Mechanical ventilatory support
■Definition
- Used to assist or replace spontaneous breathing
- Implemented with special devices that can support ventilatory function and improve oxygenation through the application of high-oxygen-content gas and positive pressure
- Primary indication for initiation of mechanical ventilation
: Respratory failure ① Hypoxemic, SaO2<90% despite an increased inspired O2 fraction
② hypercarbic, PCO2 >50mmHg
: Respiratory failure가 chronic한 경우 mechanical ventilation으로 치료할 수는 없지만 응급 상황에서 lifesaving할 수 있다.
■Indications
1. acute respiratory failure with hypoxemia (ARDS, heart failure with pulmonary edema, pneumonia, sepsis, complications of surgery and trauma)
2. hypercarbic ventilatory failure – e.g., due to coma, exacerbations of COPD, neuromuscular diseases
Primary objectives of MV : to decrease the work of breathing, thus avoiding respiratory muscle fatigue, and to reerse life-threatening hypoxemia and progressive respiratory acidosis
As an adjunct to other forms of therapy
- to reduce cerebral blood flow in patients with increased ICP
- In conjunction with endotracheal intubation for airway protection to prevent aspiration of gastric contents
- unstable patients during gastric lavage for suspected drug overdose or during gastrointestinal endoscopy
■ Types of mechanical ventilation
Two basic methods : noninvasive ventilation, invasive (or conventional mechanical) ventilation
1. Noninvasive ventilation
Effective in certain conditions, such as acute or chronic respiratory failure
Associated with fewer complications
Provided with a tight-fitting face mask, a nasal mask, a helmet or a hood
Most frequently implemented as bilevel positive airway pressure ventilation or pressure-support ventilation
: 흡기 시 positive pressure를 주고 호기 때 낮은 pressure를 가한다.
의식이 있는 환자에서 유용, patient-ventilator synchrony를 최적화할 수 있다.
Most important group of patients who benefit from a trial of NIV
: patients with COPD exacerbations and respiratory acidosis (pH<7.35)
pH 7.25~7.35의 ventilatory failure 환자에서 NIV는 low failure rates, good outcomes
Milder acidosis (pH>7.35)에서, COPD exacerbation에 대한 conventional treatment (controlled oxygen delivery, systemic glucocorticoids, bronchodilators)보다 NIV가 좋지 않았다.
Contraindications for NIV
1. Cardiac or respiratory arrest
2. Severe encephalopathy
3. Severe gastrointestinal bleed
4. Hemodynamic instability
5. Unstable angina and myocardial infarction
6. Facial surgery or trauma
7. Upper airway obstruction
8. High-risk aspiration and/or inability to protect airways
9. Inability to clear secretions
■ Conventional mechanical ventilation
A cuffed tube is inserted into the trachea to allow conditioned gas (warmed, oxygenated, humidified) to be delivered to the airways and lungs at pressures above atmospheric pressure.
Intubation시에 brain-damaging hypoxia를 피하기 위해 주의해야 한다. 대부분, procedure를 위해 mild sedation을 하게 된다.
Opiates & Benzodiazepines 이 좋지만, depressed cardiac function, low systemic vascular resistance인 환자들에게 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
Morphine은 tissue mast cell에서 histamine을 분비시키며 asthma환자에서 bronchospasm을 악화시킬 수 있다. 이 경우, fentanyl, sufentanil, alfentanil을 대체로 쓸 수 있다.
Ketamine은 systemic arterial pressure를 증가시키고 환각 증상과 연관이 있다.
Shorter-acting agent인 hemodynamic한 부작용이 적기 때문에 etomidate,, propofol이 마취의 induction과 maintenance로 사용되는데, 비싸다는 단점이 있다.
■ Principles of MV
Intubation 시행 후에 MV의 basic goal은 overstretch와 collapse/re-recruitment로 인한 ventilator-induced lung injury를 피하면서 적절하게 oxygenation시키는 것이다.
CO2제거를 통해 pH를 정상으로 유지하는 것도 중요하지만, 그것을 위해 large volume, high pressure를 계속 주는 것은 lung damage risk를 높이게 된다. 따라서 mechanical ventilation하는 경우 permissive hypercapnia:즉, 약간의 high CO2는 지켜보도록 한다.
■ Modes of ventilation
Mode란 ventilator에 의한 호흡이 유발되고, 반복되고, 제한되는 방식이다.
Trigger란 호흡 노력 또는 시간에 따른 신호인데, ventilator가 보조 호흡을 시작하기 위해 감지하는 것이다.
Cycle은 흡기의 끝을 결정하는 인자이다.
1. Assist-control ventilation
가장 널리 사용되는 방식이다. 이 방식에서, 흡기는 환자의 호흡 노력이 감지되거나 일정 시간 동안 감지되지 않을 때 시작된다. 어떻게 흡기가 시작되었든 모든 호흡은 operator-specified tidal volume이 정해져 있다. Ventilatory rate는 환자에 의해 결정되거나 operator-specified backup rate에 의해 결정된다. ACMV는 MV를 시작할 때 흔히 사용되는데, 환자의 호흡 노력이 없어도 backup minute ventilation을 보장하고, 환자의 호흡노력과 ventilator cycle의 synchronization을 보장하기 때문이다.
Anxiety, pain, airway irritation과 같은 nonrespiratory or nonmetabolic factor에 의한 tachypnea가 있을 때 ACMV는 문제가 될 수 있다. Respiratory alkalemia가 myoclonus또는 seizure로 진행할 수 있다. Inspiratory cycle사이에 exhalation을 위한 충분한 시간이 주어지지 않는다면 hyperinflation되고 intrathoracic pressure가 올라가는 문제가 발생할 수도 있다. 이를 auto-PEEP이라고 하는데, venous return을 제한하고, cardiac output을 감소시키고, airway pressure를 증가시켜 barotrauma로 이어질 수 있다.
2. Intermittent mandatory ventilation
Operator는 ventilator에 의해 제공되는 정해진 volume의 의무적 호흡 수를 설정한다. 의무적인 호흡 사이에 환자들은 자발적으로 호흡을 할 수 있다. 가장 흔히 사용되는 synchronized IMV에서는 의무적인 호흡이 환자의 호흡노력과 짝을 지어 설정된 빈도만큼 제공된다. 환자가 호흡시작을 실패하면 ventilator는 설정된 tidal volume만큼의 호흡을 제공하고 다음 흡기 cycle을 재설정한다. SIMV는 설정된 횟수만큼 ventilator-assisted breath를 제공한다는 것이 ACMV와 차이이다.
SIMV는 보조 호흡 사이에 환자의 흡기근 사용을 유도하기 때문에 intubation한 환자의 유지와 weaning에도 유용하다.
3. Pressure-support ventilation
이 방식은 patient-triggered, flow-cycled, pressure-limited 한 방법이다. 이 방식에서 operator는 volume대신 pressure값을 설정하여 모든 자발 호흡 노력을 강화시킨다. 흡기는 airflow가 특정한 값으로 떨어질 때 끝나게 된다. 환자는 ventilator가 호흡 노력을 감지할 때만 호흡 보조를 제공받게 된다. Respiratory drive가 떨어진 환자에서 volume-cycled backup을 위해 SIMV와 함께 사용되기도 한다. PSV는 mechanical ventilation weaning을 시도하는 환자들에게서 주로 사용된다.
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