Artificial lung ventilation

''This article discusses the general use of UPV in intensive care. Other articles related to the topic: Úvod do umělé plicní ventilace • Umělá plicní ventilace (neonatologie) • Umělá plicní ventilace/SŠ (sestra).''

náhled|Pacient na UPV na oddělení intenzivní péče

Artificial pulmonary ventilation (UPV) is a method of breathing in which the flow of gases through the respiratory system is fully or partially ensured by a mechanical device. UPV is used short-term or long-term in situations where it is necessary to support the respiratory system of patients who have developed a serious ventilation or oxygenation disorder or are at risk of developing this disorder  . UPV can be conducted in a non-invasive way, which uses different masks, or in an invasive way, for the use of which you need an adequate securing the airway for example, by means of endotracheal intubation or tracheostomie.

Indication
náhled|Neinvazivní přetlaková plicní ventilace (NPPV, NIV) UPV should be considered if there are clinical or laboratory signs of inadequate oxygenace or ventilace. Consideration of UPV must take into account the overall condition of the patient and is very individual. We evaluate the nature of the underlying disease, prognosis, risks and response to conservative therapy. Therefore, the indication criteria differ in different sources.

! prof. Ševčík !! prof. Hall
 * PaO2 < 70 mmHg při FiO2 > 0,4 || SaO2 < 90 % při FiO2 > 0,60
 * DF > 35/min || DF > 30/min
 * PaCO2 > 55 mmHg || PaCO2 > 50 mmHg
 * apnoe || pH < 7,25
 * }
 * PaCO2 > 55 mmHg || PaCO2 > 50 mmHg
 * apnoe || pH < 7,25
 * }
 * }
 * }

Specifickou skupinou indikací je ochrana před rizikem aspirace u pacientů s alterací vědomí (předávkování, kraniotrauma) nebo stavem zvyšujícím riziko aspirace stran GIT (krvácení z jícnových varixů).

UPV je také indikována při farmakologicky indukované dechové nedostatečnosti, především v rámci vedení celkové anestezie (společně s ochranou dýchacích cest při poruše vědomí).

Cíle ventilační terapie
Konference ACCP v roce 1993 rozdělila cíle UPV na fyziologické a klinické následujícím způsobem.
 * Mezi fyziologické cíle patří:
 * manipulace s výměnou plynů v plicích,
 * podpora ventilace alveolů (manipulace s PaCO2 a pH),
 * podpora arteriální oxygenace (manipulace s PaO2, saturací arteriální krve kyslíkem),
 * ovlivnění plicních objemů,
 * zvýšení objemu plic na konci inspiria nebo udržení funkční reziduální kapacity,
 * snížení dechové práce,
 * synergie s prací dýchacích svalů.
 * Mezi hlavní klinické cíle patří:
 * zvrat hypoxémie,
 * zvrat akutní respirační acidózy,
 * zvrat dechové tísně.

U některých pacientů mohou být vytyčeny další cíle UPV. Zvláštním případem využití UPV je vedení inhalační anestezie.

Typy UPV
UPV dělíme podle mechanismu průtoku plynů na následující 4 skupiny: Jedná se o nejrozšířenější typ UPV, tzv. „konvenční ventilace“, používáme dechové frekvence blízké fyziologickým a velikost dechového objemu větší než velikost mrtvého prostoru. Velikost potřebného tlaku je určována požadovanými průtoky, poddajností hrudníku a plic, rezistencí ventilačního okruhu a velikostí endexspiračního alveolárního tlaku.
 * Ventilace přetlakem,

náhled|Ventilace podtlakem Tzv. železné plíce byly dříve používané častěji, dnes mají omezené indikace, například u pacientů s neuromuskulárními poruchami, vyhneme se tím riziku komplikací spojených se zajištěním dýchacích cest.
 * ventilace podtlakem,

Využívá frekvence okolo 150 dechů za minutu, přičemž vzduch je naháněn do zúženého místa okruhu (trysky). To zvyšuje rychlost proudění vzduchu, který se tak dostane až do alveolů. Umožňuje tak udržet efektivní ventilaci i při otevřených dýchacích cestách, například v hrudní chirurgii pro výkony na průdušnici, u ventilací při bronchopleurální fistule či při bronchoskopiích v celkové anestezii.
 * trysková ventilace,

Využívá vyšších frekvencí (3 až 15 Hz) a velmi malých objemů, což umožňuje udržování prakticky konstantního tlaku v alveolech. Používá se například při UPV v neonatologii při homogenním plicním poškození. U dospělých pacientů může být použita při terapii ARDS, nikoliv však jako terapie první volby.
 * oscilační ventilace.

