Ventilazione polmonare: cos'è e come funziona un ventilatore polmonare, o meccanico
La ventilazione polmonare non è solo una procedura di cui necessita il paziente: questo anno di Covid-19 l’ha resa anche l’emblema di come e di quanto sia cambiato l’intervento sanitario da parte del soccorritore
I trasporti sanitari in ambulanza, un anno esatto fa, prevedevano in buona percentuale pazienti con trauma e, parimenti, trasporti intra ed extra-ospedalieri.
Oggi la ventilazione polmonare incide, ed è essenziale conoscerla, anche solo per sommi capi.
Già, in cosa consiste la ventilazione polmonare? Quale ruolo ricopre il ventilatore polmonare nella quotidianità di un soccorritore o di un operatore sanitario?
La ventilazione polmonare o ventilazione artificiale o ventilazione meccanica, sostituisce o supporta l’attività dei muscoli inspiratori assicurando un adeguato volume di gas ai polmoni.
Si tratta di un processo meccanico, automatico e ritmico, regolato dai centri superiori mediante i quali, per effetto della contrazione e del rilasciamento dei muscoli scheletrici del diaframma, dell’addome e della gabbia toracica, viene promosso il ricambio dell’aria negli alveoli.
Durante l’inspirazione la pressione endo-alveolare diventa lievemente negativa rispetto alla pressione atmosferica (-1mmHg) e ciò provoca un flusso di aria verso linterno, lungo le vie respiratorie.
Durante la normale espirazione, invece, la pressione endo-alveolare si innalza sino a circa +1mmHg, provocando un flusso di aria verso l’esterno.
Il dispositivo che svolge questo compito prende il nome di ventilatore polmonare o ventilatore meccanico o ventilatore artificiale.
Il ventilatore polmonare si sostituisce, totalmente o parzialmente, alle funzioni meccaniche del sistema respiratorio, quando questo diviene incapace di assolvere da solo al proprio compito, a causa di malattie, traumi, difetti congeniti o farmaci (per esempio anestetici durante interventi chirurgici).
Il ventilatore è capace di insufflare una determinata miscela di gas nei polmoni e successivamente ne consente l’espirazione, con frequenza nota e con appropriate pressioni.
Al fine di erogare al paziente la quantità necessaria di ossigeno e rimuovere l’anidride carbonica prodotta, il ventilatore deve consentire di:
• insufflare nei polmoni quantità controllate di aria o di miscele gassose;
• arrestare l’insufflazione;
• lasciare espirare i gas espirati;
• ripetere l’operazione in modo continuativo.
Contrariamente a quanto avviene durante la ventilazione naturale, nella ventilazione artificiale mediante ventilatore polmonare la pressione risulta positiva non solo a livello delle vie aeree superiori ma anche a livello intratoracico.
Il ventilatore per dilatare i polmoni e la gabbia toracica deve mandare aria a pressione: i polmoni stanno sempre a pressione atmosferica anche quando il flusso è nullo.
La ventilazione meccanica, essendo a pressione positiva, comporta un potenziamento degli scambi respiratori, con la riapertura alla ventilazione di aree scarsamente ventilate, ma può allo stesso tempo determinare lesioni all’apparato respiratorio (barotraumi).
La ventilazione meccanica è impiegata in caso di:
• malattie polmonari severe acute;
• apnea associata ad arresto respiratorio (anche da intossicazione);
• asma severa e acuta;
• acidosi respiratoria acuta o cronica;
• ipossiemia moderata/grave;
• eccessivo lavoro respiratorio;
• paralisi del diaframma da sindrome di Guillain-Barré, Miastenia Gravis, crisi acute di distrofia muscolare o sclerosi laterale amiotrofica, lesione del midollo spinale, oppure effetto di anestetici o farmaci miorilassanti;
• aumento del lavoro dei muscoli respiratori, evidenziato da eccessiva tachipnea, rientramenti sovraclaveari e intercostali e ampi movimenti della parete addominale;
• ipotensione e shock, come nello scompenso cardiaco congestizio o in corso di sepsi.
Ventilazione polmonare, le tipolologie di ventilatori polmonari
Esistono differenti tipologie di ventilatori meccanici:
• ventilatore meccanico a pressione negativa
• ventilatore meccanico a pressione positiva
• ventilatore meccanico per terapia intensiva o sub-intensiva (o per trasporto in emergenza/urgenza medica)
• ventilatore meccanico per terapia intensiva o sub-intensiva noenatale (o per trasporto in emergenza/urgenza medica)
Inoltre, i ventilatori meccanici si distinguono in:
• Ventilazione Invasiva
• Ventilazione Non Invasiva
Ventilatore meccanico/artificiale a pressione negativa
La ventilazione meccanica a pressione negativa rappresenta la prima generazione di ventilatori polmonari meccanici, chiamati anche polmoni d’acciaio.
Il polmone d’acciaio, in estrema sintesi, non fa altro che riprodurre la meccanica respiratoria, che si osserva in condizioni normali e che una miopatia o una neuropatia rendono impossibile per l’insufficiente funzione dei muscoli della gabbia toracica.
I sistemi a pressione negativa sono ancora in uso, per lo più su pazienti con insufficienza della muscolatura della gabbia toracica, come nella poliomielite.
Ventilatore meccanico/artificiale a pressione positiva (non invasiva)
Questi strumenti sono concepiti per la ventilazione non invasiva, anche a domicilio come per il trattamento delle apnee ostruttive.
Il ventilatore lavora insufflando miscele di gas (normalmente aria e ossigeno) a pressione positiva nelle vie aeree del paziente.
Ventilatori domiciliari (fonte di energia elettromeccanica)
A pistone o pompa alternata: Raccoglie i gas anche a bassa pressione, li miscela e li spinge nel circuito esterno durante la fase inspiratoria
Meno efficaci nel compensare le perdite
A turbina: aspira i gas, li comprime e li invia al pz tramite una valvola inspiratoria unidirezionale.
Sono in grado di controllare la pressione mediante erogazione di flusso e di volume
Ventilatori domiciliari (turbina con sistema di alimentazione del gas a bassa pressione):
1. CPAP e autoCPAP
2. Bi-level
3. Pressovolumetrici
1. CPAP e autoCPAP (non modalità di ventilazione ma tipo di ventilatore)
• si utilizzano per il trattamento dei disturbi del sonno;
• la CPAP fornisce un predeterminato livello di pressione positiva uguale in entrambe le fasi del respiro che impedisce il collasso delle vie aeree;
• l’auto CPAP eroga una pressione positiva in entrambe le fasi del respiro a secondo le esigenze del paziente in quel determinato momento (si imposta una forchetta di pressione).
2. Bi-level
• macchina di ventilazione non invasiva che offre due livelli di pressione: IPAP (pressione positiva in fase inspiratoria) e EPAP (pressione positiva in fase espiratoria);
• non consentono il monitoraggio dei parametri ventilatori;
• si utilizzano per il trattamento dei disturbi del sonno;
• quando la CPAP non corregge le apnee e/o per forme severe o con associata ipossiemia.
3. Ventilatori pressuvolumetrici
Permettono di utilizzare modalità pressumetriche o volumetriche di ventilazione. Si distinguono in base al circuito utilizzato.
Ventilazione polmonare in terapia intensiva (fonte di energia pneumatica)
I ventilatori polmonari possono funzionare sia in modalità di ventilazione invasiva sia non invasiva, alcune caratteristiche principali sono:
• Funzionano con gas compressi ad alta pressione (4 BAR)
• Garantiscono stabilità di FiO2
• Garantiscono erogazione di volume anche in caso di impedenza elevata (paziente obeso)
La FiO2 è la frazione inspirata di O2. E’ una sigla utilizzata in ambito medico che indica la % di ossigeno (O2) inspirata da un paziente.
FiO2 è espresso come numero compreso tra 0 ed 1 o come percentuale. La FiO2 in aria atmosferica è 0,21 (21%).
Il ventilatore polmonare è costituito dai seguenti blocchi funzionali fondamentali:
• un generatore di una pressione positiva capace di creare un gradiente di pressione tra ambiente esterno a pressione atmosferica e alveoli, determinando l’entità del flusso di gas che deve essere insufflato al paziente.
Questa funzione viene realizzata o generando una forza che viene applicata su un mantice contenente la miscela di gas da insufflare oppure riducendo la pressione cui si trovano i gas provenienti dall’impianto fisso, attraverso una serie di valvole in cascata;
• un sistema di dosaggio del volume corrente (VT);
• una serie di dispositivi di temporizzazione del ciclo respiratorio che aprendo e chiudendo opportunamente le valvole che controllano i flussi inspiratori ed espiratori, consentono il passaggio da inspirazione ad espirazione e viceversa;
• un circuito paziente, comprendente tutte le parti che connettono il ventilatore con il sistema respiratorio del paziente. Si possono avere circuiti aperti (senza ri-respirazione), che ad ogni espirazione scaricano i gas espirati all’esterno, oppure circuiti chiusi con assorbitori di CO2 per mezzo dei quali l’espirato del paziente viene recuperato dopo che ne è stata assorbita la CO2;
• elementi resistivi comprendenti tutti i condotti interposti tra generatore di pressione positiva e sistema respiratorio del paziente che producono una resistenza all’avanzamento in essi del gas.
Ventilazione polmonare: modalità di funzionamento di un ventilatore
I ventilatori polmonari offrono diverse modalità di funzionamento da adottare secondo le esigenze specifiche del malato.
Il criterio fondamentale su cui il personale medico basa la scelta del modello di ventilazione da utilizzare risiede nella capacità del paziente di respirare autonomamente.
La modalità controllata viene utilizzata quando il paziente è privo di attività respiratoria spontanea e prevede la regolazione da parte del medico sul pannello di comando del ventilatore polmonare dei tempi di funzionamento (durata inspirazione, durata espirazione, durata pausa, frequenza inspiratoria).
Esistono due possibilità di ventilazione controllata: la ventilazione a flusso costante e quella a pressione costante, in funzione della grandezza scelta (flusso o pressione) come parametro di controllo per il sistema di ventilazione.
La modalità assistita viene impiegata per quei malati che, pur avendo difficoltà respiratorie, sono comunque in grado di iniziare la fase inspiratoria.
Il ventilatore polmonare deve accorgersi del tentativo di inspirazione del paziente e favorirne la messa in atto.
La modalità sincronizzata, infine, consiste in una prima fase in cui il paziente viene ventilato inviando nei polmoni un determinato volume di aria entro un prefissato intervallo di tempo, in modalità controllata a flusso costante; segue poi un periodo di respirazione spontanea se il paziente ha recuperato la funzionalità del proprio sistema respiratorio, oppure in un periodo di ventilazione assistita in caso di persistente difficoltà.
Per approfondire:
COVID-19, Aeronautica Militare porta 60 ventilatori polmonari a Skopje, in Macedonia del Nord
WikiEms: Ventilatore polmonare
Fonti dell’articolo:
Ventilatore Polmonare Stephan ® EVE IN per terapia intensiva e trasporto intra-ospedaliero