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Introducción
La necesidad de tratar a un paciente con los beneficios que le confiere la ventilación mecánica invasiva (VMI) implica conocer los efectos adversos a los que se le expone desde el inicio de este soporte.
Durante décadas se ha buscado la mejor forma de evitar la lesión pulmonar inducida por el ventilador mecánico o VILI (siglas en inglés de ventilator-induced lung injury), y actualmente ya se han establecido con evidencia y como medidas de protección pulmonar1-3 las siguientes maniobras: emplear volumen corriente (Vt) menor a 6 mL/kg de peso predicho (también llamado peso ARDSnet),4 mantener la presión meseta -llamada también presión plateau (Ppl)- menor de 30 cmH2O y la presión de conducción alveolar (ΔPaw, en inglés driving pressure) menor de 15 cmH2O,5,6 que es el resultado de la diferencia entre la presión meseta y la presión positiva al final de la espiración o PEEP (por sus siglas en inglés: positive expiratory-end pressure).7-9
Si bien el cumplimiento de estas medidas disminuye las probabilidades de VILI, queda claro que hay otros factores que pueden intervenir con la protección del daño pulmonar, además de las características anatómicas y fisiopatológicas del enfermo, como lo son la frecuencia respiratoria (FR), la magnitud del flujo (Flw) suministrado, el grado de deformación o strain de las fibras pulmonares,10 el elongamiento excesivo del tejido funcional, la tensión a la que se somete el mismo y la distensión alveolar contante en un tiempo determinado.10-13
Todos estos factores pueden actuar directamente sobre el parénquima pulmonar; de forma dependiente a la cantidad de energía mecánica entregada, las alteraciones en el parénquima pulmonar pueden variar, desde llevar a la ruptura mecánica del mismo a una reacción inflamatoria debido a la activación y expresión de sustancias en células endoteliales, epiteliales, macrófagos y neutrófilos, entre otros.12
El poder mecánico
Pese a años de estudio en ventilación mecánica, el sustento teórico no ha sido suficiente para determinar con precisión el mecanismo por el cual todos los factores y variables modificables en el respirador interactúan y proporcionan al sistema respiratorio una cantidad de energía en un tiempo definido, que bien podría modificar la probabilidad de llevar al paciente a lesión pulmonar.
El concepto de «poder mecánico» fue tomado recientemente por el Dr. L. Gattinoni y sus colaboradores; ellos presentaron y propusieron una descripción matemática del poder mecánico, en la cual la energía entregada por unidad de tiempo se describe como una entidad unificada y se explica así con una ecuación. Esta energía suministrada por el ventilador al tejido pulmonar y la explicación de la contribución relativa de cada uno de sus componentes [Vt, FR, ΔPaw, PEEP, Flw, relación inspiración:espiración (I:E)], conduce a la posibilidad de objetivizar a la mayoría de las variables que pueden manipularse en las configuraciones convencionales del ventilador mecánico, con la posibilidad de llevarse de esta forma a la práctica clínica.14,15
El principio radica en la premisa de la no homogeneidad de las características mecánicas del tejido pulmonar y la adición de energía administrada al mismo por el ventilador mecánico.16
La propuesta matemática se describe entonces mediante la siguiente fórmula:
En donde «rs» = todo lo que ocurre en el «sistema respiratorio» (del inglés respiratory system), FR = frecuencia respiratoria, ΔV = volumen corriente, ELrs = elastancia en el sistema respiratorio, I:E = relación inspiración/espiración, Raw = resistencia en la vía aérea (del inglés resistance, airway) y PEEP = presión positiva al final de la espiración (del inglés positive end-expiratory pressure).15
La Figura 1 está compuesta por un triángulo (con un componente verde y uno azul) al que se agrega un paralelogramo (amarillo) a la derecha. El cateto que corresponde al eje de las ordenadas del triángulo grande representa el volumen total (es decir, el volumen corriente (Vt) + el volumen otorgado por la PEEP), mientras que el cateto que se corresponde con el eje de las abscisas representa la presión de la vía aérea desde PEEP, presión meseta y presión pico. La pendiente de la hipotenusa representa la distensibilidad del sistema (en nuestro caso, 1,200 mL/30 cmH2O = 40 mL/cmH2O). El área de este gran triángulo es la energía total elástica presente a la presión de la meseta y es igual a (1,200 mL × 30 cmH2O)/2 × 0,000098 = 1,764 Joules.15
Tomado de: Gattinoni L, Tonetti T, Cressoni M, Cadringher P, Herrmann P, Moerer O, et al. Ventilator-related causes of lung injury: the mechanical power. Intensive Care Med. 2016;42(10):1567-1575.
