ICU Physiology in 1000 Words: The Respiratory System Pressure-Volume Curve
Jon-Emile S. Kenny MD [@heart_lung]
https://pulmccm.org/ards-review/icu-physiology-in-1000-words-the-respiratory-system-pressurevolume-curve/
Dịch bài: BS. Đặng Thanh Tuấn – BV Nhi Đồng 1
Hơn 20 năm trước, Amato và các đồng nghiệp đã báo cáo tỷ lệ tử vong giảm đáng kể ở những bệnh nhân ARDS được cài đặt máy thở của họ được hướng dẫn bởi đường cong áp lự cthể tích (đường cong PV, pressure-volume curve) [1]. Tỷ lệ tử vong trong 28 ngày giảm sâu – 71% so với 38% – nghiêng về những bệnh nhân có PEEP đặt 2 cm H2O trên điểm uốn dưới [LIP, lower inflection point] được xác định từ đường cong PV. Ngoài ra, nhóm can thiệp có áp lực bình nguyên [Pplat, plateau pressure] giới hạn ở 20 cm H2O. Mặc dù thử nghiệm này có thể đã thay đổi thực tiễn vào thời điểm đó, nhưng tỷ lệ tử vong cao bất thường đối với nhóm thông thường [tức là 71%] cùng với việc chuẩn độ đồng thời PEEP và Pplat đã loại trừ việc thực hiện dứt điểm việc điều chỉnh máy thở dựa trên đường cong PV [2]. Hơn nữa, thử nghiệm ARDSNet mang tính bước ngoặt [3] đã nhanh chóng được theo dõi như là đầu tàu để điều chỉnh thể tích phổi và áp lực đường thở ở bệnh nhân ARDS.
KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ ĐƯỜNG CONG PV
Đường cong PV thường được đo mà không có bóng thực quản có nghĩa là mối quan hệ là sự kết hợp của phổi và thành ngực với nhau – “hệ thống hô hấp.” Khi áp lực tăng lên trên trục x, thể tích theo trục y như một hàm về độ giãn nở của hệ thống hô hấp [xem hình 1A]. Về mặt cổ điển, đường cong được đo ở PEEP bằng không, tạo thành hình dạng sigmoid do phổi được huy động ở áp lực – thể tích thấp và siêu bơm phồng ở áp lực – thể tích cao. Nói cách khác, ở áp lực – thể tích thấp, có một điểm uốn dưới [LIP] được tạo ra bởi áp lực mở phế nang. Bên dưới LIP, có rất ít thay đổi thể tích trên trục y; tuy nhiên, sau khi tăng áp lực trên mức LIP, thể tích tăng lên. Ban đầu, LIP được cho là kết thúc quá trình huy động phế nang và PEEP được đặt cao hơn mức này 2 cm H2O.
Ngược lại, điểm uốn trên [UIP, upper inflection point] tiết lộ thời điểm khi áp lực đường thở tăng lên không còn làm tăng thể tích trên trục y. UIP được cảm nhận để đánh dấu thời điểm phế nang căng quá mức; tiện lợi, thông khí an toàn được giới hạn giữa LIP và UIP.
Hình 1: A – biểu đồ của đường cong độ giãn nở hệ thống hô hấp điển hình với điểm uốn trên [UIP] và điểm uốn dưới [LIP] được đánh dấu. Độ trễ được đánh dấu bằng đường chấm đỏ. B – cho thấy ảnh hưởng của hệ thống hô hấp khi tăng lưu lượng áp dụng, lưu ý cách LIP tăng khi tăng lưu lượng. Phương trình chuyển động dưới đây cho thấy áp lực sẽ tăng khi lưu lượng tăng. Vt là thể tích khí lưu thông, Crs là đường cong độ giãn nở hệ hô hấp, ̇ là lưu lượng và Rrs là sức cản của hệ hô hấp. Để có được các giá trị tĩnh, ̇ phải rất thấp hoặc bằng không.
Rõ ràng là có sự chênh lệch áp lực giữa bơm phồng và xẹp xuống trong đường cong áp lực – thể tích; điều này được gọi là “hiện tượng trễ” (hysteresis) và chủ yếu xảy ra do áp lực bơm phồng phải thắng lực hút giữa các phân tử nước tại mặt phân cách nước-không khí. Chất hoạt động bề mặt làm giảm bớt lực hút giữa các phân tử của nước, chẳng hạn như áp lực giảm khi xẹp xuống, một thể tích lớn hơn sẽ đạt được [4]. Để đơn giản hóa việc thảo luận, chỉ các đường cong PV bơm phồng sẽ được xem xét ở đây; Tuy nhiên, điều này không nên quên tầm quan trọng của nhánh xẹp xuống [5, 6].
ĐO ĐƯỜNG CONG PV
Hình 2A: Minh họa đường cong PV toàn cục [xanh lam đậm] và một loạt đường cong PV khu vực [1-4]. Áp lực LIP toàn cục [điểm uốn dưới] nhỏ hơn LIPmax, đây là LIP cao nhất đại diện cho các đơn vị phổi [series 1] ở lưng. Do đó, áp lực cao hơn được yêu cầu để mở các đơn vị này hơn là được xác định bởi đường cong toàn cục. Điểm uốn trên [UIP] toàn cục lớn hơn UIPmin hoặc UIP tối thiểu được nhìn thấy theo khu vực trong đơn vị ở hầu hết các vùng [series 4] – các đơn vị này có nguy cơ bị căng quá mức nếu UIP toàn cục được nhắm mục tiêu.
