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Reinhard Larsen
Thomas Ziegenfuß
La respirazione artificiale
Basi e pratica
Reinhard Larsen
Thomas Ziegenfuß
La respirazione
artificiale
Basi e pratica
Con 112 Illustrazioni
e 29 Tabelle
Seconda edizione
Prof. Dr. REINHARD LARSEN
Dr. THOMAS ZIEGENFUß
Università di Saarbrücken
Direttore, Divisione di Anestesia
e Terapia Intensiva
Policlinico Saarland
Homburg, Germania
Direttore, Divisione di Anestesia
e Terapia Intensiva
Ospedale St. Joseph
Moers, Germania
Tradotto dall’opera originale:
Beatmung, 4. Auflage
R. Larsen, T. Ziegenfuß
© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1997, 1999, 2004, 2009
Traduzione dal tedesco a cura di Emanuela Morinello, Dirigente Medico I° livello, Divisione di Anestesia
e Terapia Intensiva, Policlinico Saarland, Homburg, Germania
ISBN 978-88-470-2381-9
e-ISBN 978-88-470-2382-6
DOI 10.1007/978-88-470-2382-6
© Springer-Verlag Italia 2007, 2012
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V
Prefazione
alla seconda edizione italiana
Sulla scia del grande successo ottenuto dalla prima edizione in lingua italiana, pubblicata nel 2007, abbiamo deciso, di comune accordo con Springer Italia, di riproporre il
volume in una nuova versione che include tutti gli aggiornamenti da noi effettuati alla
più recente edizione – la quarta ormai – in lingua tedesca.
I contenuti proposti in questa e nella precedente edizione sono nati dall’elaborazione di dati derivati dalla pratica clinica quotidiana e dai dati disponibili nella letteratura scientifica internazionale: vengono descritte le basi anatomiche dell’apparato respiratorio, la fisiologia del respiro e l’equilibrio acido-base, l’analisi delle diverse forme di
insufficienza respiratoria, per poi passare alle applicazioni pratiche della respirazione
artificiale, alle diverse indicazioni e alla descrizione delle sue complicazioni, delle sue diverse forme, sia standard che alternative, nonché alle informazioni relative alla sua impostazione e gestione nelle più frequenti patologie respiratorie. Di rilevante importanza
sono inoltre i concetti sviluppati circa la ventilazione con protezione polmonare, le metodiche di respirazione artificiale nell’ARDS, le linee guida per la ventilazione non invasiva. La struttura del libro è rimasta quindi sostanzialmente la stessa, ma in ogni capitolo sono stati inseriti i necessari adeguamenti, in modo da offrire una panoramica il più
possibile aggiornata sull’argomento.
Speriamo vivamente che anche questa nuova edizione del volume possa rappresentare per i colleghi italiani una lettura utile, piacevole e interessante.
Ringraziamo la traduttrice, Dr.ssa Emanuela Morinello, e Springer Italia per la gentile e competente collaborazione.
R. Larsen
T. Ziegenfuß
Prefazione alla IV Edizione
in lingua tedesca
Un libro orientato alla pratica vive di attualità!
Per questo motivo, in questa nuova edizione abbiamo raccolto e inserito nei relativi capitoli più importanti aggiornamenti in ambito clinico e i progressi in ambito terapeutico riguardanti la ventilazione artificiale. Inoltre, grande rilevanza viene riconosciuta al
tema della protezione polmonare durante la ventilazione meccanica, i cui vantaggi e la
cui utilità nella patologia polmonare acuta, pur non essendo più oggetto di discussione,
non vengono sempre applicati nel modo più appropriato.
Contemporaneamente, abbiamo eliminato i vecchi concetti, e per questo motivo il
numero di pagine della nuova edizione non è eccessivamente aumentato.
Con questo libro vogliamo fornire ai nostri lettori le più aggiornate conoscenze necessarie alla pratica della ventilazione meccanica, insieme a una valutazione critica basata sulle evidenze dei relativi vantaggi e svantaggi.
