Efficacia e sicurezza di un protocollo di reclutamento polmonare nei bambini con danno polmonare acuto (Recruitment)

I. Introduzione A. Contesto Le unità polmonari che partecipano allo scambio gassoso sono note come polmone "reclutato". I pazienti con lesioni polmonari soffrono di una percentuale di unità che non partecipano allo scambio di gas (cioè lo stato di abbandono), a volte con conseguente alterazione dello scambio di gas. Il dereclutamento degli alveoli può anche causare shunt intrapolmonare e peggiorare il danno polmonare attraverso l'atelectotrauma7. Gli esiti nella sindrome da distress respiratorio acuto sono migliorati in modo significativo È proprio vero? da quando i medici hanno iniziato a impiegare strategie di protezione polmonare, tra cui la ventilazione a basso volume corrente e l'ipercapnea permissiva8, 9. Tuttavia, è stato riconosciuto che la ventilazione a basso volume corrente riduce il volume polmonare reclutato, un fenomeno che persiste nonostante la strategia aggressiva della pressione positiva di fine espirazione (PEEP) impiegata negli studi ARDSNet4. L'atelettasia associata alla ventilazione a basso volume corrente viene alleviata attraverso l'uso dei cosiddetti respiri di segno, o respiri di reclutamento10. Inoltre, la proporzione di polmone che rimane nello stato di abbandono può contribuire alla morbilità e alla mortalità associate alla sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS)11. Negli adulti sono state utilizzate diverse strategie per reclutare il polmone: inflazione sostenuta (SI) e strategia di reclutamento massimale. Il cosiddetto approccio a polmone aperto (OLA) include un SI seguito dall'impostazione della PEEP al punto di flessione inferiore misurato della curva PV. Un approccio alternativo all'impostazione della PEEP è una titolazione PEEP decrementale, che include l'abbassamento sequenziale della PEEP finché non si verifica un decremento predeterminato di PaO2 o SaO2. Sono stati studiati tutti gli studi che non hanno incluso una strategia per mantenere il reclutamento polmonare dopo una manovra di reclutamento.

L'impatto del reclutamento polmonare nel decorso a lungo termine dell'ARDS non è ancora chiaro. È chiaro che il reclutamento polmonare è più efficace nelle prime fasi dell'ALI/ARDS. Grasso et al. hanno dimostrato che i pazienti che hanno ricevuto una manovra di reclutamento al giorno 1±0,3 di ARDS potevano essere reclutati, rispetto ai pazienti reclutati al giorno 7±1. Allo stesso modo, Gattinoni et al.11 e Crotti et al.5 hanno riscontrato un reclutamento limitato nei pazienti che erano a buon punto nel corso dell'ARDS. Borges et al,6 Tugrul et al,12 e Girgis et al hanno reclutato tutti i pazienti all'inizio del corso dell'ARDS e ciascuno ha riscontrato un marcato reclutamento polmonare, in media, in tutti i pazienti studiati. Ciascuno di questi studiati ha dimostrato la capacità di migliorare la saturazione di ossigeno e (a volte studiato) il volume polmonare di fine espirazione. Sebbene nessuno studio abbia esaminato l'effetto di questo cambiamento sulla morbilità o sulla mortalità, nei bambini l'ipossiemia è nota per essere una causa comune di morbilità. È importante sottolineare che nei bambini, il trattamento dell'ipossia spesso determina l'aumento delle impostazioni del ventilatore, l'uso della ventilazione oscillatoria ad alta frequenza (HFOV) o l'uso dell'ossigenazione extracorporea a membrana (ECMO). Il reclutamento precoce nei bambini con ALI/ARDS può prevenire la necessità di intensificare le cure verso queste terapie più invasive e rischiose.

Attualmente, non esistono linee guida di pratica clinica o standard di cura per quanto riguarda le strategie di reclutamento polmonare per i bambini con danno polmonare. Ad oggi, non sono stati condotti studi sui bambini che documentino l'efficacia o la sicurezza di una qualsiasi delle strategie utilizzate in terapia intensiva. Lo scopo principale di questo studio è dimostrare l'efficacia e la sicurezza dell'inflazione sostenuta e delle manovre di reclutamento massimo nei bambini con danno polmonare.

