Pericoli connessi alla CPAP via casco in caso di interruzione del flusso di gas freschi

Transcript

1 Intensive Care Med (2007) 33: DOI /s Pericoli connessi alla CPAP via casco in caso di interruzione del flusso di gas freschi Nicolò Patroniti, Maurizio Saini, Alberto Zanella, Stefano Isgrò, Antonio Pesenti Riassunto Obiettivo : Valutare il comportamento di caschi diversi in seguito ad interruzione del flusso di gas freschi ottenuta mediante deconnessione a livello dell ingresso del casco, a livello del generatore di flusso, o a livello della sorgente di gas. Disegno e contesto dello studio: Studio fisiologico randomizzato condotto in un laboratorio di ricerca universitario. Pazienti: Cinque volontari sani. Intervento: CPAP (FiO 2 50%, PEEP 5 cmh 2 O) erogata in sequenza randomizzata con tre caschi diversi: 4Vent (Rüsch), PN500 (Harol), CaStar (StarMed) con valvola antisoffocamento libera o bloccata. Per ogni casco, i tre tipi di deconnessione sono stati testati in modo randomizzato per un massimo di 4 minuti. Misure e risultati: Durante l interruzione del flusso, abbiamo misurato: la frequenza respiratoria e il volume corrente mediante Respitrace; la concentrazione inspiratoria ed espiratoria di CO 2, e la FiO 2 mediante campionamento da una narice; la SpO 2 mediante pulsossimetria. Indipendentemente dal punto di deconnessione, abbiamo osservato un rapido aumento della rirespirazione di CO 2 e della ventilazione minuto, associato ad una riduzione della concentrazione inspiratoria di O 2. In assenza di una valvola di sicurezza operativa, le maggiori dimensioni del casco e la minore resistenza del tubo di ingresso dei gas si sono associate ad un incremento più lento della rirespirazione di CO 2. La presenza della valvola di sicurezza ha limitato la rirespirazione di CO 2 e l aumento della ventilazione minuto, ma non è stata in grado di contrastare la diminuzione della FiO 2 e la perdita della PEEP. Conclusioni: L uso di una valvola di sicurezza si è dimostrato efficace nel limitare la rirespirazione di CO 2, ma non ha garantito una protezione contro il rischio di ipossia legato alla riduzione della FiO 2 e alla perdita della PEEP. Per applicare una CPAP via casco in condizioni di sicurezza, è necessario disporre, oltre che di una valvola antisoffocamento, di sistemi di monitoraggio e di allarme dedicati. Parole chiave: Casco CPAP (Pressione positiva continua delle vie aeree) Ventilazione non invasiva Rirespirazione di anidride carbonica Ricevuto il: 26 Ottobre 2005 Accettato il: 9 Ottobre 2006 Pubblicato online il : 18 Novembre 2006 Springer-Verlag 2006 N. Patroniti ( ) M. Saini A. Zanella S. Isgrò A. Pesenti - Università di Milano-Bicocca, Ospedale San Gerardo Nuovo dei Tintori, Dipartimento di Scienze Chirurgiche e Terapia Intensiva, via Donizetti 106, Monza, Italy nicolo.patroniti@unimib.it Tel.: Fax: Introduzione La ventilazione non invasiva a pressione positiva (NPPV) e la pressione positiva continua delle vie aeree (CPAP) vengono spesso utilizzate nei pazienti con insufficienza respiratoria acuta [1,2]. Numerosi studi hanno descritto l applicazione della CPAP [3,4,5,6] e della NPPV [7,8,9,10,11] con l interfaccia di un casco, costituito da 1

2 una calotta di plastica trasparente a tenuta d aria, che avvolge la testa del paziente. Per l applicazione di una CPAP, il casco ha dimostrato di avere la stessa efficacia della maschera facciale [5,12,13,14,15]. Rispetto alla maschera facciale, questo dispositivo comporta un minore rischio di necrosi cutanea, è meglio tollerato e può essere applicato nella stragrande maggioranza dei pazienti, indipendentemente dalla forma del viso [11]. La mancanza di un efficace sistema di monitoraggio e di allarme pone alcuni problemi di sicurezza riguardo alla sua applicazione clinica. Il più importante di questi è costituito dal rischio di asfissia conseguente ad un interruzione accidentale del flusso di gas freschi. Abbiamo confrontato le prestazioni di tre caschi disponibili in commercio, dopo interruzione