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205REVISTA CHILENA DE MEDICINA INTENSIVA. 2010; VOL 25(4): 205-210

ARTÍCULOS

Daño pulmonar inducidopor la ventilación mecánica

Francisco Arancibia Hernández1, Rodrigo Soto Figueroa2

INTRODUCCIÓN

En los albores de la ventilación mecánica se pudo recono-cer en modelos animales la fisiopatología del daño pulmo-nar inducido por el ventilador mecánico. Estos estudiosdemostraron que el empleo de grandes volúmenes corrien-tes se asociaba con alteraciones pulmonares que imitan alSDRA. En el otro extremo se observó que lo que en esemomento se llamó “ventilación monótona” en grupos noseleccionados de pacientes, el uso de volúmenes corrientespequeños generaba una falla respiratoria también progresi-va. Esto se minimizó en los primeros años mediante el usode suspiros, y posteriormente mediante el uso sistemáticode PEEP, luego de la incorporación del concepto de PEEPfisiológico por Shapiro1. Probablemente lo mencionadofueron las primeras descripciones de volutrauma y atelec-trauma respectivamente, que más adelante abordaremosen este artículo.

Por otra parte, existía gran celo en no exceder el empleode oxígeno por más de 30 horas en fracciones inspiradasmayores a 50%, pues los pacientes podrían desarrollar unaatelectasia hemorrágica progresiva “por oxígeno”2. No obs-tante, hoy en día muy probablemente atribuimos estefenómeno a daño por ventilación mecánica y la cuotaatribuible a la toxicidad por oxígeno hoy aparece incierta.

El daño pulmonar agudo (DPA) es un importanteproblema que afecta a la población a nivel mundial y a lossistemas de atención de salud. Rubenfeld y cols3 estiman quela DPA en los Estados Unidos afecta a más de 200.000personas cada año, y con un costo sanitario anual que superanlos 2 billones de dólares. En más del 75% de los casos el DPA

se asocian con sepsis severa, cuyo origen son infeccionespulmonares u otro foco. Los autores también encontraronque la mortalidad aumenta con la edad, y se estiman en másde 74.000 las muertes cada año en Estados Unidos por DPA.No obstante muchos pacientes no mueren de falla respirato-ria, pero sí de falla orgánica múltiple4.

La ventilación mecánica como soporte ventilatorio esvital en el tratamiento de un paciente con riesgo demuerte. Sin embargo, en las últimas dos décadas se haacumulado suficiente evidencia y actualmente es acepta-do que la ventilación mecánica puede por sí misma,iniciar o exacerbar el daño pulmonar, y contribuir a lamorbilidad y mortalidad del paciente. Otras complica-ciones asociadas al ventilador mecánico son: la neumoníaasociada al ventilador, y la atrofia muscular.

DAÑO PULMONAR AGUDO

El daño pulmonar inducido por el ventilador o VILI –sigla en inglés de ventilator-induced lung injury– esdefinido en 1998 por la International Consensus Confe-rences in Intensive Care Medicine5, como un daño pulmo-nar agudo directamente inducido por la ventilaciónmecánica en modelos animales, estas alteraciones imitanel SDRA. Así VILI suele ser indistinguible morfológica,fisiológica, y radiológicamente del daño alveolar difusode la lesión pulmonar aguda, y sólo puede generarse enforma pura en modelos experimentales en animales.

Cuando nosotros aplicamos ventilación mecánica a unpaciente con SDRA, lo estamos haciendo en un pulmónque Gattinoni y cols.6,7 lo denominaron “Baby lung” opulmón de niño. Esto se fundamenta en los estudiosrealizados con tomografía axial computarizada de tórax enque demuestran una disminución significativa de volumende gas del pulmón que presenta SDRA comparado con unpulmón normal y un aumento del peso del pulmón causado

1 Unidad de Paciente Critico del Instituto Nacional del Tórax.2 Unidad de Paciente Critico del Hospital Clínico de la Fuerza Aérea de

Chile

206 REVISTA CHILENA DE MEDICINA INTENSIVA. 2010; VOL 25(4): 205-210

BAROTRAUMA

Durante años, VILI fue sinónimo de barotrauma, quecorresponde a fugas de aire debido a la disrupción de lapared del espacio alveolar en pacientes que recibenventilación mecánica10.

