Thông khí học cơ bản: Sinh lí học cơ bản, Chỉ định thông khí học

Tác giả: Bác sĩ Đặng Thanh Tuấn

GIỚI THIỆU

Thông khí cơ học ở trẻ em và trẻ sơ sinh khác với người lớn. Trong khi nguyên tắc cơ bản của vật lý và lưu lượng khí áp dụng cho tất cả các nhóm tuổi, sự khác biệt giải phẫu và sinh lý đóng một vai trò quan trọng trong việc lựa chọn loại máy thở cũng như các chế độ thông khí và các cài đặt.

• Đường hô hấp trên ở trẻ em là nằm cao hơn, hình phễu có diện tích mặt cắt hẹp nhất là hạ thanh môn (ở mức độ của vòng sụn nhẫn), so với người lớn khi đường thở trên là dạng ống có phần hẹp nhất ở dây thanh âm.
• Sức cản của đường thở tỷ lệ nghịch theo lũy thừa 4 của bán kính đường thở; tức là trong một đường hô hấp nhỏ ngay cả 1 mm phù nề hoặc ứ đọng dịch tiết sẽ làm tăng sức cản đường thở và lưu lượng hỗn loạn đáng kể, cần phải điều trị phù nề đường thở, hút đàm, và các biện pháp kiểm soát dịch tiết.
• Dung tích cặn chức năng (FRC) thấp làm giảm lượng dự trữ oxy, giảm thời gian ngưng thở có thể được cho phép ở trẻ.
• Hô hấp nông và nhanh chóng do thở cơ hoành chiếm ưu thế, và sự giãn nở ngực không đầy đủ do sự vận động khung sườn-cột sống không đầy đủ ở trẻ em. Do đó, một đứa trẻ có khuynh hướng bị thở nhanh thay vì tăng độ sâu hô hấp để đáp ứng với tình trạng thiếu oxy máu. Tiêu thụ oxy/kg trọng lượng cơ thể cao hơn, do đó, khả năng chịu thiếu oxy là thấp hơn.
• Nhạy cảm với nhịp tim chậm để đáp ứng với tình trạng thiếu oxy cũng cao hơn do phản xạ thần kinh phế vị. Lỗ Kohn và các kênh Lambert (thông nối phế quản – phế nang và liên phế nang) được phát triển không đầy đủ làm cho xẹp phổi trong vùng thường xuyên hơn.
• Thể tích đóng thấp hơn và đường hô hấp dễ sụp đổ do nâng đỡ không đầy đủ của sụn trong đường hô hấp là phổ biến, làm cho một đứa trẻ đặc biệt dễ bị mềm sụn thanh quản, và nhuyễn hóa khí phế quản, cũng như dễ đóng đường thở dưới hơn.
• Do đó, trẻ em thở máy có xu hướng đòi hỏi thể tích khí lưu thông nhỏ hơn, tần số thở nhanh hơn, ống nội khí quản không bóng chèn kích thước thích hợp, đường hô hấp được hút sạch để xử trí thông khí cơ học thích hợp.
• Các yếu tố quan trọng khác để lựa chọn thông khí bao gồm bệnh lý chính, tức là hen suyễn, ARDS, viêm phổi, hội chứng thất thoát khí, tăng áp lực nội sọ, suy nhược thần kinh cơ, bệnh màng trong ở trẻ sơ sinh hoặc tăng áp phổi tồn tại sơ sinh (PPHN, neonatal persistent pulmonary hypertension).

SINH LÝ HỌC CƠ BẢN

Độ chênh lệch áp lực giữa miệng và màng phổi là áp lực đẩy cho các loại khí hít vào, và gradient này là cần thiết để vượt qua sức cản đường thở và duy trì mở phế nang, bằng cách vượt qua lực đàn hồi.

Do đó, một sự cân bằng giữa lực đàn hồi của thành ngực và phổi xác định thể tích phổi tại bất kỳ thời điểm nào. Hít vào bình thường được kích hoạt chủ động bởi áp lực âm trong lồng ngực, đẩy không khí vào phổi. Thở ra là thụ động.

Thông khí

• Thông khí thanh thải carbon dioxide từ phế nang, giữ cho PaCO2 động mạch trong khoảng 35-45 mm Hg. Tăng khoảng chết sẽ làm tăng PaCO2.