B. Manovre di reclutamento polmonare

1. Inflazioni sostenute (SI) Le inflazioni sostenute (SI) sono comunemente utilizzate nell'unità di terapia intensiva come manovra di reclutamento. In SI, al paziente viene somministrato un respiro prolungato a pressione positiva (di solito tra 30 e 45 cm H2O) della durata compresa tra 15 e 40 secondi. Clinicamente, questa manovra viene applicata a seguito di un dereclutamento, come l'aspirazione, o quando il paziente presenta ipossiemia. Questa strategia è attualmente impiegata nell'unità di terapia intensiva medico-chirurgica del Children's Hospital Boston in alcuni pazienti con lesioni polmonari, sebbene non vi siano prove pubblicate della sua sicurezza o efficacia nei bambini. Potremmo mettere i 3 studi SI nei neonati prematuri che usano 20-40 cmH20 seguiti da CPAP? 1 era uno studio sui conigli. Gli studi descritti di seguito riguardano le manovre di reclutamento a inflazione sostenuta.

   1. Tugrul, et al.12 hanno studiato l'effetto dell'IS in 24 adulti con ARDS. SI includeva 45 cm H2O per 30 secondi, seguiti da una titolazione PEEP decrementale da 20 cm H2O in giù, titolando fino alla saturazione. Il rapporto P/F è aumentato >200 in 11/24 pazienti, che persisteva a 6 ore dopo la manovra in 9/24 pazienti. Barotrauma non è stato osservato in nessun paziente.
   2. Richard, et al. hanno studiato4 l'effetto di SI (45 cm H2O per 15 secondi) in 10 adulti con ARDS ventilati con una strategia a basso volume corrente. La manovra ha indotto un aumento significativo dei volumi polmonari reclutati (175±108 ml prima della manovra contro 254±137 ml dopo la manovra). Questo miglioramento è stato associato ad un aumento della saturazione di ossigeno arterioso. Non è stata segnalata alcuna sostenibilità del reclutamento, né effetti negativi.
   3. Lapinski, et al.13 hanno studiato la sicurezza e l'efficacia della manovra SI in 14 adulti con ARDS. La pressione utilizzata nella manovra era il minore tra 45 cm H2O o la pressione di plateau utilizzata in respiri di volume corrente di 12 ml/kg; la manovra è stata trattenuta per 20 secondi. La saturazione di ossigeno è aumentata da 86,9 ± 5,5 a 94,3 ± 2,3% in 10 minuti, che è stata mantenuta a 4 ore in 10/14 pazienti. I quattro in cui la saturazione è diminuita avevano livelli di PEEP inferiori a 10 cm H2O. La pressione arteriosa sistolica è diminuita durante i 20 secondi di gonfiaggio in alcuni pazienti, variazione media di 6,9 mm Hg, che si è invertita rapidamente dopo il rilascio della manovra in tutti i pazienti. Nessun barotrauma è stato notato in nessun paziente al follow-up di 24 ore.
   4. Pelosi, et al.10 hanno studiato l'effetto di tre respiri "sospiro" consecutivi (uno con una pressione di plateau di 45 cm H2O ma di durata normale) in 10 adulti con ARDS. Dopo 1 ora di 3 atti respiratori al minuto, il volume polmonare di fine espirazione (misurato mediante diluizione di He) è aumentato da 1,49±0,58 a 1,91±0,67 L, e un aumento della PaO2 da 92,8±18,6 a 137,6±23,9 mm Hg, rispetto alle stesse impostazioni del ventilatore senza respiri di sospiro. Anche l'elastanza polmonare e la ventilazione sono aumentate. Non sono stati osservati effetti avversi.
   5. Toth et al hanno studiato i cambiamenti cardiaci e respiratori che si verificano in SI (40 cm H2O per 40 secondi) in 18 adulti con ARDS. La PaO2 è aumentata dalla manovra pre-reclutamento a quella successiva al periodo di follow-up di 60 minuti (203±108 vs. 322±101 mm Hg, p < 0,001). L'indice cardiaco (CI) e il volume ematico intratoracico (ITBV) sono diminuiti dopo la manovra di reclutamento (CI, 3,90±1,04 contro 3,62 ± 0,91 L/min/m2, p < 0,05; ITBVI, 832±205 vs. 795±188 mL/m2, p < 0,05). Non c'era alcuna correlazione con CI e pressione arteriosa media e non si sono verificati cambiamenti significativi nella pressione arteriosa media.
   6. In forse il più grande studio sulle insufflazioni sostenute nell'era della ventilazione protettiva, Meade, et al.14 hanno studiato 983 adulti con ARDS utilizzando strategie di protezione polmonare (volumi correnti 6 mL/kg) in entrambi i gruppi. Il gruppo sperimentale ha utilizzato manovre di reclutamento SI (40 cm H2O per 40 secondi), livelli più elevati di PEEP (14,6 ± 3,4 nel cosiddetto gruppo "ventilazione polmonare aperta" rispetto a 9,8 ± 2,7 nel gruppo di controllo) e pressioni di plateau più elevate ( 30,2±6,3 contro 24,9±5,1 cm H2O) rispetto al gruppo di controllo, che non ha utilizzato manovre di reclutamento. Mentre non vi era alcuna differenza nella mortalità per tutte le cause, il gruppo sperimentale aveva tassi più bassi di ipossiemia refrattaria (4,6% vs 10,2%; RR, 0,54), morte con ipossiemia refrattaria (4,2% vs 8,9%; RR, 0,56) e meno uso frequente di terapie intensificate (definite come ventilazione ad alta frequenza, ossido nitrico inalato, ventilazione a getto o supporto extracorporeo) (5,1% vs 9,3%; RR, 0,6). Ciò dà credito all'idea che un reclutamento efficace di bambini nelle prime fasi del danno polmonare acuto possa evitare l'escalation della terapia e ridurre la mortalità dovuta a grave ipossia.