Metody tryskové a oscilační ventilace využívají velmi nízkých ventilačních objemů a vysokých dechových frekvencí, čímž snižují riziko barotraumatu plic. Společně se tak řadí do skupiny takzvaných vysokofrekvenčních ventilací – HFV.

Mechanismus konvenční UPV
Dechy, které jsou přítomné při UPV, dělíme na 4 základní typy: dech řízený (dech plně řízený ventilátorem), asistovaný (dech je iniciován pacientem, ale jeho další průběh je plně řízen ventilátorem), podporovaný (ventilátor zvyšuje inspirační průtok u dechu jinak řízeného pacientem) a nepodporovaný. Průběh jednoho ventilačního cyklu dělíme následujícím způsobem podle směru pohybu plynů respiračním systémem.

Dechový cyklus

 * 1) Inspirační fáze:
 * 2) * Iniciace – signál pro začátek cyklu.
 * 3) ** Nastavený čas (při nastavené dechové frekvenci 15/min se ventilátor spustí jednou za 4 vteřiny)
 * 4) ** Změna tlaku v okruhu nebo změna průtoku plynů (snahou pacienta). Při triggerování (spouštění) dle změny tlaku také záleží na refrakterní schopnosti plic ovlivňující rychlost exspiria – nádech je spuštěn až v momentě, kdy tlak v plicích poklesne při výdechu pod stanovenou mez. Na ventilátoru lze v případě triggerování snahou pacienta nastavit požadovaná míra citlivosti.
 * 5) * Limitace – hodnota tlaku nebo dechového objemu, po které se inspirační fáze ukončí.
 * 6) * U řízeného dechu je nejprve třeba zvýšit tlak v místě vstupu do dýchacích cest pro dosažení dostatečné hodnoty tzv. „natlakováním“, tedy dosažení alveolárního tlaku, další zvýšení tlaku v okruhu vede k průtoku vzduchu do plic.
 * 7) Inspirační pauza: Napomáhá zástavou řízeného pohybu plynů dostatečné redistribuci v dýchacích cestách.
 * 8) Exspirační fáze: Ventilátor nepracuje, pacient vydechuje pasivně, nebo s účastí exspiračního svalstva.
 * 9) * Jedním ze základních nastavení ventilátoru je poměr inspiria k exspiriu (I:E), které umožňuje regulaci například prodloužením exspiria při obstrukčních poruchách (asthma bronchiale).
 * 10) Exspirační pauza: Tato fáze je ohraničena koncem proudu vzduchu při exspiriu a iniciací nového cyklu v inspirační fázi.

Klasifikace ventilačních režimů
náhled|Souvislost tlaku v systému a průtoku plynů okruhem UPV Ventilační režimy lze klasifikovat podle více kritérií. Dle synchronizace s dechem pacienta je dělíme na synchronní (dechy jsou iniciované úsilím pacienta, většina režimů dospělé UPV) a asynchronní (nejčastěji používané v neonatologii). Dále lze klasifikovat režimy dle stupně dechové podpory, která se může pohybovat od pouhé tlakové podpory spontánního dechu až po ventilaci plně řízenou přístrojem bez spontánní aktivity pacienta.

