Ventilatory update

1. Ventilatory update Filip Fredén Anestesi & Intensivvårdskliniken Akademiska sjukhuset

2. Permissive hypercapnia

3. Effekter på lungan av hyperkapnisk acidos • Vagalt utlöst konstriktion av stora luftvägar • Regional dilatation av små luftvägar • Ökad PVR och förstärkt HPV • förbättrad syresättning och högre PA-tryck

4. Övriga effekter av hypercapnisk acidos • Hemoglobin • högerförskjutning av dissociationskurvan • ökat O2-avgivande • CNS • ökad ventilatorisk drive • cerebral vasodilatation  ökat ICP • maximal effekt vid PaCO2> 16 kPa • sänkt medvetande • 30 % CO2 ger isoelektriskt EEG • inga sequelae efter PaCO2 20 - 35 kPa

5. Övriga effekter av hypercapnisk acidos • Hjärta-kärl: • nedsatt kontraktilitet i myocard och kärlens glatta muskulatur • vasodilatation i coronarkärl, huden & hjärnan • ökad sympatikustonus • ökad hjärtfrekvens • ökad tonus i kapacitanskärl • ökat venöst återflöde • ökad cardiac output • Njurar • kompensatorisk alkalos • adrenergt utlöst vasokonstriktion • ökad Na-återresorption

6. Acidos • Associerat med sämre prognos vid • hjärtstillestånd (Jorgensen et al, Resusc. 1999; 42: 173) • sepsis (Balakrishnan et al, J Infect 2000; 40:256) • hos den nyfödde (Gyn Obst Invest 1991; 32: 220)

7. Kan permissive hypercapnia skydda mot lungskada?

8. Hyperkapnisk acidos dämpar det inflammatoriska svaret: • minskad chemotaxi (AJRCCM 2002; 165: A383) • sänkt pulmonell och systemisk cytokinhalt (AJRCCM 2000; 162: 2287) • minskad cellapoptos (AJRCCM 2000; 162: 2287) • sänkt produktion av fria radikaler (AJRCCM 2000; 162: 2287) • hämning av NF-ķß (Am J Respir Cell Mol Biol 2003; 29: 142) • Hyperkapnisk acidos skyddar mot reperfusionsskada: • lungorna (AJRCCM 2003; 168: 1383, AJRCCM 2000; 161: 141) • myocardiet (AJP 1997; 272: H2071) • hjärnan (Exp Toxicol Pathol 1998; 50: 402)

9. Terapeutisk hyperkapni vid reperfusionsskada Laffey et al, AJRCCM 2000; 162: 2287 Terapeutisk hyperkapni: FICO2 12 %: PaCO2 13,5 kPa, pH 7,11 Kaninlunga 75 min ischemi 90 min reperfusion Protein i BAL TNF i BAL

10. PaCO2 5,5 pH 7,45 Kanin Tidalvolym 25 ml/kg 0 PEEP PaCO2 11 pH 7,17 FICO2 12 % Hyperkapnisk acidos skyddar mot lungskada utlöst av höga tidalvolymer Sinclair et al AJRCCM 2002; 166: 403 - 408

11. Kanin lavage TV 12 ml/kg +/- hyperkapni, 0 PEEP TV 5 ml/kg +/- hyperkapni, 12,5 PEEP Permissive hypercapnia efter bronkioalveolärt lavage minskade inte lungskadan oavsett om TV var 12 ml/kg eller 5 ml/kg Rai et al, Ped Res 2004; 55: 42-49

12. Hyperkapni eller acidos? • Vid experimentell lungskada (reperfusionsskada) • hyperkapni + acidos minskade lungskadan • metabol acidos minskade lungskadan men i lägre grad • hyperkapni utan acidos skyddade inte lungan Laffey et al, AJRCCM 2000; 161: 141

13. Tolerans för hyperkapnisk acidos • God tolerans hos friska försökspersoner: • ökning av PVR och PA-tryck • ökning av HR, MAP och CO • Kiely et al. Chest 1996; 109: 1215 • God tolerans vid ARDS: • 53 patienter med svår ARDS • PaCO2 8,9 kPa (range 5,1 - 21,1) • pH 7,23 (range 6,79 - 7,45) • låg mortalitet relaterat till Apache II score • Hickling et al, CCM 1994; 22: 1568 • Myocardfunktion vid PaCO2 10 kPa hos ARDS-patienter: • nedsatt kontraktilitet, kunde motverkas till viss del med THAM • CO ökade, SVR sjönk • Weber et al. AJRCCM 2000; 162: 1361

14. Buffert • Inga studier stöder ”kosmetisk” buffring av acidos • pH ned till 7,1 - 7,2 tolereras oftast väl • Vid cirkulatorisk svikt kan buffert ge bättre myocardfunktion • Tribonat eller THAM skall användas vid respiratorisk acidos inte bikarbonat.

