Tác giả: Bác sĩ Đặng Thanh Tuấn
GIỚI THIỆU
Suy hô hấp là tình trạng lâm sàng phổ biến và nghiêm trọng ở trẻ sơ sinh có liên quan đến nguy cơ bệnh tật và tử vong ở trẻ sơ sinh.[1-3] Mặc dù suy hô hấp có thể xảy ra ở trẻ đủ tháng và ở trẻ non tháng, đặc biệt là ở trẻ non tháng rất thường gặp. Mặc dù có rất nhiều trẻ sơ sinh rất nhẹ cân có thể được xử trí hỗ trợ hô hấp không xâm lấn, như CPAP qua mũi, gần 70% trong số đó cần được hỗ trợ thông qua máy thở xâm lấn ở một số thời điểm trong thời gian nằm viện [4]. Thật không may, với mục đích để sửa chữa sự trao đổi khí, thông khí cơ học thường dẫn đến tổn thương phổi thứ phát, còn được gọi là tổn thương phổi do thở máy gây ra (VILI).[5] VILI được coi là một trong những yếu tố nguy cơ chính cho sự phát triển của bệnh phổi mãn tính ở trẻ sơ sinh, tức là loạn sản phế quản phổi (BPD).[6] Các nghiên cứu trên cả mô hình động vật và con người đã cung cấp những hiểu biết sâu sắc về cơ chế của VILI, và kiến thức này đã được sử dụng để phát triển các chiến lược thông khí hô hấp, nhằm giảm thiểu nguy cơ mắc bệnh (hô hấp) và tử vong. Chương này sẽ tóm tắt các nguyên tắc cơ bản của VILI và các khái niệm cơ bản về chiến lược thông khí phổi.
SUY HÔ HẤP Ở TRẺ SƠ SINH
Như đã nói ở trên, trẻ sơ sinh non tháng có nguy cơ bị suy hô hấp cao nhất. Điều này phần lớn giải thích bởi thực tế là phổi của chúng đều có cấu trúc và sinh hóa chưa trưởng thành. Điều này được phản ánh qua sự thiếu hụt surfactant (hội chứng suy hô hấp sơ sinh, tức là RDS), làm tăng lực đàn hồi của phổi do lực căng bề mặt cao ở giao diện dịch và khí giữa túi khí và phế nang, và giảm độ giãn nở phổi. Ngoài ra, thể tích phổi cuối thì thở ra (EELV) hoặc dung tích cặn chức năng giảm và không ổn định, bởi vì độ giãn nở tăng quá mức của thành ngực của trẻ sơ sinh non tháng không thể chống lại sự gia tăng của lực đàn hồi. Một EELV thấp sẽ làm giảm độ giãn nở phổi, tăng sức đề kháng đường thở, và tăng công thở. Hơn nữa, sự xẹp phế nang sẽ làm tăng shunt trong phổi từ phải sang trái, dẫn tới tình trạng thiếu oxy máu (nặng) và phân bố không đều thể tích khí lưu thông. Các khái niệm sinh lý này cũng áp dụng cho trẻ sơ sinh đủ tháng mặc dù hệ thống hô hấp chưa trưởng thành ít hơn so với trẻ sơ sinh non tháng và rối loạn hoạt động surfactant không phải do thiếu surfactant nhưng do surfactant không hoạt động (hội chứng hít phân su hoặc viêm phổi) hoặc mất tế bào chức năng loại 2 (ví dụ, tình trạng sau sinh ngạt). Hiểu được những khái niệm sinh lý học này rất cần thiết khi thiết kế và áp dụng các chiến lược thông khí phổi.
TỔN THƯƠNG PHỔI GÂY RA DO MÁY THỞ
Mặc dù BPD được coi là một bệnh đa nguyên nhân, VILI vẫn là một yếu tố quyết định quan trọng trong sinh lý bệnh học của nó. Các nghiên cứu trên động vật được thực hiện từ năm 1974 đã cải thiện đáng kể kiến thức về các cơ chế của VILI. Những nghiên cứu này đã xác định được các yếu tố nguy cơ quan trọng nhất của VILI và những hậu quả ở phổi và hệ thống.
Các yếu tố nguy cơ đối với VILI
Volutrauma
Năm 1974, Webb và Tierney cho thấy việc ứng dụng áp lực hít vào đỉnh (peak inflation pressure) cao trong quá trình thông khí cơ học thông thường dẫn đến phù phế nang và mạch máu quanh phế nang, dẫn đến làm hư hỏng cơ học phổi và cuối cùng là tử vong ở những con chuột khoẻ mạnh.[7] Các thí nghiệm bổ sung cho thấy rằng áp lực hít vào đỉnh cao sẽ gây tổn hại phổi chỉ khi ngực có thể tự do mở rộng và thể tích có thể xâm nhập vào phổi. Ngăn ngừa việc mở rộng này bằng cách mang đai ngực (thể tích thấp, áp lực cao) sẽ bảo vệ phổi chống lại VILI.[8] Những kết quả này rõ ràng chỉ ra rằng thể tích đi vào phổi (volutrauma) và không phải là áp lực áp lên phổi gây ra VILI. Tầm quan trọng của volutrauma trong sự phát triển của VILI cũng đã được khẳng định ở các mô hình động vật trước sinh.[9]
Volutrauma thường được cho là tương đương với thông khí thể tích khí lưu thông cao. Mặc dù điều này là đúng trong hầu hết các trường hợp, điều quan trọng là nhận ra rằng ngay cả thể tích khí lưu thông thấp cũng có thể gây ra volutrauma. Thứ nhất, thể tích khí lưu thông thấp cung cấp có thể dẫn đến sự quá căng phổi khu vực nếu một phần của phổi bị xẹp. Thứ hai, nếu thể tích khí lưu thông thấp được đặt trên một EELV cao, thể tích phổi cuối thì thở ra có thể vượt quá tổng dung tích phổi và kết quả là volutrauma.[10]
Atelectrauma
Như đã thảo luận trước đây, suy hô hấp sơ sinh thường đi kèm với sự thiếu hụt hoặc ức chế surfactant, dẫn đến sự xẹp xuống của đường thở nhỏ và các túi phế nang/phế nang (atelectasis). Do tính chất không đồng nhất của bệnh phổi và ảnh hưởng trọng lực trên phổi, sự phân bố của các đơn vị phổi không ổn định khác nhau ở từng khu vực. Có thể xác định được khoảng ba khu vực (Hình 1-1): (1) phế nang mở trong suốt chu kỳ thông khí, (2) phế nang có thể huy động trong giai đoạn hít vào nhưng xẹp lại khi thở ra, và (3) phế nang còn lại xẹp trong toàn bộ chu trình thông khí.[11] Các phế nang ở khu vực 2 sẽ bị mở và xẹp lặp lại trong quá trình thông khí thông thường (khí lưu thông). Các thí nghiệm trên động vật ở cả người trưởng thành và trẻ sơ sinh non tháng cho thấy việc huy động và xẹp phế nang lặp đi lặp lại là gây tổn hại cho phổi.[12,13] Vì các phế nang ở khu 3 không tham gia vào việc thông khí khí lưu thông, lượng khí lưu thông đưa vào phổi trong quá trình thông khí thông thường được phân phối lại đến các phế nang ở hai khu vực kia. Điều này có thể làm tăng nguy cơ bị quá căng phổi của khu vực (volutrauma) và sau đó là VILI.[14]
Ngộ độc oxygen
Thở máy với nồng độ oxy cao có thể gây ra sự sản xuất quá nhiều các gốc oxy tự do, vượt quá khả năng chống oxy hóa – bình thường của tế bào và dẫn đến VILI.[15] Cả hai nghiên cứu ở động vật và trên người cho thấy rằng non tháng làm suy giảm khả năng tăng enzyme chống oxy hóa trong phản ứng với tăng oxy máu, làm cho nhóm bệnh nhân này cực kỳ dễ bị stress oxy hóa thường xuất hiện sau khi sanh non.[16,17] EELV thấp dẫn đến nhu cầu oxy cao do tương xứng thông khí/tưới máu kém và từ shunt trong phổi phải-trái, do đó tham gia làm nặng thêm sự stress do oxy hóa.