Ventilační režimy obvykle dělíme následovně:
 * režimy s nastavenou velikostí dechového objemu (tzv. objemově řízené či objemem limitované),
 * tyto režimy jsou vhodné, pokud je hlavním cílem UPV konstantní velikost minutové ventilace, tedy nejčastěji kontrola PCO2,
 * VCV (A/CMV, volume-controled ventilation) – všechny dechy mají identický fixní nastavený dechový objem a jsou buď iniciovány ventilátorem po určitém čase, nebo vlastním úsilím pacienta (tlak/průtok),
 * často používaný počáteční režim, obzvlášť v anestezii, pro jistotu dostatečných dechových objemů a ulehčení dechové práce pacienta,
 * SIMV (synchronized intermittent mandatory ventilation) – k ventilátorem řízeným dechům s fixním objemem pacient může přidat vlastní dech nekontrolovaný ventilátorem, s větším či menším objemem,
 * režimy s variabilní velikostí dechového objemu (tzv. tlakově řízené či tlakem limitované),
 * výhodou těchto režimů je „autoregulace“ reakcí na změny tlaků v dýchacím systému pacienta,
 * PCV (PC A/CV, pressure-controlled ventilation) – všechny dechy (iniciované pacientem nebo ventilátorem) vedou ke zvýšení tlaku v okruhu na nastavenou hodnotu, což vede k dechovému objemu závislému na poddajnosti plicní tkáně,
 * PC SIMV – dechy řízené ventilátorem jako při PCV, pacient může přidat vlastní dechy s vlastním objemem,
 * tlakově podporovaná ventilace (PSV – pressure support ventilation, na některých ventilátorech označována SPONT) – UPV dodává tlakovou podporu zvyšující průtok plynů při nádechu, počátek dechu a výsledný dechový objem závisí na vlastním úsilí pacienta,
 * SIMV s tlakovou podporou – k vlastním dechům přítomným při obou typech SIMV lze přidat tlakovou podporu jako při PSV,
 * BiPAP (biphasic positive airway pressure, DuoPAP) – pacient ventiluje při kontinuálním pozitivním tlaku v dýchacích cestách (CPAP), ventilátor však střídá vyšší a nižší úroveň tlaku pro nádech a výdech synchronizovaně s případným dechovým úsilím pacienta. Režim umožňuje plynulý přechod mezi spontánním dechem při pozitivním tlaku (jako PSV) a řízeným režimem podobným PCV.
 *  Tlakové vs Objemové
 * Není rozdíl v mortalitě, oxygenaci nebo dechové práci.
 * Výhodou tlakově řízených je dosažení nižších vrcholových tlaků, homogennější distribuce plynů, lepší synchronizace pacienta s ventilátorem a rychlejší odvyknutí od ventilátoru.
 * Výhodou objemově řízených je garance konstantního dechového objemu a tedy minutové ventilace.
 * Nové ventilační režimy
 * Vzhledem k rozšíření mikroprocesorů umožňují dnešní ventilátory použití různých složitějších ventilačních systémů. Ty umožňují například garanci určitého dechového objemu při fyziologičtějším tlakovém průběhu dechu než u klasického VCV díky automatizovanému proměřování compliance plic. Na rozdíl od předchozích modelů, které se obvykle vyskytují u všech ventilačních přístrojů, nové ventilační režimy bývají specifické pro určitého výrobce. Patří mezi ně režimy jako ASV, PRVC nebo PAV.

PEEP
Zkratka PEEP značí positive end exspiration pressure, tedy pozitivní tlak na konci exspiria. Jeho zařazení do ventilačního režimu je dnes jednou ze základních součástí UPV pro několik pozitivních účinků. Zvyšuje FRC (funkční reziduální kapacitu) plic, čímž snižuje riziko kompresivních atelektáz. Dále omezuje poškození plic střižnými silami vznikajícími při opakovaném kolapsu a provzdšnění alveolů při použití ventilace s vysokým vrcholovým tlakem, ale nízkou hodnotou PEEP. U pacientů s výraznou poruchou rovnoměrné distribuce dýchacích plynů (např. CHOPN) zvyšuje homogenitu distribuce. Použití PEEP u pacientů, u kterých dochází v průběhu dýchacího cyklu k omezení průtoku (kolapsu) dýcacích cest, způsobí jejich zpevněním na konci exspiria usnadnění počátku inspiria.

Obvykle používané hodnoty se pohybují v rozmezí 3–5 cm H2O u preventivního použití, avšak u závažného ARDS se můžou hodnoty pohybovat až mezi 15–20 cm H2O.

Použití PEEP nemá žádné absolutní kontraindikace, ovšem mělo by se užívat obzvláště při vysokých hodnotách s opatrností u pacientů s nitrolebním onemocněním, unilaterálním fokálním plicním procesem, hypotenzí, hypovolemií či bronchopleurální fistulí.

Intrinsický PEEP
Intrinsický PEEP, také auto-PEEP je důsledkem nedostatečného výdechu a následného progresivního air-trappingu (zadržování vzduchu v plicích). Příčinou může být příliš vysoká minutová ventilace, exspirační odpor (zalomená intubační kanyla), obstrukční onemocnění (asthma). Zvyšuje riziko barotraumatu či hypotenze. Léčba spočívá především v úpravě vyvolávajícího stavu.

Přehled základních parametrů nastavení UPV

 * Ventilační režim
 * VT (TV) – objem jednoho dechu (obvykle cca 7 ml/kg ideální váhy)
 * PEEP – standardně 3–5 cm H2O
 * FiO2 – frakce vdechovaného kyslíku, minimálně 0,3 (30 %)
 * Dechová frekvence (RR, f) – normálně 10–14/min
 * Pplateau, Psupport, Phigh, Pinsp, PIP, ... – tlaky regulující průběh tlakově řízených dechů v různých ventilačních režimech, nastavují se dle compliance plic tak, aby vedly k adekvátním dechovým objemům s minimálním rizikem poškození plic barotraumatem
 * I:E – poměr nádechu k výdechu – normálně 1:2, asthma cca 1:4, ARDS 2:1
 * Trigger – citlivost senzorů zachycujících vlastní úsilí pacienta se nadechnout – obvykle cca -2 cm H2O nebo průtok 2 L/min

Nežádoucí účinky a komplikace UPV
náhled|Endotracheální kanyla Nežádoucí účinky můžeme dělit na plicní a mimoplicní. Dále podle původu NÚ dělíme na důsledky zajištění dýchacích cest, důsledky samotné UPV a důsledky imobility a s ní spojených problémů. S UPV souvisí také vyšší riziko infekčních komplikací v důsledku zhoršení funkce mukociliárního transportu při zajištění DC, použití sedativních farmak i samotné ventilace přetlakem.