del flusso di gas freschi, in volontari sani sottoposti a CPAP via casco. Materiali e metodi Lo studio è stato condotto su cinque volontari sani di sesso maschile (età 26±2 anni), dopo aver ottenuto da ciascuno il consenso informato alla partecipazione. I soggetti studiati non erano a conoscenza dello scopo dello studio. Lo studio è stato approvato dal Comitato Etico dell Ospedale San Gerardo (Università di Milano-Bicocca). Abbiamo testato i tre seguenti caschi: 4Vent (Rüsch), PN500 (Harol), CaStar (StarMed). Il casco CaStar è provvisto di un dispositivo antisoffocamento, costituito da una valvola a soglia con un apertura sulla calotta del casco. La valvola è mantenuta chiusa da un disco di plastica, che viene spinto contro l apertura della valvola dalla pressione presente all interno del casco. L aumento della pressione interna è controbilanciato da una molla a spirale. Ogni volta che la pressione interna al casco scende al di sotto di 2.5 cmh 2 O, la molla spinge indietro il disco di plastica e la valvola si apre consentendo il passaggio di un flusso di gas in entrambe le direzioni. Abbiamo valutato il comportamento del casco CaStar in due condizioni: con la valvola di sicurezza in funzione (CS VF ) e con la valvola di sicurezza bloccata (CS VL ); in questo modo, abbiamo eseguito quattro test su tre caschi (Fig.1). Con tutti i caschi è stato utilizzato lo stesso sistema per CPAP ad alto flusso (flusso di gas 60 l/min; FiO 2 0.5; PEEP 5 cmh 2 O) [13]. Abbiamo registrato la concentrazione di O 2 (FiO 2 ) e di CO 2 mediante campionamento da una narice, la saturazione di ossigeno (SpO 2 ) mediante un monitor di capnometria e pulsossimetria (Ohmeda, 4700 OxiCap, Louisville, Col., USA), le pressioni a livello della branca inspiratoria (P in ) ed espiratoria (P out ), e le variazioni del pattern respiratorio mediante un pletismografo respiratorio ad induttanza calibrato [16] (RIP; Respitrace Plus, NIMS, Miami Beach, Fla., USA). Una descrizione completa della calibrazione del pletismografo respiratorio è riportata in uno studio precedente [13]. Tutti i soggetti hanno sperimentato tutti i caschi in sequenza randomizzata. Per ogni casco, sono stati testati in modo randomizzato tre diversi tipi di deconnessione: all ingresso del casco (D inlet ), a livello del flussimetro (D flowmeter ) e a livello della sorgente di gas (D source ). Ogni deconnessione è stata mantenuta per un tempo massimo di 4 minuti, salvo che si verificasse una delle seguenti condizioni: CO 2 tele-espiratoria superiore a 70 mmhg, FiO 2 inferiore a 0.21, o esplicita richiesta del soggetto di interrompere l esperimento. Dopo ogni deconnessione, il soggetto è stato ricollegato alla sorgente di gas fino a quando le variabili misurate si sono riportate ai livelli basali. Abbiamo calcolato, respiro per respiro, i seguenti parametri: frequenza respiratoria (RR) e volume corrente (Vt) in base ai tracciati pletismografici; PiCO 2 e PetCO 2, che esprimono rispettivamente il valore inspiratorio di plateau e il valore espiratorio massimo di anidride carbonica. Ogni soggetto ha descritto le proprie sensazioni soggettive relative ad ogni casco e ad ogni deconnessione. I dati sono stati analizzati mediante analisi della varianza bidirezionale, con correzione di Bonferroni per l analisi post-hoc (SPSS, Chicago, Ill., USA). L analisi è stata eseguita su valori acquisiti ogni 30 secondi dall inizio della deconnessione. 2

