Mechanical ventilator weaning and Physiotherapist...

MECHANICAL VENTILATOR

AND

WEANING

FROM


Mr.Sakol Patcharapanyawat

BMC’s Chest PT

Contents

- Basic respiratory system Mechanics

- Basic Physiology of gas Exchange

- Assessment and management in respiratory

insufficiency

- Mechanical ventilator (Mode and Weaning process)

Factors Contributing to

understand to Mechanical

Ventilator

Atmosphere

Tissue cell

Alveoli of lungs

Pulmonary

circulation

Systemic

circulation

CO2 O2

Food + O2 CO2 + HO2 + ATP

O2

CO2

CO2

O2

1

Steps of external respiration

Ventilation or gas exchange between

the atmosphere and air sacs (alveoli)

in the lungs

Exchange of O2 and CO2 between air

in the alveoli and the blood

Transport of O2 and CO2 between the

lungs and the tissues

Exchange of O2 and CO2 between the

blood and the tissues

Internal respiration

2

3

4

FiO2

Compliance

Respiratory Quotient

-V/Q matching

-Shunt & Dead space

A–a gradient

Hypoxemia

Hypoxia

http://www.aic.cuhk.edu.hk/web8/mechanical_ventilation.htm

Paw=Flow x Resistance + Volume + PEEP

Compliance -------------

Equation of Motion

A. Pressure(resistive)= Flow x Resistance

B. Pressure(elastic)=Volume/Compliance

COMPLIANCE

C= V/P

Compliance

The Compliance:

The compliance of a system is the

volume change per unit change in pressure

C = ------ ∆V

∆P

สาเหตของการลด compliance และการเพม resistance ในผปวยทใช

เครองชวยหายใจ

Pneumothorax

Congestive heart failure

ARDS

Consolidation

Pneumonectomy

Pleural effusion

Abdominal distention

Chest wall deformity…

Bronchospasm

Secretion

Small endotracheal tube

Mucosal edema…

ลด compliance เพมresistance

FiO2 =Fraction of inspired oxygen

O2 content of air 20.93% (PO2 160 mmHg)

Alveolar air 14.2% (PAO2 104 mmHg)

Arterial blood sat. 97% (PaO2 100 mmHg)

Tissue (requires at least 10 mmHg at mitochondria)

Venous blood PvO2 40 mmHg

O2 content of expired air 16.3%

O2 Content in Arterial Blood

Effects of Inhalation of 100% O2

Breathing air Breathing 100% O2

(150 mmHg) (760 mmHg)

ALVEOLAR AIR

O2 tension 104 mmHg 676 mmHg

ARTERIAL BLOOD

O2 tension 100 mmHg 637 mmHg

O2 saturation 97% 100%

O2 combined with Hb 19.5 ml% 20.1 ml%

O2 dissolved in plasma 0.3 ml% 1.9 ml%

Total O2 content 19.8 ml% 22.0 ml%

Adverse Effects of High O2

conc. COPD case ผปวยม PaCO2 สงอยนาน ----> หายใจดวย hypoxic drive

ให O2 มากไป --> hypoxic drive ---> PaCO2 ---> CO2 narcosis

ควรให O2 เพยงพอทจะแก hypoxia โดยไม remove respiratory drive

(SpO2 ≈ 92%)

Retrolental fibroplasia พบในเดก premature ทได O2 > 40% เปนเวลานาน

เกด fibrovascular membrane ท posterior ตอ lens ROP BLIND

Ventilation/Perfusion Matching

V/Q Matching

• Ideal Lung

-V/Q ratio = 0.8 - 1

• Lung “ Three Zones”

-Zone 1: V > Q V/Q > 1 Dead space

-Zone 2: V = Q V/Q = 1

-Zone 3: V < Q V/Q < 1 Shunt

SHUNT AND DEAD SPACE ?

Dead Space

#Non-gas exchanging

Areas –or

#Areas of the lungs

Normally involved in gas

Exchange ,however blocked

or

Impaired blood flow

preventing this.