Ringraziamo i nostri numerosi lettori per i consigli e i suggerimenti che ci hanno voluto dare allo scopo di migliorare il contenuto del libro; un grazie va anche ai collaboratori di Springer, in particolare alla Signora Ulrike Hartmann, per il competente supporto offertoci nell’elaborazione di questa nuova edizione.
Ci auguriamo che la lettura del libro arricchisca le conoscenze di tutti coloro che
avranno l’opportunità di leggerlo, e ancora una volta saremo grati a tutti coloro che vorranno inviarci consigli critici e costruttivi.
Homburg e Moers, Marzo 2009
R. Larsen
T. Ziegenfuß
VII
Prefazione alla I Edizione
in lingua tedesca
In passato, la ventilazione artificiale era vista come un semplice procedimento meccanico. Oggi, grazie alle nuove tecnologie nel campo dei ventilatori e alle diverse modalità
in cui può essere erogata, la respirazione artificiale si è sviluppata nell’ambito di un complesso procedimento terapeutico che richiede, da parte degli operatori di terapia intensiva, una vasta conoscenza delle basi, dei principi e delle indicazioni differenziali.
Queste conoscenze di base, ai fini della pratica clinica della terapia respiratoria artificiale, non possono essere acquisite al letto del paziente, ma richiedono una preparazione e delle riflessioni personali.
Questo libro, secondo il volere degli Autori, si propone di evidenziare, in base alla
personale esperienza, come valutare e conseguentemente reagire alle diverse condizioni di pericolo che possono presentarsi nel corso di una terapia con il respiratore.
Il libro è una presentazione sistematica della ventilazione meccanica e del sostegno
respiratorio del paziente in terapia intensiva. Esso può essere considerato come un utile libro di testo attraverso il quale il lettore, in modo semplice, partendo dalle basi anatomiche, fisiologiche e patologiche, apprende le basi necessarie alla pratica della ventilazione, sia in terapia intensiva che in sala operatoria.
Nel volume sono esposte le classificazioni e le varie forme di ventilazione, con descrizione completa delle grandezze da impostare al ventilatore, delle forme standard della respirazione artificiale, di quelle alternative, fino ad arrivare alle non convenzionali.
Sono inoltre valutati i procedimenti di sorveglianza e di custodia polmonare nel corso
di ventilazione artificiale. Si esaminano anche i processi di broncoscopia a fibre ottiche
e di posizionamento di drenaggi toracici.
Nella seconda parte del libro, sono descritte le varie modalità di sostegno del respiro e di ventilazione nelle tipiche patologie respiratorie e alterazioni quali l’ARDS, lo
scompenso acuto della BPCO, lo stato asmatico ed il trauma toracico. Nell’ ultima parte sono invece presentate le condizioni di ventilazione in caso di trauma cranico e di incrementata pressione intracerebrale. Inoltre, viene descritta la ventilazione in età pediatrica, nel corso di anestesia totale e nel postoperatorio.
È stato nostro intento creare un testo completo e riassuntivo che, in base alla valutazione clinica, fornisca le basi per l’impostazione di una corretta ventilazione meccanica e di sostegno del respiro. In tal senso ci siamo basati non solo sulla nostra esperienza personale, ma anche sulle attuali conoscenze dedotte dalla letteratura scientifica, nonché sui suggerimenti recepiti in occasione di congressi del settore circa la classificazione dei ventilatori e delle forme di respirazione artificiale. Sono state prese in
considerazione anche le diverse linee guida internazionali (sebbene queste subiscano
modifiche che richiedono un costante aggiornamento) relative alla terapia delle patologie del sistema respiratorio.