15. I kontrollerade studier med låg tidalvolym har endast måttlig hyperkapni använts. Samtliga studier hade protokoll med buffring vid pH < 7,0 – 7,2

16. Sammanfattning permissive hyperkapni • Permissive hypercapnia tolereras vanligen väl. • Experimentellt har man funnit lungprotektiva effekter av hyperkapnisk acidos in vitro och in vivo, men resultaten är motstridiga. Enbart hyperkapni, utan acidos, verkar inte ge skydd. • Acidosen dämpar det inflammatoriska svaret - risk att försvaret mot infektion försämras? • Permissive hypercapnia ännu enbart ”permissive” och inte terapeutisk så länge kliniska studier saknas

18. HFOV

19. CDP Adjust Valve Oscillator ET Tube Patient BIAS Flow

20. CDP / Mpaw = FRC = Lung Volume = Oxygenation I + + + + + Amplitude Delta P = Tv = Ventilation E - - - - - HFOV Principle: Amplitud och frekvens styr CO2-elimination

21. HFOV + Oscillator: Små tidal-volymer med hög frekvens Medel-luftvägstryck oxygenation CO2 elimination

22. Paw = CDP • CDP • = • LungVolume Continuous Distending Pressure

23. Fördelar HFOV • Medför högre medelluftvägstryck men med små tryckvariationer i alveolerna: • undviker överdistension • undviker alveolär kollaps • minskad risk för ventilator-inducerad lungskada?

24. PPVOLC: TK 25/15 efter rekr HFOVOLC: 10 Hz CDP efter rekr PPVCON: TK 21/5 0 rekr Mekoniumaspiration, griskultingar - jämförelse med protektiv ventilation och konventionell ventilation - ingen skillnad i grad av lungskada protektiv vs HFOV - prot vent och HFOV gav bättre gasutbyte än konv ventilation Van Kaam et al. CCM 2004; 32: 443

25. Compliance TNF Lavage, kanin MVLP = TV 10-12 ml/kg, PEEP 4-5 LVHP = TV 5-6 ml/kg, PEEP 8-9 HFOV = 15 Hz, Mpaw 15 cm H2O Konklusion: HFOV gav bästa skyddet mot lungskada Imai et al JAP 2001; 91: 1836

26. Minskad VILI av HFOV? • Tryckamplituden i alveolerna skall begränsas. • Djurförsök tyder på att HFOV minskar risken för VILI men dessa studier är gjorda med liten tub, höga frekvenser och låg amplitud på oscillationerna • Mycket talar för högre amplituder i alveolerna hos vuxna: • lägre resistans (grövre tub) • lägre compliance (vid ARDS) • lägre frekvenser och högre amplituder behövs ofta för fullgod ventilation

27. Tidalvolym vid HFOV • Låg frekvens och hög amplitud ger större tidalvolymer • Vid 4 Hz och amplitud 60 cm H2O har man uppmätt tidalvolym 4-5 ml/kg • Sedeek et al CCM 2003; 31: 227 • På vuxna används frekvens 3 - 6 Hz och amplitud 60 - 90 cm H2O

28. Kliniska studier på vuxna • 3 av de studier som finns omfattar totalt 83 ARDS-patienter där man startat HFOV efter varierande tid med konventionell respiratorbehandling • Generellt god effekt på syresättning och få komplikationer • Genomgående finner man högre mortalitet hos de som behandlats längre tid med konventionell ventilation innan HFOV • Fort et al (CCM 1997; 25: 937) • Mehta et al (CCM 2001; 29: 1360) David et al (ICM 2003; 29:1656)

29. Tidig vs sen ARDS Grasso et al. Anesthesiology 2002; 96: 795 • ARDS-patienter med kort (1±0,3 dygn) svarade bättre på rekrytering än patienter med lång resptid (7 ±1 dygn) • PaO2 steg med 175 resp 20 % • Vid tidig ARDS medförde rekrytering också mindre cirkulationspåverkan HFOV med open lung strategi innebär rekrytering - risk att man skadar lungorna om det gått för lång tid?