2. Manovra di reclutamento della ventilazione a pressione controllata (PCV) Contrariamente a un SI, anche la ventilazione di pazienti con pressioni di plateau aumentate e livelli di PEEP aumentati è stata utilizzata come manovra di reclutamento. In questo caso, il paziente viene temporaneamente sottoposto a pressioni del ventilatore più elevate rispetto a quelle che verrebbero utilizzate per ventilare altrimenti un paziente. Una combinazione di PEEP e pressioni di plateau aiuta a reclutare gli alveoli atelettasici. La ventilazione a pressione controllata è la modalità di scelta in tali pazienti perché in essa viene impostata la pressione di plateau, e quindi mantenuta costante (a differenza della ventilazione a volume controllato). Pertanto, viene erogata una pressione di plateau nota (che partecipa al reclutamento polmonare). Di seguito sono riportati gli studi salienti che utilizzano una manovra di reclutamento del PCV. ? Athanasios "manovra TLC" nei bambini anestetizzati? Piccolo studio sul trattamento dell'atelettisi intraoperatoria.

   1. Borges, Amato et al.6 hanno condotto fino ad oggi lo studio più convincente e completo della manovra di reclutamento massimale. In esso, hanno studiato 26 adulti all'inizio del corso di ARDS confrontando l'approccio a polmone aperto (incluso SI di 40 cm H2O per 40 secondi, seguito da PEEP impostato a Pflex + 2 cm H2O, descritto di seguito) con la strategia di reclutamento massimale, eseguita in sequenza. Il reclutamento massimo è stato definito come una PaO2 più PaCO2 superiore a 400 mm Hg, indicativa di shunt intrapolmonare minimo. La strategia includeva una ventilazione a pressione controllata di 15 cm H2O, con PEEP aumentata con incrementi di 5 cm H2O ogni 5 minuti (PEEP massima 45 cm H2O) fino al raggiungimento del reclutamento massimo. Il reclutamento massimo è stato raggiunto in 24/26 pazienti, due terzi dei quali sono stati raggiunti da una PEEP di 30 cm H2O. Utilizzando una titolazione PEEP per mantenere il reclutamento polmonare (vedi sotto), la PaO2 è rimasta superiore a 400 (polmoni completamente reclutati) in tutti i pazienti a 6 ore. La procedura è stata tollerata emodinamicamente in tutti i pazienti e l'incidenza a lungo termine di barotrauma nei pazienti dello studio (7,7%) è stata inferiore all'incidenza riconosciuta negli studi ARDSNet (10-11%)8.
   2. Crotti, et al5 hanno studiato cinque adulti con ALI/ARDS con diverse pressioni plauteau (10, 15, 20, 30, 35, 40, 45 cm H2O) e livelli di PEEP (5, 10, 15, 20 cm H2O). L'imaging TC toracico di fine inspirazione e di fine espirazione è stato ottenuto con ciascuna combinazione di pressione di plateau e PEEP. La percentuale di polmone reclutato (come determinato radiograficamente) è aumentata in modo quasi lineare con l'aumento delle pressioni di plateau (Figura 1). La massima frequenza di apertura si è verificata a 20 cm H2O, suggerendo che pressioni di plateau superiori a 20 cm H2O sarebbero più vantaggiose nel reclutamento polmonare. Non sono state studiate misure di scambio di gas o eventi avversi.