PaCO2 = k x ( Metabolic Production/Alveolar Minute Ventilation)

•  Thông khí phút phế nang (MV) = tần số thở x thể tích khí lưu thông hiệu quả
• VT hiệu quả = VT – khoảng chết
• Khoảng chết = khoảng chết giải phẫu (mũi, họng, khí quản, phế quản) + khoảng chết sinh lý (phế nang được thông khí nhưng không được tưới máu)
• Thông khí đầy đủ là cần thiết để giữ cho PaCO2 trong giới hạn bình thường.

Oxy hóa

•  Áp lực riêng phần của oxy trong phế nang (PAO2) là áp lực đẩy cho trao đổi khí qua hàng rào phế nang-mao quản và xác định oxy hóa.
• PAO2 = ({Áp lực khí quyển – áp lực hơi nước} × FiO2) – PaCO2/RQ
• RQ = thương số hô hấp
• Tưới máu đầy đủ cho phế nang được thông khí tốt nhằm cải thiện oxy hóa.
• Hemoglobin được bão hòa hoàn toàn khi đi được 1/3 đoạn đường ngang qua mao mạch phổi.
• Giảm oxy máu có thể xảy ra do:

a. Giảm thông khí

b. V/Q không phù hợp (V- thông khí, Q- tưới máu)

c. Shunt (tưới máu phế nang không được thông khí, xẹp phổi, dịch trong phế nang)

d. Rối loạn khuếch tán.

•  Tăng CO2 máu có thể xảy ra do:

a. Hypoventilation

b. V/Q không phù hợp

c. Thông khí khoảng chết.

Trao đổi khí

•  Giảm thông khí và V/Q không phù hợp là những nguyên nhân phổ biến nhất của trao đổi khí bất thường trong PICU.
• Người ta có thể điều chỉnh giảm thông khí bằng cách tăng thông khí phút.
• Người ta có thể sửa chữa V/Q không phù hợp bằng cách tăng thể tích phổi được thông khí hoặc bằng cách cải thiện tưới máu cho những khu vực phổi đã thông khí.

Hằng số thời gian (Time Constant)

• Hằng số thời gian là thời gian cần thiết để lấp đầy khoảng phế nang. Nó phụ thuộc vào sức cản đường thở và độ giãn nở. Trong nhóm tuổi trẻ em, một hằng số thời gian làm đầy một đơn vị phế nang đến 63 phần trăm dung tích của nó là 0,15 giây. Phải mất ba hằng số thời gian để đạt được dung tích lớn hơn 90 phần trăm của đơn vị phế nang lấp đầy.

Hằng số thời gian = Kháng lực đường thở x độ giãn nở

Điều này có nghĩa là cần có thời gian hít thở tối thiểu nhất định để lấp đầy phế nang đầy đủ, thường là từ hai đến ba hằng số thời gian, tức là 0,3 đến 0,45 giây. Điều này rất quan trọng khi chọn thời gian hít vào trên máy thở thông thường.

CHỈ ĐỊNH THÔNG KHÍ CƠ HỌC (BIỂU ĐỒ 1)

Các chỉ định thở máy, về cơ bản vẫn là lâm sàng, có thể không luôn được chứng minh bằng các thông số của phòng thí nghiệm khách quan như phân tích khí máu.

Các chỉ định phổ biến bao gồm:

1. Suy hô hấp

a. Ngưng thở

b. Thông khí không đầy đủ

c. Oxy hóa không đầy đủ

d. Suy hô hấp mãn tính với suy giảm tăng trưởng.

2. Suy tim/sốc

a. Loại bỏ công thở

b. Giảm tiêu thụ oxy.

3. Rối loạn chức năng thần kinh

a. Giảm thông khí trung ương/ngưng thở thường xuyên

b. Bệnh nhân hôn mê, GCS (Điểm số Glasgow Coma) <8

c. Không có khả năng bảo vệ đường thở.

Danh mục các tên gọi thường được sử dụng

• Áp lực đường thở (Paw, airway pressure)
• Áp lực đỉnh hít vào (PIP, Peak inspiratory pressure)
• Áp lực dương cuối kỳ thở ra (PEEP, Positive end expiratory pressure)
• Áp lực trên peep (PAP, Pressure above peep)
• Áp lực đường thở trung bình (MAP, Mean airway pressure)
• Áp lực đường thở dương liên tục (CPAP, Continuous Positive Airway Pressure)
• Tỷ lệ thời gian hít vào/thở ra (hoặc I:E ratio)
• Tần số thở (f, frequency hay RR, respiratory rate)
• Thể tích khí lưu thông (Vt): thể tích khí được cung cấp với từng nhịp thở.