Il libro è diretto a tutti i medici che assistono i pazienti in terapia intensiva, siano essi anestesisti, chirurghi, neurochirurghi, neurologi, internisti o pediatri, agli specializzandi e, non ultimo, al personale infermieristico di terapia intensiva e di sala operatoria
– in altre parole, a tutti coloro che giornalmente sorvegliano la funzione del ventilatore
e che devono saper valutare in tempo, ponendovi tempestivo rimedio, le possibili condizioni che mettono a rischio la vita del paziente.
VIII
Prefazione alla I Edizione in lingua tedesca
Gli Autori ringraziano sentitamente Kerstin Rupp, per la perfetta elaborazione elettronica dei dati, Victor Oehm e J. Sydor ed i loro colleghi della casa editrice Springer per
la competente e piacevole collaborazione.
Homburg, Luglio 1997
R. Larsen
T. Ziegenfuß
IX
Indice
1
Anatomia dell’apparato respiratorio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
2
Fisiologia del respiro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
19
3
Emogasanalisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
59
4
Equilibrio Acido-Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
75
5
Insufficienza respiratoria. Patofisiologia generale . . . . . . . . . . . .
91
6
Intubazione endotracheale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
105
7
Tracheotomia
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
141
8
Classificazione e principi di funzionamento dei sistemi di ventilazione
157
9
Suddivisione e classificazione delle forme di ventilazione . . . . . . .
173
10
Regolazione di grandezze del respiratore . . . . . . . . . . . . . . . . .
185
11
Forme standard della ventilazione meccanica . . . . . . . . . . . . . .
209
12
Forme di ventilazione alternative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
229
13
Forme non convenzionali di sostegno respiratorio
. . . . . . . . . . .
271
14
Pratica della ventilazione
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
283
15
Effetti e complicazioni della ventilazione . . . . . . . . . . . . . . . . .
301
16
Controllo della ventilazione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
325
17
Analgesia, sedazione e rilassamento muscolare . . . . . . . . . . . . .
349
18
Assistenza polmonare
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
363
19
Broncoscopia con fibre ottiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
379
20
Drenaggio toracico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
387
21
Sindrome acuta da stress respiratorio (ARDS) . . . . . . . . . . . . . . .
397
22
Insufficienza respiratoria acuta nella patologia polmonare cronica
da ostruzione (BPCO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
417
23
Stato asmatico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
435
24
Ventilazione nel trauma toracico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
447
25
Ventilazione in corso di trauma cranio-cerebrale
ed elevata pressione intracerebrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
457
26
Ventilazione in età pediatrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
463
27
Ventilazione intra- e postoperatoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
473
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
483
Indice analitico
1
Anatomia dell’apparato respiratorio
1.1
Vie aeree – 2
1.1.1
Trachea – 2
1.1.2
Bronchi principali extrapolmonari – 3
1.2
Polmoni – 3
1.2.1
Lobi polmonari – 4
1.2.2
Segmenti polmonari o zone bronco-polmonari – 6
1.2.3
Lobuli polmonari – 6
1.2.4
Acini – 8
1.2.5
Albero bronchiale polmonare – 8
1.2.6
Alveoli, sede dello scambio gassoso – 10
1.2.7
Irrorazione polmonare – 13
1.2.8
Innervazione polmonare – 15
1.3
Pleura e cavità pleuriche – 15
1.3.1
Limiti polmonari e pleurici – 16
1.4
Scheletro toracico – 16
1.5
Muscolatura respiratoria – 17
Letture consigliate
2
1
Capitolo 1 · Anatomia dell’apparato respiratorio
L’apparato respiratorio è costituito da vie aeree
e polmoni.
La sua funzione più importante è la respirazione esterna, cioè l’assunzione di ossigeno
e la cessione di anidride carbonica. Le vie
aeree trasportano, purificano, inumidiscono,
riscaldano l’aria inspirata. Sono inoltre sede
degli organi della fonazione. Tali strutture originano dalle cavità nasali e terminano negli
alveoli.
Lo scambio dei gas respiratori avviene negli
alveoli per diffusione, attraverso un processo di
variazione del volume polmonare, definito ventilazione.
