Conformità statica, dinamica e specifica

Questo capitolo è particolarmente pertinente alla sezione F3 (ii) del CICM Primary Syllabus 2017, che si aspetta che i candidati all’esame siano in grado di “definire la conformità (statica, dinamica e specifica)”. Questo è stato un argomento popolare per i questionari SAQ:

• Domanda 17 dal secondo documento del 2019
• Domanda 14 dal primo documento del 2016
• Domanda 15 dal primo documento del 2014
• Domanda 7 dal secondo documento del 2011
• Domanda 1 (p.2) dal secondo documento del 2008

La maggior parte di questi SAQ richiede una definizione di conformità, nonché metodi per misurare la conformità. Anche la domanda 14 del 2016 e la domanda 1 (p.2) del secondo documento del 2008 chiedevano fattori che influiscono sulla conformità. Sebbene non sia stato specificamente richiesto, la distinzione tra conformità statica e dinamica sembra essere una caratteristica attesa di una definizione con punteggio elevato, secondo i commenti dell’esaminatore. La conformità specifica non è mai stata menzionata in nessuna delle domande e sembra essere assente dai vivas, o quel poco che sappiamo di loro.

In sintesi:

In termini di risorse pubblicate sottoposte a revisione paritaria, nessuno è migliore dell’articolo di Scott Harris “del 2005. È disponibile gratuitamente da Respiratory Care. Sarebbe facile attenersi a questo articolo gratuito come principale fonte di informazioni. Vale la pena leggere anche la sezione sulla conformità tratta da Nunn “s (p.29-31 dell’ottava edizione), ma non contiene alcun riferimento alla conformità specifica (non che sia mai apparsa negli articoli scritti).

Definizione di compliance polmonare

L’ottava edizione di Nunn “s fornisce la seguente definizione di compliance polmonare (p. 17):

“La compliance polmonare è definita come la variazione del volume polmonare per unità di variazione del gradiente di pressione transmurale (cioè tra l’alveolo e lo spazio pleurico).”

Questo assomiglia molto a qualsiasi altra definizione di compliance polmonare. Ad esempio, Guyton & Hall (13 ° ed) lo definisce come “la misura in cui i polmoni si espandono per ogni aumento unitario della pressione transpolmonare (se si lascia abbastanza tempo per raggiungere l’equilibrio) “, che suona come se stessero definendo la compliance statica. Per la forma più elementare, si può guardare alla Fisiologia polmonare di Levitzky (8 ° ed.) che afferma semplicemente che “la compliance è definita come la variazione di volume divisa per la variazione di pressione”. Allo scopo di abbreviare ulteriormente questo concetto per tagliare secondi preziosi dal tempo di scrittura della risposta:

Conformità = ΔV / ΔP

Conformità statica

La conformità statica è stata definita in modo variabile da molti autori, ma la maggior parte delle definizioni ha un unico focus comune sull’assenza di flusso e sul tempo concesso affinché gli elementi mobili del sistema respiratorio si rilassino e si riposino. “Una curva P-V statica elimina gli effetti resistivi e di impedenza sulla pressione”, spiega Harris (2005); quello che resta, presumibilmente, è solo la compliance del polmone, il rapporto pressione-volume inalterato. Prendendo in prestito e modificando leggermente una definizione dall’anestesia di Miller:

La conformità statica è la variazione di volume divisa per la variazione di pressione, misurata in assenza di flusso di gas.

Una definizione come questa suggerisce che misurare conformità statica, tutto ciò che devi fare è interrompere il flusso di gas. In realtà, questo di solito non è vero. Supponi di misurare la conformità. Nel momento in cui chiudi il circuito respiratorio dopo l’inspirazione, noterai un calo di pressione dovuto alla ridistribuzione del gas tra le unità polmonari con diverse costanti di tempo. Sicuramente, diresti che questo non è un processo “statico” e scegli di attendere alcuni secondi prima di registrare la misurazione. Tuttavia, con il passare dei secondi, potresti notare che il volume misurato del polmone diminuisce. Ciò è dovuto a il fatto che il gas contenuto all’interno venga assorbito nella circolazione polmonare. Pertanto, nell’organismo umano vivente, non ci sarà mai una situazione in cui si possa registrare una relazione pressione-volume veramente statica e Harris (2005) raccomanda il termine “quasi statico” per descriverli.

