Cách đo cơ học hô hấp trong quá trình thở máy kiểm soát
Marco Giani, Alfio Bronco, Giacomo Bellani
Bản dịch của BS. Đặng Thanh Tuấn – BV Nhi Đồng 1
Tóm tắt
Đo cơ học hô hấp tại giường cho phép theo dõi chém đẹp chức năng phổi ở những bệnh nhân nặng. Hai thông số cơ bản miêu tả cơ chế hệ hô hấp là sức cản và độ giản nở. Sức cản của hệ thống hô hấp trình bày sự đối lập với dòng khí trong quá trình hít vào. Trong quá trình thông khí kiểm soát thể tích, sức cản có thể được tính bằng tỷ số giữa mức giảm sức ép đỉnh so với bình nguyên và lưu lượng khí. Độ giản nở biểu thị đặc tính đàn hồi của hệ hô hấp, bao gồm phổi và thành ngực. Nó là tỷ số giữa sự đổi thay về thể tích (tức là thể tích khí lưu thông) và sự thay đổi ứng của sức ép, được tính bằng hiệu số giữa sức ép bình nguyên và tổng sức ép dương cuối kỳ thở ra, được đo bằng cách bấm nút bằng tay cuối kỳ hít vào và cuối kỳ thở ra, tương ứng. Trong bài tổng quan này, chúng tôi miêu tả cách đo cơ học hô hấp tại giường bệnh, bắt đầu từ nền móng sinh lý của phương trình chuyển động của hệ hô hấp.
Giới thiệu
Đo cơ học hô hấp cung cấp thông tin về sự đổi thay thăng bằng nội môi của phổi và hệ hô hấp phê chuẩn phân tích các đặc tính cơ học của chúng trong quá trình thở máy (1, 2). Đánh giá cơ học tại giường ở bệnh nhân thở máy cho phép đánh giá tình trạng phổi và theo dõi chức năng hô hấp trong quá trình lâm sàng của bệnh nhân tại khoa hồi sức hăng hái. Nó là một bổ sung cơ bản cho việc đánh giá lâm sàng ở bệnh nhân suy hô hấp tương trợ chẩn đoán căn do (tỉ dụ như bệnh hạn chế so với bệnh tắc nghẽn) và ở thảy bệnh nhân cần nhận biết và điều trị kịp thời các biến cố nghiêm trọng như co thắt phế quản hoặc chuyển dịch ống nội khí quản. Hơn nữa, sự để ý càng ngày càng tăng đã được dành để hạn chế những tác động có hại của thở máy (tức thị tổn thương phổi do máy thở) (3, 4). Trong bối cảnh này, theo dõi sức ép đường thở là cần thiết để xác định đặc điểm, chẩn đoán và đánh giá đáp ứng điều trị.
Hai nhân tố chính của cơ học hô hấp là sức cản và độ giản nở. Mục đích của bài viết này là để đo những yếu tố này tại giường và giảng giải sự hợp lý. Chúng tôi sẽ chỉ tập hợp vào bệnh nhân thở máy bị động không có thay hô hấp.
Lý thuyết và định nghĩa
Hệ hô hấp có thể được đồng hóa với một hệ thống khép kín, bao gồm máy tạo dòng (máy thở cơ học), hệ thống ống dẫn (ống nội khí quản và đường thở dưới) và hệ thống đàn hồi (phế nang). Một số biến số được đo bằng máy thở cơ học và nhiều biến số khác có thể được rút ra:
áp lực ở cửa đường thở (airway opening), thường được đo ở đầu gần của ống nội khí quản hoặc trong chính máy thở. Thông thường sức ép này được gọi là “áp lực đường thở” (P aw ): mặc dầu được sử dụng rộng rãi (và chúng tôi cũng sẽ sử dụng danh pháp này), cần lưu ý rằng, bất cứ khi nào có lưu lượng thì phải tồn tại một độ chênh lệch áp lực. Do đó, áp lực đường thở sẽ không đồng nhất dọc theo đường thở, theo định nghĩa.
Lưu lượng: đây là lưu lượng (lượng thể tích trong đơn vị thời kì) rời máy thở về phía cửa đường thở và phế nang (lưu lượng dương, lưu lượng hít vào) hoặc trái lại (lưu lượng âm, lưu lượng thở ra). Nó thường được biểu hiện bằng L/min hoặc L/s.
Thể tích: điều này được tính tình từ máy thở như là sự tích phân của lưu lượng theo thời kì và nó được cho là làm mở mang các phế nang. Điều này có thể không phải lúc nào cũng xảy ra, ví dụ, khi có rò rỉ khí. Nó thường được diễn đạt bằng mL.