Shunt

Results from anything

that interferes with the

Movement of air down

to the gas exchanging

areas.

Shunt & Dead space

Hypoxia and Hypoxemia

- Hypoxemia low PaO2

- Hypoxia Cells lack of O2

Anaerobic metabolism

Lactic acid production

HCO3 Base excess (BE) ≥ -3 mEq/l

_

CO2 production

RQ = --------------------- as a ratio

O2 consumption.

At rest:

O2 consumption=250-300 ml/min(VO2).

CO2 production =200-250ml/min(VCO2).

Respiratory Quotient(RQ)

หลกการประเมนผปวยทม RESP. INSUFF. ในความรนแรงตางๆ

Function Tested Acceptable O2 Therapy, Endotracheal

range close monitoring intubation w

mechanical

ventilation

MECHANICS

Respiratory rate 1/min 12-25 25-35 > 35

Vital capacity ml/kg 70-30 30-15 < 15

Inspiratory force cmH2O 100-50 50-25 < 25

OXYGENATION

D(A-a)O2 mmHg 50-200 200-350 > 350

( 100% O2 )

SpO2 % ≥ 92% ≥ 90% < 90%

(room air) (O2 mask) (O2 mask)

VENTILATION

PaCO2 mmHg 35-45 45-60 > 60

หลกการประเมน Shunt ในปอดจากคา ABG

• PaO2 = FiO2 x 500

• PaO2/FiO2 = 500 normal

(P/F ratio) ≤ 400 shunt effect

≤ 300 on ventilator(Acute lung injury)

≤ 200 true shunt › 20%

ARDS

Definition of Weaning

The transition process from

total ventilatory support

to spontaneous breathing.

This period may take many forms ranging

from abrupt withdrawal to gradual

withdrawal from ventilatory support.

CPG : Weaning(1)

หลกการพจารณากอนการหยาเครองชวยหายใจ -หมดขอบงชทตองใชเครองชวยหายใจ -อาการทางคลนคหรอภาพ Chest X-Rayดขน

-STABLE HEMODYNAMIC -ไมมความผดปกตของกรดดาง รวมทงระดบ Mg,PO4,K

-ไมมความเจบปวด -ไมม active GI bleeding, Hyper/hypothyroid

-สภาวะทางโภชนาการคงท

CPG : Weaning(2)

ดชนบงชความส าเรจ(ตองดประกอบกบอาการทางคลนก) Mechanical measurement

-RR < 30/min,> 8 /min

-Vt > 5ml/Kg

-Rapid shallow breathing index(f/Vt)< 100 /min/L

-NIP < -30 cmH2O

Oxygenation indices

-PaO2/FiO2 >300

-P(A-a)O2 <350 mmHg

Ventilation indices

-PCO2 < 60 mmHg

-MV<10 L/min

-MVV > 2x MV

-VC >10 cc/kg

What is mechanical ventilator?

Definition

Mechanical ventilator is the use of a mechanical

device (machine) to inflate and deflate the lungs.

Operative Definition

1. Tidal volume (Vt) คอ ปรมาตรอากาศทไหลเขาออกจากปอดผปวยตอการหายใจ1 ครง วดไดจากลมทออกจากเครองทต าแหนง expiratory value

2. Minute volume (MV) คอ ปรมาณลมหายใจออกทงหมดใน 1 นาท มหนวยเปน (L/min) (MV = Vt X RR) 3.Peak Inspiratory Pressure (PIP, Ppeak) คอ คาความดนในหลอดลมทวดไดสงสดในจงหวะการหายใจเขา หรออาจเรยก peak airway pressure

4.Plateau Pressure (Ppla) คอ คาความดนในจงหวะสนสดการหายใจเขาแลวคางไว บงชถงความยดหยนของเนอปอด

Phases of breath

• Start inspiration-------Trigger

• Sustain inspiration------ Limit

• End inspiration--------Cycling

• Sustain Expiratory-----Base line

5 basic breath types

Breath Trigger Target Termination / cycle

Volume assist (VA)

