Daño pulmonar inducido por la ventilación mecánica

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1 ARTÍCULOS Daño pulmonar inducido por la ventilación mecánica Francisco Arancibia Hernández 1, Rodrigo Soto Figueroa 2 INTRODUCCIÓN En los albores de la ventilación mecánica se pudo reconocer en modelos animales la fisiopatología del daño pulmonar inducido por el ventilador mecánico. Estos estudios demostraron que el empleo de grandes volúmenes corrientes se asociaba con alteraciones pulmonares que imitan al SDRA. En el otro extremo se observó que lo que en ese momento se llamó ventilación monótona en grupos no seleccionados de pacientes, el uso de volúmenes corrientes pequeños generaba una falla respiratoria también progresiva. Esto se minimizó en los primeros años mediante el uso de suspiros, y posteriormente mediante el uso sistemático de PEEP, luego de la incorporación del concepto de PEEP fisiológico por Shapiro 1. Probablemente lo mencionado fueron las primeras descripciones de volutrauma y atelectrauma respectivamente, que más adelante abordaremos en este artículo. Por otra parte, existía gran celo en no exceder el empleo de oxígeno por más de 30 horas en fracciones inspiradas mayores a 50%, pues los pacientes podrían desarrollar una atelectasia hemorrágica progresiva por oxígeno 2. No obstante, hoy en día muy probablemente atribuimos este fenómeno a daño por ventilación mecánica y la cuota atribuible a la toxicidad por oxígeno hoy aparece incierta. El daño pulmonar agudo (DPA) es un importante problema que afecta a la población a nivel mundial y a los sistemas de atención de salud. Rubenfeld y cols 3 estiman que la DPA en los Estados Unidos afecta a más de personas cada año, y con un costo sanitario anual que superan los 2 billones de dólares. En más del 75% de los casos el DPA 1 Unidad de Paciente Critico del Instituto Nacional del Tórax. 2 Unidad de Paciente Critico del Hospital Clínico de la Fuerza Aérea de Chile se asocian con sepsis severa, cuyo origen son infecciones pulmonares u otro foco. Los autores también encontraron que la mortalidad aumenta con la edad, y se estiman en más de las muertes cada año en Estados Unidos por DPA. No obstante muchos pacientes no mueren de falla respiratoria, pero sí de falla orgánica múltiple 4. La ventilación mecánica como soporte ventilatorio es vital en el tratamiento de un paciente con riesgo de muerte. Sin embargo, en las últimas dos décadas se ha acumulado suficiente evidencia y actualmente es aceptado que la ventilación mecánica puede por sí misma, iniciar o exacerbar el daño pulmonar, y contribuir a la morbilidad y mortalidad del paciente. Otras complicaciones asociadas al ventilador mecánico son: la neumonía asociada al ventilador, y la atrofia muscular. DAÑO PULMONAR AGUDO El daño pulmonar inducido por el ventilador o VILI sigla en inglés de ventilator-induced lung injury es definido en 1998 por la International Consensus Conferences in Intensive Care Medicine 5, como un daño pulmonar agudo directamente inducido por la ventilación mecánica en modelos animales, estas alteraciones imitan el SDRA. Así VILI suele ser indistinguible morfológica, fisiológica, y radiológicamente del daño alveolar difuso de la lesión pulmonar aguda, y sólo puede generarse en forma pura en modelos experimentales en animales. Cuando nosotros aplicamos ventilación mecánica a un paciente con SDRA, lo estamos haciendo en un pulmón que Gattinoni y cols. 6,7 lo denominaron Baby lung o pulmón de niño. Esto se fundamenta en los estudios realizados con tomografía axial computarizada de tórax en que demuestran una disminución significativa de volumen de gas del pulmón que presenta SDRA comparado con un pulmón normal y un aumento del peso del pulmón causado REVISTA CHILENA DE MEDICINA INTENSIVA. 2010; VOL 25(4):

