Umelá pľúcna ventilácia

Umelá pľúcna ventilácia (UPV, tiež mechanická alebo prístrojová ventilácia, prístrojové dýchanie) predstavuje spôsob dýchania, pri ktorom mechanický prístroj úplne alebo čiastočne zabezpečuje prietok plynov dýchacími cestami a tým výmenu plynov v pľúcach. Ciele liečby umelou pľúcnou ventiláciou sú zvýšiť, podľa možnosti aj normalizovať nasýtenie krvi kyslíkom, úprava respiračnej acidózy, zvrat dychovej tiesne, úprava pľúcnych atelektáz, podporiť  alebo nahradiť činnosť vyčerpaných dýchacích svalov, umožniť sedáciu pacienta, znížiť spotrebu kyslíka v myokarde, príp. prispieť  k zvládnutiu zlyhávania srdca a ďalšie. Používa sa tiež pri rozšírenej kardiopulmonálnej resuscitácii a celkovej anestézii.
História.
Manuálne umelé dýchanie s použitím rôznych spôsobov kompresie hrudníka predchádzali prístrojovému umelému dýchaniu a prestali sa používať po zavedení dýchania z úst do úst. Zavádzanie prístrojového dýchania si vyžiadal rozvoj hrudnej chirurgie v podobe ventilácie pľúc pretlakom cez utesnenú tracheálnu kanylu, zavedenú do priedušnice. Epidémie poliomyelitídy (detskej obrny), pri ktorých dochádzalo k úmrtiam udusením po ochrnutí dýchacích svalov viedli k dlhodobejšiemu použitiu podtlakových ventilátorov (tzv.železných pľúc), v ktorých bolo vzduchotesne uzatvorené pacientovo telo a dýchanie sa zabezpečovalo prerušovaným podtlakom, pôsobiacim na hrudník. Mnohé z týchto prístrojov boli poháňané ručne. Od polovice 20. storočia boli podtlakové ventilátory opustené a ďalší vývoj prebiehal zdokonaľovaním metód pretlakovej umelej pľúcnej ventilácie do dnešnej podoby.
Fyziologické aspekty.
Pri dýchaní je vzduch do pľúc počas vdychu (inspírium) nasávaný podtlakom, ktorý v nich vytvára hlavne bránica pri pohybe nadol a tiež medzirebrové svaly, ktoré hrudník rozpínajú. Hodnota podtlaku býva do vodného stĺpca (približne 800 Pa). Výdych (expírium) prebieha pasívne, pružnosťou hrudníka. Pri vdychu pri umelej pľúcnej ventilácii prúdi vzduch (alebo zmes plynov) do dýchacích ciest pod pretlakom, ktorý vytvára prístroj – ventilátor. Na to je potrebné  utesnené  spojenie medzi prístrojom a dýchacími cestami s použitím masky, kanyly s tesniacou manžetou, zavedenej priamo do priedušnice (trachey) – tracheálna intubácia, alebo operačne vytvorená tracheostómia (otvor do priedušnice na krku). Výdych je tiež pasívny pri znížení tlaku vo ventilátore.
Technické riešenia.
