WEANING VAN DE VENTILATOR.

WEANING VAN DE
VENTILATOR.
Carl Roosens.
Cardiac Surgical Intensive Care Unit.
UZ Gent

Beademingstechnieken ?
ACV
HFJV
SIMV
HFO
MMV
APRV
ASB/PS
PRVC
BIPAP
Flow-Trigg.
Press.-Trigg.
VS
PAV
PCV (IRV)

PHYSIOLOGIC FACTORS
BREATHING APPARATUS FACTORS
elastic work
(lung & chest wall
compliance)
resistive work
(airways)
inspiratory
flow rate
demand
alveolar
minute
ventilation
Dead space
RESPIRATORY
MUSCLE
AFTERLOAD
OR
WORK OF
BREATHING
imposed work -
endotracheal tube
imposed work
- ventilator
sensitivity
triggering
setting
response time -
ventilator
method of triggering
“on” ventilator

Goals of partial ventilatory support.
1 Allow and improve synchrony between
the patient and ventilator.
2 Reduce patient effort and optimize
comfort.
3 Facilitate weaning.

Partial Ventilatory Support.
• Synchronized intermittent mandatory
ventilation.
• Pressure support ventilation.
• Pressure- or flowtriggering.
• Proportional assist ventilation.
• BIPAP
• Weaning strategy.

Partial Ventilatory Support.
• Synchronized intermittent
mandatory ventilation.
• Pressure support ventilation.
• Pressure- or flowtriggering.
• Proportional assist ventilation.
• BIPAP
• Weaning strategy.

SIMV
= Synchronized Intermittent
Mandatory Ventilation
Hét voorbeeld van de discrepantie
tussen de doelstelling van een
ventilatoire modus en de eigenlijke
fysiologische effecten ervan.
Voor het eerst beschreven rond
1970 als behandeling van hypoxemie.

SIMV
• A means of ventilatory support in which a
preset number of positive-pressure
(mandatory) breaths are delivered while the
patient can breathe spontaneously between
the mandatory breaths.
• The level of ventilatory support can be varied
by changing the set SIMV rate.
• The mandatory breaths can be either volumeor
pressurecontrolled.

SIMV
P AW
Flow
Mandatory breath
Spontaneous breath

SIMV
Patient-triggered
Not patient-triggered

SIMV - Concept.
SIMV - high rate
WORK
SIMV - zero
Decrease SIMV-frequency
= full ventilatory support
= CMV
SUPPORT
= no ventilatory support
= CPAP

SIMV: (theoretical(
theoretical) advantages.
1 Prevention of the patient « fighting » the
ventilator, reducing the need for sedation and
paralysis.
2 Lower mean airway pressure, with beneficial
effects on cardiac output and prevention of
barotrauma.
3 Prevention of respiratory alakalosis.
4 Decreased oxygen consumption.
5 Improved intrapulmonary gas distribution.
6 Prevention of muscle atrophy and
discoordination.

SIMV
Inspiratory pressure-time product per breath
PTP
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
100 80 60 40 20 0
Assist
Spont
Percent SIMV Support
Marini JJ. Am Rev Respir Dis 1988; 138:1169-1179

SIMV
WOB
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Inspiratory work per breath during assisted and spontaneous cycles
100 80 60 40 20 0
Percent SIMV Support
Marini JJ. Am Rev Respir Dis 1988; 138:1169-1179
Spont
Assist

SIMV
De patiënt levert belangrijke inspiratoire arbeid
tijdens de mandatoire beademingen en dit op
alle niveau’s.
Hetpressure-time product verschiltniettussen
mandatoire en spontane ademhalingen.
Oorzaak is vermoedelijk de neuro-chemische
drive die op een vast niveau ingesteld is zowel
voor mandatoire als voor spontane
ademhalingen.
Marini JJ. Am Rev Respir Dis 1988; 138:1169-1179

SIMV
Electromyogram of the diaphragm (Edi).
Edi
100
80
60
40
20
Assist
Spont
0
>60% 20-50% 0%
Level of machine assistance
Imsand C. Anesthesiology 1994; 80:13-20