Přítomnost endotracheální kanyly způsobuje zvýšené riziko:
 * sinusitid (bez velké klinické významnosti),
 * ventilátorových pneumonií,
 * tracheálních stenóz,
 * poškození hlasivek,
 * velmi zřídka tracheo-ezofageální nebo tracheo-vaskulární fistuly.

Komplikace mechanické ventilace zahrnují:
 * pneumothorax (v kombinaci s akutní hypotenzí, tachykardií či náhlým zvýšením maximálního inspiračního tlaku je třeba myslet na akutní vznik tenzního pneumothoraxu),
 * toxicitu kyslíku,
 * snížení exkrece moči,
 * ovlivnění jaterních a gastrointestinálních funkcí,
 * snížení venózního návratu a afterloadu tlakovými změnami, může vést k hypotenzi,
 * VALI (ventilator-associated lung injury – poškození plic asociované s UPV).

VALI je obecný pojem popisující poškození plic při UPV. (Některé zdroje používají spíše termín VILI – ventilator-induced lung injury. Definice se různí, někde se termíny volně zaměňují, jinde je považováno VILI za „proces“ a VALI za „výsledek“ ) To je způsobeno třemi hlavními mechanismy: strukturální disrupce, dysfunkce surfaktantu a „biotrauma“ (poškození způsobené zánětlivou reakcí). Morfologicky patří do této skupiny „klasické barotrauma“, tedy přítomnost vzduchu mimo alveolární prostor (emfyzém, pneumothorax, vzduchová embolie, ...) i další poškození plic (plicní edém, alveolární destrukce nebo následky dlouhodobé přetlakové ventilace jako pseudocysty nebo bronchodysplazie).

Nejvýznamnější prevencí nežádoucích účinků UPV je omezení délky jejího trvání a co nejčasnější dekanylace. Dalším způsobem prevence NÚ je elevace hlavy, rutinní otáčení pacienta, zajištění dostatečné výživy nazogastrickou sondou nebo podání profylaktické farmakoterapie (antitrombotika, H2 antihistaminika).

Ukončení umělé plicní ventilace, odvykání, dlouhodobá UPV
Vzhledem k výskytu četných nežádoucích účinků umělé plicní ventilace je snaha dobu užití minimalizovat. Nejčastěji je pro tento proces používán termín weaning, tedy odvykání, čímž se zdůrazňuje postupný charakter tohoto procesu. V novějších publikacích se však častěji používá termín discontinuation, tedy ukončení, preferující rychlejší ukončení terapie. Vhodný čas ukončení UPV je důležitý pro prognózu pacienta – příliš časné ukončení může vést ke svalové únavě a nedostatečné výměně dýchacích plynů (až nutnosti obnovení UPV), na druhou stranu příliš pozdní ukončení zvyšuje rizika poškození pacienta spojená s UPV.

Pro zahájení weaningu je třeba, aby byl pacient oběhově stabilní, vykazoval dobré hodnoty respiračních funkcí a dechové aktivity, měl zachované reflexy dýchacích cest a nebyly přítomny jiné stavy kontraindikující ukončení terapie (závažná anémie, febrilní stav). Před odpojením ventilátoru, případně extubací, je třeba zkontrolovat schopnost pacienta spontánně ventilovat s minimální nebo žádnou podporou ventilátoru. Extubace u pacientů uměle ventilovaných méně než 24 hodin může být provedena již po 15 minutách spontánní ventilace, u pacientů intubovaných déle je třeba prodloužit tento interval. Vždy je však potřeba mít připravené pomůcky pro opětovnou intubaci a pokračování v UPV. Pacient po ukončení UPV musí být dále monitorován.

Pacienti, kteří jsou indikování k déletrvající UPV, jsou časně převedeni na tracheostomii.

Související články

 * Zajištění dýchacích cest
 * Umělá plicní ventilace (neonatologie)
 * Tracheostomie
 * Endotracheální intubace

Externí odkazy

 * Stránky Americké Asociace Hrudních Lékařů
 * Výukový portál společnosti Hamilton, výrobce ventilačních přístrojů
 * Výukový portál společnosti Hamilton, výrobce ventilačních přístrojů