Figura 1: Representación gráfica de la ecuación de poder mecánico.
Esta energía elástica total tiene dos componentes: el triángulo más pequeño (elastancia estática, verde), que representa la energía suministrada una sola vez cuando se aplica la PEEP, y el trapecio más grande del rectángulo (elastancia dinámica, azul), cuyas áreas representan la energía elástica entregada en cada respiración normal. Obsérvese que el trapecio rectangular es el resultado de la suma de dos componentes (ambos azules): un rectángulo cuya área es Vt × PEEP (tercer componente de la ecuación del poder mecánico) y un triángulo cuya área es Vt × ΔPaw × 1/2, igual a ELrs × Vt × 1/2 (primer componente de la ecuación del poder mecánico). El tercer componente de la ecuación del poder mecánico es el área del paralelogramo amarillo, que corresponde a las fuerzas resistivas, cuya área es igual a (Ppeak − Pplat) × Vt.
Se optó por presentar el modelo matemático mediante la fórmula anterior, pues su significado puede ser más fácil de comprender, ya que sus componentes reflejan la configuración de un ventilador mecánico común. Se simplifica la ecuación anterior, pero ahora de la siguiente manera:15
El Dr. J. J. Marinni propuso después una simplificación de esta fórmula sin tomar en cuenta los componentes dependientes del flujo y la resistencia, conocida como «poder de distensión».16
En donde PD = poder de distensión, PEEP = presión positiva al final de la espiración; Vt = volumen corriente; FR = frecuencia respiratoria. Se emplea la constante de 0.098 para transformar unidades en Julios.
Ambas fórmulas no son equivalentes, por supuesto; la diferencia se debe a que la fórmula de PM toma en cuenta elementos de resistencia de la vía aérea, mientras que si eliminamos el componente resistivo -lo que se puede hacer en el programa del poder mecánico al solicitar que la fórmula se realice mediante la premisa (presión meseta = presión pico estimada)- las fórmulas no son tan distintas.
Ya en diversos estudios experimentales, bajo la premisa de la importancia de la cantidad de energía entregada al sistema respiratorio en la unidad de tiempo (Joule/min), se han dispuesto valores para determinar el umbral en el que se podría evitar el provocar VILI, calculando un poder mecánico no mayor a 12 J/min; esto, en pacientes que se encuentran bajo ventilación mecánica invasiva en modalidades controladas (siempre y cuando las variables a controlar lo permitan).17
Variables modificables durante la ventilación mecánica y su importancia en la generación de lesión pulmonar.
Meseta, PEEP y volumen corriente
Acorde a las fórmulas, los principales componentes que aumentan el poder son el volumen corriente y la presión de distensión (meseta-PEEP); el siguiente componente es la frecuencia respiratoria y, por último, la PEEP. En ese orden cognitivo debemos preocuparnos por el nivel de daño que cause el ventilador al pulmón.15
Frecuencia respiratoria y flujo
Es importante mencionar que dos elementos que varían al momento de ser tomados en cuenta, de acuerdo a diferentes autores y que no forman parte de las metas de protección pulmonar establecidas como seguras en estudios de investigación, han sido la frecuencia respiratoria y el flujo. Por lo tanto, es común que tratando de proteger al pulmón con las metas de presión más establecidas (meseta-volumen, presión de conducción alveolar, PEEP), el poder de distensión sea no protector debido a la frecuencia respiratoria alta necesaria para mantener ventilación en presencia de distensibilidad muy disminuida. Por ejemplo, las medias de frecuencia respiratoria en el estudio ARDS Network eran de 30 respiraciones por minuto,4 con poder de distensión calculado a partir de las medias de 21 J/min, valor alto, principalmente por la frecuencia respiratoria.
De manera experimental, Hotchkiss ya había advertido que la frecuencia respiratoria alta por sí sola podía ser causante de lesión pulmonar. Laffey11 y el grupo LUNG SAFE reportaron que la frecuencia respiratoria es menor en el grupo de sobrevivientes versus no sobrevivientes de síndrome de dificultad respiratoria aguda -ARDS, por sus siglas en inglés- (frecuencia respiratoria 20 ± 6 versus 21 ± 11 respectivamente). Este mismo estudio demostró que la presión pico mayor de 27 también se asocia a una mayor mortalidad en ARDS.