In termini di rilevanza dell’esame, a parte la definizione sopra citata, ci si può tranquillamente aspettare che venga chiesto di tracciare un diagramma per rappresentare la pressione e il rapporto di volume dell’essere umano polmone. In tal caso, si potrebbe fare di peggio che riprodurre la famosa relazione descritta da Rahn et al nel 1946, che per qualche ragione fu il primo di tali sforzi. “È notevole che i fisiologi abbiano prestato così poca attenzione in passato alla meccanica di respirare che non è adeguato Sono ora registrati i dati riguardanti le caratteristiche pressione-volume del torace e dei polmoni negli uomini normali “, lamentano gli autori. Hanno acquisito uomini normali, hanno occluso le narici con tappi di sughero e hanno misurato le loro pressioni delle vie aeree a diverse frazioni della loro capacità vitale (i soggetti hanno espirato completamente e quindi hanno inspirato un volume noto di gas dallo spirometro prima di eseguire un trattenimento del respiro). Con queste manovre, è stata dimostrata la seguente relazione:

Il diagramma sopra è identico alla Figura 6 del documento originale, ma è stato leggermente gentrificato per modernizzarlo per il consumo da parte dei lettori moderni (nessuno chiama più quel volume “aria residua”). Dimostra la classica curva di compliance polmonare, dove la compliance è scarsa a volumi bassi e alti, ma ottimale appena al di sopra della FRC, ovvero nell’intervallo del volume corrente normale.

Componenti della compliance statica

Ovviamente, quando pompi gas nel torace di una persona, la relazione pressione-volume sarà una complessa combinazione di diversi fattori. Di questi, i giocatori dominanti saranno la parete toracica e i tessuti del polmone stesso. Quando viene chiesto di descrivere questo concetto, è probabile che un tirocinante CICM rigurgiti questa equazione:

Dove, prevedibilmente, CRS è la compliance del sistema respiratorio nel suo insieme, CL è la compliance del polmone e CCW è la compliance della parete toracica. Di solito, i libri di testo danno valori normali per queste conformazioni; per il polmone e la parete toracica, queste sono 200 ml / cm H2O.

La compliance dei polmoni e della parete toracica è correlata alle proprietà elastiche di queste strutture, che sono discusse in un capitolo tutte proprio.

Isteresi in compliance polmonare statica

In condizioni normali (cioè dove non è riempito di soluzione salina), il polmone non si b hanno come un sistema ideale, cioè l’energia investita nella sua distensione non viene restituita al momento della deflazione. Il risultato di ciò è che l’inflazione e la deflazione hanno diverse relazioni pressione-volume, e la differenza tra loro è chiamata “isteresi”, un termine etimologicamente correlato a “ritardo” o difetto “che descrive la dipendenza dello stato di un sistema dal suo storia. Se si fosse completamente impreparati alle domande “definire l’isteresi”, si potrebbe facilmente abbattere e blaterare qualcosa come “la cosa istruttiva non assomiglia alla cosa espiratoria”, quindi probabilmente varrebbe la pena investire un po ‘di tempo per memorizzare una definizione più solida . Eccone uno tratto da un eccellente articolo di Escolar & Escolar (2004):

“L’energia applicata al polmone durante l’inspirazione non viene recuperato durante l’espirazione. La proprietà di dissipare l’energia riceve il nome di isteresi. “

Una definizione più concisa e più memorabile è disponibile da una fonte molto meno affidabile:

“Il volume polmonare a una data pressione durante l’inalazione è inferiore al volume polmonare a una data pressione durante l’espirazione”

È logico aspettarsi qualcosa di simile in un circuito fotovoltaico dinamico a causa degli effetti della resistenza (ne parleremo più avanti), ma si vede anche nelle misurazioni della conformità statica. Qui, un diagramma di Harris ( 2004) dimostra l’isteresi in un ciclo FV statico utilizzando il metodo supersiringa. Le etichette aggiunte dimostrano che, a parità di variazione di pressione, la compliance espiratoria è inferiore:

Perché questo accade? Ci sono quattro ragioni principali.

