Porównanie metod wentylacji ciśnieniowo-zmiennej i objętościowo-zmiennej z różnym stosunkiem wdechu do wydechu podczas znieczulenia ogólnego u dzieci

Podczas znieczulenia ogólnego prowadzona jest najczęściej wentylacja objętościowo-zmienna ( Volume Control – VC). Metoda ta może być stosowana u dzieci, a nawet niemowląt [1], jednak u pacjentów o masie ciała poniżej 3 kg podawana objętość jest niedokładna, gdyż znaczna jej część spręża się w obiegu okrężnym [1, 2]. Jedynie nowsze respiratory w aparatach do znieczulenia, np. Cicero czy Cato firmy Draeger oraz Aestiva firmy Datex-Ohmeda mogą kompensować te straty [3, 4].

Istnieją dowody, że wentylacja ciśnieniow-zmienna ( Pressure Control – PC) powoduje lepszą dystrybucję gazów w płucach i umożliwia stosowanie niższych ciśnień szczytowych wdechu ( Peak Inspiratory Pressure – PIP) u pacjentów z zespołem zaburzeń oddychania (ARDS) [5, 6]. Metoda ta jest dostępna w respiratorach wykorzystywanych w czasie anestezji [7] i została uznana za skuteczną podczas znieczulenia dzieci wentylowanych przez maskę krtaniową (LMA) [8]. Obserwowano niższe wartości PIP w porównaniu z VC, przy użyciu tych samych objętości oddechowych ( Tidal Volume – V_T ) [8, 9], w tym także podczas znieczulenia z zastosowaniem wybiórczej wentylacji jednego płuca [10].

Celem pracy było porównanie metody VC z metodą PC, oraz dwóch różnych stosunków wdechu do wydechu (1:2 i 1:1) u dzieci zaintubowanych i wentylowanych, podczas anestezji do zabiegów chirurgicznych. Podjęto się oceny przydatności typowych parametrów wyjściowych dla obu trybów (V_T 10 ml kg^-1 w trybie VC i PIP 15 cm H₂ O (1,5 kPa) w trybie PC). Założono także, że przedłużenie czasu wdechu poprawi utlenowanie krwi i eliminację CO₂ .

Plan badania zatwierdziła Komisja Bioetyczna przy UM w Łodzi, rodzice udzielili pisemnie świadomej zgody na włączenie ich dzieci do badania. Planowano zbadać 30 dzieci bez patologii płucnej, poddawanych planowym zabiegom chirurgicznym w obrębie jamy brzusznej lub kończyn dolnych w ułożeniu na plecach, ASA I-II.

Dzieci premedykowano doustnie midazolamem (Midanium, Polfa W-wa, Polska) w dawce 0,5 mg kg^-1 i wprowadzano za pomocą tiopentalu (Thiopental, Sandoz, Szwajcaria) w dawce 5 mg kg^-1 lub sewofluranu (Sevorane, Abbott Laboratories, GB) w stężeniu do 5-8% z 70% N₂ O oraz 5 mg kg^-1 fentanylu (Fentanyl, Polfa W-wa, Polska) i 0,6 mg kg^-1 rokuronium (Esmeron, Organon, Holandia). Dzieci intubowano rurkami o rozmiarze odpowiednim dla wieku bez mankietu uszczelniającego. Po intubacji zakładano zgłębnik do żołądka celem usunięcia powietrza. Znieczulenie podtrzymywano za pomocą sewofluranu w stężeniu 1,7-2,0%, 50% N₂ O w O₂ , fentanylu w dawkach 1-3 mg kg^-1 i powtarzanych co 30 min dawek rokuronium.

HR, SpO₂ i E_T CO₂ były zapisywane co 2,5 min. Ciśnienie tętnicze mierzono w odstępach pięciominutowych.