Hậu quả lên phổi và hệ thống của VILI
Tổn thương cấu trúc
Volutrauma có thể gây tổn thương cấu trúc trực tiếp cho đơn vị mao mạch-phế nang. Sự cùng tồn tại của xẹp phổi và mở phế nang có thể làm tăng thêm nguy cơ này do những lực cắt (shear forces) vượt quá áp lực xuyên phổi.[18] Cuối cùng, tăng oxy máu có thể có tác động trực tiếp đến độc tế bào trên các tế bào biểu mô và tế bào nội mạc. Sự mất đi tính toàn vẹn của cấu trúc sẽ làm tăng tính thẩm thấu của các tế bào biểu mô và nội mạc, dẫn đến phù phổi và xuất huyết.[15,19]
Biotrauma
Các nghiên cứu in vitro cho thấy rằng lực kéo giãn có chu kỳ (cyclic stretch) tác động lên các tế bào biểu mô phế nang và các đại thực bào tràn sẽ kích thích sự sản sinh các cytokine tiền viêm như yếu tố hoại tử khối u α (TNF-α) và interleukin-8 (IL-8) [20,21]. Các nghiên cứu trên động vật thực nghiệm cho thấy volutrauma, atelectrauma, và đặc biệt là sự kết hợp của những yếu tố nguy cơ này dẫn đến đáp ứng viêm đáng kể ở phổi.[22-24] Phản ứng viêm ở phổi tăng lên do hyperoxia, kích thích sự di chuyển bạch cầu đa nhân trung tính vào phế nang và làm tăng phản ứng cytokine tiền viêm của các đại thực bào phế nang.[19,25,26]
Một trong những thay đổi gây ra bởi sự sản sinh các chất trung gian gây viêm nhuộm như IL-8 là việc sử dụng bạch cầu đa nhân trung tính (PMN) trong phổi.[27,28] Tế bào PMN có thể gây ra tổn thương mô bằng việc giải phóng protease và sự ly giải cytokines.[29] Tầm quan trọng của tế bào PMN trong sự phát triển của VILI đã được Kawano và các cộng sự thấy rằng có ít bằng chứng về VILI ở những con thỏ đã cạn kiệt các hạt bạch cầu hạt, trước khi bắt đầu thông khí gây tổn thương thông thường.
Ngoài việc tăng mức độ viêm cục bộ ở phổi, hiện nay cũng có bằng chứng từ cả dữ liệu thực nghiệm và trên người rằng thông khí không an toàn cũng sẽ dẫn đến sự ly giải (decompartmentalization) các chất trung gian gây viêm vào tuần hoàn hệ thống, có thể dẫn đến suy đa cơ quan.[22,31-33]
Rối loạn chức năng surfactant
Mặc dù rối loạn chức năng surfactant thường đã có mặt ở thời điểm bắt đầu hỗ trợ hô hấp, nhưng thở máy thông thường có thể ảnh hưởng thêm đến chức năng của nó. Như đã đề cập trước đây, VILI thường đi kèm với tăng tính thẩm thấu của cả lớp nội mô và biểu mô, thúc đẩy luồng huyết tương giàu protein vào khoảng phế nang.[34,35] Đã cho thấy rằng những protein này dẫn đến sự ức chế chất surfactant phụ thuộc vào liều.
Các nghiên cứu điều tra sự chuyển hóa của surfactant phế nang đã chỉ ra rằng surfactant tồn tại trong các phân tử khác nhau. Hai loại chính của surfactant thu được từ dịch rửa phổi là các chất kết tập lớn (LA, large aggregates) và các chất kết tập nhỏ (SA, small aggregates).[37] LA surfactant có thể làm giảm sức căng bề mặt của phế nang, nhưng SA surfactant không hoạt động bề mặt và là sản phẩm chuyển hóa của LA surfactant.[38] Các thí nghiệm trên động vật đã chỉ ra rằng việc chuyển đổi từ LA surfactant sang SA surfactant tăng lên khi thể tích khí lưu thông cao được áp dụng trong quá trình thông khí của phổi bị thương.[39,40] Việc tăng chuyển đổi surfactant cũng đã được ghi nhận ở những trẻ sơ sinh và người lớn bị tổn thương phổi cấp tính.[41,42]
Các thí nghiệm trên động vật cho thấy rằng sự thông khí có thể làm tăng sự bài tiết surfactant ngoại sinh bởi các tế bào loại 2.[43,44] Surfactant này sau đó có thể được đẩy ra khỏi khoảng phế nang vào đường dẫn khí nhỏ do nén lớp surfactant khi bề mặt của phế nang trở nên nhỏ hơn. Các thí nghiệm trên vivo trong phổi chuột cho thấy di chuyển surfactant này vào đường thở nhỏ có tỉ lệ thuận với thể tích khí lưu thông và tỉ lệ nghịch với áp lực cuối thì thở ra [45] Hyperoxia dẫn đến sự bất hoạt và giảm tổng hợp surfactant, dẫn đến sự giảm cơ học phổi.