Le vie aeree iniziano dalle cavità nasali e
terminano negli alveoli. Trasportano aria ma
non partecipano agli scambi gassosi. L’albero
tracheo-bronchiale e le successive diramazioni
di questo, vengono suddivisi in diverse generazioni, di cui la trachea rappresenta la generazione 0 e gli alveoli la generazione 23.
1.1
Vie aeree
Topograficamente si distinguono vie aeree
superiori ed inferiori (Fig. 1.1):
vie aeree superiori: cavità nasali, faringe,
laringe;
–
aeree inferiori: trachea, sistema bron– vie
chiale polmonare.
Funzionalmente si distinguono:
sezioni addette alla conduzione aerea:
cavità nasali, laringe, trachea, bronchi principali, lobari, segmentali, interlobulari,
lobulari, intralobulari, terminali;
segmenti deputati agli scambi gassosi:
bronchioli respiratori, alveoli.
–
–
1.1.1 Trachea
La trachea ha una lunghezza di circa 10-12 cm
ed un diametro di 1,8-2 cm.
Inizia con un segmento extratoracico subito
dopo la cartilagine cricoidea (Pars cervicalis),
all’altezza della 4°-7° vertebra cervicale, si continua con il segmento intratoracico (Pars toracica),
attraverso il mediastino superiore, fino al limite
del corpo e del manubrio dello sterno, a circa 5-7
cm al di sotto della superficie cutanea. Si divide
quindi nei due bronchi principali. La biforcazione
è localizzata, a seconda dell’età, in corrispondenza,
in media, della 4°-5° vertebra toracica, con valori
estremi nei neonati (2°) e negli anziani (7°).
Parete tracheale. La trachea ed i bronchi principali hanno uno scheletro costituito da anelli car-
Volume totale
cavità nasale e faringe
vie aeree superiori
(tratto respiratorio)
vie aeree extratoraciche
funzionale
vie aeree inferiori
(tratto respiratorio)
vie aeree intratoraciche
centrali
periferiche
alveoli / spazio alveolare
Fig. 1.1. Suddivisione dell’albero respiratorio e
dei volumi polmonari. L’apparato respiratorio è
costituito dalle vie aeree extra ed intratoraciche e
dagli spazi alveolari. La laringe divide il tratto respiratorio superiore da quello inferiore. Il diametro delle vie aeree periferiche è inferiore ai 2 mm
3
1.2 · Polmoni
1
tilaginei incompleti sovrapposti, in numero di 1620 per la trachea, 6-8 per il bronco destro e 9-12
per il sinistro. La parete della trachea e dei bronchi principali è costituita, procedendo dall’esterno all’interno, dai seguenti strati: tonaca fibrosa,
tonaca sottomucosa, tonaca mucosa. La tonaca
fibrosa, formata da tessuto connettivo denso
ricco di fibre elastiche, inguaina gli anelli cartilaginei. Negli intervalli tra gli anelli forma i legamenti interanulari. In corrispondenza della parete membranacea, anteriormente alla tonaca
fibrosa si trova uno strato muscolare o muscolo
tracheale, costituito da fascetti muscolari a
decorso prevalentemente trasversale, che si inseriscono sulle estremità degli anelli cartilaginei e,
dove questi mancano, sui legamenti interanulari.
La tonaca sottomucosa è formata da connettivo
lasso e contiene ghiandole tracheali e bronchiali.
Grazie ai semianelli cartilaginei, il lume tracheale rimane pervio. L’esercizio di pressioni di
circa 40 cm d’H2O (1 cm d’H2O = 98,07 Pa), può
determinare la chiusura della trachea in corrispondenza della laringe e della regione extratoracica. Questo rischio può verificarsi in corso
di emorragie successive ad interventi alla tiroide. La compressione della trachea può avvenire
in conseguenza dello sviluppo di pressioni
intratoraciche, come in corso di tosse. Grazie
alla sua elasticità, la trachea si allunga fino a 5
cm durante l’inspirazione profonda e segue i
movimenti di testa, laringe e gola.
invece, da rami diretti. Sensibilità e secrezione
della mucosa sono controllate dal vago. I vasi
della mucosa sono innervati da fibre simpatiche.
