Ventilazione artificiale

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Nasotracheal intubation

La ventilazione artificiale, nota anche come ventilazione meccanica, sostituisce o integra l'attività dei muscoli inspiratori fornendo l'energia necessaria ad assicurare un adeguato volume di gas ai polmoni.

Tipologia[modifica | modifica sorgente]

Si divide in ventilazione assistita permanente e ventilazione assistita temporanea. La prima viene generalmente realizzata mediante un sistema a ventilazione negativa, grazie ad una camera d'aria che circonda il torace, come il cosiddetto polmone d'acciaio, e che viene ritmicamente resa a pressione negativa per permettere l'aspirazione dell'aria nelle vie aeree e nei polmoni. La ventilazione artificiale temporanea si fonda sull'impiego di sistemi a pressione positiva come un ventilatore oppure la ritmica compressione manuale di un serbatorio di aria arricchita in ossigeno come il pallone di Ambu o un cosiddetto va e vieni, collegati alle vie aeree del paziente.

Vista l'anatomia delle vie aeree, che condividono il primo tratto con l'apparato digerente, e le circostanze nelle quali la ventilazione assistita viene impiegata (il paziente presenta solitamente una diminuzione della vigilanza o del grado di coscienza), sono necessarie ulteriori misure per assicurare l'agevole passaggio dell'aria nelle vie aeree ed evitare l'insufflazione di gas nello stomaco ed il conseguente riflesso del vomito, che ha come temibile complicanza l'inalazione di materiale solido o liquido nelle vie aeree e una sindrome da distress respiratorio ab ingestis. Tale tipo di ventilazione viene definita invasiva. Di norma, l'isolamento delle vie aeree ed il collegamento diretto alla sorgente di pressione positiva avviene mediante l'inserimento di una cannula nella laringe attraverso il naso o la bocca, oppure attraverso una tracheotomia. In altri casi è possibile ricorrere a semplici manovre sulle vie aeree oppure alla maschera laringea che è un sostituto del tubo endotracheale. Se il paziente non necessita di protezione delle vie aeree e non vi sono ostacoli al passaggio dell'aria è possibile la ventilazione artificiale non invasiva La ventilazione artificiale è spesso un intervento salva-vita, ma non è privo di complicanze anche gravi come lo pneumotorace, la lesione delle vie aeree o degli alveoli, e la polmonite infettiva.[senza fonte].

Essendo il caposaldo della terapia intensiva, la ventilazione artificiale nel paziente critico e totalmente dipendente dal supporto ventilatorio pone notevoli problemi etici sull'opportunità di ricorrervi in pazienti molto anziani, con malattie terminali o talmente gravi da configurare una forma di accanimento terapeutico.

Storia[modifica | modifica sorgente]

Il medico romano Galeno è stato il primo a descrivere la ventilazione meccanica: "se si prende un animale morto e si insuffla aria nella sua laringe attraverso una cannula, si riempiranno i suoi bronchi e si vedranno i polmoni riempirsi".[1]. Anche Vesalio descrive la ventilazione artificiale realizzata mediante l'inserimento di una cannula nella trachea di animali[2]. Nel 1908 George Poe testò il suo respiratore meccanico su cani in asfissia e rianimanti grazie alla ventilazione artificiale.[3]

Macchine a pressione negativa[modifica | modifica sorgente]

Un polmone d'acciaio
Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Polmone d'acciaio.

Il polmone d'acciaio, conosciuto anche come cisterna di Drinker e Shaw, fu sviluppato nel 1929 e fu una delle prime macchine a pressione negativa per la ventilazione artificiale a lungo termine. Fu poi perfezionato ed utilizzato ampiamente nel ventesimo secolo per le epidemie di poliomielite, che afflissero il pianeta negli anni '40. Si tratta effettivamente di una sorta di cisterna, nella quale il paziente è letteralmente rinchiuso fino al collo, laddove attraverso una guaina di gomma, la testa sporge e le vie aeree vengono messe in diretto contatto con l'aria dell'ambiente.

Mediante un mantice viene generata una depressione all'interno della cisterna, la cassa toracica si espande e si determina una depressione all'interno delle vie aeree del paziente e l'aria ambiente, per differenza di pressione, entra nelle vie aeree e nei polmoni. L'interruzione della funzione del mantice con il ritorno alla posizione di partenza permette lo svuotamento passivo del polmone. Il polmone d'acciaio, quindi, non fa altro che riprodurre la meccanica respiratoria, che si osserva in condizioni normali e che una miopatia o una neuropatia rendono impossibile per l'insufficiente funzione dei muscoli della gabbia toracica. Uno dei grossi problemi e rappresentato dal fatto che anche l'addome si trova nella cisterna e che di conseguenza anch'esso si espande durante l'azione del mantice e crea un sequestro di sangue riducendo il ritorno venoso verso il cuore di destra, situazione particolarmente pericolosa nei pazienti in ipovolemia in cui si può verificare un significativo calo della pressione arteriosa.

Al giorno d'oggi, i sistemi a pressione negativa sono ancora in uso, e per lo più su pazienti con insufficienza della muscolatura della gabbia toracica, come nella poliomielite. Fra i centri di eccellenza si annoverano in Inghilterra il St. Thomas' (nei pressi di Westminster a Londra) ed il John Radcliffe a Oxford.

La macchina in uso è nota come corazza respiratoria, nel caso questa sia composta da una corazza metallica, mentre prende il nome di Polmone a Poncho nel caso sia costituito da materiali più leggeri e la tenuta stagna è garantita da una giacca esterna.
In entrambi i casi viene coinvolta solo la zona toracica, con interessamento delle braccia e delle gambe, lasciando la possibilità di movimento al paziente.

Macchine a pressione positiva[modifica | modifica sorgente]

Ventilatore meccanico

I moderni ventilatori a pressione positiva derivano dai dispositivi utilizzati nella seconda guerra mondiale per assistere la ventilazione in quota dei piloti di aerei militari. Il ventilatore lavora insufflando miscele di gas (normalmente aria e ossigeno) a pressione positiva nelle vie aeree del paziente. L'espirazione è permessa dal ritorno della pressione del ventilatore al livello della pressione atmosferica e dal ritorno elastico dei polmoni e della gabbia toracica. Questo è un esempio di ventilatore utilizzato nei pazienti pediatrici (neonati).

Indicazioni all'utilizzo[modifica | modifica sorgente]

La ventilazione artificiale è indicata negli interventi chirurgici che prevedano la curarizzazione del paziente con conseguente paralisi muscolare e nel momento in cui la respirazione spontanea del paziente non è in grado di mantenere le funzioni vitali.

Le patologie che vengono trattate con la ventilazione artificiale sono:

Sistemi di ventilazione[modifica | modifica sorgente]

La ventilazione può essere effettuata:

  • manualmente:
  • mediante un ventilatore meccanico. I ventilatori meccanici vengono classificati in:
    • ventilatori trasportabili, che sono piccoli, rudimentali ed alimentati penumaticamente oppure mediante corrente elettrica dalla rete oppure da batterie.
    • ventilatori da terapia intensiva. Questi ventilatori sono di maggiori dimensioni e richiedono solietamente l'alimentazione diretta dalla rete elettrica (malgrado tutti abbiano una batteria per permettere il trasporto del paziente all'interno dell'ospedale oppure l'alimentazione temporanea in caso di black out). Questi dispositivi sono anche più complessi e permettono il controllo di più parametri della ventilazione.Inoltre, negli ultimi modelli sono presenti grafici in tempo reale per valutare visivamente l'effetto dei ventilatore sui flussi e le pressioni delle vie aeree.
      • ventilatori per terapia intensiva neonatale. Sono progettati per la ventilazione dei neonati pretermine e presentano una risoluzione maggiore del controllo dei parametri della ventilazione.
    • Ventilatori a pressione positiva. Questi strumenti sono concepiti per la ventilazione non invasiva, anche a domicilio come per il trattamente delle apnee ostruttive.

Modalità di ventilazione[modifica | modifica sorgente]

Ventilazione convenzionale[modifica | modifica sorgente]

Le modalità di ventilazione si classificano in base al controllo dell'atto respiratorio e tradizionalmente in base al modo con il quale viene stabilito quando interrompere l'insufflazione di aria. I tre tipi di ventilazione sono elecati qui sotto ed attualmente, diversamente dal passato, i ventilatori sono in grado di eseguire tutti programmi di ventilazione artificiale.

Interruzione dell'inspirazione[modifica | modifica sorgente]

Le modalità di ventilazione si classificano in base al controllo dell'atto respiratorio e tradizionalmente in base al modo con il quale viene stabilito quando interrompere l'insufflazione di aria. Questo viene stabilito in funzione della pressione o del volume impostati.

  • ventilazione a volume controllato - Un predeterminato tidal volume (Vt), o volume corrente in italiano, viene programmato ed erogato dal respiratore ad ogni atto. Il valore di pressione necessaria per tale atto varia negli atti respiratori ed è determinata dalla resistenza idraulica e dalla compliance del circuito e delle vie aeree del paziente. Se ad esempio il volume corrente viene programmato a 500ml, il ventilatore continuerà ad insufflare aria fino al raggiungimento di tale valore. Al raggiungimento di tale volume d'aria, il ventilatore interromperà l'insufflazione ed aprirà la valvola per consentire la fuoriuscita dell'aria (espirazione).
  • ventilazione a pressione controllata - Una predeterminata pressione di picco inspiratorio, o peak inspiratory pressure in inglese (PIP), viene programmata. Il ventilatore insufflerà aria fino al raggiungimento del valore di pressione impostato. In corrispondenza di tale limiti, il ventilatore interromperà l'insufflazione ed aprirà la valvola per consentire la fuoriuscita dell'aria (espirazione). Con questa modalità sono possibili casi di ipoventilazione e di iperventilazione poiché il volume corrente varia negli atti respiratori.

In diversi modelli sono state combinate le caratteristiche di entrambe le modalità nel tentativo di soddisfare la meglio le esigenze del paziente.
Queste modalità sono a flusso variabile, volume programmato, pressione regolata, a tempo limitato (per esempio, ventilazione a volume controllato con pressione regolata - PRVC). Questo implica che invece di erogare un esatto volume corrente ad ogni atto respiratorio, viene impostato un volume target ed il ventilatore varierà il flusso inspiratorio ad ogni atto per raggiungere il volume target alla pressione di picco più bassa possibile. Il tempo inspiratorio (Ti) limita la durata del ciclo inspiratorio e pertanto il valore del rapporto fra tempo inspiratorio e tempo espiratorio ( rapporto I/E). La modalità a pressione regolata come la PRVC oppure l' Auto-flusso (Draeger) possono essere immaginati come il passaggio da una modalità a volume controllato in una a pressione controllata con il vantaggio di mantenere un maggiore controllo sul volume corrente rispetto ad una modalità puramente a pressione controllata.

Inizio dell'atto respiratorio[modifica | modifica sorgente]

L'altro modo di classificare la ventilazione artificiale meccanica è basata sul modo di stabilire l'inizio dell'insufflazione dell'aria. Ogni modalità di inizio dell'atto respiratorio può essere combinata con uno qualsiasi dei modi di interromperlo.

  • Assist Control(AC). In questa modalità il ventilatore fornisce un atto respiratorio ogni volta che il paziente inizia a respirare. Un allarme può essere impostato per segnalare se il paziente diviene tachipnoico o apnoico.
  • Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation (SIMV). In questa modalità il ventilatore ovvero ventilazione fornisce una ventilazione mista spontanea in AC o ad atti ventilatori programmati. Se il paziente non da inizio ad un atto respiratorio spontaneo il ventilatore eroga un atto respiratorio. La SIMV è frequentemente utilizzata come modalità di ventilazione di passaggio da una totale dipendenza dal ventilatore fino alla rimozione dell'assistenza ventilatoria (weaning). Nella modalità SIMV la ventilazione minuto del paziente di divide in respiro spontaneo e respiro controllato
  • Controlled Mechanical Ventilation(CMV)o ventilazione meccanica controllata. In questa modalità il paziente non presenta atti respiratori spontanei, come nei pazienti sottoposti a curarizzazione.
  • Pressure Support Ventilation(PSV). Quando un paziente tenta di respirare spontaneamente tramite un tubo endotracheale, il circuito fra ventilatore e trachea costituisce un elemento resistivo che impegna la muscolatura respiratoria, e genera un lavoro muscolare supplementare. La modalità PSV è stata concepita per ridurre il lavoro dei muscoli respiratori. Quindi, per esempio, la modalità SIMV può essere combinata con la modalità PSV per permettere atti respiratori supplementari rispetto a quelli programmati con il SIMV. Tuttavia, mentre gli atti respiratori generati dal SIMV hanno volume e picco pressorio programmati, quelli generati tramite PSV si interrompono quanto il flusso inspiratorio raggiunge una determinata percentuale del picco inspiratorio (generalmente il 10-25%). Una nuova generazione di ventilatori permette la programmazione di un valore soglia, adattabile manualmente o automaticamente alle caratteristiche del paziente, in modo da favorire la sincronia respiratoria[4]. Il picco di pressione nel PSV è generalmente programmato per essere inferiore a quello utilizzato nella ventilazione a pieno regime. Oltre che in associazione, il PSV può essere utilizzato anche da solo.
  • Continuous Positive Airway Pressure (CPAP). La somministrazione al paziente di una pressione elevata continua permette un'adeguata ossigenazione, riduce il lavoro respiratorio e il lavoro cardiaco (ad esempio nell'insufficienza cardiaca). L'assenza di cicli di ventilazione obbliga il paziente a iniziare ogni atto respiratorio e la pressione non può superare quella generata dal CPAP. Questa tecnica può essere applicata in modo invasivo tramite intubazione endotracheale o tracheotomia, oppure in modo non invasivo con mascherina o cannula nasale.
  • Positive end-expiratory pressure(PEEP) è funzionalmente simile al CPAP, ma si basa sull'uso di una elevata pressione durante la fase espiratoria del ciclo ventilatorio. Dopo la somministrazione del quantitativo d'aria selezionato sul ventilatore, il paziente espira passivamente. Il volume d'aria che rimane nel polmone dopo una espirazione normale è definita capacità funzionale residua (CFR) ed è determinata soprattutto dal ritorno elastico del polmone e della gabbia toracica. In molte patologie polmonari la CFR è ridotta a causa del collasso alveolare, che determina una minore area di scambio dei gas e uno shunt intrapolmonare, con spreco dell'ossigeno inspirato. La PEEP riduce il lavoro respiratorio basale e aiuta a mantenere una buona CFR.
  • Neurally Adjusted Ventilatory Assist (NAVA). L'assistenza ventilatoria regolata a livello neurale è un innovativo approccio alla ventilazione meccanica basato sull’emissione respiratoria neurale. È un metodo di ventilazione controllata dai segnali del cervello (cioè la stimolazione vagale del diaframma) che accresce l'interazione tra paziente e ventilatore. NAVA è in grado di rilevare l’attività elettrica del diaframma (Edi), il primo segnale respiratorio che può essere captato. La stimolazione elettrica produce la contrazione del diaframma che determina un movimento discendente nella cavità addominale con la creazione di una pressione alveolare negativa e l’ingresso del flusso d'aria. Questo segnale viene prelevato tramite l’inserimento nasogastrico di un catetere provvisto di elettrodi distali e che, interfacciato con il ventilatore, fornisce un’assistenza proporzionale e sincrona agli sforzi respiratori del paziente. Il livello di assistenza corrisponde alla moltiplicazione del segnale. Il segnale Edi è misurato 62,5 volte al secondo. Con NAVA quindi, l'attività elettrica diaframmatica viene catturata, inviata al ventilatore ed utilizzata per aiutare la respirazione. Siccome il ventilatore ed il diaframma lavorano con lo stesso segnale, l'accoppiamento meccanico diaframma-ventilatore è praticamente istantaneo. La tecnologia convenzionale, invece, si limita a rilevare lo sforzo del paziente nella fase finale del processo respiratorio, condizione che, in molteplici casi, potrebbe non soddisfare le esigenze ventilatorie[5].

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Gene L Colice, Historical Perspective on the Development of Mechanical Ventilation in Martin J Tobin (a cura di), Principles & Practice of Mechanical Ventilation, 2ª ed., New York, McGraw-Hill, 2006, ISBN 978-0071447676.
  2. ^ Chamberlain D (2003) "Never quite there: A tale of resuscitation medicine" Clinical Medicine, Journal of the Royal College of Physicians' 3 6:573-577
  3. ^ Smother Small Dog To See it Revived. Successful Demonstration of an Artificial Respiration Machine Cheered in Brooklyn. Women in the Audience, But Most of Those Present Were Physicians. The Dog, Gathered in from the Street, Wagged Its Tail., New York Times, 29 maggio 1908.
    «An audience, composed of about thirty men and three or four women, most of the men being physicians, attended a demonstration of Prof. George Poe's machine for producing artificial respiration in the library of the Kings County Medical Society, at 1,313 Bedford Avenue, Brooklyn, last night, under the auspices of the First Legion of the Red Cross Society.». (scansione)
  4. ^ Expiratory Asynchrony. By Hong-Lin Du and Yoshitsugu Yamada, Respiratory Care Clinics of North America 2005;11:265-280.
  5. ^ Sucre MJ & De Nicola A. Useful of implementation of neurally adjusted ventilatory assist in critically ill patients

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • Sucre MJ & De Nicola A. Titration of analgosedation with neurally adjusted ventilatory assist in the ICU
  • Irwin R, Rippe J, "Procedures and Techniques in Intensive care medicine", 3rd Edition, 2003 Lippincott Williams & Wilkins
  • Tehrani, F. T., “Automatic Control of an Artificial Respirator,” Proceedings of the International Conference of IEEE Engineering in Medicine & Biology Society, Volume 13: 1738-9, November 1991.
  • Tehrani, F. T., Roum, J. H., "Closed-loop Control of Artificial Respiration," Proceedings of WESCON , pp 253–8, October 1996.
  • Tehrani, F. T., "A Dual Automatic Control System for Ventilatory Treatment of Premature Infants," Proceedings of the World Multiconference on systemics, Cybernetics and Informatics (SCI 99), Volume 8:232-6, August 1999.
  • Tehrani, F. T., "The Combined Effects of Closed-Loop Mechanical Ventilation and Automatic Control of Oxygen on Ventilatory Therapy: A Simulation Study," Proceedings of IASTED International Conference on Applied Modelling & Simulation, Volume 1:395-9, September 1999.
  • Tehrani, F. T., "Automatic Control of Mechanical Ventilation and the Inspired Fraction of Oxygen in the Premature Infant: A Simulation Study," Proceedings of the International Conference of IEEE Engineering in Medicine & Biology Society,Volume 21:339, October 1999.
  • Lo, T., Tehrani, F. T., Rogers, M., Lum, M., Malinowski, T., Afuwape, S., Terry, M., Grundl, B., “A Dual Closed-Loop Controller for Mechanical Ventilation,” American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine, Volume 165: A376, April 2002.
  • Tehrani, F. T., Rogers, M., Lo, T., Malinowski, T., Afuwape, S., Lum, M., Grundl, B., Terry, M., “A Dual Closed-Loop Control System for Mechanical Ventilation,” Journal of Clinical Monitoring and Computing, Volume 18, No. 2: 111-29, April 2004.
  • Tehrani, F. T., “The origin of adaptive support ventilation,” the International Journal of Artificial Organs, Volume 28, No. 10: 1051-2, 2005.
  • Tehrani, F. T., “A New Decision Support System for Mechanical Ventilation,” Proceedings of the International Conference of IEEE Engineering in Medicine & Biology Society, Volume 29: 3569-3572, August 2007.
  • Tehrani, F. T., Roum, J. H., “FLEX: A New Computerized System for Mechanical Ventilation,” Journal of Clinical Monitoring and Computing, Volume 22: 121- 130, 2008.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Collegamenti esterni[modifica | modifica sorgente]