3 Fig.1 Immagine, schema del tubo inspiratorio e caratteristiche rilevanti dei caschi testati nello studio. Le frecce nere indicano la direzione del flusso, la freccia bianca indica la valvola di sicurezza Risultati Nel corso dello studio, non sono stati riportati eventi avversi né richieste di interruzione. Indipendentemente dal punto di deconnessione, con tutti i caschi la PiCO 2, La PetCO 2 (Fig.2) e il Vt (Fig.3) sono aumentati, mentre la FiO 2 (Fig.3) è diminuita. La SpO 2 e la frequenza respiratoria non hanno mostrato variazioni significative. La P in è scesa dal livello di PEEP a 0-2 cmh 2 O in 2.2±1.8 secondi. Per quanto riguarda le differenze tra i vari tipi di deconnessione, la PiCO 2, la PetCO 2 (Fig.2) e il Vt (Fig.3) sono aumentati in misura maggiore durante D source e D flowmeter che durante D inlet. Tutti i soggetti hanno provato un senso di imminente soffocamento sia durante D source che durante D flowmeter, mentre D inlet è stata giudicata tollerabile con tutti i caschi. A differenza degli altri caschi che hanno raggiunto un plateau, il casco PN500 ha mostrato un aumento costante della PiCO 2 durante D inlet (Fig.2). Durante D source, D flowmeter e D inlet (Fig.3), Vt è aumentato rispettivamente del 155±100%, 183±128% e 76±37%, rispetto ai valori di base. Per quanto riguarda le differenze riscontrate tra i caschi senza valvola di sicurezza operativa, il PN500 ha mostrato un aumento più lento in termini di PiCO 2 rispetto agli altri caschi (Fig.2). La dispnea è stata giudicata meno intensa con il PN500 durante D source o D flowmeter, ma non durante D inlet. Durante D source o D flowmeter, la presenza della valvola di sicurezza ha comportato un aumento più lento e più limitato della PiCO 2, della PetCO 2 (Fig.2) e del Vt (Fig.3), ma anche una caduta più rapida della FiO 2 (Fig.3). Con l impiego della valvola di sicurezza non è stato percepito alcun senso di soffocamento. 3

4 Fig.2 Evoluzione nel tempo dell anidride carbonica inspiratoria (PiCO 2 ) e tele-espiratoria (PetCO 2 ) misurata ad intervalli di 30 secondi, durante le tre deconnessioni. # p<0.05 deconnessione all ingresso del casco vs deconnessione al generatore di flusso e alla sorgente di gas; * p<0.05 CaStar con valvola di sicurezza libera vs CaStar con valvola di sicurezza bloccata e 4Vent; p<0.05 CaStar con valvola di sicurezza libera vs PN500; p<0.05 PN500 vs CaStar con valvola di sicurezza bloccata e 4Vent Fig.3 Evoluzione nel tempo della frazione inspiratoria di ossigeno (FiO 2 ) e del volume corrente (Vt) misurati ad intervalli di 30 secondi durante le tre deconnessioni. # p<0.05 deconnessione all ingresso del casco vs deconnessione al generatore di flusso e alla sorgente di gas; * p<0.05 CaStar con valvola di sicurezza libera vs CaStar con valvola di sicurezza bloccata e 4Vent; p<0.05 CaStar con valvola di sicurezza libera vs PN500; p<0.05 PN500 vs CaStar con valvola di sicurezza bloccata e 4Vent 4

5 Discussione L interruzione del flusso di gas diretto al casco ha prodotto cinque effetti principali: (a) la CO 2 interna al casco è aumentata; (b) la FiO 2 si è ridotta a causa della respirazione di aria ambiente, dell aumento della PiCO 2, o del progressivo consumo di ossigeno in uno spazio chiuso; (c) in pochi secondi si è verificata una perdita della PEEP; (d) si è manifestata una dispnea di intensità crescente accompagnata da un senso di imminente soffocamento; (e) si è verificato un progressivo aumento della ventilazione minuto. Effetto legato al punto di deconnessione In assenza di una valvola di sicurezza, la ventilazione via casco dipende dal punto di deconnessione. Durante D flowmeter è ancora teoricamente possibile una forma di ventilazione via casco, tuttavia non abbiamo osservato differenze significative nelle variazioni della concentrazione di CO 2 e di O 2, né nell intensità del senso di soffocamento associato, rispetto a D source. Ciò può essere dovuto all elevato volume del tubo inspiratorio (300 ml circa), che crea uno spazio morto addizionale. Durante D inlet è stata possibile una ventilazione in aria ambiente, e la PiCO 2 ha raggiunto valori stabili sotto i 30 mmhg, senza differenze significative tra i vari caschi. Tuttavia, la riduzione della FiO 2 è risultata più rapida che negli altri tipi di deconnessione. Per l intera durata della deconnessione, D inlet è stata giudicata tollerabile da tutti i soggetti. Effetto legato alle dimensioni del casco Rispetto agli altri caschi senza valvola di sicurezza operativa, il PN500 ha mostrato un aumento significativamente più lento della PiCO 2 ed una più lenta riduzione