Савеленок М.И.

ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России,Москва, Россия; КГБУЗ «Краевая клиническая больница скорой медицинской помощи» Барнаул, Россия

Ярошецкий А.И.

ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России, Москва, Россия

Райкин И.Д.

ФГБОУ ВО «Алтайский государственный медицинский университет» Минздрава России, Барнаул, Россия

Конаныхин В.Д.

ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России,Москва, Россия

Захарченко И.А.

КГБУЗ «Краевая клиническая больница скорой медицинской помощи» Барнаул, Россия

Персонализированная Airway Pressure Release Ventilation при остром респираторном дистресс-синдроме: патофизиологическое обоснование, клинические исследования и перспективы применения

Журнал: Анестезиология и реаниматология. 2019;(6): 52-64

Просмотров : 1773

Загрузок : 106

Как цитировать

Савеленок М. И., Ярошецкий А. И., Райкин И. Д., Конаныхин В. Д., Захарченко И. А. Персонализированная Airway Pressure Release Ventilation при остром респираторном дистресс-синдроме: патофизиологическое обоснование, клинические исследования и перспективы применения. Анестезиология и реаниматология. 2019;(6):52-64.
Savelenok M I, Yaroshetsky A I, Raikin I D, Konanykhin V D, Zakharchenko I A. Personalized Airway Pressure Release Ventilation for acute respiratory distress syndrome: pathophysiological rationale, clinical trials and application prospects. Russian Journal of Anaesthesiology and Reanimatology. 2019;(6):52-64.
https://doi.org/10.17116/anaesthesiology201906152

Авторы:

Савеленок М.И.

ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» Минздрава России,Москва, Россия; КГБУЗ «Краевая клиническая больница скорой медицинской помощи» Барнаул, Россия

Все авторы (5)

Airway pressure release ventilation (APRV), или вентиляция со сбросом давления в дыхательных путях, — это режим искусственной вентиляции легких (ИВЛ), характеризующийся чередованием длительного периода высокого уровня давления в дыхательных путях, занимающего около 85—95% времени всего дыхательного цикла, и короткого периода сброса давления, обеспечивающего элиминацию углекислого газа (CO2). Величины давления в дыхательных путях во время вдоха и выдоха обозначаются соответственно как pressure high (Phigh) и pressure low (Plow), а длительность фаз дыхательного цикла — как time high (Thigh) и time low (Tlow). Теоретически длительный период поддержания высокого давления в дыхательных путях обеспечивает раскрытие и стабилизацию объема рекрутабельных альвеол, а короткий период сброса давления предотвращает их коллапс на выдохе и обеспечивает элиминацию CO2 [1]. APRV можно считать разновидностью вентиляции с управляемым давлением (Pressure Controlled Ventilation, PCV), инвертированным соотношением вдоха и выдоха и возможностью спонтанного дыхания больного в любой фазе дыхательного цикла (как в режиме Biphasic Positive Airway Pressure — BIPAP) или разновидностью постоянного положительного давления в дыхательных путях (Constant Positive Airway Pressure, CPAP). Однако в отличие от обычного CPAP в APRV имеется регулируемая по времени фаза сброса давления в дыхательных путях, обеспечивающая адекватную элиминацию СО2.

Эволюция режима APRV — от «почти PCV» до P-APRV

M.Stock и соавт. впервые описали режим APRV в 1987 г. [2]. В опубликованном ими исследовании авторы оценили эффективность 2 режимов ИВЛ у 10 подвергнутых анестезии собак с острым респираторным дистресс-синдромом (ОРДС), вызванным внутривенным введением олеиновой кислоты. У животных 1-й группы использовали прерывистую вентиляцию легких с положительным давлением (intermittent positive pressure ventilation, IPPV), у животных 2-й группы — ИВЛ в режиме APRV. APRV заключался в создании Thigh длительностью 1,73 с, занимающей около 60% всего дыхательного цикла при Phigh 23 см вод. ст., Tlow длительностью 1,27 с и Plow 2 см вод. ст., повторяющейся 20 раз в минуту, то есть фактически это был обычный режим PCV с небольшой инверсией вдоха к выдоху и низким РЕЕР. Показатели гемодинамики у животных обеих групп были идентичными. Однако у животных группы APRV были более низкие показатели уровня инспираторного давления в дыхательных путях, альвеолярного мертвого пространства и парциального СО2 в артериальной крови (PaCO2). На основании этого авторы рекомендовали использование режима APRV у пациентов с острым повреждением легких. В качестве преимуществ метода отмечались возможность спонтанного дыхания на протяжении всего дыхательного цикла, меньшая вероятность баротравмы и лучшие показатели газообмена.

В 2016 г. S. Jain и соавт. опубликовали работу с красноречивым названием «30-летняя эволюция APRV». Авторы нашли 32 экспериментальных и 28 клинических публикаций применения этого режима ИВЛ [3]. Однако проведение сравнительного анализа этих работ оказалось невозможным. В публикациях использовали настолько отличающиеся варианты настроек APRV, что можно было говорить о разных режимах ИВЛ.

Так, K. Davis Jr. и соавт. изучали влияние APRV на гемодинамику по сравнению с прерывистой принудительной вентиляцией (Intermittent Mandatory Ventilation, IMV) [4]. Thigh составляла приблизительно 3,5 с, что соответствовало примерно 60% от времени дыхательного цикла. При IMV и APRV показатели газообмена и гемодинамики не отличались, но при APRV были меньшие величины пикового давления в дыхательных путях. M. Gama de Abreu и соавт. в 2010 г. исследовали режим APRV c коротким Thigh, занимающим приблизительно 25% всего дыхательного цикла, и очень длинным Tlow [5]. S. Roy и N.M. Habashi в 2013 г. оценили в эксперименте режим APRV с длительным Thigh (около 4 с) и коротким Tlow (0,5 с). Показано, что при APRV по сравнению с IMV менее выражены гистологические признаки повреждения и отек легочной ткани, лучше сохранялся сурфактант [6].

На рис. 1 представлена графика кривых давления в дыхательных путях при различных исследованиях с применением APRV [7].