SIMV
100
80
% Pes
60
40
PSV
SIMV
20
0
PSV 0
SIMV 0
PSV 3
SIMV 5
PSV 6
SIMV 10
PSV 9
SIMV 15
PSV 12
SIMV 20
Uchiyama A. Am J Respir Crit Care Med 1994; 150:1564-1586

SIMV
100
80
% Edi
60
40
PSV
SIMV
20
0
PSV 0
SIMV 0
PSV 3
SIMV 5
PSV 6
SIMV 10
PSV 9
SIMV 15
PSV 12
SIMV 20
Uchiyama A. Am J Respir Crit Care Med 1994; 150:1564-1586

SIMV – Conclusions.
• At 50% of mechanical breaths, the
patient is performing the same work as
with no assistance at all.
• Gradual unloading the respiratory
muscles with SIMV is impossible.
• SIMV remains one of the most used
ventilatory modes in the ICU ???

Partial Ventilatory Support.
• Synchronized intermittent mandatory
ventilation.
• Pressure support ventilation.
• Pressure- or flowtriggering.
• Proportional assist ventilation.
• BIPAP
• Weaning strategy.

Pressure Support Ventilation
• Meest gebruikte en best bestudeerde
weaningsmethode.
• Patiënt moet elke ademhaling zelf triggeren.
• Vermindert op titreerbare wijze de
ademhalingsarbeid voor de patiënt.
• “Beste” PS moet individueel geëvalueerd
worden.

PSV - Definitie
• PSV is een druk-gelimiteerde
beademingsvorm waarbij elke ademhaling
door de patiënt zelf getriggered wordt.
• Tijdens inspiratie stijgt de luchtwegdruk
tot een vooraf ingesteld niveau (= PSniveau)
• Schakeling naar expiratie gebeurt wanneer
de inspiratoire flow onder een
drempelwaarde valt.

PSV - Definitie
• patient-triggered
• pressure-targeted
• patient-cycled
• flow-cycled

PSV - Werking
HERKENNEN VAN DE ADEMHALINGSINSPANNING
• De ventilator herkent de inademing als
– een negatieve druk ontstaat groter dan een ingestelde
trigger-gevoeligheid (= pressure-triggering)
– een inspiratoire flow gecreërd wordt groter dan de
ingestelde trigger (= flow-triggering)
• Een actieve inspanning van de patiënt is dus
vereist; deze is grotendeels afhankelijk van de
eigenschappen van de ventilator (snelheid van
kleppen).

PSV - Werking
OPBOUWEN VAN DRUK
• Ventilator geeft een hoge piek-inspiratoire
flow die terug vermindert (= drukgecontroleerde
ventilatie).
• Op sommige ventilatoren kan men de
snelheid van inspiratoire flow instellen.
• Snelheid van inspiratoire flow heeft invloed
op de ademhalingsarbeid van de patiënt.

PSV - Werking
HERKENNEN VAN HET EINDE VAN DE INADEMING
• Schakeling naar expiratie gebeurt obv. van
een vermindering van de piek-inspiratoire
flow die systeem-specifiek ingesteld is. Deze
is meestal niet manipuleerbaar.
• Schakeling naar expiratie gebeurt op 2
wijzen:
– als een absoluut niveau flow bereikt is (2-6 L/min)
– als de flow terugvalt tot een percentage van de
piek-inspiratoire flow (12-25 %)

PSV - Werking
HERKENNEN VAN HET EINDE VAN DE INADEMING
• 2 veiligheidsmechanismen:
– detectie van een kleine hoeveelheid druk (1-3
cm H 2 0) boven het ingestelde PS-niveau.
– In geval van een lek in het circuit zal de
ventilator automatisch schakelen naar
expiratie op basis van een ingestelde
tijdslimiet.