   3. Foti, et al.15 hanno confrontato i cambiamenti nell'ossigenazione e nei volumi polmonari di fine espirazione all'aumento dei livelli di PEEP con ventilazione a volume controllato sovrapposta rispetto a una manovra di insufflazione sostenuta in 15 adulti con ARDS. Sebbene il reclutamento fosse variabile (a causa dell'uso di VCV, quindi pressioni di plateau variabili), ha scoperto che l'aumento massimo dell'ossigenazione si verificava a livelli elevati e sostenuti di PEEP (media 16 cm H2O per 30 minuti) rispetto a manovre di reclutamento di 30 secondi e basso PEEP (media di 9 cm H2O). Il protocollo PEEP/plateau non è stato associato ad alcuna alterazione emodinamica, come con la manovra di gonfiaggio sostenuto.
   4. Villagra, et al, ha studiato una manovra di reclutamento utilizzando 2 minuti di ventilazione utilizzando la ventilazione a pressione controllata (PCV) in 18 adulti con ARDS precoce. Per il RM, la PEEP è stata impostata 3 cm H2O al di sopra del punto di flesso superiore della curva PV e le pressioni di picco sono state impostate a 50. È importante sottolineare che le pressioni di picco RM non differivano significativamente dalla ventilazione basale (43,6±7,6 pre-RM, 47±4,5 durante RM e 42,8±7,1 cm H2O post-RM), sebbene la PEEP si (14±1,3 pre-RM rispetto a 30±4,9 cm H2O). I ricercatori non hanno trovato una differenza significativa nella PaO2 dopo la manovra di reclutamento (127±63 pre-RM, 162±108 durante e 149±85 cm H2O post-RM). Questa scoperta implica diversi risultati importanti per quanto riguarda il reclutamento polmonare. In primo luogo, la pressione di picco rappresenta un determinante significativo nel reclutamento polmonare. Al contrario, Borges et al. sono stati in grado di reclutare completamente tutti i 18 pazienti con ARDS utilizzando pressioni di guida che differivano significativamente dal pre-RM nella fase di reclutamento massimale (50-60 cm H2O durante il reclutamento rispetto a 30 cm H2O al basale). Inoltre, la manovra di reclutamento utilizzata qui era di soli 2 minuti, rispetto alla titolazione incrementale utilizzata da Borges che durava 4 minuti in ogni fase. Sebbene non studiata in modo sistematico, la mancanza di miglioramenti significativi nella PaO2 post-RM riscontrata in questo studio suggerisce che il reclutamento utilizzando il PCV può essere una funzione del tempo e delle pressioni di picco utilizzate nella RM.
   5. Medoff,3 et al. hanno presentato un singolo paziente con ipossiemia refrattaria. La gestione includeva ripetute inflazioni sostenute con PEEP impostata appena al di sopra di Pflex in base alla curva PV. È stata eseguita una manovra di reclutamento comprendente 20 cm H2O di PEEP e 40 cm H2O di pressione di distensione per 2 minuti. Il paziente ha mostrato un netto miglioramento dell'ossigenazione e un reclutamento quasi completo del polmone mediante TAC (vedere Figura 2).
   6. Mentre tutti gli studi summenzionati hanno ottenuto un reclutamento di successo, Gattinoni, et al. Le manovre di reclutamento includevano ventilazione a pressione controllata con pressione di picco di 45 cm H2O, PEEP di 5 cm H2O e frequenza respiratoria di 10. I livelli di PEEP sono stati successivamente applicati in ordine casuale, tra 5 e 15 cm H2O. Ha scoperto che i pazienti dello studio avevano solo il 13 ± 11% di polmone reclutabile mediante TAC. Tra tutti i pazienti, ha scoperto che il 24% del tessuto polmonare non era reclutabile, anche a pressioni delle vie aeree di 45 cm H2O. Non sono stati misurati marcatori di scambio gassoso.

