Bài viết Các tác dụng của Khoảng chết thiết bị trên PaCO2 ở bệnh nhân nhận thông khí bảo vệ phổi được BS. Đặng Thanh Tuấn dịch từ bài viết gốc: The Effects of Apparatus Dead Sapace on PaCO2 in Patients Receiving Lung-Protective Ventilation
Tóm tắt — Thông khí bảo vệ phổi sử dụng thể tích khí lưu thông thấp để thông khí cho bệnh nhân bị bệnh phổi nặng. Việc bù trừ các tác động của bộ dây máy thở, tức là những tác động do thể tích nén của bộ dây, kết quả đặc biệt quan trọng trong việc tính toán thể tích khí lưu thông thực tế được phân phối cho hệ hô hấp của bệnh nhân và chịu trách nhiệm về mức độ tăng CO2 máu cho phép.
Công việc hiện tại là phân tích khả năng ứng dụng của phương trình bù thể tích nén trong trường hợp thông khí bảo vệ phổi giới hạn thể tích và áp suất. Các thử nghiệm được tiến hành trong thực nghiệm cho thấy thể tích khí lưu thông thực tế có thể được ước tính một cách đáng tin cậy nếu độ giãn nở bộ dây máy thở được đo bằng cùng các thông số và kỹ thuật thông khí sẽ được sử dụng trong thông khí bảo vệ phổi.
Sự khác biệt giữa thông khí kiểm soát thể tích và áp suất cũng được đánh giá định lượng cho thấy thông khí kiểm soát áp suất cho phép bù đáng tin cậy hơn cho thể tích nén của bộ dây máy thở.
1. Giới thiệu
Thông khí bảo vệ phổi là một chiến lược thông khí tương đối mới, sử dụng thể tích khí lưu thông nhỏ (# 6 ml/kg trọng lượng cơ thể dự đoán thay vì # 12 ml/kg được sử dụng trong chiến lược thông khí thông thường) để thông khí cho bệnh nhân bị bệnh nặng ARDS và ALI.
Thông khí bảo vệ phổi đã được chứng minh là làm giảm hội chứng rối loạn chức năng đa cơ quan, để tránh nguy cơ của barotrauma và tăng sự sống còn của bệnh nhân [1,2]. Tuy nhiên, khi thực hiện thông khí thể tích khí lưu thông thấp, bác sĩ chấp nhận tăng áp lực riêng phần của khí carbon dioxide [3].
Vì vậy, một yếu tố quan trọng cho các tác dụng có lợi của thông khí bảo vệ dường như là thể tích không khí thực sự đạt đến đường hô hấp của bệnh nhân, là số lượng này chịu trách nhiệm về mức độ của tăng CO 2 máu có thể đạt được mà không có tình huống nguy hiểm cho bệnh nhân. Trong thực tế, chứng tăng CO2 máu nặng có thể có tác dụng phụ nghiêm trọng [4].
Do thực tế là hầu hết các máy thở đo thể tích khí lưu thông ở mức máy thở, và không phải khi mở đường dẫn khí, thể tích không khí đi vào phổi không được biết chính xác, mặc dù nó có thể được ước tính bằng cách áp dụng phương trình bù trừ như sau:
trong đó VTp là thể tích khí lưu thông thực sự đạt đến đường thở của bệnh nhân, VTV là thể tích khí lưu thông được cung cấp bởi máy thở, Cbc là độ giãn nở của bộ dây máy thở, PIP và PEEP là áp lực cao nhất và áp lực dương cuối kỳ thở ra.
Tuy nhiên, theo một số nghiên cứu [5], [6], [7], việc áp dụng phương trình (1) trong thông khí cho trẻ sơ sinh dường như không phải là một phương pháp đáng tin cậy để ước tính thể tích khí lưu thông thực tế.
Quan sát này, nếu mở rộng cho trường hợp thông khí bảo vệ phổi, có thể đặc biệt quan trọng do sự không chắc chắn về giá trị thực của thể tích khí lưu thông liên quan đến việc không chắc chắn về ước tính mức độ tăng CO2 máu cao gây nguy hiểm cho việc áp dụng chiến lược thông khí này.
Trong bài báo trước [8] chúng tôi đã đánh giá sự phụ thuộc giá trị đo được của Cbc trên tốc độ dòng mà tại đó phép đo được thực hiện. Vì lý do này, chúng tôi đã vạch ra sự cần thiết, để có hiệu quả bù đắp các tác động của bộ dây máy thở, và do đó một ước tính đáng tin cậy của VTp dựa trên phương trình (1), rằng việc đo lường của C bc nên được thực hiện với cùng một quy tắc như được sử dụng trong quá trình thông khí cơ học.