Do znieczulenia u wszystkich pacjentów używano aparatu Ohmeda Aestiva 5 z respiratorem SmartVent 7900 (Ohmeda, Madison, WI, USA) i typowym pochłaniaczem CO₂ . Wentylację prowadzono w układzie okrężnym złożonym z dwóch silikonowych rur o długości 1,1 m (Willy Rüsch, Kernen, Niemcy) i wewnętrznej średnicy 9,5 mm, a także łącznika „Y” z dodatkowym portem do pomiaru ciśnienia. Pomiędzy łącznikiem Y a rurką intubacyjną umieszczano pediatryczny filtr przeciwbakteryjny/przeciwwirusowy (Humid-Vent, Hudson RCI, Väsby, Szwecja). Dopływ świeżych gazów do układu wynosił 2,0 l min^-1 (50% N₂ O w O₂ ), a częstość oddechów mechanicznych 25 min^-1 u dzieci poniżej 2 roku życia, 24 min^-1 u pacjentów w wieku 2-3 lat i o jeden oddech mniej na każdy rok powyżej trzeciego. Początkowy tryb wentylacji, określany losowo, randomizowany, po 15 min zmieniano na kolejny. Podczas wentylacji VC wstępna nastawiona objętość oddechowa (V_TI) wynosiła 10 ml kg^-1, PIP w trybie PC-15 cm H₂ O (1,5 kPa), a PEEP ustawiano na zero. Początkowy stosunek I:E był ustalany losowo, w każdym trybie stosowano wartości 1:2 i 1:1 przez 7,5 min. E_T CO₂ utrzymywano w zakresie 35-43 mm Hg (4,67-5,73 kPa). W tym celu modyfikowano odpowiednio V_TI o 10 ml lub PIP o 2 cm H₂ O (0,2 kPa). Do pomiarów przepływu, ciśnień w drogach oddechowych, wydychanej objętości oddechowej (V_TE), dynamicznej podatności płuc (Crs), oporu (Rrs) i przecieku wokół rurki intubacyjnej użyto monitora Florian (Acutronic Medical Systems, Hirzel, Szwajcaria). Posiada on czujnik przepływu (anemometr typu „hot-wire”), który umieszczano pomiędzy rurką intubacyjną a obwodem oddechowym. Czujnik ciśnienia monitora łączono za pomocą sztywnego przewodu o długości 0,5 m bezpośrednio z łącznikiem Y. Przy obliczaniu objętości wydechowych użyto współczynnika 0,717, aby uwzględnić obecność sewofluranu i N₂ O w układzie [11].

Po 5 min od rozpoczęcia wentylacji rozpoczynano rejestrację parametrów oddechowych, których wartości zapisywano co 2,5 min. Porównując tryby PC i VC wykorzystano każdego pacjenta jako jego własną kontrolę. x±SD dla parametrów oddechowych i krążeniowych były obliczone i porównane za pomocą analizy wariancji dla wielokrotnych powtórzeń (ANOVA) i testu t-Studenta. Wartość p<0,05 była uznawana za istotną statystycznie.

Z zakwalifikowanej liczby 30 dzieci, badania wykonano u 24. Średni wiek dzieci wynosił 3,8±1,8 lat, a średnia masa ciała 16,5±5,4 kg. Rodzaj zabiegów chirurgicznych wyszczególniono w tab. I. W połowie przypadków była zastosowana indukcja wziewna, a u pozostałych pacjentów – dożylna. Tryb VC był pierwszym u 13 pacjentów, a tryb PC – u 11. Średnica rurki intubacyjnej wynosiła średnio 5,2±0,6 mm, przeciek wokół rurki podczas trybów VC i PC wynosił odpowiednio 1,7±4,7% i 2,8±5,3% (p>0,05).

Średnie wartości PIP podczas wentylacji PC przy obu stosunkach I:E były istotnie niższe w porównaniu z VC (p<0,001). Podczas wentylacji VC wartości PIP były wyższe przy stosunku I:E równym 1:2 niż przy 1:1 (p<0,001). W trybie PC wartości PIP były takie same przy stosowaniu obydwu wartości I:E (tab. II).