30. MOAT trial • 148 patienter, 75 med HFOV, 73 med konventionell ventilation • Kontrollgrupp: • tryck-kontrollerad ventilation • tidalvolym 6 - 10 ml/kg (reell vikt) • PEEP 13 ± 3 cm H2O (max 18 cm H2O) • Topptryck 37 ± 8 cm H2O • inga rekryteringsmanövrar • HFOV: • 5 Hz • CDP 5 cm > Mpaw vid CV • Mål: SaO2 > 88% med FIO2< 0,6 p = 0.078 Derdak et al AJRCCM 2002; 166: 801-808

31. Tidal volym CV Har HFOV påverkat CV i riktning mot lägre TV och högre PEEP? HFOV Tid Lung volym HFOV CV Tid

32. Sammanfattning HFOV • HFOV är teoretiskt en optimal metod för open lung koncept • Djurexperimentella data tyder på att HFOV minskar ventilator-inducerad lungskada även jämfört med protektiv konventionell ventilation • Kliniska studier på vuxna visar god säkerhet och god effekt på gasutbytet • Kliniska studier som jämför HFOV med bästa möjliga konventionella ventilation saknas ännu • Tidig start av HFOV (1 - 2 dygn) sannolikt av stor vikt • Skillnader i frekvens och amplitud kan förklara varför resultaten för barn är bättre än för vuxna

34. Elektrisk impedanstomografi • Bedsidemetod som ger möjlighet att bedöma lufthalten i lungorna Victorino et al. AJRCCM 2004; 169: 791

35. Elektrisk impedanstomografi • Högfrekvent växelström (5mA, 50 kHz) genom thorax via elektroder som placeras runt bröstkorgen • Impedans i lungvävnad och övrig vävnad skiljer sig • Impedans i lungan ökar med lufthalten • En tvådimensionell bild av lungan skapas • Upplösningen beror av antalet elektroder, vanligen används 16 st • Tidsupplösning 0,8 till 13 bilder/sekund

36. Frerichs et al JAP 2002; 93: 660

37. Jämförande studie; CT vs EIT 6 olika regioner: ventral, middle och dorsal på höger och vänster sida Frerichs et al JAP 2002; 93: 660

38. Frerichs et al JAP 2002; 93: 660

39. EIT vid experimentell lungskada Bronkio-alveolärt lavage hos gris Överensstämmelse mellan impedans och lungvolym efter lungskada Genderingen et al. ICM 2003; 29: 233

40. Pre-lavage post-lavage tryck/impedans -kurvor vid en P/V-manöver Lower lung region upper lung region whole lung Genderingen et al. ICM 2003; 29: 233

41. Validering av EIT på IVA-patienter • 10 patienter med P/F-ratio 114 - 289 • Jämförelse av CT och EIT vid långsam (1L/sek) inspiration upp till 45 cm H2O • God korrelation mellan EIT och CT vid förändringar i lungans lufthalt trots låg spatial resolution • bedöms ha goda möjligheter att visa • atelektaser • pneumothorax • cyklisk öppning/stängning av delar av lungan (”recruitment-derecruitment”) • öppning av långsamma alveoler • Överdistension svår att upptäcka Victorino et al. AJRCCM 2004; 169: 791

42. Victorino et al. AJRCCM 2004; 169: 791

44. NAVANeurally Adjusted Ventilatory Assist

45. Spontanandning • Trend mot mindre sedering • Förbättrad VA/Q-fördelning visad vid bibehållen diafragma-aktivitet • Följsamheten vid spontanandning som styrs av flöde eller tryck är begränsad

46. Sinderby et al. Nat Med 1999 Dec;5(12):1433-6

47. Sinderby et al. Nat Med 1999 Dec;5(12):1433-6

48. Sinderby et al. Nat Med 1999 Dec;5(12):1433-6

49. Sinderby et al. Nat Med 1999 Dec;5(12):1433-6

50. Sinderby et al. Nat Med 1999 Dec;5(12):1433-6