Đồ họa máy thở: Dạng sóng, Vòng lặp và Các phép đo thứ cấp

Ventilator Graphics: Scalars, Loops, & Secondary Measures

Amanda M Dexter and Kimberly Clark

Respiratory Care June 2020, 65 (6) 739-759; DOI: https://doi.org/10.4187/respcare.07805

Dịch bởi: BS. Đặng Thanh Tuấn – BV Nhi đồng 1

TÓM TẮT

Giám sát đồ họa thông khí phổ biến trong ICU. Thông tin đồ họa cung cấp cho các bác sĩ lâm sàng những manh mối tức thì liên quan đến sự tương tác giữa bệnh nhân và máy thở và chức năng của máy thở. Các công cụ hiển thị này nhằm giảm các biến chứng liên quan đến thở máy, chẳng hạn như sự không đồng bộ giữa bệnh nhân và máy thở. Nó cũng hữu ích để đánh giá cơ học hô hấp ở bệnh nhân thở máy bằng cách sử dụng cả hiển thị biểu đồ dạng sóng và vòng lặp trên máy thở. Thông tin bổ sung có thể thu được bằng cách quan sát các trị số thở máy thứ cấp bao gồm chỉ số căng thẳng, điểm uốn và công thở. Đồ họa máy thở tác động đến việc xử trí thông khí cơ học thông qua việc tối ưu hóa hiệu quả chăm sóc bệnh nhân và tăng cường phản ứng kịp thời của bác sĩ lâm sàng. Mặc dù là một tài sản quý giá trong việc cung cấp dịch vụ chăm sóc bệnh nhân chất lượng cao, nhiều bác sĩ lâm sàng tại giường bệnh không có hiểu biết thấu đáo về đồ họa máy thở. Thành thạo về diễn giải đồ họa máy thở là chìa khóa trong việc xử trí bệnh nhân đang được hỗ trợ thông khí.

GIỚI THIỆU   

Diễn giải đồ họa máy thở là một thành phần quan trọng trong xử trí bệnh nhân cấp tính và mãn tính đang được thở máy. Nếu không theo dõi và xác định đúng các vấn đề liên quan đến cơ hô hấp bằng đồ họa máy thở có thể dẫn đến các biến chứng như không đồng bộ bệnh nhân-máy thở, thời gian thở máy kéo dài, thời gian nằm viện lâu hơn, tăng chi phí và thậm chí tử vong. Những nỗ lực đã được thực hiện trong những năm qua để cải thiện chất lượng của công nghệ máy thở. Mặc dù nhiều nhà sản xuất đã tìm cách triển khai màn hình máy thở dễ hiểu, nhưng nhiều chuyên gia chăm sóc sức khỏe không được đào tạo bài bản về phân tích đồ họa máy thở. Khả năng của các bác sĩ lâm sàng tại giường trong việc giải thích và xử trí bệnh nhân một cách đầy đủ trên cơ sở đồ họa máy thở đã được chú ý nhiều do sự gia tăng tỷ lệ mắc bệnh và tử vong ở những bệnh nhân thở máy. Phân tích đồ họa máy thở có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa tương tác giữa bệnh nhân và máy thở. Việc sử dụng đồ họa máy thở như biểu đồ dạng sóng, vòng lặp, chỉ số căng thẳng, điểm uốn và công thở (WOB) đã được mô tả trong tài liệu như những cách để cải thiện xử trí chăm sóc ở bệnh nhân thở máy. Bài báo này sẽ xem xét đồ họa về máy thở, cách sử dụng sinh lý của chúng tại giường và tác động đã biết của chúng đối với các chiến lược xử trí bệnh nhân thở máy.

ĐỒ HỌA MÁY THỞ: HIỆN TẠI

Việc xử trí những bệnh nhân nặng cần thở máy tiêu tốn nhiều nguồn lực và thời gian. Những bệnh nhân này cần được chăm sóc phức tạp và có nguy cơ cao bị các tác dụng phụ. Việc giám sát không đầy đủ đồ họa máy thở có thể gây nguy hiểm đáng kể cho sự an toàn của bệnh nhân, dẫn đến các biến chứng như không đồng bộ và tăng WOB, cũng như các kết quả bất lợi.1 Đào tạo cho toàn bộ nhóm chăm sóc bệnh nhân về xử trí liên tục bệnh nhân về thông khí xâm lấn và không xâm lấn là nói chung là hạn chế; Ngoài ra, hầu hết các bác sĩ lâm sàng có rất ít, nếu có, được đào tạo chính quy về cách giải thích các dạng sóng của máy thở. Việc theo dõi đồ họa máy thở cho thấy cơ hội áp dụng sinh lý hô hấp tại giường bệnh và sử dụng khoa học để cải thiện việc chăm sóc bệnh nhân. Rất tiếc, thông tin này thường không được tích hợp vào thực hành hàng ngày đối với nhiều bác sĩ lâm sàng. Do đó, dù thông tin thích hợp có sẵn trên màn hình máy thở, và các bác sĩ lâm sàng ít chú ý đến, ngoài các hiển thị bằng số. Đồ họa máy thở hiếm khi được công nhận xứng đáng, và về mặt nào đó, công nghệ tiên tiến này đã vượt qua khả năng sử dụng thông tin đúng cách của các bác sĩ lâm sàng.2 Bất chấp những trở ngại này, diễn giải đồ họa là chìa khóa trong việc xử trí bệnh nhân được hỗ trợ thông khí. Năm 2005, Durbin3 đề nghị các bác sĩ lâm sàng nên thường xuyên tiếp xúc với đồ họa máy thở để cải thiện sự thoải mái và năng lực. Đồ họa về máy thở tạo thành một công cụ tại giường bệnh có giá trị và sự hiểu biết thấu đáo về thông khí cơ học có thể ảnh hưởng đến chất lượng chăm sóc được cung cấp trong các ICU. Theo dõi tiêu chuẩn hóa đồ họa máy thở có thể hữu ích để cải thiện sự đồng bộ giữa bệnh nhân và máy thở, giảm WOB, cải thiện sự thoải mái của bệnh nhân và giảm kết cục tử vong ở bệnh nhân thở máy.⁴

SINH LÝ HÔ HẤP ỨNG DỤNG

Để hiểu đồ họa máy thở, bác sĩ lâm sàng cần xem xét một mô hình của hệ thống hô hấp. Hình 1 thể hiện hệ thống phức tạp của đường thở và các đơn vị phổi ở dạng đơn giản dễ hiểu hơn. Mô hình phổ biến nhất cho mục đích này được gọi là mô hình một ngăn của hệ thống hô hấp.^5-9 Chức năng của mô hình này là cho phép các bác sĩ lâm sàng thực hiện các phép đo của 3 thông số máy thở phổ biến nhất và sử dụng chúng để mô tả các đặc tính cơ học của hệ thống hô hấp hữu ích để hiểu cả sinh lý bệnh nhân và sự tương tác giữa bệnh nhân với máy thở. Có 2 đặc tính cơ cơ bản được quan tâm. Đầu tiên là sức cản (resistance), được định nghĩa là tỷ lệ giữa sự thay đổi áp lực với thay đổi lưu lượng và thứ hai là độ đàn hồi (elastance), được định nghĩa là tỷ số giữa sự thay đổi áp lực và sự thay đổi thể tích.^5,6,10,11

