1 Patofyziologické principy oxygenoterapie a umělé plicní ventilace MUDr. MSc. Michal Šitina, PhD. Ústav patologické fyziologie, MUNI Anesteziologicko-resuscitační klinika, FNUSA Oddělení biostatistiky, ICRC-FNUSA Zápatí prezentace2 Obsah3 Obsah semináře 1. Připomenutí základů respirační fyziologie a patofyziologie 2. Oxygenoterapie 3. Umělá plicní ventilace (UPV) 4. Neinvazivní plicní ventilace (NIV) 5. Vysokodávkovaný kyslík (High-flow nasal oxygen, HFNO) 6. Extrakorporální membránová oxygenace (ECMO) 7. Apnoická ventilace Základy respirační fyziologie a patofyziologie4 Mechanika spontánního dýchání • tlak v oblasti rtů přibližně 0 • aktivní nádech • bránice, mezižeberní svaly • negativní intrapleurální tlak • spontánní výdech • pozitivní intrapleurální tlak Základy respirační fyziologie a patofyziologie5 Podstatné veličiny a termíny • FiO2 (21 %) • PaO2 (> 80 mmHg, hypoxémie vs. hypoxie) • PaCO2 (35-45 mmHg, hypo/normo/hyperkapnie) • dechový objem (≈500 ml) • dechová frekvence (≈ 12-16/min) • anatomický mrtvý prostor (150 ml) Základy respirační fyziologie a patofyziologie6 Respirační insuficience • 1. typu – oxygenační dysfunkce - hypoxémie bez hyperkapnie • 2. typu – ventilační dysfunkce – hyperkapnie + hypoxémie Mechanizmy respirační insuficience • alveolární hypoventilace • porucha difuze přes alveolokapilární membránu • intrapulmonální (či extrapulmonální) zkrat • ventilačně-perfúzní nepoměr (V/Q mismatch) Základy respirační fyziologie a patofyziologie7 Mechanismy respirační insuficience • hypoventilace, difuze, zkrat, V/Q mismatch Oxygenoterapie8 Oxygenoterapie • podávání kyslíku • princip: zvýšení FiO2 • koriguje hypoxémii • nekoriguje či dokonce zhoršuje hyperkapnii • někdy je téměř bez efektu Oxygenoterapie9 Oxygenoterapie • Proč zhoršuje hyperkapnii? • Proč je někdy téměř bez efektu? Umělá plicní ventilace10 Umělá plicní ventilace • ventilace pomocí ventilátoru, který zčásti nebo zcela přebírá dechovou činnost pacienta • cíle • úprava oxygenace • úprava hyperkapnie • snížení dechové práce • oběhová stabilizace • ochrana dýchacích cest • provedení operace • … Umělá plicní ventilace11 Princip umělé plicní ventilace • aktivní inspirium • pozitivní tlak v dýchacích cestách, vyšší než intrapleurální tlak • pasívní exspirium • jako u spontánního dýchání • existuje řada způsobů (tzv. režimů) ventilace (ventilace objemově řízená, tlakově řízený, podpůrná, triggerovaná… ) • nevhodná ventilace může výrazně poškodit plíce (VILI, VALI, SILI) Umělá plicní ventilace12 Princip umělé plicní ventilace Umělá plicní ventilace13 S čím můžeme u ventilátoru manipulovat? • FiO2 • PEEP (positive end-expiratory pressure) • dechový objem • vrcholový tlak • dechová frekvence • poměr trvání inspirium/exspirium • hladina triggerování • … Umělá plicní ventilace14 Co monitorujeme? • SaO2 • krevní plyny • EtCO2 (end-tidal CO2) • tlaky • objemy • průtoky • odpovídající křivky • … Umělá plicní ventilace15 Křivky UPV Umělá plicní ventilace16 PEEP (positive end-expiratory pressure) • nejnižší tlak v dýchacích cestách • zabraňuje kolabování alveolů (tzv. atelektázám) • udržuje rozepjaté bronchy • příliš nízké i příliš vysoké hodnoty škodí • nutné najít optimum • výrazně ovlivňuje kardiovaskulární systém Umělá plicní ventilace17 p-V křivka a PEEP Umělá plicní ventilace18 Ovlivnění kardiovaskulárního systému • snižuje přítok krve k srdci a tím minutový srdeční výdej • ovlivňuje plicní hypertenzi a tím funkci pravé komory • může pomoci selhávající levé komoře • snižuje spotřebu kyslíku v dýchacích svalech Ovlivnění ostatních systémů • výrazně ovliňuje acidobazickou rovnováhu (CO2) • snižuje prokrvení ledvin