Phát triển phổi
Các nghiên cứu thực nghiệm trên các mô hình động vật đẻ non cho thấy thở máy và hyperoxia có thể làm ngưng quá trình phát triển thành phế nang bình thường trong quá trình phát triển phổi.[47-50]
Sự ngừng phát triển phổi này được coi là một trong những dấu hiệu mô học của BPD “mới” và nhấn mạnh liên kết giữa thông khí cơ học, VILI, và sự phát triển của BPD.[6]
Tính nhạy cảm của phổi trẻ sơ sinh đối với VILI
Các thí nghiệm trên động vật cho thấy độ nặng của VILI phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện của phổi khi bắt đầu thở máy cơ học. Phổi tiếp xúc với nội độc tố trong nước ối trước khi sinh, trước khi bắt đầu thở máy sau khi sinh sẽ dẫn đến đáp ứng viêm rõ ràng hơn so với việc phổi tiếp xúc với một trong hai yếu tố này một mình.[51] Điều này cũng đúng khi phổi bị phơi nhiễm sau sinh bằng tiêm chích endotoxin đường toàn thân.[52] Những thí nghiệm này cho thấy tình trạng viêm của phổi là một trung gian quan trọng trong ảnh hưởng của thông khí cơ học đối với tổn thương phổi. Ngoài tình trạng viêm, tình trạng surfactant của phổi cũng có vẻ là một trung gian quan trọng của VILI. Áp dụng thông khí áp lực cao cho phổi không có surfactant dẫn đến VILI nhiều hơn so với thông khí tương tự cho phổi có surfactant đầy đủ.[53]
Các kết quả thực nghiệm này cho thấy phổi non rất nhạy cảm với VILI, vì viêm trước khi sinh (viêm ối), viêm sau sinh (nhiễm khuẩn huyết, viêm phổi) và thiếu chất surfactant (RDS) thường có trong quần thể sinh non và là lý do để bắt đầu thông khí cơ học xâm lấn.[54] Nghiên cứu trên các mô hình động vật đẻ non cũng chỉ ra rằng chỉ cần một vài bơm phồng phổi gây thương tích ngay sau khi sinh đủ để kích hoạt dòng chảy của VILI.[9,55]
THÔNG KHÍ BẢO VỆ PHỔI: NGUYÊN TẮC CƠ BẢN
Mục tiêu cơ bản của thông khí bảo vệ phổi là thiết lập mức trao đổi khí chấp nhận được trong khi giảm thiểu VILI càng nhiều càng tốt. Dựa trên dữ liệu thực nghiệm về bệnh sinh của VILI, các trụ cột của một chiến lược thông khí phổi là:
(1) giảm thiểu căng phế nang quá mức cuối thì hít vào (tránh volutrauma) và
(2) tối ưu hóa EELV bằng cách đảo ngược tình trạng xẹp phổi (huy động) và ổn định phổi đơn vị trong suốt chu trình thông khí (tránh atelectrauma).
Áp dụng một chiến lược như vậy sẽ cải thiện việc oxy hóa và cho phép giảm nồng độ oxy khí hít vào (oxy ít hơn). Một chiến lược thông khí phổi dựa trên các nguyên tắc này thường được gọi là chiến lược tối ưu phổi hoặc chiến lược thông khí phổi mở.[56]
Giảm thiểu volutrauma
Giảm thiểu volutrauma chủ yếu liên quan đến việc giảm thể tích khí lưu thông trong quá trình thông khí cơ học. Thực tế, các nghiên cứu trên động vật cho thấy việc giảm sự quá căng của phế nang bằng cách hạn chế lượng khí lưu thông trong quá trình thông khí cơ học sẽ làm giảm VILI.[8,9,23,55,57] Tuy nhiên, phải nhận thấy rằng điều quan trọng không kém là phân phối cả thể tích khí lưu thông một cách tối ưu và huy động phổi; thể tích khí lưu thông nhỏ có thể gây ra volutrauma vùng nếu chồng lên EELV tương đối cao hoặc trong bệnh phổi không đồng nhất với sự xẹp phổi đáng kể.[10,14]
Giảm thiểu atelectrauma
Cần phải nhận ra rằng trong một phổi bệnh, việc giảm xẹp phổi dựa trên hai nguyên tắc. Thứ nhất, các túi phế nang/phế nang bị xẹp cần được mở lại hoặc huy động lại bằng cách áp dụng áp lực bơm phồng. Thứ hai, sau khi huy động, áp lực dương cuối kỳ thở ra (PEEP) cần được áp dụng để ổn định thể tích phổi và ngăn ngừa sự tái xẹp sau khi thở ra. Hình 19-2 cho thấy mối quan hệ áp lực – thể tích (P/V) của một phế nang cá thể. Staub và các đồng nghiệp đã nhận xét cách thể hiện của phế nang có tính chất tự nhiên.[58] Sau khi đạt được áp lực mở quan trọng, các phế nang xẹp sẽ mở ra, ngay lập tức dẫn đến tăng thể tích lớn (bán kính). Theo luật của LaPlace, trong đó nêu rõ áp lực cần phải giữ một cấu trúc hình cầu mở ra, gấp đôi độ căng bề mặt (γ) chia cho bán kính (r), áp lực đóng tới hạn của phế nang sẽ thấp hơn hơn áp lực mở phế nang.
Khi bắt đầu bơm phồng phổi (A) trong khi phế nang xẹp. Tại điểm B, áp lực tăng đã đạt đến áp lực mở tới hạn (Po), dẫn đến tăng khối lượng tức thời (đường đứt đoạn) xem như phế nang đã huy động (D). Khi áp lực giảm dần sẽ giảm rất ít thể tích cho đến khi đạt được áp lực đóng (Pc) tại điểm C. Phế nang ngay lập tức bị xẹp tới điểm A. Lưu ý rằng Pc nhỏ hơn Po do định luật LaPlace.