Điểm của đường cong PV là cung cấp thông tin về các đặc điểm tĩnh của hệ hô hấp. Do đó, giống như giữ cuối thì hít vào của máy thở, lưu lượng khí [và nỗ lực của bệnh nhân] nên được loại bỏ khỏi phương trình [hình 1B]. Có 3 kỹ thuật cơ bản để đo đường cong thể tích-áp lực tĩnh: phương pháp “siêu bơm tiêm”, phương pháp tắc nhiều lần và kỹ thuật lưu lượng không đổi [4, 7]. Hai kỹ thuật đầu có thể được coi là một loạt các “giữ cuối thì hít vào” – cho phép đo được thực hiện ở lưu lượng khí bằng không, trong khi kỹ thuật sau cùng cho phép lưu lượng không đổi, lưu lượng thấp trong quá trình đo. Do đó, lưu lượng khí nhỏ hơn 10 L/phút [8, 9] nên được sử dụng để giảm thiểu ảnh hưởng của áp lực đường thở động, tuy nhiên ngay cả giá trị lưu lượng nhỏ hơn 2 L/phút cũng có thể có tác động nhỏ đến LIP của đường cong PV [10]!
CẢNH BÁO VỀ ĐƯỜNG CONG PV
Ngay cả khi đường cong PV của hệ thống hô hấp được đo hoàn hảo, có thể có sự thay đổi đáng kể của phép đo LIP giữa những người quan sát [11, 12]. Hơn nữa, trong trường hợp không có bóng thực quản, sự đóng góp của thành ngực bị bỏ qua có thể quan trọng trong bệnh nhân béo phì và/hoặc ARDS ngoài phổi [13, 14]. Hơn nữa, bệnh nhân phải được an thần sâu và có khả năng dùng thuốc liệt cơ để đảm bảo rằng không có nỗ lực hô hấp nào làm tăng áp lực đường thở. Cuối cùng, các mô hình động vật, lâm sàng và toán học đã gợi ý việc huy động liên tục các phế nang dọc theo đường cong bơm phồng bên ngoài LIP; ngược lại, một số phế nang có thể đạt đến giới hạn căng quá mức của chúng trước UIP [15-18]. Thật vậy, Venegas et al. nhận thấy rằng đạo hàm của phương trình phù hợp nhất với đường cong PV là Gaussian, cho thấy sự phân bố rộng rãi của huy động phế nang dọc theo toàn bộ đường cong [18].
DỮ LIỆU GẦN ĐÂY
Hình 2B: Sự thay đổi lý thuyết trong các đường cong PV toàn cục và khu vực để đáp ứng với tư thế nằm sấp. Lưu ý rằng UIPmin tăng về phía UIP toàn cục và LIPmax giảm về phía LIP toàn cục. Có một sự dịch chuyển sang phải của toàn bộ đường cong. Chuỗi lát cắt phổi [1-4] giống như hình 2A, bây giờ ngược với nằm sấp. Các mũi tên ở phổi biểu thị áp lực giãn nở phế nang.
Phù hợp với các mô hình toán học của Venegas và Hickling [5, 16, 18], một nghiên cứu lâm sàng gần đây đã chỉ ra rằng các đường cong PV khu vực tồn tại trong phổi và phân bố xung quanh đường cong PV toàn cục [19] [xem hình 2A]. Scaramuzzo và cộng sự đã nghiên cứu 41 đường cong PV từ 12 bệnh nhân suy hô hấp cấp có hoặc không kèm theo ARDS. Bệnh nhân được an thần sâu và dùng thuốc ở tư thế nằm ngửa; chụp cắt lớp trở kháng điện [EIT] được sử dụng để đo thể tích khu vực dọc theo trục bụng-lưng.
Tóm lại, đường cong PV toàn cục có LIP thấp hơn áp lực mở cần thiết để mở các đơn vị phổi ở hầu hết các phổi; do đó, nếu LIP toàn cục được sử dụng, phổi phụ thuộc vẫn có thể hoạt động như một “yếu tố tăng căng thẳng” – làm trầm trọng thêm nguy cơ xẹp phổi. Ngược lại, UIP toàn cục được phát hiện cao hơn UIP khu vực của các đơn vị phổi hầu hết các phổi, khiến các đơn vị này có nguy cơ căng quá mức nếu UIP toàn cục được sử dụng để hạn chế áp lực cuối thì hít vào. Điều này có ý nghĩa đối với “chỉ số căng thẳng;” (stress index) như đã mô tả trước đây, UIP toàn cục đánh dấu điểm tại đó đường cong áp lực-thời gian uốn cong về phía trục áp lực [tức là chỉ số căng thẳng> 1]. Theo đó, ở chỉ số căng thẳng chính xác là 1, một số đơn vị phổi-hầu hết các phổi có thể bị căng phồng quá mức. Dữ liệu trước đây đã gợi ý rằng chỉ số căng thẳng có thể dẫn đến việc áp dụng PEEP quá mức [20, 21].
Cuối cùng, người ta có thể đưa ra giả thuyết về cách nằm sấp có thể ảnh hưởng đến đường cong PV khu vực và toàn cục [hình 2B]. Tư thế nằm sấp làm dịch chuyển đường cong PV của thành ngực sang phải và cũng làm ‘cứng’ thành ngực [tức là thay đổi độ dốc của nó] [22]. Với sự đồng nhất đồng thời của nhu mô phổi ở vị trí nằm sấp [23, 24], người ta sẽ mong đợi các đường cong khu vực tập hợp chặt chẽ hơn xung quanh đường cong toàn cục.
Do đó, áp lực tuyệt đối cao hơn sẽ được yêu cầu với ít chênh lệch hơn giữa các giá trị toàn cục và khu vực – có khả năng làm cho chỉ số căng thẳng trở thành một công cụ có giá trị để chuẩn độ PEEP ở vị trí nằm sấp.
BÌNH LUẬN