Prístroj pre umelú pľúcnu ventiláciu  (ventilátor) dodáva nastavené množstvo vzduchu alebo zmesi vzduchu a kyslíka do dýchacích ciest pacienta v cykloch, ktorých počet za minútu je nastaviteľný a približne zodpovedá normálnej frekvencii dýchania. Podstatnou súčasťou každého ventilátora je ventil alebo sústava ventilov, ktoré pri vdychu prepúšťajú zmes plynov z prístroja do dýchacích ciest a pri výdychu vypúšťajú plyny z dýchacích ciest pacienta do atmosféry. Dychový objem sa nastavuje buď priamo (objemovo riadený ventilátor, ktorý zastaví umelý vdych po dosiahnutí určeného objemu), alebo prostredníctvom tlaku v dýchacích cestách, pri dosiahnutí ktorého sa umelý vdych ukončí (tlakovo riadený ventilátor). Správnosť nastavenia sa potom kontroluje meraním celkového objemu vdychovanémo plynu za minútu a nasýtenia krvi kyslíkom. Ventilátory s takto jednoduchým ovládaním sa dnes používajú len krátkodobo, pri kardiopulmonálnej resuscitácii, prípadne transporte pacienta. Poháňané sú spravidla prúdením kyslíka z tlakovej nádoby, ktorý tiež tvorí časť vdychovanej zmesi plynov. Obvykle sa používa zmes vzduchu so 40% kyslíka (FiO2  40%), na začiatku krátko aj čistý 100% kyslík (nesmie sa aplikovať dlhodobo). Pre dlhodobejšiu umelú pľúcnu ventiláciu sa používajú vyspelejšie prístroje, spravidla riadené elektronicky, ktoré dokážu dávkovať vdychovanú zmes plynov s optimalizovaným priebehom prietoku a tlaku, v zvolenom tzv. ventilačnom režime, ktorý sa dá zvoliť podľa príčiny zlyhania dýchania, diagnózy a celkového stavu pacienta. Moderné ventilátory, určené pre dlhodobé použitie v podmienkach jednotky intenzívnej starostlivosti priebežne  kontrolujú parametre, dosiahnuté u pacienta aj vlastnú funkciu a na nebezpečné hodnoty upozorňujú obsluhu alarmom.  Pretože u intubovaného pacienta je vyradené zvlhčovanie a ohrievanie vdychovaného vzduchu v nose a horných dýchacích cestách, sú pravidelne vybavené zariadením na zvlhčovanie, prípadne aj ohrievanie vdychovanej zmesi. V súčasnosti sa vyrábajú tiež ventilátory, určené pre dlhodobé používanie pacientmi v domácich podmienkach, so zvýšenou odolnosťou voči zlyhaniu a zjednodušenou obsluhou.
Ventilačné režimy.
Moderné ventilátory umožňujú výber širokej škály ventilačných režimov, od úplne nezávislých od vlastnej dychovej aktivity pacienta až po režimy, rôznym spôsobom synchronizované s  dychovou aktivitou pacienta (spontánnym nádychom), ktoré sa tiež líšia podielom vykonávanej dychovej práce – s plnou alebo čiastočnou ventilačnou podporou. V zásade sa v maximálnej možnej miere rešpektuje vlastná dychová aktivita pacienta, ale v mnohých prípadoch takýmto spôsobom nie je možné dosiahnuť potrebné dychové objemy, dostatočné okysličenie krvi pacienta napriek zvyšovaniu obsahu kyslíku vo vdychovanej zmesi a tým dosiahnutie životne nevyhnutných parametrov, ktoré má prednosť pred synchronizáciou. Voľba vhodného režimu musí zohľadňovať aj riziko vzniku atelektáz, traumatizácie pľúc a ďalšie okolnosti, napríklad stav a parametre krvného obehu.
Niektoré základné ventilačné režimy sú:
Komplexné ventilačné režimy, riadené mikroprocesorom ventilátora, majú za cieľ udržanie potrebného dychového objemu pri použití minimálneho tlaku počas vdychu, napr. APV (adaptive pressure ventilation), alebo zabezpečujú umelú pľúcnu ventiláciu podľa potrieb pacienta na základe viacerých snímaných parametrov v rozsahu od plne riadenej ventilácie cez podpornú až po spontánne dýchanie pacienta – napr. ASV (adaptive support ventilation). Použitie a voľba vyspelých ventilačných režimov a ich parametrov závisí od stavu pacienta a rozhoduje o nich lekár, špecialista v odbore anestézia a intenzívna medicína.
Štandardom sa stávajú protektívne režimy, chrániace pľúca pred poškodením, spôsobeným umelou pľúcnou ventiláciou (ventilator-associated lung injury - VALI). Sú dôležité hlavne u pacientov s hroziacim alebo rozvinutým ARDS, napríklad u pacientov s ťažkou pneumóniou pri ochorení COVID-19. Pri protektívnej umelej pľúcnej ventilácii sa používajú nižšie inspiračné tlaky a objemy (okolo 4 - 8 ml/kg), ktoré neohrozujú pľúca mechanickým a iným poškodením aj za cenu, že nie sú dosiahnuté optimálne hodnoty koncentrácie kyslíka a kysličníka uhličitého v krvi (permisívna hyperkapnia a permisívna hypoxémia). K metódam protektívnej ventilácie patria aj postupy na zníženie produkcie a zlepšenie eliminácie kysličníka uhličitého, opätovné prevzdušnenie kolabovaných častí pľúc (recruitment manévre, napr. poloha pacienta na bruchu) a ďalšie. 