Đường cong P/V của toàn bộ phổi, như thể hiện trong hình 1-3, sẽ là mối quan hệ tích luỹ của tất cả các phế nang/túi phế nang của phổi, mỗi bệnh có mức độ nghiêm trọng khác nhau của bệnh phổi và do đó có một áp lực mở và đóng khác nhau. Nhánh hít vào của đường cong P/V cho thấy sự thay đổi thể tích phổi trong khi áp lực đường thở gia tăng và thường chứa điểm uốn dưới mà thể tích phổi đột ngột tăng lên theo kiểu tuyến tính. Khi thể tích phổi tiếp cận dung tích phổi toàn phần (TLC, total lung capacity) thì phần đường cong hít vào sẽ dẹt. Phần đường cong thở ra biểu hiện sự thay đổi thể tích phổi trong giai đoạn giảm áp lực đường thở bắt đầu từ TLC. Một lần nữa, như được giải thích bởi luật LaPlace, thể tích phổi ban đầu được duy trì khi áp lực giảm xuống, nhưng cuối cùng thể tích giảm do sự xẹp lại của phế nang khi áp lực giảm xuống dưới áp lực đóng. Sự khác biệt rõ ràng về thể tích phổi ở áp lực không khí giống nhau giữa nhánh hít vào và nhánh thở ra của mối quan hệ P/V được gọi là hiện tượng trễ phổi (lung hysteresis). Các nghiên cứu ở trẻ sơ sinh đã chỉ ra rằng trễ ở phổi hiện diện ở trẻ non tháng có RDS và trẻ đủ tháng với nhiều nguyên nhân của bệnh phổi không đồng nhất.[59-61]
Ban đầu giả định rằng việc huy động phổi xảy ra chủ yếu xung quanh điểm uốn dưới của đường cong P/V. Tuy nhiên, các quan sát ở người lớn và trẻ sơ sinh đã chỉ ra rằng việc huy động diễn ra dọc theo toàn bộ nhánh hít vào của đường cong P/V.[60,62] Mặc dù đôi khi nói khác, áp lực hoặc thể tích hít vào, có trách nhiệm huy động phế nang trong quá trình thông khí thông thường, và không phải do áp lực dương cuối kỳ thở ra (PEEP). PEEP là một hiện tượng của thì thở ra, và mục đích chính của nó là để ổn định các phế nang mở trước đó và do đó ngăn ngừa sự tái xẹp sau đó trong quá trình thở ra. Việc không huy động phổi trước hoặc cùng với tăng PEEP sẽ không ngăn được bệnh VILI.[13,63] Mặt khác, huy động phổi nhưng việc áp dụng PEEP không đủ để ngăn ngừa sự xẹp phổi tiếp theo, sẽ tăng tổn thương phổi lên chứ không phải làm giảm tổn thương phổi.[64]
Người ta cũng tin rằng mức PEEP tối ưu ngăn ngừa sự xẹp lại của phế nang nên ở trên điểm uốn dưới của đường cong P/V.[65] Tuy nhiên, dữ liệu thực nghiệm và con người cho thấy áp lực đóng tới hạn của phổi không liên quan đến điểm uốn dưới.[66,67]
Cả hai mô hình toán học và các thí nghiệm trên động vật đều cho thấy việc huy động các phế nang bị xẹp, sau đó là sự ổn định phế nang tối ưu với mức PEEP đầy đủ, sẽ đặt thông khí trên nhánh giảm xuống của đường cong P/V.[66,69] Vị trí này sẽ cải thiện độ giãn nở và giảm VILI so với thông khí trên, hoặc gần, nhánh hít vào của đường cong P/V.[63,69]
Vì hầu hết các bệnh về phổi gây ra suy hô hấp sơ sinh bản chất không đồng nhất, sự căng phổi quá mức phần phổi tương đối lành mạnh là mối quan tâm lớn trong quá trình huy động. Mặc dù mối quan tâm này có vẻ hợp lệ, nhưng có rất ít bằng chứng cho thấy các thủ thuật huy động thực sự làm tổn thương phổi nếu đi kèm với PEEP đủ. Quan trọng hơn, đến nay, hầu hết các thí nghiệm đều chỉ ra rằng việc tái xẹp gây tổn hại nhiều hơn việc huy động.[70,71]
Một trong những khó khăn trong việc thực hiện huy động phổi là thiếu các công cụ có thể đánh giá sự thay đổi EELV tại giường ở trẻ sơ sinh thở máy. Mặc dù thường được sử dụng trong thực hành lâm sàng, chụp X quang phổi chỉ cung cấp thông tin chung về hô hấp phổi tại một thời điểm và dường như không tương quan với thể tích phổi thực tế.[72] Điều này phần nào có thể do kỹ thuật dưới mức tối ưu khi chụp phim và chỉ là một điểm cụ thể trong chu kỳ hô hấp ở tần số thở nhanh. Các kỹ thuật dùng khí hiếm có thể được sử dụng để đo lường sự thay đổi trong EELV, nhưng chúng không cung cấp thông tin liên tục và không áp dụng được trong quá trình thông khí tần số cao.[73] Phương pháp plethysmography đã được sử dụng thành công ở trẻ sơ sinh để đo lường sự thay đổi trong EELV và để tái tạo lại liên quan P/V của phổi. Tuy nhiên, ứng dụng của nó bị cản trở bởi sự mất ổn định của tín hiệu theo thời gian, đặc biệt là ở trẻ sơ sinh không dùng an thần & giãn cơ [74]. Một bất lợi khác cho tất cả các kỹ thuật áp dụng nói trên là không thể phân biệt được sự thay đổi thể tích phổi là do huy động phế nang (mục tiêu của việc tối ưu hóa thể tích) và những biến chứng gây ra do căng chướng phế nang (phế nang đã mở sẳn). Một kỹ thuật hình ảnh gần đây gọi là chụp điện trở trở kháng (EIT, electrical impedance tomography) cung cấp thông tin khu vực về thay đổi vùng phổi thông khí và đã được sử dụng thành công ở trẻ non tháng.[60,74] Tuy nhiên, phần cứng, phần mềm và giao diện của bệnh nhân cần được cải thiện trước khi nó có thể được sử dụng trong thực hành lâm sàng hàng ngày.