La trachea è irrorata soprattutto dall’arteria
tiroidea inferiore.
Mucosa. La tonaca mucosa è costituita dall’epite-
Parete e mucosa. Ricordano la struttura tracheale: a destra sono presenti 6-8, mentre a sinistra 9-12
anelli elastici cartilaginei, tra loro collegati a ferro
di cavallo nella parte anteriore e laterale, chiusi
posteriormente da membrane muscolo-cartilaginee elastiche. Sono inoltre presenti epitelio cilindrico, cellule a canestro produttrici di muco.
lio di rivestimento e dalla tonaca propria. L’epitelio
è batiprismatico, pluriseriato, secernente, con ciglia vibratili. Il movimento delle ciglia è diretto
verso l’alto, in modo da veicolare particelle di polvere e microrganismi verso la laringe. Questo meccanismo difensivo, presente anche nei piccoli
bronchioli, viene definito “clearance” mucociliare.
Sono inoltre presenti cellule a canestro produttrici
di muco e cellule basali che non presentano ciglia.
La tonaca propria è ricca di fibre elastiche e
può contenere accumuli di linfociti; nel suo
spessore decorrono i dotti delle ghiandole tracheali e bronchiali.
Innervazione ed irrorazione. Il muscolo tracheale della Pars membranacea è innervato dal
vago, nella porzione superiore attraverso rami
del nervo laringeo ricorrente, inferiormente,
1.1.2 Bronchi principali
extrapolmonari
La biforcazione della trachea nei due bronchi
principali destro e sinistro avviene a livello
della carena. Questi poi si suddividono nei
bronchi dei rispettivi lobi (Fig. 1.2).
I due bronchi principali presentano delle
importanti differenze:
bronco principale destro: lunghezza inferiore (1-2,5 cm), diametro maggiore (circa.
14 mm), angolo di biforcazione dalla trachea di soli 22°;
bronco principale sinistro: lunghezza superiore (4,5-5 cm), diametro minore (circa 12
mm), angolo di biforcazione di 35° circa.
l’ampiezza dell’angolo tra i due bronchi
varia tra 55°-65°.
–
–
–
A causa del minor grado dell’angolo di biforcazione, corpi estranei o tubo endotracheale, possono adagiarsi più facilmente nel bronco destro.
Durante un atto di inspirazione profonda, i
due bronchi principali si dilatano, aumentando
il loro diametro trasversale di circa 2-3 mm.
Innervazione e vascolarizzazione. L’innerva-
zione è la medesima della trachea, l’irrorazione
dei bronchi principali viene soprattutto fornita
dai rami bronchiali.
1.2
Polmoni
Entrambi, destro e sinistro, si dividono in lobi,
segmenti, lobuli ed acini (Fig. 1.3).
Ciascun polmone è contenuto nelle cavità
pleuriche. La pleura parietale riveste le pareti
4
Capitolo 1 · Anatomia dell’apparato respiratorio
Fig. 1.2. Trachea, bronchi principali, lobi, lobuli e segmenti. La porzione centrale della trachea non è rappresentata per permettere di evidenziare la Pars
membranacea. (Mod. da Schiebler 1995)
1
interne della cavità toracica. La pleura viscerale è una membrana sottile e trasparente che
avvolge il polmone, ad esclusione della regione
dell’ilo e lungo una stretta porzione sottoilare
della faccia polmonare mediale. I due foglietti
pleurici delimitano uno spazio chiuso, denominato cavità pleurica. Una piccola quantità di
liquido umetta le superfici di contatto, permettendo lo scorrimento dei due foglietti l’uno sull’altro, durante i movimenti respiratori. Nello
spessore di ogni foglietto pleurico si riconoscono uno strato superficiale di cellule epiteliali
appiattite (mesotelio), uno strato sottomesoteliale fibroelastico e uno strato sottosieroso di
connettivo lasso, riccamente vascolarizzato.
