Механическая мощность и вентилятор‑индуцированное повреждение легких

В этой статье рассматривается только механическая мощность (MP) во время фазы вдоха при искусственной вентиляции при условии отсутствия дыхательного усилия пациента.

В физике: 

• механическая работа ‑ это энергия, которая передается на объект (или от него) посредством приложения силы при перемещении из одного положения в другое.
• Мощность ‑ это количество энергии, переданной за единицу времени.

При механической вентиляции мощность, передаваемая от аппарата ИВЛ к дыхательной системе во время вдоха, представляет собой комплексную переменную, объединяющую элементы, которые могут вызывать вентилятор‑индуцированное повреждение легких (ВИПЛ) (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​).

Во время управляемой принудительной вентиляции (CMV) с постоянным потоком механическую мощность можно описать как работу за один вдох (W), умноженную на частоту дыхания (RR) (рис. 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​):

Где:

• Показатель «Wel,PEEP» представляет собой гибкий статический компонент, т. е. компонент механической мощности, связанный с параметром «PEEP». 
• Показатель «Wel,DP» представляет собой (дыхательный) гибкий динамический компонент, т. е. компонент механической мощности, связанный с дыхательной инфляцией. Он имеет форму прямоугольного треугольника, вертикальная сторона которого соответствует дыхательному объему («Vt»), а горизонтальная ‑ рабочему давлению («DP»). Наклон третьей стороны соответствует податливости. 
• «Wres» ‑ это резистивный компонент, т. е. энергия, рассеиваемая при каждом вдохе для преодоления сопротивления и вязкости составляющих дыхательной системы. «Wres» представляет собой параллелограмм, основание которого соответствует разнице между пиковым давлением («Pпик») и давлением плато («Pплато»), а высота ‑ показателю «Vt».

Аналогичный подход можно применять во время вентиляции с управлением по давлению (PCV) для расчета значений «Wel,PEEP» и «Wel,DP» на основе показателей «Vt», «PEEP» и «DP». Значение «Wres» можно рассчитать приблизительно. Для этого следует вычислить площадь прямоугольника (с «Pпик» минус «PEEP» в качестве основания и «Vt» в качестве высоты), а затем вычесть треугольник, соответствующий «Wel,DP». Этот расчет значения «Wres» можно применять таким же образом, когда значение «Pпик» равно значению «Pплато» (рис. 2) или превышает его (рис. 3), т. е. когда поток в конце вдоха равен нулю или, соответственно, все еще имеет положительное значение. В обоих случаях приблизительный расчет приводит к небольшому завышению значения «Wres» и, следовательно, истинного значения полной работы аппарата ИВЛ (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​).

Значительное количество исследователей рассчитывали механическую мощность по данным исследований вентиляции у находящихся в отделениях интенсивной терапии пациентов с (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) острым респираторным дистресс‑синдромом (ОРДС) или без него (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​). 
Ниже приведены данные из этих аналитических материалов. 

• К пациентам, которые не выжили впоследствии, применялась значительно большая механическая мощность, чем к выжившим.
• Увеличение механической мощности статистически соответствовало показателям смертности в отделении интенсивной терапии и стационаре, меньшему количеству дней без ИВЛ и увеличению продолжительности пребывания в отделении интенсивной терапии и стационаре. 

В целом эти ретроспективные исследования дают основание считать, что чрезмерной механической мощности предпочтительно избегать, если предположить, что худший клинический исход был частично связан с вентилятор‑индуцированным повреждением легких.

Чтобы правильно понять методы расчета механической мощности, использованные в опубликованных исследованиях, их необходимо тщательно изучить. В зависимости от имеющихся данных авторы могли учесть или исключить некоторые компоненты механической мощности. Кроме того, наиболее подходящая процедура для сравнения разных пациентов все еще является предметом обсуждения. Предлагается стандартизировать параметры пациента (прогнозируемый вес), податливость или объем легких в конце выдоха. 

В принципе, в настоящее время еще не существует ни стандартизированного подхода к расчету механической мощности, ни ее общепризнанного безопасного расчетного значения.

Отдельные изменения параметров аппарата ИВЛ оказывают сложное влияние на другие переменные механики вентиляции. Концепция механической мощности основана на неявном допущении того, что все переменные вентиляции имеют линейное соотношение и одинаковую связь с ВИПЛ. Однако это, очевидно, ошибочное предположение, поскольку, например, параметр «PEEP» имеет криволинейную (J‑образную) связь с ВИПЛ (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​). Во время вдоха, вероятно, существует безопасный объем, пороговое значение и опасная зона, которые не должны быть достигнуты (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). Паттерн инспираторного потока, который не учитывается в механической мощности, может играть существенную роль в ВИПЛ (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​). 

Несмотря на то, что многие вопросы остаются открытыми, мониторинг общей механической мощности и ее компонентов может оказаться полезным для оценки динамики отдельных пациентов или их реакции на изменения параметров вентиляции. Механическая мощность может стать новым критерием (наряду с несколькими другими) в клинической оценке и принятии решений. Более того, мониторинг механической мощности в значительной степени поможет в сборе высококачественных данных для всех проспективных исследований взаимосвязи между механической мощностью и ВИПЛ. 

Различные исследователи делали попытки выявить наиболее вредные компоненты вентиляции. В ретроспективном исследовании были собраны данные об ИВЛ у 4500 пациентов с ОРДС, включенных в контролируемые исследования. В процессе исследования оценивалась взаимосвязь механической мощности, показателей «Vt», «RR» и «DP» со смертностью в течение 28 дней, для чего использовались многопараметрические модели (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​). Рабочее давление («DP») представляет собой дыхательный объем («Vt»), стандартизированный для податливости, и многими рассматривается как ключевой компонент ВИПЛ (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​).

Неудивительно, что авторы выявили связь общей механической мощности со смертностью. При оценке различных компонентов механической мощности статистически значимым был только гибкий динамический компонент («MPel,DP», т. е. механическая мощность, которая зависит от показателя «Wel,DP»), а компоненты, зависящие от показателя «PEEP» или сопротивления, ‑ не были. Значение «MPel,DP» особенно легко рассчитать у постели больного в обоих режимах: CMV и PCV.

• MPel,DP = Vt x DP x RR / 2

Более того, авторы обнаружили аналогичный прогноз смертности, просто объединив показатели «DP» и «RR» в следующем индексе:

• 4DP+индекс RR = (4 x DP) + RR

Авторы пришли к выводу, что «хотя механическая мощность была связана со смертностью у пациентов с ОРДС, показатели «∆P» и «RR» были столь же информативны, их было легче оценить у постели больного. Влияние стратегии вентиляции, основанной на этих переменных, на исход заболевания необходимо проверить в рандомизированных контролируемых исследованиях» (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​).