della FiO 2 ; inoltre, il livello di agitazione e di discomfort respiratorio è stato meno intenso. Questi vantaggi sono stati più marcati durante D source, condizione in cui il volume del casco rappresenta l unica determinante della velocità di variazione della PiCO 2 e della FiO 2. Questi dati testimoniano un vantaggio dei caschi di volume più elevato durante applicazione di una CPAP. Effetti della valvola di sicurezza La valvola di sicurezza ha limitato l aumento della CO 2 durante D source e D flowmeter. La PiCO 2 ha raggiunto un livello stabile di circa 20 mmhg al secondo minuto di deconnessione, causando un aumento della ventilazione minuto compreso tra il 30 e il 130%, a seconda del soggetto. Durante D inlet, invece, il comportamento del casco con valvola di sicurezza operativa è risultato simile a quello degli altri caschi. Quando il problema è a livello dell ingresso sul casco (D inlet ), considerato il punto più probabile di deconnessione, la valvola di sicurezza non ha mostrato alcun vantaggio sostanziale. La presenza della valvola di sicurezza si è associata ad una riduzione progressiva della FiO 2. Considerando che, in caso di deconnessione, la PEEP cade comunque a livelli vicini allo 0, possiamo probabilmente concludere che la valvola di sicurezza, pur funzionando come sistema antisoffocamento nei soggetti normali, non protegge i pazienti con insufficienza respiratoria dal rischio di ipossia severa, avendo tali soggetti necessità di elevati livelli di FiO 2 e di PEEP. Implicazioni cliniche Nonostante l esperienza clinica sempre più diffusa, scarsa attenzione è stata finora attribuita alle problematiche legate al monitoraggio e alla sicurezza nell applicazione della CPAP via casco. Questo studio ha preso in considerazione il pericolo rappresentato dall interruzione del flusso di gas diretto al casco. Le conseguenze 5

6 cliniche più importanti sono la perdita della PEEP e la riduzione della FiO 2. Nei pazienti con insufficienza respiratoria acuta, un interruzione del flusso di gas diretto al casco può essere letale. Inoltre, la limitazione della rirespirazione di CO 2 mediante una valvola di sicurezza potrebbe non essere sufficiente quando la CPAP via casco viene applicata in pazienti già ipercapnici, nei quali il rischio di coma ipercapnico è presente anche con bassi livelli di PiCO 2. Per queste ragioni, la CPAP via casco non deve essere utilizzata senza un adeguato monitoraggio e la supervisione di personale infermieristico, anche quando viene applicata in un contesto di terapia intensiva. Inoltre, per un applicazione sicura ed efficace della CPAP via casco sono necessari diversi interventi migliorativi. Per l erogazione di adeguati flussi di gas freschi al casco, è necessario disporre di un sistema dedicato [17]. Un monitoraggio efficace del flusso di gas freschi, della FiO 2 e della PEEP, nonché dei relativi allarmi, dovrebbe essere previsto in tutti i sistemi per CPAP via casco. Considerando che la caduta della pressione è il primo segno di interruzione del flusso di gas, la misura di questo parametro può essere facilmente implementata. Tutti i caschi disponibili in commercio dovrebbero essere provvisti di un sistema efficace che garantisca un elevato passaggio di aria da e verso il casco in caso di interruzione del flusso di gas. Infine, per l applicazione della CPAP, si raccomanda di utilizzare caschi di volume più elevato. Conclusioni Un interruzione accidentale del flusso di gas durante applicazione di una CPAP via casco causa un rapido e pericoloso aumento della rirespirazione di CO 2 e della ventilazione minuto, associato ad una diminuzione della FiO 2. Alcune caratteristiche del casco utilizzato, come il volume elevato, una porta di ingresso a bassa resistenza e l aggiunta di un sistema di sicurezza, possono limitare e ritardare efficacemente le conseguenze cliniche dell interruzione del flusso di gas freschi. Vi è una forte esigenza di un sistema dedicato di monitoraggio e di allarme, che deve comunque essere sempre