Pt Inspir flow Set Vt

Volume control (VC)

Vent Inspir flow Set Vt

Pressure assist (PA)

Pt insp P Insp. time

Pressure control (PC)

Vent insp P Insp. time

Pressure support (PS) Pt insp P % decrease inspire flow

5.Inspiratory flow (IF) คอ อตราการไหลของอากาศเขาสปอดมหนวยเปน (L/min) การตง IF ตงได 3 แบบ

• - square pattern flow จะคงทตลอด

• - decelerated pattern flow จะมากตอนแรกแลวคอยๆ ลดลง

• - sine pattern flow จะคอยๆ เพมจนสงสดแลวลดลง


6.Airway resistance คอ แรงตานในหลอดลม ซงถาวดจากเครองชวยหายใจมกจะรวมแรงตานในทอชวยหายใจเขาไปดวย วดโดยการใชสตร P peak – P pla มหนวยเปน Cm H2O

IF

ในทางปฏบตเวลาวดเราจะตงเครองชวยหายใจ โดยใช constant flow ท 60 L/ min ซงจะท าให IF = 1 L/sec ท าใหเวลาวด airway resistance จะค านวณงายโดยเอา Ppeak ลบ Ppla ไดคาออกมาเลย

7. I : E ratio คอ สดสวนของเวลาทหายใจเขา (I) ตอเวลาทหายใจออก (E) การหาปกต I : E จะนอยกวา 1 เสมอ ยกเวน กรณพเศษทเราตองการตงเวลาการหายใจเขาใหนานกวาปกตในผปวยท hypoxemia ท refractory ตอวธการหายใจทวไป

8.Sensitivity (S) คอ คาความไวของเครองทก าหนดใหผปวยตองออกแรงเพอกระตน(trigger) ใหมการหายใจเขา 9. Positive end expiratory pressure (PEEP) คอ การก าหนดใหมแรงดนบวกในตอนหายใจออก ท าใหมลมคางอยบางสวนในปอด



10.ลกษณะการหายใจ

- Assist ventilation (A) คอ การหายใจแรงดนบวก โดยใหผปวยเปนผกระตนการหายใจเขา - Control ventilation (C) คอ การหายใจแบบแรงดนบวก โดยเครองเปนตวก าหนดการหายใจทกครง ดงนน RR เครอง = RR ผปวย - Assist/ control ventilation (A/C) คอ การหายใจผสมผสานของ 2 วธขางตน คอ เครองจะหายใจใหผปวยเทากบ RR ทตง แตในบางจงหวะ ถาผปวยหายใจไดเองและมแรงดงมากกวา Sensitivity ทตงไว เครองกจะท างานเพมได


Common modes of ventilation

1. Continuous mandatory ventilation (CMV) เครองเปนตวก าหนดลมทกครงของการหายใจ โดยอาจเปนแบบ A, C, A/C กได

2. Synchronous mandatory ventilation (SIMV) เครองเปนตวก าหนดลมเขาปอดเปนครงคราวสลบกบการหายใจโดยผปวยเปนคนเรมตน

3. Pressure Control ventilation (PCV) เครองจะใหแรงดนบวกเขาโดยการควบคมใหผปวยหมดแบบ control มกใชใน ARDS รนแรง ท airway pressure สงมาก

4. Pressure support ventilation (PSV) เครองจะใหแรงดนบวกเขาแตการควบคมเวลาในการหายใจเขาออกผปวยจะเปนผก าหนดเพยงแตตงระดบความดนไวเทานน

5. Continuous positive airway pressure (CPAP) คอ การหายใจทผปวยตองออกแรงหายใจเอง แตเครองจะชวยโดยการอดลมเขาในทอเพอรกษาระดบแรงดนบวกตลอดทงการหายใจเขาและออก

Types of Ventilator

Waveforms Scalar:

Pressure – time

Volume – time

Flow – time

Loops: Pressure – volume

Volume – Flow

Flow – pressure

Trends:

Scalar

Pressure – volume loop

Volume controlled ventilation

Trends

หลกการท างานของเครองชวยหายใจ

spontaneous breathing

f

t

pAW

PEEP

Tinsp.

positive pressure

ventilation

t

Tinsp. Texp.