Hình 1. Mô hình một ngăn của hệ hô hấp. Từ tài liệu tham khảo 9

Các bác sĩ lâm sàng cũng phải hiểu rằng mô hình hệ thống hô hấp có thể có nhiều dạng: nó có thể là một hình ảnh (Hình 1), nó có thể là vật lý (ví dụ, mô hình ống hút và quả bóng bay), hoặc nó có thể là toán học (tức là, được biểu thị dưới dạng của áp lực, thể tích và lưu lượng như các hàm của thời gian). Dạng hữu ích nhất của mô hình một ngăn của hệ hô hấp là dạng toán học, được gọi là phương trình chuyển động (equation of motion) của hệ hô hấp: P_vent = (E × V) + (R × V̇), hoặc Pvent = ( V/C) + (R × V̇), trong đó P_vent là áp lực do máy thở tạo ra, E là độ đàn hồi của hệ thống hô hấp, V là thể tích theo thời gian, R là sức cản đường thở, V̇ là lưu lượng theo thời gian và C là độ giãn nở hệ thống hô hấp. Đây là khái niệm quan trọng nhất trong việc hiểu đồ họa máy thở và tương tác giữa bệnh nhân và máy thở. Nó bắt đầu với định luật chuyển động thứ ba của Newton, trong đó nói rằng áp lực mà máy thở tạo ra trái ngược với một áp lực bằng và ngược chiều do bệnh nhân tạo ra.¹² Phương trình toán học sau đó có thể được mở rộng ở phía bên phải để cho thấy áp lực do bệnh nhân tạo ra. Thực tế có 2 yếu tố, độ đàn hồi và sức cản đường thở.^5,6,10 Sử dụng các định nghĩa chung cho độ đàn hồi và sức cản đường thở, phương trình có thể được mở rộng hơn nữa để chỉ ra mối quan hệ giữa 3 thông số máy thở phổ biến nhất (tức là áp lực, thể tích và lưu lượng như các hàm của thời gian) và trong số 2 yếu tố cơ học hô hấp (tức là độ đàn hồi và sức cản của đường thở). Phương trình chuyển động cũng là cơ sở lý thuyết để xác định chế độ thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát áp lực (pressure control continuous mandatory ventilation) và chế độ thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát thể tích (volume control continuous mandatory ventilation) của thông khí cơ học (Hình 2).^5,6,10 Thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát áp lực kiểm soát phía bên trái của phương trình toán học. Về cài đặt máy thở, kiểm soát áp lực có nghĩa là bác sĩ lâm sàng thiết lập hình dạng của dạng sóng áp lực. Ngược lại, thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát thể tích có nghĩa là bác sĩ lâm sàng kiểm soát vế phải của phương trình. Điều này ngụ ý rằng bác sĩ lâm sàng thiết lập hình dạng của cả dạng sóng thể tích khí lưu thông (V_T) và dạng sóng lưu lượng hít vào. Hơn nữa, phương trình chuyển động giúp các bác sĩ lâm sàng giải thích các quan sát tại giường về đồ họa máy thở. Trong thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát thể tích, nếu độ đàn hồi hoặc sức cản đường thở tăng, áp lực đỉnh thở ra (PIP) tăng. Trong thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát áp lực, nếu độ đàn hồi hoặc sức cản của đường thở tăng lên, thể tích và lưu lượng thay đổi. Trong thực hành lâm sàng, những nỗ lực tự phát của bệnh nhân cũng cần được tính đến. Điều này được thực hiện bằng cách thêm một số hạng vào bên trái của phương trình: P_vent + P_mus = (E × V) + (R × V̇), trong đó P_mus là áp lực cơ hoặc nỗ lực tự phát của bệnh nhân. áp lực tạo ra bởi các cơ liên quan đến quá trình thở tự phát, chẳng hạn như cơ hoành và cơ liên sườn. Nếu áp lực cơ trên 0, hiện tượng thở tự phát và sẽ có những ảnh hưởng đến áp lực, thể tích hoặc lưu lượng, tùy thuộc vào phương thức thở máy.^5,6,10 Thêm khái niệm về áp lực cơ hô hấp giúp bác sĩ lâm sàng hiểu được các quan sát khác tại giường bệnh bằng cách sử dụng đồ họa máy thở. Trong thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát thể tích, vế phải của phương trình phải không đổi. Do đó, nếu bệnh nhân cố gắng tự phát, được định nghĩa là tăng áp lực cơ, áp lực máy thở (P_vent) phải giảm để giữ cho tổng các số hạng ở bên trái của phương trình không đổi. Về mặt hình ảnh, điều này chứng tỏ sự biến dạng của dạng sóng áp lực, một dạng không đồng bộ giữa bệnh nhân và máy thở.

