Szukasz sprzętu medycznego? Wypełnij darmowe zapytanie
Wypełnij darmowe zapytanie
MedicalOnline.pl wyszukuje najlepszych dostawców
i przesyła im Twoje zapytanie
Dostawcy przesyłają Ci oferty handlowe dotyczące zapytania
sprzęt medyczny
Wyślijzapytanie ofertowe

Wentylacja oscylacyjna – najłagodniejsza sztuczna wentylacja płuc

MedicalOnline.pl | 2017-07-27

Jest wiele metod sztucznej wentylacji płuc. Czym najpopularniejsze z nich różnią się od mechanizmu spontanicznego oddychania? Jak odbywa się wentylacja spontaniczna płuc? Co to jest sztuczna wentylacja i jakie jej rodzaje pozwalają uniknąć uszkodzeń płuc? Czym jest wentylacja oscylacyjna wysokiej częstotliwości, a jak działa wentylacja dyszowa?

Jak odbywa się wentylacja spontaniczna płuc?

Wentylacja spontaniczna płuc to naturalny fizjologiczny mechanizm, dzięki któremu dochodzi do wymiany gazowej pomiędzy otaczającą atmosferą a gazami z pęcherzyków płucnych. Proces wdechów i wydechów zachodzi dzięki skurczom mięśni oddechowych (główną rolę pełni tu przepona) i pozwala na usunięcie z organizmu dwutlenku węgla, a dostarczenie do komórek tlenu.

Podczas wdechu spontanicznego przepona kurczy się, co skutkuje zwiększeniem objętości płuc i spadkiem ciśnienia wewnątrzpłucnego (zwanego także jako ciśnienie pęcherzykowe). Ciśnienie atmosferyczne jest wówczas wyższe od ciśnienia w płucach, dzięki czemu powietrze jest zasysane drogami oddechowymi z zewnątrz do płuc. Podczas wdechu pracują sprężyste elementy klatki piersiowej, co skutkuje jej rozciąganiem. Po przepływie powietrza do płuc podczas wdechu w krótkim czasie (zwanym czasem wdechu) ciśnienie w pęcherzykach płucnych i na zewnątrz jest takie samo.

W fazie wydechu spontanicznego przepona rozluźnia się, a energia sprężysta klatki piersiowej powoduje jej zapadanie się, dzięki czemu następuje wzrost ciśnienia w pęcherzykach płucnych. Warunkuje to możliwość przepływu gazów oddechowych z płuc na zewnątrz.

Następujące po sobie rytmicznie fazy wdechu i wydechu tworzą cykl oddechowy. Liczba cykli na minutę (czyli tzw. częstość oddechowa) u dorosłych wynosi 16-20 odd/min, u noworodków 20-40 odd/min.

Jak zachodzi wymiana gazowa w pęcherzykach płucnych?

Wzrost ciśnienia w pęcherzykach płucnych skutkuje ich rozprężeniem, co umożliwia wymianę gazów oddechowych pomiędzy pęcherzykami a otaczającymi naczyniami włosowatymi, które dostarczają krew z całego organizmu. Pobrany podczas wdechu tlen (O2) zawarty w powietrzu przenika do krwi i za pośrednictwem układu krążenia jest dostarczany do narządów i komórek. Zamiennie z krwi do powietrza dyfunduje dwutlenek węgla (CO2) powstały w przemianach metabolicznych. Jest usuwany z organizmu wraz z wydychanym powietrzem.

Opisany mechanizm wymiany gazowej pomiędzy pęcherzykami płucnymi a krążącą w organizmie krwią jest możliwy dzięki różnicy ciśnienia parcjalnego tlenu (PaO2) i dwutlenku węgla (PaCO2). Pomiar tych wartości wykonywany jest podczas gazometrii i pozwala na ocenę skuteczności wentylacji.

Jak zachodzi sztuczna wentylacja płuc?

Sztuczna wentylacja jest odwróceniem wentylacji spontanicznej. Sztuczny oddech ma związek z wytworzeniem dodatniego ciśnienia na wejściu do dróg oddechowych, co skutkuje przepływem gazów oddechowych do płuc – to tzw. aktywny wdech. Wydech powietrza wynika z zapadania się elementów sprężystych klatki piersiowej i zachodzi biernie. W ten sposób sztucznie zapewnia się wymianę gazową w pęcherzykach płucnych.