CÁC PHƯƠNG THỨC THÔNG KHÍ

Chế độ kiểm soát (Control Modes)

Trong chế độ này, mọi nhịp thở đều được hỗ trợ đầy đủ bởi máy thở. Ở các chế độ kiểm soát cổ điển, bệnh nhân không thể thở trừ khi ở tốc độ cài đặt được kiểm soát. Trong một chế độ kiểm soát cổ điển, không thể cai máy thở bằng cách giảm tần số thở, bệnh nhân có thể thở nhanh hơn nếu kích động dẫn đến không đồng bộ của bệnh nhân-máy thở. Bệnh nhân trên các chế độ kiểm soát sẽ cần an thần và/hoặc liệt cơ với thuốc giãn cơ. Trong các chế độ kiểm soát mới hơn, máy có thể hoạt động theo kiểu kiểm soát – hỗ trợ (assist-control), với tần số thở cài đặt tối thiểu và tất cả nhịp thở được kích hoạt trên tần số thở đó cũng được hỗ trợ đầy đủ.

Chế độ IMV (Intermittent mandatory ventilation)

Chế độ thông khí bắt buộc ngắt quãng. Ở chế độ này, các nhịp thở “trên” tốc độ cài đặt không được hỗ trợ. Hầu hết các máy thở hiện đại đều có thông khí bắt buộc liên tục đồng bộ (synchronized IMV).

Chế độ SIMV (Synchronized intermittent mandatory ventilation)

Máy thở làm đồng bộ “nhịp thở” IMV với nỗ lực của bệnh nhân, bệnh nhân có thể có nhịp thở “riêng” ở giữa tần số SIMV đã đặt (có hoặc không có hỗ trợ áp lực). Có khả năng tăng công thở và không đồng bộ của bệnh nhân – máy thở, nếu độ nhạy kích hoạt được đặt trên máy thở quá thấp, yêu cầu bệnh nhân phải tạo ra nỗ lực hít vào với áp lực âm cao hơn để kích hoạt nhịp thở được hỗ trợ.

Chế độ kiểm soát hỗ trợ A/C (Assist Control)

Kích hoạt bởi bệnh nhân nỗ lực hít vào, máy thở cung cấp thể tích cài sẵn hoặc áp lực. Một tần số dự phòng tối thiểu phải được đặt trên máy thở nếu không máy thở sẽ không cung cấp nhịp thở nếu bệnh nhân bị ngưng thở.

Chế độ hỗ trợ (Support Modes)

Nếu bệnh nhân bị thở nhanh trong mode A/C thì có thể xảy ra tình trạng tăng thông khí và giảm CO2 máu.

Hỗ trợ áp lực (Pressure Support)

Máy thở cung cấp hỗ trợ áp lực (lưu lượng) ở mức định sẵn nhưng tần số được xác định bởi bệnh nhân, thở ra bắt đầu khi lưu lượng hít vào giảm xuống dưới mức đặt trước nhất định trong máy thở (chu kỳ lưu lượng);

Hỗ trợ thể tích (Volume support) cũng có sẵn trong một số máy thở theo nguyên tắc cung cấp áp lực hỗ trợ để đạt mức thể tích đã đặt trong thời gian thời gian hít thở tự nhiên của bệnh nhân, giữ áp lực ở mức tối thiểu.

Hỗ trợ áp lực có thể làm giảm công thở bằng cách cung cấp lưu lượng trong hít vào cho nhịp thở bệnh nhân kích hoạt. Nó có thể được cung cấp với nhịp thở tự phát trong các chế độ IMV hoặc ở chế độ độc lập không có cài đặt tần số, cũng như cho cai máy thở để duy trì sự phối hợp của các cơ hô hấp ở bệnh nhân thở máy hơn vài tuần.

CƠ BẢN VỀ THÔNG KHÍ

Máy thở cung cấp khí cho phổi bằng áp lực dương ở một mức nhất định. Lượng khí cung cấp có thể bị giới hạn bởi thời gian, áp lực hoặc thể tích. Thời gian hít vào có thể được tính chu kỳ theo thời gian, áp lực hoặc lưu lượng. Nếu thể tích được đặt, áp lực sẽ thay đổi; nếu áp lực được cài đặt, thể tích thay đổi tùy theo độ giãn nở.

Độ giãn nở = Δvolume/Δpressure

Sau đây là ba kỳ vọng chính từ máy thở:

1. Máy thở phải nhận ra những nỗ lực hô hấp của bệnh nhân (kích hoạt, trigger).

2. Máy thở phải có khả năng đáp ứng nhu cầu của bệnh nhân (đáp ứng, response).

3. Máy thở không được can thiệp vào nỗ lực của bệnh nhân (đồng bộ, synchrony).

Bất cứ khi nào một nhịp thở được hỗ trợ bởi máy thở, bất kể chế độ, giới hạn của sự hỗ trợ được xác định bởi một áp lực hoặc thể tích đặt trước.

• Giới hạn thể tích: Thể tích đặt trước
• Giới hạn áp lực: PIP đặt trước.

Kiểm soát áp lực vs kiểm soát thể tích

Mục tiêu là để thông khí và oxy hóa đầy đủ. Cả hai chế độ kiểm soát áp lực và kiểm soát thể tích đều có thể đạt được. Các yêu cầu quan trọng bao gồm chuyển động đầy đủ của lồng ngực và chấn thương áp lực (barotrauma) hoặc chấn thương thể tích (volutrauma) tối thiểu.

Người ta phải có một cài đặt báo động áp lực cao/thấp trong chu kỳ thể tích và báo động thể tích khí lưu thông thở ra thấp khi sử dụng chu kỳ áp lực.

Thông khí giới hạn áp lực (Pressure Limited Ventilation) (Hình 1)

Máy thở ngừng chu kỳ hít vào khi đạt được PIP cài đặt.

Thận trọng: Thể tích khí lưu thông thay đổi đột ngột khi thay đổi độ giãn nở của bệnh nhân. Máy thở cung cấp một kiểu lưu lượng giảm (PIP thấp hơn cho cùng một Vt)

Mode thở này có thể dẫn đến giảm thông khí hoặc giãn nở quá mức của phổi.

Nếu ống nội khí quản bị tắc nghẽn một phần, thể tích khí lưu thông sẽ giảm. Chế độ này rất hữu ích nếu có rò rỉ xung quanh ống nội khí quản.

Để cải thiện oxy hóa, người ta cần phải kiểm soát FiO2 và MAP, (I-time, PIP, PEEP) và để ảnh hưởng đến thông khí, người ta cần phải kiểm soát PIP và tần số thở.

Thông khí giới hạn thể tích (Volume Limited Ventilation) (Hình 2)

Máy thở ngừng chu kỳ hít vào khi đạt được thể tích khí lưu thông cài đặt.

Người ta có thể kiểm soát thông khí phút bằng cách thay đổi thể tích khí lưu thông và tần số. Để cải thiện oxy hóa chủ yếu là kiểm soát FiO2, PEEP, I-time. Tăng thể tích khí lưu thông cũng sẽ làm tăng PIP, do đó ảnh hưởng đến quá trình oxy hóa bằng cách tăng áp lực đường thở trung bình. Nó cung cấp thể tích trong kiểu lưu lượng sóng vuông. Kiểu lưu lượng sóng vuông (hằng số) dẫn đến PIP cao hơn cho cùng một thể tích khí lưu thông so với các chế độ áp lực.

Thận trọng: Không có giới hạn nào đối với PIP (do đó báo động của máy thở sẽ phải được cài đặt giới hạn áp lực cao hơn để tránh bị chấn thương áp lực). Thể tích bị mất nếu có rò rỉ mạch hoặc rò rỉ đáng kể xung quanh ống nội khí quản, do đó thể tích khí lưu thông thở ra cần được theo dõi và cài đặt. Một số máy thở sẽ tự động báo động nếu sự khác biệt giữa thể tích khí lưu thông hít vào từ cài đặt và thể tích khí lưu thông thở ra là đáng kể (thay đổi giữa các máy thở).

⇓

⇓

⇓

⇓

⇓

⇓

⇓

⇓

Kích hoạt/độ nhạy (Trigger/Sensitivity)

Kích hoạt có nghĩa là cài đặt độ nhạy của máy thở. Máy thở có cảm biến áp lực âm có thể được đặt ở các mức nhạy khác nhau để bắt đầu nhịp thở, thường dựa trên nỗ lực của bệnh nhân (áp lực âm) hoặc thời gian trôi qua trước nhịp thở tiếp theo trong trường hợp suy hô hấp hoặc ngưng thở. Nỗ lực của bệnh nhân có thể được “cảm nhận” như là một thay đổi về áp lực (kích hoạt áp lực) hoặc thay đổi lưu lượng trong bộ dây máy thở (kích hoạt lưu lượng). Một cài đặt độ nhạy lớn hơn 0 làm cho nó quá nhạy cảm (có nghĩa là nhịp thở được kích hoạt từ máy thở sẽ quá thường xuyên). Cài đặt giá trị âm (-1 hoặc – 2) thường được chấp nhận. Cài đặt quá âm sẽ làm tăng công thở của bệnh nhân (để tạo ra một áp lực âm) nhằm kích hoạt một nhịp thở máy thở.

Các chế độ nâng cao

•  Kiểm soát thể tích điều chỉnh áp lực (PRVC)
• Hỗ trợ thể tích
• Tỷ lệ nghịch đảo (IRV) hoặc thông khí giải phóng áp lực đường hô hấp (APRV)
• Áp lực đường khí dương kép (BIPAP)
• Thông khí tần số cao/dao động

Kiểm soát thể tích điều chỉnh áp lực (PRVC) (Hình 3)

Nó chủ yếu là một chế độ kiểm soát, cung cấp một thể tích khí lưu thông cài đặt với mỗi nhịp thở ở áp lực đỉnh thấp nhất có thể. Nó cung cấp nhịp thở với kiểu lưu lượng giảm được cho là ít gây hại cho phổi.

Hỗ trợ thể tích

Hỗ trợ thể tích về nguyên tắc, tương đương với hỗ trợ áp lực khi thể tích khí lưu thông “mục tiêu” được cài đặt và máy cung cấp thể tích đó ở mức hỗ trợ áp lực thay đổi, nhưng trong giới hạn cài đặt của hỗ trợ áp lực. Máy sẽ theo dõi thể tích cung cấp và điều chỉnh áp lực hỗ trợ để đáp ứng “mục tiêu” mong muốn trong giới hạn đã cài đặt.

Các chế độ nâng cao khác được thảo luận trong Chương 5 về thông khí nâng cao.

CÀI ĐẶT THÔNG KHÍ BAN ĐẦU

Người ta phải luôn luôn có ý tưởng chung về những gì cài đặt thông khí ban đầu để lựa chọn khi bắt đầu thông khí. Các thông số để chọn bao gồm:

• Tần số: Bắt đầu với tần số bình thường, tức là 15 cho trẻ vị thành niên/trẻ em, 20-30 đối với trẻ sơ sinh/trẻ nhỏ, 30-40 đối với trẻ sơ sinh.
• FiO2: 1 (100%) và giảm dần xuống mức < 0,5.
• PEEP: 3-5 cm H2O (cao hơn nếu ARDS, bệnh lý có độ giãn nở thấp, thấp hơn nếu hen suyễn, bệnh lý có độ giãn nở cao).
• Thời gian hít vào (tỷ lệ thời gian hít vào/thở ra hoặc tỷ lệ I:E): 0,3-0,4 giây đối với trẻ sơ sinh, 0,5-0,6 giây đối với trẻ em, 0,7-0,9 ở trẻ lớn hơn. Tỷ lệ I:E bình thường = 1:2 – 1:3. Có thể cần thời gian I cao hơn để cải thiện quá trình oxy hóa trong các tình huống khó khăn (thông khí tỷ lệ nghịch) làm tăng nguy cơ rò rỉ khí.

Chọn chế độ

Giới hạn áp lực

•  PIP được cài đặt tùy thuộc vào sự độ giãn nở và bệnh lý phổi.

o Trẻ sơ sinh: 18-22 cm H2O

o Trẻ em: 18-25 cm H2O (nhằm đạt thể tích khí lưu thông thở ra 6-8 ml/kg)

Giới hạn thể tích

• Thể tích khí lưu thông 8 ml/kg.

Điều chỉnh sau khi bắt đầu

Thường dựa trên khí máu và bão hòa oxy

• Đối với oxy hóa: FiO2, PEEP, thời gian Ti, PIP (thể tích khí lưu thông) có thể được điều chỉnh (tăng MAP).
•  Đối với thông khí: tần số thở, thể tích khí lưu thông (trong chế độ kiểm soát thể tích) và PIP (trong chế độ kiểm soát áp lực) có thể được điều chỉnh.
• PEEP được sử dụng để giúp ngăn chặn sự sụp đổ phế nang ở cuối thì thở ra; nó cũng có thể được sử dụng để huy động các phế nang bị sụp đổ hoặc để mở các đường thở mềm.

Các vấn đề liên quan đến trao đổi khí

Có 2 vấn đề cần quan tâm:

• Oxy hóa không đầy đủ (Thiếu oxy máu)
• Thông khí không đầy đủ (Tăng CO2 máu).

Oxy hóa không đầy đủ (giảm oxy máu)