Pressure Support Ventilation
0 10 15 20
VT, ML 377 ± 80 459 ± 63 491 ± 82 533 ± 131
RR 31 ± 8 29 ± 8 26 ± 8 24 ± 7
VE, L/MIN 11,2 ± 2,2 13,0 ± 2,9 13,1 ± 2,9 12,3 ± 2,3
PDI, CM H2O 21 ± 12 14 ± 11 10 ± 8 9 ± 8
PAO2, MM HG 76 ± 18 79 ± 19 79 ± 16 83 ± 19
PACO2, MM HG 45 ± 8 40 ± 6 39 ± 5 36 ± 6
VO2, ML/MIN 288 ± 49 241 ± 55 235 ± 48 213 ± 54
WOB, J/L 1,58 ± 1,15 0,95 ± 0,76 0,74 ± 0,63 0,39 ± 0,14
Brochard L. Am Rev Resp Dis 1989; 139:513-521

Pressure Support Ventilation.

Pressure Support Ventilation
Optimal level of pressure support for each patient
Patient no. Optimal
level of PS
(cm H2O)
PaCO2 (mm
Hg)
RR
VT
(ml/kg)
WOB
(J/L)
1 0 39 26 6,8 0,56
2 20 46 28 7,0 0,59
3 20 39 35 9,4 0,31
4 10 36 22 9,3 0,53
5 10 34 27 4,7 0,68
6 10 36 20 8,4 0,46
7 20 38 32 8,8 0,6
Brochard L. Am Rev Resp Dis 1989; 139:513-521
8 10 40 24 9,2 0,4

Pressure Support - fysiologie.
cm H20
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
PS level
1 2 3 4 5 6 7 8
1
WOBp (J/L)
0.5
0
40
30
20
RR
Patiënt no.
Brochard L: Am Rev Resp Dis 1989; 139:513-521

PSV- Nog enkele opmerkingen.
• Benaming op verschillende ventilatoren.
• PS boven PEEP of PEEP inbegrepen.
• Schakeling naar expiratie regelbaar?
• Inspiratoire flow regelbaar?

PSV - Physiology
• Mac Intyre et al. Chest 1991; 99:134-
138
• 33 patients.
• 7 levels of inspiratory flow rate.
• 2 PS cycling off criteria: 25 and 50% of
peak inspiratory flow.
• Measurement of airway pressure and
ventilatory pattern.

PSV – Physiology.
• Point A. Initiation of
pressure support.
• Point B. Attainment of
selected PS level. Solid
line is rapid inspiratory
flow; dashed line is slower
inspiratory flow.
• Point C. PS termination.
Solid line reflects
termination at lower % of
peak inspiratory flow than
dashed line.

PSV – Physiology.
• Increasing levels of PS decrease negative deflection of P ES
during inspiration.
• Increasing levels of PS increase positive excursion of P ES
during expiration.

PSV – Pressure ramp slope.
Bonmarchand et al. Crit Care Med 1999; 27:715-722
• 12 patients with restrictive lung disease (ARDS,
pulmonary fibrosis)
• Evita Dräger ® 1 ventilator.
• Test lung with different PS levels and ramp slopes.
• Flow trigger at lowest level (1 L/min)
• 4 different ramp slopes defined as time to reach plateau
pressure: 0.1, 0.5, 1 and 1.5 sec.
• Spontaneous breathing (SV) as control.

PSV – Pressure Ramp Slope
• Ramp manipulated in
order to obtain plateau
pressure in 0.1, 0.5, 1
and 1.5 sec
• For a defined support:
the steeper the slope,
the higher flow rate.
• For a defined slope: the
higher the PS level, the
higher flow rate.

PSV – Pressure Ramp Slope
0.1
0.5
1
1.5
Work/b
54 ± 22
62 ± 24
73 ± 14
91 ± 21
(%SV)
Work/L
44 ± 14
51 ± 16
65 ± 14
78 ± 17
(%SV)
Work/min
(%SV)
51 ± 20
56 ± 22
68 ± 20
85 ± 25

Partial Ventilatory Support.
• Synchronized intermittent mandatory
ventilation.
• Pressure support ventilation.
• Pressure- or flowtriggering.
• Proportional assist ventilation.
• BIPAP
• Weaning strategy.