2 F Arancibia y col por el edema, inflamación y detritus en los alvéolos e intersticio del pulmón, producto de la enfermedad. La curva presión-volumen (P-V) se encuentra desplazada hacia la derecha, con la aparición de un punto de inflexión inferior. Inicialmente éste se interpretó como consecuencia de la apertura de alvéolos y vías aéreas de las zonas dependientes del pulmón que se encontraban colapsadas (atelectasias) por el propio peso de las áreas supraadyacentes (teoría de la esponja). Esta explicación ha sido cuestionada por otros autores que piensan que se debe a la entrada forzada de aire en unidades alveolares rellenas de líquido (teoría del edema). El pulmón con SDRA es heterogéneo en la distribución de las lesiones, y en un corte transversal de TAC de tórax se pueden distinguir esquemáticamente 3 áreas. La primera es el área no ventilada o dependiente, la segunda es el área bien ventilada e independiente y un área entre ambas denominada mal ventilada (Figura 1). La aplicación de ventilación mecánica en estas áreas tiene distintos efectos, por ejemplo para abrir las áreas no ventiladas mantenerlas abiertas se requiriere un aumento de la presión y del PEEP, en contraste estas altas presiones pueden generar sobredistensión en las áreas bien ventiladas y secundariamente daño. De ahí la importancia de entender los mecanismos que determinan VILI para minimizar sus efectos con el uso de una ventilación mecánica protectora. Según Gattinoni y cols. 8, VILI no es más que el excesivo Stress y Strain regional/global aplicado a este pulmón de bebé. Entendiendo como stress la presión de distensión o tensión aplicada a las estructuras del fibroesqueleto pulmonar y strain a la deformación generada por esta maniobra. En el pulmón, interdependiente como un todo a través de su fibroesqueleto, el stress mecánico resulta asociado con elongación ( L) de las fibras desde su posición de reposo (Lo) y esto es lo que se llama strain ( L/Lo). Stress y strain son por ende fenómenos íntimamente ligados, como dos caras de la misma moneda y esto se expresa en esta fórmula: Stress = K x strain (Figura 2). En otros términos, el equivalente clínico de stress en el pulmón es la presión transpulmonar (presión de la vía aérea menos presión pleural) que se puede observar en la Figura 3, así mismo el equivalente clínico de strain es la razón entre el cambio de volumen ( V) y la capacidad residual funcional (CRF), el cual es el volumen pulmonar de reposo 9, de ahí que a menor volumen pulmonar inicial, mayor será el porcentaje de deformación, dicho de modo directo a menor volumen inicial mayor strain para cada volumen corriente. El daño inducido por la ventilación mecánica se origina por una injuria física: barotrauma, volutrauma y/o atelectrauma, y la injuria inflamatoria o biotrauma 4. Hecha esta categorización, debe mencionarse que estos mecanismos de daño están íntimamente asociados uno y otro. BAROTRAUMA Durante años, VILI fue sinónimo de barotrauma, que corresponde a fugas de aire debido a la disrupción de la pared del espacio alveolar en pacientes que reciben ventilación mecánica 10. La embolía aérea ha sido objeto de estudios clínicos y estudios experimentales notables como los realizados por Macklin 11 en Él, estudió los mecanismos de ruptura alveolar y encontró que la sobredistensión alveolar es el factor determinante para ocasionar la ruptura alveolar al compartimiento broncovascular y para que se produzca es requisito básico la existencia de una gradiente entre alvéolo y compartimiento broncovascular. Esta gradiente aumenta tanto por incremento de la presión alveolar como por caída de presión intersticial perivascular. Recientes estudios han logrado una explicación del punto de vista físico y ésta consiste en que si el stress excede las propiedades de tensión máximas de las fibras de colágeno esto lleva a una ruptura por stress del alveolo produciéndose el clásico barotrauma. Las consecuencias adversas macroscópicas de