A, Phế nang xẹp (collapse) không thông khí nhưng vẫn được tưới máu, nên không hấp thu oxy. Máu trở về tâm nhĩ trái ở trạng thái thiếu oxy. Điều này được gọi là shunting từ phải sang trái. B, Áp lực khí quyển tăng lên vượt quá áp lực mở tới hạn của phế nang, dẫn đến sự mở phế nang, tăng thể tích phổi (nhanh), và sự hấp thụ oxy do sự tương xứng thông khí/tưới máu tối ưu. Quá trình này được gọi là huy động (recruitment). C, Áp lực tăng thêm sẽ làm căng phổi đã mở, kết quả là tăng thể tích nhưng không thay đổi sự tương xứng thông khí/tưới máu tối ưu. Quá trình này được gọi là sự căng lên (distention). D, sự gia tăng áp lực sẽ dẫn đến sự quá căng của phế nang, dẫn đến không tưới máu do sự chèn ép các mạch máu phế nang. Điều này sẽ làm tăng khoảng chết (phế nang) và tăng PCO2.
Do những hạn chế của các công cụ giám sát hiện có, hầu hết các bác sĩ lâm sàng sử dụng oxy hóa như một công cụ gián tiếp để đo lường sự thay đổi thể tích phổi tại giường. Nguyên tắc cơ bản được minh họa trong Hình 1-4. Trong một phế nang xẹp, máu chảy qua đơn vị mao mạch – phế nang sẽ không thể lấy oxy trước khi quay trở lại tâm nhĩ trái. Điều này được gọi là shunt trong phổi từ phải sang trái, dẫn đến tình trạng thiếu oxy máu. Nếu phế nang được huy động với áp lực đường thở đủ, sự trao đổi khí sẽ được khôi phục ở cấp phế nang, dẫn đến việc cải thiện tỷ lệ thông khí/tưới máu phản ánh bởi sự oxy hóa được cải thiện. Tăng áp lực trên đường thở hơn nữa sẽ làm tăng thể tích của phế nang (căng phế nang quá mức) nhưng sẽ không ảnh hưởng đến tỷ lệ thông khí/tưới máu. Trong trường hợp quá căng phế nang, các mao mạch sẽ được chèn ép, dẫn đến gia tăng khoảng chết phế nang và tăng CO2 máu. Các khái niệm tương tự cũng được áp dụng khi giảm áp lực đường thở khi huy động phế nang. Điều này có nghĩa là oxy hóa có thể phân biệt giữa sự thay đổi thể tích dựa trên việc huy động phế nang và sự quá căng phế nang.
THÔNG KHÍ BẢO VỆ PHỔI: THỞ MÁY THÔNG THƯỜNG
Thông khí cơ học thông thường là phương thức được sử dụng phổ biến nhất ở trẻ sơ sinh.[54] Đây là một thuật ngữ rộng rãi cho các phương thức khác nhau mà tất cả đều sử dụng khái niệm thông khí khí lưu thông. Trong phần này, chúng tôi sẽ tập trung vào các yếu tố khác nhau của việc bảo vệ phổi trong quá trình thông khí cơ học thông thường mà không đi vào chi tiết của các chế độ thông khí thông thường. Đối với những chi tiết này người đọc được đề cập đến các chương khác trong sách giáo khoa này.
Thông khí Tidal volume thấp
Dựa trên bằng chứng thực nghiệm cho thấy rằng thể tích khí lưu thông cao hơn có thể dẫn đến VILI, các chuyên gia đã ủng hộ việc nhắm mục tiêu thể tích khí lưu thông từ 4 đến 7 mL/kg trong quá trình thở máy thông thường ở trẻ non tháng. Tuy nhiên, bằng chứng ủng hộ đề xuất này còn hạn chế. Trong báo cáo này, không có các thử nghiệm đối chứng ngẫu nhiên lớn so sánh thể tích khí lưu thông cao và thấp và tác động của chúng lên các kết cục có liên quan lâm sàng, chẳng hạn như BPD. Một thử nghiệm lâm sàng nhỏ so sánh thể tích khí lưu thông 3 mL/kg với 5 mL/kg ở trẻ non tháng với RDS cho thấy phản ứng viêm gia tăng trong dịch khí quản ở trẻ sơ sinh được điều trị với 3 mL/kg.[75] Nghiên cứu này dường như cho thấy các thể tích khí lưu thông dưới 4 mL/kg kết hợp với một PEEP tương đối thấp từ 3 đến 4 cm H2O có thể gây tổn thương phổi, có thể là do sự xẹp của phế nang. Các nghiên cứu khác đã chỉ ra rằng thể tích khí lưu thông tối ưu về trao đổi khí có thể không phải là một số cố định mà thay vào đó là một tham số động thay đổi theo thời gian.[76]
Sự ổn định Tidal volume
Thông khí giới hạn áp lực, chế độ được sử dụng rộng rãi nhất trong khoa sơ sinh, mang lại áp lực bơm phồng phổi được đặt trước trên mức PEEP trong mỗi nhịp hít vào cơ học. Mặc dù áp lực thì hít vào ban đầu được thiết lập để nhắm mục tiêu một thể tích khí lưu thông thích hợp, thực tế thể tích cung cấp phụ thuộc vào độ giãn nở và sức cản của hệ thống hô hấp và nỗ lực của chính bệnh nhân. Khi các biến này thay đổi, thể tích khí lưu thông đưa ra có thể trở nên quá cao hoặc quá thấp, do đó làm tăng nguy cơ VILI. Việc sử dụng thông khí hướng mục tiêu theo thể tích sẽ dẫn đến lượng khí lưu thông ổn định hơn và giảm VILI.[77,78] Một tổng quan hệ thống các RCT so sánh thông khí mục tiêu thể tích với kiểm soát áp lực ở trẻ non tháng cho thấy mục tiêu thể tích làm giảm nguy cơ BPD.[79]
Tăng PaCO2 cho phép
Trong một nỗ lực để giảm thể tích khí lưu thông càng nhiều càng tốt, một số bác sĩ lâm sàng chấp nhận mức độ cacbon điôxít cao hơn trong quá trình thông khí cơ học, một chiến lược cũng được gọi là tăng PaCO2 cho phép. Mặc dù thực tế các bằng chứng thực nghiệm cho thấy tác dụng bảo vệ đối với phổi, các nghiên cứu ở trẻ non tháng thông khí đã không thấy lợi ích rõ ràng về sự sống còn mà không bị BPD. Tuy nhiên, một trong những nghiên cứu này cho thấy rằng tăng PaCO2 cho phép có liên quan đến sự phát triển thần kinh tồi tệ hơn kết quả ở 2 năm tuổi điều chỉnh.[88]
Thông khí phổi mở
Như đã đề cập, chiến lược thông khí phổi mở nhằm mục đích tối ưu hóa thể tích phổi bằng cách huy động và ổn định các đơn vị phổi không ổn định và thông khí phổi với thể tích khí lưu thông thấp. Các nghiên cứu trên động vật cho thấy rằng chiến lược thông khí phổi mở là khả thi trong quá trình thông khí áp lực dương bằng áp lực thì hít vào tương đối cao và PEEP để huy động và ổn định phổi.[82,83] Thông khí áp lực dương phổi mở ra giúp cải thiện khí trao đổi và làm giảm VILI so với các chiến lược thông khí thông thường. Những tác dụng có lợi này là tương tự nhau trong thông khí áp lực dương phổi mở và thông khí tần số cao phổi mở, cho thấy chiến lược thông khí phổi mở có lẽ quan trọng hơn phương thức thông khí.