Zasadnicza różnica pomiędzy spontaniczną a sztuczną wentylacją płuc polega na tym, że przy fizjologicznym wdechu w płucach panuje ujemne ciśnienie, zaś przy sztucznej wentylacji – dodatnie. Dotychczas nie znane są metody, które potrafią naśladować fizjologiczną pracę płuc. Sztuczna wentylacja płuc jest stosowana jednak powszechnie, ponieważ często ratuje życie.

Podczas sztucznej wentylacji do płuc wdmuchiwana jest określona objętość gazów oddechowych, która musi być na tyle duża, aby wypchnąć gazy zalegające w drogach oddechowych prowadzące do pęcherzyków płucnych. Te drogi określane są jako przestrzeń martwa, ponieważ nie zachodzi w nich wymiana gazowa. Dla skutecznej wentylacji wdmuchiwana objętość gazów oddechowych musi być większa od przestrzeni martwej.

Wentylacja pęcherzykowa to wymiana gazowa zachodząca w pęcherzykach płucnych w czasie 1 minuty i jest miarą skuteczności mechanicznej wentylacji. To właśnie wartość wentylacji pęcherzykowej ma decydujący wpływ na usuwanie dwutlenku węgla.

Podatność płuc na rozszerzanie – jaki ma związek z wentylacją?

Podatność to zdolność płuc do rozszerzania się. Płuca zbudowane są ze sprężystych elementów – można je porównać do balonika, który zwiększa swoją objętość pod wpływem wdmuchiwanej porcji powietrza. Podatność płuc do rozszerzania się określa, w jakim stopniu zmiany objętości płuc są powiązane ze zmianami ciśnienia. Zależność jest prosta – jeśli wskutek wysokich zmian ciśnienia generowana jest mała objętość (o jaką płuca mogą się rozszerzyć), wówczas mówimy o małej podatności. Jeśli zaś małe zmiany ciśnienia wywołują dużą zmianę objętości płuc, wówczas podatność jest duża.

Podatność świadczy o elastyczności układu oddechowego. Mała podatność oznacza sztywne płuca. Wówczas potrzebne jest wysokie ciśnienie, aby zwiększyć objętość takich płuc i wtłoczyć potrzebną objętość oddechową. W sytuacji wysokiej podatności wystarczy niskie ciśnienie, aby wypełnić płuca.

U dorosłego człowieka podatność płuc na rozszerzanie wynosi ok. 200 ml/cm H2O, u zdrowych noworodków jest ok. 100 razy mniejsza. U wcześniaków z zespołem zaburzeń oddychania (ZZO) podatność płuc jest jeszcze mniejsza (ok. 10 razy mniejsza niż u noworodków urodzonych o czasie) i wynosi 0,2 ml/cm H2O. Oznacza to, że noworodki z ZZO wymagają respiratora generującego znacznie większe podawane ciśnienie, aby wtłoczyć do płuc potrzebną objętość oddechową. Niestety to wysokie ciśnienie jest jedną z przyczyn uszkodzeń płuc u małych pacjentów. Uszkodzenia te wywołane są działaniem sił poprzecznych do ścian struktur oddechowych związanych z ich nadmiernym rozciąganiem.

Uszkodzenia płuc związane ze sztuczną wentylacją konwencjonalną

Wszystkie rodzaje uszkodzeń płuc wywołane sztuczną wentylacją określa się jako „wentylacja powodująca uszkodzenia płuc” (ang. VILI – Ventilation Induced Lung Injury), dzieli się je na biofizyczne i biochemiczne. Te drugie (tzw. biotrauma) związane są z aktywacją mediatorów stanu zapalnego, przemieszczaniem drobnoustrojów do krążenia systemowego i wytwarzaniem cząsteczek prozapalnych cytokin w płucach. Z kolei uszkodzenia biofizyczną mogą wynikać:

  • ze stosowania wysokiego ciśnienia szczytowego w płucach (tzw. barotrauma)
  • z wysokiej objętości oddechowej powodującej rozciąganie struktur oddechowych (tzw. wolutrauma)
  • z powtarzających się cykli otwierania się i zapadania struktur oddechowych (tzw. atelektrotrauma)
  • z powodu działania wysokiego stężenia tlenu w powietrzu wdechowym.

Próbując ograniczyć uszkodzenia płuc związane ze sztuczną konwencjonalną wentylacją, można nieznacznie zmieniać wartości ciśnienia szczytowego lub objętości oddechowej. Jednak to powtarzające się cykle oddechowe powodują największe uszkodzenia płuc, a ich nie da się wyeliminować.

Istnieje jednak metoda, która pozwala na prowadzenie skutecznej sztucznej wentylacji przy zastosowaniu małej objętości oddechowej i małego ciśnienia szczytowego, z jednoczesnym wyeliminowaniem powtarzających się cykli otwierania i zapadania struktur oddechowych. Jest to tzw. wentylacja oscylacyjna wysokiej częstotliwości (ang. HFOV – High Frequency Oscilatory Ventilation), uważana za najłagodniejszą formę wentylacji sztucznej.

Na czym polega wentylacja oscylacyjna?

Zasada działania wentylacji oscylacyjnej wysokiej częstotliwości polega na wytworzeniu w układzie oddechowym ciągłego ciśnienia rozprężającego (ang. CDP – Continuous Distending Pressure), którego wartość jest utrzymywana na stałym poziomie podczas wdechu i wydechu. Jest to możliwe dzięki ciągłemu przepływowi świeżych gazów oddechowych określanemu jako przepływ bazowy. Dostarcza on świeży gaz oddechowy zawierający tlen, wypłukując jednocześnie wydalany z organizmu dwutlenek węgla. Identycznie działają układy oparte na CPAP (ang. Continuous Positive Airway Pressure), gdzie ciągły przepływ w układzie oddechowym zapewnia utrzymanie dodatniego ciśnienia i pozwala na wymianę gazową.

W wentylacji oscylacyjnej ciągłe ciśnienie rozprężające pozwala na otwarcie płuc i utrzymanie takiego stanu podczas wdechu i wydechu. Zjawisko to określa się jako „rekrutacja”, czyli gotowość struktur anatomicznych do wymiany gazowej. Dzięki temu podczas całego cyklu oddechowego możliwe jest  utrzymywanie odpowiedniego ciśnienia rozprężającego CDP powyżej wartości ciśnienia zamykania. Poprzez zwiększenie objętości płuc do wartości bliskiej całkowitej objętości płuc, daje to także zwiększenie powierzchni wymiany gazowej.

Wartość CDP ma decydujący wpływ na utlenowanie płuc. Gdy płuca są „otwarte”, wówczas mieszanina gazów oddechowych wypełniają układ oddechowy jest poddana wibracji dzięki drgającej membranie napędzanej elektromagnesem. Drgająca membrana wytwarza energię kinetyczną, która pozwala cząsteczkom gazów oddechowych dotrzeć do płuc. Gdy membrana porusza się do przodu, wówczas cząsteczki gazów ruszają się w stronę płuc – następuje wówczas aktywny wdech, gdy zaś w drugą stronę – aktywny wydech.

Wentylacja oscylacyjna jest metodą opartą na pulsacyjnym przepływie gazów oddechowych z częstotliwością wyższą niż fizjologiczna oraz objętością mniejszą niż przestrzeń martwa, opartą na aktywnym wdechu i wydechu.

Czym różni się HFOV od HFFI?

Zasada działania wentylacji oscylacyjnej wysokiej częstotliwości (HFOV) znacznie różni się od mechanizmu wentylacji wysokiej częstotliwości z przerywanym przepływem (HFFI – ang. High Frequency Flow Interapter). HFFI jest najczęściej wykorzystywaną opcją oddechową w konwencjonalnych respiratorach. W przypadku wentylacji oscylacyjnej bazowy przepływ gazów jest ciągły, przy HFFI – jest przerywany z wysoką częstotliwością, co tworzy namiastkę drgań. Jednak przerwanie stałego przepływu eliminuje także korzyści z niego wynikające. W metodzie HFFI nie ma aktywnego wydechu, co pociąga za sobą wytworzenie ujemnego ciśnienia wewnątrzpłucnego, które może prowadzić do zapadania się pęcherzyków płucnych.

Wentylacja dyszowa – co to jest?

Kolejną odmianą sztucznej wentylacji z zastosowaniem ponad fizjologicznej częstości oddechów jest HFJV (ang. Heigh Frequency Jest Ventilation), czyli wysokoczęstotliwościowa wentylacja dyszowa. W tej metodzie strumień gazu jest podawany cyklicznie do dróg oddechowych za pomocą dyszy będącej częścią tzw. generatora dyszowego. Strumień gazu jest podawany pod ciśnieniem 100-300 kPa, co powoduje zassanie powietrza do dróg oddechowych. W tej metodzie wartość średniego ciśnienia w drogach oddechowych jest niższa niż w wentylacji klasycznej, co zmniejsza ryzyko barotraumy. Mechanizm wentylacji dyszowej pozwala na generowanie dodatniego ciśnienia końcowo-wydechowego, co zapobiega zapadaniu się pęcherzyków płucnych przy wydechu.