Potencia mecánica y lesión pulmonar inducida por el respirador

Este análisis limita su ámbito a la potencia mecánica (PM) durante la fase inspiratoria de la ventilación controlada, suponiendo que no existe esfuerzo por parte del paciente.

En Física: 

• El trabajo mecánico es la energía que se transfiere a (o desde) un objeto mediante la aplicación de una fuerza a lo largo de un movimiento de una posición a otra.
• La potencia es la cantidad de energía que se transfiere por unidad de tiempo.

En la ventilación mecánica, la potencia transferida desde el respirador al sistema respiratorio durante la inspiración es una variable unificadora que combina los elementos que pueden causar lesión pulmonar inducida por el respirador (VILI) (Gattinoni L, Tonetti T, Cressoni M, et al. Ventilator‑related causes of lung injury: the mechanical power. Intensive Care Med. 2016;42(10):1567‑1575. doi:10.1007/s00134‑016‑4505‑21).

Durante la ventilación obligatoria controlada (CMV) con flujo constante, la PM puede describirse como el esfuerzo por respiración (W) multiplicado por la frecuencia respiratoria (FR) (consulte la figura 1) (Costa ELV, Slutsky AS, Brochard LJ, et al. Ventilatory Variables and Mechanical Power in Patients with Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(3):303‑311. doi:10.1164/rccm.202009‑3467OC2​):

Donde:

• Wel,PEEP representa el componente estático elástico, es decir, el componente de PM relativo a PEEP. 
• Wel,∆P representa el componente dinámico elástico (tidal), es decir, el componente de PM relativo a la insuflación tidal. Tiene la forma de un triángulo rectángulo, en el que el lado vertical corresponde al volumen tidal (Vt), y el lado horizontal, a la presión de trabajo (∆P). La pendiente del tercer lado corresponde a la compliance. 
• Wres es el componente resistivo, es decir: la energía disipada durante cada inspiración para vencer las propiedades resistivas y viscosas del sistema respiratorio. Wres se representa mediante un paralelogramo cuya base corresponde a la diferencia entre la presión pico (Ppico) y la presión meseta (Pmeseta), mientras que la altura corresponde a Vt.

Se puede aplicar un concepto similar durante la ventilación controlada por presión (PCV) para el cálculo de Wel,PEEP y de Wel,∆P a partir de Vt, PEEP y ∆P. Se puede hacer una aproximación de Wres calculando el área del rectángulo con Ppico menos PEEP como base y Vt como altura, y luego restando el triángulo correspondiente a Wel,∆P. Este cálculo de Wres puede aplicarse del mismo modo cuando Ppico es igual a Pmeseta (figura 2) o superior a ella (figura 3), es decir, cuando el flujo inspiratorio final es cero o positivo, respectivamente. En ambos casos, la aproximación resulta en una leve sobreestimación de Wres y, por tanto, del trabajo total del respirador (Becher T, van der Staay M, Schädler D, Frerichs I, Weiler N. Calculation of mechanical power for pressure‑controlled ventilation. Intensive Care Med. 2019;45(9):1321‑1323. doi:10.1007/s00134‑019‑05636‑83).

Un buen número de investigadores han calculado la PM a partir de los datos de estudios respiratorios en pacientes de la UCI con (Costa ELV, Slutsky AS, Brochard LJ, et al. Ventilatory Variables and Mechanical Power in Patients with Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(3):303‑311. doi:10.1164/rccm.202009‑3467OC2​, Tonna JE, Peltan I, Brown SM, Herrick JS, Keenan HT; University of Utah Mechanical Power Study Group. Mechanical power and driving pressure as predictors of mortality among patients with ARDS. Intensive Care Med. 2020;46(10):1941‑1943. doi:10.1007/s00134‑020‑06130‑24​, Robba C, Badenes R, Battaglini D, et al. Ventilatory settings in the initial 72 h and their association with outcome in out‑of‑hospital cardiac arrest patients: a preplanned secondary analysis of the targeted hypothermia versus targeted normothermia after out‑of‑hospital cardiac arrest (TTM2) trial. Intensive Care Med. 2022;48(8):1024‑1038. doi:10.1007/s00134‑022‑06756‑45) o sin SDRA (Serpa Neto A, Deliberato RO, Johnson AEW, et al. Mechanical power of ventilation is associated with mortality in critically ill patients: an analysis of patients in two observational cohorts. Intensive Care Med. 2018;44(11):1914‑1922. doi:10.1007/s00134‑018‑5375‑66​​, Robba C, Badenes R, Battaglini D, et al. Ventilatory settings in the initial 72 h and their association with outcome in out‑of‑hospital cardiac arrest patients: a preplanned secondary analysis of the targeted hypothermia versus targeted normothermia after out‑of‑hospital cardiac arrest (TTM2) trial. Intensive Care Med. 2022;48(8):1024‑1038. doi:10.1007/s00134‑022‑06756‑47​, van Meenen DMP, Algera AG, Schuijt MTU, et al. Effect of mechanical power on mortality in invasively ventilated ICU patients without the acute respiratory distress syndrome: An analysis of three randomised clinical trials. Eur J Anaesthesiol. 2023;40(1):21‑28. doi:10.1097/EJA.00000000000017788). 
En estos análisis: 

• Los no supervivientes recibieron una PM significativamente mayor que los supervivientes.
• El aumento de la PM se correlacionó estadísticamente con mortalidad hospitalaria y en la UCI, en un menor número de días sin respirador y en el aumento de la estancia hospitalaria y en la UCI. 

En términos generales, estos estudios retrospectivos sugieren que es preferible evitar una PM excesiva, puesto que se deduce que los peores resultados clínicos estaban relacionados, en parte, con la VILI.

Para poder interpretar de forma adecuada los métodos que se utilizan en estudios publicados para calcular la PM, se deben leer con detenimiento. En función de los datos disponibles, es posible que los autores hayan incluido o dejado fuera algunos de los componentes de la PM. Además, no se ha cerrado el debate sobre el procedimiento más adecuado para comparar distintos pacientes. Se ha propuesto la normalización del tamaño del paciente (peso previsto), la compliance o el volumen pulmonar al final de la espiración. 

En términos generales, sin embargo, todavía no existe una estrategia estandarizada para cálculo de la PM ni un valor seguro ampliamente aceptado para la PM estimada.

Las personalizaciones de los ajustes del respirador tienen efectos complejos sobre otras variables de la mecánica de ventilación. El concepto de PM se fundamenta en el supuesto implícito de que todas las variables de ventilación tienen una relación lineal y el mismo aporte a la VILI. Sin embargo, es evidente que este no es el caso, ya que la PEEP, por ejemplo, tiene una relación curvilínea (en forma de J) con la VILI (Costa ELV, Slutsky AS, Brochard LJ, et al. Ventilatory Variables and Mechanical Power in Patients with Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(3):303‑311. doi:10.1164/rccm.202009‑3467OC2​). Durante la inspiración, probablemente existe un volumen seguro, un valor límite y una zona perjudicial que no deben alcanzarse (Marini JJ, Rocco PRM. Which component of mechanical power is most important in causing VILI?. Crit Care. 2020;24(1):39. Published 2020 Feb 5. doi:10.1186/s13054‑020‑2747‑49). La forma de flujo (inspiratoria), que no se toma en consideración en la PM, puede desempeñar un papel significativo en la VILI (Marini JJ, Crooke PS, Gattinoni L. Intra‑cycle power: is the flow profile a neglected component of lung protection? Intensive Care Med. 2021;47(5):609‑611. doi:10.1007/s00134‑021‑06375‑510). 

Aunque sigue habiendo una serie de cuestiones pendientes, la monitorización de la PM total y sus componentes puede resultar práctica para evaluar la evolución individual del paciente o su respuesta a las modificaciones en los ajustes de ventilación. La PM puede convertirse en un nuevo factor que tener en cuenta, junto con varias otras, en el criterio clínico y la toma de decisiones. Además, la monitorización de la PM ayudaría en gran medida a recopilar datos de gran calidad para cualquier estudio prospectivo sobre la relación entre la PM y la VILI. 

Diferentes investigadores han tratado de identificar los componentes más perjudiciales de la ventilación. Un estudio retrospectivo en el que se recopilaron datos de ventilación de 4500 pacientes con SDRA incluidos en estudios controlados evaluó las relaciones de PM, Vt, FR y ∆P con mortalidad a los 28 días mediante modelos multivariables (Costa ELV, Slutsky AS, Brochard LJ, et al. Ventilatory Variables and Mechanical Power in Patients with Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(3):303‑311. doi:10.1164/rccm.202009‑3467OC2​). La ∆P representa el Vt para la compliance y muchos la consideran un componente clave de la VILI (Amato MB, Meade MO, Slutsky AS, et al. Driving pressure and survival in the acute respiratory distress syndrome. N Engl J Med. 2015;372(8):747‑755. doi:10.1056/NEJMsa141063911).

De forma previsible, los autores determinaron que la PM global estaba correlacionada con la mortalidad. Al evaluar los distintos componentes de la PM, solo resultó significativo estadísticamente el componente dinámico elástico (PMel,∆P, es decir, la PM que depende de Wel,∆P), mientras que los componentes que dependen de la PEEP o la resistencia no lo fueron. El valor de PMel,∆P es especialmente sencillo de calcular a pie de cama, tanto en CMV como en PCV.

• PMel,∆P = Vt x ∆P x FR / 2

Además, los autores determinaron una predictibilidad similar de la mortalidad con tan solo combinar ∆P y FR en el siguiente índice:

• Índice 4∆P+FR = (4 x ∆P) + FR

Los autores concluyeron que «aunque la potencia mecánica estaba asociada con la mortalidad en pacientes con SDRA, la ∆P y la FR eran igual de informativas y más fáciles de evaluar a pie de cama. Es necesario comprobar en estudios aleatorizados y controlados si una estrategia de ventilación basada en estas variables mejora los resultados» (Costa ELV, Slutsky AS, Brochard LJ, et al. Ventilatory Variables and Mechanical Power in Patients with Acute Respiratory Distress Syndrome. Am J Respir Crit Care Med. 2021;204(3):303‑311. doi:10.1164/rccm.202009‑3467OC2).