Mặc dù những dữ liệu về động vật đầy hứa hẹn, các nghiên cứu về thông khí áp lực dương phổi mở ở trẻ sơ sinh có giới hạn. Theo văn bản này, chỉ có một nghiên cứu đã đánh giá những lợi ích ngắn hạn của phổi mở ở trẻ non tháng có RDS. Nghiên cứu này báo cáo sự ôxy hóa tốt hơn và sự phụ thuộc oxy ngắn hơn.
Một số nghiên cứu đã khảo sát các ảnh hưởng ngắn hạn của các mức PEEP khác nhau mà không có thủ thuật huy động trong quá trình thông khí cơ học thông thường ở trẻ non tháng. Mức PEEP cao hơn cải thiện dung tích cặn chức năng và oxy hóa nhưng làm giảm độ giãn nở phổi và mức độ cacbon điôxít cao hơn.[85-87] Các kết quả này có thể phản ánh sự thất bại trong việc huy động phổi của việc tăng PEEP. Thật không may, những tác động trên markers của VILI hoặc tỉ lệ BPD không được báo cáo. Một nghiên cứu khác đã khám phá những ảnh hưởng của PEEP cao hơn so với một PEEP thấp hơn ở trẻ đủ tháng trên sự oxy hóa màng ngoài cơ thể và cho thấy chức năng của phổi được bảo toàn tốt hơn bằng cách sử dụng mức PEEP cao hơn, dẫn đến sự phục hồi nhanh hơn.[88]
THÔNG KHÍ BẢO VỆ PHỔI: HIGH-FREQUENCY VENTILATION
Trong sơ sinh, thông khí tần số cao (HFV) là phương thức thông khí liên quan nhất với thông khí bảo vệ phổi. Điều này có thể do HFV, do thiết kế, áp dụng thể tích khí lưu thông rất nhỏ, do đó làm giảm nguy cơ volutrauma. Tuy nhiên, các nghiên cứu trên động vật cũng chỉ ra rằng HFV sẽ chỉ cung cấp sự bảo vệ phổi chỉ khi kết hợp với một chiến lược thông khí phổi mở.[89,90] Điều này có nghĩa là ngoài việc áp dụng các thể tích khí lưu thông nhỏ, các đơn vị phổi xẹp cần phải huy động và ổn định với áp lực đường thở thấp nhất có thể. Điều này sẽ đặt thông khí trong nhánh thở ra của quan hệ P/V, tận dụng hiện tượng trễ phổi có ở cả trẻ sơ sinh non tháng có RDS và trẻ sơ sinh đủ tháng có nhiều nguyên nhân khác nhau của bệnh phổi.[60,61]
”Khi bắt đầu (A), áp suất đường thở thấp và FiO2 cao, cho thấy mức độ xẹp phổi và shunt trong phổi. Theo thời gian, áp suất đường thở tăng lên theo từng bước, dẫn đến việc huy động phế nang, giảm shunt trong phổi và cải thiện oxy hóa. Việc cuối cùng sẽ cho phép một bước giảm FiO2, do đó ngăn ngừa tăng oxygen máu. Áp suất đường thở tăng cho đến khi FiO2 dưới 0,30 hoặc oxy hoá máu không cải thiện thêm (B). Áp suất tại điểm B được gọi là áp suất mở. Áp suất đường thở giảm dần theo bước cho đến khi SpO2 bắt đầu xấu đi, cho thấy sự xẹp của phế nang (C). Mức áp suất này được gọi là áp suất đóng. Sau khi mở lại các phế nang xẹp xuống với áp suất mở (D) đã biết, áp suất đường thở được đặt cao hơn 2 cm H2O trên áp suất đóng để đảm bảo ổn định thể tích phổi (E).”
Các báo cáo về việc huy động phổi do oxy trong khi HFV (sơ cấp) được giới hạn ở trẻ non tháng có RDS. Hình 1-5 cho thấy sơ đồ cơ bản của chiến lược thông khí này. Thay đổi oxy hóa được theo dõi tại giường bằng cách sử dụng phương pháp đo SpO2. Giả thiết rằng sự xẹp phế nang/túi phế nang kết quả dẫn đến shunt trong phổi phải sang trái là nguyên nhân chính gây thiếu oxy máu, đảo ngược sự xẹp phổi sẽ cho phép oxy hóa bình thường với tối thiểu hoặc không cần bổ sung oxy. Vì lý do này, hầu hết các bác sĩ lâm sàng sẽ xác định phổi được huy động tối ưu vì cần một FiO2 ít hơn hoặc bằng 0,25-0,30 để duy trì SpO2 trong mục tiêu thích hợp. Để giảm thiểu nguy cơ quá căng, áp lực căng liên tục (CDP) trong HFV thường được đặt giữa 6 và 8 cm H2O khi bắt đầu thủ tục huy động. FiO2 được điều chỉnh theo cách mà SpO2 nằm trong phạm vi đích. Nếu FiO2 > 0,30, thể tích phổi được coi là không tối ưu, và CDP tăng lên từng bước 2 cm H2O mỗi 2 đến 3 phút. Nếu các đơn vị phổi được huy động, sự oxy hóa máu sẽ cải thiện, cho phép giảm từng bước FiO2 (5% đến 10% mỗi bước). CDP tăng dần cho đến khi FiO2 < 0,30 hoặc oxy hóa không cải thiện trong ba bước áp lực liên tiếp. Vào thời điểm đó, được gọi là áp lực mở, phổi được coi là được tuyển chọn tối ưu. Điều cần thiết tại thời điểm này để giảm áp lực căng vì áp lực cần thiết để giữ cho phổi mở sẽ thấp hơn áp lực để mở phổi (luật LaPlace, hiện tượng trễ phổi). Sử dụng FiO2 cố định, CDP sẽ giảm dần theo từng bước (2 cm H2O mỗi 2 đến 3 phút) cho đến khi SpO2 xấu đi, cho thấy xẹp phổi. Áp lực tương ứng được gọi là áp lực đóng. Tiếp theo, CDP tăng lên đến áp lực mở trong vài phút và sau đó giảm xuống còn 2 cm H2O trên áp lực đóng. Áp lực tương ứng được gọi là CDP tối ưu.
