Sovradistensione polmonare e aumento della pressione addominale nei pazienti con insufficienza respiratoria acuta ipossiemica: uno studio pilota basato sulla tomografia a impedenza elettrica

Background: The reduction in mortality associated with mechanical ventilation over the last years seems to be explained largely by a decrease in ventilator-induced lung injury (VILI). Both atelectrauma and overdistension contribute to lung damage, particularly in the presence of lung parenchymal inhomogeneities. Some recent papers suggest that overdistension might be suspected by analyzing airway pressure (Paw) variations during the application of pressure on the chest wall or abdomen. An unexpected decrease in Paw seems to detect overdistension. This phenomenon has been defined as “mechanical paradox”. Aims: The primary aim of the study was to investigate the mechanism leading to the paradoxical reduction of Paw caused by an abdominal wall loading in patients with acute hypoxemic respiratory failure undergoing invasive mechanical ventilation. The secondary aim was to understand the potential use of this maneuver as a tool to detect the risk of overdistension. Methods: This is a single-center, prospective, interventional pilot study. Twenty adult patients supported with mechanical ventilation due to acute hypoxemic respiratory failure were included. Electrical impedance tomography (EIT), intra-abdominal pressure (IAP) and esophageal pressure (Pes) were continuously monitored. After a recruitment maneuver, positive end expiratory pressure (PEEP) was reduced from 20 to 8 cmH2O and three conditions were evaluated for each PEEP level: absence of abdominal weight (phase 1), presence of weight (phase 2), and removal of weight (phase 3). The weight was applied on the abdomen until a 5 mmHg increase in IAP was achieved. The following outcome variables were evaluated: peak airway pressure of the respiratory system, plateau pressure, driving pressure and static compliance of the respiratory system, lung and chest wall. Additionally, using EIT analysis, other variables such as the percentage of overdistension and collapse and the delta-end expiratory lung impedance (a surrogate of end-expiratory lung volume) were studied. For each outcome variable, the effect of the abdominal weight application and the effect of the variation in PEEP level were assessed. PEEP was considered as the distance from the best PEEP, which is the PEEP that minimizes overdistension and lung collapse at the same time. Results: The application of the weight causes a statistically significant decrease in plateau pressure of the lung at every PEEP level greater than the best PEEP. Furthermore, the weight increases static lung compliance when PEEP is set above the best PEEP value. Overdistension detected with the EIT analysis rises significantly with increased levels of PEEP, while it decreases with the application of the abdominal weight at any PEEP level. Instead, the percentage of collapse varies in the opposite direction, decreasing with increased PEEP levels and rising after abdomen loading. Moreover, the application of the weight causes a decrease in the delta-end expiratory lung impedance. Conclusions: The effects of the abdomen loading could be the reduction of end-expiratory lung volume with consequent reduction of overdistension, decrease of respiratory system and pulmonary plateau pressures and increase of static lung compliance. This maneuver could help determine if overdistension is present and which PEEP may minimize overdistension without causing excessive collapse.

Presupposti dello studio: Il calo di mortalità associato alla ventilazione meccanica negli ultimi anni si deve in gran parte alla riduzione del danno polmonare indotto dalla ventilazione. Sia il collasso che la sovradistensione contribuiscono al danno, soprattutto in presenza di disomogeneità parenchimale polmonare. Alcuni lavori recenti hanno ipotizzato che la sovradistensione possa essere sospettata attraverso l’analisi delle variazioni di pressione delle vie aeree (Paw) in seguito all’applicazione di una pressione sulla gabbia toracica o sull’addome. Una sua riduzione inattesa sembra individuare la presenza di sovradistensione. Questo fenomeno è stato definito “paradosso meccanico”. Scopo: L’obiettivo primario dello studio era approfondire il meccanismo che determina la riduzione paradossa di Paw in seguito all’applicazione del peso addominale nei pazienti sottoposti a ventilazione meccanica invasiva con diagnosi di insufficienza respiratoria acuta ipossiemica. L’obbiettivo secondario era la valutazione del potenziale utilizzo di questa manovra come strumento per rilevare il rischio di sovradistensione. Materiali e metodi: Si tratta di uno studio pilota monocentrico, prospettico, interventistico. Sono stati reclutati 20 pazienti con insufficienza respiratoria acuta ipossiemica. La tomografia a impedenza elettrica (EIT), la pressione intra-addominale (IAP) e la pressione esofagea (Pes) sono state monitorate in modo continuo. Dopo una manovra di reclutamento, la pressione positiva di fine espirazione (PEEP) è stata ridotta da 20 a 8 cmH2O e per ogni livello di PEEP sono state valutate tre condizioni: assenza di peso addominale (fase 1), presenza di peso (fase 2) e rimozione del peso (fase 3). Il peso è stato applicato sull’addome fino ad ottenere un aumento del valore di IAP di 5 mmHg. Sono state valutate le seguenti variabili di outcome: pressione di picco del sistema respiratorio, pressione di plateau, driving pressure e compliance statica di sistema respiratorio, polmone e gabbia toracica. Inoltre, dall’analisi EIT sono state studiate, tra le altre, le percentuali di sovradistensione e di collasso e la delta-end expiratory lung impedance (un surrogato impedenzometrico del volume polmonare di fine espirazione). Per ognuna delle variabili di outcome sono stati valutati sia l’effetto dell’applicazione del peso addominale che della variazione del livello di PEEP, intesa come differenza rispetto alla PEEP ottimale, a sua volta definita come la PEEP in grado di minimizzare al contempo sovradistensione e collasso polmonare. Risultati: L’applicazione del peso determina una riduzione statisticamente significativa nella pressione di plateau polmonare per valori di PEEP superiori alla PEEP ottimale. Inoltre, il peso causa un aumento della compliance statica polmonare quando la PEEP è impostata a valori superiori alla PEEP ideale. La sovradistensione rilevata attraverso l’EIT aumenta in modo significativo all’aumentare dei valori di PEEP, mentre si riduce con l’applicazione del peso per qualsiasi livello di PEEP. La percentuale di collasso, invece, si modifica in maniera opposta, riducendosi all’aumentare della PEEP e aumentando a seguito dell’applicazione del peso. Inoltre l’applicazione del peso condiziona una diminuzione del delta-end expiratory lung impedance. Conclusioni: Gli effetti dell’applicazione del peso addominale potrebbero essere la riduzione del volume polmonare di fine espirazione con conseguente riduzione della sovradistensione, calo della pressione di plateau del sistema respiratorio e polmonare e aumento della compliance statica polmonare. Questa manovra potrebbe quindi aiutare ad individuare la presenza di sovradistensione e contribuire a definire il livello ottimale di PEEP per minimizzare la stessa senza aumentare eccessivamente la quota di collasso.