a zvyšuje retenci tekutin • zvyšuje nitrobřišní tlak a snižuje prokrvení splanchniku • může zvýšit nitrolební tlak • „motor“ multiorgánového selhání Umělá plicní ventilace19 Jak UPV poškozuje plíce (VILI, VALI, SILI)? • přílišné rozepjetí trhá plicní struktury • sekundární zánětlivá reakce, podpora fibrotizace • zvýšená permeabilita pro bakterie • motor multiorgánové dysfunkce • baby lung koncept - ARDS • riziko perforace plíce v oslabeném místě • pneumothorax, pneumomediastinum • střižné síly na rozhraní ventilovaných a neventilovaných oblastí plic • eliminace přirozených imunitních bariér • ventilátorová pneumonie (VAP vs. HAP vs. CAP) • rizika spojená s intubací a zajištěním dýchacích cest • podpora rozvoje svalové slabosti kriticky nemocných • nutnost sedace Umělá plicní ventilace20 Příklady použití UPV v klinických situacích • Plicní edém při akutním infarktu myokardu • Akutní exacerbace CHOPN • Intubace a UPV u polytraumatu • Masívní plicní embolie • ARDS – COVID-19 pneumonie Umělá plicní ventilace21 Plicní edém při akutním infarktu myokardu Umělá plicní ventilace22 Akutní exacerbace CHOPN Umělá plicní ventilace23 Intubace a UPV u polytraumatu Umělá plicní ventilace24 Masívní plicní embolie Umělá plicní ventilace25 ARDS – COVID-19 pneumonie • protektivní ventilace • permisivní hyperkapnie (pH >7.2) • pronační poloha Neinvazívní plicní ventilace26 Neinvazivní plicní ventilace • jako UPV, ale • pacient není (výrazněji) analgosedován • nejsou zajištěny dýchací cesty • nelze použít příliš vysoký PEEP ani inflační tlaky • spíše krátkodobé či opakované užití • typické indikace • Akutní exacerbace CHOPN • Mírnější kardiogenní plicní edém • Intermitentní podpora po extubaci High-flow nasal oxygen27 High-flow nasal oxygen (HFNO) • jako kyslíkové brýle, ale • zvlhčený kyslík až 60 l/min • FiO2 až 100 % • vysoký průtok plynu vytváří přetlak v horních cestách dýchací a tím PEEP 2-4 cmH2O • lépe tolerované než NIV • podobné indikace jako NIV • středně těžká forma COVID-19 pneumonie • akutní exacerbace CHOPN • mírnější kardiogenní plicní edém • podpora po extubaci ECMO28 Extrakorporální membránová oxygenace (ECMO) • mimotělní oběh • úplná náhrada funkce plic (tzv. VV-ECMO) nebo srdce a plic (tzv. VA-ECMO) • základem konstrukce jsou pumpa a oxygenátor • v oxygenátoru se přes membránu stýká krev a vzduch/kyslík • Indikace • rozumná šance na vyřešení základního problému (např. vyléčení COVID pneumonie) nebo bridge-to- transplantation ECMO29 ECMO30 Princip membránového oxygenátoru Apnoická ventilace31 Apnoická ventilace • Protimluv? • Pacienta necháte dýchat kyslík maskou, vytvoříte mu zásobu kyslíku v plicích, za stálého podávání kyslíku jej uvedete do celkové anestezie a svalově zrelaxujete, takže nedýchá, ale nadále mu podáváte kyslík • zásoba kyslíku v plicích (5 l) by při spotřebě 250 ml O2/min stačila maximálně na 20 min • Jak dlouho bude trvat, než tomuto nedýchajícímu pacientovi začne klesat saturace? Až 60 minut!! • Jak je to možné? Apnoická ventilace32 Zápatí prezentace33 Život ohrožující respirační onemocnění Kardiogenní plicní edém Nekardiální plicní edém – ARDS Těžká pneumonie Exacerbace CHOPN/astmatu Tenzní pneumothorax Obstrukce horních cest dýchacích Alergický otok Laryngitida Epiglotitida Aspirace Masívní plicní embolie Porucha vědomí se sekundární asfyxií Akutní neuromuskulární poruchy Myasthenia gravis Syndrom Guillain-Barré Trauma hrudníku Kontuze plic Bloková zlomenina žeber Masívní hemothorax Masívní hemoptýza Apnoická ventilace34 Další systematické čtení • Pavel Dostál: Umělá plicní ventilace, 4. vydání, Maxdorf, 2017 • Petr Ošťádal: ECMO, 2. vydání, Maxdorf, 2018