La embolía aérea ha sido objeto de estudios clínicos yestudios experimentales notables como los realizados porMacklin11 en 1938. Él, estudió los mecanismos deruptura alveolar y encontró que la sobredistensión alveo-lar es el factor determinante para ocasionar la rupturaalveolar al compartimiento broncovascular y para que seproduzca es requisito básico la existencia de una gradien-te entre alvéolo y compartimiento broncovascular. Estagradiente aumenta tanto por incremento de la presiónalveolar como por caída de presión intersticial perivascu-lar. Recientes estudios han logrado una explicación delpunto de vista físico y ésta consiste en que si el stressexcede las propiedades de tensión máximas de las fibrasde colágeno esto lleva a una “ruptura por stress” delalveolo produciéndose el clásico barotrauma.

Las consecuencias adversas macroscópicas de la acumu-lación de aire extraalveolar suelen ser inmediatas y evidentes.Su manifestación más conocida es el neumotórax y la másseria es el neumotórax a tensión. Menos conocidas son elenfisema pulmonar intersticial, neumomediastino, enfisemasubcutáneo, neumoperitoneo, quistes pulmonares a ten-sión, y la embolia aérea. En varios estudios se ha reportadouna incidencia de barotrauma de 3% a 13% en los pacientescon SDRA y ventilación mecánica, sin embargo, su mortali-dad es menor al 2%12,13.

Así, en pulmones normales durante la respiracióntidal, el pliegue y despliegue de las paredes alveolares,ocurre con cambios mínimos en las fuerzas de distensión(stress), y no ocurre importante estiramiento de las paredesalveolares. En cambio, en pulmones enfermos, en que lapresión inspiratoria aumenta de manera significativa du-rante la ventilación mecánica, la situación cambia. Webb yTierney14, en su clásico trabajo, fueron los primeros en

por el edema, inflamación y detritus en los alvéolos eintersticio del pulmón, producto de la enfermedad.

La curva presión-volumen (P-V) se encuentra des-plazada hacia la derecha, con la aparición de un punto deinflexión inferior. Inicialmente éste se interpretó comoconsecuencia de la apertura de alvéolos y vías aéreas delas zonas dependientes del pulmón que se encontrabancolapsadas (atelectasias) por el propio peso de las áreassupraadyacentes (teoría de la esponja). Esta explicaciónha sido cuestionada por otros autores que piensan que sedebe a la entrada forzada de aire en unidades alveolaresrellenas de líquido (teoría del edema).

El pulmón con SDRA es heterogéneo en la distribu-ción de las lesiones, y en un corte transversal de TAC detórax se pueden distinguir esquemáticamente 3 áreas. Laprimera es el área no ventilada o dependiente, la segundaes el área bien ventilada e independiente y un área entreambas denominada mal ventilada (Figura 1). La aplica-ción de ventilación mecánica en estas áreas tiene distintosefectos, por ejemplo para abrir las áreas no ventiladasmantenerlas abiertas se requiriere un aumento de lapresión y del PEEP, en contraste estas altas presionespueden generar sobredistensión en las áreas bien ventila-das y secundariamente daño. De ahí la importancia deentender los mecanismos que determinan VILI paraminimizar sus efectos con el uso de una ventilaciónmecánica protectora.

Según Gattinoni y cols.8, VILI no es más que elexcesivo Stress y Strain regional/global aplicado a este“pulmón de bebé”. Entendiendo como stress la presión dedistensión o tensión aplicada a las estructuras del fibroes-queleto pulmonar y strain a la deformación generada poresta maniobra. En el pulmón, interdependiente como untodo a través de su fibroesqueleto, el stress mecánico resultaasociado con elongación (∆L) de las fibras desde suposición de reposo (Lo) y esto es lo que se llama strain(∆L/Lo). Stress y strain son por ende fenómenos íntima-mente ligados, como dos caras de la misma moneda y estose expresa en esta fórmula: Stress = K x strain (Figura 2).