Phép đo sức ép, lưu lượng và thể tích cho phép xem hai tham số cơ bản biểu lộ cơ học của hệ hô hấp:
Sức cản của hệ thống hô hấp (R rs ) biểu đạt sự chống lại đối với một dòng khí đi vào đường thở trong quá trình hít vào. Sức cản bao gồm hai nhân tố: sức cản “trở kháng” (phụ thuộc vào lực ma sát đối với lưu lượng khí) và sức cản đàn hồi (do khả năng chống lại sự biến dạng của hệ thống hô hấp) (5). Chúng tôi sẽ coi cả hai thành phần như một thực thể duy nhất. R rs được tính bằng tỷ số giữa chênh lệch sức ép (ΔP) ở hai đầu đường thở (trong trường hợp này là thiết bị thở và phế nang) và tốc độ lưu lượng. R rs = ΔP/Lưu lượng. R rs thường được biểu hiện bằng cmH 2 O/L/s.
Độ giản nở của hệ thống hô hấp (Cpl rs ) biểu hiện đặc tính đàn hồi của hệ thống hô hấp, bao gồm phổi và thành ngực. Cpl rs là tỷ số giữa thể tích hít vào và sự đổi thay sức ép ứng. Cpl rs thường được bộc lộ bằng mL/cmH 2 O. Các đặc tính đàn hồi của hệ hô hấp cũng có thể được biểu thị là tính đàn hồi (E), là nghịch đảo của độ giản nở và được mô tả bằng cmH 2 O/mL.
bít tất các biến biểu thị ở trên được kết liên bởi một phương trình rất đơn giản, được gọi là Phương trình chuyển động của hệ hô hấp, theo đó áp lực tại cửa đường thở (P aw , hiển thị trên màn hình máy thở) bằng, tại bất kỳ thời khắc nào của chu kỳ thở, tổng sức ép đàn hồi (P el ) và áp lực sức cản (P res ), cộng với tổng sức ép dương cuối quá trình thở ra (PEEP, xem bên dưới), không đổi trong chu kỳ, có thể được coi là số hạng không đổi.
P aw = P el + P res + PEEP [1]
Như đã nói, P res là sức ép cấp thiết để vượt qua lực cản đối với lưu lượng khí, trong khi P el là sức ép do độ co giãn đàn hồi của hệ hô hấp khi nhân tiện tích cố định (V) được thổi phồng.
P res = Flow * R rs [2]
P el = V/C rs [3]
Hình 1 diễn tả đồ họa P aw và các thành phần của nó trong chu kỳ hô hấp.
diễn tả cơ học hô hấp ở một bệnh nhân thở tự nhiên nằm ngoài phạm vi của bài báo ngày nay. Tuy nhiên, với sự chũm của bệnh nhân, phương trình được sửa đổi đơn giản bằng cách thêm thuật ngữ P musc (tức là sức ép do cơ hô hấp của bệnh nhân tạo ra) trong phương trình:
P ao = P res + P el + P musc + PEEP [4]
Nó thực sự có thể đúng hơn nếu coi xét phương trình [1] như một sự đơn giản hóa của phương trình [4] tổng quát hơn với thuật ngữ P musc = 0.
Hình 1 - sức ép đường thở (P aw ) và lưu lượng trong một nhịp thở kiểm soát thể tích. PEEP, áp lực dương cuối kỳ thở ra; P res , áp lực sức cản; P el , áp lực đàn hồi.
Đo cơ học hô hấp trong quá trình thông khí kiểm soát thể tích
Máy thở ở chế độ kiểm soát thể tích cung cấp tốc độ lưu lượng không đổi trong quá trình hít vào (nghĩa là dạng sóng lưu lượng vuông) cho đến khi phân phối hoàn toàn thể tích đã cài đặt (thể tích khí lưu thông, V T ). Do đó, P aw tăng dần, bắt đầu từ mức PEEP đã cài đặt. Điều này là do sự hiện diện của P res (thường không đổi trong quá trình hít vào, khi sử dụng một lưu lượng liên tục) và P el , tăng dần do sự gia tăng thể tích phổi (P el = V/Cpl rs ). Khi chấm dứt bơm phồng thể tích khí lưu thông, sức ép đỉnh hít vào (P peak ) đạt được. P peak đại diện cho sức ép cao nhất trong chu kỳ thở máy, và nó là tổng sức ép do sức cản của dòng thở vào (sức ép sức cản, P res ), độ co giãn đàn hồi của phổi và thành ngực (áp lực đàn hồi, P el ) và sức ép phế nang hiện tại bắt đầu của nhịp thở (PEEP).
