Multilevel Ventilation: Theory and Simplified Mathematical Model

Abstract

Одной из важных и трудно решаемых проблем ис кусственной вентиляции легких (ИВЛ) является выбор режима ИВЛ у больных с диффузионным патологичес ким процессом в легочной ткани, который вызывает вы раженную негомогенность доставки газовой смеси в различные отделы лёгких.Исходя из основ математического и физического моделирования искусственной вентиляции легких Исходя из проблематики искусственной вентиляции легких (ИВЛ) при негомогенных патологических процессах в лег ких (ALI, ARDS, пневмония и др.), авторы создали программную математическую модель многокомпартментных него могенно поврежденных легких, «вентиляцию» которых проводили новым способом ИВЛ -так называемой трехуров невой вентиляцией. Многоуровневую вентиляцию определили как способ (модификацию) ИВЛ, при которой основной уровень вентиляции создают вентиляционные режимы CMV, PCV, или PS (ASB), а надстройку, так называемую «вен тиляцию на фоне», создают уровни PEEP и PEEPh (PEEP high) с изменяемой частотой и продолжительностью. Много уровневую вентиляцию на 3 х уровнях давления авторы проводили на математической модели в виде сочетания венти ляции, управляемой давлением (PCV), и двух уровней PEEP и (PEEPh). Целью работы являлось доказательство того, что при выраженной неравномерности распределения газов в не гомогенно поврежденных легких с помощью многоуров невой ИВЛ можно улучшить поступление газов в так называемые «медленные» бронхоальвеолярные компартменты без риска существенного изменения объема так называемых «быстрых» компартментов. Материал и методика. Много уровневую вентиляцию на 3 х уровнях давления проводили, используя математическую модель в виде сочетания венти ляции, управляемой по давлению (PCV), и двух уровней PEEP и (PEEPh). Результаты. При сравнении одноуровне вой ИВЛ в режиме PC с вентиляцией в виде сочетания PC+PEEPh/PEEP выявили, что наполнение «медленных» компартментов модели улучшилось на 50-60% по сравнению с исходными значениями. В абсолютном выражении для компартментов с обструкцией эта разница достигает 2-10 кратного объема. Заключение. На математической модели можно продемонстрировать, что применение так называемой трехуровневой ИВЛ приводит к выраженным изменениям распределения газов в негомогенно поврежденной патологическим процессом легочной ткани. Авторы отмечают, что для оценки эффектов этой модификации ИВЛ предложенная математическая модель требует клинической проверки. Ключевые слова: ИВЛ, многоуровневая ИВЛ, ARDS, ALI. Considering the issues of artificial ventilation (AV) in non homogenous pathological lung processes (acute lung injury, acute respiratory distress syndrome, pneumonia, etc.), the authors created a mathematical model of multicompartment non homogenous injured lungs that were ventilated by a new mode of AV, the so called three level ventilation. Multi level ventilation was defined a type (modification) of ALV whose basic ventilation level was produced by the modes CMV, PCV or PS (ASB) and add on level, and the so called background ventilation was generated by the levels of PEEP and high PEEP (PEEPh) with varyi...

Programmed Multi-Level Ventilation: A Strategy for Ventilating Non-Homogenous Lungs

“…21 Hence, a single ventilation mode with fixed ventilation frequency (f), inspiratory time (Ti), I:E ratio, Vt, single PEEP, and inspiratory pressure cannot optimally ventilate inhomogenous lungs. 21 , 22 Fixed ventilation parameters will allow optimal ventilation of only some compartments, while others will be either sub-optimally ventilated or over-distended. Using PMLV, these clinical problems may be partly resolved by: Recruitment and ventilation of long TauE areas with high PEEP and low ventilation frequency and also avoiding over-distension of healthy areas (lower PEEP, higher frequency) and thus avoiding potential consequences of sustained high PEEP when conventional ventilation is used ( Figure 5 ).…”

“…21 Hence, a single ventilation mode with fixed ventilation frequency (f), inspiratory time (Ti), I:E ratio, Vt, single PEEP, and inspiratory pressure cannot optimally ventilate inhomogenous lungs. 21,22 Fixed ventilation parameters will allow optimal ventilation of only some compartments, while others will be either sub-optimally ventilated or over-distended. Using PMLV, these clinical problems may be partly resolved by:…”

Use of Programmed Multilevel Ventilation as a Superior Method for Lung Recruitment in Heart Surgery

“…It is well known that in classical ALV regimes, even the best frequency and pressure optimization procedure of ALV parameters cannot optimally distribute gases to individual but differently damaged compartments [6]. Hence, a single ventilation mode with the ventilation frequency (f), time of inspiration-to-expiration ratio (T I : TE), respiratory volume (V T ), positive end-expiratory pressure (PEEP), and ventilation support pressure (Ppc) in pressure controlled mode as the fixed parameters cannot optimally ventilate inhomogeneous lungs [6,7]. Differently damaged compartments are dispersed in whole lungs.…”