Modalità di ventilazione meccanica: Volume Controlled Ventilation (parte 1)

Negli ultimi post abbiamo trattato tematiche e monitoraggi piuttosto complessi. Oggi, invece, parleremo di un argomento che molti di voi conoscono bene, ovvero di una delle più comuni modalità di ventilazione meccanica: la ventilazione a volume controllato (VCV) con flusso costante.

Ma prima…come si possono classificare le ventilazioni?

Chi si approccia al mondo della ventilazione troverà sicuramente arduo orientarsi tra le sue diverse modalità di erogazione. Un primo problema, quando si utilizzano i ventilatori meccanici, può consistere nel districarsi tra la “marea” di sigle che designano le modalità di ventilazione. Per questo motivo consigliamo di capire le logiche di ventilazione senza focalizzarsi troppo sull’acronimo utilizzato dal nostro ventilatore. Capire una logica di funzionamento richiede sicuramente un po’ di studio e un piccolo sforzo, ma questo permetterà di sapersi orientare tra setting e monitoraggio, anche se il ventilatore che ci troviamo di fronte non è quello che siamo soliti utilizzare.

La variabile controllata dal ventilatore è chiamata variabile indipendente (indipendente dal paziente). È facilmente riconoscibile sul monitor poiché assume una forma quadra e dipende unicamente dal setting impostato. La variabile che invece dipende dal paziente si definisce variabile dipendente ed è correlata alle caratteristiche meccaniche del sistema toraco-polmonare e all’eventuale attività respiratoria spontanea, ovvero dipende dall’equazione di moto dell’apparato respiratorio.
Suddividendo le ventilazioni in base alla variabile indipendente (quella controllata dal ventilatore) otteniamo due gruppi (figura 1):

  • le ventilazioni flussometriche (o volumetriche), dove il controllo del ventilatore è applicato al flusso, che avrà forma quadra.
  • le ventilazioni pressometriche, dove il controllo è applicato alla pressione (PAW), che avrà forma quadra.
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Figura 1

Ventilazione a volume controllato (VCV/IPPV/VC/ACV/AC-VC)

La VCV è una ventilazione controllata flussometrica. Questo significa che:

  1. il ventilatore è in grado di svolgere il 100% del lavoro respiratorio;
  2. la variabile indipendente è il flusso;
  3. il flusso controllato garantisce il volume.

L’obiettivo di questa modalità è di erogare un volume corrente (VT) ad una velocità costante (flusso inspiratorio costante), in un determinato periodo di tempo con una frequenza preimpostata.

Il setting è dato da:

  • FiO2 = percentuale di ossigeno presente nella miscela gassosa inspiratoria.
  • Frequenza respiratoria = numero di cicli respiratori in un minuto (un ciclo respiratorio = inspirazione + espirazione).
  • Volume corrente =  quantità di aria insufflata ad ogni inspirazione.
  • Durata del tempo inspiratorio.
  • Pausa inspiratoria (facoltativa) = impostazione che consente, al termine di ogni inspirazione, una piccola pausa respiratoria.
  • Trigger inspiratorio = segnale che da inizio alla fase inspiratoria.
  • Rise time = tempo impiegato dal flusso inspiratorio a raggiungere il suo picco.
  • PEEP = pressione positiva di fine espirazione.

La variabile indipendente durante VCV

Per meglio capire come è gestito il flusso da questa ventilazione, è necessario osservare due impostazioni: il volume corrente e la durata del tempo inspiratorio (Ti).

Al fine di insufflare il VT scelto dall’operatore nel tempo prestabilito, il ventilatore calcolerà la velocità necessaria di erogazione della miscela gassosa (ovvero il flusso).

VOLUME = FLUSSO x TEMPO

FLUSSO = VOLUME / TEMPO

Ad esempio (figura 2): 

  • se il VT = 400 ml (0,4 l) e il tempo inspiratorio è di 2 secondi il flusso sarà di 0.2 l/sec.
  • se il VT = 400 ml (0,4 l) e il tempo inspiratorio è di 1 secondo il flusso sarà di 0.4 l/sec.
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Figura 2: a sinistra curva di flusso con VT=400 e Ti=2sec. A destra curva di fluso con VT=400 e Ti=1 sec

 

La variabile dipendente durante VCV

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Figura 3

La pressione nelle vie aeree (PAW) rappresenta durante la ventilazione a volume controllato la variabile dipendente (dipende dal paziente). È correlata alle caratteristiche del sistema toraco-polmonare e quindi all’equazione di moto dell’apparato respiratorio.