Рис. 1. Графическое изображение кривых уровня давления в дыхательных путях при искусственной вентиляции легких, которую разные авторы называли режимом APRV [7].

В исследованиях режима APRV величина Phigh колебалась от 23 до 30 см вод.ст., Thigh — от 1,8 до 4,2 с, Plow от 0 до 6 см вод.ст., а Tlow — от 1,8 до 4,4 с; соответственно различными были и соотношение вдоха к выдоху, и возникающее внутреннее (auto) положительное конечное экспираторное давление (autoPEEP), и другие показатели механики респираторной системы, что делает невозможным проведение сравнительного анализа этих исследований.

Коренной перелом в подходе к физиологической настройке режима APRV произошел в 2005 г. после публикации N. Habashi и соавт. [1]. Основным отличием от предыдущих вариантов комбинирования Thigh и Tlow является то, что, по данным этих авторов, продолжительность Thigh должна составлять не менее 90% от времени дыхательного цикла, а длительность Tlow подбирается индивидуально, в зависимости от упругости (жесткости, elastance) респираторной системы, влияющей на величину угла кривой потока выдоха.

Чем тяжелее поражение легочной ткани при респираторном дистресс-синдроме, тем меньше ее податливость (compliance, C) и соответственно больше упругость (elastance, E). Это приводит к уменьшению постоянной времени (t), так как t = C × R, где R — сопротивление дыхательных путей, поэтому более жесткие легкие опорожняются во время выдоха быстрее. Из-за низкой постоянной времени уменьшается величина угла экспираторной кривой потока.

N. Habashi предложил регулировать длительность фазы выдоха в зависимости от скорости снижения начальной фазы экспираторного потока (Expiratory Flow Rate, EFR) (рис. 2).

Рис. 2. Различное время снижения уровня экспираторного потока от момента достижения пикового экспираторного потока (peak expiratory flow rate, PEFR) и разные углы наклона I фазы экспираторного потока при снижении его скорости до 75% от пикового экспираторного потока [1].
Показано два варианта снижения скорости конечного экспираторного потока до 75% PEFR. В первом случае это произошло за 0,3 с, а во втором из-за большей постоянной времени и соответственно меньшей скорости опорожнения легких во время выдоха — за 0,5 с. При этом величина угла на кривой потока выдоха увеличилась бы с 30 до 45.

Обосновывая свой вариант настроек режима APRV, N. Habashi выдвинул гипотезу, что длительная фаза высокого давления обеспечит максимальное открытие и стабилизацию коллабированных альвеол, а индивидуально подобранное, в зависимости от степени повреждения легочной ткани, время сброса давления эффективно предотвратит их коллапс на выдохе за счет создаваемого autoPEEP, а также улучшит элиминацию СО2.

Исходя из предложения N. Habashi, S. Jain и соавт. в 2016 г. разделили все исследования режима APRV на 2 категории: APRV с фиксированной настройкой (fixed forms of APRV, F-APRV), в которой параметры, отвечающие за фазу сброса давления, остаются постоянными в течение всего периода ИВЛ, и персонализированную APRV (personalized forms of APRV, P-APRV), в которой отвечающие за фазу сброса давления параметры устанавливают на основе изменений в механике респираторной системы с использованием величины угла кривой потока выдоха [3, 7]. Учитывая некоторые теоретические преимущества персонализированной ИВЛ, некоторые авторы считают подход N. Habashi (=P-APRV) самым оптимальным вариантом APRV [7—10]. Есть несколько способов подбора времени сброса давления и тем самым персонализации ИВЛ (P-APRV) [1, 10, 11], но наиболее изученным и экспериментально обоснованным является подбор времени сброса давления по изменению скорости экспираторного потока. В 2018 г. P.L. Silva и соавт. предложили назвать вариант APRV по Habashi протоколом контролируемой по времени адаптивной вентиляции легких [12].

Клинические рекомендации, упоминающие режим APRV, не содержат четкого протокола использования (нет ответов на вопросы: кому, когда и как?) и обычно рассматривают режим как метод терапии резерва у избранной категории пациентов. Так, в Российской Федерации, в соответствии с клиническими рекомендациями Общероссийской общественной организации «Федерация анестезиологов и реаниматологов» (ФАР), режим APRV рекомендуют использовать как альтернативный при неэффективности протокола респираторной поддержки при ОРДС [13].

Физиологическое обоснование P-APRV

Физиология вдоха при P-APRV

Ключевым параметром P-APRV по Habashi является длительное время вдоха (Thigh) [12], обеспечивающее эффективное открытие альвеол и поддержание их в таком состоянии, так как каждая альвеола открывается в зависимости от ее критического давления открытия (от низкого к высокому) и постоянной величины времени вдоха [14, 15]. С одной стороны, основное время (90% и более) в режиме P-APRV отведено фазе верхнего, то есть инспираторного давления, что соответственно отражает процессы, происходящие на вдохе, в том числе и открытие (рекрутирование) коллабированных альвеол. С другой стороны, так как верхний уровень давления почти постоянен (СРАР или РЕЕР), то можно рассматривать Phigh как экспираторный феномен, направленный на поддержание альвеол в расправленном состоянии и увеличение конечного экспираторного объема больше объема закрытия альвеол. Успешное рекрутирование альвеол зависит как от уровней пороговых давлений открытия альвеол, которые различны в разных участках легочной ткани, так и от времени вдоха, так как различны и постоянные времени в разных участках легких [16—19]. Таким образом, во время маневра рекрутирования альвеол в пассивной респираторной системе независимые области легких расширяются в первую очередь до тех пор, пока приложенное давление в дыхательных путях не достигнет и не превысит порогового давления открытия зависимых единиц легкого, увеличивая угрозу чрезмерного перерастяжения уже открытых альвеол [1]. В отличие от обычной вентиляции легких в P-APRV происходит постепенное открытие альвеол в том случае, если Thigh занимает около 85—95% времени дыхательного цикла, при этом создается практически стабильно «открытое легкое» с возможностью спонтанного дыхания [1, 6, 9, 10, 12, 20]. Кроме того, в период Thigh пациенты могут контролировать частоту и продолжительность спонтанного вдоха и выдоха. Пациенты не ограничены предварительно установленным соотношением вдоха и выдоха (I/E), а спонтанные дыхательные объемы поддерживают форму потока, сходную с нормальным спонтанным дыханием [21—23]. Способность пациентов в критическом состоянии эффективно усиливать спонтанную вентиляцию в ответ на изменение метаболических потребностей обеспечивает синхронизацию во время ИВЛ и улучшение соотношения Vа/Q [22, 24]. Спонтанные вдохи во время Thigh улучшают вентиляцию зависимых областей легкого посредством изменений плеврального давления, а не путем применения дополнительного давления в дыхательных путях [8]. Спонтанное дыхание в APRV приводит к заметному уменьшению кровотока в шунтирующих единицах без создания областей с низким Va/Q за счет практически полного вовлечения в процесс вентиляции незадействованных единиц легкого [21, 22, 24].