Flow-triggering
Constante flow in het in- en expiratoire been
van het circuit.
Bij triggering wordt een vermindering van de
expiratoire flow gedetecteerd, die aanleiding geeft
tot een ondersteuning door de ventilator.
VOORDELEN:
Bij de initiële ademinspanning ontvangt de patient
reeds flow.
In- en expiratoire kleppen steeds (partieel) geopend.
Snellere responstijd van de ventilator.

Flow-triggering
FLOWSENSOR
8 L/min
FLOWSENSOR
10 L/min
Expir.
Inspir.
2 L/min
Base Flow 10 L/min
Flow sensitivity 2 L/min
PATIËNT

Flow-triggering
Branson et al. Chest 1994; 106:540-544

Flow-triggering
•9 patients
•3 levels of ventilatory
support ( 0, 50, 100 %
SIMV)
•PT 0,5-1 cm H 2 0 vs. FT 2-3
L/min)
•PC-SIMV vs. VC-SIMV
•Effort is significantly
lower with flow- than
with pressure-triggering
during mandatory and
spontaneous breaths.
Giuliani et al. AJRCCM 1995; 151:1-9

Flow-triggering
EVITA - SERVO 300 EVITA 4 - SERVO 300
J o u l e s / L
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
Evita 2L/min Evita 10L/min S300 2L/min
0
Servo 300 Evita 2L/min Evita 10 L/min
Roosens. Chest 1996; 110:15S Roosens. Chest 1997; 112:130S

Flow-triggering
EVITA - SERVO 300 EVITA 4 - SERVO 300
c m H 2 O
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
9
8
7
6
5
4
3
2
1
Evita 2L/min Evita 10L/min S300 2L/min
0
Servo 300 Evita 2L/min Evita 10 L/min
Roosens. Chest 1996; 110:15S Roosens. Chest 1997; 112:130S

Flow-triggering
• Alle experimentele studies wijzen op een
verminderde trigger-arbeid voor de patiënt.
• Voordeel in klinische praktijk blijft ter discussie.
• Ademhalingsarbeid wordt vnl. bepaald door het
flow-trigger niveau; hoe gevoeliger, hoe
gemakkelijker voor de patiënt.
• Het verschil tussen ventilatoren wordt vnl.
bepaald door de “generatie” van de ventilator
en veel minder door het flow-trigger
mechanisme.

Partial Ventilatory Support.
• Synchronized intermittent mandatory
ventilation.
• Pressure support ventilation.
• Pressure- or flowtriggering.
• Proportional assist ventilation.
• BIPAP
• Weaning strategy.

PAV
De ventilator wordt het echte
verlengstuk van de
ademhalingsspieren van de
patiënt !

PAV
= Proportional Assist Ventilation
Het buitenbeentje in de nieuwe
beademingstechnieken.
Bijna 10 jaar geleden voor het eerst
beschreven, doch slechts sinds 2-3 jaar
commercieel beschikbaar wegens technische
problemen.
Kan invasief en niet-invasief aangewend
worden.

PAV - Definitie.
‣ PAV is een vorm van gesynchroniseerd
partieel ventilatoir assist waarbij de ventilator
druk genereert in proportie met de
ademhalingsinspanning van de patiënt.
‣ Verantwoordelijkheid in zake druk en
ademhalingspatroon wordt volledig
verschoven van arts naar patiënt.
‣ PAV verschilt fundamenteel van elke
andere beademingstechniek.