È importante notare tre aspetti di questo studio che sono probabilmente responsabili dell'eccessiva percentuale di polmone non reclutabile, in contrasto con la strategia di reclutamento di grande successo delineata da Borges, et al. In primo luogo, Borges ha studiato i pazienti all'inizio del decorso dell'ARDS (mediana, 2 giorni) mentre Gattinoni ha studiato l'ARDS tardivo. In secondo luogo, Borges ha utilizzato pressioni di picco fino a 60 cm H2O, mentre Gattinoni ha utilizzato pressioni fino a 45 cm H2O. Infine, Gattinoni non ha praticato una titolazione della PEEP, ma ha abbassato la PEEP a 5 cm H2O a seguito di manovre di reclutamento. Pertanto, lo studio di Gattinoni evidenzia l'importanza di alte pressioni di picco nel reclutamento polmonare, del reclutamento precoce nell'ARDS e di una titolazione PEEP decrementale per mantenere il reclutamento polmonare.

C. Strategie per mantenere il reclutamento È noto che l'applicazione di una pressione positiva di fine espirazione previene stress ripetitivi di dereclutamento-reclutamento sul tessuto polmonare. In un modello animale di danno polmonare acuto, Farias ha dimostrato che l'evidenza istologica e biochimica di atelectotrauma viene evitata quando la PEEP viene applicata dopo il reclutamento polmonare7. Le due strategie principali per prevenire il dereclutamento a seguito di una manovra di reclutamento includono l'approccio a polmone aperto e la titolazione PEEP decrementale.

1. Approccio a polmone aperto Nell'approccio a polmone aperto, la PEEP è impostata appena sopra il punto di flessione inferiore (noto anche come Pflex) della curva pressione-volume del paziente. Ciò impedisce teoricamente alla PEEP di scendere al di sotto della zona di sottodistensione.

   1. In una seconda parte dello studio di cui sopra, Richard, et al.4 hanno anche studiato l'effetto dell'aumento della PEEP rispetto al LIP misurato (LIP + 4 cm H2O, senza SI) rispetto alla PEEP impostata nel punto di flesso inferiore dopo SI. In 10 adulti ventilati con ventilazione a basso volume corrente, i volumi polmonari misurati erano 175±108 a PEEPLIP rispetto a 332±91 ml a PEEPLIP+4. Questo aumento è stato ancora più notevole nei pazienti ventilati con volumi correnti elevati (10 mL/kg), dimostrando il ruolo delle pressioni di plateau (oltre alla PEEP) nel reclutamento alveolare (vedere Figura 3).
   2. Amato, et al.16 hanno studiato gli effetti di una "strategia di ventilazione protettiva" in 53 pazienti con ARDS. Il gruppo di ventilazione protettiva ha ricevuto manovre di reclutamento tramite gonfiaggio sostenuto (35-40 cm H2O per 40 secondi) seguito da PEEP impostato su LIP + 2 cm H2O. Il gruppo di controllo ha ricevuto una PEEP titolata alla saturazione, nessuna manovra di reclutamento. Il gruppo della ventilazione protettiva ha registrato una drastica riduzione della mortalità per tutte le cause a 28 giorni (38% vs 71%, p<0,001). Tuttavia, il gruppo di controllo ha ricevuto anche una ventilazione a volume corrente elevato (12 mL/kg), che in seguito si è rivelato essere un fattore determinante significativo nella mortalità per ARDS.8 Pertanto, il contributo della RM e dell'approccio a polmone aperto al miglioramento della mortalità di questo studio, se del caso, è difficile da concludere.

2. Titolazione PEEP decrementale In una titolazione PEEP decrementale, a seguito di una manovra di reclutamento, la PEEP è impostata su un livello elevato, spesso tra 20 e 26 cm H2O. La PEEP diminuisce in modo incrementale e i marcatori di gonfiaggio polmonare (ad es. scambio di gas o volume polmonare misurato). Quando si verifica un'evidenza di atelettasia, la PEEP viene mantenuta a o appena al di sopra di questo livello, spesso definito "PEEP ottimale".

   1. Borges, Amato, et al.6 descrivono una titolazione della PEEP seguendo un protocollo di reclutamento massimale e la confrontano con l'approccio a polmone aperto (PEEP impostata a Pflex + 2 cm H2O). Seguendo una strategia di reclutamento massimale (descritta sopra), la PEEP è stata fissata a 25 cm H2O e diminuita di 2 cm H2O ogni 4 minuti fino a PaO2 + PaCO2 < 380 mm Hg, quindi aumentata di 2 cm H2O (PEEP ottimale, media 20±5 cm H2O). Utilizzando questa strategia, la PaO2 è stata mantenuta a livelli superiori a 400 mm Hg a 30 minuti di follow-up in tutti i 24 pazienti (vedere Figura 4, in alto) e superiori a 450 nei 16 pazienti seguiti per 6 ore. Ciò era correlato a una massa percentuale di tessuto collassato, misurata mediante scansione TC, <5% alla fine della titolazione PEEP ea 30 minuti di follow-up (vedere la Figura 4, in basso).
   2. Toth, et al.17 hanno descritto una titolazione PEEP decrementale a seguito di una manovra di reclutamento SI. Dopo SI a 40 cm H2O per 40 secondi, la PEEP è stata fissata a 26 cm H2O, quindi diminuita di 2 cm H2O ogni 4 minuti fino a quando la PaO2 è diminuita di > 10% del suo valore di picco. La PEEP 2 cm H2O al di sopra di questa è stata definita come PEEP ottimale. La PEEP ottimale è risultata effettivamente inferiore alla PEEP basale dei pazienti (prima dell'inizio del protocollo, 17±3 vs 15±4 cm H2O). La PaO2 dopo la manovra di reclutamento (203±108 al basale PEEP vs 328±132 cm H2O) mantenuta al periodo di follow-up di 30 minuti (266±121 cm H2O, p<0,05 rispetto al basale).

D. Stima dei volumi polmonari Attualmente, la capacità di determinare se un paziente è pari, al di sotto o al di sopra della sua capacità funzionale residua ideale è dedotta da misurazioni surrogate, tra cui l'aspetto polmonare della radiografia del torace, le tendenze dei segni vitali (in particolare l'ossigenazione) e la pressione- curve di volume (P-V) generate dai moderni ventilatori. In questo studio, utilizzeremo un metodo consolidato per determinare il volume polmonare (MBNW) per studiare i volumi polmonari.

1. Curve pressione-volume La curva pressione-volume rappresenta la relazione continua tra le variazioni di pressione e le variazioni di volume del polmone. La pendenza della linea rappresenta la compliance del polmone. Nella Figura 5, notare le tre linee che costituiscono il ramo inspiratorio (curva inferiore). La linea più a sinistra rappresenta il polmone atelettasico non conforme. Il punto in cui la pendenza cambia è noto come punto di infezione inferiore, noto anche come Pflex. Nell'approccio a polmone aperto (discusso più avanti), la PEEP è impostata a una pressione appena sopra il punto di flesso inferiore. Fisiologicamente, si ipotizza che questo sia il punto in cui vengono reclutati tutti i segmenti atelettasici del polmone e che non consentire alle pressioni del ventilatore di scendere al di sotto di questo in qualsiasi momento (impostando la PEEP al di sopra di questo livello) riduca al minimo l'atelettasia. Il punto che contraddistingue il secondo cambio di pendenza della linea (tornando piatto) è detto punto di flesso superiore (UIP). Le pressioni al di sopra di questo punto rappresentano alveoli sovradistesi e non conformi, e quindi questo punto rappresenta la pressione alla quale la compliance del polmone diminuisce drasticamente. In questo protocollo, la curva PV sarà misurata per ciascun paziente e la UIP utilizzata come pressione massimale in qualsiasi punto del protocollo. In questo modo recluteremo aree polmonari cedevoli senza i rischi di sovradistensione.

2. Tecnica di lavaggio multiplo dell'azoto (MBNW)

   MBNW è stato utilizzato in numerosi studi clinici ed è considerato un gold standard nella misurazione del volume polmonare18-21. Attualmente, il modo più accurato per misurare il volume del polmone è attraverso la diluizione di una quantità nota di un gas a bassa solubilità da respirare nuovamente in un sistema chiuso. Le variazioni di concentrazione con respiri sequenziali consentono un calcolo del volume di distribuzione del gas. Un gas che è stato utilizzato per questo scopo è l'azoto22, attraente per la sua presenza ubiquitaria nell'ambiente. La misurazione delle concentrazioni di azoto gassoso, tuttavia, è disponibile solo utilizzando la gascromatografia o la spettrometria di massa, nessuna delle quali è clinicamente pratica. Recentemente è stata validata una tecnica con la quale la pressione parziale dell'azoto viene calcolata come residuo delle pressioni parziali di ossigeno gassoso, anidride carbonica gassosa e azoto gassoso, che insieme costituiscono gli unici tre gas importanti in un circuito di ventilazione. I primi due gas vengono facilmente misurati in un circuito di ventilazione in tempo reale, ma ovviamente variano ampiamente con lo stato metabolico del paziente. Stenqvist ha sviluppato la tecnica NMBW per calcolare la FRC utilizzando i cambiamenti di O2 e CO2 espirati, manipolando la concentrazione di ossigeno inspirato per alterare la frazione di azoto inspirato23. FRC è calcolato come segue:

   FiN2 = 1-FiO2 (impostato dal ventilatore) FeO2 = 1-FeO2 (misurato)-FeCO2 (misurato)

   I volumi correnti alveolari inspirati ed espirati sono calcolati utilizzando il consumo di O2 (VO2) e la produzione di CO2 (VCO2) calcolati mediante calorimetria indiretta24:

   I volumi di azoto gassoso inspirato ed espirato associati a un singolo atto respiratorio sono calcolati dal contenuto di azoto di fine espirazione (EtN2, dedotto dalla misurazione di CO2 espiratoria e dal contenuto di ossigeno), dalla frazione di azoto inspirato (FiN2) e dal volume corrente alveolare inspiratorio ed espiratorio come segue:

   Prima di effettuare la modifica incrementale del 10% della FiN2 tramite la manipolazione della FiO2, vengono calcolati i valori di riferimento per VO2, VCO2 ed ETN2. Si presume che VO2 e VCO2 siano costanti durante la misurazione. Il FiN2 viene quindi manipolato e la FRC stimata come segue:

   La misurazione della FRC utilizzando questa metodologia in un modello polmonare di consumo di ossigeno e volumi polmonari noti23 ha rivelato un'eccellente precisione (FRC media 103 ± 5%) anche quando si utilizzano variazioni incrementali della FiO2 da 0,9 a 1,0. La precisione nei pazienti adulti con insufficienza respiratoria ha rivelato un'eccellente precisione tra le misurazioni.