Увеличение Thigh может привести к уменьшению PaCO2, несмотря на снижение количества аппаратных вдохов за счет увеличения дыхательного объема, увеличения объема открытых альвеол, улучшенного клиренса CO2 с увеличением отношения I: E [25—28]. Несмотря на прерывистый характер вентиляции, элиминация CO2 в легких непрерывна, так как сердечный выброс переносит CO2 в альвеолы при условии, что альвеолы остаются постоянно открытыми [29]. Во время короткого Tlow выдыхаемый газ, обогащенный CO2, обменивается на свежий аппаратный, тем самым регенерируя градиент давлений для диффузии СО2. Кроме того, кардиогенное смешивание приводит к движению CO2 к центральным отделам дыхательных путей в периоде Thigh, повышая эффективность высвобождения CO2 во время вентиляции [30—33]. Добавление спонтанных вдохов в периоде Thigh дополнительно повышает эффективность элиминации углекислоты [34—36]. Однако попытки увеличить частоту и минутную вентиляцию путем уменьшения Thigh могут привести к снижению альвеолярной вентиляции и оксигенации, так как сокращение Thigh обусловливает снижение среднего давления в дыхательных путях. Это, в свою очередь, может привести к уменьшению альвеолярной поверхности для газообмена [1].

Радиографические наблюдения показали, что сокращения диафрагмы способствуют распределению вентиляции в зависимые, хорошо перфузированные области легких [23]. В противоположность этому полная респираторная поддержка подвергнутых анестезии пациентов с полной нейромышечной блокадой способствовала формированию ателектазов в зависимых регионах легких, что приводило к выраженному внутрилегочному шунтированию [23]. По мере продолжения рекрутирования легких происходят перераспределение и диффузия газа по градиентам концентрации. Смесь альвеолярного и инспирированного газа в анатомическом мертвом пространстве приводит к большему равновесию концентраций газа во всех областях легких, улучшению оксигенации и снижению вентиляции мертвого пространства [21].

Физиология выдоха при P-APRV

Коллапс альвеол во время выдоха определяется критическим давлением закрытия альвеол. Короткое и индивидуально подобранное в соответствии с постоянной времени респираторной системы время сброса давления при P-APRV эффективно предотвращает коллапс альвеол на выдохе. При этом время выдоха в процессе ИВЛ адаптивно меняется в соответствии с изменениями механических свойств легких и грудной стенки. В режиме P-APRV пациент способен выдыхать не только в фазу сброса давления (Plow), но и в фазу вдоха (Phigh), являющуюся, по сути, РЕЕР.

Режим CPAP у пациентов со сниженной функциональной остаточной емкостью легких приводит к снижению работы дыхания по преодолению «жесткости» респираторной системы за счет поддержания открытыми коллабированных альвеол. Однако при наличии у пациента ОРДС площадь участвующих в газообмене альвеол существенно снижается, и, несмотря на адекватный дыхательный объем, спонтанное дыхание, использующееся при вентиляции в CPAP, в большинстве случаев без посторонней помощи пациент не сможет регулировать метаболическую нагрузку и адекватно элиминировать CO2 [37]. В отличие от CPAP, APRV имеет короткую фазу сброса давления в дыхательных путях, тем самым дополняя минутную вентиляцию определенным количеством аппаратных вдохов и помогая пациенту в элиминации углекислоты и снижая работу дыхания пациента.

Объем «сброса» в APRV генерируется путем кратковременного изменения давления в дыхательных путях от Phigh до Plow. Поскольку вентиляция с APRV приводит к снижению давления в дыхательных путях и уменьшению объема легких, риск перерастяжения снижается. Напротив, обычная вентиляция повышает давление в дыхательных путях, повышает объем легких, потенциально увеличивая угрозу их перерастяжения [38].

Короткое время сброса давления приводит к увеличению уровня среднего альвеолярного давления (и его аналога — уровня среднего давления в дыхательных путях), которое коррелирует со средним альвеолярным объемом и имеет решающее значение в увеличении площади задействованных в вентиляции альвеол, а соответственно, в управлении оксигенацией и альвеолярной вентиляцией [39].

Влияние на легочное воспаление и биотравму

ИВЛ способна повредить легочную ткань, вызывая высвобождение медиаторов воспаления и биотравму [40—45]. Вентилятор-индуцированное повреждение легких может привести как к локальному, так и к системному воспалительному ответу, который, вызывая дополнительные повреждения других органов и систем, значительно увеличивает летальность [40, 46—48]. Стратегия протективной ИВЛ может снизить не только регионарное воспаление легких, но и синдром системного воспалительного ответа и, как следствие, дисфункцию многих органов [12]. Поэтому одной из важнейших задач респираторной поддержки при ОРДС является не только обеспечение газообмена (как думали во второй половине ХХ века), но и предотвращение прогрессирования (или даже уменьшение) вентилятор-ассоциированного повреждения легких (волюмотравмы, баротравмы, ателектотравмы и их производных) и легочного воспаления [49, 50].