PAV - Fysiologie
ELASTANCE
Neiging van de longen om zich te
verzetten tegen inflatie.
∆ Pressure / ∆ Volume = Elastance
Normale waarde is 10 cm H 2 0/L
∆ 5 cm H 2 0 / ∆ 0.5L = 10 cm H 2 0

PAV - Fysiologie
RESISTANCE
Weerstand tegen het stromen van gas in de
luchtwegen
∆ Pressure / ∆ Flowrate = Resistance
Normale waarde is 2.5 cm H 2 0/L/sec
∆ 5 cm H 2 0 / 0.5 L / sec = 2.5 cm H 2 0 / L / sec

PAV - Fysiologie
.
P MUS + P AW =
(V x R) + (v x E) =
P APPL

PAV - Werking
‣ Om de 4 msec meet de ventilator flow en
volume.
‣ Uitgaande van de vooraf ingebrachte
elastance en resistance bepaalt de ventilator de
druk die nodig is om deze te overwinnen.
‣ De gebruiker stelt het percentage van
elastance en resistance in dat de ventilator
moet compenseren.
‣ Schakeling naar expiratie gebeurt als er geen
flow naar de patiënt meer gemeten wordt.

PAV - Fysiologie
Patiënt (en niet ventilator) bepaalt
• druk
• tidal volume
• flowrate en flowpatroon
• ademhalingsfrekwentie
• I:E ratio

PAV - Instellingen
Obstructief (verhoogde luchtwegweerstand)
Volume assist 15 cm H 2 0/L
Flow assist 12 cm H 2 0/L/sec
Restrictief (verminderde compliance)
Volume assist 25 cm H 2 0/L
Flow Assist 4 cm H 2 0/L/sec
Gemengd
Volume assist 25 cm H 2 0/L
Flow assist 12 cm H 2 0/L/sec

PAV - Fysiologie
Volume
en/of
Flow
NORMAAL
PAV
ZIEKTE
Patient effort

PAV - PSV
Airway
pressure
PSV
PAV
Patient
effort

PAV - Fysiologie
Ventilator
pressure
PAV
PSV - BIPAP
CMV
Patient effort

PAV vs PSV
GELIJKENIS:
• ontlasten ademhalingsspieren
• arbeid overgenomen door de ventilator
kan getitreerd worden van 0 tot 100 %
• bedoeld voor patiënten met behouden
respiratoire drive, maar verstoorde neuroventilatoire
koppeling
• ondersteuning op breath-by-breath
basis

PAV - Indicaties
• Patiënten die een zeer onregelmatig
ademhalingspatroon hebben.
• COPD: aanwezigheid van auto-PEEP.
• Woelige patiënten.
• Niet-invasieve ventilatie.
• Vroegtijdig stoppen van sedatie?

PAV - Contraindicaties
PAV IS PER DEFINITIE EEN
“ONSTABIELE” VORM VAN
VENTILATOIR SUPPORT EN IS
DAN OOK TEGENAANGEWEZEN
BIJ ELKE VORM VAN ACUUT
RESPIRATOIR FALEN BIJ DE
INSTABIELE PATIËNT.

Partial Ventilatory Support.
• Synchronized intermittent mandatory
ventilation.
• Pressure support ventilation.
• Pressure- or flowtriggering.
• Proportional assist ventilation.
• BIPAP
• Weaning strategy.

BIPAP
BIPAP
=
SPONTANE ADEMHALING
+ volledige mechanische beademing

BIPAP - Definitie.
BIPAP is en vorm van drukgecontroleerde
ventilatie waarbij volledig onbelemmerd spontaan
ademen op elk ogenblik van de respiratoire cyclus
mogelijk is.
Het is een vorm van CPAP waarbij een
voortdurend wisselend CPAP-niveau aangewend
wordt.
De duur van elke fase (T HIGH ,T LOW ) en de
corresponderende drukken (P HIGH , P LOW ) kunnen
onafhankelijk ingesteld worden.