En otros términos, el equivalente clínico de stress enel pulmón es la presión transpulmonar (presión de la víaaérea menos presión pleural) que se puede observar en laFigura 3, así mismo el equivalente clínico de strain es larazón entre el cambio de volumen (∆V) y la capacidadresidual funcional (CRF), el cual es el volumen pulmo-nar de reposo9, de ahí que a menor volumen pulmonarinicial, mayor será el porcentaje de deformación, dichode modo directo a menor volumen inicial mayor strainpara cada volumen corriente.

El daño inducido por la ventilación mecánica se originapor una injuria física: barotrauma, volutrauma y/o atelec-trauma, y la injuria inflamatoria o biotrauma4. Hecha estacategorización, debe mencionarse que estos mecanismos dedaño están íntimamente asociados uno y otro.

F Arancibia y col

Figura 1. TAC de tórax de un paciente con SDRA en que se observa unadistribución heterogénea y las distintas áreas que van de las no ventiladas alas sobredistendidas.


demostrar que la ventilación mecánica puede causaredema pulmonar. Ellos encontraron que altas presionesinspiratorias podrían lesionar los pulmones de un modeloanimal, así el desarrollo del edema es más rápido y severocuando los animales son ventilados utilizando presionesde 45 cm. H2O que con 30 cm. H2O. Esto confirma quepresiones elevadas en la vía aérea producen alteraciones dela permeabilidad capilar, edema pulmonar no hidrostáticoy daño tisular semejante al SDRA. Además, los autoresencontraron que el PEEP tuvo un efecto protector.

En pacientes sin injuria pulmonar, las presiones trans-pulmonares son bajas durante la respiración y un volumencorriente de más de 15 ml/kg es bien tolerado. Enpulmones aislados de ratas la superficie de la membranabasal no se incrementa hasta que los pulmones son infladosen más de 45%-50% de la capacidad pulmonar total.

En humanos el barotrauma tiene una relación noprobada con la presión de insuflación. Por décadas seafirmó a partir de experiencias en modelos animales yanestesia, que presiones máximas de insuflación mayoresa 40 cm. de agua aumentaban drásticamente la inciden-cia de barotrauma, sin embargo, este dato carece defuerza de evidencia pues son precisamente los pulmonesmás patológicos aquellos que experimentan las presionesmás altas y la mayor incidencia de barotrauma, de modoque hay un acoplamiento entre gravedad-neumotóraxque no permite afirmar cuál es la cifra recomendable opunto de riesgo de presión de insuflación.

Sin embargo, el volutrauma y el atelectotrauma sonlas principales causas de daño alveolar durante la ventila-ción con presion positiva5,15, generando disrupciónepitelial en esta estructura alveolar, aumento de lapermeabilidad y edema alveolar, hemorragia alveolar,membrana hialina, disfunción del surfactante pulmonary colapso alveolar.

VOLUTRAUMA

El volutrauma se define como el daño causado porsobredistensión alveolar secundario a altos volúmenesalveolares. El concepto de volutrauma fue descrito porDreyfuss16 en 1988, quien descubre que el edema alveo-lar en ventilación mecánica se debe a altos volúmenes yno a altas presiones. El autor en un modelo animal,ventila ratas usando altas presiones más altos volúmenestidal, bajas presiones más altos volúmenes tidal o altaspresiones más bajos volúmenes tidal. El único grupo queno desarrolló daño pulmonar fue el grupo que fueventilado con bajos volúmenes.

Años más tarde, en otro estudio los mismos autoresconcluyen que el volumen final inspiratorio es probable-mente el principal determinante del edema inducido porla ventilación17.