Sự không đồng bộ giữa bệnh nhân và máy thở là do các yếu tố khác nhau liên quan đến sự không phù hợp giữa nhu cầu thời gian, lưu lượng, thể tích hoặc áp lực của hệ thống hô hấp của bệnh nhân và máy thở.¹³ Các nguyên nhân phổ biến nhất của sự không đồng bộ giữa bệnh nhân và máy thở có liên quan đến độ nhạy kích hoạt, phân phối lưu lượng, và các tiêu chí về chu kỳ, có thể có ảnh hưởng sâu sắc đến việc kiểm soát thần kinh của nhịp thở.¹⁴ Kiểm soát thần kinh của nhịp thở được điều chỉnh bởi các thụ thể hóa học và thụ thể phổi để cảm nhận những thay đổi trong thành phần hóa học của máu và các chất dịch khác (ví dụ: pH, PO₂, PCO₂) và các thay đổi về đặc tính cơ học (ví dụ: tải cơ, độ căng quá mức), tương ứng. Ví dụ, việc kích hoạt chậm (delayed triggering) hoặc mất kích hoạt (missed triggering) có thể gây ra quá tải cơ dẫn đến khó chịu, tăng WOB và khó thở.^14-15 Năm 2006, Thille và cộng sự đã đánh giá tỷ lệ không đồng bộ bệnh nhân-máy thở trong quá trình thông khí bắt buộc liên tục ở 62 đối tượng. Gần một phần tư các đối tượng đã trải qua một tỷ lệ cao các biến cố không đồng bộ giữa bệnh nhân và máy thở, chủ yếu là do kích hoạt không hiệu quả (ineffective triggering) và kích hoạt kép (double-triggering). Sự kích hoạt không hiệu quả được quan sát thấy thường xuyên nhất và có liên quan đến việc kích hoạt hít vào kém nhạy hơn, mức hỗ trợ áp lực cao hơn, V_T cao hơn và pH cao hơn. Trong nhóm đối tượng này, các yếu tố kích hoạt bị bỏ sót chủ yếu là hệ quả của PEEP nội sinh. 

Hình 2. Giải thích toán học thông khí cơ học. (A) Thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát thể tích. (B) Cài đặt cố định và những thay đổi bị ảnh hưởng trong quá trình thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát thể tích; những thay đổi trong cơ học hô hấp ảnh hưởng đến biểu đồ dạng sóng áp lực. (C) Thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát áp lực. (D) Cài đặt cố định và những thay đổi bị ảnh hưởng trong quá trình thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát áp lực; những thay đổi trong cơ học hô hấp ảnh hưởng đến thể tích và lưu lượng biểu đồ dạng sóng. (E) Sự biến dạng biểu đồ dạng sóng hoặc sự không đồng bộ giữa máy thở và bệnh nhân trong thông khí bắt buộc liên tục kiểm soát thể tích. P_vent = áp lực thông khí; E = sự đàn hồi hệ thống hô hấp; V = thể tích; R = sức cản đường thở; ̇ = lưu lượng theo thời gian.

Ngoài ra, tỷ lệ bệnh nhân không đồng bộ máy thở cao có liên quan đến thời gian thở máy dài hơn. Lựa chọn chế độ và cài đặt máy thở là các yếu tố ảnh hưởng đến sự không đồng bộ giữa bệnh nhân và máy thở.¹³ Cần hướng dẫn sự tương tác tối ưu giữa bệnh nhân và máy thở bằng cách chọn chế độ máy thở và các cài đặt giúp tăng khả năng kiểm soát thông khí của bệnh nhân. Những tiến bộ trong công nghệ thở máy đã giới thiệu các chế độ mới và cài đặt có thể thay đổi để cải thiện sự tương tác giữa bệnh nhân và máy thở. Việc giải thích đúng đồ họa máy thở và do đó xử trí bệnh nhân thở máy đòi hỏi bác sĩ lâm sàng phải hiểu biết toàn diện về sinh lý hô hấp, chức năng hô hấp của bệnh nhân và các nguyên tắc cơ bản của thở máy.