• Reclutamento e derecruitment: gli alveoli collassati hanno muri che sono attaccati insieme e che richiedono adde d energia meccanica per aprire. Al contrario, gli alveoli ben gonfiati sono relativamente elastici e richiedono relativamente poca energia per gonfiarsi ulteriormente. Per questo motivo, il rapporto pressione-volume degli alveoli cambia dopo che sono stati completamente gonfiati.
• L’effetto della tensione superficiale alveolare: la tensione superficiale in un polmone sgonfio è inferiore rispetto a un polmone completamente gonfiato perché le molecole del tensioattivo alveolare sono impacchettate più vicine tra loro, aumentando la loro concentrazione all’interfaccia gas-liquido e quindi diminuzione della tensione superficiale. Queste molecole fosfolipidiche sulla superficie degli alveoli ben stirati sono più distanti, il che aumenta la tensione superficiale e rende il polmone meno cedevole. Pertanto, dopo aver gonfiato completamente il polmone, la curva di deflazione ha una compliance inferiore, ovvero c’è una piccola variazione di volume rispetto a una variazione sostanziale della pressione
• Il rilassamento da stress si riferisce alla perdita di energia nel parenchima polmonare che si verifica con tratto. Questo assomiglia alla definizione classica di isteresi, come la quantità di energia non recuperata che risulta da qualcosa che è imperfettamente elastico. Il polmone imperfetto si allunga, consuma energia e poi la spreca nel cambiare la forma delle sue fibre di collagene ed elastina invece di immagazzinarla per un successivo rilascio.
• L’assorbimento di gas durante la misurazione non è realmente una proprietà del parenchima polmonare stesso, ma piuttosto un artefatto della misurazione. Come accennato in precedenza, la misurazione della compliance polmonare statica ha una certa pausa incorporata in ogni fase, che consente ad una parte del gas di essere assorbita nei sistemi viventi, portando a un’apparente variazione di volume e pressione.

Conformità dinamica

Contrariamente alla conformità statica, il termine “conformità dinamica” suona come se si riferisse a qualcosa di vigoroso e mobile. La definizione di conformità statica può essere facilmente riutilizzata per adattarla:

La conformità dinamica è la variazione di volume divisa per la variazione di pressione, misurata in presenza di flusso di gas.

In sostanza, è la stessa compliance ma misurata durante la normale inspirazione ed espirazione. La conformità dinamica è sempre inferiore alla conformità statica. La ragione di ciò è che la compliance dinamica, oltre alla consueta pressione della parete toracica e polmonare, incorpora anche la resistenza al flusso d’aria.

Questa è la principale differenza tra compliance statica e dinamica. Esiste una resistenza delle vie aeree che aumenta la pressione ad ogni volume e questo dipende dalla portata del gas. La resistenza aumenta con l’aumentare del flusso d’aria, soprattutto quando il flusso diventa turbolento. In quanto tale, il contributo della resistenza delle vie aeree alla compliance dinamica aumenta all’aumentare del flusso d’aria, il che a sua volta diminuisce la compliance.

Un’altra importante differenza tra compliance statica e dinamica è la mancanza di una pausa di equilibrio al momento della misurazione. Con i metodi di misurazione della compliance statica, di solito si misura un polmone quando è completamente fermo, dopo alcuni secondi si è consentito alle unità con costanti di tempo più lunghe di riempirsi completamente. La misurazione della compliance dinamica avviene al volo e non c’è tempo per la distribuzione dell’aria a quelle unità polmonari più lente. La conseguenza di ciò è una pressione maggiore misurata per il volume unitario, cioè una minore compliance polmonare. Inoltre, più breve è il tempo inspiratorio ed espiratorio, più questo effetto influenzerà la compliance dinamica.

