L’uso ospedaliero dei diversi sistemi di misurazione della CO₂ espirata ha una storia di più di 50 anni e le sue applicazioni sono molto note e studiate. Oggi, vi propongo la mia esperienza nell’uso della capnografia come strumento di monitoraggio durante la ventilazione meccanica.

Inizio, con un breve riassunto introduttivo, parlando degli aspetti generali e dei campi di utilizzo più raccomandati della capnografia.

Cosa dice la letteratura?

La capnografia è la misurazione continua e non invasiva dell’anidride carbonica espirata nel tempo. Ad oggi, società scientifiche internazionali come la American Heart Association, American Society of Anesthesiologist, Intensive Care Society o European Resucitation Council, ritengono imprescindibile l’uso della capnografia durante l’assistenza al paziente critico.

I valori normali di EtCO₂ (35-45 mmHg o 4,5-6 KPa)  differiscono dalla pressione parziale di anidride carbonica arteriosa (PaCO₂) in una quota variabile tra 2-5 mmHg o 0,2-0,7 KPa, mantenendo questa differenza in assenza di alterazioni.

Ci sono diversi metodi per la misurazione dell’ anidride carbonica, ma per semplicità ed economia i più diffusi sono i capnografi di flusso. Essi si suddividono in sensori di flusso principale o Mainstream e in sensori di flusso laterale o Sidestream. In aggiunta, la CO₂ espirata nel tempo, può essere rappresentata in due forme diverse: a Volume (Capnografía Volumetrica) o come Pressione parziale del gas in una linea di tempo (Capnografia temporale, più nota come EtCO₂).

Nella figura 1 si mostra l’aspetto normale della curva di EtCO₂ , contraddistinto da quattro diverse fasi.

• FASE I: comprende il periodo tra la fine dell’inspirio e l’inizio dell’espirazione. Si caratterizza per un inizio orizzontale della curva o linea isoelettrica, corrispondente alla fuoriuscita dell’aria dallo spazio morto fisiologico e che non partecipando allo scambio alveolare, non contiene CO₂.
• FASE II: comincia con una rapida elevazione data dalla eliminazione della CO₂, mescolata con l’aria restante dello spazio morto.
• FASE III: anche chiamata plateau alveolare, in cui l’aria espirata si sposta interamente dagli alveoli. Si osserva un’ascensione lenta e progressiva fino al raggiungimento del punto di massima pressione parziale del gas (e che corrisponde al valore numerico di EtCO₂  che si legge a monitor)
• FASE IV: inizio della successiva fase inspiratoria, dunque la pressione parziale di CO₂ decresce velocemente fino il raggiungimento dello zero.

Indicazioni cliniche, raccomandazioni e controindicazioni

Le principali raccomandazioni e usi clinici nei pazienti sottoposti a ventilazione meccanica e supportati da evidenze scientifiche sono:

1. Verifica del corretto posizionamento del tubo endotracheale (TET) durante intubazione.
2. Monitoraggio continuo del corretto posizionamento del TET.
3. Controllo dell’efficacia del massaggio cardiaco e prognosi nell’arresto cardio-circolatorio.
4. Indicatore di ROSC.
5. Monitoraggio della stabilità dei valori di EtCO₂ in pazienti con sospetta ipertensione intra cranica.
6. Determinare la prognosi nel trauma.
7. Applicare adeguamenti alla ventilazione meccanica.

Avendo una lunga vita clinica, sono moltissimi gli studi dedicati all’analisi dell’EtCO₂. Non tutti questi utilizzi, però, sono supportati dai dati emersi con la stessa autorità. Io, come indica il titolo di questo post, tratterò il monitoraggio continuo della EtCO₂.

Molti studi, con pazienti affetti da pregresse malattie polmonari e non, hanno dimostrato che esiste una importante variabilità, data da molteplici cause, tra i valori di EtCO₂ e PaCO₂. Variabilità che impedisce in modo certo e univoco di poterne ricavare da una il valore dell’altra e viceversa. Per menzionarne uno, Yosefy C et al rilevò che i pazienti con una EtCO₂ di 35 mmHg (4,6 KPa), potevano presentare PaCO₂ comprese tra 20 e 55 mmHg (2,6 e 6,6 KPa), rendendo inutile il valore assoluto di EtCO₂ in riferimento alla PaCO₂. 

Due, però, sono gli aspetti che voglio sottolineare brevemente tra gli studi consultati:

• Sorveglianza e diagnosi dell’Embolia polmonare
• Monitoraggio dello Spazio Morto.

Monitoraggio nell’Embolia Polmonare

L’aiuto fornito dal capnografo nella diagnosi di embolia polmonare è stato molto studiato e non ci sono dubbi sulla sua utilita’ come strumento per l’individuazione di tale problema in pazienti ventilati a rischio; diagnosi che successivamente verrà confermata con l’indagine radiologica. L’EtCO₂ serve da sentinella che ci permette di identificare la comparsa di questa alterazione nelle sue prime fasi. L’alterazione della perfusione polmonare e la comparsa dell’effetto shunt, produce un innalzamento del rapporto tra il volume dello spazio morto ed il volume corrente, secondo il calcolo dello stesso con la formula di Enghoff-Bohr (figura 2):

Dove V_D è il volume dello spazio morto e V_T il volume corrente. Si deve far notare da un punto di vista clinico che per l’interpretazione dei cambiamenti nel rapporto è necessario che la misurazione della EtCO₂ sia sufficientemente lunga nel tempo in modo da stabilire un andamento o trend. Si dovra’ quindi porre attenzione all’evoluzione (che fornisce maggiori e più affidabili informazioni), piuttosto che al valore assoluto.