THIẾT KẾ MÁY THỞ

Khái niệm về thông khí cơ học hiện đại có thể bắt nguồn từ giữa thế kỷ 16 với mô tả của Vesalius về việc áp dụng thông khí áp lực dương.¹⁷ Tuy nhiên, những tiến bộ trong việc phát triển thông khí cơ học đã bị đình trệ cho đến giữa đến cuối thế kỷ 19 do sự thiếu hiểu biết về nguyên lý sinh lý. Thông khí áp lực âm đã trở thành phương tiện chủ yếu để cung cấp hỗ trợ thông khí bằng cách sử dụng áp lực dưới khí quyển cung cấp xung quanh cơ thể.^17-18 Việc sử dụng thông khí áp lực âm đạt đỉnh điểm trong dịch bệnh bại liệt vào giữa thế kỷ 20 với sự phát triển của phổi sắt. Tuy nhiên, những hạn chế và vấn đề liên quan đến hệ thống thông khí áp lực âm khiến nó không hiệu quả trong việc duy trì hệ thống thông khí nhất quán. Sự tập trung chủ yếu vào việc cung cấp hỗ trợ thông khí bắt đầu thay đổi với sự hiểu biết sinh lý học tăng lên về trao đổi khí, mở ra kỷ nguyên mới của máy thở áp lực dương xâm lấn trong ICU.¹⁷ Trong 60 năm qua, sự phát triển của thiết kế máy thở đã được cải thiện đáng kể từ việc chỉ cung cấp thông khí kiểm soát thể tích, kích hoạt bằng máy đến những tiến bộ hiện đại của hệ thống kiểm soát bằng vi xử lý được thiết kế để tăng khả năng kiểm soát thông khí của bệnh nhân thông qua việc cải thiện kích hoạt bệnh nhân, phân phối lưu lượng và các phương thức thông khí có thể tự động điều chỉnh các thông số thở để đáp ứng với các tình trạng bệnh nhân khác nhau.^17,19

Năm 2011, Kacmarek¹⁸ cho rằng có thể sử dụng nhiều yếu tố khác nhau để xác định tính hữu dụng của các tính năng thiết kế mới như cải thiện độ an toàn, giảm nguy cơ tổn thương phổi, oxygen hóa và thông khí hiệu quả hơn, cai máy cho bệnh nhân hiệu quả hơn và cải thiện tính đồng bộ giữa bệnh nhân với máy thở. Các yếu tố quan trọng khác cần được xem xét bao gồm khả năng giám sát và dữ liệu chính xác lấy từ máy thở dễ hiểu để xử trí máy thở hiệu quả. Máy thở ngày nay được thiết kế để nắm bắt tất cả các biến số thông khí có liên quan (ví dụ: lưu lượng, áp lực, thể tích) bằng cách sử dụng thiết bị truyền động, cảm biến và thuật toán xử lý tín hiệu kỹ thuật số để cung cấp chế độ thông khí mong muốn và sau đó hiển thị thông tin đó lại cho chúng tôi.