integrato da un attento controllo clinico, molto importante anche in un contesto di terapia intensiva. Bibliografia 1. American Thoracic Society and European Respiratory Society (2001) International consensus conference in intensive care medicine: non-invasive positive pressure ventilation in acute respiratory failure. Am J Respir Crit Care Med 163: Metha S, Hill N (2001) Noninvasive ventilation. Am J Respir Crit Care Med 163: Antonelli M, Conti G, Moro ML, Esquinas A, Gonzales-Diaz G, Confalonieri M, Pelaia P, Principi T, Gregoretti C, Beltrame F, Pennisi MA, Arcangeli A, Proietti R, Passariello M, Meduri GU (2001) Predictors of failure of noninvasive positive pressure ventilation in patients with acute hypoxemic respiratory failure: a multi-center study. Intensive Care Med 27: Foti G, Cazzaniga M, Villa F, Valle E, Sabato M, Apicella F, Casartelli V, Fontana G, Rossi GP, Vesconi S, Pesenti A (1999) Out of hospital treatment of acute pulmonary edema (PE) by non invasive continuous positive airway pressure (CPAP): feasibility and efficacy. Intensive Care Med S112:A Principi T, Pantanetti S, Catani F, Elisei D, Gabbanelli D, Pelaia P, Leoni P (2004) Noninvasive continuous positive airway pressure delivered by helmet in haematological malignancy patients with hypoxemic acute respiratory failure. Intensive Care Med 30: Tonnelier JM, Prat G, Nowak E, Goetghebeur D, Renault A, Boles JM, L her E (2003) Noninvasive continuous positive airway pressure ventilation using a new helmet interface: a case-control prospective pilot study. Intensive Care Med 29: Squadrone V, Coha M, Cerutti E, Schellino MM, Biolino P, Occella P, Belloni G, Vilianis G, Fiore G, Cavallo F, Ranieri VM; Piedmont Intensive Care Units Network (PICUN) (2005) Continuous positive airway pressure for treatment of postoperative hypoxemia: a randomized controlled trial. JAMA 293: Antonelli M, Conti G, Pelosi P, Gregoretti C, Pennisi MA, Costa R, Severgnini P, Chiaranda M, Proietti R (2002) New treatment of acute hypoxemic respiratory failure. Noninvasive pressure support ventilation delivered by helmet. A pilot controlled trial. Crit Care Med 30:

7 9. Klein M, Weksler N, Bartal C, Zilberstein G, Gurman GM (2004) Helmet noninvasive ventilation for weaning from mechanical ventilation. Respir Care 49: Antonelli M, Pennisi MA, Conti G, Bello G, Maggiore SM, Michetti V, Cavaliere F, Proietti R (2003) Fiberoptic bronchoscopy during noninvasive positive pressure ventilation delivered by helmet. Intensive Care Med 29: Antonelli M, Pennisi MA, Pelosi P, Gregoretti C, Squadrone V, Rocco M, Cecchini L, Chiumello D, Severgnini P, Proietti R, Navalesi P, Conti G (2004) Noninvasive positive pressure ventilation using a helmet in patients with acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease. Anesthesiology 100: Rocco M, Dell Utri D, Morelli A, Spadetta G, Conti G, Antonelli M, Pietropaoli P (2004) Noninvasive ventilation by helmet or face mask in immunocompromised patients. A case-control study. Chest 126: Patroniti N, Foti G, Manfio A, Coppo A, Bellani G, Pesenti A (2003) Head melme versus face mask for non-invasive continuous positive airway pressure: a physiological study. Intensive Care Med 29: Chiumello D, Pelosi P, Carlesso E, Severgnini P, Aspesi M, Gamberoni C, Antonelli M, Conti G, Chiaranda M, Gattinoni L (2003) Noninvasive positive pressure ventilation delivered by helmet vs. standard face mask. Intensive Care Med 29: Foti G, Patroniti N, Pesenti A (2004) Helmet CPAP in Acute Respiratory Failure. In: Vincent JL (ed) Yearbook of intensive care and emergency medicine. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp Sackner MA, Watson H, Belsito AS, Feinerman D, Suarez M, Gonzales G, Bizousky F, Krieger B (1989) Calibration of respiratory inductive plethismograph during natural breathing. J Appl Physiol 66: Taccone P, Hess D, Caironi P, Bigatello LM (2004) Continuous positive airway pressure delivered with a helmet : effects of carbon dioxide rebreathing. Crit Care Med 32: