Condizionamento dei gas respirabili personalizzato

Grazie allo sviluppo dei filtri HME ("Heat and Moisture Exchanger") e alla possibilità di condizionamento passivo dei gas respirabili quasi 50 anni fa, si è innescata una sorta di guerra di religione sul tipo di condizionamento dei gas respirabili.

È presente un consenso generale per quanto riguarda la necessità del condizionamento dei gas respirabili. Nei pazienti intubati e tracheotomizzati si bypassano le vie aeree superiori. Per questo motivo, il cavo rinofaringeo non è in grado di svolgere il proprio compito fisiologico di pulizia e riscaldamento dell'aria inspirata.

Dato che la mucosa nasale è ben irrorata dal sangue e risulta umida, l'aria inspirata viene riscaldata e umidificata per i processi di evaporazione e convezione. Nel corso dell'espirazione, l'umidità viene nuovamente assorbita ed immagazzinata grazie alla condensazione. All'inspirazione successiva è possibile rilasciare l'umidità accumulata. I gas freddi e asciutti assorbono una quantità elevata del calore e dell'umidità presenti. Questa condizione può provocare un notevole sbilanciamento dell'equilibrio di umidità delle vie aeree compromettendo in modo significativo il condizionamento dei gas respirabili.

I problemi precedentemente descritti si verificano anche con la ventilazione con maschera e con l'ossigenoterapia (₂) ad alta portata (HFOT). Anche se in questo caso le vie aeree superiori (cavo rinofaringeo) non vengono escluse, le elevate portate dei gas e anche le perdite del sistema e della bocca provocano la regolare essiccazione delle vie aeree. In particolare nel caso di HFOT, la portata di gas respirabili è elevata e continua e provoca un effetto simile. Anche dopo un breve lasso di tempo, la secchezza delle mucose provoca dei disturbi alla funzione di clearance mucociliare con danni tissutali sottili rilevabili alle cellule ciliari, mucose ed epiteliali favorendo la colonizzazione batterica.

L'ostruzione della cannula tracheale o dei bronchi principali per effetto delle secrezioni viscose costituisce una complicazione particolarmente temuta della terapia di ventilazione. In questi casi, si può compromettere gravemente la ventilazione, rendendo necessario un intervento rapido, come ad esempio con l'aspirazione. Il condizionamento dei gas respirabili riscalda e umidifica i gas somministrati e ha lo scopo di mantenere invariata la clearance mucociliare prevenendo eventuali danni alle ciglia.

Gli evaporatori superficiali vengono utilizzati spesso per il condizionamento dei gas respirabili attivo. La miscela di gas inspirabili passa su una superficie d'acqua riscaldata e quindi saturata con calore e vapore acqueo. L'obiettivo è quello di consentire ai gas respirabili di raggiungere i 37 °C circa al di sotto dell'estremità del tubo. Dal 2009 i requisiti degli impianti per il condizionamento dei gas respirabili attivo sono stati definiti come dati prestazionali nell’ambito di una norma vincolante. In base a quest'ultima, il tenore di acqua dell'aria inspirata non deve scendere al di sotto di 33 mg/l e la temperatura massima d'inspirazione non deve superare i 42 °C. Quando si personalizzata l'umidificatore di gas respirabili attivo, non si deve tenere conto solo della situazione delle secrezioni bronchiali del paziente ventilato e della condensa nel circuito. Anche i fattori ambiente, come ad esempio la temperatura ambiente, l'esposizione diretta alla luce del sole, la dispersione di calore di altri apparecchi e il posizionamento dell'umidificatore nelle immediate vicinanze del riscaldamento o del condizionatore, influiscono sulle quantità di fluidi presenti nel sistema di ventilazione.

A partire da una quantità specifica di condensa aumenta la resistenza al flusso nel circuito incrementando l'attività respiratoria del paziente che respira in modo spontaneo. Nei casi estremi, queste condizioni possono provocare eventuali malfunzionamenti del ventilatore dovuti al dispositivo. Per escludere questa situazione, si utilizzano i riscaldamenti integrati nei tubi flessibili, che permettono di trasferire l'umidità per tutta la lunghezza del tubo flessibile senza dispersioni termiche. In questo modo, si impedisce al gas all'interno del circuito di raffreddarsi prevenendo una significativa formazione di condensa.