Trong thập kỷ qua, lĩnh vực thiết kế máy thở đã thay đổi. Ngày nay, máy thở ICU được kỳ vọng sẽ cung cấp thông tin ở dạng thuận tiện. Công nghệ máy thở có khả năng thiết kế và sản xuất khả năng thu và dịch hiệu quả các biến này. Các tín hiệu và dữ liệu khác nhau được truyền đạt quan trọng đối với việc xử trí thích hợp máy thở ICU. Tuy nhiên, vào năm 2005, Sanborn²⁰ đã đưa ra một vấn đề liên quan đến chất lượng yêu cầu của thông tin này, có liên quan đến khái niệm đo lường so với ước tính. Sanborn²⁰ nhấn mạnh rằng độ chính xác của dữ liệu và đồ họa lấy từ máy thở mang tính ước lượng hơn là đo lường chính xác. Ngắn gọn, độ chính xác cao đi kèm với giá cao, trong khi ước tính tốt đi kèm với mức giá hợp lý. Độ chính xác, liên quan đến đồ họa máy thở, luôn phải là trọng tâm của sự chú ý. Sanborn²⁰ lập luận rằng mặc dù độ chính xác của các biến số thông khí luôn là trọng tâm của sự chú ý, chất lượng của dữ liệu lấy từ máy thở phù hợp hơn với một ước tính đủ tin cậy hơn là một phép đo chính xác cao.

Những tiến bộ công nghệ và khả năng phức tạp thường vượt xa những gì mà nhiều bác sĩ lâm sàng có thể hiểu và sử dụng đầy đủ. Với việc xem xét đánh giá các yếu tố xác định tính hữu dụng của các tính năng thiết kế mới, độ tin cậy của dữ liệu lấy từ máy thở và khả năng sử dụng thông tin để xử trí máy thở phù hợp, các nhà sản xuất đã đạt được mức trần công nghệ chưa?

Năm 2009, Thille và cộng sự đã thực hiện một nghiên cứu thực nghiệm so sánh máy thở ICU thế hệ mới (khoảng năm 2006) với máy thở có sẵn trong năm 2000. Nhóm điều tra viên đã kiểm tra chức năng kích hoạt, khả năng điều áp và độ chính xác của phép đo áp lực và sức cản của quá trình thở ra khi thông khí hỗ trợ áp lực và thông khí kiểm soát thể tích. Tóm lại, máy thở mới không hoạt động tốt hơn máy thở cũ. Một số máy thở có đặc điểm hiệu suất kém hơn các máy cũ hơn, cho thấy có thể đã đạt đến mức công nghệ tiềm năng.²¹ Tương tự, Marjanovic và cộng sự²² nhằm cung cấp đánh giá toàn diện về 6 máy thở ICU gần đây, đánh giá cả hiệu suất công nghệ và tính công thái học của chúng. Các nhà nghiên cứu lưu ý rằng, mặc dù máy thở có hiệu suất kỹ thuật và thiết kế chức năng tương tự, các tính năng như vậy được coi là kém, do đó làm tăng nguy cơ sử dụng sai và các sự kiện bất lợi. Mặc dù rất nhiều nỗ lực đã được thực hiện để cải thiện các vấn đề kỹ thuật của máy thở, sự phức tạp ngày càng tăng có thể thực sự dẫn đến lỗi thiết kế. Không chỉ các chức năng được sử dụng không đầy đủ, mà các chức năng chính thường được xử lý không đúng cách. Ngoài ra, các yếu tố kiểm soát chất lượng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của máy thở. Govoni và cộng sự²³ đã thực hiện một nghiên cứu kiểm soát chất lượng đa trung tâm về hiệu suất của máy thở ICU. Các phát hiện cho thấy rằng hiệu suất tổng thể là tốt, nhưng có sự khác biệt về hiệu suất đáng kể; trong một số trường hợp, các sai số đáng kể đã được tìm thấy, đặc biệt là trong các biến liên quan đến thể tích và áp lực đỉnh. Đồ họa máy thở cung cấp một màn hình hiển thị trực quan về tương tác giữa bệnh nhân và máy thở và diễn giải đồ họa máy thở là một công cụ quan trọng để bác sĩ lâm sàng sử dụng để đánh giá những thay đổi trong cơ học hô hấp và phản ứng với liệu pháp cũng như khắc phục sự cố.