la acumulación de aire extraalveolar suelen ser inmediatas y evidentes. Su manifestación más conocida es el neumotórax y la más seria es el neumotórax a tensión. Menos conocidas son el enfisema pulmonar intersticial, neumomediastino, enfisema subcutáneo, neumoperitoneo, quistes pulmonares a tensión, y la embolia aérea. En varios estudios se ha reportado una incidencia de barotrauma de 3% a 13% en los pacientes con SDRA y ventilación mecánica, sin embargo, su mortalidad es menor al 2% 12,13. Así, en pulmones normales durante la respiración tidal, el pliegue y despliegue de las paredes alveolares, ocurre con cambios mínimos en las fuerzas de distensión (stress), y no ocurre importante estiramiento de las paredes alveolares. En cambio, en pulmones enfermos, en que la presión inspiratoria aumenta de manera significativa durante la ventilación mecánica, la situación cambia. Webb y Tierney 14, en su clásico trabajo, fueron los primeros en Figura 1. TAC de tórax de un paciente con SDRA en que se observa una distribución heterogénea y las distintas áreas que van de las no ventiladas a las sobredistendidas. 206 REVISTA CHILENA DE MEDICINA INTENSIVA. 2010; VOL 25(4):

3 Daño pulmonar inducido por la ventilación mecánica Firuga 2. La figura representa esquemáticamente un alveolo y según Gattinoni stress corresponde a la presión de distensión o tensión aplicada sobre una superficie (_ = F/S) y strain a la deformación (_ = L/L o ) generada por esta fuerza. F =tensión, S =superficie, Lo =posición de reposo, L =elongación de las fibras desde su posición de reposo. demostrar que la ventilación mecánica puede causar edema pulmonar. Ellos encontraron que altas presiones inspiratorias podrían lesionar los pulmones de un modelo animal, así el desarrollo del edema es más rápido y severo cuando los animales son ventilados utilizando presiones de 45 cm. H 2 O que con 30 cm. H 2 O. Esto confirma que presiones elevadas en la vía aérea producen alteraciones de la permeabilidad capilar, edema pulmonar no hidrostático y daño tisular semejante al SDRA. Además, los autores encontraron que el PEEP tuvo un efecto protector. En pacientes sin injuria pulmonar, las presiones transpulmonares son bajas durante la respiración y un volumen corriente de más de 15 ml/kg es bien tolerado. En pulmones aislados de ratas la superficie de la membrana basal no se incrementa hasta que los pulmones son inflados en más de 45%-50% de la capacidad pulmonar total. En humanos el barotrauma tiene una relación no probada con la presión de insuflación. Por décadas se afirmó a partir de experiencias en modelos animales y anestesia, que presiones máximas de insuflación mayores a 40 cm. de agua aumentaban drásticamente la incidencia de barotrauma, sin embargo, este dato carece de fuerza de evidencia pues son precisamente los pulmones más patológicos aquellos que experimentan las presiones más altas y la mayor incidencia de barotrauma, de modo que hay un acoplamiento entre gravedad-neumotórax que no permite afirmar cuál es la cifra recomendable o punto de riesgo de presión de insuflación. Sin embargo, el volutrauma y el atelectotrauma son las principales causas de daño alveolar durante la ventilación con presion positiva 5,15, generando disrupción epitelial en esta estructura alveolar, aumento de la permeabilidad y edema alveolar, hemorragia alveolar, membrana hialina, disfunción del surfactante pulmonar y colapso alveolar. Firuga 3. Presión transpulmonar = (presión alveolar - presión pleural). VOLUTRAUMA El volutrauma se define como el daño causado por sobredistensión alveolar secundario a altos volúmenes alveolares. El concepto de volutrauma fue descrito por Dreyfuss 16 en 1988, quien descubre que el edema alveolar en ventilación mecánica se debe a altos volúmenes y no a altas presiones. El autor en un modelo animal, ventila ratas usando altas presiones más altos volúmenes tidal, bajas presiones más altos volúmenes tidal o altas presiones más bajos volúmenes tidal. El único grupo que no desarrolló daño pulmonar fue el grupo que fue ventilado con bajos volúmenes. Años más tarde, en otro estudio los mismos autores concluyen que el volumen final inspiratorio es probablemente el principal determinante del edema inducido por la ventilación 17. Así mismo, existe evidencia que el volutrauma puede inducir o exacerbar daño pulmonar en humanos. Gajic y cols 18 estudiaron a 322 pacientes en VM y altos volúmenes corrientes fueron identificados como un factor riesgo independiente de VILI. ATELECTOTRAUMA Atelectrauma o atelectasias cíclicas es un daño causado por las fuerzas de deformación o de cizallamiento, que experimentan unidades alveolares sometidas a un fenómeno de expansión alveolar durante la inspiración y colapso alveolar durante la espiración o apertura y cierre en cada ciclo REVISTA CHILENA DE MEDICINA INTENSIVA. 2010; VOL 25(4):

4 F Arancibia y col respiratorio 19,20. El sustrato esencial de este fenómeno es la inestabilidad alveolar. Acorde a la información obtenida mediante técnicas de biomicroscopia, los alvéolos sanos en un ciclo respiratorio típico tienen una deformación mínima, y serían los bronquiolos respiratorios los que experimentan mayor cambio físico, pero en general las líneas de fuerza se distribuyen de un modo que genera cambio anatómico mínimo. En cambio en el pulmón de un paciente con SDRA existe tendencia al colapso, particularmente en las unidades alveolares de las zonas dependientes o inferiores, esto condicionado por una suma de factores tales como: la pérdida y desnaturalización de surfactante, el efecto del peso del tejido suprayacente y el corazón, y el marcado edema inflamatorio intraalveolar. Existen entonces zonas de colapso pasivo por compresión, y zonas de consolidación inflamatoria, que tienen distinta respuesta al ser sometidas a una fuerza de insuflación. Las zonas colapsadas son conceptualmente reexpandibles o reclutables, y las consolidadas no lo son. Esta gama de respuestas ante la insuflación hace que existan fenómenos de expansión diferencial. Las nombradas fuerzas de cizallamiento surgen de que la deformación generada por la insuflación es multidireccional, de modo que se producen tracciones angulares que amplifican seriamente el stress mural, teniendo por consecuencia deformación y desgarramiento tisular, como consecuencias hay daño local y aumento de la lesión pulmonar. Además hay liberación de mediadores inflamatorios a nivel local y sistémico, que ligando este mecanismo de daño pulmonar con el biotrauma. BIOTRAUMA Biotrauma es el daño al alveolo secundario a inflamación, en el cual citoquinas son liberadas en respuesta a la injuria de origen mecánico, por ende la ventilación mecánica no sólo ocasiona un trastorno estructural del pulmón, sino también puede gatillar un componente inflamatorio con liberación de mediadores (biotrauma), que actúan a nivel sistémico, amplificando el síndrome inflamatorio, determinando inestabilidad de sistemas orgánicos diferentes al pulmonar Esta sería la explicación de por que pacientes que inicialmente presentan una patología localizada en el pulmón como SDRA pueden fallecer de un falla multiorgánica 27. Al respecto, destaca la experiencia en el estudio realizado en Estados Unidos por el grupo de ARDS network que se compararon ventilación con volúmenes corrientes bajos versus volúmenes corrientes tradicional en pacientes con SDRA 28. Ellos encontraron que la modalidad de ventilación con volúmenes pequeños se asoció a disminución de los días de falla de órganos no pulmón, y a reducción de las tasas circulantes de IL6, una citoquina proinflamatoria. Un análisis posterior de las muestras de plasma de esta serie realizada por Parsons y cols. 21 encuentran que los niveles elevados de receptor soluble I y II de TNF en pacientes