Quando si utilizzano i circuiti non riscaldati, si verifica spesso l'accumulo di condensa al loro interno. L'acqua veniva rimossa svuotando ad intervalli regolari le "cascate d'acqua" interconnesse all'interno del tubo flessibile.

Negli anni '90 la frequente manipolazione dei tubi di ventilazione è stata riconosciuta come la causa principale di un aumento del tasso di polmoniti. Non è più possibile dimostrare queste polmoniti associate alla ventilazione con i moderni sistemi per il condizionamento attivo dei gas respirabili.

Se il paziente viene sottoposto ad una ventilazione con gas respirabili secchi e caldi per un lasso di tempo prolungato in assenza di un rabbocco d'acqua, si verifica il cosiddetto "effetto Sahara" che provoca lesioni all'epitelio. Per riconoscere questa situazione in modo tempestivo, i moderni umidificatori sono dotati di un allarme che segnala l'esaurimento dell'acqua. Per i pazienti ventilati sono dannosi i gas respirabili troppo secchi quanto quelli troppo umidi. Gli effetti vanno dalla riduzione della funzione di clearance mucociliare passando per le alterazioni della superficie delle goccioline di muco fino ad arrivare al passaggio indesiderato delle secrezioni contaminate dall'area della trachea superiore alle sezioni più profonde dei polmoni, il che compromette lo scambio di gas e può provocare l'insorgenza di infezioni.

I sistemi passivi di condizionamento dei gas respirabili vengono spesso definiti "Heat and Moisture Exchanger" (HME – scambiatori di calore e umidità). Questi "nasi artificiali" fungono da scambiatori di calore e umidità. Gli HME estraggono dall'aria espirata del paziente il calore e l'umidità, li conservano in un accumulo reversibile nel materiale interno e li cedono ai gas respirabili secchi durante l'inspirazione successiva. Allo stesso tempo, fungono da barriera contro i microrganismi. Utilizzando i sistemi di riscaldamento dei tubi flessibili ed escludendo la formazione della condensa insieme alla precedente esigenza di svuotare spesso le cascate d'acqua, viene meno il vantaggio igienico assicurato dai filtri HME.

Inoltre, i moderni umidificatori di gas respirabili consentono di personalizzare il profilo termico. In questo modo, si ottiene anche una riduzione significativa della condensa. Per la ventilazione è controindicato utilizzare a lungo termine i filtri HME a causa della loro struttura e della loro durata utile. Nei casi di insufficienza respiratoria acuta è necessario considerare anche l'impiego dei filtri HME come un fattore potenzialmente critico. A causa dell'aumento dello spazio morto anatomico aggiuntivo, si riducono il ricambio di CO₂e la ventilazione alveolare dimostrando una crescita della mortalità in ARDS. In questo modo, la ventilazione con parametri protettivi per i polmoni si presenta anche più complessa. L'aumento delle secrezioni e le emorragie tracheobronchiali comportano anche l’esclusione dei filtri HME. Il suo impiego nell'ambito di un weaning complesso non risulta consigliabile per via dell'aumento dell'attività respiratoria. Inoltre, le differenze di qualità tra i vari produttori presentano un impatto sulla ventilazione.

La maggiore resistenza al flusso del filtro HME aumenta in modo significativo l'attività respiratoria richiesta ai pazienti. La soluzione ideale è costituita dai filtri HME caratterizzati da resistenze al flusso inferiori a 2 mbar con una portata di 60 litri al minuto.

Sulla base dei dati attuali, non è disponibile una raccomandazione univoca favorevole o contraria all'impiego dei sistemi passivi o attivi. Piuttosto, è necessaria una valutazione della durata d'uso prevista, della situazione corrente dei polmoni e delle eventuali controindicazioni dei filtri HME. È escluso l'impiego simultaneo di filtri in prossimità del paziente in combinazione all'umidificazione attiva.