V špecifických prípadoch sa používajú špeciálne režimy, napr. vysokofrekvenčná trysková ventilácia. 
U niektorých pacientov je možné použiť neinvazívnu pľúcnu ventiláciu bez zaistenia dýchacích ciest intubáciou, s použitím masky alebo helmy. Zlyhanie tejto metódy je pomerne časté a rieši sa prechodom na konvenčný spôsob umelej pľúcnej ventilácie.
Indikácie umelej pľúcnej ventilácie.
K použitiu umelej pľúcnej ventilácie sa pristupuje na základe určitých parametrov spontánneho dýchania a stavu vnútorného prostredia organizmu, z ktorých niektoré sú merateľné len na príslušne vybavených pracoviskách. Pri akútnom zlyhaní dýchania je rozhodovanie založené na posúdení stavu pacienta – jednoznačným dôvodom je úplné zastavenie dýchania, ďalej veľmi pomalé alebo lapavé dýchanie s frekvenciou pod 10 vdychov za minútu, prípadne veľmi rýchle, plytké dýchanie nad 35 vdychov za minútu a príznaky nedostatočného okysličenia krvi – modravé sfarbenie kože (cyanóza), porucha vedomia – zmätenosť, spavosť až bezvedomie, príznaky zlyhania krvného obehu. Dôvodom k začatiu umelej pľúcnej ventilácie je aj mechanické zlyhanie dýchania pri ťažkom poranení hrudníka alebo následkom nedostačujúcej výkonnosti (vyčerpania alebo ochrnutia) dýchacieho svalstva.
Medzi parametrami, indikujúcimi potrebu umelej pľúcnej ventilácie, je dychový objem pod 300 ml, parciálny tlak kyslíka pod 70 torr pri vdychovaní zmesi so 40% kyslíka tvárovou maskou, parciálny tlak kysličníka uhličitého nad 55 torrov (ak nejde o chronické zlyhanie dýchania), pH arteriálnej krvi pod 7,25  a ďalšie indexy.
Dočasnou náhradou umelej pľúcnej ventilácie, napr. počas kardiopulmonálnej resuscitácie môže byť umelé dýchanie z úst do úst alebo resuscitačným dýchacím vakom.
Starostlivosť o pacienta pri umelej pľúcnej ventilácii.
Pretlaková umelá pľúcna ventilácia je pre organizmus neprirodzený stav. Nafúknutie pľúc zvonka vyvoláva snahu o spontánny výdych, pacienti pri vedomí ju väčšinou pociťujú nepríjemne a inštinktívne sa jej bránia. Spočiatku môže byť potrebné utlmenie vedomia, prípadne až uvedenie do umelého spánku podaním farmák, časom sa však organizmus prispôsobí a umelú pľúcnu ventiláciu toleruje. Pacient, odkázaný na liečbu umelou pľúcnou ventiláciou vyžaduje nepretržité sledovanie, kontrolu vitálnych funkcií, podľa potreby úpravu parametrov alebo režimu umelej pľúcnej ventilácie, preto má byť umiestnený na jednotke intenzívnej starostlivosti. Výhodou neinvazívnej pľúcnej ventilácie je zachovanie prirodzených mechanizmov zvlhčovania vdychovaných plynov a čistenia dýchacích ciest, ale u intubovaných pacientov je jedným z najväčších problémov práve zvlhčovanie a ohrievanie vdychovaných plynov a odstraňovanie hlienov z dýchacích ciest a kanyly, ktoré sa opakovane musia odsávať. Tieto úkony zvyšujú riziko zanesenia infekcie do dýchacích ciest. Starostlivosť vyžaduje aj dýchací okruh (hadice a ventily) ventilátora – vypúšťanie skondenzovanej tekutiny, nahromadenej v hadiciach, kontrola umiestnenia kanyly, tesnosti a primeraného tlaku v manžete, výmeny exponovaných súčastí dýchacieho okruhu.
Komplikácie.