Ngoài việc oxy hóa, sự thay đổi PCO2 qua da cũng có thể giúp các bác sĩ lâm sàng trong việc huy động phổi.[91] PCO2 sẽ thay đổi tùy thuộc vào vị trí thông khí trên nhánh di lên hay nhánh giảm xuống của đường cong P/V. Sự gia tăng PCO2 khi xác định áp lực mở là dấu hiệu cho thấy phổi gần như được huy động đầy đủ vì thông khí di chuyển lên phần dẹt của nhánh đi lên.
Việc sử dụng surfactant bên ngoài sẽ cải thiện cả EELV và sự ổn định của nó ở những áp lực thấp hơn.[92] Điều này có nghĩa là sau khi điều trị surfactant, CDP có thể được hạ xuống đáng kể. Nghiên cứu đoàn hệ tiền cứu ở trẻ non tháng có RDS, cung cấp thông tin thực tế và hữu ích cho chiến lược thông khí phổi mở này trong HFV.[93] Nó cho thấy áp lực mở trung bình trước khi điều trị surfactant là 20 cm H2O. Việc huy động tối ưu dẫn đến một FiO2 < 0,30 là khả thi ở 90% trẻ sơ sinh. Cần nhấn mạnh rằng chiến lược được mô tả sử dụng cách tiếp cận cá nhân và động. Áp lực áp dụng cho phổi là khác nhau đối với mỗi bệnh nhân tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của bệnh phổi. Đây có lẽ là lý do quan trọng nhất ảnh hưởng bất lợi của việc huy động phổi, chẳng hạn như sự mất ổn định về huyết động học và rò rỉ không khí, là tương đối thấp.
Cũng cần phải thừa nhận rằng oxy hóa là một công cụ gián tiếp để hướng dẫn huy động phổi. Trong trường hợp thiếu oxy máu do shunt phải – trái ngoài phổi do cao áp phổi tồn tại hoặc do viêm phổi làm suy giảm sự khuếch tán bình thường trong đơn vị mao mạch – phế nang, thì việc oxy hóa không còn là dấu hiệu đáng tin cậy về thể tích phổi. Các bác sĩ lâm sàng nên nhận thức được nhược điểm này.
Mặc dù các khái niệm cơ bản về HFV phổi mở cũng có thể áp dụng cho các nguyên nhân khác của suy hô hấp, có một số khác biệt quan trọng so với trẻ non tháng có RDS. Thứ nhất, bệnh phổi ở trẻ non tháng đã lớn hoặc trẻ sơ sinh đủ tháng suy hô hấp không đồng nhất nhiều hơn so với RDS.[94] Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hằng số thời gian của phổi – tức là thời gian để các đơn vị phổi xẹp để mở hoặc đóng sau khi thay đổi áp lực đường thở – lâu hơn nhiều so với trẻ sơ sinh có RDS.[73,95] Hơn nữa, sự không đồng nhất tính chất của bệnh phổi thường dẫn đến áp lực tối ưu cao hơn và FiO2 đồng thời cao hơn so với trẻ sơ sinh có RDS. Cuối cùng, bệnh phổi ở trẻ trưởng thành hơn thường đi kèm với chứng cao áp phổi tồn tại và, như đã đề cập, điều này làm phức tạp quá trình huy động phổi do oxy hóa trong HFV.
Chiến lược mô tả ở trên có thể áp dụng trong bệnh phổi kèm theo sự xẹp của phế nang/túi phế nang. HFV cũng có thể bảo vệ phổi trong bệnh phổi không có xẹp phổi, ví dụ như thiểu sản phổi do vỡ ối sớm kéo dài và thoát vị cơ hoành bẩm sinh. Tuy nhiên, trong những trường hợp này, thường không cần áp dụng thủ tục huy động. Thể tích phổi tối ưu có thể được duy trì với CDP tương đối thấp. Việc bảo vệ phổi tập trung vào việc ngăn ngừa sự quá căng của phế nang bằng cách thải trừ CO2 với thể tích khí lưu thông tương đối nhỏ.
Hầu hết các nghiên cứu ngẫu nhiên về HFV đã được thực hiện ở trẻ non tháng có RDS. Tổng quan hệ thống của tất cả các thử nghiệm đối chứng ngẫu nhiên so sánh HFV với thông khí cơ học thông thường cho thấy, một sự giảm nhẹ BPD đối với HFV.[96] Tuy nhiên, hiệu quả này bị suy giảm do sự không đồng nhất giữa các thử nghiệm. Sự khác biệt về đặc điểm của bệnh nhân, điều trị hỗ trợ, và chiến lược thông khí được sử dụng trong cả HFV và CMV có thể là nguyên nhân của sự không đồng nhất này. Các nghiên cứu sử dụng hoặc đạt được một chiến lược thể tích phổi tối ưu không cho thấy bất kỳ lợi ích nào của HFV. Dựa vào hai thử nghiệm ngẫu nhiên có đối chứng lớn nhất, người ta đã gợi ý rằng HFV sử dụng với chiến lược thể tích phổi tối ưu có thể tốt hơn thông khí cơ học thông thường ở trẻ non tháng có RDS nặng nếu được sử dụng liên tục trong suốt thời gian thở máy trong khi nằm viện.[97,98]
Theo báo cáo này, chỉ có một thử nghiệm đối chứng ngẫu nhiên đã so sánh HFV với thông khí cơ học thông thường ở trẻ sơ sinh đủ tháng vì có hội chứng hít phân xu (MAS).[99] Nghiên cứu này cho thấy hệ thống thông khí dao động tần số cao (HFOV) là một phương thức thông khí hiệu quả, đặc biệt khi thông khí cơ học thông thường thất bại. Tuy nhiên, tỷ lệ tử vong và bệnh suất lâu dài đáng kể không khác nhau giữa các nhóm. Điều này có thể đã bị ảnh hưởng bởi tuổi tương đối cao theo ngẫu nhiên (40 giờ) và tỷ số chéo cao ở mỗi nhánh điều trị (> 50%). Một thử nghiệm ngẫu nhiên được kiểm soát điều tra việc sử dụng HFOV và/hoặc hít nitric oxide cũng cho thấy sự oxy hóa được cải thiện khi chuyển từ thông khí thông thường sang HFOV trong điều trị MAS.[100] Hơn nữa, kết hợp nitơ oxit hít với HFOV là tốt hơn so với kết hợp với thông khí cơ học thông thường.
Việc sử dụng HFV trong thiểu sản phổi chỉ được báo cáo trong báo cáo trường hợp và các loạt ca bệnh. Hầu hết các báo cáo này mô tả sự sống sót được cải thiện sau khi dùng HFV trong việc xử trí thoát vị cơ hoành bẩm sinh hầu như được so sánh với điều trị trước đây.[101,102] Các báo cáo cho thấy không có lợi từ HFV sử dụng như là một liệu pháp cứu hộ, áp dụng cho những bệnh nhân thất bại với thông khí cơ học thông thường (áp lực cao), do đó phổi của họ phải chịu volutrauma trong một khoảng thời gian đáng kể.[103,104] Trong bài viết này, không có thử nghiệm ngẫu nhiên có kiểm chứng nào khẳng định tác động rõ ràng có lợi này của HFV và tác động của nó lên các thông số kết cục dài hạn.
THÔNG KHÍ BẢO VỆ PHỔI: CAI MÁY VÀ RÚT NỘI KHÍ QUẢN
Mặc dù chiến lược thông khí bảo vệ phổi có thể làm giảm tổn thương phổi, nhưng nó không bao giờ có thể hoàn toàn ngăn ngừa được. Vì lý do này, trẻ sơ sinh cần được cai máy từ sự hỗ trợ thông khí xâm lấn càng sớm càng tốt và chuyển trở lại các phương thức hỗ trợ hô hấp không xâm lấn. Việc kéo dài thời gian thở máy trong hơn một vài ngày sẽ làm tăng nguy cơ BPD.[3] Hơn nữa, thông khí cơ học (kéo dài) cũng có liên quan đến nguy cơ tăng kết quả phát triển thần kinh bất lợi ở trẻ sơ sinh non tháng.[2]
Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các phương thức hỗ trợ không xâm lấn như áp lực dương tính liên tục và thông khí áp lực dương qua mũi sẽ làm tăng cơ hội chuyển thành công các trẻ non tháng từ thông khí xâm lấn không cần thiết.
CÁC ỨNG DỤNG THỰC TIỄN VÀ NGHIÊN CỨU
Mục tiêu trong quá trình thở máy của trẻ sơ sinh là phải thiết lập sự trao đổi khí thích hợp trong khi giảm thiểu VILI càng nhiều càng tốt. Nghiên cứu trên động vật cho thấy chiến lược thông khí có lẽ quan trọng hơn chế độ thông khí khi cố gắng đạt được mục tiêu này. Một chiến lược thông khí bảo vệ phổi như vậy sẽ làm giảm sự quá căng phế nang (volutrauma) và xẹp phổi (atelectrauma). Khi sử dụng thông khí cơ học thông thường, bác sỹ lâm sàng có thể nhắm mục tiêu cho một thể tích khí lưu thông từ 4 đến 7 mL/kg và giảm biến động càng nhiều càng tốt bằng cách chọn một chế độ thông khí hướng tới thể tích. Thêm vào đó, PEEP cần được sử dụng để ổn định thể tích phổi khi thở ra, sử dụng oxy hóa như một chỉ số huy động thể tích phổi. Một lựa chọn tốt thay thế cho thông khí thông thường là HFV. Chế độ này sử dụng thể tích khí lưu thông rất nhỏ, do đó làm giảm nguy cơ volutrauma. Tuy nhiên, HFV sẽ chỉ bảo vệ phổi tối ưu nếu kết hợp với thể tích phổi tối ưu hoặc chiến lược thông khí phổi mở. Một lần nữa, oxy hóa có thể đóng vai trò như một công cụ giám sát gián tiếp cho EELV. Cuối cùng, những bệnh nhân cần thông khí cơ học xâm lấn phải được rút ngắn càng sớm càng tốt, làm hạn chế thời gian thông khí và tổn thương phổi tiếp theo càng nhiều càng tốt.
Mặc dù thông khí cơ học xâm lấn đã được sử dụng ở trẻ sơ sinh trong gần 50 năm, vẫn còn một số vấn đề chưa được giải quyết cần được giải quyết trong các nghiên cứu trong tương lai. Thứ nhất, thể tích khí lưu thông tối ưu trong quá trình thông khí cơ học thông thường cần được thiết lập trong một thử nghiệm đối chứng ngẫu nhiên so sánh thể tích khí lưu thông thấp hơn với các quần thể bệnh nhân cụ thể. Thứ hai, những ảnh hưởng có lợi của việc thông khí hướng tới thể tích được báo cáo trong một phân tích gộp tổng hợp một số thử nghiệm nhỏ cần được xác nhận trong một thử nghiệm ngẫu nhiên lớn. Thứ ba, các nghiên cứu trong tương lai cần xác nhận hiệu quả có lợi của việc huy động và bình ổn phổi (chiến lược phổi mở) trong quá trình thông khí cơ học thông thường. Cuối cùng, cần có nhiều công cụ trực tiếp hơn để đo thể tích phổi, như là chụp cắt lớp trở kháng điện trở. Những công cụ này cần được tối ưu hóa cho việc sử dụng lâm sàng và ảnh hưởng của chúng đến các kết cục có liên quan lâm sàng.