P peak = Flow * R rs + V/Cpl rs + PEEP [5]
Hình 2 - Một ví dụ về cách đo sức cản của hệ hô hấp (R rs ) trong quá trình thông khí kiểm soát thể tích. Trong thời kì ngưng thì hít vào, áp lực đường thở giảm (P aw ) ứng với lượng áp lực được tạo ra trong quá trình hít vào để vượt qua sức cản của hệ hô hấp. Insp, giai đoạn hít vào; Exp, giai đoạn thở ra; PEEP, áp lực dương cuối kỳ thở ra; P res , áp lực sức cản; P el , áp lực đàn hồi; P peak , sức ép hít vào đỉnh; P plat , sức ép bình nguyên.
Sau khi lưu lượng hít vào bị ngắt quãng, khi van thở ra vẫn đóng, giá trị áp lực bình nguyên đạt được (P plat ). Khi lưu lượng hít vào bằng 0, không có sức ép sức cản giữa các phế nang và máy thở; do đó, áp lực bình nguyên bằng sức ép phế nang.
P plat = V/Cpl rs + PEEP [6]
Do đó, sự dị biệt giữa áp lực đỉnh hít vào (P peak ) và sức ép bình nguyên (P plat ) cho phép tính sức cản của hệ hô hấp:
P peak − P plat = (Flow * R rs + V/Cpl rs + PEEP) −
(V/Cpl rs + PEEP) = Flow * R rs [7]
R rs = (P peak − P plat )/Flow [8]
Hình 2 cho thấy áp lực giảm trong thời gian ngưng thì hít vào và giải thích cách tính R rs trong quá trình thông khí kiểm soát thể tích.
Vì Pplat và PEEP đề đạt ứng áp lực phế nang khi kết thúc thì hít vào và kết thúc thì thời gian thở ra, sự dị biệt của chúng (còn được gọi là “sức ép đẩy”, DP) cho phép tâm tính độ giản nở của hệ thống hô hấp:
P plat − PEEP = (V/Cpl rs + PEEP) − PEEP = V/Cpl rs [9]
Cpl rs = V/(P plat − PEEP) = V/DP [10]
Hình 3 - Một ví dụ về cách đo độ giản nở của hệ thống hô hấp (Cpl rs ) trong quá trình thông khí kiểm soát thể tích (VCV). Insp, tuổi hít vào; Exp, giai đoạn thở ra; P aw , sức ép đường thở; PEEP, sức ép dương cuối kỳ thở ra; P plat , sức ép bình nguyên.
Trong thời kì thở ra, sức ép phế nang giảm từ P plat đến PEEP. Máy thở được thiết kế để điều chỉnh độ mở của van thở ra để duy trì PEEP đã đặt trong tuổi thở ra. Tuy nhiên, nếu cuối quá trình thở ra vẫn còn lưu lượng thì áp lực phế nang sẽ vượt quá áp lực cửa đường thở (airway opening). Vì lý do này, để đo sức ép phế nang thực khi chấm dứt quá trình thở ra, cần phải ngưng cuối thì thở ra để đo PEEP tổng (PEEP tot ). PEEP tot là tổng của PEEP do bác sĩ lâm sàng đặt tại máy thở và PEEP nội tại (PEEPi), là kết quả của việc làm rỗng phế nang không hoàn toàn vào cuối thời gian thở ra (6, 7). tuốt các tính nết được chỉ ra ở trên nên bao gồm PEEP tot (thay vì đặt PEEP) nếu chúng khác nhau.
Hình 3 báo cáo một ví dụ về việc giữ hít vào và thở ra trong quá trình thông khí có kiểm soát thể tích để đo Cpl rs .
Các góc cạnh lâm sàng và thực tiễn
Việc đo sức ép bình nguyên đề nghị thời gian giữ hít vào (lưu lượng = 0), có thể là một phần của nhịp thở thông thường nếu thời gian tạm dừng hít vào được cài đặt. Tuy nhiên, để có kết quả đo chuẩn xác hơn, thời gian giữ hít vào cần lâu hơn (tỉ dụ 2-3 giây) (và thực hiện bằng tay) cho phép thăng bằng áp lực tốt hơn tại cửa đường thở và tại các phế nang.