BIPAP
P AW
PEEP 2
Flow
PEEP
1
t
t

TRIGGER “ON”
TRIGGER “ON”
TRIGGER “ON”
BIPAP
P AW Type
Type C Type D
B
Type A
t

BIPAP - Classificatie.
CMV-BIPAP
de patiënt toont geen spontane AH-activiteit; identiek aan PCV
IMV-BIPAP
de patiënt ademt spontaan enkel op het onderste drukniveau;
identiek aan PC-SIMV
APRV-BIPAP
de patiënt ademt spontaan op het bovenste drukniveau onder
inverse-ratio ventilation
“echte” BIPAP
de patiënt ademt spontaan op beide drukniveaus
CPAP

BIPAP - Fysiologie.
100
PERCENT VAN CO
5
0
normale V/Q
lage V/Q
shunt
0
ZONDER SA.
MET SA.
PUTENSEN ET AL. 1996

BIPAP
ZONDER spont. AH. MET spont. AH.
Pa0 2 61 ± 2 78 ± 3*
CO 4.2 ± 0.3 4.6 ±0.3*
Q VA /Q T 50 ± 4 32 ± 4*
V D /V T 60 ± 3 51 ± 5*
DO 2 537 ± 51 716 ±58*
V0 2 147 ± 11 155 ± 10
PUTENSEN ET AL. 1994

BIPAP
Joules/L
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
BIPAP 15 ASB 15 BIPAP 10 ASB 10
WOBp
CALZIA ET AL. 1994

BIPAP - klinisch nut.
• Vroegtijdig stoppen sedatie.
• Curarisatie wordt overbodig.
• Minder spieratrofie.
• Beter evacueren van secreten.
• Minder dode ruimte ventilatie, minder
shunting.
• Slechts één ventilatoire modus nodig.

Partial Ventilatory Support.
• Synchronized intermittent mandatory
ventilation.
• Pressure support ventilation.
• Pressure- or flowtriggering.
• Proportional assist ventilation.
• BIPAP
• Weaning strategy.

Weaning-strategie
2 belangrijke multicenter prospective trials
• Comparison of three methods of gradual
withdrawal from ventilatory support during
weaning from mechanical ventilation
Brochard et al. Am J Resp Crit Care Med 1994; 150:896-903
• A comparison of four methods of weaning
patients from mechanical ventilation
Esteban et al. N Eng J Med 1995; 332:345-350

Weaning strategie
Probability of remaining on mechanical
ventilation
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 5 10 15 20
Days
SIMV
T PIECE
PSV
Brochard et al. Am J Resp Crit Care Med 1994; 150:896-903

Weaning strategie
Probability of successfull weaning
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0 2 4 6 8 10 12 14
Days
Esteban et al. N Eng J Med 1995; 332:345-350
Intermittent
trials
Once daily
trials
PSV
SIMV

Weaningstrategie
• Geen enkele van de verschillende
weaningmethoden is superieur tov. de
andere technieken qua weaningsduur.
• SIMV verlengt waarschijnlijk het
weaningsproces.
• Het aanwenden van een vastgelegd
weaningsprotocol versnelt de weaning.

Weaning strategie
NIET ZOZEER DE
BEADEMINGSTECHNIEK OP
ZICHZELF DOCH WEL DE
WIJZE WAAROP DEZE
GEBRUIKT WORDT, ZIJN
BEPALEND VOOR DE DUUR
VAN HET WEANINGSPROCES.

CONCLUSIES (1)
Weaning ?
1 Nieuwe beademingstechnieken zijn slechts
zinvol indien zij gebaseerd zijn op een
grondige studie van de onderliggende
pathofysiologie.
2 De voorkeur moet gegeven worden aan het
ontwikkelen van betrouwbare en bedside
beschikbare respiratoire monitoring (pressurevolume
curves, thoraxwandcompliance)

CONCLUSIES (2)
Weaning ?
3 Het practisch hanteerbaar maken van
proportional assist ventilation verdient
aanbeveling.
4 BIPAP heeft zijn indicaties en bewezen
effect.
5 Pressure support ventilation blijft de
weaningmethode bij uitstek.
6 Manipulatie van de expiratie moet verder
bestudeerd worden.

CONCLUSIES (3)
Weaning ?
7 De design (generatie) van de ventilator is
belangrijker dan de beademingsmodus op
zichzelf.