Quindi. La compliance dinamica diminuisce con l’aumento del flusso d’aria e un ciclo respiratorio più veloce. Entrambi sono presenti nei pazienti tachipnoici. Il termine tipicamente usato per descrivere questo è “dipendenza dalla frequenza”. Katsoulis et al (2016) lo hanno dimostrato magnificamente in un gruppo di pazienti asmatici. Il loro grafico (spudoratamente rubato dal documento originale) dimostra il divario crescente tra compliance statica e dinamica associata all’aumento della frequenza respiratoria, in particolare dove c’è una malattia delle piccole vie aeree.

Oltre al già citato contributo della resistenza respiratoria alla pressione totale delle vie aeree qui, la compliance dinamica è anche influenzata dall’eterogeneità di costanti di tempo tra le unità polmonari. Una rapida inspirazione avrà solo il tempo di riempire gli alveoli “veloci”, generando così pressione sulla base della compliance di un volume relativamente lento (il resto del volume essendo alveoli “lenti”). Ciò si aggiungerà anche alla dipendenza dalla frequenza della conformità dinamica.

Ora, in questa fase è anche importante (sebbene probabilmente non rilevante ai fini dell’esame) sottolineare che in realtà la definizione di conformità dinamica utilizzata qui (e in molte altre risorse) non è del tutto accurato. Anche se questo è ciò che gli esaminatori vogliono che tu pensi, l’inclusione della resistenza nella definizione rende la compliance dinamica qualcosa di improprio. O meglio, sarebbe più corretto dire che l’equazione,

Cdyn = VT / (PIP – PEEP)

dove

• VT è il volume corrente
• PIP è la pressione inspiratoria di picco
• PEEP è la pressione positiva di fine espirazione

non misura una compliance di alcun tipo, perché la resistenza è inclusa nella misura.

Inoltre, in ogni caso la misura della compliance dinamica che di solito viene eseguito dal ventilatore meccanico durante il funzionamento di routine è determinato dalla costruzione di un circuito pressione-volume durante la ventilazione. Quel circuito consente al ventilatore di determinare dove il flusso di gas è zero, cioè dove la pressione delle vie aeree e la pressione alveolare sono uguali. La pendenza della linea che collega questi punti è la conformità dinamica. Il punto del flusso di gas zero, tuttavia, di solito non è la pressione inspiratoria di picco, ma qualcosa di più vicino a P1, la caduta di pressione che si verifica alla fine dell’inspirazione:

Pertanto, in un paziente ventilato meccanicamente, il Cdyn viene calcolato come:

Cdyn = VT / (P1 – PEEP)

dove

• VT è il volume corrente
• P1 è la pressione subito dopo la cessazione del flusso, che è leggermente superiore al plateau pressione che ti darebbe la conformità dinamica
• PEEP è la pressione positiva di fine espirazione

Conformità specifica

La necessità del concetto di conformità specifica può essere dimostrata da un semplice esperimento mentale. Considera il rapporto pressione-volume di un bambino di 20 kg. Si potrebbe raggiungere una capacità vitale di forse 1 litro, a 20 cm H2O. Confrontalo con un adulto, il cui volume polmonare a 20 cm H2O potrebbe essere 4L. Ciò significa che l’adulto ha una maggiore compliance polmonare?

Ovviamente no. Tuttavia, questo dimostra che il metodo standard di confronto dei numeri di compliance polmonare tende a fallire quando si cerca di confrontare la compliance tra pazienti che sono comicamente disadattati in termini di dimensioni. È qui che entra in gioco la conformità specifica.Secondo Harris (2005),

“La compliance specifica è la compliance normalizzata da un volume polmonare”