R rs chính yếu được tạo thành từ sức cản của đường thở và ống nội khí quản, vì trong điều kiện thông thường, sức cản của mô phổi thấp. R rs (thường được trình bày bằng cmH 2 O/L/s) chỉ có thể được đo ở chế độ kiểm soát thể tích, cung cấp tốc độ lưu lượng không đổi trong khi hít vào. Cần phải coi xét rằng R rs có thể bị ảnh hưởng bởi các biến đổi của lưu lượng hít vào. Do đó, trong thực hiện lâm sàng, để có được các giá trị so sánh theo thời gian, lưu lượng hít vào 10 mL/kg/s nên được đặt tại máy thở (nghĩa là 70 kg = 700 mL/s = 0,7 L/s = 42 L/phút) . Ở những bệnh nhân được thở máy với phổi và đường thở nhân tạo thường nhật, sức cản hô hấp hiếm khi vượt quá 15 cmH 2 O/L/s (8). Ống nội khí quản hẹp hoặc bộ luận bàn nhiệt và ẩm có thể làm tăng sức cản, tăng theo lưu lượng theo quan hệ hàm số mũ. Vị trí không xác thực hoặc gấp khúc của ống nội khí quản cũng có thể làm tăng sức cản. Tăng sức cản đường thở cũng xảy ra trong một số tình trạng bệnh lý như suyễn hoặc bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính.
Theo khuyến cáo đối với phép đo Cpl rs , khi đo sức cản, thời kì ngưng hít vào phải đủ dài để cho phép cân bằng sức ép tại cửa đường thở với phế nang. Vì lý do này, áp lực bình căn do máy thở tự động hiển thị có thể không chuẩn xác, đặc biệt khi sức cản của hệ hô hấp cao.
Để có được các phép đo đáng tin tức về cơ học hô hấp trong quá trình thở máy kiểm soát, bệnh nhân phải hoàn toàn thích nghi (tức thị tiêu cực). Một đường cong áp lực không ổn định trong thời gian ngưng hít vào cho thấy sự hiện diện của sự nắm của bệnh nhân, điều này có thể gây ra sự hiểu sai về cơ học hô hấp. Trong những cảnh huống này, tăng liều an thần của bệnh nhân trong thời gian ngắn có thể cho phép đánh giá xác thực hơn.
Ở những bệnh nhân được thở máy có phổi khỏe mạnh, Cpl rs vào khoảng 50-60 mL/cmH 2 O, hoặc 0,7-1 mL/cmH 2 O/kg (8). Trong khi gây mê toàn thân ở những đối tượng khỏe mạnh, việc giảm Cpl rs cốt tử phụ thuộc vào việc giảm thể tích phổi được thông khí (9). Giảm độ giản nở thường gặp trong các tình trạng bệnh lý như hội chứng suy hô hấp cấp (ARDS), xẹp phổi, tràn khí màng phổi, xơ phổi hoặc thành ngực cứng.
Bệnh nhân ARDS thường có Cpl rs giảm và giảm theo mức độ trầm trọng của ARDS; do đó, việc theo dõi độ giản nở ở bệnh nhân ARDS có thể cung cấp thông tin về thể tích của phổi được thông khí (10). Cần lưu ý rằng trong nhiều tình trạng, bao gồm cả ARDS, việc đóng đường thở của bệnh nhân có thể ảnh hưởng mạnh đến việc đánh giá cơ học hô hấp tĩnh (11).
trái lại, sự gia tăng độ giản nở xảy ra trong trường hợp khí phế thũng phổi.
Hình 4 - Đo lường độ giản nở của hệ thống hô hấp (Cpl rs ) trong quá trình thông khí kiểm soát sức ép (PCV). Các thủ thuật ngưng bằng tay được hiển thị khi chấm dứt hít vào (Insp) và thở ra (Exp). thí dụ trước hết (hình phía trên) cho thấy một trường hợp mà lưu lượng của máy thở đạt đến 0 trước khi làm thủ thuật ngưng hít vào, do đó không quan sát thấy sự sụt giảm áp lực. Ở bệnh nhân thứ hai (hình phía dưới), thủ thuật ngưng hít vào làm ngắt quãng lưu lượng hít vào còn lại, do đó sức ép đường thở giảm do thành phần áp lực sức cản bằng không. P aw , áp lực đường thở; P plat , sức ép cao nguyên; PEEP, tổng PEEP; DP, áp lực đẩy.