con SDRA se asocian con mayor mortalidad. No obstante, la ventilación con volúmenes corrientes bajos se asocia con una disminución en los niveles específicos receptor soluble I de TNF. A su vez, Eisner y cols 29 reportan en los primeros días de la evolución del SDRA que un aumento de los niveles plasmáticos de proteína D del surfactante es asociado a mayor mortalidad. En cambio, Ranieri y cols 22 comunican el impacto en la tasa de IL circulantes del uso de una técnica ventilatoria protectora vs convencional. Ellos encuentran que las concentraciones de mediadores inflamatorios fueron significativamente más bajo en el grupo de pacientes ventilados con estrategias de protección pulmonar. INESTABILIDAD ALVEOLAR Musch y cols. 30 en un interesante estudio con modelo animal, midieron actividad inflamatoria mediante tomografía de emisión de positrones y alteración del intercambio gaseoso. Ellos encontraron que la ventilación con volúmenes elevados del orden de 14 ml/kg se asocia a inflamación, la cual es francamente menor si se aplica PEEP. Por su parte Tremblay y cols. 31 demuestran en otro modelo animal que la combinación que genera mayor tasa de liberación de interleukinas y mayor deterioro del intercambio gaseoso es el empleo de altos volúmenes y ausencia de PEEP, y cómo el empleo de PEEP adquiere un efecto protector. Dos hechos aparecen en estas comunicaciones, uno es el impacto dañino de la insuflación excesiva, o volutrauma, que depende de la presión de insuflación (driving pressure), que es medible como la diferencia entre presión plateau y el beneficio del uso de PEEP. Al respecto se sabe hoy en día desde el estudio del grupo de la ARDS network 28 que en los humanos una presión plateau igual o menor a 30 cmh 2 O, y un volumen corriente (V t ) de 6 ml/kg de peso ideal se asocia a menor mortalidad, menor tasa de mediadores inflamatorios circulantes, y reducción del tiempo en falla de órganos no pulmón. Previamente, fue Amato y cols. 32 quienes primero demostraron resultados beneficiosos en pacientes con SDRA que fueron ventilandos con volúmenes de 6 ml/kg en presión control. La presión drive no tendría una importancia en sí, sino en la medida que no se supere un plateau como el mencionado en insuflación, y no se produzca cierre alveolar en la espiración, fenómeno que se evita con PEEP. No se sabe en rigor cuál es la presión límite que daña por volutrauma, sí se sabe que no debe superarse la presión plateau de 30 cmh 2 O, y debe evitarse la apertura/cierre alveolar en cada ciclo de la ventilación. De acuerdo a los conceptos de atelectrauma, debe evitarse que el paciente tenga reclutamiento/derecluta- 208 REVISTA CHILENA DE MEDICINA INTENSIVA. 2010; VOL 25(4):

5 Daño pulmonar inducido por la ventilación mecánica miento en cada respiración. Este dato ha sido evaluado en estudios de titulación del PEEP bajo tomografía axial computarizada de tórax. Sin embargo, esta opción no es operativa en nuestra práctica diaria en estos pacientes que requieren reiterados ajustes. En este sentido Grasso y cols. 33 han desarrollado el stress Index, el cual se puede visualizar en la pantalla del ventilador mecánico. Este índice muestra que pacientes que experimentan aumento de su compliance durante el volumen corriente o stress index <1, tienen un perfil en la curva presión/tiempo cóncava hacia abajo, y en estos pacientes debe elevarse el nivel de PEEP hasta lograr un perfil de curva recto, en contrapartida los pacientes excedidos de PEEP o stress index >1 hacen una curva cóncava hacia arriba, reflejando aumento de la rigidez toracopulmonar en insuflación, y la necesidad de reducir el PEEP (Figura 4). Amato y cols. 32 en su clásico reporte describió que después de cada desconexión del paciente para aspirar secreciones les realizaron maniobras de insuflación a 40 cm de agua por 40 segundos, y las llamó maniobras de reclutamiento. La