Średnia V_TI ustawiana w aparacie Aestiva podczas VC, zapewniająca planowane E_T CO₂ , wyniosła 9,3±1,1 ml kg^-1 (ryc. 1), a średnia wartość PIP podczas wentylacji PC 14,4±1,7 cm H₂ O (tab. II). Wartości V_TE były istotnie wyższe podczas wentylacji VC w porównaniu z PC (ryc. 1). Podczas wentylacji PC przedłużenie Ti z 1:1 do 1:2 powodowało istotne zwiększenie V_TE, nie zaobserwowano takiej prawidłowości w trybie VC (ryc. 1). Podczas wentylacji VC średnia wartość V_TI (9,3±1,1 ml kg^-1) była istotnie wyższa od V_TE 8,4 ± 1,1 ml kg^-1), bez względu na stosowany stosunek I:E (ryc. 1, p<0,001).

Średnie E_T CO₂ podczas VC nie różniło się pomiędzy trybami 1:1 i 1:2, i było ono znacząco niższe w porównaniu z trybem PC 1:2 (ryc. 2). W trybie PC wartości E_T CO₂ były istotnie niższe przy I:E 1:1 niż 1:2, ale wyższe w porównaniu z VC 1:1.

Pomimo ustawienia PEEP na zero, obserwowano jego obecność na poziomie 3,6±0,8 cm H₂ O (0,36±0,08 kPa) podczas obu trybów wentylacji. Średnie wartości PEEP nie różniły się znacząco pomiędzy samymi trybami, ale były istotnie wyższe przy I:E 1:1 w porównaniu do 1:2, zarówno w trybie VC jak i PC (tab. II, ryc. 3).

Nie zaobserwowano różnic wartości HR, SAP/DAP oraz SpO₂ podczas PC i VC przy obydwu stosunkach I:E.

W przeciwieństwie do wentylacji VC, dla której proponowane początkowe wartości V_TI wynoszą 10 ml kg^-1, podczas wentylacji PC nie istnieje uniwersalny, oparty o masę ciała sposób programowania PIP. Początkowa wartość tego ciśnienia jest ustalana na podstawie doświadczenia anestezjologa i modyfikowana po obserwacji ruchomości klatki piersiowej [12] i pomiaru E_T CO₂ [13]. W prezentowanej pracy założono, że PIP o wysokości 15 cm H₂ O podczas PC skutkuje podobną wentylacją, co 10 ml kg^-1 podczas metody VC. Podobnie jak w badaniu przeprowadzonym przez Keidan i wsp. [9] skupiono się na utrzymywaniu optymalnego E_T CO₂ , a nie na zachowaniu dokładnie tych samych wartości V_T w trybie VC i PC. Wybrano PIP o wysokości 15 cm H₂ O (1,5 kPa), gdyż podczas wentylacji przez LMA u dzieci badanych przez ww. autorów [9], PIP o wysokości 14,1 cm H₂ O (1,41 kPa) zapewnił utrzymanie E_T CO₂ na poziomie 41,7 mm Hg (5,56 kPa). W badaniu własnym u wszystkich pacjentów udało się utrzymać E_T CO₂ poniżej 40 mm Hg (5,33 kPa), podczas wentylacji metodą PC, ale przy stosunku I:E równym 1:1.