5

0

[mbar]

pPUL

ชนดของเครองชวยหายใจ

แบงไดเปน 3 แบบตามการสนสดของการหายใจเขา(Cycle)

1.Volume cycle ventilator เครองชวยหายใจชนดนการหายใจเขาจะสนสดลงเมอไดปรมาตรตามทตงไว เปลยนเปนการหายใจออกทนท 2. Pressure cycle ventilator เครองชวยหายใจชนดนการหายใจเขาจะสนสดลงเมอไดรบความดนตามทตงไว เครองชวยหายใจชนดน 3. Time cycle ventilator เครองชวยหายใจชนดนใชระยะเวลาในการหายใจเขาเปนตวสนสดระยะเวลาการหายใจเขา เมอครบเวลาตามทตงไวแลวจะสนสดการหายใจเขาเปนหายใจออกทนท *** Dual Control เครองชวยหายใจทประกอบดวย Pressure control และ Volume control รวมกน ความดนในการหายใจเขาระหวางการหายใจแตละครงจะปรบเปลยนไปโดยอตโนมต


Pressure cycle

• Mode:CMV,A/C pressure

• Rate: Exp time knob

• Trigger:Pressure

• FiO2 100% or air mixed

• Limitation:No Alarms

Bird® Ventilator


Volume cycle


Time cycle

Pressure Waveform

Paw

Modes of Mechanical

Ventilation

and

Step of Weaning.

Modes of Mechanical

Ventilation • Controlled Mechanical Ventilation (CMV)

Modes of Mechanical

Ventilation • Assist/Control Ventilation (A/C)

Weaning Process

• CMV A/C T-piece extubation

O2 mask room air

• Prolonged ventilated: A/CT-piece

A/CT-piece…

Modes of Mechanical

Ventilation • Intermittent Mandatory Ventilation (IMV)

Modes of Mechanical

Ventilation • Synchronized Intermittent Mandatory

Ventilation (SIMV)

Modes of Mechanical

Ventilation • Continuous Positive Airway Pressure

(CPAP)

Modes of Mechanical

Ventilation

Low Compliance Lung

Paw

Modes of Mechanical

Ventilation • Pressured-Controlled Ventilation (PCV)

Depiction of a “Dual Mode” Algorithm

CL or Pt demand decreases CL or demand increases

VT (500 ml)

restored

VT (600 ml)

PTARGET

PTARGET

PTARGET

VT (500 ml)

restored

Resulting Vt

(500 ml)

Flo

w

Pre

ssure

Insp

Exh

VT (400 ml)

Target breath

in dual mode

Target volume

(500 ml)

VT

High Press

Limit Tidal Volume

(reference centre)

Tidal Volume

(exhaled)

Dependent on

CL and Raw

Pi Delivered

to patient

Closed Loop – Auto flow, PRVC, APV,

Cst = 25 mL/cm H2O

(set at 500 mL)

Test Breath (s) ~ 500 mL Pi = 20 cm H2O

Modes of Mechanical

Ventilation • Pressure-Controlled Inverse-Ratio

Ventilation (PCIRV)

Clinical Advantages to APRV

Airway pressure release ventilation (APRV) • Results in lower PIP at similar MAP (CPAP w/ release)

• Spontaneous breathing and synchronized transitions can

lead to increased Patient Comfort and Synchrony

• Substantially more literature than any other new mode

Synchronized Transitions

Spontaneous Breath P

T

PEEPH

PEEPL

Modes of Mechanical

Ventilation • Pressure Support Ventilation (PSV)

Flow cycle

Modes of Mechanical

Ventilation • Mandatory Minute Ventilation (MMV)

Modes of Mechanical

Ventilation • Volume-Assured Pressure Support

(VAPS) or Volume Support (VS)