Trái ngược với những gì chúng tôi đã giảng giải về phép đo sức cản, Cpl rs cũng có thể được đo trong quá trình thông khí kiểm soát sức ép. Cần lưu ý rằng sức ép hít vào trong PCV, dù rằng có dạng hình phẳng, không phải lúc nào cũng phản ánh áp lực bình nguyên (12). Hình 4 cho thấy một thí dụ về đo lường độ giản nở trong quá trình thông khí kiểm soát áp lực.
Tuy nhiên, khi đánh giá cơ học hô hấp, chúng tôi khuyên bạn nên đặt máy thở ở chế độ thông khí kiểm soát thể tích để có thể mường tượng nhanh bít tất các sức ép và đo được cả R rs và Cpl rs chỉ với một lần thở vào và một lần giữ thở ra.
Hình 5 cung cấp một số thí dụ về cách diễn giải sự thay đổi sức ép đường thở trong quá trình thông khí kiểm soát thể tích. Sự gia tăng sức cản diễn đạt rõ khi P peak tăng mà không đổi thay (tăng) P plat (Bệnh nhân A). Giảm độ giản nở được thấy trong trường hợp tăng cả hai P peak và P plat (Bệnh nhân B). ví dụ rút cục cho thấy một bệnh nhân có cả R rs tăng và Cpl rs giảm: áp lực từ đỉnh đến bình nguyên chênh lệch cao nhưng P plat cũng tăng (Bệnh nhân C). Cách tiếp cận trực quan đối với đường cong sức ép có thể đặc biệt hữu ích trong trường hợp xảy ra các sự kiện quan yếu.
Hình 5 - Đường cong áp lực máy thở trong trường hợp tăng sức cản (R rs , Bệnh nhân A), giảm độ giản nở (Cpl rs , Bệnh nhân B) hoặc cả hai (Bệnh nhân C).
Phần kết luận
Đo cơ học hô hấp là điều cấp thiết ở những bệnh nhân chăm chút nguy ngập để tránh biến chứng và đối mặt với bất kỳ vấn đề nào về thông khí. Các chuyên gia hồi sức nên thực hành các thao tác giữ hít vào và thở ra tại máy thở trong mỗi lần đánh giá lâm sàng của một bệnh nhân thở máy. Việc đo cơ học hô hấp nên được coi là quan yếu như đánh giá cân bằng dịch, quyết định liệu pháp kháng sinh hoặc chọn lựa thuốc an thần.
Tài liệu tham khảo
Hess DR, Medoff BD, Fessler MB. Pulmonary mechanics and graphics during positive pressure ventilation. Int Anesthesiol Clin. 1999;37(3):15-34.
Lucangelo U, Bernabé F, Blanch L. Lung mechanics at the bedside: make it simple. Curr Opin Crit Care. 2007;13(1):64-72.
Slutsky AS, Ranieri VM. Ventilator-induced lung injury. N Engl J Med. 2013;369:2126-2136.
Uhlig S, Ranieri M, Slutsky AS. Biotrauma hypothesis of ventilator-induced lung injury. Am J Respir Crit Care Med. 2004; 169:314-315.
Rubini A. Flow and volume dependence of resistive pressures dissipation in the respiratory system. Minerva Pneum. 2017; 56(4):249-253.
Marini JJ. Dynamic hyperinflation and auto-positive end-expiratory pressure: lessons learned over 30 years. Am J Respir Crit Care Med. 2011;184(7):756-762.
Blanch L, Bernabé F, Lucangelo U. Measurement of air trapping, intrinsic positive end-expiratory pressure, and dynamic hyperinflation in mechanically ventilated patients. Respir Care. 2005;50(1):110-123.
MacIntyre NR. Evidence-based guidelines for weaning and discontinuing ventilatory support. Chest. 2001;120:375S396S.
Grieco DL, Russo A, Antonelli M. Lung volumes, respiratory mechanics and dynamic strain during general anaesthesia. Br J Anaesth. 2018 Nov 1;121(5):1156-1165.
Gattinoni L, Marini JJ, Brochard L. The “baby lung” became an adult. Intensive Care Med. 2016;42:663-673.
Chen L, Del Sorbo L, Brochard L. Airway closure in acute respiratory distress syndrome: an underestimated and misinterpreted phenomenon. Am J Respir Crit Care Med. 2017 May 30;197(1):132-136.
Sosio S, Bellani G. Plateau Pressure during Pressure Control Ventilation. Abtpn [Internet]. 2019 Oct 22;6(1):76-77.
Hanya blogger biasa yang suka berkelana di dunia maya mencari seonggok informasi yang kiranya dapat berguna untuk dirinya. Terimakasih telah membacanya.