Así mismo, existe evidencia que el volutrauma puedeinducir o exacerbar daño pulmonar en humanos. Gajic ycols18 estudiaron a 322 pacientes en VM y altos volúme-nes corrientes fueron identificados como un factor riesgoindependiente de VILI.

ATELECTOTRAUMA

Atelectrauma o atelectasias cíclicas es un daño causado porlas fuerzas de deformación o de cizallamiento, que experi-mentan unidades alveolares sometidas a un fenómeno deexpansión alveolar durante la inspiración y colapso alveolardurante la espiración o apertura y cierre en cada ciclo

Daño pulmonar inducido por la ventilación mecánica

Firuga 2. La figura representa esquemáticamente un alveolo y segúnGattinoni stress corresponde a la presión de distensión o tensión aplicadasobre una superficie (_ = F/S) y strain a la deformación (_ = ∆L/Lo) generadapor esta fuerza. F =tensión, S =superficie, Lo =posición de reposo, ∆L=elongación de las fibras desde su posición de reposo.

Firuga 3. Presión transpulmonar = (presión alveolar - presión pleural).


respiratorio19,20. El sustrato esencial de este fenómeno esla inestabilidad alveolar. Acorde a la información obtenidamediante técnicas de biomicroscopia, los alvéolos sanos enun ciclo respiratorio típico tienen una deformación míni-ma, y serían los bronquiolos respiratorios los que experi-mentan mayor cambio físico, pero en general las líneas defuerza se distribuyen de un modo que genera cambioanatómico mínimo. En cambio en el pulmón de unpaciente con SDRA existe tendencia al colapso, particular-mente en las unidades alveolares de las zonas dependienteso inferiores, esto condicionado por una suma de factorestales como: la pérdida y desnaturalización de surfactante,el efecto del peso del tejido suprayacente y el corazón, y elmarcado edema inflamatorio intraalveolar. Existen enton-ces zonas de colapso pasivo por compresión, y zonas deconsolidación inflamatoria, que tienen distinta respuesta alser sometidas a una fuerza de insuflación. Las zonascolapsadas son conceptualmente reexpandibles o recluta-bles, y las consolidadas no lo son. Esta gama de respuestasante la insuflación hace que existan fenómenos de expan-sión diferencial. Las nombradas fuerzas de cizallamientosurgen de que la deformación generada por la insuflaciónes multidireccional, de modo que se producen traccionesangulares que amplifican seriamente el stress mural, tenien-do por consecuencia deformación y desgarramiento tisu-lar, como consecuencias hay daño local y aumento de lalesión pulmonar. Además hay liberación de mediadoresinflamatorios a nivel local y sistémico, que ligando estemecanismo de daño pulmonar con el biotrauma.

BIOTRAUMA

Biotrauma es el daño al alveolo secundario a inflama-ción, en el cual citoquinas son liberadas en respuesta a lainjuria de origen mecánico, por ende la ventilaciónmecánica no sólo ocasiona un trastorno estructural delpulmón, sino también puede gatillar un componenteinflamatorio con liberación de mediadores (biotrauma),que actúan a nivel sistémico, amplificando el síndromeinflamatorio, determinando inestabilidad de sistemasorgánicos diferentes al pulmonar21-26. Esta sería la expli-cación de por que pacientes que inicialmente presentanuna patología localizada en el pulmón como SDRApueden fallecer de un falla multiorgánica27.

Al respecto, destaca la experiencia en el estudiorealizado en Estados Unidos por el grupo de ARDSnetwork que se compararon ventilación con volúmenescorrientes bajos versus volúmenes corrientes tradicionalen pacientes con SDRA28. Ellos encontraron que lamodalidad de ventilación con volúmenes pequeños seasoció a disminución de los días de falla de órganos nopulmón, y a reducción de las tasas circulantes de IL6,una citoquina proinflamatoria.