BIPAP* allows Spontaneous Breathing

during the Mandatory Stroke

• Reduction of the

invasiveness of Ventilation

• Reduction of Sedation

• One Ventilation Mode from

Intubation to Weaning

• More comfortable for the

Patient

• Fewer Alarms (easier

handling)

PCV

Spontaneous

Breathing

BIPAP

Mode of ventilator

1.Controlled mechanical ventilation (CMV)

2.Assist-control ventilation (ACV)

3.Synchronized intermittent mandatory ventilation (SIMV or IMV)

4.Pressure support (PS)

5.CPAP

6.BPAP

7.Pressure-regulated volume control (PRVC)

8.Airway pressure release ventilation (APRV) and Biphasic

9Adaptive support ventilation (ASV)

10.Volume support / Automatic Pressure Ventilation

11.High-frequency ventilation (HFV)

ผลแทรกซอนทเกดจากการใชเครองชวยหายใจ

1. ผลตอ CVS: hypotension, อาจเกดอาการคลาย cardiac tamponade

2. ผลตอ RS: อาจเกด pneumothorax

3. เกดภาวะ uneven ventilation: V/Q mismatch

4. เกด acid-base และ electrolyte imbalance • Hyperventilate: respiratory alkalosis, ซรม K+ ลดลง • Hypoventilate: respiratory acidosis, ซรม K+ เพมขน

5. หลอดเลอดในสมองหดตวเนองจาก PaCO2 ลดลง: อาจเกด cerebral hypoxia

6. เกด atelectasis เนองจากม Vt คงทและกาซทไดรบมความชนไมเพยงพอ 7. ผลแทรกซอนจากทอชวยหายใจและเครองชวยหายใจ 8. เกดการตดเชอ: Pseudomonas aeruginosa

ผลของการใชเครองชวยหายใจตอ Physiology ของรางกาย

1. ท าใหความดนในทางเดนหายใจและชองอกสงขน

2. ผปวยใชแรงในการหายใจลดลง 3. ท าใหหลอดลมขยายตว 4. สามารถเปลยนแปลงคา mechanical ventilatory

pattern ตามทตองการ 5. ปรบคา Vt ได และท าใหการกระจายของ ventilation ดขน

6. Cardiac output จะลดลงเนองจาก venous return ลดลง 7. Intracranial pressure จะสงขน

8. Urine output ลดลง เนองจากมการหลง ADH มากขน

9. ผลตอสภาพจตใจ: หวาดกลว วตกกงวล นอนไมหลบ ซมเศรา PU

การดแลผปวยทใชเครองชวยหายใจ

1. ปองกนการตดเชอ: physical therapy, humidification, secretion drainage & suction with aseptic technique

2. ระวงการตดเชอจากสงแวดลอม: สมผสโดยตรงจากบคคล 3. การจดทาผปวย: postural drainage, ใหอยในทานงบาง 4. ใหมการหายใจลก (sigh) เปนครงคราว: 6-8 ครง/ชวโมง 5. การดดเสมหะ: แตละครงไมเกน 10 วนาท, กอนและหลงตองให O2 เสมอ 6. ปองกน peptic ulcer: antacid, H2 antagonist

7. ปองกน gastric distention & ileus: ใส NG tube

8. ค านงถงเรอง nutrition: high protein, carbohydrate & vitamins

References

• Civetta,Taylor&Kirby’s Manual of Critical care.Andrea gabrielli

A.Joseph layon Mihae yu.

• Fundamental in critical care.รองศาสตราจารยนายแพทยเอกรนทร ภมพเชฐ

• http://wn.com/respiratory_care_and_mechanical_ventilation By

Thepakorn Sathitkarnmanee MD.

• http://wn.com/Mechanical_ventilation_-12_Auto_flow_English

http://wn.com/respiratory_care_and_mechanical_ventilation

http://wn.com/respiratory_care_and_mechanical_ventilation

THANK YOU

Mechanical ventilator weaning and Physiotherapist...

Documents

Transcript of Mechanical ventilator weaning and Physiotherapist...