Obávanou komplikáciou je pri dlhodobej umelej pľúcnej ventilácii infekcia dýchacích ciest (ventilátorová pneumónia). U pacientov na jednotkách intenzívnej starostlivosti ju často spôsobujú rezistentné nozokomiálne kmene baktérii a býva aj príčinou smrti pacienta. Vyskytuje sa poškodenie dýchacích ciest pacienta dlhodobým tlakom tracheálnej kanyly, nedostatočne alebo nadmerne zvlhčenou zmesou vdychovaných plynov alebo nadmernou koncentráciou kyslíka vo vdychovanej zmesi. Samostatným problémom je poškodenie pľúc v dôsledku pretlaku. Mechanické poškodenie vysokým tlakom je zriedkavé, ale pravidelne sa už po desiatkách minút umelej pľúcnej ventilácie začínajú objavovať poškodenia na bunečnej úrovni. Ventilátorom vyvolané (VILI – ventilator-induced lung injury) alebo s ventiláciou spojené poškodenie pľúc (VALI – ventilator-associated lung injury) súvisí so štrukturálnym poškodením pľúcnych alveolov a drobných ciev nadmerným rozpätím, poškodením povrchovej ochrany (surfaktantu) a nasledovnými zápalovými procesmi. Vznikajú neprevzdušnené okrsky pľúc (atelektázy) s odlišnými mechanickými vlastnosťami a spôsobujú ťahové a strižné sily na rozhraní s nepoškodeným tkanivom. Konečným následkom VALI môže byť pneumothorax, emfyzém, edém pľúc a ďalšie patologické stavy.
Umelá pľúcna ventilácia ovplyvňuje krvný obeh – pravidelne klesá návrat žilovej krvi z veľkého obehu, čo môže mať priaznivý liečebný účinok v prípade srdcového zlyhania s edémom pľúc a liečebne sa dá použiť aplikáciou režimu PEEP. V prípade hypovolémie však ide o nepriaznivý účinok s poklesom krvného tlaku. Pri začatí umelej pľúcnej ventilácie spravidla dochádza k zníženiu funkcie obličiek, zmenám v metabolizme vody a minerálov a aj k ovplyvneniu činnosti orgánov v brušnej dutine.
Ukončenie umelej pľúcnej ventilácie.
Vzhľadom na pomerne častý výskyt komplikácii a nežiaducich účinkov je snaha umelú pľúcnu ventiláciu používať čo najkratšie. Príliš včasné ukončenie však môže viesť k rýchlej únave dýchacích svalov a nutnosti opätovného napojenia pacienta. Vcelku jednoduché je odpojenie pacienta od umelej pľúcnej ventilácie v trvaní do približne 24 hodín, u dlhodobo ventilovaných pacientov je potrebné postupné odvykanie (weaning). Pred odvykaním musia byť stabilizované vitálne funkcie. Pred odpojením je pacient spravidla ventilovaný v niektorom z režimov podporného dýchania a overená je jeho schopnosť samostatnej ventilácie. Po odpojení sa po určitý čas ponecháva intubovaný a pripravený na opätovné pripojenie na ventilátor v prípade zlyhania dýchania.
Nezanedbateľný počet pacientov nie je možné z umelej pľúcnej ventilácie odpojiť. Bývajú to napríklad pacienti s chronickým zlyhávaním dýchania a pacienti s ochrnutím dýchacích svalov. Časť z týchto pacientov, ktorí sú bez závažných komplikácii, je možné po čase prepustiť do domáceho ošetrenia po zabezpečení ventilátora pre domácu starostlivosť (home care) a zaučení jeho obsluhy. Za súčasných liečebných možností neovplyvniteľnou skutočnosťou je, že pomerne veľké percento pacientov na dlhodobej umelej pľúcnej ventilácii umiera buď na následky ochorenia, ktoré si aplikáciu umelej pľúcnej ventilácie vyžiadalo, alebo na jej komplikácie po rôzne dlhej, niekedy aj niekoľkomesačnej alebo niekoľkoročnej liečbe. Vysoké náklady na takúto, často zjavne márnu liečbu a problematika jej ukončenia patria medzi vážne ekonomické a etické problémy systémov zdravotnej starostlivosti.