Un análisis posterior de las muestras de plasma de estaserie realizada por Parsons y cols.21 encuentran que losniveles elevados de receptor soluble I y II de TNF enpacientes con SDRA se asocian con mayor mortalidad. Noobstante, la ventilación con volúmenes corrientes bajos seasocia con una disminución en los niveles específicosreceptor soluble I de TNF. A su vez, Eisner y cols29

reportan en los primeros días de la evolución del SDRAque un aumento de los niveles plasmáticos de proteína Ddel surfactante es asociado a mayor mortalidad. En cam-bio, Ranieri y cols22 comunican el impacto en la tasa de ILcirculantes del uso de una técnica ventilatoria protectora vsconvencional. Ellos encuentran que las concentraciones demediadores inflamatorios fueron significativamente másbajo en el grupo de pacientes ventilados con estrategias deprotección pulmonar.

INESTABILIDAD ALVEOLAR

Musch y cols.30 en un interesante estudio con modeloanimal, midieron actividad inflamatoria mediante tomogra-fía de emisión de positrones y alteración del intercambiogaseoso. Ellos encontraron que la ventilación con volúme-nes elevados del orden de 14 ml/kg se asocia a inflamación,la cual es francamente menor si se aplica PEEP. Por su parteTremblay y cols.31 demuestran en otro modelo animal quela combinación que genera mayor tasa de liberación deinterleukinas y mayor deterioro del intercambio gaseoso esel empleo de altos volúmenes y ausencia de PEEP, y cómo elempleo de PEEP adquiere un efecto protector. Dos hechosaparecen en estas comunicaciones, uno es el impacto dañinode la insuflación excesiva, o volutrauma, que depende de lapresión de insuflación (driving pressure), que es mediblecomo la diferencia entre presión plateau y el beneficio deluso de PEEP. Al respecto se sabe hoy en día desde el estudiodel grupo de la ARDS network28 que en los humanos unapresión plateau igual o menor a 30 cmH2O, y un volumencorriente (Vt ) de 6 ml/kg de peso ideal se asocia a menormortalidad, menor tasa de mediadores inflamatorios circu-lantes, y reducción del tiempo en falla de órganos nopulmón. Previamente, fue Amato y cols.32 quienes primerodemostraron resultados beneficiosos en pacientes conSDRA que fueron ventilandos con volúmenes de 6 ml/kgen presión control. La presión drive no tendría una impor-tancia en sí, sino en la medida que no se supere un plateaucomo el mencionado en insuflación, y no se produzca cierrealveolar en la espiración, fenómeno que se evita con PEEP.No se sabe en rigor cuál es la presión límite que daña porvolutrauma, sí se sabe que no debe superarse la presiónplateau de 30 cmH2O, y debe evitarse la apertura/cierrealveolar en cada ciclo de la ventilación.

De acuerdo a los conceptos de atelectrauma, debeevitarse que el paciente tenga reclutamiento/derecluta-

F Arancibia y col


miento en cada respiración. Este dato ha sido evaluadoen estudios de titulación del PEEP bajo tomografía axialcomputarizada de tórax. Sin embargo, esta opción no esoperativa en nuestra práctica diaria en estos pacientesque requieren reiterados ajustes. En este sentido Grasso ycols.33 han desarrollado el “stress Index”, el cual se puedevisualizar en la pantalla del ventilador mecánico. Esteíndice muestra que pacientes que experimentan aumentode su compliance durante el volumen corriente o stressindex <1, tienen un perfil en la curva presión/tiempocóncava hacia abajo, y en estos pacientes debe elevarse elnivel de PEEP hasta lograr un perfil de curva recto, encontrapartida los pacientes excedidos de PEEP o stressindex >1 hacen una curva cóncava hacia arriba, reflejan-do aumento de la rigidez toracopulmonar en insuflación,y la necesidad de reducir el PEEP (Figura 4).

Amato y cols.32 en su clásico reporte describió quedespués de cada desconexión del paciente para aspirarsecreciones les realizaron maniobras de insuflación a 40cm de agua por 40 segundos, y las llamó maniobras dereclutamiento. La expansión lograda por este reclutamien-to se preserva mediante el PEEP, en una estrategia de “abrirel pulmón y mantenerlo abierto”. De modo que el efectode PEEP depende de la historia ventilatoria del paciente.El PEEP por sí solo no es reclutante, sino que es un mediopara mantener el porcentaje de los pulmones aireados.

ESTRATEGIAS DE VENTILACIÓN PROTECTORA

En definitiva las recomendaciones actuales están dirigi-das en estrategias que minimizan la sobredistenciónalveolar y eviten las atelectasias cíclicas.

En la prevención de la sobredistensión alveolar esrecomendable utilizar volúmenes tidal bajos, mantener

presiones plateau bajas <30 cmH2O, y utilizar ventila-ción limitada por presión.

Como quedó demostrado en el estudio del grupo deARDS network al utilizar volúmenes tidal bajos de 6 ml/kgsegún peso ideal hubo un impacto significativo en lamortalidad de los pacientes con SDRA. En cuanto a laspresiones plateau bajas, recientemente Terragni y cols.34

publicaron un estudio en 30 pacientes en VM y SDRA yencontraron que una presión plateau <28 cmH2O fueasociada con disminución de hiperinsuflación alveolar. Encuanto a utilizar ventilación controlada por presión, éstaasegura que la presión de la vía aérea no será sobrepasada ycon ello se mitiga la sobredistención alveolar.

En cuanto a la prevención del atelectotrauma laaplicación de presión positiva al final de la espiración oPEEP es el principal método utilizado para mantener elalveolo abierto y disminuir la atelectasias cíclicas. Unasdécadas atrás el objetivo de la ventilación utilizandoPEEP era lograr una oxigenación adecuada, minimizan-do la fracción inspirada de oxígeno, teniendo presente enese entonces la llamada toxicidad pulmonar por oxígeno.Hoy en día sabemos que la aplicación de PEEP disminu-ye significativamente las atelectasias cíclicas y en definiti-va daño alveolar. Sin embargo el nivel óptimo de PEEPaplicado aún no ha sido establecido. Los clínicos intensi-vistas a menudo aplican un nivel de PEEP que essuperior al punto de inflexión inferior en la curva presiónvolumen sin embargo esta estrategia por sí sola no hademostrado mejoría clínica y requiere que el pacienteesté con bloqueo neuromuscular. Recientemente se hautilizado una estrategia que no requiere bloqueo neuro-muscular. Por otra parte, el estudio ARDS networkutilizó una tabla de titulación de PEEP poniendo comoobjetivo la “Saturación Arterial de Oxígeno”.

Hoy en día lo que se busca es impactar la sobrevida yreducir el fenómeno inflamatorio local y sistémico, y losparámetros que parecieran acercar a ese objetivo son másbien mecánicos o morfológicos, y otra estrategia es latitulación de PEEP de acuerdo a parámetros de distensi-bilidad pulmonar. Esta consiste en realizar una maniobrainicial de reclutamiento, y establecer la compliance pul-monar bajo un régimen de PEEP alto, del orden de 20cmH2O, y para luego efectuar una destitulación regresi-va, por ejemplo reduciendo el PEEP en 2 cmH2O cada20 minutos y midiendo la compliance en cada estación.Se estima que el PEEP superior a aquél en que lacompliance empieza a decaer es el óptimo.

La ventilación en prono, la ventilación oscilatoria de altafrecuencia y la ventilación por liberación de presión en la víaaérea, todas tienen una racionalidad técnica que sugieren unaestabilidad alveolar y por tanto limitante de VILI, sinembargo, no tienen el respaldo de evidencia, eventualmentepor falta de número de casos, y están actualmente todas enproceso de evaluación de su impacto favorable.

Daño pulmonar inducido por la ventilación mecánica

Firuga 4. Morfología de la curva presión/tiempo y su relación con el stressindex. En la figura un stress index <1 implica reclutamiento y puedeaumentar el PEEP y un stress index >1 evidencia sobredistensión de alvéolosy debe disminuir el PEEP.


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