Ventilatore Polmonare: come funziona?

La respirazione polmonare è una funzione vitale del nostro corpo. Il suo scopo è trasportare ossigeno (O₂) dall’aria alle cellule e l’anidride carbonica (CO₂) dalle cellule all’aria. Durante un’operazione chirurgica con anestesia totale, soprattutto quando coinvolge il torace, la respirazione è compromessa. Nel reparto di terapia intensiva, alcuni pazienti potrebbero avere una funzionalità respiratoria parzialmente o completamente danneggiata. Per ognuno di questi casi, esiste un ventilatore adatto, che ristabilisce una respirazione completa.

Il ventilatore è quindi una macchina in grado di insufflare nei polmoni una determinata miscela di gas e di consentirne l’espirazione. Tutto questo rispettando una frequenza nota e un appropriato regime di pressioni. Nel trattamento dell’insufficienza respiratoria, il ventilatore polmonare ha sostituito il polmone d’acciaio. Quest’ultimo è un apparecchio (utilizzato oggi in caso di trattamenti a lungo termine, come a seguito di lesioni neuromuscolari) in grado di generare una pressione subatmosferica all’interno di un cilindro in cui viene posto il corpo del paziente. In tale guisa esso produce una depressione, a cui consegue l’espansione della gabbia toracica e la generazione di una differenza di pressione transpolmonare che comporta il flusso d’aria.

La respirazione normale

Nella respirazione normale, quando il flusso alveolare è nullo, c’è un bilanciamento delle forze elastiche data dalla reazione verso l’interno del parenchima polmonare e dalla reazione verso l’esterno della gabbia toracica. Di conseguenza la pleura ha un volume forzatamente maggiore di quello che avrebbe normalmente. Ciò comporta una pressione intrapleurica negativa rispetto a quella atmosferica. Curiosità: la pleura è ricca di liquido sieroso. Questo permette lo spostamento relativo delle due pareti senza attrito.

La depressione intrapleurica si trasmette agli alveoli per delle ragioni fondamentali. La differenza di pressione tra alveoli e ambiente, infatti, permette di superare le resistenze al flusso dei gas nelle vie aeree, distendere i bronchioli e consentire l’entrata di aria nelle unità terminali.

Successivamente, il diaframma e i muscoli intercostali si contraggono, provocando:
– diminuzione di pressione nel liquido pleurico;
– decremento della pressione alveolare, che diventa negativa rispetto a quella atmosferica;
Inoltre, il gradiente pressorio tende ad annullarsi, cosa che porta l’aria esterna ad entrare nei polmoni fino agli alveoli e ripristina una situazione isobara tra esterno e interno.
La fase inspiratoria è attiva, quindi la pressione alveolare è minore di quella atmosferica, mentre la fase espiratoria è passiva e la pressione alveolare è maggiore di quella atmosferica.

Il ventilatore polmonare

Grazie allo studio di alcuni parametri significativi, il ventilatore polmonare riesce a fare un pompaggio intelligente.
I principali parametri in gioco sono:
– Volume [litri] è la quantità di aria che entra o esce dai polmoni.
– Flusso [litri al secondo] è la velocità che l’aria assume durante le fasi respiratorie.
– Pressione [cmH₂O] è la forza motrice della movimentazione dell’aria.
Esistono altre due grandezze molto importanti, che sono derivate dai parametri principali:
– Resistenza: è la pervietà che l’aria incontra lungo il suo cammino.
– Compliance: è la cedevolezza delle pareti biologiche che l’aria incontra.

Gli obiettivi di un ventilatore polmonare, quindi, possono essere riassunti come segue:
– insufflare nei polmoni quantità controllate di aria o miscele gassose.
– arrestare l’insufflazione.
– lasciare espirare i gas insufflati.
– ripetere queste operazioni continuativamente e anche per lunghi periodi.

Normalmente, tra l’inspirazione e l’espirazione c’è una pausa, che permette gli scambi gassosi con tra alveoli e capillari sanguigni. Questa pausa è riproposta in molte modalità d’uso dei ventilatori polmonari, per costringere all’apertura anche zone scarsamente ventilate.

Possiamo classificare i ventilatori polmonari in vari modi.
Considerando le modalità di movimentazione dei gas, i ventilatori possono essere generatori di flusso, di pressione o di entrambi.
Considerando, invece, i vari utilizzi, possiamo distinguere tra i ventilatori per anestesia, per terapia intensiva per adulti, per neonati, per emergenza e trasporto del paziente e per fisioterapia respiratoria.

Il ventilatore polmonare può essere schematizzato considerando due unità fondamentali:
– l’unità pneumatica, dove circolano i gas che, attraverso i tubi, arrivano ai polmoni del paziente.
– l’unità elettronica, che compie operazioni di logica in base alla scelta del modello, misura le grandezze oggetto del modello prescelto al fine di realizzare le condizioni impostate e fornisce gli allarmi all’esterno.
Un terzo blocco è costituito dall’alimentazione, che può essere attuata tramite motore elettrico o aria compressa.

Elementi costituenti del ventilatore polmonare

Andiamo ora a vedere nel dettaglio gli elementi costituenti di un ventilatore polmonare.
1) Generatore di pressione positiva: genera una differenza di pressione tra l’ambiente esterno e gli alveoli, determinando la quantità di flusso che deve essere insufflato.
2) Sistemi di dosaggio del volume corrente.
3) Dispositivi di temporizzazione del ciclo respiratorio: aprendo e chiudendo opportunamente le valvole, si può passare dalla fase inspiratoria a quella espiratoria.
4) Circuito paziente: comprende tutto ciò che connette il ventilatore con il sistema respiratorio del paziente e che convogliano la miscela di gas.
5) Elementi resistivi: tutti i condotti interposti tra generatore di pressione positiva e sistema respiratorio del paziente che producono una resistenza all’avanzamento del gas.
6) Elementi capacitivi: elementi elastici che determinano una compliance aggiuntiva. Rappresentano lo spazio morto del sistema di ventilazione.

I recenti sviluppi dei ventilatori polmonari, rivolgono l’attenzione a un’attivazione del ventilatore sempre più dipendente da un trigger dettato dal paziente. Ad esempio, considerando un trigger pressorio, il ventilatore si attiverà solo quando sentirà una pressione creata dal paziente, che ne indica la volontà di inspirare.