, il ventilatore 4 è a “priorità di trigger”: l’impostazione della APRV senza trigger garantisce il rispetto dei tempi di P_alta e P_bassa a prezzo di un’impossibilità ad inspirare durante P_alta (punti “b”), mentre l’espirazione è possibile se viene superata la P_alta impostata (punti “a”).

Quindi anche con il ventilatore 4 non bisogna mai fare APRV senza trigger! Assolutamente vietato.

Attivando il trigger a flusso sul ventilatore 4 vediamo cosa succede (figura 9):

Figura 9

Anche in questo caso l'attivazione del trigger consente l'inspirazione del paziente a P_alta.

La durata di P_alta effettiva può diventare più breve di quella impostata se il ventilatore rileva l’inizio di una espirazione a P_alta poco prima del termine prefissato di TP_alta (punto “a”): in questo caso la fine di P_alta viene fatta coincidere con l’inizio dell’espirazione. Se al termine di TP_alta il paziente sta inspirando (punto “b”), il ventilatore prolunga TP_alta fino al momento dell’inizio della successiva espirazione (punto “c”). TP_alta ha la durata impostata se non si verificano gli eventi precedenti (punti “d”). Il tratto comune di questi criteri è che comunque il passaggio a P_bassa avviene sempre quando inizia o è in corso un’espirazione.

Questo ventilatore è l’unico dei 4 in cui si riesce ad osservare un significativo allungamento del tempo di P_bassa (dal punto “e” al punto “f”); se il paziente attiva il trigger a P_bassa, questo ventilatore passa a P_alta solo quando cessa il flusso inspiratorio a P_bassa (punto “f”).

APRV: ventilatori a confronto.

La ventilazione asincrona su due livelli (cioè la “vera APRV”) è di fatto possibile solo con ventilatori a “priorità di pressione” senza trigger.

L’attivazione del trigger, indispensabile per i ventilatori a “priorità di trigger” e opzionale in quelli a “priorità di pressione”, ha come conseguenza la variabilità dei tempi di P_alta e P_bassa rispetto ai valori impostati.

L’attivazione del trigger ha comunque prodotto risultati diversi nei 4 ventilatori.
- Durata P_alta. In un solo ventilatore (il 2) si è mantenuto il TP_alta costante al valore impostato, accettando che il termine di P_alta possa cadere in qualunque fase del respiro del paziente. Con i ventilatori 1, 3 e 4 (il primo a “priorità di pressione” e gli altri due a “priorità di trigger”) TP_alta può allungarsi o abbreviarsi quando vi sono le condizioni per sincronizzare la fine di P_alta con l’inizio di un’espirazione spontanea. Possiamo dire che nel ventilatore 2 il TP_alta è uguale a quello impostato in tutti i cicli di P_alta, mentre negli altri ventilatori probabilmente il TP_alta realmente applicato è in media simile a quello impostato, potendo variare tra un ciclo ed un altro.

- Durata P_bassa. Nei ventilatori 1 e 3 non ho osservato significative variazioni del TP_bassa, che sembra sempre coincidere con quello impostato. Il ventilatore 2 accorcia invece il TP_bassa se il paziente inizia a inspirare in questa fase (di fatto il trigger è attivo solo a P_bassa). Può essere una scelta ragionevole, perché se il paziente inizia a inspirare probabilmente il volume polmonare non è eccessivamente elevato e la riduzione del TP_bassa potrebbe avere un razionale. In maniera opposta al ventilatore 2, il ventilatore 4 allungare il TP_bassa se il paziente inizia ad inspirare in questa fase. Essendo il paziente in inspirazione, l’allungamento del TP_bassa non dovrebbe determinare un aumento del dereclutamento (il volume polmonare aumenta) e quindi questo non dovrebbe essere un problema. Potrebbe essere forse più discutibile il passaggio a P_alta proprio al termine di una inspirazione spontanea, che produce di fatto una doppia inspirazione senza espirazione tra le due (punto “f” nella figura 9). Il rischio di raggiungere una variazione di volume eccessiva con questo meccanismo è però bilanciato dal fatto che l’aumento della pressione a P_alta produce una variazione di volume ridotta se il paziente ha smesso di inspirare ed ha già un elevato volume polmonare che genera una elevata pressione alveolare.

Possiamo quindi concludere che ventilatori diversi fanno APRV diverse, alcune identiche a quella ideale, altre invece “aggiustate”. Conoscere il proprio ventilatore ci consente di evitare APRV “killer” e di adeguare l’impostazione del ventilatore alla reale interazione paziente-ventilatore.

Come esercizio ti propongo di capire da solo come funziona la APRV sui tuoi ventilatori meccanici utilizzando un pallone test al posto del paziente.

E per finire sveliamo i nomi dei ventilatori testati: il ventilatore 1 è Bellavista 1000 (il modello testato è IMT, oggi è un ventilatore Vyaire), il ventilatore 2 è Elisa 800 Löwenstein, il ventilatore 3 è G5 Hamilton ed il ventilatore 4 è Servo-u Getinge.

Faccio un complimento a tutti coloro che sono riusciti a seguire fino in fondo questo lunghissimo ed impegnativo post. Sono convinto che, oltre ad avere dato informazioni utili per fare APRV, sia stato un bell’esercizio di analisi della ventilazione meccanica e del monitoraggio grafico.

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