Se il paziente è passivo o ben sincrono e non si verificano fenomeni di sovra-distensione del parenchima polmonare (stress index=1) la curva di pressione nelle vie aeree avrà un andamento crescente. Più precisamente, dopo un rapido incremento chiamato zoccolo, la pressione aumenta linearmente durante l’insufflazione (Figura 3).

Perché la PAW è crescente se il flusso durante l’insufflazione è costante?

La risposta risiede in questa “semplice” equazione:

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L’equazione di moto dell’apparato respiratorio afferma che la pressione nelle vie aeree misurata al ventilatore o vicino al mount (PAW) in un paziente senza drive respiratorio è data dalla somma di pressione alveolare (Palv) e pressione resistiva (Pres).

La Palv è data, a sua volta, dalla pressione registrata negli alveoli a fine espirazione, chiamata PEEP totale (P0) e dalla pressione generata dal volume corrente che è stato insufflato, chiamata pressione elastica (Pel). (Figura 4)

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Figura 4
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Figura 5

Durante l’insufflazione la P0, l’elastanza, le resistenze e il flusso sono costanti (K).  Questo fatto implica che all’aumentare del volume corrente (che da zero passa ad esempio a 500 ml) vi sia un progressivo incremento della pressione alveolare, e di conseguenza un aumento progressivo della PAW.

Da questa analisi si può quindi affermare che durante la ventilazione a volume controllato la PAW aumenta perché la pressione resistiva è costante (figura 5).

Pausa di fine inspirazione

Solo in questa modalità è possibile impostare un tempo di pausa inspiratoria (Tp%) alla fine di ogni insufflazione, espresso in percentuale del tempo inspiratorio o della durata del ciclo respiratorio. Questa impostazione permette di avere un valore “approssimativo” della pressione alveolare a fine inspirazione.

ptp
Figura 6

Se nel setting si imposta un tempo di pausa inspiratoria (Tp%) alla fine di ogni insufflazione il ventilatore manterrà per qualche frazione di secondo il flusso a zero l/min.  prima di lasciar espirare il paziente aprendo la valvola espiratoria (Figura 6).

Quando il flusso è a zero l/min la Pressione Resistiva è zero, e sulle PAW possiamo leggere il valore (seppur approssimativo) della pressione alveolare di fine inspirazione (pressione di plateau).

L’unica differenza tra la pausa inspiratoria alla fine di ogni atto e la pressione di plateau (Pplat) vera e propria risiede nella durata della pausa: la prima dura pochi decimi di secondo, mentre la seconda dovrebbe durare circa tre secondi. Il valore “approssimativo” di Tp% è conseguenza diretta del poco tempo a disposizione per un’eguale distribuzione della pressione in tutti i punti del sistema e per il completamento dei fenomeni di stress relaxation.
Seppur una pausa breve sovrastimi leggermente il vero valore della pressione di plateau, può spesso rappresentare un sistema semplice, veloce e utile ad approssimare quale sia la pressione alveolare alla fine dell’inspirazione di ciascun ciclo respiratorio, soprattutto se il ventilatore che stiamo usando non consente di fare una pausa inspiratoria manuale della durata di circa tre secondi, come capita ad esempio in alcuni ventilatori di anestesia.

TAKE HOME MESSAGE

  • La variabile indipendente è il flusso e quando è costante assume forma geometrica quadra;
  • Un flusso quadro e una pressione crescente caratterizzano i profili grafici della VCV a flusso costante;
  • La variabile dipendente è la pressione. Durante l’inspirazione aumenta gradualmente fino a raggiungere il picco pressorio;
  • Se il flusso è a zero la pressione resistiva è a zero e solo così possiamo conoscere il valore della pressione alveolare.

Molte altre cose andrebbero dette della ventilazione a volume controllato, ma per oggi abbiamo messo abbastanza carne sul fuoco. Nei prossimi post tratteremo, con i dovuti approfondimenti, i diversi setting ed i possibili problemi legati alla sua logica di funzionamento.

Un caloroso saluto a tutti

Enrico Bulleri

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