Lo sviluppo di embolie polmonari (non massive) non presentano un’iniziale instabilità emodinamica, essa si presenta spesso in fasi più avanzate e gravi. La desaturazione arteriosa periferica correlata alla perdita di una parte del circolo polmonare è solitamente mascherata dalla somministrazione di ossigeno. L’unico dato che non viene mascherato in alcun modo è l’aumento dello spazio morto che comporta una diminuzione progressiva del valore di EtCO₂. In risposta all’evoluzione del quadro ostruttivo embolico, vi è l’aumento del delta (PaCO₂ – EtCO₂) e dunque l’aumento del rapporto tra volume dello spazio morto e volume corrente (V_D/V_T). Identificare la comparsa di questa problematica nelle sue primissime fasi, comporta un importante risparmio di ulteriori complicanze gravi e miglioramento della prognosi.

Monitoraggio dello Spazio Morto

Si ricorda che per Spazio Morto Anatomico, s’intende la frazione d’aria del volume corrente che non partecipa agli scambi gassosi (come nella trachea o nei bronchi). Il più comune e affidabile strumento per la misurazione giornaliera dello spazio morto è il capnografo volumetrico.

Sono diversi, e anche molto recenti, gli studi che mettono in relazione lo spazio morto con la mortalità e l’evoluzione dei pazienti con ARDS, ma i risultati emersi da questi studi non sono dirimenti nella pratica clinica. I dati rilevati, infatti subiscono notevoli variazioni a seconda della causa che origina ARDS, diretta o indiretta, e la difficoltà nello stabilire una franca correlazione tra variazioni di PEEP e di V_D/V_T. Queste ultime dipendono in gran misura da fase, tipologia e sviluppo del danno al polmone. In teoria, e così dimostrato da studi in modelli sperimentali di ARDS, la PEEP impiegata durante il reclutamento provoca una diminuzione di V_D, mentre durante fenomeni di iperinflazione alveolare, vi e’ un aumento di V_D. Come già detto, questi dati di laboratorio non sono stati riscontrati negli studi sui soggetti con ARDS. Resta indiscussa la capacità predittiva e prognostica in ARDS.

Alcuni autori sottolineano che l’importanza nel monitoraggio dello spazio morto, più che un valore assoluto applicato alla clinica, dovrebbe essere un indicatore della gravità dell’ARDS, e implementato con altri dati clinici, per monitorare la reale efficacia della terapia ventilatoria e prevenire il danno associato alla ventilazione o il deterioramento del polmone durante la ventilazione.

Controindicazioni e Limiti della Procedura

Non esistono controindicazioni assolute all’uso del capnografo di flusso o volumetrico nei pazienti intubati. È una misura sicura, non invasiva, molto economica e integrata nella maggioranza dei ventilatori e/o monitor presenti nelle unità di terapia intensiva.

Bisogna, però, segnalare certe accortezze in relazione al suo impiego.

• L’inserimento dell’adattatore provoca un aumento minimo dello spazio morto. Ricordiamo che lo spazio morto fisiologico del paziente intubato, viene aumentato dal TOT, corrugato di collegamento e filtro HME (quando usato); perciò bisogna tenere conto di questi elementi che modificheranno la misura eseguita, e più distante dal paziente si posiziona il rilevatore minore sarà il valore misurato.
• Non sostituisce in alcun modo la misurazione del P_aCO2, in quanto entrambe possono subire delle variazioni legate a molti processi.
• Frequenze respiratorie elevate possono alterare la misurazione a seconda dei diversi capnografi impiegati.
• Secrezioni e umidificazione possono causare variazioni nelle letture.
• Perdite del sistema comporteranno variazioni nelle letture del capnografo.

Alterazioni Cliniche della Curva del Capnografo di Flusso

Le letture del capnografo hanno due rappresentazioni grafiche: una curva continua in rapporto al tempo per il capnografo temporale (figura 3), e una che mette in relazione la pressione parziale misurata con il volume espirato, per il volumetrico. Da un punto di vista del monitoraggio continuo, e’ interessante la morfologia della capnografia di flusso che ci può fornire delle importanti informazioni cliniche.

Variazioni cliniche, la comparsa di ostruzioni, come le secrezioni o il broncospasmo, modificheranno la forma della curva. Conoscere queste modifiche ci aiuterà a una più rapida identificazione delle eventuali cause ed intraprendere le azioni necessarie per correggerle.

Curva 1

EtCO₂ costantemente bassa e senza plateau alveolare può indicare:

• Espirazione incompleta.
• Tubo parzialmente otturato o piegato.
• Broncospasmo.