Podczas wentylacji VC, średnia wartość E_T CO₂ była o 7% niższa w porównaniu z trybem PC, ale było to osiągnięte kosztem wyższej o 14% średniej V_TE, i wyższego o 31% średniego PIP. Potwierdza to, iż tryb ciśnieniowy oferuje lepszą wymianę gazową w porównaniu z trybem objętościowym [5, 6, 10, 14]. Podczas wentylacji VC zmierzono istotnie wyższe wartości PIP w porównaniu do PC (tab. II) przy obu stosunkach I:E. Podobne obserwacje poczyniono zarówno u pacjentów znieczulanych [9, 10], jak i leczonych z powodu niewydolności oddechowej [5, 6, 15]. Różnica w wysokości PIP może być tłumaczona po części, lepszą dystrybucją gazów w trybie PC oraz faktem, iż w tej metodzie przepływ gazów ustaje w ok. połowie czasu trwania wdechu, podczas gdy w trybie VC przepływ utrzymuje się aż do zakończenia wdechu. Kliniczne znaczenie wyższego PIP podczas wentylacji objętościowej jest jednak trudne do oszacowania, gdyż ciśnienia są zwykle mierzone w obwodzie oddechowym, a nie w tchawicy. Różnica w PIP pomiędzy trybami PC i VC, mierzona powyżej rurki intubacyjnej, może nie być obecna w tchawicy [16]. Wartość PIP, którą zaobserwowano podczas VC pozostawała także poniżej wartości uważanych za niebezpieczne [17]. Badgwell i wsp. [1] określili PIP o wysokości 20 cm H₂ O (0,2 kPa) jako adekwatny w trybie VC. Badania własne potwierdziły, że takie wartości PIP były obserwowane, ale tylko przy I:E równym 1:2, w innych trybach wentylacji ciśnienia niższe były wystarczające.

Przyjmuje się, że wentylacja z wysoką V_T uszkadza płuca; dwie godziny stosowania V_T 10 ml kg^-1 podczas znieczulenia z użyciem sewofluranu powodowało występowanie cech stanu zapalnego w wydzielinie pobranej z rurki intubacyjnej u noworodków [18]. Niezbędnym jest więc używanie możliwie najniższych objętości i świadomość dokładnej dostarczonej do płuc V_T . Wiadomo, że dokładną objętość dostarczoną do płuc wskazuje V_TE określane przy proksymalnym końcu rurki intubacyjnej [19, 20], tymczasem w aparacie Aestiva 5, podobnie jak w innych tego typu urządzeniach nie jest stosowany odpowiedni czujnik pozwalający mierzyć V_TE w tym miejscu. Wiadomo, że monitor Florian zapewnia wiarygodne pomiary V_TE nawet podczas wentylacji o wysokiej częstotliwości [21], o ile pamięta się o współczynniku uwzględniającym obecność gazów anestetycznych w układzie [11].

Uzyskane wyniki sugerują, że optymalną wartością V_TI podczas wentylacji objętościowej u zaintubowanych dzieci bez patologii w układzie oddechowym jest wielkość 9,3 ml kg^-1; wartości 10 ml kg^-1 powodowały nadmierną eliminację CO₂ . Podobnie do innych badań [19, 20], wykazano, iż w trybie VC dokładna wartość dostarczonej V_T jest de facto niższa (8,5 ml kg^-1) od wartości nastawionych w aparacie. Różnica ta może być spowodowana podatnością obwodu oddechowego i przeciekiem wokół rurki intubacyjnej oraz niedokładnością czujników przepływu w aparacie Aestiva. Pożądane jest więc stosowanie realnie niższych (8,5 ml kg^-1) wartości V_T w trybie objętościowym, lub stosowanie wentylacji o programowanym ciśnieniu.

Podatność dynamiczna była najwyższa a Rrs najniższe w trybie PC o stosunku I:E równym 1:1. Opadający przepływ gazów podczas PC wydaje się poprawiać wentylację różnych regionów płuc i skutkuje niższym oporem oddechowym oraz ciśnieniami w drogach oddechowych [6, 22]. Najwyższy Rrs i najniższą Crs zaobserwowano z kolei w trybie VC przy stosunku I:E 1:2. Podczas wentylacji VC z I:E 1:2 programowana objętość musi być dostarczona do płuc szybciej niż przy I:E równym 1:1, co może powodować burzliwy przepływ, zwiększenie oporu i skutkować wyższym ciśnieniem szczytowym wdechu.

Podczas wentylacji PC przedłużenie czasu wdechu nie zmieniało PIP ale zwiększało V_TE i poprawiało eliminację CO₂ . Podobne wyniki uzyskano u pacjentów z ARDS [23]. Podczas stosowania PC więcej pęcherzyków jest wentylowanych, gdy płuco jest przez dłuższy czas poddane działaniu wysokiego ciśnienia. Przedłużenie czasu wdechu może zmniejszyć stosunek przestrzeni martwej do V_T i poprawić eliminację CO₂ [24]. W trybie VC wartość V_TI jest stała i nic dziwnego, że przedłużenie wdechu nie wpływa na V_TE i E_T CO₂ . Przedłużenie wdechu w trybie PC może poprawić Crs u wentylowanych noworodków [25], co miało również miejsce w niniejszych badaniach. Dłuższy czas wdechu w trybie ciśnieniowym, a także zastosowanie PEEP mogą zapobiegać niedodmie pooperacyjnej [26, 27]. Obserwacje własne wykazały, że pomimo ustawienia PEEP na zero był on obecny we wszystkich trybach wentylacji. Jest to konsekwencją sposobu działania zastawki wydechowej aparatu Aestiva [7]. Wartość PEEP była wyższa przy dłuższym czasie wdechu (I:E 1:1) w obu trybach wentylacji. Najkrótszy czas wydechu wynosił u badanych dzieci powyżej 1 sek, co czyni mało prawdopodobnym wystąpienie tzw. auto-PEEP, jednak trudno wytłumaczyć inaczej te spostrzeżenia.

Tryb PC musi być stosowany u pacjentów pediatrycznych, gdy respirator nie jest w stanie dostarczyć niskich V_T w trybie VC oraz np. gdy tryb PC został już z korzyścią zastosowany u dziecka przed operacją, z powodu niewydolności oddechowej. Także w sytuacji obecności dużego przecieku wokół rurki lub w przypadku jej częściowego zatkania, wentylacja PC jest lepsza od VC [28]. Może być również użyteczna w sytuacji awarii pomiaru objętości w aparacie do znieczulenia i posiadać pewien efekt przeciwdziałający niedodmie. Autorzy sugerują stosowanie I:E 1:1 w trybie ciśnieniowym, gdyż powoduje on lepszą eliminację CO₂ i dostarcza wyższe V_T , bez niekorzystnego wpływu na układ krążenia.

Należy zawsze pamiętać, że w trybie PC wartość V_T zależy od podatności płuc i oporu w drogach oddechowych, anestezjolog musi więc kontrolować bezpośrednio lub pośrednio (poprzez E_T CO₂ ) dostarczone objętości. Nowsze tryby wentylacji (PRVC, Volume Guarantee) automatycznie regulują PIP, tak aby dostarczyć zaplanowaną objętość [29].

Ograniczeniem prezentowanych badań było dokonywanie pomiarów w trakcie trwania operacji. Mimo to, że dzięki randomizacji oraz temu, że wszystkie zabiegi wykonywane były w pozycji na plecach i dotyczyły głównie dolnych regionów brzucha lub kończyn, wpływ działań chirurgicznych na wentylację nie był istotny.

1. Podczas wentylacji objętościowo-zmiennej u zaintubowanych i znieczulonych dzieci, bez patologii płucnej, wystarczające jest stosowanie rzeczywistej objętości wdechowej 8,4 ml kg^-1, co odpowiada nastawieniu 9,3 ml kg^-1 w aparacie Aestiva 5.

W trybie ciśnieniowo-zmiennym skuteczną wentylację osiąga się stosując PIP o wartości 14,4 cm H₂ O (1,44 kPa).

2. Stosunek I:E 1:1 w trybie ciśnieniowo-zmiennym poprawia eliminację CO₂ w porównaniu do stosunku 1:2.

3. W aparacie Aestiva utrzymuje się niezamierzony PEEP, zarówno podczas wentylacji PC jak i VC i jest on wyższy przy I:E równym 1:1 w porównaniu do 1:2.