Trachea e bronchi principali si trovano nel
mediastino posteriore.
la pleura polmonare, che si spingono, in
profondità, quasi fino all’ilo.
1.2.1 Lobi polmonari
Al lobo superiore del polmone sinistro corrispondono il medio ed il superiore del destro.
Comunque, per la presenza del cuore, è più piccolo dei due lobi destri.
Ciascun polmone è suddiviso in lobi da profonde incisure o scissure polmonari, in cui affonda
Polmone destro. Il polmone destro è costitui-
to da tre lobi:
Superiore;
Medio;
Inferiore.
–
–
–
Presenta una scissura interlobare principale (od
obliqua) ed una secondaria (od orizzontale). I lobi superiore e medio sono separati tra loro dalla scissura orizzontale. Il lobo inferiore è diviso
dagli altri due dalla scissura obliqua.
Polmone sinistro. A differenza del destro, nel
polmone sinistro si osservano due soli lobi,
separati dalla fessura obliqua:
Superiore;
Inferiore.
–
–
5
1.2 · Polmoni
1
9
polmone destro
polmone sinistro
Fig. 1.3. Topografia di lobi polmonari e segmenti; a destra veduta anteriore, a sinistra veduta laterale. I numeri corrispondono
ai relativi segmenti. La lingula del polmone sinistro presenta un origine comune ed è paragonabile al lobo bronchiale medio
destro
Ili polmonari. Bronchi principali, vasi e nervi
costituiscono gli ili polmonari. Il bronco principale decorre posteriormente, le arterie pol-
monari anteriormente, le vene sono poste al di
sotto delle arterie. Tra le strutture vascolari, si
trovano i linfonodi ilari.
6
1
Capitolo 1 · Anatomia dell’apparato respiratorio
1.2.2 Segmenti polmonari o zone
bronco-polmonari
I polmoni sono divisi in lobi. Questi possono
essere a loro volta suddivisi in aree denominate
segmenti o zone bronco-polmonari (Fig. 1.4). Il
segmento polmonare è un territorio indipendente del lobo polmonare, delimitato da piani
connettivali, di forma irregolarmente piramidale, con base corrispondente alla superficie esterna del polmone e apice all’ilo. Ogni segmento è
ventilato da un proprio bronco, detto bronco
segmentale o zonale, riceve un ramo dell’arteria
polmonare, denominato arteria segmentale o
zonale ed possiede una rete venosa di drenaggio
perizonale o perisegmentale. I segmenti bronco-polmonari, secondo la classificazione maggiormente accettata, sono in numero di 10 per il
polmone destro e 9 per il sinistro (Tab. 1.1).
Definizione
I polmoni contengono il seguente numero
di segmenti:
Polmone destro: 10 segmenti, di cui 3
nel lobo superiore, 2 in quello medio e 5
nel lobo inferiore.
Polmone sinistro: 9 segmenti, di cui 5 nel
lobo superiore e 4 nel lobo inferiore.
–
–
1.2.3 Lobuli polmonari
Ciascuna zona polmonare è formata da molti
lobuli polmonari, delimitati da sepimenti connettivali perilobulari (Fig. 1.5). Si osservano
così campi poligonali con un diametro di circa
1-4 cm, forniti di bronchi lobulari, derivati dai
Fig. 1.4 a,b. a Vista laterale (faccia costale) del polmone destro e sinistro; limiti dei segmenti in rosso, segmenti polmonari indicati da frecce. b Vista mediale del polmone destro e sinistro. Ili polmonari con arterie (in nero), vene (in blu) e bronchi (il bronco principale polmonare sinistro non è rappresentato). (Da Schiebler 1995)