RESPIRAN TERAPIA V URGENTNEJ MEDICNE Prof MUDr Oto

RESPIRAČNÁ TERAPIA V URGENTNEJ MEDICÍNE Prof. MUDr. Oto Masár, Ph. D.

Dýchanie= výmena plynov medzi vonkajšou atmosférou a organizmom Vonkajšie dýchanie = ventilácia a výmena plynov Vnútorné dýchanie = biologická oxidácia živín za prítomnosti O 2 a vzniku CO 2 a H 2 O. Bazálná spotreba O 2 = 300 ml/min je spojená s produkciou CO 2 = 250 ml/min Spotreba kyslíku = 3 – 5 ml/kg/min, produkcia CO 2 = 3 ml/kg/min

Respiračná insuficiencia je stav charakterizovaný: - poruchou transportu kyslíku pľúcami z atmosféry do krvi - nedostatočným zásobovaním tkanív kyslíkom - prípadne nedostatočnou elimináciou CO 2 pľúcami hypoxémia = Pa. O 2 <9, 0 k. Pa hyperkapnia = Pa. CO 2 > 5, 85 k. Pa

Klinické známky hroziacej respiračnej insuficience tachypnoe (dychová frekvencia > 35/min) dušnost zapínanie auxiliárneho svalstva, paradoxné dýchanie psychomotorický nekľud event. cyanóza ABR – pokles Pa. O 2 (parciálna respiračná insuficiencia)

akútna respiračná insuficiencia Pa. O 2 < 6, 5 k. Pa pri spontánnej ventilácii pri FIO 2 = 0, 21 Pa. O 2 < 7, 8 k. Pa pri FIO 2 = 0, 5 (parciálna respiračná insuficiencia) tachypnoe > 35 – 40/min, prípadne Pa. CO 2 > 6, 5 k. Pa (globálna respiračná insuficiencia)

Najčastejšie príčiny porúch ventilácie 1. Centrálne príčiny poruchy dychového centra (KCP, intoxikácie poruchy krčnej/hrudnej miechy (miešne lézie, tetanus) 2. Periferne príčiny 2. 1 periferne neuromuskulárne poruchy polyneuritidy – Guillain-Barré, toxické, infekčné poruchy nervosvalového prenosu - myasthenia gravis, botulinismus, periférne svalové relaxancia ochablosť respiračného svalstva (respiratory muscle fatigue)

najčastejšie príčiny poruch ventilácie 2. 2. poruchy ventilačnej mechaniky § poruchy integrity hrudnej steny, sériová fraktúra rebier ruptúra bránice, bráničná hernie kyfoskolióza Bechterevova nemoc

najčastejšie príčiny poruch ventilácie. 2. 3. Redukcia pľúcnych objemov: § ARDS § atelaktázy § pľúcny edém § fluidotorax § pneumotorax § abdominálna distenzia (paralytický ileus) § vysoký stav bránice (1)

Umelá pľúcna ventilácia Ventilačný vzorec popisuje časový priebeh dýchacieho cyklu dychový cyklus (T) - doba od počiatku inspíria do konca exspíria (TI = inspiračný čas, TE = exspiračný čas) Dychová frekvencia (f) - počet dychov /min Dychový objem (VT) Minutová ventilácia (V ) = f x VT Dechový pomer (Q) - Q = TI : TE

zóna transporty plynov = anatomický mŕtvy priestor dýchacie cesty -rozdelenie zóna výmeny plynov

Zákon Boyle - Mariotte Ventilácia = zaisťuje transport plynov počas inspíria a exspíria medzi vonkajšou atmosférou a alveolmi Fyzikálnym základom ventilačnej mechaniky je Boyle – Mariottov zákon P x V = konšt.

I N S P Í R I U M E X S P Í R I U M svalová sila P = 2 T/R elasticita

Laplaceov zákon Na rozhraní medzi kvapalnou a plynnou fázou alveolu vzniká povrchové napätie => relatívnía nestabilita alveolov (tendencia kolabovať) Vzťah medzi tlakom vo vnútri alveolu/bubliny – nutný k udržaniu rozopätia alveolu a tenziou v stene alveolu charakterizuje vzťah 2 T P = ------r P = tlak, T = tenzia v stene, r = polomer alveolu/bubliny

žebra intrapulmonální tlak interpleurální tlak

Spontánne dýchanie Pcm H 2 O Intrapulmonálny tlak t Intrapleurálny tlak Riadené dýchanie Pcm H 2 O Intrapulmonálny tlak Zmeny tlaku v časové závislosti t Intrapleurálny tlak

Mechanika ventilácie Počas ventilácie sa uplatňujú odpory: Ø Statické – elastické - pôsobia i pri zástave dychu – sú úmerné vzdušnej náplni pľúc ich mierou je compliance/elastance Ø Dynamické – tkanivové – podmienené deformáciou a trením v pľúcach – maximum pri maximálníej rýchlosti dychu (ca 15% - dynamických odporov) - prúdové – odpor kladený dýchacími cestami prúdu vzduchu. Závisí na: polomere, dĺžke dýchacích ciest, rýchlosti a druhu prúdenia - resistance

Resistance je mierou prúdového odporu v dýchacích cestách definovanou pomerom medzi tlakovým gradientom medzi atmosférou a alveolmi a ventiláciou. ∆ P (cm H 2 O) R = --------- = cm H 2 O/l/sac V (l/sac)

Resistance Normále hodnoty R Ø zdravý dospelý = 2 - 4 cm H 2 O/l/s Ø intubovaný dospelý = 4 – 6 cm H 2 O/l/s Ø novorozenec = 30 – 50 cm H 2 O/l/s Ø kojenec = 20 – 30 cm H 2 O/l/s Ø malé dieťa = 20 cm H 2 O/l/s

Prúdový odpor - Hagen – Poisauille zákon l R = r 4 Prúdový odpor je priamo úmerný dĺžke trubice (l) a nepriamo úmerný štvrtej mocnine polomeru (r) => pri redukcii priemeru na polovicu, stúpa prúdový odpor 16 x

Resistance Najčastejšie príčiny zvýšenej resistance bronchiálna dyskrinia edém bronchiálnej sliznice (astma, bronchitis, pľúcny edém) bronchospasmus emfyzém (dynamický uzáver dýchacích ciest) cudzie teleso tumorózna stenóza

INSPIRIUM EXSPIRIUM Zmeny bronchiálnych lumen v závislosti na postavení hrudníka

Dynamická komceza dýchacích cest Dynamická komcezia dýchacích ciest cm. H 2 O interpleurálny cm. H 2 O elastický retrakčný tlak cm. H 2 O alveolárny tlak

Príčiny sníženej pľúcnej compliance (1) zmeny pľúcneho parenchymu ARDS bronchopneumonie pľúcne fibrózy objemové zmeny pneumotorax fluidotorax vysoký stav bránice

Príčiny sníženej pľúcnej compliance (2) pľúcne kongescie ľavostranné srdečné zlyhanie edém pľúc poruchy surfactantu – funkčné poruchy ARDS atelaktázy aspirácie

Ventilačná práca Práca (W) = sila x dráha V respiračnej fyziológii dychová práca = súčin tlaku (P) a objemu (V) WOB (Work of breathing) = P x delta V (J) WOB = J/min = výkon Za normálnych podmienok sa počítá WOB inspiračné (exspirium je pasívne). Za patologických podmienok (CHOPN, astma, CPAP/PEPP) to neplatí Normálna hodnota WOB = 2, 5 – 3 J/min Kritická hodnota dychovej práce vyžadujúci dychovú podporu = 10 – 15 J/min

Ventilačná práca WOB pri spontánnom dýchaní : q Elastická dychová práca – k prekonaniu elastickej smrštivej sily = statický dýchací odpor (compliance) Čím je pľúca tuchšie, tým väčšia musí byť vynaložená elastická dychová práca q Prúdová dychová práca – k prekonaniu prúdového dynamického odporu (resistance) Čím užšie sú dýchacie cesty, tím väčšia musí byť vynaložená prúdová dychová práca

Ventilačná práca Spotreba O 2 respiračným svalstvom: § normálne okolnosti = 5 ml O 2/min = 2% celkovej potreby O 2 § tachypnoe a prehĺbené dýchania = až 20% § CHOPCH môže spotreba O 2 pre dychovú prácu ohroziť zásobovanie organizmu O 2 Zvýšenie energetickej potreby nad energetickú ponuku=> metabolické poruchy a únava respiračného svalstva (respiratory muscle fatigue) => hypoventilácia globálna respiračná insuficiencia

Ventilácia mrtvého priestoru Mrtvý priestor (dead space) je časť respiračného traktu v kterom nedochádza k výmene dýchacích plynov Anatomický mrtvý priestor (VD - volume dead) => dutina nosná, pharynx, larynx, bronchy VDanat = 150 – 250 ml ( 2 ml/kg t. hm) Alveolárny mrtvý priestor (VDalv) – časť alveolov menej alebo neadekvátne perfundovaných Funkčný mrtvý priestor (VDfunk) = suma anatomického a alveolárneho mrtvého priestoru VDfunk = VD anat + VD alv

Ventilácia mrtvého priestoru Kvocient mrtvého priestoru (VD/VT) za normálnych okolností VD = 30% a Valv = 70% dychového objemu VD/VT = 0, 3 Ak je VD/VT > 0, 7 – 0, 8 stáva sa spontánne dýchanie nemožné pretože zvýšená dychová práca predukuje viac CO 2 než môže pacient spontánnym dýchaním vylúčiť

pľúcne skraty (Qs/Qt) = prímes venóznej krvi v arteriálnej krvi Norma Qs/Qt = 3 – 5% CO Skraty: 1. Anatomické skraty 1. 1. vnútrosrdcové 1. 2. pľúcne 2. Funkčné skraty 2. 1. neúplné 2. 2. úplné

Funkčné skraty 1. Úplné (napr. atelektáza) – krv opúšťajúca kapiláru je rovnako saturovaná ako krv v a. pulmonalis 2. Neúplné (napr. hypoventilovaný alveolus) – krv je len zčasti desaturovaná Rozlíšenie – meranie Sa. O 2 a Pa. O 2: Neúplný funkčný Qs/Qt = pri hyperventilácii sa Sa. O 2 a Pa. O 2 normalizujú Úplné funkčné Qs/Qt = normalizácia Sa. O 2 a. Pa. O 2 pri aplikácii vysokej frakcie FIO 2 Anatomický Qs/Qt = Sa. O 2 a Pa. O 2 sa neupravuje ani pri vysokej FIO 2

Najčastejšie príčiny pravoľavých skratov Funkčný skrat (normálna hodnota = 2% CO) § atelektázy § pneumónie § edém pľúc § ARDS § pneumotorax § hemotorax § fluidotorax Anatomický skrat (normálne hodnoty = 2% CO) § bronchiálne, pleurálníe vény § vv. Thebesiánské § arterio – venózne skraty (včítane intrakardiálnych)

Statické pľúcne objemy r e z i d u á l n y o b j e m VENTIÁCIA C E L K O V Á K A P A C I T A V I T Á L N Í K A P A C I T A I N S P I R A Č N Í inspiračný rezervný objem K A P A C I T A dychový objem Funkčná Reziduálna kapacita exspiračný rezervný objem Reziduálny objem

Patofyziologia porúch dýchania I. Poruchy dýchania v pľúcach 1. Poruchy ventilácie - poruchy nervovej regulácie - poruchy obštruktívne - poruchy reštriktívne 2. Poruchy distribúcie 3. Poruchy difúzie 4. Poruchy perfúzie 5. Poruchy vzťahu ventilácie/perfúzie II. Poruchy transportu dýchacích plynov medzi pľúcami a tkanivami

II. Poruchy transportu dýchacích plynov medzi pľúcami a tkanivom 1. Nedostatočnosť kardiovaskulárna - znížený minutový objem srdca (šok, kardiálna insuficiencia) - zvýšený minutový objem srdca pri otvorených Truetových skratoch (septický šok) 2. Znížená kapacita krvi pre dýchacie plyny - nedostatok Hb - anémia, nefunkčný Hb (otrava CO, NO) 3. Porucha výmeny plynov medzi krvou a bunkami - znížená utilizácia O 2 v bunkách (otrava HCN) 4. Rossierova pseudoinsuficiencia – znížená saturácia Hb v tepennej krvi v dôsledku posunu väzobnej krivky pre Hb doprava – pri vysokej horúčke – hyposaturácia Hb O 2 i pri dostatočnom PAO 2

Respiračná insuficiencia je stav charakterizovaný: - poruchou transportu kyslíku pľúcami z atmosféry do krvi - nedostatočnom zásobovaní buniek kyslíkom - prípadne nedostatočnou elimináciou CO 2 pľúcami Hypoxémia = Pa. O 2 <9, 0 k. Pa Hyperkapnia = Pa. CO 2 > 5, 85 k. Pa

Respiračný systém Pľúca Kompartment Ventilačná pumpa pľúcna insuficiencia Porucha Ventilačná insuficiencia Parciálna respiračná insuficiencia Pa. O 2 ( ) Pa. CO 2 – ( ) Oxygenoterapia krvné plyny Terapia Globálna respiračná insuficiencia Pa. O 2 ( ) Pa. CO 2 ( ) Ventilácia

Klinické známky hroziacej respiračnej insuficiencie tachypnoe (dychová frekvencia > 35/min) dušnosť zapínanie auxiliárneho svalstva, paradoxné dýchanie psychomotorický nekľud event. cyanóza ABR – pokles Pa. O 2 (parciálna respiračná insuficiencia)

Akútna respiračná insuficiencia Pa. O 2 < 6, 5 k. Pa pri spontánnej ventilácii pri FIO 2 = 0, 21 Pa. O 2 < 7, 8 k. Pa pri FIO 2 = 0, 5 (parciálna respiračná insuficiencia) tachypnoe > 35 – 40/min, prípadne Pa. CO 2 > 6, 5 k. Pa (globálna respiračná insuficiencia)

Najčastejšie príčiny porúch ventilácie 1. Centrálne príčiny poruchy dychového centra (KCP, intoxikácie) poruchy krčnej/hrudnej miechy (miešne lézie, tetanus) 2. Periférne príčiny 2. 1 periférne neuromuskulárne poruchy polyneuritídy – Guillain-Barré, toxické, infekčné poruchy nervosvalového prenosu - myasthenia gravis, botulinizmus, periférne svalové relaxanciá ochablosť respiračného svalstva (respiratory muscle fatigue)

Najčastejšie príčiny porúch ventilácie 2. 2. poruchy ventilačnej mechaniky § poruchy integrity hrudnej steny, sériová fraktúra rebier ruptúra bránice, bráničné hernie kyfoskolióza Bechterevova choroba

Najčastejšie príčiny porúch ventilácie. 2. 3. Redukcia pľúcnych objemov: § ARDS § atelaktázy § pľúcny edém § fluidotorax § pneumotorax § abdominálna distenzie (paralytický ileus) § vysoký stav bránice (1)

Umelá pľúcna ventilácia Ventilačný vzorec popisuje časový priebeh dýchacieho cyklu dychový cyklus (T) - doba od počiatku inspíria do konca exspíria (TI = inspiračný čas, TE = exspiračný čas) dychová frekvencia (f) - počet dychov /min Dychový objem (VT) Minutová ventilácia (V ) = f x VT Dychový pomer (Q) - Q = TI : TE

Zmeny tlaku v dýchacich cestách v závislosti na čase Tlak (cm t. KO) strmosť (V/C) špičkový tlak Tlak k prekonaniu RESISTENCE ° (R x V) inspiračná fáza Tlak k prekonaniu COMPLIANCE (VT/c) pauza inspirium exspirium čas (sac)

Stratégia zahájenia UPV (Benzer) Step by step appreach 1. Umelá pľúcna ventilácia bez mechanické podpory: CPAP cez masku, tracheálnu rúrku, tracheálnu kanylu 2. Umelá pľúcna ventilácia s mechanickou podporou: SIMV, MMV, BIPAP, ASB, 3. riadená pľúcna ventilácia + PEEP: CPPV, BIPAP 4. riadená pľúcna ventilácia + PEEP a ventilácia inverzným pomerom I: E; CPPV + IRV, IRV – BIPAP

Prístupy k umelej pľúcnej ventilácii Pri voľbe režimu umelej pľúcnej ventilácii uvažujeme: a) stav pacienta – podiel dychovej práce pacienta na ventilácii b) optimálny typ ventilačnej podpory - zvážime či ide o: • zlyhanie pľúcneho parenchymu – tj. poruchy v úrovni pľúcnych alveolov => porucha oxygenácie riešiteľná a) korekciou FIO 2 b) na úrovni FRC - PEEP • poruchu ventilácie - rešiteľnou - UPV - inverzným pomerom I: E

Vynaložená dychová práca pacientom Vynaložená dychová práca ventilátorom mandatorná ventilácia synchronizovaná mandatorná ventilácia spontánna ventilácia čisté spontánne dýchanie

riadené dýchanie prerušovaným pretlakom (IPPV – Intermittent positive) cm. H 2 O T L A K čas

riadené dýchanie s pretlakom na konci výdychu (CPPV – Continnous Positive cezsure Ventilation) cm. H 2 O T L A K čas

Tlakovo limitovaná (objemová) ventilácia - PLV cm H 2 O T L A K (nad endinspiračné P-plateau) čas

Tlakovo riadená ventilácia (PCV. cezsure kontrolled Ventilation) cm. H 2 O T L A K Pmax (pod endinspiračným plateau) čas

Opatrenia ku zlepšeniu oxygenácie 1. Zvýšenie FIO 2 2. PEEP (Positive Endexspiratory cezsure) 3. Sighing/saufzer 4. IRV (Inversad – Ratio – Ventilation)

FIO 2 má byť tak vysoké ako je nutné a tak nízké, ako je možné, dlhodobá aplikácia FIO 2 > 0, 6 je spojená s toxickými prejavmi (Lorenz-Smith efekt) v vznik resorpčných atelaktáz v decezia mukociliárnej clearance v porucha surfactantu v zvýšená tvorba kyslých radikálov v aktivácia makrofágov a granulocytov v pľúcach

PEEP Positive Endxspiratory cezsure pôsobí vzostup Pa. O 2 v dôsledku v zväčšením funkčnej reziduálnej kapacity (FRC) v alveolárneho recruitment v sníženie pľúcnych pravoľavých skratov v prevencia kolapsu alveolu na konci výdychu v zlepšenie vzťahu ventilácia – perfúzia

Vedľajšie účinky PEEP pokles venózneho návratu k srdci pokles CO pokles systémového tlaku pokles perfúzie splanchnickou oblasťou Vyhľadať optimálne PEEP!

Ventilácia inverzným pomerom I: E (Inversad Ration Ventilation) cm. H 2 O T L A K čas EXSPIRIUM INSPIRIUM

Ventilácia inverzným pomerom I: E (1) ventilácia predĺženým inspíriom a skráteným exspíriom predĺženie inspíria pôsobí: v redukciu inspiračného flow pri konštantnom objeme v redukciu špičkového tlaku pri vzostupe stredného tlaku v dýchacích cestách v zlepšenie ventilácie „pomalých pľúcnych kompartmentov“ v dôsledku nízkého inspiračného flow Je viac času k vyrovnaniu všetkých endinspiračných tlakov vo všetkých kompartmentoch

Ventilácia inverzným pomerom I: E (2) ventilácia predĺženým inspíriom a skráteným exspíriom skrátenie exspiria pôsobí: v vznik intrinsického PEEP v pomalých kompartmentoch (rôzne výšky), ktorý trvá pokiaľ nie je výdych kompletne dokončený v v dôsledku intrinsického PEEP nedochádza koncom výdychu ku kolapsu alveolov v vplyvom alveolárneho recruitment zväčšuje sa FRC a plocha pre výmenu plynov v klesajú pľúcne pravoľavé skraty a stúpa Pa. O 2 v zlepšuje sa V/Q

Vpyv PEEP na nehomogénne ventilovaný alveolárny kompartment bez PEEP s PEEP alveolárny

Efekt IRV (Inversad-Ratio-Ventilation) u nehomogenne ventilovaného alveolárneho kompartmentu bez PEEP alveolárny

Asistovaná ventilácia cm. H 2 O T L A K Prah triggeru čas

IMV Intermitentná mandatórna ventilácia (Intermittent mandatory ventilation) cm. H 2 O 2 O T L Mechanický nádych Spontánne dýchanie Mechanický nádych A K čas

SIMV – Synchronizovaná intermitentná mandatórna ventilácia (synchronized mandatory intermittenmt ventilation) cm. H 2 O Mechanický T nádych Spontánne dýchanie Synchronizovaný mechanický nádych L A K čas aktuální nastavený očekávací okno

ASB – Assisted Spontaneous Breathing (Inspiračná asistencia) cm H 2 O T L A K čas

CPAP – Continuous Positive Airway cezsure spontánne dýchanie za kontinuálneho pozitívneho tlaku v dýchacích cestách Ø cez tracheálnu rúrku/tracheálnu kanylu Ø tesniacu tvárovú/nosnú masku Predpoklad: adekvátna spontánna ventilácia

CPAP – Pozitivní endexspiračný pretlak (Continuous Positive Airway cezsure) cm. H 2 O T L A K čas

CPAP – princíp účinku Ø zvyšuje FRC => vzostup Pa. O 2 Ø kontinuálny prívod dýchacích plynov znižuje dychovú prácu Ø kontinuálny pozitívny tlak v dýchacích cestách redukuje sklon ku kolapsom malých bronchov Ø otvára atelektatické pľúcne oblasti (alveolárny recruitment) Ø redukuje pravoľavé pľúcne skraty Ø zlepšuje pomer ventilácia-perfúzia

Indikácia CPAP Ø kardiogénny pľúcny edém Ø pneumonie Ø posttraumatické a pooperačné poruchy výmeny plynov, atelaktázy (pľúcne kontúzie, po OP v epigastriu) Ø IRDS

vedľajšie účinky CPAP Ø obdobné ako u PEEP na základe zvýšeného intratorakálneho tlaku Pri aplikácii cez masku: Ø hromadenie inspirovaných plynov v GIT Ø rozvoj pneumocefalu u zlomenín báze lebnej Ø konjunktivitis – únik plynov pri netesniacejcí maske Ø otlaky na tvári Ø anxiózne stavy

BIPAP – Biphasic Positive Airway presure je kombinácia spontánneho dýchania, riadeného časovo a tlakovo - mechanická časť ventilácie sa realizuje na základe tlakového gradientu mezi dvoma tlakovými niveau - spontánna ventilácia je možná na oboch tlakových niveau - tieto rytmické zmeny FRC zlepšujú alveolárnu ventiláciu

Vedľajšie účinky umelej pľúcnej ventilácie vzostup vnútrohrudného tlaku zníženie venózneho návratu k pravému srdci vzostup rezistencie v pľúcnom ričisku pokles systolického objemu a CO pokles perfúzie obličkami a pečeňou redukcia venózneho odtoku z intrakrania a vzostup ICP baro/volotrauma pľúc (pri IP > 40 cm H 2 O)

Minutový srdcový objem o em j b optimální predpätie optimálny výkon srdcovej pumpy hypovolémia pľúcne kongesiee hypervolémia enddiastolický plnící objem (Preload)

UPV a Frank-Starlingova krivka UPV vedie k posunu preload doľava preto: UPV + PEEP u ľavostrannej insuficience (vysoký PCWP) § snižuje venózny návrat § zvyšuje CO

UPV a Frank-Starlingova krivka UPV vede k posunu preload doľava preto: UPV + PEEP u hypovolémie (nízký PCWP) § znižuje venózny návrat § klesá CO pokles TK

Vedľajšie renálne účinky UPV + PEEP vedie k poklesu diurézy a vylučovánia Na § pokles CO => pokles perfúzneho tlaku § zvýšenie intratorakálneho tlaku => zníženie uvolňovania atriálneho natriuretického hormónu § stimulácia renín-angiotenzínového systému § zvýšená sekrécia ADH

Hepatálne vedľajšie účinky UPV + PEEP vedie k poklesu u perfúzie pečeňou: § preporcionálne s poklesom CO (až o 50 %) § zťažený venózny odtok z pečene § nekontrolovaná hyperventilácia vazokonstrikcia v splanchniku § u dlhodobej ventilácii – cholestáza/hyperbilirubinémia

Cerebrovaskulárne účinky UPV + PEEP vedie ku § zvýšeniu intratorakálneho tlaku § zhoršenie venóznej drenáže intrakrania § vzostupu ICP § poklesu CPP

Monitorácia UPV Monitorácia tlakových zmien: § alarm stenózy – alarmová mez 10 cm nad IP § alarm rozpojení systému – 5 cm nad PEEP monitorácia V (exspiračného minutového objemu): § dolná alarmová hranica: o 20 % nižšia než plánovaná V § horná alarmován hranica: o 20 % vyššia než plánovaná V