Curva 2

EtCO₂ costantemente alta o in aumento progressivo nel tempo con plateau alveolare normale può indicare:

• Ipoventilazione o ventilazione con volume minuto inadeguato.
• Ipertermia, dolore, tremore.
• Aumento della produzione metabolica di CO₂.
• Uso di sedativi.

Curva 3

Diminuzione progressiva e/o continua del valore di EtCO₂ nel tempo può indicare:

• Iperventilazione.
• Aumento dello spazio morto.
• Diminuzione della produzione metabolica di CO₂.
• Diminuzione della perfusione polmonare (diminuzione della portata cardiaca o embolia polmonare).
• Ipotermia o trend in riduzione della temperatura corporea.

Curva 4

Diminuzione sostenuta di EtCO₂ verso un valore basso ma non nullo può indicare:

• Perdite nel circuito.
• TET in ipofaringe.
• Ostruzione parziale delle vie aeree.

Curva 5

Presenza di picco o lieve rientranza nel plateau alveolare può indicare:

• Sforzo inefficace del paziente in ventilazione controllata.
• Decurarizzazione.

Curva 6

Differenziazione tra attività spontanea e meccanica del paziente con analisi dell’efficacia (la traccia in basso mostra ad esempio una migliore capacita’ del paziente di rimuovere anidride carbonica).

Curva 7

L’inversione decrescente del plateau alveolare può indicare:

• Enfisema polmonare.
• Pneumotorace.

Curva 8

Presenza di oscillazioni seghettate nella curva possono indicare:

• Artefatti cardiaci o cardiomegalia.
• Presenza di secrezioni bronchiali.

Curva 9

Comparsa di rialzo finale della curva a forma di ‘pinna di squalo’ può indicare:

• Bassa compliance polmonare.
• Alte resistenze tipiche nel paziente obeso o le donne incinta.

Considerazioni Finali

Con questo post, i miei obiettivi erano due. Il meno importante era adempiere alla promessa fatta ai due bresciani che portano avanti lo splendido lavoro di questo sito, ma non ditegli che ve l’ho detto. E il primario…cioe’ di rendervi nota la capnografia, (di cui vi sono produzioni più approfondite e precise) per la sua  valenza non come valore singolo perchè molto relativo, ma sottolineare piuttosto l’importanza del monitoraggio continuo ed in ottica di implementazione a molti altri dati clinici. Dunque, credo che sia un importante e utile strumento per l’infermiere di terapia intensiva che assiste il paziente in modo continuo. Seppur la capnografia mostri degli evidenti limiti come valore unitario, la sua semplicità nella misurazione, economia e disponibilità fanno di essa un dato imprescindibile nel monitoraggio della perfusione polmonare e l’efficacia della ventilazione, così come nella relazione che esiste tra di esse. In aggiunta, mostra il potenziale per fungere da sentinella  nell’evoluzione clinica delle patologie polmonari  aiutando nell’identificazione tempestiva di alcune problematiche (come ad esempio nell’embolia polmonare) con le quali siamo confrontati nella nostra pratica giornaliera.

Vi saluto sperando di leggere i vostri commenti.

Alberto Juan Pessenda García. 

Infermiere specializzato in Medicina Intensiva; Ente Ospedaliero Cantonale presso Ospedale Regionale di Lugano.

Bibliografia e Siti Internet Consultati

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• Brian K. Walsh, David N. Crotwell and Ruben D. Restrepo. Capnography/Capnometry During Mechanical Ventilation: 2011. AARC Clinical Practise Guideline. Respiratory Care, April 2011 Vol 56 No 4.
• Yosefy C et al. End tidal carbon dioxide as a predictor of the arterial pco2 in the emergency department setting. Emerg Med J 2004; 21:557-9
• Jhon E Thompson and Michael B Jaffe. Capnographic Waveforms in the Mechanically Ventilation Patient. Respiratory Care, January 2005 Vol 50 No 1.
• Yiba Songur Yücel, Nalan Metin and Meltem Akkas. The combined use of ent-tidal carbon dioxide and alveolar dead space fraction values in the diagnosis of pulmonary embolism. Pulmonology Journal, November 2019.
• Luís Morales-Quinteros, Marcus J. Schultz, Josep Bringué, Carolyn S. Calfee, Marta Camprubí, Olaf L. Cremer, Janneke Horn, Tom Van der Poll, Patrik Sinha, Antonio Artigas, Lieuwe D. Bos and MARS Consortium. Estimated dead space fraction and the ventilatory ratio are associated with mortality in early ARDS. Annals of Intensive Care, 2019.
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• Massimo Ferluga, Umberto Lucangelo and Lluis Blanch. Dead space in acute respiratory distress sindrome. Annals of Transnational Medicine, 2018.
• uptodate.com/contents/carbon-dioxide-monitoring-capnography, Aprile 2020.
• ventilab.org/2012/05/21/capnografia-end-tidal-co2-e-ventilazione-meccanica, Aprile 2020.
• docplayer.it/16903564-Introduzione-clinica-alla-capnografia.html, Aprile 2020.
• frcemexam.com/knowledge-base/capnography, Aprile 2020.