Trong bài này, chúng tôi áp dụng phương pháp bù trừ bộ dây máy thở được mô tả trong [8] đối với trường hợp thông khí bảo vệ phổi, cho dù nó được thực hiện ở chế độ điều khiển thể tích hoặc áp suất, để xác thực tính khả thi của phương trình (1).
2. Thiết lập thử nghiệm
Để xác nhận tính khả thi của phương pháp này chúng tôi sử dụng một hệ thống thông khí bởi một máy thở Siemens Servo 900C, một bộ dây máy thở người lớn với 8,0 mm ống ID nội khí quản và bệnh nhân mô phỏng (Laerdal – Airman).
Hơn nữa, một bộ đo lưu lượng khí (khoảng -20/+ 20 lít/phút và độ chính xác ± 0.2% giá trị đo) được đặt giữa đoạn Y của bộ dây máy thở và ống nội khí quản để đo thể tích khí lưu thông thực tế VTP. Hình ảnh của các thiết lập thử nghiệm được thể hiện trong hình 1.
Tất cả các thử nghiệm được tiến hành bằng cách cài đặt tần số hô hấp bằng 15 bpm, thời gian hít vào chiếm 25% chu kỳ thở, thời gian tạm dừng là 10% và PEEP bằng không. Do đó, chu kỳ thở được thiết lập là 4 giây, trong khi thời gian hít vào và tạm dừng là 1 giây và 0,4 giây, tương ứng. Thể tích khí lưu thông sử dụng dao động từ 25 ml đến 125 ml trong các bước 25 ml.
Độ giãn nở của bộ dây máy thở, Cbc, được đo bằng thực nghiệm bằng cách xáo trộn các thể tích khí lưu thông giống nhau với các thông số tương tự sau đó được sử dụng cho thông khí của bệnh nhân mô phỏng, cả ở chế độ điều khiển áp suất và thể tích.
Một ứng dụng LabviewTM đã được thực hiện để thu thập các tín hiệu áp suất và lưu lượng từ máy thở và từ bộ đo lưu lượng khí; tín hiệu lưu lượng được tích hợp số để thu được thể tích khí lưu thông. Tất cả các tín hiệu được lấy mẫu tại 1 kHz bởi một bo mạch PC 16-bit A/D và mỗi phép đo được lặp lại năm lần để cho phép xử lý dữ liệu thống kê của dữ liệu được thu thập. Tất cả các kết quả được báo cáo là sai số chuẩn ± trung bình được tính toán với Student reference distribution (4 bậc tự do và độ tin cậy 95%).
Một bộ thực nghiệm đầu tiên nhằm đo lường độ giãn nở của bộ dây máy thở (Cbc), cả về thông khí điều khiển thể tích và áp suất, đối với mỗi thể tích khí lưu thông được cung cấp. Độ giãn nở được đo bằng cách sử dụng máy thở cùng với bộ dây máy thở và bộ đo lưu lượng khí với tắc nghẽn đầu ra. Giá trị Cbc được tính như sau:
trong đó P là áp lực tăng trong bộ dây máy thở do sự bơm phồng lên của VTV.
Phép đo Cbc bằng cách áp dụng phương trình (1), cho phép thu được V Tp ước lượng được xem như .
Do đó, một tập hợp các thí nghiệm được thực hiện trên toàn bộ hệ thống, bởi các bộ dây máy thở và bệnh nhân mô phỏng, để đo thể tích khí lưu thông thực sự cung cấp (VTP) và so sánh giá trị của nó với tính toán , cho cả hai chế độ thông khí trên.
3. Kết quả và thảo luận
Theo như phần đầu tiên của các thí nghiệm được thực hiện, độ giãn nở bộ dây máy thở Cbc được báo cáo trong Hình 2 như tùy thuộc vào thể tích khí lưu thông được cung cấp bởi máy thở trong trường hợp thông khí điều khiển thể tích.
Bằng cách kiểm tra Hình 2 nó cho thấy độ giãn nở bộ dây máy thở giảm từ 18,0 ± 1,1 ml/kPa xuống 16,8 ± 0,1 ml/kPa khi thể tích khí lưu thông cung cấp bởi máy thở tăng từ 31,0 ± 0,9 ml lên 123,4 ± 0,7 ml.
Sự giảm dần của Cbc khi tăng thể tích khí lưu thông khẳng định kết quả được báo cáo trong [8] cho thấy mối quan hệ tỷ lệ nghịch giữa độ giãn nở đo được và lưu lượng khí mà tại đó việc bơm phồng phổi được kích hoạt.
Tuy nhiên, sự giảm C bc trong phạm vi lưu lượng được sử dụng để thông khí bảo vệ phổi là ít hơn mức giảm được quan sát thấy trong phạm vi lưu lượng sử dụng cho thông khí trẻ sơ sinh [8]. Kết quả thử nghiệm hiện tại cho thấy việc áp dụng phương trình (1) trong thông khí bảo vệ phổi có thể không dẫn đến các lỗi ước tính cao gặp phải như các ứng dụng trẻ sơ sinh [5].
Liên quan đến việc đo C bc trong thông khí điều khiển áp suất, Hình 3 cho thấy các kết quả thu được. Trong trường hợp này, C bc tăng nhẹ từ 18,5 ± 0,8 ml/kPa lên 20,6 ± 0,1 ml/kPa khi VTV tăng từ 25 ml lên 50 ml, sau đó giá trị của nó vẫn xấp xỉ không đổi và bằng 20,5 ± 0,8 ml/kPa trong phạm vi thể tích khí lưu thông từ 47,8 ± 1,6 ml đến 124,6 ± 2,6 ml.
Từ một so sánh các kết quả được báo cáo trong hình 2 và 3, có thể thấy rằng giá trị Cbc khác nhau cho dù việc bơm khí được thực hiện ở chế độ điều khiển thể tích hoặc điều khiển áp suất. Chênh lệch phần trăm 10% trên các giá trị đo được xác nhận giả thuyết trong thông khí bảo vệ phổi giá trị của độ giãn nở bộ dây máy thở đo được phụ thuộc vào kỹ thuật thông khí, tức là theo nguyên tắc thực hiện phép đo.
Do đó, để ước tính hiệu quả thể tích khí lưu thông thực tế được phân phối cho bệnh nhân, cần sử dụng phương trình (1) với giá trị của Cbc được đo với cùng chế độ thở trong đó thông khí được thực hiện.
Để xác nhận độ tin cậy của phương trình (1) trong việc dự đoán giá trị đúng của thể tích khí lưu thông thực tế được cung cấp cho bệnh nhân, chúng ta thay thế bằng phương trình (1) các giá trị của Cbc thu được bằng các thí nghiệm trước đó và đo sự khác biệt (PIP – PEEP) khi thông khí cho bệnh nhân mô phỏng. Với quy trình như vậy, chúng tôi thu được giá trị dự đoán của thể tích khí lưu thông thực tế được giao ( ).
Do đó, chúng tôi so sánh các giá trị được dự đoán, được chỉ ra bằng một đường liên tục trong hình 4 và 5, với giá trị VTp được đo bằng đầu dò lưu lượng được đặt tại đoạn Y và được chỉ ra bằng đường đứt đoạn trong hình 4 và 5 là tương đối không chắc chắn.
Trong cả hai trường hợp, có thể thấy rằng mối quan hệ giữa thể tích thực sự được chuyển đến bộ bệnh nhân mô phỏng và thể tích khí lưu thông được cung cấp bởi máy thở gần như tuyến tính.
Trong thực tế, lượng khí lưu thông được giao cho mô phỏng tăng từ 26,0 ± 2,7 ml lên tới 112,0 ± 2,7 ml khi thể tích khí lưu thông ở mức thông khí tăng từ 31,4 ± 1,7 ml lên 123,4 ± 2,1 ml trong trường hợp thông khí điều khiển thể tích (Hình 4).
Mặt khác, trong trường hợp thông khí điều khiển áp suất, thể tích phân phối cho bệnh nhân tăng từ 42,9 ± 0,7 lên 118,0 ± 1,5 ml khi thể tích khí lưu thông ở mức thông khí tăng từ 48,4 ± 1,9 lên 127,8 ± 2,7 ml (Hình 5) .
Hình 4 và 5 cho thấy thể tích khí lưu thông thực sự giao cho bệnh nhân là tỷ lệ cố định với thể tích khí lưu thông do máy thở cung cấp. Liên quan đến thông khí kiểm soát thể tích, tỷ lệ được thể hiện như sau:
trong khi đó trong trường hợp thông khí được điều khiển áp suất thì tỷ số được biểu thị bằng:
trong đó là lượng khí lưu thông ước tính được giao cho bệnh nhân.
Phương trình (3) và (4) cho thấy trong thông khí điều khiển thể tích, VTp ước tính là khoảng 92% thể tích khí lưu thông được cung cấp bởi máy thở, trong khi trong trường hợp thông khí kiểm soát áp suất, khoảng 90% VTV. Vì vậy, VTp trong thông khí điều khiển thể tích lớn hơn so với giao cho bệnh nhân trong trường hợp thông khí kiểm soát áp suất.
Cuối cùng, việc tính toán MSE (Sai số chuẩn trung bình) (Mean Standard Error)
để đánh giá sự khác biệt giữa các giá trị ước tính của được tính bằng phương trình (1), và các giá trị đo được thực nghiệm của V Tp tiếp tục xác nhận tính hợp lệ của quy trình ước lượng.
MSE được tính như sau:
trong đó VTpi là thể tích khí lưu thông được giao cho mô phỏng đo bằng lưu lượng kế,
là giá trị ước tính của V Tpi tính theo phương trình (1) và, cuối cùng, n là số phép thử nghiệm.
Một MSE = 8,5 ml2 đã thu được trong trường hợp thông khí kiểm soát áp suất, trong khi MSE = 13,4 ml2 trong thông khí kiểm soát thể tích. Do đó, việc sử dụng phương trình (1) cho kết quả đáng tin cậy hơn trong trường hợp thông khí kiểm soát áp suất vì nó gần đúng hơn so với kết quả thử nghiệm cho phép bù lại tốt hơn bộ dây máy thở.
4.Kết luận
Các chiến lược thông khí bảo vệ phổi đòi hỏi một quy trình đáng tin cậy để bù trừ độ giãn nở của bộ dây máy thở để giảm sự không chắc chắn về mức độ tăng CO2 máu cho phép.
Công trình này cho thấy thể tích khí lưu thông thực sự đạt đến hệ hô hấp của bệnh nhân thấp hơn thể tích khí lưu thông được cung cấp bởi máy thở. Tuy nhiên, một sự bù đắp hiệu quả của thể tích nén của bộ dây máy thở có thể thu được bằng cách đo lường độ giãn nở bộ dây thở với cùng chế độ thông khí sẽ được sử dụng trong thông khí cơ học.
Việc bù trừ của bộ dây máy thở là rất quan trọng trong thông khí bảo vệ phổi để đảm bảo rằng áp lực riêng phần của carbon dioxide động mạch đạt đến mức kiểm soát và an toàn.
5. References
[1] C. F. Haas, “Lung protective mechanical ventilation in acute respiratory distress syndrome”. Respir Care Clin N Am, vol. 9, pp. 363-396, Sep 2003.
[2] J. Villar, R. M. Kacmarek, L. Pérez-Méndez, “A high positive end-expiratory pressure, low tidal volume ventilatory strategy improves outcome in persistent acute respiratory distress syndrome: A randomized, controlled trial”. Crit Care Med, vol. 34, pp. 1-8, 2006.
[3] J. G. Laffey, D. O’Croinin, P. McLoughlin, B. P. Kavanagh, “Permissive hypercapnia–role in protective lung ventilatory strategies”. Intensive Care Med, vol. 30, pp. 347-356, Mar 2004.
[4] E. Roupie, M. Dambrosio, G. Servillo, H. Mentec, S. el Atrous, L. Beydon, C. Brun-Buisson,
F. Lemaire, L. Brochard, “Titration of tidal volume and induced hypercapnia in acute respiratory distress syndrome”. Am J Respir Crit Care Med., vol. 152, pp. 121-128, Jul 1995.
[5] R. A. Castle, C. J. Dunne, Q. Mok, A. M. Wade, J. Stocks, “Accuracy of displayed values of tidal volume in the pediatric intensive care unit” Crit Care Med, vol. 30, pp. 2566-2574, Nov 2002.
[6] L. C. Chow, A. Vanderhal, J. Raber, A. Sola, “Are tidal volume measurements in neonatal pressure-controlled ventilation accurate?”. Pediatr Pulmonol, vol. 34, pp. 196-202, Sep 2002.
[7] S. I. Al-Majed, J. E. Thompson, K. F. Watson, A. G. Randolph,.”Effect of lung compliance and endotracheal tube leakage on measurement of tidal volume” Crit Care, vol. 8, pp. R398-402, Dec 2004.
[8] S. Silvestri, “The influence of flow rate on breathing circuit compliance and tidal volume delivered to patients in mechanical ventilation”. Physiol Meas, vol. 27, pp. 23-33, Jan 2006.