3. Tomografia a impedenza elettrica (EIT) La tomografia a impedenza elettrica sfrutta i cambiamenti dell'impedenza negli spazi pieni d'aria rispetto a quelli pieni di tessuto per caratterizzare e quantificare la distribuzione regionale del volume polmonare al letto del paziente. Negli ultimi dieci anni è stato svolto un lavoro significativo per convalidare la tecnologia negli animali25 e negli esseri umani26, 27. La tecnologia utilizza una serie di 16 elettrodi posizionati sul torace del paziente (Figura 6). Quando vengono fatte passare piccole correnti tra gli elettrodi, l'impedenza viene misurata tra e tra le serie. Attraverso una complessa interrogazione e manipolazione di questi valori di impedenza, si forma un'immagine bidimensionale (Figura 7) che ha dimostrato di essere correlata ai cambiamenti clinici e radiografici nei pazienti27. In dieci adulti ventilati meccanicamente con ARDS, il volume polmonare di fine espirazione determinato dal washout di azoto era ben correlato con l'impedenza polmonare di fine espirazione con un r2 di 0,95,26 La capacità di stimare il volume polmonare in modo non invasivo e in tempo reale può migliorare significativamente i risultati nei pazienti con danno polmonare. In particolare, la capacità di determinare la capacità funzionale residua ideale di un paziente e ventilarlo verso tale obiettivo può migliorare l'erogazione di ossigeno massimizzando la compliance polmonare e riducendo al minimo la resistenza vascolare polmonare. Questo studio cerca di utilizzare diversi livelli di PEEP per alterare il volume di fine espirazione, utilizzando l'EIT e altre misure surrogate per confermare l'efficacia, misurando l'ossigenazione e la frazione di shunt come endpoint clinici. Se questo studio dovesse dimostrare la capacità di reclutare efficacemente il polmone e ridurre al minimo le frazioni di shunt utilizzando una strategia PEEP aggressiva, saranno giustificati ulteriori studi sui benefici clinici che ne derivano.
4. Condensato del respiro espirato (come misura della salute dei polmoni) Vi è un numero crescente di prove riguardanti i cambiamenti nel pH del fluido di rivestimento delle vie aeree (ALF) nelle malattie respiratorie acute e croniche che sono caratterizzate, almeno in parte, da infiammazione. È stato dimostrato che il pH dell'ALF è basso (acido) in diverse malattie infiammatorie polmonari tra cui asma28, fibrosi cistica29, polmonite e ARDS30-32 e che questo pH può essere rilevato in modo continuo, sicuro e non invasivo nel condensato del respiro esalato (EBC)33. Il pH dell'EBC può essere uno strumento di screening sicuro e non invasivo per la progressione dell'ARDS e del reclutamento polmonare. È stato dimostrato aneddoticamente di prevedere l'insufficienza respiratoria e l'imminente infezione respiratoria (dati non pubblicati). Come si vede nella Figura 4 (a sinistra), il pH dell'EBC è un marcatore che mostra un rapido turnover e quindi può essere prezioso per il monitoraggio in tempo reale della patologia polmonare.

Il sistema di raccolta e analisi continua del pH del condensato del respiro espirato (ALFA monitor, Respiratory Research, Inc., Austin, Texas) è costituito da un condensatore collegato all'arto espiratorio del ventilatore. Il condensato del respiro espirato viene raccolto continuamente dalla porta espiratoria, condensato in una camera di raffreddamento, la CO2 rimossa e raccolta in una camera inferiore dove viene letto continuamente il pH. Ciò produce una misurazione continua e reattiva dai pazienti ventilati, che (1) preleva campioni da una porta di scarico all'esterno del circuito del ventilatore e (2) non aggiunge alcuna resistenza misurabile al circuito del ventilatore. La misurazione dell'EBC nei pazienti con danno polmonare può servire come marcatore precoce di dereclutamento.

II. Obiettivi dello studio Obiettivo specifico 1: Dimostrare l'efficacia di una strategia di reclutamento massimale per aumentare i volumi polmonari e migliorare l'ossigenazione nei bambini con danno polmonare acuto, utilizzando il lavaggio multiplo dell'azoto respiratorio (MBNW) e la tomografia a impedenza elettrica (EIT) come misure del volume polmonare . (Ipotesi: i volumi polmonari e l'ossigenazione aumenteranno seguendo il protocollo di reclutamento massimo rispetto a quelli durante la "ventilazione di base" o l'"approccio a polmone aperto"). Obiettivo specifico 2: confrontare i volumi polmonari misurati da MBNW e EIT a diversi volumi polmonari di fine espirazione. (Ipotesi: i volumi polmonari misurati da MBNW saranno correlati a quelli ottenuti da EIT.)