Quel volume polmonare normalizzante è solitamente l’FRC. Pertanto, la compliance specifica può essere espressa come:

dove CTot è la compliance polmonare statica totale e FRC può essere sostituito con qualsiasi volume polmonare. Poiché il volume polmonare scelto si adatta anche alle dimensioni del corpo, questo parametro dovrebbe rimanere coerente indipendentemente dal fatto che uno sia grande o piccolo. Considera: il bambino con la sua compliance polmonare di 50ml / cmH2O e una FRC di 500ml avrebbe una compliance specifica di 50/500 = 0,1 ml / cmH2O. L’adulto di corporatura grande, con la loro compliance di 200ml / cmH2O e una FRC maggiore di 2000ml, avrebbe anche una compliance specifica di 0.1 ml / cmH2O. Il valore normale per questo è solitamente dato come 0,05 ml / cm H2O.

Fattori che influenzano la compliance polmonare

Domanda 14 del 2016 e Domanda 1 (p.2) del secondo articolo di 2008 ha chiesto informazioni sui fattori che influenzano la conformità. In particolare la domanda del 2008 era quella con la migliore risposta del modello, che indicava chiaramente quali fossero le aspettative degli esaminatori. In sintesi, questi fattori sono:

• Volume polmonare (influenzato da PEEP, iperinflazione dinamica , ecc.)
• Rinculo elastico del polmone (influenzato dall’età e dagli stati di malattia, ad es. l’enfisema lo riduce)
• Conformità della parete toracica (affetta da lesioni al torace, ustioni, interventi chirurgici, ad es. torace)
• Volume sanguigno polmonare (un capocorda congestionato è meno conforme)
• La compliance dinamica polmonare è influenzata anche dalla frequenza respiratoria
• Il surfattante polmonare aumenta la compliance polmonare
• Postura (vedere il capitolo sugli effetti del posizionamento sulla meccanica della respirazione)

Gli effetti della frequenza respiratoria sulla compliance dinamica sono già stati discussi; gli effetti del surfattante vale la pena discuterne separatamente.

L’influenza del surfattante alveolare sulla compliance polmonare

La maggior parte dei libri di testo trova un modo per inserire il surfattante polmonare la categoria di cose che influenzano la conformità statica. Di solito viene tracciato un grafico che dimostra l’effetto che un’assenza di tensioattivo ha sulla compliance del polmone. Il riferimento per questo è di solito un famoso articolo del 1971 di T.E. Morgan, ma in realtà i dati sperimentali originali furono pubblicati nel 1929 da Kurt von Neergaard. Sfortunatamente, l’articolo originale di Zeitschrift fur die gesamte experimentelle Medizin non può più essere ottenuto con mezzi ragionevoli (economici), ma il grafico è sufficientemente famoso che se ne può trovare una versione ovunque. In alcuni casi, ad esempio il diagramma sotto di Radford (1964), si può persino trovare il numero di serie del gatto sperimentale originale. Per qualche ragione, tutti scelgono sempre il grafico da Cat 27.

I polmoni del gatto 27 “sono stati prima gonfiati e sgonfiati con aria. Quindi, sono stati immersi in soluzione salina e gonfiati con soluzione salina. L’effetto è stato notevole. Nel polmone pieno di soluzione salina, l’effetto del tensioattivo sulla tensione superficiale degli alveoli è stato cancellato ed è stata misurata solo l’elasticità del polmone stesso. Il polmone annegato era molto più cedevole del polmone pieno d’aria.

Tuttavia, questo a questo punto sembra un diagramma irrilevante. Tutto ciò che descrive è che la presenza di tensione superficiale diminuisce la compliance polmonare e che senza di essa la compliance del tessuto polmonare stesso è eccellente. È noto che il tensioattivo aumenta la compliance polmonare, perché l’acqua da sola ha una tensione superficiale così alta che gli alveoli collasserebbero in massa e la compliance polmonare sarebbe estremamente scarsa. Sicuramente, sarebbe meglio illustrare questo concetto? Un diagramma adatto a questo scopo viene da un articolo di Lachmann et al (1980). Gli autori hanno lavato tutto il tensioattivo dai polmoni dei conigli, creando così condizioni simili a ARDS (vedere i grafici rubati di seguito).