Большинство исследователей указывают на то, что APRV приводит к увеличению дыхательного объема, доставленного аппаратом в легкие пациента, вызывая опасения, что APRV не является стратегией вентиляции с низким дыхательным объемом [6, 51, 52]. Дыхательный объем, доставленный в легкие пациента, может неточно отражать распределение этого объема по альвеолам. Например, легкое с 50% коллабированных альвеол, вентилируемое при 6 мл на 1 кг массы тела, может иметь бо́льшую локальную деформацию, чем открытое легкое, вентилируемое при 10 мл на 1 кг массы тела, из-за уменьшенного количества вентилируемых альвеол в коллабируемом легком. В исследовании M. Kollisch-Singule и соавт. показано, что дыхательный объем, распределенный по альвеолам, был сходным между APRV ЕF-PEFR 75% и протективной ИВЛ с Vt 6 мл на 1 кг массы тела и PEEP 16 см вод.ст., но APRV EF-PEFR 75% имел значительно больший дыхательный объем, доставленный в легкие пациента [9]. Это объясняется тем, что отношение APRV EF-PEFR 75% увеличило количество альвеол, по которым был распределен Vt, доставленный в легкие. При описании волюмотравмы как потенциального источника вентилятор-индуцированного повреждения легких (ВИПЛ) важно признать, что волюмотравма не описывает топографическое распределение Vt. Следовательно, регионарная или альвеолярная волюмотравма может быть более важным показателем повреждения легких, чем объем всего легкого [53—55].

В современном понимании «баротравма» и «волюмотравма» трансформированы в понятия «напряжение» (stress) и «перерастяжение» (strain) [56]. В отличие от баротравмы, в развитии которой отводили роль абсолютному значению давления в альвеолах, в понятии напряжения главная роль отводится величине транспульмонального давления (Ptp), то есть градиенту давления между альвеолой и плевральной полостью и «вентилирующему» транспульмональному давлению (transpulmonary driving pressure, PtpDP) [57—59]. Вместо понятия волюмотравмы, на основании которого основную роль отводили абсолютному значению дыхательного объема, возникло понятие перерастяжения, которое соотносит дыхательный объем с оставшимся конечным экспираторным объемом (End-Expiratory Lung Volume, EELV): strain= Vt/EELV [56]. Соответственно повреждение легких от перерастяжения альвеол при одном и том же Vt тем больше, чем меньше EELV. У здорового легкого перерастяжение альвеол возникает при достижении объема, близкого к общему объему легких, то есть при Vt близкому к общему объему легких, то есть около 30 мл/кг. Протективная ИВЛ, направленная на предотвращение коллабирования легкого на выдохе (увеличение EELV) и минимизацию strain, способна снизить риск возникновения биотравмы [60].

Следует также выделить статическое перенапряжение (постоянное от применения РЕЕР/СРАР) и динамическое перенапряжение — от дыхательного объема или верхнего (инспираторного) давления.

J. Brunner и M. Wysocki разработали индекс напряжения—деформации, чтобы определить оптимальный механический профиль дыхания для минимизации напряжения и перерастяжения [61]. Используя вычислительную модель, они определили, что индекс напряжения—деформации заметно увеличивается при уменьшении EELV. Снижение EELV увеличивает альвеолярный рекрутмент/дерекрутмент, тем самым указывая на то, что большие изменения легочных объемов с каждым вдохом увеличивают индекс напряжения—деформации. Подтверждая эти результаты на модели свиньи, A. Protti и соавт. индуцировали динамическую деформацию (strain), уменьшая уровень PEEP (уменьшая EELV) и увеличивая дыхательный объем [54]. Исследование, проведенное A. Protti, ясно продемонстрировало, что динамическая деформация сильнее увеличивает ВИПЛ по сравнению со статической деформацией. Макродеформация не свидетельствует о микродеформации на альвеолярном уровне. Например, небольшая глобальная деформация в легких может привести к значительно большей локальной деформации из-за неоднородности и сложной взаимозависимости альвеол, особенно в поврежденном легком [62—64]. Современное клиническое ви́дение опирается на глобальные параметры, даже если они могут отражать регионарную микромеханику легких [65]. Этот подход явно не учитывает регионарную неоднородность, однако он представляет собой наилучший из возможных подходов, учитывая ограничения современных клинических и диагностических инструментов.

Теоретически APRV позволяет пациенту проводить большую часть времени в ситуации статического перерастяжения (strain) альвеол (Phigh) и небольшого динамического перерастяжения (спонтанное дыхание во время Phigh), и, таким образом, передаваемая на легкие энергия является в большей степени потенциальной, нежели кинетической. Статические переменные отдельного дыхательного цикла, такие как PEEP, давление плато (Plateau pressure, Pplat), сами по себе не могут привести к травме легкого [66]. Силы в статическом равновесии не расходуют энергию. Для выполнения механических работ неуравновешенные силы должны перемещать объект в направлении их чистого действия. Следовательно, важен не PEEP, Pplat, а динамический процесс перехода от одного к другому [66]. Эта кинетическая механическая энергия может деформировать и повреждать легочную ткань, что, в свою очередь, ведет к возникновению ВИПЛ [67—69]. Одним из таких легко рассчитываемых в клинике кинетических параметров можно считать «вентилирующее» давление (Driving pressure, DP) [70].

Исследования D. Tschumperlin и соавт. [71], J. Brunner и M. Wysocki [61], A. Protti и соавт. [54] подтверждают гипотезу, что динамическое напряжение вызывает большее повреждение легких, чем тот же уровень статического напряжения. APRV сводит к минимуму потерю объема легкого в конце выдоха, тем самым минимизируя динамическое перерастяжение [9].

Ключевым аспектом P-APRV является то, что Тlow очень короткое. Поскольку конечной целью APRV является минимизация stress и strain, а длительность сброса (т.е. TLow) изменяется обратно пропорционально EELV, приоритет отдается очень короткому TLow. Другими словами, длинный Tlow даст больше времени для того, чтобы увеличить strain, а короткий Tlow снижает strain, что приводит к развитию autoPEEP. Однако именно благодаря этому autoPEEP легкое остается стабильным во время фазы сброса давления, тем самым предотвращая коллапс альвеол. Созданный autoРЕЕР способствует раскрытию большого количества альвеол, улучшению PaO2/FiO2 во время вентиляции с инвертированным соотношением вдоха и выдоха [72].