En los casos más graves de ARDS,9 aquellos que incluso han requerido ECMO (oxigenación de membrana extracorpórea), la diferencia entre presión pico-PEEP > 21 cmH2O se relaciona con mayor mortalidad. Dado que la presión pico difiere de la presión meseta exclusivamente por el nivel de flujo provocado en la vía aérea, es posible que el flujo por sí solo también contribuya a la lesión pulmonar, especialmente en los casos más graves (mayor inhomogeneidad) y cuando las presiones pico son mayores de 27 y la diferencia presión pico-PEEP es mayor de 21. Estudios experimentales ya habían advertido del flujo como causa de lesión pulmonar.18 Es importante mencionar que sólo la fórmula de PM propuesta por Gattinoni toma en consideración el componente de flujo como generador de lesión pulmonar.
Medidas para disminuir la inhomogeneidad en relación con el poder ventilatorio
A la cabecera del paciente tenemos dos formas de disminuir la inhomogeneidad del pulmón lesionado. La primera de ellas es la posición prono, y la segunda, la titulación de la PEEP. Cuando se revisa un trabajo en el cual el objetivo de protección es el decúbito prono, observamos que en cuanto al PD calculado a partir de las medias reportadas en el estudio no parece haber diferencia entre sobrevivientes y no sobrevivientes, lo que quizá significa que los cambios de distribución homogénea son el factor determinante en la menor mortalidad. Por último, es particularmente notorio que en los estudios negativos para mortalidad de PEEP alto versus bajo no hay diferencia en ambos grupos en el poder de distensión calculado a partir de las medias reportadas. El beneficio de pronar a un paciente con SIRA (síndrome de insuficiencia respiratoria aguda) o titular la PEEP depende de si estas maniobras disminuyen la inhomogeneidad del pulmón; debemos encontrar una forma de probar este concepto a la cabecera del enfermo.3,4,19,20
Maed demostró de manera matemática lo que posteriormente Gattinoni encontró de manera experimental19 y Guerin evidenció en pacientes reales: aplicar más de 13 J/min al pulmón nunca es una buena idea.8 La lesión pulmonar requiere dos componentes: un exceso de presión aplicada por el ventilador (un exceso de poder) y también un pulmón inhomogéneo (combinación de alveolos abiertos, colapsados y sobredistendidos). Alcanzar la meta de cada uno de los componentes de la fórmula del PD y analizar la protección pulmonar de manera global con la fórmula final debe ser una prioridad de la ventilación mecánica protectora. Nosotros consideramos que el algoritmo aquí propuesto puede ser empleado de una manera didáctica para aprender a establecer parámetros de ventilación mecánica, minimizando el daño pulmonar con el conocimiento y las herramientas que tenemos hasta el momento.
Ventilación modalidad asisto-proporcional (VAP)
La ventilación asistida es necesaria en pacientes con impulso respiratorio normal o aumentado que no pueden mantener una adecuada respiración espontánea por debilidad muscular y/o anormal mecánica respiratoria; su empleo representa hasta 50% del tiempo total de soporte ventilatorio.
Es fundamental en ventilación asistida una adecuada interacción entre el paciente y el respirador, punto con frecuencia subestimado y que puede prolongar la retirada definitiva de este último. La ventilación proporcional asistida es un modo de ventilación diseñado para mejorar la sincronía con el respirador, aunque tiene otras utilidades, como el estudio de la estabilidad del centro respiratorio.21 Este modo de ventilación no impone un patrón respiratorio, sino que se programa un porcentaje de asistencia; por lo tanto, es el propio centro respiratorio del paciente lo que determina el patrón de ventilación más adecuado, con lo que mejora la interacción con el respirador.20 Para ello, se precisa medir la mecánica respiratoria del paciente y estimar las demandas de flujo y volumen. Durante la VAP es necesario programar un grado de asistencia que evite esfuerzo o reposo excesivos, por el riesgo tanto de fatiga como de atrofia muscular, respectivamente. Aunque de forma habitual las variables que definen el patrón respiratorio se utilizan para valorar el esfuerzo que realiza el paciente, esta aproximación en pacientes críticos es, al menos, cuestionable. El objetivo de nuestro estudio fue determinar, en VAP, el mínimo grado de asistencia respiratoria relacionado con un trabajo respiratorio mayor que el fisiológico y los cambios en el patrón respiratorio con diferentes grados de asistencia respiratoria.
La VAP se adapta instantáneamente a los cambios en la demanda ventilatoria y mejora la interacción paciente-ventilador. La VAP se fundamenta en la ecuación del movimiento y suministra la presión en las vías aéreas según el porcentaje de soporte pautado. La asistencia se genera en proporción a la presión total necesaria para vencer la presión del retroceso elástico del sistema respiratorio y la caída resistiva de presión en las vías aéreas.
Con el cálculo que aporta el ventilador mecánico en modalidad VAP de distensibilidad y resistencia, es posible obtener el estimado de la presión meseta en el paciente con el drive respiratorio íntegro, mediante la siguiente fórmula:
De esta forma, es posible determinar cuál es el poder mecánico de pacientes bajo ventilación mecánica invasiva en modalidad espontánea VAP y realizar una comparación entre el valor obtenido en pacientes en modalidad espontánea y aquellos en modalidad controlada.
Sin embargo, la determinación del poder mecánico ha sido considerada únicamente en pacientes que se encuentran bajo ventilación mecánica invasiva en modalidades asisto-controladas, hasta donde es estimado no exceder de 12 Joules/min para evitar lesión pulmonar por causa del ventilador mecánico.
Este trabajo pretende determinar un valor objetivo que, bajo el contexto de su equivalencia estimada en condiciones cuasifisiológicas, permitirá obtener una meta a seguir en pacientes en quienes se desee conservar medidas de protección pulmonar y progresar para retirar de la ventilación invasiva.
Material y métodos
Diseño. Se trata de un estudio descriptivo, observacional, retrospectivo, de cohortes, trasversal.
Universo de estudio: Pacientes con ventilación mecánica invasiva en modalidad espontánea y controlada, ingresados en la Unidad de Terapia Intensiva del Centro Médico ABC.
Tamaño de la muestra: 60 pacientes.
Criterios de selección: Criterios de inclusión: Pacientes mayores de edad. Pacientes bajo ventilación mecánica invasiva en modalidad espontánea y controlada. Pacientes que tuvieron extubación exitosa, sin presentar datos de falla respiratoria en las siguientes 72 horas. Criterios de exclusión: Ausencia de registro de la hoja de parámetros ventilatorios. Expediente incompleto.
Definiciones
Poder mecánico: se refiere a la energía entregada por unidad de tiempo al sistema respiratorio por parte del ventilador mecánico, medida en Joules/minuto.
Ventilación asistida proporcional: es una modalidad ventilatoria espontánea que aporta un soporte en proporción al esfuerzo inspiratorio del paciente, se adapta instantáneamente a los cambios en la demanda ventilatoria y mejora la interacción paciente-ventilador.
Ventilación mecánica en modalidad controlada: es una modalidad ventilatoria en la que se someterá al paciente al control absoluto de las diferentes variables del ciclo ventilatorio.
Descripción de procedimientos
Se solicitaron los permisos pertinentes al Comité de Ética del Hospital ABC; previa aprobación del protocolo, se procedió a recolectar los datos de los pacientes ingresados a la terapia intensiva de ambos campus durante el periodo comprendido de agosto de 2015 a agosto de 2017.
Estos registros fueron seleccionados según los criterios de inclusión y exclusión especificados. Los datos fueron inicialmente registrados en la hoja de captura y luego, en una base de datos electrónica del programa Microsoft Excel.
Análisis estadístico
En primer lugar se llevó a cabo un análisis descriptivo de las variables categóricas y de las numéricas empleando medidas de tendencia central y desviaciones estándar.
Las variables categóricas fueron representadas como frecuencias absolutas y relativas. La correlación fue estimada con coeficiente de Pearson (r). La concordancia fue calculada mediante el grado de acuerdo global expresado en porcentaje por el coeficiente de correlación intraclase (CCI). Todas las pruebas de hipótesis fueron consideradas significativas, con un error alfa ajustado menor al 5% a dos colas.
Los datos obtenidos fueron incluidos en una base de datos destinada para tal fin y analizados con el paquete estadístico STATA SE 11.0.
Resultados
Se incluyeron datos de 60 pacientes bajo ventilación mecánica invasiva, 30 de ellos en la modalidad espontánea: ventilación asisto-proporcional (VAP), de los cuales 100% tuvo retiro de la ventilación exitoso; 30 pacientes como controles emparejados en modalidades controladas, con edad de 65 (DE ± 15) años, 63% hombres; y parámetros generales: frecuencia respiratoria (FR) media de 18 (DE ± 5.5) min-1, Vt medio de 0.46 (DE ± 0.1) Lts, Crs media de 55 (DE ± 22) mL/cm H2O, PEEPt de 7.6 (DE ± 3.3) cm H2O, presión pico (Ppico) 20.4 (DE ± 6.9) cm H2O, Ppl de 17.05 (DE ± 5.8) cm H2O.
Todas las comparaciones entre el poder ventilatorio de pacientes con modalidad controlada fueron mayores, comparados con los pacientes en modalidad espontánea (VAP) por cualquiera de los tres métodos calculados.
Todas las comparaciones al calcular el poder mecánico fueron menores en pacientes en modalidad espontánea versus pacientes ventilados con modalidad controlada, determinando los siguientes valores: 6.98 (DE ± 1.69) versus 18.49 (DE ± 8.20) J/min (p < 0.001), 7.17 (DE ± 1.67) versus 20.92 (DE ± 9.05) J/min (p < 0.001) y de 4.6 (DE ± 1.64) versus 12.33 (DE ± 7.04) J/min (p < 0.001) en las fórmulas 1, 2 y 3, respectivamente, con un valor promedio para los pacientes en modalidad espontánea de 6.25, valor obtenido de la tercera columna del Cuadro I.
Cuadro I: Poder mecánico en dos modalidades de ventilación diferentes, calculado por tres ecuaciones distintas.
| Asisto-control | Espontáneos | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Media | DE | Media | DE | p | |
| POWERrs (J/min) 1 | 18.49 | 8.20 | 6.98 | 1.69 | < 0.001 |
| POWERrs (J/min) 2 | 20.92 | 9.05 | 7.17 | 1.67 | < 0.001 |
| POWERrs (J/min) 3 | 12.33 | 7.04 | 4.60 | 1.64 | < 0.001 |
Se aprecia en la gráfica la diferencia de la magnitud del poder mecánico en modalidad controlada y espontánea (Figura 2), posible correlación de valores menores de poder mecánico y, por ende, de variables medidas por el ventilador en pacientes en modalidad espontánea que en pacientes en modalidades controladas.
Figura 2: Se muestra la diferencia de la magnitud del poder mecánico calculada en pacientes que se encuentran bajo ventilación mecánica invasiva en modalidad controlada y en espontánea (VAP).
Correlación y concordancia del cálculo del poder mecánico
Al utilizar sólo el grupo de pacientes con modalidad espontánea, encontramos alta correlación y concordancia entre los tres cálculos, siendo mucho más elevadas entre las fórmulas 1 y 2, con r = 0.81, p < 0.001 y un coeficiente de correlación intraclase de 90%, con menor grado de correlación y concordancia entre las fórmulas 2 y 3, r = 0.65 y acuerdo de 46%. Correlación y concordancia del cálculo de poder mecánico (Cuadro II).
Cuadro II: Se representan los valores como coeficientes de correlación de Pearson y, entre paréntesis, el acuerdo global representado en porcentaje, calculado mediante coeficientes de correlación intraclase (CCI); todos los contrastes con p < 0.001.
| Correlación y concordancia entre tres métodos de poder ventilatorio* | ||
|---|---|---|
| POWERrs (J/min) 1 | POWERrs (J/min) 2 | |
| POWERrs (J/min) 2 | 0.81 (90%) | |
| POWERrs (J/min) 3 | 0.734 (53%) | 0.65 (46%) |
*Aparecen únicamente las fórmulas que tuvieron correlación significativa.
El coeficiente de correlación interclase muestra el porcentaje de la medición que coincide entre dos mediciones; 1 y 2 coinciden en 90%, 2 y 3 coinciden en 40%.
Conclusiones
Es posible determinar cuál es el poder mecánico (mediante un modelo matemático que puede englobar las posibles causas de lesión pulmonar) otorgado por el ventilador en pacientes bajo ventilación mecánica invasiva en modalidad espontánea VAP (ventilación asisto-proporcional).
Después de analizar los datos de 60 pacientes, la posibilidad de determinar un valor promedio del poder mecánico en pacientes bajo ventilación mecánica invasiva en modalidad espontánea puede permitir obtener un parámetro como objetivo a seguir bajo el contexto de su equivalencia estimada en condiciones cercanas a las fisiológicas y, sobre todo, en pacientes en quienes se desea conservar medidas de protección pulmonar y progresar para retirar de la ventilación invasiva.
Posiblemente haya asociación entre un valor del poder mecánico como el determinado y la posibilidad de poder progresar a un paciente de la ventilación mecánica invasiva para su retiro, pues el valor determinado fue realizado en condiciones fisiológicas y 100% de los pacientes que se encontraron en modalidad espontánea fueron extubados exitosamente, por lo que con seguridad valdrá la pena continuar investigando respecto a estos resultados.