expansión lograda por este reclutamiento se preserva mediante el PEEP, en una estrategia de abrir el pulmón y mantenerlo abierto. De modo que el efecto de PEEP depende de la historia ventilatoria del paciente. El PEEP por sí solo no es reclutante, sino que es un medio para mantener el porcentaje de los pulmones aireados. ESTRATEGIAS DE VENTILACIÓN PROTECTORA En definitiva las recomendaciones actuales están dirigidas en estrategias que minimizan la sobredistención alveolar y eviten las atelectasias cíclicas. En la prevención de la sobredistensión alveolar es recomendable utilizar volúmenes tidal bajos, mantener Firuga 4. Morfología de la curva presión/tiempo y su relación con el stress index. En la figura un stress index <1 implica reclutamiento y puede aumentar el PEEP y un stress index >1 evidencia sobredistensión de alvéolos y debe disminuir el PEEP. presiones plateau bajas <30 cmh 2 O, y utilizar ventilación limitada por presión. Como quedó demostrado en el estudio del grupo de ARDS network al utilizar volúmenes tidal bajos de 6 ml/kg según peso ideal hubo un impacto significativo en la mortalidad de los pacientes con SDRA. En cuanto a las presiones plateau bajas, recientemente Terragni y cols. 34 publicaron un estudio en 30 pacientes en VM y SDRA y encontraron que una presión plateau <28 cmh2o fue asociada con disminución de hiperinsuflación alveolar. En cuanto a utilizar ventilación controlada por presión, ésta asegura que la presión de la vía aérea no será sobrepasada y con ello se mitiga la sobredistención alveolar. En cuanto a la prevención del atelectotrauma la aplicación de presión positiva al final de la espiración o PEEP es el principal método utilizado para mantener el alveolo abierto y disminuir la atelectasias cíclicas. Unas décadas atrás el objetivo de la ventilación utilizando PEEP era lograr una oxigenación adecuada, minimizando la fracción inspirada de oxígeno, teniendo presente en ese entonces la llamada toxicidad pulmonar por oxígeno. Hoy en día sabemos que la aplicación de PEEP disminuye significativamente las atelectasias cíclicas y en definitiva daño alveolar. Sin embargo el nivel óptimo de PEEP aplicado aún no ha sido establecido. Los clínicos intensivistas a menudo aplican un nivel de PEEP que es superior al punto de inflexión inferior en la curva presión volumen sin embargo esta estrategia por sí sola no ha demostrado mejoría clínica y requiere que el paciente esté con bloqueo neuromuscular. Recientemente se ha utilizado una estrategia que no requiere bloqueo neuromuscular. Por otra parte, el estudio ARDS network utilizó una tabla de titulación de PEEP poniendo como objetivo la Saturación Arterial de Oxígeno. Hoy en día lo que se busca es impactar la sobrevida y reducir el fenómeno inflamatorio local y sistémico, y los parámetros que parecieran acercar a ese objetivo son más bien mecánicos o morfológicos, y otra estrategia es la titulación de PEEP de acuerdo a parámetros de distensibilidad pulmonar. Esta consiste en realizar una maniobra inicial de reclutamiento, y establecer la compliance pulmonar bajo un régimen de PEEP alto, del orden de 20 cmh2o, y para luego efectuar una destitulación regresiva, por ejemplo reduciendo el PEEP en 2 cmh2o cada 20 minutos y midiendo la compliance en cada estación. Se estima que el PEEP superior a aquél en que la compliance empieza a decaer es el óptimo. La ventilación en prono, la ventilación oscilatoria de alta frecuencia y la ventilación por liberación de presión en la vía aérea, todas tienen una racionalidad técnica que sugieren una estabilidad alveolar y por tanto limitante de VILI, sin embargo, no tienen el respaldo de evidencia, eventualmente por falta de número de casos, y están actualmente todas en proceso de evaluación de su impacto favorable. REVISTA CHILENA DE MEDICINA INTENSIVA. 2010; VOL 25(4):

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