В ряде исследований на животных [9, 73, 74] с использованием режима APRV изучены различные соотношения экспираторного потока к пиковому экспираторному потоку (EF-PEFR) на предмет их влияния на открытие коллабированных альвеол и их микродеформацию (strain). M. Kollisch-Singule и соавт. в экспериментальном исследовании с использованием методов микроскопии легочной ткани in vivo сравнивали вентиляцию в режиме APRV и ИВЛ с малым дыхательным объемом и разными уровнями [9]. Обнаружено, что EF-PEFR 75% (т.е. когда скорость выдыхаемого потока падала до 75% от его пикового значения) обеспечивает минимизацию микродеформации (то есть strain) и максимизацию открытия альвеол. Это исследование подтвердило и важность установления отношения EF/PERF не менее 75%. APRV с отношением EF/PERF 10% приводила к значительно большей микродеформации и дерекрутменту альвеол. Следовательно, следующий дыхательный объем будет распределяться в негомогенном легком, увеличивая локальное альвеолярное напряжение.

Есть данные, что P-APRV с EF-PEFR 75% значительно снижает содержание интерлейкинов ИЛ-8, ИЛ-6 и фактора некроза опухоли α в бронхоальвеолярной лаважной жидкости (БАЛ) по сравнению с другими режимами протективной ИВЛ, указывая на то, что легкое подвергается менее опасной стратегии вентиляции [6, 12]. P. Silva и соавт. проводили сравнительное исследование эффективности двух режимов ИВЛ на крысах [12]. Первичный и вторичный ОРДС вызывали инстилляцией липополисахарида Escherichia coli внутритрахеально или внутрибрюшинно [12]. Через 24 ч животных случайным образом распределяли на 2 группы и вентилировали в течение 1 ч с малым дыхательным объемом (LVt) или APRV EF-PEFR 75%. У животных группы c первичным ОРДС обнаружено, что альвеолярно-капиллярная мембрана является структурой, наиболее подверженной повреждению. У животных группы LVt отмечено усиление экспрессии амфирегулина, который является ранним суррогатом альвеолярного перерастяжения и повреждения эндотелиальных клеток, тогда как у животных группы APRV EF-PEFR 75% этого не происходило. Это свидетельствует о том, что протокол APRV EF- PEFR 75% не приводил к перерастяжению альвеол, несмотря на более высокие уровни Pplat и Vt [12]. В подтверждение этому показано, что на модели вторичного ОРДС у свиней группы LVt экспрессия E-кадгерина снижена по сравнению с животными группы APRV EF-PEFR 75%; это свидетельствует об относительной потере целостности дыхательного эпителия и увеличенной околоклеточной проницаемости у животных группы LVt [1, 6, 75]. В первичном ОРДС LVt продемонстрировал повышенную экспрессию матричной металлопротеазы 9-го типа по сравнению с APRV EF-PEFR 75% и с невентилированными крысами из группы контроля, что может свидетельствовать о снижении деградации внеклеточной матрицы в APRV EF-PEFR 75% [12].

Влияние на морфологию

Протективная ИВЛ должна предотвращать прогрессирование ОРДС и ВИПЛ. Проведенные экспериментальные сравнительные исследования влияния протективной ИВЛ по сравнению с APRV на степень отека легочной ткани и стабильность альвеол выявили некоторые преимущества режима APRV. При его применении отмечались менее выраженные альвеолярный отек, количество фибринозного экссудата и белка в жидкости, полученной при бронхоальвеолярном лаваже, на фоне большей концентрации в ней белка, А сурфактанта [51, 52, 76, 77].

E. Tschumperlin и соавт., используя модель in vitro, в которой клетки альвеолярного эпителия типа II подвергались воздействию одинаковых степеней пиковой деформации, но различной степени статической или динамической деформации, показали, что большие амплитуды деформации увеличивают гибель клеток, а минимизация этих амплитуд (аналог P-APRV) улучшает жизнеспособность альвеолярных эпителиальных клеток [71].

P-APRV эффективнее предотвращала развитие феномена дерекрутмента по сравнению с малообъемной ИВЛ даже при ее сочетании с высоким РЕЕР (до 24 см вод. ст.) [74]. Таким образом, APRV по сравнению с малообъемной ИВЛ и высоким РЕЕР обеспечивала бо́льшую площадь альвеолярной поверхности, лучше предотвращала развитие феномена дерекрутмента и, следовательно, способствовала лучшей стабильности альвеол.

Влияние на гемодинамику

Есть данные, что APRV улучшает сердечный выброс за счет снижения давления в правом предсердии и повышения преднагрузки из-за снижения уровня давления в плевре и повышения уровня давления в брюшной полости [78]. При ИВЛ в APRV у пациентов отмечаются относительно высокие показатели уровня среднего артериального давления, однако это не сопровождается отрицательным влиянием на уровень артериального давления [79]. Кроме того, клинические данные показывают отсутствие отрицательного влияния APRV на сердечный индекс (СИ) [78]. T. Varpula и соавт. [80] не показали различий СИ между группами ИВЛ с малым дыхательным объемом и APRV, в то время как другие два исследования продемонстрировали более высокие значения СИ при использовании APRV [81, 82]. При спонтанном APRV-вдохе снижается уровень внутригрудного давления, улучшается венозный возврат к сердцу и увеличивается сердечный выброс [36, 78, 81, 83, 84]. В результате улучшаются системный кровоток [85], перфузия кишечника [85, 86], почек [87], головного и спинного мозга [88].

Режим APRV за счет длительного Phigh и формирования высокого autoPEEP может оказывать негативное влияние на правый желудочек. M. Dessap и соавт. продемонстрировали, что риск развития острого легочного сердца значительно возрастает при наличии у пациента первичной патологии легких, а также при высоком driving pressure и тяжелом ОРДС [89]. Мультицентровое исследование ART продемонстрировало увеличение летальности при длительном использовании высокого инспираторного давления в сочетании с высоким PEEP при первичном ОРДС тяжелой степени [90]. Возможно, данные этого исследования следует с осторожностью экстраполировать на P-APRV с высоким Phigh и autoPEEP.

Спонтанное дыхание и эрготравма в режиме P-APRV

Сохранение спонтанного дыхания у пациентов, которым проводят ИВЛ, является неотъемлемым компонентом современной парадигмы респираторной терапии, так как адекватная нагрузка на дыхательную мускулатуру снижает атрофию диафрагмы, а также сокращает время ИВЛ [91, 92]. Спонтанное дыхание при APRV увеличивает конечный экспираторный объем, что уменьшает ателектазирование и способствует распределению дыхательного объема в зависимые участки легких [34—36]. В результате уменьшается физиологическое мертвое пространство и улучшается соотношение вентиляция/кровоток [34]. Возможность осуществлять спонтанное дыхание при APRV уменьшает потребность в седации, частоту использования миорелаксантов, развитие вентилятор-ассоциированной пневмонии и повышает комфорт пациентов [23, 38, 78, 93, 94]. D. Henzler и соавт. провели в эксперименте на свиньях сравнительную оценку величин транспульмонального давления при двухфазной вентиляции и ИВЛ с управляемым давлением [84]. Авторы пришли к выводу, что BIPAP приводила к росту транспульмонального давления в основном в зависимых областях легких и способствовала их рекрутменту. Есть также данные, что высокий PEEP, воздействуя на рецепторы растяжения в легких и уменьшая кривизну диафрагмы на выдохе, снижает интенсивность инспираторной попытки и ограничивает рост транспульмонального давления [95—98]. Данные этих исследований теоретически можно экстраполировать на режим P-APRV, в котором достаточно высокие уровни Phigh и autoPEEP.

Однако при тяжелом ОРДС спонтанные попытки вдоха могут создать высокое транспульмональное давление в зависимых зонах поврежденных легких, что приводит к увеличению повреждения [99, 100]. Чем мощнее попытка вдоха, тем значительнее вентилятор-ассоциированное повреждение легких [101, 102]. Кроме того, спонтанное дыхание при ОРДС часто ассоциировано с формированием выраженных провалов внутригрудного давления [103], что в условиях повышенной проницаемости альвеолярно-капиллярной мембраны увеличивает транскапиллярный градиент давления, приводя к увеличению альвеолярного отека [104]. Вероятно, степень влияния спонтанного дыхания на альвеолярный отек при APRV зависит от параметров Phigh, Plow и Thigh, Tlow.

В режиме APRV спонтанные вдохи могут происходить в любой момент дыхательного цикла [78, 105—107]. В 1994 г. E. Calzia и соавт. выделили 5 типов вдохов в режиме APRV [108]:

1) спонтанный вдох на уровне Plow (тип А);

2) спонтанный вдох на уровне Phigh (тип B);

3) вдох, совпадающий с инициацией перехода от Plow к Phigh (тип C);

4) полностью аппаратный вдох (тип D);

5) вдох, совпадающий с переходом от Phigh к Plow (тип E).

Большинство спонтанных вдохов (кроме типа C и D) не требуют синхронизации с аппаратом ИВЛ, поэтому сложилось мнение, что использование APRV позволяет уменьшить потребность в седации и миорелаксантах [1]. На данный момент существует ограниченное количество работ, посвященных паттерну дыхания, синхронизации с респиратором, а также работе дыхания собственно в режиме APRV. В основном использовали не режим P-APRV, а режим F-APRV или даже BIPAP [80, 108, 109].

Одним из критериев синхронизации с аппаратом ИВЛ является субъективный комфорт. При сравнении режимов APRV, SIMV и PSV при отлучении от вентилятора 16 пациентов A. Chiang и соавт. сообщили, что 5 (31%) пациентов ощущали больший дискомфорт в режиме APRV, а двое из них испытывали значительные трудности с синхронизацией с аппаратом ИВЛ. При этом изменение Tlow и частоты принудительных вдохов не влияло на ощущение комфорта [109].

T. Varpula и соавт. сравнили потребность в седации и продолжительность ИВЛ у пациентов с ОРДС, которым проводили ИВЛ в режимах SIMV и APRV [80]. У пациентов группы APRV не получено снижения потребности в седации и аналгезии, продолжительности ИВЛ.

В исследовании E. Calzia и соавт. площадь над пищеводной кривой давление—время (Pressure—time Product, показатель, отражающий работу дыхания пациента) при вентиляции в режиме BIPAP была значительно больше, чем в режиме PSV. Это обусловлено тем, что все спонтанные вдохи были представлены типом A, который является самым энергоемким за счет низкой податливости респираторной системы на уровне Plow [108].

D. Henzler и соавт. сравнили влияние режимов PCV, PSV и BIPAP на работу дыхания, инспираторные попытки в экспериментальной модели ОРДС, выявив наибольшую работу дыхания за счет десинхронизации при вентиляции в режиме BIPAP [110]. Вдохи типа C синхронизированы с переходом на верхний уровень CPAP и, по сути, соответствуют вдохам в режиме PCV [111].

Вдох типа E, который попадает на момент аппаратного выдоха, увеличивает работу дыхания и может вызвать наибольший дискомфорт, так как давление в респираторной системе будет падать и воздух будет выходить из легких, в то время как пациент будет продолжать попытку вдоха [112].

Теоретически наиболее благоприятным является вдохтипа B, при котором легкие имеют наивысшую податливость, соответственно должна быть снижена работа дыхания по преодолению эластического сопротивления [37]. Однако излишний уровень Thigh может вызвать перерастяжение легких, что парадоксально увеличит работу дыхания. Кроме этого, при таком высоком объеме легких длина волокон респираторных мышц увеличена, поэтому необходимы большая активация и натяжение для обеспечения того же дыхательного объема [113]. А высокий уровень давления в легких может вызвать попытки выдоха, привести к еще большему росту работы дыхания и препятствовать рекрутменту [114, 115].

В настоящее время в качестве интегрального показателя ВИПЛ предлагают рассчитывать механическую энергию (мощность), воздействующую на легкие при ИВЛ. Для этого работу дыхания, определяемую в Дж/л, трансформируют в мощность, рассчитываемую в Дж/мин, то есть определяют количество энергии, поглощенной легкими за 1 мин ИВЛ. По мнению L. Gattinoni и соавт., этот показатель не должен превышать 15 Дж/мин [42].

Недавно M. Cressoni и соавт. в небольшом исследовании на животных показали, что ВАПЛ напрямую зависит от того, какое количество энергии, потенциальной и кинетической, передается на легочную ткань [116]. Такое повреждение получило название эрготравмы. В 2019 г. предложено уравнение расчета механической энергии, которая прилагается к легочной ткани и приводит к ее повреждению, оно выглядит следующим образом [117]:

где RR — частота дыхания; ΔV — дыхательный объем;El — упругость легких; I:E — соотношение вдоха и выдоха; R — сопротивление дыхательных путей; с — секунды.

Поэтому необходимо учитывать, что, помимо того, что вентилятор обеспечивает работу по преодолению эластического сопротивления респираторной системы, он передает на нее потенциальную энергию, которая может приводить к возникновению эрготравмы. Каждый спонтанный вдох на уровне Phigh поглощает энергию, требуемую на поддержание изначального растяжения респираторной системы, а также энергию, затрачиваемую на увеличение объема и энергию, необходимую на преодоление сопротивления дыхательных путей.

R. Kallet измерял работу дыхания на небольшой выборке пациентов в режиме APRV и сообщил, что описанные E. Calzia виды спонтанных вдохов могут смешиваться между собой из-за длительной инспираторной попытки, что делает работу дыхания пациента непредсказуемой [118]. Такие инспираторные попытки могут привести к клиническому ухудшению состояния и увеличить продолжительность ИВЛ. В условиях значительного перераздувания легких (Plow 16 мбар, Phigh 35 мбар) работа дыхания вентилятора во время вдоха типа B составляла 2,75 Дж/л, а работа дыхания пациента — 1,25 Дж/л при норме 0,3—0,6 Дж/л [119].

Следовательно, при общей работе 4 Дж/л и минутной вентиляции 12 л/мин эрготравма легких составила48 Дж/мин, что значительно превышает повреждающий порог. Необходимо отметить, что в этой работе применялся F-APRV с чрезмерно высокими значениями Plow и Phigh, поэтому это не может быть иллюстрацией работы дыхания при более современном P-APRV, но может служить иллюстрацией того, как возрастает работа дыхания при перераздувании альвеол. Для окончательного определения эрготравмы, воздействующей на легкие при APRV, требуются дальнейшие целенаправленные исследования. С этих позиций высказаны опасения, что легочная ткань при APRV испытывает напряжение, создаваемое аппаратным вдохом, на которое накладывается увеличение транспульмонального давления из-за спонтанного дыхания [35, 36].

AutoPEEP в режиме P-APRV

В режиме APRV уровень PEEP не задается настройками, а формируется за счет объема воздуха, который остается в легких после короткого выдоха, поэтому зачастую трудно определить значение autoPEEP. Недавно предложено несколько уравнений, позволяющих рассчитать autoPEEP. D. Taylor и соавт. предложили формулу расчета, основанную на эластических свойствах респираторной системы:

где PEEPi — autoPEEP, t — постоянная времени, PEFR — пиковый экспираторный поток, Vreleased — объем выдоха во время фазы Tlow [120].

У этого подхода есть ряд недостатков: невозможно точно рассчитать elastance при неполном выдохе, а выдыхаемый объем уменьшается не линейно (как в формуле), а экспоненциально. Другой подход основан на предположении, что давление в респираторной системе снижается на столько же процентов, на сколько снижается скорость потока, что позволяет рассчитать остаточное давление (autoPEEP) в момент конечно-экспираторного потока [121]:

где PEEPiautoPEEP, V’ee — поток в конце выдоха, PEFR — пиковый экспираторный поток, Phigh — величина давления в дыхательных путях во время вдоха.

Для оценки применимости обоих методов расчета необходимо проведение дальнейших исследований.

Сравнительные клинические исследования режима P-APRV c другими режимами ИВЛ и их критика

За последние 30 лет авторы сравнительных исследований отмечают, что клинические и экспериментальные исследования с APRV демонстрируют улучшение физиологических конечных точек, таких как газообмен, сердечный выброс и системный кровоток [4, 23, 78, 92, 93, 122, 123]. APRV облегчает самостоятельное дыхание и повышает устойчивость пациента к ИВЛ за счет уменьшения десинхронизации пациента с вентилятором. Дополнительные исследования позволили установить снижение седации при вентиляции в режиме APRV, а некоторые авторы предположили меньшую продолжительность дней без ИВЛ и меньшую продолжительность пребывания в отделении интенсивной терапии [38]. Однако адекватно спланированного и обоснованного исследования, демонстрирующего снижение летальности или длительности ИВЛ с APRV по сравнению с протективной вентиляцией легких, до 2018 г. не проводили [124].

Y. Zhou и соавт. провели первое и единственное проспективное рандомизированное исследование, в котором сравнили протективную ИВЛ (LPV) с малым дыхательным объемом и вентиляцию легких в режиме P-APRV при развитии ОРДС у взрослых [3, 38, 111, 124]. Пациенты случайным образом разделены на 2 группы: P-APRV (n=71) и LTV (n=67). Настройки для APRV были следующими:

1. Phigh устанавливали на уровне Pplat, но не более 30 см вод.ст.

2. Plow устанавливали на уровне 5 см вод.ст.

3. Частота дыхательных движений соответствовала 10—14 в минуту.

4. Продолжительность низкого давления устанавливали таким образом, чтобы переключение на вдох происходило при снижении скорости экспираторного потока не менее чем на 50% от скорости максимального экспираторного потока.

Настройки для LPV:

1. Целевой дыхательный объем 6 мл на 1 кг прогнозируемой массы тела.

2. Pplat не более 30 см вод.ст.

3. Положительное давление в конце выдоха (PEEP) в соответствии с таблицей PEEP, FiO2 в соответствии с протоколом ARDSnet.

По окончании исследования авторы обнаружили значительно меньшую продолжительность ИВЛ — 8 (5—14) сутпо сравнению с 15 (7—22) сут, р=0,001), более частую успешную экстубацию трахеи (66,2% по сравнению с 38,8%, p=0,001) и меньшее время пребывания в ОРИТ (15 сут по сравнению с 20 сут, р=0,015) у пациентов группы APRV. Кроме того, у пациентов группы P-APRV реже применяли миорелаксанты, вентиляцию в положении лежа на животе и маневры рекрутирования альвеол. Летальность в ОРИТ была ниже среди пациентов группы APRV (19,7% по сравнению с 34,3%; p=0,053). Однако, несмотря на столь положительные результаты, данное исследование подверглось довольно серьезной критике. Во-первых, исследование Y. Zhou и соавт. имеет некоторые ограничения: оно не слепое, что является неотъемлемым условием почти для всех исследований в области респираторной поддержки [3, 124]. Во-вторых, пациенты группы LTV имели значительно более высокий уровень сопутствующих заболеваний (р=0,029) по сравнению с пациентами группы APRV [15]. В-третьих, в группе с APRV число больных с первичным ОРДС составило 25%, а в группе с протективной ИВЛ их было в 1,5 раза больше — 39%. Но величина отношения упругости легких к упругости всей респираторной системы при первичном и вторичном ОРДС может колебаться от 0,8 до 0,2 [92, 122]. Следовательно, при одинаковом давлении в дыхательных путях больных обеих групп у большинства пациентов группы APRV были меньшими транспульмональное давление, напряжение в легочной ткани и ее вентилятор-индуцированное повреждение. В то же время важная проблема не затронута в этом исследовании: частота десинхронизации пациента с аппаратом ИВЛ в смешанном режиме управляемой и спонтанной вентиляции [118]. Ранее изучалось влияние расширенных режимов спонтанной вентиляции на синхронность и работу дыхания (work of breathing, WOB) [108]. Хотя расширенные режимы спонтанной вентиляции, такие как двухфазное положительное давление в дыхательных путях (BiLevel) или APRV, должны быть теоретически выгодны с точки зрения работы дыхания пациента или синхронности пациента с аппаратом ИВЛ, такое преимущество не продемонстрировано у пациентов с ОРДС [118]. Кроме того, в нынешнюю эпоху протективной вентиляции легких нет достаточных данных о том, может ли спонтанное дыхание на ранней стадии ОРДС противодействовать защите легкого за счет увеличения десинхронизации пациента и вентилятора и высокого спонтанного дыхательного объема [125]. В исследовании Y. Zhou и соавт. такой физиологический конфликт «обойден» сравнительно глубоким седативным эффектом у пациентов, средний балл по шкале ажитации и седации Ричмонда (Richmond Agitation-Sedation Scale, RASS) достигал 2,9 на 3-и сутки [38]. Другими словами, на основании настоящего исследования Y. Zhou и соавт. нельзя сделать вывод, что APRV предотвращает десинхронизацию пациента и аппарата ИВЛ и/или негативное влияние на защиту легких, вызванное спонтанной вентиляцией как таковой у пациентов, которым не проводилась седация. Чтобы ответить на такой сложный вопрос, необходимы дальнейшие исследования, которые включали бы параметры десинхронизации (оценки давления в пищеводе) и защиту легких (маркеры воспаления).

Еще одним физиологическим ограничением применения режима APRV может оказаться создаваемая эрготравма, воздействующая на легочную ткань. При вентиляции в режиме APRV спонтанное дыхание осуществляется в основном во время Phigh, так как период Tlow очень короткий. Следовательно, легочная ткань испытывает напряжение, создаваемое аппаратным вдохом, на которое накладывается увеличение транспульмонального давления из-за спонтанного дыхания [126, 127].

Следует отметить еще одно проспективное рандомизированное исследование, сравнивающее эффективность режима APRV и протективной вентиляции [128]. Это исследование прекращено досрочно после набора 52 детей из-за большей летальности в группе APRV: 53,8 и 26,9%; ОР 3,2 (1,0—10,1); р<0, 089. Но пациенты группы APRV имели значительно более низкий показатель PaO2/FiO2.

Заключение

Исследования с использованием APRV практически нельзя сравнивать между собой, так как не существует единого протокола настройки APRV. Режим APRV за более чем 30-летнюю историю применения эволюционировал от произвольных установок параметров до предложенного N. Habashi физиологически обоснованного P-APRV. Для оценки безопасности и эффективности режима APRV, разработки протокола его использования требуется проведение исследований физиологии дыхания в данном режиме, а также сравнительных рандомизированных исследований. Использование режима P-APRV имеет некоторые физиологические преимущества, и он может быть применен как метод резерва при терапии острого респираторного дистресс-синдрома.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflicts interest.

Сведения об авторах

Савеленок М.И. — https://orcid.org/0000-0003-0367-3756

Ярошецкий А.И. — e-mail: dr.intensivist@gmail.com; https://orcid.org/0000-0002-1484-092X

Райкин И.Д. — https://orcid.org/0000-0001-6188-4290

Конаныхин В.Д. — https://orcid.org/0000-0002-6558-1227

Захарченко И.А. — https://orcid.org/0000-0003-4378-0513

КАК ЦИТИРОВАТЬ:

Савеленок М.И., Ярошецкий А.И., Райкин И.Д., Конаныхин В.Д., Захарченко И.А. Персонализированная Airway Pressure Release Ventilation при остром респираторном дистресс-синдроме: патофизиологическое обоснование, клинические исследования и перспективы применения. Анестезиология и реаниматология. 2019;6:52-64. https://doi.org/10.17116/anaesthesiology201906152

Автор, ответственный за переписку: Ярошецкий А.И. —
e-mail: dr.intensivist@gmail.com

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail