Livro Bonassa

i

Princípios Básicos dos Ventiladores Artificiais

Jorge Bonassa


iii

Índice

Princípios Básicos dos Ventiladores Artificiais ............................................................. 1

Introdução ................................................................................................................. 1

Conceitos Básicos ..................................................................................................... 1

Sistema de Ventilação ........................................................................................... 1

Resistência das vias aéreas .................................................................................... 8

Resistência através de um tubo .......................................................................... 8

Resistência do sistema respiratório .................................................................. 11

Complacência ...................................................................................................... 12

Complacência do sistema respiratório .............................................................. 12

Complacência do Sistema de Ventilação .......................................................... 13

Equação do Movimento ....................................................................................... 14

Constante de Tempo ........................................................................................ 16

Medida da Resistência e Complacência no ventilador ...................................... 18

Trabalho Respiratório ...................................................................................... 19

Ciclos e modos de ventilação .................................................................................. 21

Ciclos ventilatórios .............................................................................................. 21

Modos ventilatórios ............................................................................................. 23

Modos Básicos ................................................................................................ 23

Modo Controlado ........................................................................................ 23

Modo Assistido ........................................................................................... 25

Modo SIMV ................................................................................................ 25

Modo CPAP ................................................................................................ 26

Modos de Controle .......................................................................................... 26

Volume Controlado ..................................................................................... 26

Pressão Controlada ...................................................................................... 30

Pressão Suporte ........................................................................................... 34

Pressão Limitada ......................................................................................... 38

VAPS .......................................................................................................... 40

BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 44


1


Jorge Bonassa

Introdução

Um dos principais objetivos da ventilação mecânica é aliviar total ou parcialmente o

trabalho respiratório do paciente85,86

. O trabalho respiratório representa a energia

necessária para movimentar determinado volume de gás através das vias aéreas e

expandir o pulmão, permitindo que ocorram as trocas gasosas a nível alveolar74

. O

movimento de gases através das via aéreas, tanto durante a inspiração como durante a

expiração, irá gerar forças de atrito opostas à direção do movimento. A expansão do

pulmão irá distender estruturas visco-elásticas, envolvendo parede torácica, diafragma,

gerando forças de natureza visco-elásticas. Durante a ventilação espontânea, o paciente

deve desenvolver através dos músculos respiratórios, uma força inspiratória suficiente

para vencer as forças de atrito e as visco-elásticas. A ocorrência da patologia pulmonar

invariavelmente representa um aumento das forças que se opõe ao movimento dos

gases, exigindo níveis elevados de esforço por parte do paciente, e predispondo a

ocorrência da fadiga muscular 73

.

Nessa situação, é indicado o uso de equipamentos - ventiladores artificiais - capazes de

“bombear” os gases para dentro dos pulmões, de forma cíclica, permitindo intervalos

para que o volume inspirado seja exalado passivamente72

. Essa forma de ventilação,

utilizando pressão positiva para bombear o gás para o interior dos pulmões, é a forma

mais usual, embora existam equipamentos capazes de gerar uma pressão negativa. Na

ventilação com pressão negativa, a pressão é aplicada ao redor da caixa torácica do

paciente, através de coletes rígidos, promovendo a expansão do tórax e a inspiração,

entretanto essa forma não será abordada nesse capítulo.

O objetivo desse capítulo é apresentar uma análise do ponto de vista funcional dos

ventiladores artificiais. Para tanto serão apresentados os conceitos básicos envolvidos na

ventilação mecânica e a descrição funcional dos ventiladores a partir dos modos de

ventilação. Através da utilização de exemplos numéricos pretende-se fornecer ao leitor

um guia para o entendimento dos modos de operação dos ventiladores modernos e sua

inter-relação com a mecânica respiratória do paciente.

Conceitos Básicos

Sistema de Ventilação

A partir de uma representação simplificada do sistema respiratório e de um ventilador

artificial (Fig. 1), é possível a descrição dos mecanismos básicos envolvidos na

ventilação mecânica.


2

Válvulade

fluxo

Válvulade

exalação

MONITORPAINEL

DECONTROLES

CPUTransdutor

de fluxo

Transdutorde pressão Pva

CIRCUITO RESPIRATÓRIO

Ramo inspiratório

Ramo expiratório

PACIENTE

VENTILADOR

Fluxo

Figura 1: Representação esquemática de um ventilador conectado ao paciente. A partir dos controles

efetuados através do painel de controles e da monitorização realizada pelos transdutores de pressão e

fluxo, é realizado o controle das válvulas de fluxo e exalação através do circuito de controle do

ventilador. O ventilador inicia a fase inspiratória abrindo a válvula de fluxo e fechando a válvula de

exalação. O paciente é representado através das vias aéreas, dos pulmões e da caixa torácica.

O modelo simplificado de ventilador é constituído por uma válvula de fluxo, uma

válvula de exalação, transdutores de pressão e fluxo, painel de controles e

monitorização e circuito de controle11

.

A válvula de fluxo do modelo apresenta a via de entrada ligada a uma fonte de ar e/ou

oxigênio. A pressão de alimentação das válvulas de fluxo se situa geralmente em torno

de 1 a 1,5 atmosferas. Internamente, uma esfera atuando sobre uma sede, controla a

abertura da passagem do gás. A posição da esfera em relação à sede define o fluxo

inspiratório. O movimento da esfera é realizado por um motor de passo controlado

através de microprocessador. Existem diversos modelos construtivos de válvulas de

fluxo disponíveis nos ventiladores modernos27

(Fig.2).


3

MOTOR DE PASSO

CAME

ESFERA

ENTRADASAÍDA

2L/min

4L/min

8L/min

16L/min

32L/min

64L/min

ENTRADA

ENTRADA

BOBINA

NÚCLEO

SAÍDA

MOTOR DE PASSO

CAME

PINÇA

TUBO FLEXÍVEL

Articulação

A. C.

D.

BOBINA

ESFERA

ENTRADASAÍDA

NÚCLEO

Figura 2: Representação esquemática de diversos modelos construtivos de válvula de fluxo: A. Um motor

de passo atuando sobre uma esfera controla a abertura da passagem do fluxo. B. O acionamento da esfera,

nesse caso, é realizado por um solenóide proporcional. C. Um mecanismo tipo pinça, acionado por motor

de passo, atua sobre um tubo flexível, controlando a área de passagem do fluxo. D. Uma série de

solenóides, calibrados com fluxos discretos, obedecendo à relação 2n, ao serem acionados (abertos) na

combinação apropriada, permitem ajustar o fluxo requerido. Por exemplo: fluxo 6L/min = solenóides 2 e

4 L/min acionados; 50L/min = solenóides 2, 16 e 32 L/min acionados.

A saída da válvula de fluxo é ligada ao ramo inspiratório do circuito do paciente.

A extremidade do ramo expiratório é conectada à válvula de exalação. A atuação de um

diafragma sobre um bocal controla a abertura e fechamento do ramo expiratório. O

movimento do diafragma também é realizado por um motor de passo controlado pelo

microprocessador. Também no caso da válvula de exalação, existem diversas

possibilidades construtivas, dependendo do ventilador (Fig. 3).


4

MOTOR DE PASSO

ÍMÃCAME

SAÍDA

Fluxoexpiratório

PINÇATUBO FLEXÍVEL

Articulação

A. B. BOBINA

SAÍDA

Fluxoexpiratório

D.

ÍMÃ

BOBINA

MOLA

C.

SAÍDA

Fluxoexpiratório

PEEP

PIP

SOLENÓIDE

Figura 3: Representação esquemática de diversos modelos construtivos de válvula de exalação: A. Um

motor de passo atuando sobre um diafragma flexível controla a abertura do ramo expiratório. B. O

acionamento do diafragma é realizado por uma bobina eletromagnética. C. Um solenóide comuta as

pressões inspiratória e expiratória, provenientes de válvulas pneumáticas, que atuam sobre o diafragma.

D. Uma bobina eletromagnética aciona um mecanismo tipo pinça, que controla a área de passagem de um

tubo flexível.

Os sinais de pressão e fluxo são medidos na saída do “Y” do circuito respiratório, onde

é conectado o tubo endotraqueal, que se constitui na interface paciente - ventilador.

A medição de pressão é realizada por um transdutor de pressão, que transforma o sinal

pneumático em sinal elétrico. Os transdutores de pressão atuais incorporam sensores de

silício cujas propriedades elétricas são sensíveis à pressão.

A medição do fluxo pode ser realizada em diversos pontos do sistema. Existem

ventiladores que realizam a medida de fluxo na saída da válvula de fluxo (fluxo

inspiratório), e/ou na saída da válvula de exalação (fluxo expiratório). Outros utilizam

um sensor junto ao paciente, medindo tanto o fluxo inspiratório como expiratório. Os

tipos de sensores mais utilizados para medição do fluxo são pneumotacógrafos, turbinas

e anemômetros de fio aquecido 45

(Fig.4).


5

A. Pneumotacógrafo tipo Fleisch B. Pneumotacógrafo de Área Fixa

D.Sensor Tipo Turbina

Fluxo Fluxo

Fluxo

P1

P1

P2

P2

P1-P2 P1-P2

Fluxo Fluxo

R

C.Pneumotacógrafo de Área Variável

Fluxo

P1 P2

P1-P2

Fluxo

Sensor óptico

Aletasdefletoras

Pás daturbina

E.Sensor Tipo Fio Aquecido

Fluxo

Fio de Platina

Temp Fluxo

P Fluxo

Rotação Fluxo

Figura 4: Representação esquemática de diversos tipos de sensores de fluxo: A. Nos pneumotacógrafos, a

passagem do fluxo por uma restrição calibrada, ocasiona uma queda de pressão. Essa queda de pressão,

proporcional ao fluxo, é medida por um transdutor de pressão diferencial. Nos pneumotacógrafos tipo

Fleisch, que utilizam um arranjo de tubos de pequeno diâmetro em paralelo, a relação entre o fluxo e a

queda de pressão P1 - P2 é linear. B. Nos pneumotacógrafos que utilizam uma restrição fixa de maior

diâmetro, a relação pressão x fluxo aumenta com o fluxo, e exige a linearização através de algoritmos

e/ou circuitos eletrônicos. C. A utilização de uma lâmina flexível, resultando em uma área variável,

aumenta a sensibilidade do pneumotacógrafo para baixos fluxos. D. A passagem do gás através de pás

fixas direcionadoras de fluxo, causa a rotação das pás rotativas da turbina. A rotação é proporcional ao

fluxo e/ou volume deslocado. Os sensores de turbina apresentam pouca sensibilidade para baixos fluxos,

influenciados pelo atrito e inércia, sendo mais utilizados para expirometria. E. A passagem do fluxo por um fio de platina aquecido, promove uma troca de calor. Através de um circuito de controle, a corrente

elétrica através do fio é aumentada de forma a manter a temperatura constante. A corrente de

realimentação é proporcional ao fluxo.

A medida de volume é obtida através do sinal de fluxo. O fluxo representa a velocidade

com que um determinado volume de fluído está sendo movimentado. Realizando-se a

somatória dos fluxos a cada instante, ou seja, calculando-se a integral do fluxo em

relação ao tempo, obtém-se o volume deslocado entre os instantes considerados. A

integração do sinal de fluxo pelo microprocessador fornece o valor dos volumes

inspirado e exalado.

A partir dos controles efetuados através do painel de controles e da monitorização

realizada pelos transdutores de pressão e fluxo, é realizado o controle das válvulas de

fluxo e exalação através do circuito de controle do ventilador.

O paciente é representado através das vias aéreas, dos pulmões e da caixa torácica, cujas

propriedades mecânicas serão discutidas ao longo deste capítulo.

A ventilação mecânica é realizada por meio de ciclos ventilatórios, apresentando duas

fases: inspiratória e expiratória. De forma bastante simples, o ventilador inicia a fase

inspiratória abrindo a válvula de fluxo e fechando a válvula de exalação. Nessa fase

ocorre o enchimento dos pulmões com o ventilador exercendo a pressão necessária para

vencer o atrito nas vias aéreas e expandir os pulmões. O final da fase inspiratória irá


6

coincidir com o início da fase expiratória, com o ventilador fechando a válvula de fluxo

e abrindo a válvula de exalação. Nessa fase ocorre o esvaziamento dos pulmões, sendo

que a força motriz é a própria pressão no interior dos pulmões, ou seja, via de regra, a

exalação é passiva.

Os sinais de pressão, fluxo e volume podem ser representados graficamente, permitindo

uma análise detalhada do funcionamento do ventilador (Fig. 5), utilizando um exemplo

numérico:

30

60

Flu

xo

(L/m

in)

-30

-60

0,25

0,50

Vo

lum

e (

L)

10

20

30

40

0Pre

ssã

o (

cm

HO

)2

-10

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tempo (s)

Tinsp. Texp.

Tciclo

Ins

pir

ató

rio

Ex

pir

ató

rio

PFI

PFE

Vinsp Vexp Vexp<Vinsp

Ppico

PEEP

A B C

Freq. = 60s/TcicloI : E = 1: Texp./Tinsp

0

Figura 5: Traçados das curvas de Fluxo, Volume e Pressão indicando os principais parâmetros que podem

ser extraídos da leitura gráfica. Os instantes A e B correspondem ao início da fase inspiratória (abertura

da válvula de fluxo e fechamento da válvula de exalação) e expiratória (fechamento da válvula de fluxo e

abertura da válvula de exalação) respectivamente.

a. Fluxo (L/min) x Tempo (s): A válvula de fluxo é aberta no instante 1seg. - início da

fase inspiratória - e o fluxo atinge o valor de 30L/min. O valor positivo indica que o

fluxo é inspiratório. O fluxo é mantido constante em 30L/min até o instante 2seg.

Nesse instante a válvula de fluxo é fechada, e o fluxo cai a zero (eixo horizontal).

Simultaneamente a válvula de exalação é aberta - início da fase expiratória - e o gás

no interior dos pulmões é exalado pela própria pressão no interior dos pulmões. O


7

fluxo atinge o valor máximo de -40 L/min. O valor negativo indica que o fluxo é

expiratório. À medida que o pulmão esvazia, diminui a pressão no seu interior e

conseqüentemente o fluxo expiratório. O fluxo expiratório zero indica o

esvaziamento total dos pulmões no instante 3seg. No instante 4s é iniciado um novo

ciclo.

b. Volume (L) x Tempo (s): No instante 1s é iniciado enchimento dos pulmões através

do fluxo inspiratório de 30L/min. O volume é definido como a integral do fluxo em

relação ao tempo e pode ser representado graficamente como a área da curva Fluxo x

Tempo77

. O volume inspirado é a área definida entre o a curva de fluxo inspiratório e

o eixo do tempo, e o exalado a área definida pelo fluxo expiratório. Como nesse caso

o fluxo é mantido constante, o volume aumenta linearmente, até o valor de 0,5L no

instante 2seg. Nesse instante, com o fechamento da válvula de fluxo e abertura da

válvula de exalação, se inicia o esvaziamento dos pulmões, com o volume retornando

a zero no instante 3s. Durante a exalação o volume diminui de forma exponencial.

Caso o volume exalado seja menor que o inspirado, a curva não irá retornar a zero,

refletindo a diferença entre os dois valores.

c. Pressão(cmH2O) x Tempo (s): Com o início do fluxo inspiratório no instante 1s,

ocorre um aumento abrupto de pressão na via aérea, correspondendo à pressão

necessária para vencer o atrito e movimentar os gases através das vias aéreas. À

medida que ocorre a expansão dos pulmões, e a distensão das estruturas visco-

elásticas, ocorre um aumento proporcional de pressão, necessária para vencer as

forças visco-elásticas. A pressão atinge seu valor máximo no instante 2 seg., quando

ainda existe fluxo inspiratório e os pulmões atingiram o volume máximo durante o

ciclo. A pressão retorna ao valor inicial - linha de base - durante a exalação. A

pressão da linha de base, durante a fase expiratória, pode ser mantida acima da

pressão atmosférica, através do controle da válvula de exalação. Ou seja, a válvula de

exalação pode permanecer parcialmente fechada, impedindo a saída de todo o

volume de gás do interior dos pulmões. Nesse caso a pressão expiratória é mantida

positiva, PEEP - Positive End Expiratory Pressure.

Através da análise gráfica pode-se determinar, utilizando os dados do exemplo:

- Tempo Inspiratório Tinsp = 2s - 1s = 1s

- Tempo Expiratório Texp = 4s - 2s = 2s

- Relação I : E = 1: Texp/Tinsp = 1: 2/1 = 1 : 2

- Período do ciclo ventilatório Tciclo = Tinsp + Texp = 1s + 2s = 3s

- Freqüência respiratória Freq. = 60s / Tciclo = 60s / 3s = 20 ciclos/minuto

- Fluxo inspiratório máximo = 30L/min

- Fluxo expiratório máximo = 40 L/min

- Volume inspirado Vinsp = 0,5L

- Volume exalado Vexp = 0,5L

- Pressão inspiratória máxima (pico) Pico = 25cmH2O

- Pressão expiratória PEEP = 5 cmH2O

A partir dessa descrição sucinta do funcionamento do ventilador artificial podem ser

detalhadas as propriedades do sistema respiratório e sua inter-relação com as variáveis

envolvidas na ventilação: resistência das vias aéreas e complacência do sistema

respiratório versus pressão, fluxo e volume.


8

Resistência das vias aéreas

Resistência através de um tubo

Para se movimentar um sólido sobre uma superfície, é necessário que a aplicação de

uma força suficiente para vencer as forças de atrito. Da mesma forma, para que o ar e

/ou oxigênio se movimente através das vias aéreas é necessário que exista uma

diferença de pressão positiva na direção do movimento. O fluxo de gás irá se

estabelecer em função dessa diferença de pressão e o seu sentido será do ponto de maior

para o de menor pressão. A pressão é a força motriz do fluxo.

A descrição de um experimento utilizando um tubo endotraqueal, um manômetro ou

transdutor de pressão e um fluxômetro facilita o entendimento do conceito da

resistência11

(Fig. 6).

120

0

5

1015

20

25

30

Pressão

cmH2O

PAPA

P = P = 0B atm

20

40

60

80

100

Fluxo

Fluxômetro

Manômetro

Tuboendotraqueal

Bsaída do

tubo

A entrada do tubo

Ar/oxigênio3,5 atm

Figura 6: Representação esquemática do arranjo para medida de resistência de um tubo endotraqueal. Para

cada fluxo ajustado no fluxômetro, é realizada a medida de pressão na entrada do tubo endotraqueal

(ponto A) utilizando-se de um manômetro ou transdutor de pressão.

O fluxômetro está conectado ao tubo endotraqueal, no ponto usualmente conectado ao

ventilador. Através de um “T” é realizada a medida da pressão nesse mesmo ponto A,

utilizando-se o transdutor de pressão. A outra extremidade do tubo, ponto B, está aberta,

ou seja, a pressão no ponto B é a pressão atmosférica. O experimento é conduzido

ajustando-se diversos fluxos e medindo-se a diferença de pressão entre os pontos A e B.

Como a pressão no ponto B é a pressão atmosférica (PB =0), a diferença de pressão

entre os dois pontos (PA-PB) é a própria pressão medida pelo transdutor no ponto A PA.

Foram obtidos os seguintes valores experimentais:

Fluxo (L/min)

PA-PB (cmH2O)

20 0,5

40 1,5

60 3,0

80 5,0

100 8,0


9

120 11

Os dados obtidos com esse experimento revelam que:

- As pressões medidas em dois pontos distintos do tubo são diferentes quando existe

um fluxo através do tubo. A pressão diminui no sentido do fluxo.

- A diferença de pressão entre dois pontos do tubo é maior para fluxos mais elevados.

A diferença de pressão entre os pontos A e B é a força motriz que movimenta os gases

através do tubo, vencendo as forças de atrito.

A relação entre a diferença de pressão entre dois pontos de um tubo, ou via aérea, e o

fluxo através do mesmo representa a resistência da via aérea Rva entre os dois pontos.

Rva = (PA-PB)/Fluxo

PA: Pressão na entrada do tubo endotraqueal (cmH2O)

PB: Pressão na saída do tubo endotraqueal (cmH2O)

Fluxo: Fluxo (L/s)

Obs. 60L/min = 1L/s

Para o tubo do experimento pode ser calculada a resistência para cada fluxo ensaiado.

Rva = (PA-PB)/Fluxo

Para Fluxo = 20L/min; (PA - PB)= 0,5cmH2O

20L/min = 20/60L/s = 1/3 L/s

Rva @ 20L/min = 0,5cmH2O/0,33L/s = 1,5cmH2O/L/s

Calculando-se Rva para os demais fluxos obtém-se:

Fluxo (L/min)

Rva (cmH2O/L/s)

20 1,50

40 2,25

60 3,00

80 3,75

100 4,8

120 5,5

Verifica-se que a resistência calculada não é constante, e aumenta com a elevação do

fluxo. Esse aumento de resistência em função do fluxo é explicado pela natureza do

fluxo que se estabelece no tubo (Fig. 7).


10

Fluxo Laminar: PA -PB = Rva . Fluxo

Velocidade dasmoléculas do gás

Aderência

BPA PB

Fluxo Turbulento: PA -PB = k1 . Fluxo + k2 . Fluxo2

Velocidade dasmoléculas do gás

Figura 7: Representação dos fluxos laminar e turbulento em um tubo. No fluxo laminar, as moléculas dos

gases movimentam-se em camadas concêntricas. A camada em contato com a parede do tubo apresenta

velocidade zero, e as demais deslizam entre si, em um movimento ordenado, obedecendo ao mesmo

sentido e direção, alcançando velocidade máxima no centro do tubo, apresentando um perfil parabólico.

No fluxo turbulento, as moléculas do gás apresentam uma movimentação desordenada, em trajetórias distintas, e o perfil de velocidades apresenta-se achatado.

Para fluxos menores, as moléculas dos gases movimentam-se em camadas concêntricas.

A camada em contato com a parede do tubo apresenta velocidade zero, e as demais

deslizam entre si, em um movimento ordenado, obedecendo o mesmo sentido e direção,

alcançando velocidade máxima no centro do tubo. Esse tipo de fluxo é denominado

laminar. Nesse caso, as forças de atrito são resultantes do movimento relativo das

moléculas do gás, resultando em uma espécie de resistência intrínseca do gás, em

função da viscosidade do gás.

Com o aumento do fluxo, as moléculas do gás apresentam uma movimentação

desordenada, em trajetórias distintas. Nesse caso, além da viscosidade, também influem

na resistência ao fluxo a densidade do gás e o atrito com as paredes do tubo. Esse é o

caso mais comum, presente inclusive no sistema respiratório.

No caso de fluxo turbulento, a equação que relaciona a queda de pressão entre dois

pontos de um tubo e o fluxo através do mesmo é dada por (equação de

Rohrer)9,21,29,70,98

:

PA-PB = K1.Fluxo + K2. Fluxo2

As constantes K1 e K2 representam os componentes da resistência para fluxo laminar e

turbulento.

Para o caso do tubo endotraqueal do experimento foram obtidos, através de regressão

linear os seguintes valores11

: K1 = 0,6 e K2= 2


11

Do ponto de vista prático, o mais usual é determinar a resistência a um determinado

fluxo. Ao se proceder dessa forma deve-se lembrar que o valor da resistência relaciona

exclusivamente a queda de pressão ao fluxo utilizado. Não é correto determinar-se o

valor de resistência para um valor de fluxo e utilizá-la indistintamente outros valores.

Conforme visto para o tubo endotraqueal, é necessária a utilização de diversos pontos na

faixa de fluxos possíveis para determinar-se uma equação que descreva adequadamente

o comportamento resistivo da via aérea.

Resistência do sistema respiratório

A mesma relação entre pressão e fluxo encontrada no tubo endotraqueal é válida para o

sistema respiratório, ou seja, para as vias aéreas naturais7,9,21,70

.

No caso do sistema respiratório, os pontos extremos podem ser considerados como a

pressão na boca, ou no caso do paciente em ventilação mecânica, a traquéia Ptr, e a

pressão intrapulmonar a nível alveolar Palv. Conhecendo-se as pressões traqueal e

alveolar para um determinado fluxo, é possível o cálculo da resistência das vias aéreas

do paciente.

Considerando a fase inspiratória, com um fluxo inspiratório constante, pode ser

utilizada a fórmula da resistência do tubo endotraqueal, onde PA = Ptr e PB= Palv

Rva = (Ptr-Palv)/Fluxo

Por exemplo, se durante a fase inspiratória, com um fluxo de 30L/min, a pressão

traqueal fosse 15cmH2O e a pressão alveolar 5cmH2O, resultaria:

30L/min = 30/60 L/s = 0,5 L/s

Rva = (15-5)cmH2O/0,5L/s = 20cmH2O/L/s

As mesmas considerações feitas para o tubo endotraqueal em relação ao fluxo laminar e

turbulento se aplicam para o sistema respiratório. Além disso, nem sempre dispomos de

fluxo constante. Por exemplo, para estimarmos a resistência expiratória, dispomos de

um fluxo decrescente, e conseqüentemente irão ocorrer alterações de resistência no

decorrer da fase expiratória. Devido à natureza elástica das via aéreas, também irão

ocorrer alterações decorrentes da própria deformação das vias aéreas4.

Apesar da importância das considerações apresentadas, para os objetivos desse capítulo

é suficiente entender a relação entre os gradientes de pressão e o fluxo ao longo das vias

aéreas.

No paciente em ventilação mecânica a pressão é medida antes do tubo endotraqueal.

Portanto os valores medidos de resistência utilizando-se a pressão inspiratória proximal,

referida como pressão na via aérea Pva, é na realidade a soma das resistências do tubo

endotraqueal e das vias aéreas do paciente.

Rva = Rva.tubo + Rva.paciente = (Pva-Palv)/Fluxo

A soma das resistências do tubo endotraqueal e do sistema respiratório se constitui na

própria resistência das vias aéreas Rva. A diferença de pressão entre a entrada do tubo

endotraqueal e a alveolar (Pva-Palv) é denominada Pressão Resistiva Pres. A resistência

das vias aéreas pode então ser simplificada:

Rva = Pres/Fluxo


12

Complacência

Complacência do sistema respiratório

O aumento do volume pulmonar durante a fase inspiratória ocasiona uma expansão dos

pulmões e conseqüentemente da parede torácica, distendendo as estruturas elásticas do

sistema respiratório. Analogamente a um sistema de molas, essa estrutura elástica irá

exercer uma força contrária e proporcional à deformação, por sua vez proporcional ao

volume inspirado. Essa força elástica, distribuída pela superfície do pulmão, irá gerar

uma pressão intrapulmonar positiva. A relação entre o volume inspirado e a variação de

pressão no interior dos pulmões representa a complacência do sistema

respiratório7,24,70,82

(Fig. 8).

Volume (L)

Pressãoalveolar

(cmH2O)

0 10 20 30 40

PEEP

Palv - PEEP

Vo

lum

e

Csr = tg = Palv-PEEP Volume

Complacência:

0

10

2030

40

50

60

Pressão

cmH2O

Palv

1/Csr=1/Cp + 1/Cct

50

Figura 8: Representação de um arranjo para determinação da relação entre o volume inspirado e a

variação de pressão no interior dos pulmões, definida como complacência do sistema respiratório. A

medida da pressão deve ser realizada em condições estáticas (fluxo zero). A curva Pressão x Volume,

representa a curva de complacência do sistema respiratório (pulmão e parede torácica). A inclinação da

curva em um determinado ponto determina a complacência para o volume considerado. Pelo traçado do exemplo, observa-se, que para volumes baixos a inclinação da curva, ou seja, a complacência, é menor.

Na presença de pressão expiratória positiva PEEP, a variação de pressão resultante do

aumento do volume, é a pressão alveolar subtraída do PEEP.

Csr = Volume/(Palv-PEEP) L/cmH2O

O aumento de pressão intrapulmonar (Palv - PEEP) devido ao volume inspirado se

constitui na pressão elástica Pel, relativa ao volume. A complacência do sistema

respiratório pode então ser simplificada:


13

Csr = Volume/Pel

Por exemplo, se durante a ventilação, com PEEP de 5cmH2O e volume corrente de 0,5

L, a pressão alveolar no final da inspiração fosse 15cmH2O, resultaria o seguinte valor

de complacência:

Csr = 0,5L /(15-5)cmH2O = 0,05L/cmH2O.

Ou seja, nesse caso, um aumento de volume de 50ml ocasiona um aumento de 1cmH2O

no interior dos pulmões.

Inversamente, considerando a complacência de 0,05L/cmH2O e PEEP 5cmH2O, para

um volume inspirado de 0,75L, a pressão no interior dos pulmões resultaria:

Palv = Vol (L) / Crs (L/cmH2O) + PEEP(cmH2O)

= 0,75L/0,05L/cmH2O = 15 + 5 = 20cmH2O

Da mesma forma que a resistência, a complacência não apresenta um valor constante.

Alterações da complacência podem ocorrer em função de uma maior ou menor

recrutamento alveolar, propiciado, por exemplo, pela utilização da PEEP. A utilização

de volumes elevados pode causar uma hiperinsuflação dos pulmões, com uma

diminuição da complacência devido à restrição imposta pela parede torácica.

Complacência do Sistema de Ventilação

Além da complacência do sistema respiratório, incorporando a parede torácica e os

pulmões, o próprio ventilador juntamente com o circuito respiratório apresenta uma

complacência intrínseca, cujo efeito poderá interferir na ventilação mecânica.

O circuito do ventilador é formado por tubos, muitas vezes flexíveis, e volumes

compressíveis, como as jarras de umidificação. Nos casos de ventiladores utilizados em

anestesia, incorporando foles ou bolsas de reinalação, a complacência do sistema de

ventilação apresenta valores significativos. O efeito dessa complacência intrínseca irá

depender do modo de ventilação utilizado. Por exemplo, se a modalidade ventilatória

empregada fornece um volume predeterminado ao paciente, parte desse volume pode

ficar comprimido no próprio circuito, não participando da ventilação, diminuindo o

volume corrente efetivo.

Para se calcular a complacência intrínseca do sistema de ventilação é necessário insuflar

um volume pré-determinado no interior do circuito, obstruindo todas as suas saídas, e

verificar a variação de pressão resultante. De forma prática, isso pode ser realizado,

obstruindo-se a saída do “Y” do circuito e certificando-se que não existam vazamentos,

selecionando a modalidade ciclada a volume, ajustando-se um volume em torno de

100ml e um fluxo de 10L/min, geralmente disponíveis nos ventiladores. Deve-se então

observar qual a pressão inspiratória Pva obtida no interior do circuito e realizar o

cálculo da complacência.

Por exemplo, supondo que a pressão na via aérea ao final da inspiração fosse

20cmH2O, a complacência do circuito seria:

Ccirc = Volume/Pva = 100ml/20cmH2O = 5ml/cmH2O


14

Isso significa que durante a ventilação mecânica, 5ml de volume permanecerá no

circuito para cada 1cmH2O de pressão na via aérea. Ou seja, se durante a ventilação, a

pressão inspiratória atingisse 15cmH2O, o volume perdido no circuito seria:

Volume perdido = Ccirc. x Pva = 5ml/cmH2O x 15cmH2O = 75ml

O efeito da complacência do sistema de ventilação deve ser avaliado principalmente na

ventilação de pacientes com complacência reduzida, principalmente crianças. Nesse

caso, o circuito deve ser otimizado, reduzindo-se o comprimento e diâmetro dos tubos,

empregando-se materiais com pouca distensibilidade e reduzindo-se os volumes

compressíveis.

Quando a medida da complacência é efetuada no paciente conectado ao ventilador, é

importante verificar onde está sendo realizada a medida do volume.

Se o volume considerado nos cálculos, é o volume medido no ramo expiratório do

circuito, então a complacência medida incorpora o circuito do paciente. Nesse caso,

para se determinar a complacência do paciente deve-se descontar do valor obtido a

complacência do circuito.

Se o volume utilizado nos cálculos de complacência é medido através de um sensor

diretamente posicionado na entrada do tubo endotraqueal, então o valor obtido é a

própria complacência do paciente.

Equação do Movimento

A partir das definições de resistência e complacência é possível relacionar as

propriedades do sistema respiratório e do sistema de ventilação com as pressões, fluxos

e volumes desenvolvidos durante a ventilação.

Retornando ao modelo do sistema de ventilação (Fig.1), a pressão na via aérea Pva é

medida na entrada do tubo endotraqueal. Durante a fase inspiratória, considerando-se o

paciente em ventilação controlada, sem esforço inspiratório, o valor da Pva irá

incorporar tanto a componente resistiva Pres como a componente elástica Pel 7,11,13,22,24,49,66,70,82

. Considerando que o volume é medido na mesma posição, ou seja, é o

volume efetivamente inspirado pelo paciente:

Pva = Pres + Pel + PEEP = Rva . Fluxo + Volume/Csr + PEEP

A partir dessa equação a curva de pressão pode ser mais bem descrita utilizando-se os

conceitos de resistência e complacência.

Considerando como exemplo dois pacientes com mecânicas respiratórias distintas:

Paciente 1: R1 = 20cmH2O/L/s; C1 = 0,025L/cmH2O

Paciente 2: R1= 40cmH2O/L/s; C2=0,05L/cmH2O

Utilizando os mesmos parâmetros ventilatórios do exemplo, Volume 0,5L, Fluxo

inspiratório constante 30L/min e PEEP 5cmH2O, obtém-se os seguintes traçados de

pressão (Fig.9):


15

30

60

Flu

xo

(L/m

in)

-30

-60

0,25

0,50

Vo

lum

e (

L)

10

20

30

40

0Pre

ssã

o (

cm

HO

)2

-10

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ins

pir

ató

rio

Ex

pir

ató

rio

Paciente 1: R1 20; C1 0,025 Paciente 2: R2 40; C2 0,05

Pres2=20cmH O2

Pel2=10cmH O2

Pres1=10cmH O2

Pel1 = 20cmH O2

Pres = Rva.Fluxo

Pel = Volume/Csr

PFE1

PFE2

T2=R2.C2T1=R1.C1

36,8%Vinsp 36,8%Vinsp

Tempo (s)

0

Figura 9: Traçados das curvas de Fluxo, Volume e Pressão para dois pacientes com mecânicas

respiratórias distintas. No exemplo foram utilizados fluxo inspiratório (30 L/min) e volume (0,5L)

constantes. Pode-se observar que apesar de apresentarem o mesmo pico de pressão, as pressões alveolares

nos dois pacientes são diferentes. Além disso,no paciente 2, devido a uma constante de tempo maior, a

exalação ocorra de forma mais lenta, com o pico de fluxo expiratório menor.

1- No instante 1s a válvula de fluxo é aberta, liberando um fluxo de 30L/min através da

das vias aéreas. Nesse instante, o volume inspirado ainda é zero e a pressão na via

aérea:

Pva = Rva.Fluxo + Volume/Csr + PEEP

Paciente 1: Pva1= 20cmH2O/L/s . 0,5L/s + 0L / 0,025L/cmH2O + 5cmH2O

Pva1= 15cmH2O

Paciente 2: Pva2= 40cmH2O/L/s . 0,5L/s + 0L/ 0,05L/cmH2O + 5cmH2O

Pva2= 25cmH2O

2- No instante 1,5s a válvula de fluxo permanece aberta. Nesse instante o volume

inspirado atingiu 250ml. Portanto a pressão elástica Pel no interior dos pulmões

aumentou. Como o fluxo foi mantido constante, e considerando-se que não

ocorreram mudanças nas resistências das vias aéreas, a pressão resistiva Pres também

permaneceu constante. Calculando-se a pressão na via aérea para essa nova situação


16

Paciente 1: Pva = 20 . 0,5 + 0,25 / 0,025 +5 = 10 + 10 + 5 = 25cmH2O

Paciente 2: Pva=40 . 0,5 + 0,25 / 0,05 + 5 = 20 + 5 + 5 = 30 cmH2O

3- No final da fase inspiratória, no instante 2s, o volume atingiu 0,5L, e a válvula de

fluxo ainda está aberta:

Paciente 1: Pva = 20. 0,5 + 0,5/0,025 + 5 = 10 + 20 + 5 = 35cmH2O

Paciente 2: Pva = 40 . 0,5 + 0,5/0,05 + 5 = 20 + 10 + 5 = 35cmH2O

Esse exemplo ilustra uma situação onde dois pacientes com mecânicas respiratórias

distintas, apresentam o mesmo valor de pressão na via aérea Pva ao final da

inspiração, ou pressão de pico Ppico. Entretanto no Paciente 1 a pressão Ppico é

composta de 10cmH2O de pressão resistiva e 20cmH2O de pressão elástica, além da

PEEP. Ou seja, a pressão intrapulmonar no paciente 1 é de 25cmH2O.

No Paciente 2, a pressão resistiva é de 20cmH2O e a elástica 10cmH2O, resultando

em uma pressão intrapulmonar de 15cmH2O, inferior à do Paciente 1.

A simples verificação do pico de pressão Ppico não reflete corretamente os níveis de

pressão a que efetivamente estão submetidos os alvéolos durante a ventilação.

4- O início da fase expiratória ocorre através do fechamento da válvula de fluxo e

abertura da válvula de exalação. Durante a fase expiratória, supondo uma válvula de

exalação ideal, que não ofereça resistência ao fluxo, ocorre uma rápida

despressurização do circuito, e a pressão na via aérea se reduz ao valor da PEEP

programada. Nesse instante, inverte-se o sentido do fluxo, ou seja, a pressão

intrapulmonar é maior que a pressão na via aérea Pva. A força motriz do fluxo

expiratório é a própria pressão elástica no interior dos pulmões. No caso do Paciente

1, a pressão elástica atingiu 20cmH2O, e no paciente 2, 10cmH2O. Essa é a pressão

disponível para movimentar os gases através das vias aéreas. Supondo que a

resistência expiratória seja igual à inspiratória, a equação do movimento irá

determinar o fluxo expiratório no início da expiração:

Pva=Pres + Pel + PEEP

Pres = Pel

Rva.Fluxo exp. = Volume/Csr

Paciente1:

Fluxo exp1 = Volume/Csr/Rva = 20cmH2O/20cmH2O/L/s = 1L/s = 60L/min

Paciente 2:

Fluxo exp2 = 10cmH2O/40cmH2O/L/s = 0,25L/s = 15L/min

Constante de Tempo

À medida que ocorre o esvaziamento dos pulmões diminui a pressão elástica e

conseqüentemente o fluxo expiratório. O tempo necessário para que o pulmão exale

todo o volume, irá depender dos valores da complacência e resistência do paciente.

Quanto maior a complacência, menor a pressão elástica para um determinado volume, e

conseqüentemente, menor a força motriz para exalação. Por outro lado, quanto maior a

resistência, menor o fluxo expiratório, para determinada pressão elástica. O produto da

resistência e complacência define a constante de tempo do sistema respiratório,

relacionada com o tempo de esvaziamento do pulmão24,27

:

T = Rva. Csr (s)


17

Calculando-se a constante de tempo para os casos do exemplo:

Paciente 1: T = 20cmH2O/L/s . 0,025L/cmH2O = 0,5 segundos

Paciente 2: T = 40cmH2O/L/s . 0,05L/cmH2O = 2 segundos

O esvaziamento do pulmão obedece a uma equação do tipo exponencial. De acordo com

essa equação, a partir do início da exalação, o volume no interior dos pulmões diminui

para 36,8%, 13,5%, 5% e 1,8% do volume inicial, respectivamente após 1, 2, 3, 4 e 5

constantes de tempo (Fig. 10).

30

60

Flu

xo

(L/m

in)

-30

-60

0,25

0,50

Vo

lum

e (

L)

10

20

30

40

0Pre

ssã

o (

cm

HO

)2

-10

50

Ins

pir

ató

rio

Ex

pir

ató

rio

0

Volumeinspirado (%)

100

37

13,55

N . Constantesde Tempo T = RC

o

N . Constantesde Tempo T = RC

o

1 12 23 34 45 50 0

Palv

Pva

Pausainspiratória

Pausaexpiratória

AutoPEEP

Presençade fluxo

expiratório

Figura 10: Traçados gráficos das curvas de Fluxo , Volume e Pressão, relacionando a constante de tempo

com os valores de volume e pressão durante a fase expiratória. São representadas as pausas inspiratória e

expiratória, que permitem a visualização da pressão alveolar no final da inspiração e exalação

respectivamente. Nos traçado de pressão é representada em linha pontilhada a pressão alveolar.

Para o paciente 1 o tempo necessário para a exalação completa seria de

aproximadamente 2,5s e para o paciente 2 , 10s.


18

Caso não se permitisse tempo suficiente para a exalação, iniciando-se um outro ciclo

ventilatório, resultaria em uma pressão positiva no interior dos pulmões ao final da

exalação, referida como auto PEEP ou PEEP intrínseco 42,62

.

Medida da Resistência e Complacência no ventilador

Para que se possa identificar as componentes resistiva e elástica durante a ventilação, os

ventiladores dispõem de um recurso, a pausa inspiratória, que retarda a abertura da

válvula de exalação em relação ao momento em que ocorreu o fechamento da válvula de

fluxo. Durante a pausa inspiratória, não existe fluxo na via aérea (Fluxo =0 e Pres=0),

portanto a pressão na via aérea Pva, medida pelo ventilador, é a própria pressão

intrapulmonar.

Pva = Rva.0 + Volume/Csr + PEEP = Volume/Csr + PEEP = Pel + PEEP

A pressão da via aérea na pausa é denominada pressão de "plateau" Pplat, e a pressão

máxima inspiratória, anterior à pausa, pressão de pico Ppico. A diferença entre a pressão

de pico Ppico e a de plateau Pplat é a pressão resistiva Pres.

Pausa: Pva = Pplat = Pel + PEEP = Volume/Csr + PEEP; Pres = 0

Pres = Ppico-Pplat = Rva . Fluxo

Conhecendo-se Ppico, Pplat, PEEP, fluxo no instante da pausa e volume inspirado é

possível determinar os valores de complacência e resistência51,60,70,81,82,93

(Fig. 11):

Rva = (Ppico - Pplat)/Fluxo

Csr = Volume /(Pplat-PEEP)


19

30

60

Flu

xo

(L/m

in)

-30

-60

0,25

0,50

Vo

lum

e (

L)

10

20

30

40

0Pre

ssã

o (

cm

HO

)2

-10

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Ins

pir

ató

rio

Ex

pir

ató

rio

Paciente 1: R1 20; C1 0,025 Paciente 2: R2 20; C2 0,025

Rva=(Ppico-Pplat)/FluxoCsr=Volume/(Pplat-PEEP)

Ppico

Pplat

Tempo (s)

PEEP

PAUSA PAUSA

Pres

Pel

Figura 11: Traçados gráficos representando a pausa inspiratória. Medindo-se o pico de pressão Ppico, a

pressão na pausa inspiratória Pplat, a PEEP, o fluxo no instante da pausa e o volume inspirado é possível

se determinar os valores de complacência e resistência.

Trabalho Respiratório

O trabalho mecânico representa a energia requerida para deslocar um corpo, ou fluído,

vencendo-se as forças opostas ao movimento. No caso da ventilação mecânica, as

variáveis que determinam o trabalho, são as pressões elásticas e resistivas e o volume. O

trabalho respiratório pode ser definido pela equação74

:

Trabalho respiratório = Área curva PV = Vf

Vo

dVP.

A representação gráfica do trabalho (integral da pressão em relação ao volume) é a área

sob a curva da pressão em relação ao volume, ou curva PV, onde podem ser

visualizados as componentes elástica e resistiva (Fig. 12).


20

Volume (L)

Pressão (cmH2O)

0 10 20 30 40

0

10

2030

40

50

60

Pressão

cmH2O

50

Fluxocte

Pva

Pp

ico

Pp

late

au

PE

EP

Trabalho W = Área PxV

W P dV .Wel Wres

Wel: Trabalho elásticoWres: Trabalho resistivo

Pe

l =

Vo

lum

e/C

sr

Pre

s =

Rv

a . F

lux

o

início insp.

início exp.

Figura 12: A representação gráfica do trabalho mecânico (integral da pressão em relação ao volume) é a

área sob a curva da pressão em relação ao volume, ou curva PV, onde podem ser visualizadas as

componentes de trabalho para vencer as forças elásticas (Wel) e resistivas (Wres). O cálculo do trabalho

baseado na pressão medida na via aérea (Pva) representa o trabalho realizado pelo ventilador.

O trabalho mecânico aumenta à medida que são deslocados maiores volumes e/ou são

requeridas pressões mais elevadas durante a ventilação. Geralmente o trabalho

mecânico é medido durante a fase inspiratória, já que a exalação usualmente é passiva, e

a energia utilizada é a própria força elástica do sistema respiratório. Em uma expiração

ativa, os músculos respiratórios efetivamente irão realizar um trabalho mecânico.

Durante a ventilação mecânica a fração de trabalho realizado pelo ventilador e pelo

paciente irá depender do modo de ventilação, das características do ventilador e dos

parâmetros ajustados durante a ventilação23,33,37,48,58,59,61,63,64,69,90,94,96

. O cálculo do

trabalho baseado na pressão medida na via aérea resulta no trabalho realizado pelo

ventilador. Para cálculo do trabalho realizado pelo paciente é necessária a utilização da

pressão pleural (Figura 13), Na prática, é utilizada a pressão esofágica Pes, medida

através de um meio menos invasivo, a introdução de um pequeno balão no esôfago. A

pressão esofágica reflete o esforço exercido pelos músculos respiratórios durante a

inspiração8,70,74

.


21

Volume (L)

Pressãoesofágica (cmH2O)

-20 -15 -10 -5 0

10

20

30 -30

-20

-10

cmH2O

5

Fluxoespontâneo

Trabalho W = Área PxV

W P dV .

WelWres

Wel: Trabalho elástico

Wres: Trabalho resistivo

início insp.

início exp.C

c tC

p

Pesofágica

0

Volumeinsp.

Cc t

Cp

Figura 13: Para medida do trabalho realizado pelo paciente deve ser utilizada a pressão esofágica

(Pesofágica), que reflete o esforço exercido pelos músculos respiratórios durante a inspiração. Durante a

inspiração espontânea o trabalho para vencer as forças elásticas (Wel) é definido pela área entre as curvas

da complacência do pulmão (Cp) e da caixa torácica Cct.

Ciclos e modos de ventilação

A descrição funcional do ventilador artificial pode ser feita a partir dos modos como são

controlados os ciclos ventilatórios. Os modos ventilatórios definem a forma como os

ciclos ventilatórios são iniciados, mantidos e finalizados. O ciclo ventilatório inclui

tanto a fase inspiratória como a expiratória, entretanto as classificações dos ciclos e dos

modos têm se baseado principalmente na fase inspiratória.

Para os objetivos desse capítulo serão definidos e classificados os tipos de ciclos

ventilatórios e os principais modos de controle, utilizando-se a terminologia usualmente

utilizada no meio clínico, preterindo-se uma classificação eminentemente técnica.

Ciclos ventilatórios

Os ciclos ventilatórios podem ser classificados em três tipos:

1- Ciclos Controlados

2- Ciclos Assistidos

3- Ciclos Espontâneos

Essa classificação leva em conta a forma como os ciclos são iniciados, efetivamente

controlados e finalizados.

Os ciclos controlados são iniciados, controlados e finalizados exclusivamente pelo

ventilador. Os ciclos controlados são iniciados geralmente de acordo com um critério de


22

tempo. Por exemplo, ao ser ajustada uma freqüência respiratória de 12 ciclos/minuto, o

ventilador irá automaticamente iniciar os ciclos controlados a cada 5 segundos. Os

ciclos controlados também podem ser iniciados por algum critério de "backup". Por

exemplo, se o ventilador detectar ausência de ciclos respiratórios por um período

superior a um tempo máximo de apnéia admissível e/ou programado, irá iniciar o ciclo

controlado. Outro mecanismo de "backup" poderia ser o volume minuto. De qualquer

forma, o início do ciclo controlado será sempre determinado pelo ventilador. A partir

do início do ciclo controlado, o ventilador irá determinar a forma de atuação das

válvulas de fluxo e exalação de acordo com o modo de controle selecionada. O final do

ciclo controlado é determinado em função do critério específico do modo de ventilação.

Por exemplo, o ciclo poderá terminar por tempo, ou então ao ser atingido um volume

programado.

Os ciclos assistidos são iniciados pelo paciente, controlados e finalizados pelo

ventilador. Durante a fase de controle dos ciclos assistidos, dependendo da forma como

é realizado o controle, o ventilador pode permitir que o paciente modifique o ciclo

assistido.

O início do ciclo assistido (“disparo”) se dá pelo reconhecimento do esforço inspiratório

do paciente pelo ventilador. Esse reconhecimento pode se dar basicamente por pressão

ou fluxo (Figura 14).

Flu

xo

(L

/min

)

10

20

30

40

0Pre

ss

ão

(c

mH

O)

2

-10

50

30

60

-30

-60

90

Fluxo

Sensibilidade

Detecção do

esforço

Pressão

Sensibilidade

Detecção do

esforço

DISPARO POR PRESSÃO

DISPARO POR FLUXO

Figura 14: A detecção do esforço inspiratório para o início do ciclo ventilatório (“disparo”), pode ser feita

através de pressão ou fluxo. No disparo por pressão, na ausência de fluxo, o esforço inspiratório do paciente (pressão alveolar negativa) é transmitido integralmente à via aérea (condição isométrica),

causando a queda de pressão. No disparo por fluxo, o esforço do paciente desvia um fluxo contínuo

presente na via aérea, detectado por um sensor de fluxo. Nesse caso, a pressão alveolar negativa não é

transmitida à via aérea, não sendo detectada queda de pressão na via aérea.

No disparo por pressão, é necessário que não exista fluxo na via aérea. Assim, a queda

na pressão alveolar resultante do esforço inspiratório do paciente é transmitida

integralmente à via aérea, sendo possível sua detecção através de um transdutor. O sinal

do transdutor de pressão é comparado com o nível de sensibilidade ajustado,

determinando o disparo do ciclo. No disparo por fluxo, é necessário que o ventilador


23

mantenha um fluxo contínuo na via aérea. A queda de pressão alveolar resultante do

esforço do paciente irá determinar o gradiente de pressão necessário para desviar o

fluxo para o interior dos pulmões. O fluxo inspirado é medido por um sensor de fluxo,

cujo sinal é comparado com a sensibilidade ajustada. O desempenho dos diferentes tipos

de disparo irá depender das características construtivas de cada ventilador. Uma menor

deflexão de pressão na via aérea, no caso do disparo por fluxo, não deve ser confundida

com uma menor queda de pressão a nível alveolar. Existem, entretanto, situações onde a

indicação de determinado tipo é mais adequada. Por exemplo, na ventilação neonatal

onde se utiliza fluxo contínuo, é impraticável a utilização de disparo por pressão.

Após a detecção do esforço inspiratório são acionados os sistemas de controle para

abertura da válvula de fluxo e fechamento da válvula de exalação. O intervalo entre a

detecção do esforço e o acionamento do fluxo é um período crítico onde o trabalho

respiratório pode assumir valores elevados, no caso de uma oferta de fluxo insuficiente

no início do ciclo 46, 83, 84

.

A partir do início do ciclo assistido, o controle de término ocorre de forma exatamente

igual ao verificado nos ciclos controlados. Dependendo da forma de controle

disponibilizada pela modalidade ventilatória, o ventilador pode ser sensível ao esforço

do paciente modificando o ciclo assistido. Isso ocorre, por exemplo, nos ciclos

assistidos durante a ventilação VAPS 2,12-15

. Finalmente, os ciclos espontâneos são

iniciados pelo paciente, podendo ser controlados e finalizados parcial ou totalmente pelo

paciente. Os ciclos espontâneos podem ser controlados exclusivamente pelo paciente ou

podem ser parcialmente assistidos pelo ventilador. O ventilador pode manter, por

exemplo, um fluxo contínuo no circuito, o paciente pode respirar espontaneamente,

controlando totalmente a freqüência, o fluxo e o volume inspirado33,37,50

. Outra forma de

ciclo espontâneo, parcialmente assistido, ocorre quando o ventilador de alguma forma

auxilia a inspiração do paciente, aumentando, por exemplo, o fluxo e/ou pressão na via

aérea em resposta a um esforço espontâneo, como ocorre com a Ventilação com Pressão

Suporte44,45,54,55,78

. Nesse caso, o paciente mantém um controle parcial sobre o fluxo e

volume inspirados e sobre o instante de término do ciclo.

Modos ventilatórios

Os modos ventilatórios podem ser classificados a partir de dois critérios básicos:

- Tipos de ciclos disponibilizados pela modalidade: Modos Básicos

- Tipo de controle exercido sobre os ciclos: Modos de Controle

Modos Básicos

Geralmente os ventiladores apresentam quatro modos de ventilação, baseados nos tipos

de ciclos disponibilizados pelo ventilador: Controlado, Assistido, SIMV e CPAP.

Modo Controlado


24

Durante o modo controlado, geralmente designado pela sigla CMV (Controlled

Mandatory Ventilation), o ventilador disponibiliza apenas ciclos controlados, baseados

na freqüência respiratória programada. A freqüência respiratória pode ser programada

diretamente, ou derivada de outros parâmetros.

Por exemplo:

- o ventilador dispõe de controles de tempo inspiratório Tinsp e expiratório Texp:

Freq.resp = 60s/ (Tinsp + Texp);

- o ventilador dispõe de controle de volume minuto Vmin e volume corrente Vc:

Freq. Resp. = Vmin/Vc.

A partir da freqüência respiratória programada, o ventilador irá definir o período entre

os ciclos controlados. Cada período corresponde a uma “janela” de tempo, onde o

ventilador irá iniciar um ciclo controlado. Por exemplo, para uma freqüência

programada de 12 ciclos/minuto (Fig.15):

Janela de tempo = Período T = 60s / Freq. = 60s/12 = 5 segundos

Nesse caso o ventilador irá iniciar um ciclo controlado coincidindo com o início da

“janela” de 5 segundos.

10

10

20

20

30

30

40

40

0

0

Pre

ssã

o (

cm

HO

)2

Pre

ssã

o (

cm

HO

)2

0 1

1

1

1

6

1

11

1

16

1 11 1

1 12

2

2

2

7

2

12

2

17

2 22 2

2 23

3

3

3

8

3

13

3

18

3 33 3

3 30 0 0 5

Janela 1 Janela 2 Janela 3 Janela 4

Ciclo controlado Ciclo controlado Ciclo controlado Ciclo controlado

0 0

Janela 1 Janela 2 Janela 3

Ciclo controlado Ciclo controlado Ciclo assistido Ciclo controlado

Esforçoinspiratório

0 0

Ciclo assistido

Janela 4


10

20

30

40

0Pre

ssã

o (

cm

HO

)2

Janela 1 Janela 2

Ciclo controlado Ciclo assistido Ciclo assistido


Janela 3


Ciclo espontâneo

Janela 4

Ciclo assistido

Ciclo controlado


0

0

0

5

0

10

0

15

5

20

Modo Controlado

Modo Assistido / Controlado

Modo SIMV / (CPAP)

4

4

4

4

9

4

14

4

19

4 4 5

4 41 2 3 4

Figura 15: No Modo Controlado, o ventilador irá iniciar um ciclo controlado a cada janela de tempo,

definida a partir da freqüência respiratória programada (Janela = Freq./60s). No modo

Assistido/Controlado, o ventilador irá iniciar um ciclo assistido na ocorrência do esforço do paciente,

reiniciando a contagem da janela de tempo (janelas variáveis); ao final da janela, na ausência de esforço, é

iniciado um ciclo controlado. No modo SIMV, o ventilador mantém as janelas fixas, e permite apenas um ciclo assistido por janela, atendendo os demais esforços inspiratórios com ciclos espontâneos. Um ciclo

controlado só ocorre após uma janela de apnéia, ou após uma janela onde só ocorreu um ciclo controlado.

O modo CPAP é um caso particular do SIMV, onde a freqüência respiratória é ajustada em zero,

permitindo apenas ciclos espontâneos (sem janelas).


25

Modo Assistido

No modo assistido o ventilador disponibiliza ciclos controlados e assistidos. Geralmente

o modo assistido é denominado assistido/controlado, já que o ventilador pode, na

ausência de esforço inspiratório do paciente, manter os ciclos controlados na freqüência

programada. Nesse modo é necessária, além da freqüência respiratória, a programação

do nível de sensibilidade assistida ou “trigger” para reconhecimento do esforço

inspiratório do paciente. No modo assistido, da mesma forma que no controlado, o

ventilador define as janelas de tempo baseadas na freqüência respiratória programada.

Para melhor descrição desse modo, será utilizado como exemplo, uma freqüência

respiratória de 12 ciclos/minuto, resultando em janelas de 5 segundos, e ciclos

controlados com tempo inspiratório de 1 segundo. O ventilador envia um ciclo

controlado no início da primeira janela (Fig. 15). Como o tempo inspiratório do ciclo do

exemplo é de 1segundo, irão restar 4 segundos para o término da janela. Se durante o

tempo remanescente o paciente não exibir nenhum esforço, o ventilador irá iniciar uma

nova janela com um ciclo controlado. Se o paciente, antes de concluída a janela, exercer

um esforço reconhecido pelo ventilador será iniciado um ciclo assistido e ao mesmo

tempo reiniciada a contagem de tempo da janela. Novamente, após o término do ciclo

assistido, o ventilador irá aguardar o término da janela de tempo, para só então, na

ausência de esforço inspiratório, iniciar um ciclo controlado. Como a contagem da

janela é reiniciada a cada ciclo assistido, sua duração irá variar de acordo com a própria

freqüência respiratória do paciente, que poderá exceder a freqüência ajustada. No caso

do exemplo, se o paciente exibir esforços inspiratórios a cada 3 segundos, portanto

sistematicamente antes do final da janela de tempo, serão enviados 20 ciclos assistidos.

Caso contrário, se o paciente entrar em apnéia, o ventilador irá iniciar o ciclo controlado

em cada janela de 5 segundos, mantendo a freqüência programada.

Modo SIMV

No modo de ventilação intermitente sincronizada, usualmente denominado SIMV

(Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation), o ventilador disponibiliza os ciclos

controlados, assistidos e espontâneos. Nesse modo também o ventilador utiliza as

janelas de tempo. Entretanto, diferente do que ocorre no modo assistido, a contagem da

janela de tempo não é reiniciada a cada ciclo, dessa forma a duração das janelas se

mantém fixa. Utilizando como exemplo a mesma freqüência do exemplo anterior, irão

resultar janelas de 5segundos (Fig. 15). O ventilador envia um ciclo controlado

iniciando a contagem da janela de tempo. Se durante o tempo remanescente da janela,

após o ciclo controlado o paciente não exibir nenhum esforço, o ventilador irá iniciar

uma nova janela com um ciclo controlado. Caso contrário, ao detectar o esforço do

paciente antes do término da janela, e após um ciclo controlado, irá iniciar um ciclo

assistido sem, entretanto, reiniciar a contagem de tempo da janela. Supondo que ao final

do ciclo assistido ainda restasse 2 segundos para o término da janela. Se nesse intervalo

remanescente, após um ciclo assistido, o paciente exibir outro esforço inspiratório, o

ventilador irá disponibilizar um ciclo espontâneo. Outros esforços dentro da mesma

janela, também, irão resultar em ciclos espontâneos. Ao término dessa é iniciada uma

janela consecutiva. Caso tenham ocorrido ciclos assistidos e/ou espontâneos na janela

anterior, o ventilador não irá iniciar a janela enviando um ciclo controlado, mas irá


26

prioritariamente aguardar o esforço do paciente. O primeiro esforço do paciente, na

nova janela, irá resultar em um ciclo assistido, e os demais espontâneos. Outra janela é

iniciada ao término da anterior. Como existiram ciclos espontâneos, novamente não é

enviado nenhum ciclo, e o ventilador permanece aguardando o esforço do paciente até o

final da janela. Se o paciente não exibiu nenhum esforço na janela anterior, a nova

janela é iniciada com um ciclo controlado. Como no modo SIMV o ventilador prioriza o

esforço do paciente, de forma a estimular a ventilação espontânea e favorecer o

desmame, podem ocorrer períodos relativamente longos de apnéia, para freqüências

respiratórias baixas. Supondo que tenha sido ajustada no ventilador uma freqüência de 6

ciclos/minuto, as janelas resultantes seriam de 10 segundos. Se o paciente exercer um

esforço inspiratório no início de uma janela, realizando uma apnéia a seguir, o

ventilador só irá enviar um ciclo controlado após o término da segunda janela

consecutiva, quando terão decorrido aproximadamente 20segundos. Nesse caso, a

programação de mecanismos de backup é aconselhável.

Modo CPAP

No modo CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) o ventilador disponibiliza

apenas ciclos espontâneos. O modo CPAP é caracterizado pela manutenção de uma

pressão positiva constante nas vias aéreas. Em alguns ventiladores o modo CPAP é

obtido programando-se freqüência respiratória zero no modo SIMV. Nesse caso a modo

é designado SIMV/CPAP.

Os modos básicos apresentados e os ciclos disponibilizados em cada um são

apresentados sinteticamente a seguir:

Ciclo

Modo Controlado assistido Espontâneo

Controlado X

Assistido/Controlado X x

SIMV X x x

CPAP x

Modos de Controle

Além dos modos básicos anteriormente descritos, os ventiladores apresentam modos

específicos, como Volume Controlado, Pressão Controlada, Pressão Suporte, VAPS,

que se referem ao tipo de controle exercido sobre os ciclos ventilatórios.

Volume Controlado

O modo de controle Volume Controlado - VC se aplica aos ciclos controlados e

assistidos, nos modos básicos Controlado, Assistido/Controlado e SIMV.

Nesse modo, o ventilador controla a válvula de fluxo de forma a manter o fluxo

programado durante a fase inspiratória, ou seja, o fluxo é o parâmetro controlado

(“fixo”) e a pressão na via aérea é resultante (“livre”). Diversos padrões de fluxo podem

ser utilizados: constante, acelerado, desacelerado, senoidal 1,25,41,47,71,79,80

. A equação do


27

movimento relaciona os parâmetros controlados (sublinhado) e os resultantes (duplo

sublinhado).

Pva = Rva.Fluxo + Volume/Csr + PEEP

O volume inspirado a cada instante é determinado exclusivamente pelo fluxo. O volume

é a integral do fluxo no tempo e pode ser representado graficamente pela área do gráfico

Fluxo x tempo, entre o instante inicial e o instante considerado. O ciclo será finalizado

quando o volume inspirado atingir o valor de volume controlado programado.

Fixando os conceitos através de um exemplo numérico (Fig. 16):

Paciente: Rva 20cmH2O/L/s; Csr 0,05L/cmH2O

Ventilador: Fluxo = 45L/min constantes; Volume 0,75L, PEEP 5cmH2O

Flu

xo

(L

/min

)

10

20

30

40

0Pre

ss

ão

(c

mH

O)

2

-10

50

30

60

-30

-60

0,75

1,00

90

0,50

0,25

0

Vo

lum

e (

L)

MODO VOLUME CONTROLADO

Paciente: Rva 20; Csr 0,05

Fluxo Constante Fluxo Desacelerado

Ppico1

Pplat1

Ppico2

Pplat2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tempo (s)

Figura 16: No modo Volume Controlado o ventilador apresenta padrão de fluxo fixo, terminando a fase

inspiratória ao ser atingido o volume programado. Durante o período de pausa inspiratória é possível

visualizar a pressão a nível alveolar. A utilização de fluxo controlado decrescente resulta em uma

diminuição do pico de pressão Ppico, em relação ao fluxo constante. Isso ocorre devido à diminuição da

pressão resistiva no final da inspiração.


28

Durante a fase expiratória, a pressão no interior dos alvéolos está em equilíbrio com a

pressão da via aérea PEEP 5cmH2O. No início do ciclo, o ventilador fecha a válvula de

exalação e abre a válvula de fluxo no valor ajustado de fluxo controlado 45L/min

(0,75L/s).

No início da fase inspiratória, quando o volume inspirado é zero, a pressão na via aérea

será:

Pva = 20cmH2O/L/s . 0,75L/s + 0/ 0,05L/cmH2O + 5cmH2O

Pva = 20cmH2O

No instante inicial, a pressão na via aérea se eleva de 5 para 20cmH2O, como resultado

da pressão resistiva requerida para movimentar os gases através das vias aéreas.

Como o fluxo é constante o volume aumenta linearmente.

Após 1 s:

Volume = 0,75L/s . 1s = 0,75L

A pressão na via aérea nesse instante será:

Pva = (20cmH2O/L/s . 0,75L/s + 0,75L/0,05L/cmH2O + 5cmH2O)

Pva = (15+15+5)cmH2O = 35cmH2O

Nesse instante o ventilador terá completado o volume e irá fechar a válvula de fluxo.

Supondo que tenha sido programada uma pausa inspiratória de 0,5 s, o ventilador irá

aguardar esse período até abrir a válvula de exalação. No período de pausa, na ausência

de fluxo (FC(t)=0), a pressão na via aérea - pressão de plateau Pplat - irá refletir a

pressão intrapulmonar:

Pplat = (20cmH2O/L/s . 0L/s + 0,75L/0,05L/cmH2O + 5cmH2O)

Pplat = (0 + 15 + 5) cmH2O = 20cmH2O

Ao final da pausa o ventilador abre a válvula de exalação permitindo o esvaziamento

dos pulmões. A exalação geralmente ocorre de forma passiva e obedece à equação de

esvaziamento do pulmão apresentada anteriormente (Equação do Movimento).

Supondo, que o fluxo utilizado não fosse constante, mas apresentasse um perfil

desacelerado, iniciando com 60L/min (1 L/s) e terminando em 30L/min (0,5L/s), o que

resultaria no mesmo fluxo médio de 45L/min do exemplo anterior.

Calculando as pressões nos instantes inicial e final:

instante inicial: Pva = (20cmH2O/L/s . 1L/s + 0L / 0,05L/cmH2O + 5cmH2O)

Pva = (20cmH2O + 5cmH2O) = 25cmH2O

instante final: Pva = (20cmH2O/L/s . 0,5L/s + 0,75L/0,05L/cmH2O + 5cmH2O)

Pva = (10cmH2O + 15cmH2O + 5cmH2O) = 30cmH2O

Para o mesmo volume e tempo inspiratório, o padrão de fluxo desacelerado resultou em

um pico menor de pressão. A redução do fluxo no final da inspiração ocasionou uma

diminuição da componente resistiva da pressão. Observa-se também, que no instante

inicial a pressão foi maior que no caso anterior, em função de um fluxo inicial mais

elevado. Dependendo do ventilador, ao se mudar o padrão de fluxo de constante para

desacelerado, deve-se observar se o novo padrão resultou de um aumento do fluxo

inicial e redução do final, mantendo-se o fluxo médio constante, ou apenas diminuição


29

do fluxo final. No segundo caso, irá ocorrer um aumento do tempo inspiratório, cujo

efeito sobre a ventilação deve ser considerado (por exemplo, ocorrência de auto-PEEP).

Os efeitos que podem ser observados nas pressões em função da alteração dos controles

do ventilador e da mecânica respiratória do paciente em um ciclo no modo VC com

padrão de fluxo constante e pausa inspiratória (de forma a visualizar a pressão de

plateau), são apresentados a seguir (Tabela 1):

Ventilador Paciente Pressões

Fluxo Volume R C Ppico Pplateau Ppico-

Pplateau

() - - - () - ()

- () - - () () -

- - () - () - ()

- - - () () () -

Tabela 1: Relações entre os parâmetros ajustados no ventilador, a mecânica respiratória

do paciente e as pressões resultantes no modo Volume Controlado.

Tomando como exemplo um ciclo onde tenha sido aumentado o fluxo programado,

mantendo-se inalteradas as demais variáveis, de acordo com a equação do movimento,

irá ocorrer um aumento da pressão resistiva (Ppico-Pplat) e conseqüentemente da

pressão de pico Ppico. Como o volume é mantido constante, a pressão elástica se

mantém inalterada (Pplat). O efeito inverso é observado com a diminuição do fluxo. As

demais possibilidades estão resumidas na Tabela 1.

A principal característica do modo VC é a manutenção do fluxo e volume controlados

independente da impedância (resistência e complacência) do sistema respiratório. Essa

característica pode trazer alguns inconvenientes durante os ciclos assistidos, quando o

paciente apresenta esforço inspiratório mais intenso.

O esforço do paciente representa um termo de pressão negativa Pei no segundo lado da

equação do movimento:

Pva = Rva.Fluxo + Vol/C + PEEP - Pei

A forma de controle no modo VC impede que o ventilador altere o fluxo inspiratório em

função do esforço do paciente.Quando o paciente exerce um esforço, como o fluxo e o

volume a cada instante permanecem fixos, ocorre uma queda de pressão na via aérea,

proporcional ao esforço (Fig. 17).


30

Flu

xo

(L

/min

)

10

20

30

40

0Pre

ss

ão

(c

mH

O)

2

-10

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tempo (s)


30

60

-30

-60

0,75

1,00

90

0,50

0,25

0

Vo

lum

e (

L)

MODO VOLUME CONTROLADO

Fluxo constante(fixo)


Ciclo assistido comEsforço inspiratório

elevado

Volume constante(fixo)

Figura 17: No modo Volume Controlado, os ciclos assistidos também apresentam padrão de fluxo fixo.

No caso de esforços inspiratórios intensos, ocorre uma queda de pressão na via aérea, devido à

insuficiência do fluxo ofertado pelo ventilador em relação à demanda do paciente.

O esforço representa a demanda de fluxo do paciente e uma oferta insuficiente de fluxo

do ventilador, irá resultar em um aumento acentuado do trabalho respiratório do

paciente32,65,68,69,84

. Durante os ciclos assistidos no modo VC, o fluxo inspiratório

ajustado no ventilador deve ser suficiente para atender a demanda do paciente e

minimizar as incursões negativas de pressão na via aérea65,69,84,91

.

Pressão Controlada

O modo de controle Pressão Controlada - VC se aplica aos ciclos controlados e

assistidos, nos modos básicos Controlado, Assistido/Controlado e SIMV.

Nesse modo, o ventilador controla a válvula de fluxo de forma a manter a pressão na via

aérea constante, no valor programado, durante a fase inspiratória. A partir dessa forma

de controle, a cada instante o fluxo será resultante do nível de pressão controlada PC

programada e da mecânica respiratória do paciente, ou seja, a pressão na via aérea é o


31

parâmetro controlado (“fixo”) e o fluxo o parâmetro resultante (“livre”)17,57,67,89

. A

equação do movimento relaciona os parâmetros controlados (sublinhado) e os

resultantes (duplo sublinhado).

Pva = PC = Rva . Fluxo + Volume/Csr + PEEP

Fluxo = (PC - Volume/Csr - PEEP)/Rva

O fluxo resultante é proporcional ao gradiente de pressão entre a via aérea e o interior

dos pulmões e inversamente proporcional à resistência das vias aéreas. No início do

ciclo os pulmões estão vazios, e o gradiente de pressão e conseqüentemente o fluxo são

máximos. À medida que ocorre o enchimento dos pulmões, diminui o gradiente de

pressão e o fluxo. O fluxo será zero quando a pressão no interior dos pulmões atingir o

valor da pressão na via aérea PC. Isso só irá ocorrer se o tempo inspiratório for

suficientemente longo.

No modo PC o tempo inspiratório é controlado diretamente, ou seja, o ciclo é terminado

quando for atingido o tempo inspiratório programado. Dessa forma, o volume inspirado

será resultante dos ajustes da pressão controlada, do tempo inspiratório e da mecânica

respiratória do paciente. Para entender a dinâmica do ciclo no modo PC, é necessário

utilizar o conceito da constante de tempo, definida anteriormente. A constante de tempo

representa o produto da resistência pela complacência, e está relacionado com o tempo

requerido para que ocorra o enchimento completo do pulmões, ou ainda, para que a

pressão no interior dos pulmões atinja o mesmo valor da pressão na via aérea, em uma

situação de equilíbrio. São requeridos os seguintes tempos para que a pressão

intrapulmonar e o volume inspirado alcancem as porcentagens indicadas de pressão

controlada PC e do volume máximo possível a essa pressão:

n. const.

Tempo

%

1 63

2 86,5

3 95

4 98,2

5 99,3

O volume máximo Vol.max é o volume do pulmão quando a pressão intrapulmonar

atingir o valor da pressão controlada PC:

Vol.max = (PC-PEEP) . Csr


Paciente: Rva 20cmH2O/L/s; Csr 0,05L/cmH2O

Ventilador: PC 25cmH2O; Tempo inspiratório 1 s, PEEP 5cmH2O


32

Flu

xo

(L

/min

)

10

20

30

40

0Pre

ss

ão

(c

mH

O)

2

-10

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tempo (s)


Ciclo assistido

30

60

-30

-60

0,75

1,00

90

0,50

0,25

0

Vo

lum

e (

L)

Fluxo variável(livre)

MODO PRESSÃO CONTROLADA

Volume variável(livre)

Figura 18: No modo Pressão Controlada o ventilador apresenta fluxo livre, de forma a manter a pressão

na via aérea constante, e os ciclos são terminados por tempo. O volume inspirado depende dos ajustes da

pressão controlada, do tempo inspiratório e da mecânica respiratória do paciente. Durante os ciclos

assistidos, o ventilador aumenta o fluxo proporcionalmente ao esforço do paciente, otimizando o

sincronismo.


pressão da via aérea PEEP 5cmH2O. No início do ciclo, o ventilador fecha a válvula de

exalação e abre a válvula de fluxo. Através de algoritmos de controle o ventilador irá

estabelecer o fluxo requerido para atingir a pressão controlada ajustada PC 25cmH2O.

O fluxo requerido, no início da fase inspiratória, quando o volume inspirado é zero:

Fluxo = (PC - Volume/Csr - PEEP)/Rva

Fluxo = (25cmH2O - 0L / 0,05L/cmH2O - 5cmH2O) / 20cmH2O/L/s

Fluxo = 20cmH2O /20 cmH2O/L/s = 1L/s = 60L/min

No instante inicial, o fluxo inspiratório será 60L/min. No próximo instante, com a

entrada de um volume inicial, ocorre o aumento da pressão no interior dos pulmões, e a

conseqüente diminuição do fluxo, e assim sucessivamente.


33

Através da equação que descreve o enchimento dos pulmões à pressão constante, é

possível determinar o volume e a pressão no interior dos pulmões no final da inspiração,

após 1 s.

A constante de tempo nesse caso é:

R.C = 20cmH2O/L/s . 0,05L = 1 s

Portanto, após 1 segundo, correspondente a 1 constante de tempo, o volume inspirado

será constante de tempo o volume no seu interior será 63 % do volume máximo em

situação de equilíbrio.

Vol max = (25cmH2O - 5cmH2O) . 0,05L/cmH2O = 1L

Vol insp = 0,63 . Vol max = 0,63 L

Para esse volume, a pressão elástica, no interior do pulmão será:

Pel = Palv = Vol insp/Csr+PEEP = 0,63L / 0,05L/cmH2O + 5cmH2O = 12,6cmH2O +

5cmH2O = 17,6 cmH2O.

Nesse caso, no final da inspiração, a pressão intrapulmonar no final da inspiração não

atingiu o valor ajustado de pressão controlada. Para que isso ocorresse, o tempo

inspiratório deveria ser superior a 3 constantes de tempo, nesse caso, 3 segundos.

Durante o modo PC, um importante parâmetro de controle é o tempo inspiratório, e seu

ajuste está diretamente relacionado com a mecânica respiratória do paciente. Tempos

inspiratórios curtos podem ser insuficientes para promover um volume adequado. Por

outro lado, tempos inspiratórios longos significam, para uma dada freqüência

respiratória, tempos expiratórios menores. E da mesma forma que o pleno enchimento

dos pulmões à pressão pretendida demanda no mínimo 3 constantes de tempo, a

exalação total do volume inspirado também requer no mínimo 3 constantes de tempo, e

idealmente 5 constantes de tempo. No caso de um tempo expiratório insuficiente, o

próximo ciclo inspiratório será iniciado com os pulmões ainda mantendo um volume

residual do último ciclo, caracterizando a presença do auto-PEEP ou PEEP

intrínsico62,42

.

Os efeitos observados sobre o volume e a pressão alveolar durante o modo PC, em

função de alterações nos principais parâmetros de controle e na mecânica respiratória

do paciente são apresentados a seguir (tabela 2). Foi considerado que o tempo

inspiratório Tinsp ajustado é inferior a 3 constantes de tempo. No caso em que o tempo

inspiratório exceder esse valor, a pressão alveolar irá praticamente se igualar à pressão

controlada.

Ventilador Paciente

PC T.INSP R C Volume Palv Ppico-

Pplateau

() - - - () () ()

- () - - () () -

- - () - () () ()

- - - () () () -


do paciente e os parâmetros ventilatórios resultantes no modo Pressão Controlada.

Tomando como exemplo um ciclo onde tenha ocorrido um aumento da resistência da

via aérea do paciente, mantendo-se inalteradas as demais variáveis. O aumento da


34

resistência implica no aumento da constante de tempo, e conseqüentemente o

enchimento dos pulmões se dará de forma mais lenta. Portanto, para o mesmo tempo

inspiratório, considerando-se que seja inferior a 3 constantes de tempo, irá resultar em

uma diminuição do volume inspirado e da pressão intrapulmonar. O efeito inverso é

observado com a diminuição da resistência. As demais possibilidades estão resumidas

na Tabela 2.

A principal característica do modo PC é a dependência entre a mecânica respiratória do

paciente e o fluxo e volume inspiratórios. Ao manter constante a pressão na via aérea, o

modo PC previne a ocorrência de pressões elevadas, determinantes no mecanismo de

lesão pulmonar na presença de diferenças de resistência e complacência a nível

alveolar3, 26,34,35,39,43,52,53,75,76,87,89

. Em contrapartida, uma deterioração da mecânica

respiratória, irá resultar em uma diminuição dos volumes inspirados.

Conforme visto, o modo VC não permite a alteração de fluxo durante os ciclos

assistidos (fluxo “fixo”), o que pode resultar em aumento de trabalho respiratório do

paciente. Como no modo PC, o ventilador ajusta automaticamente o fluxo de forma a

manter constante a pressão na via aérea (fluxo “livre”), o resultado de um esforço

inspiratório do paciente é o aumento proporcional de fluxo (Fig. 18). Essa forma de

controle é bastante adequada à natureza dos ciclos assistidos. Considerando, na equação

do movimento o esforço do paciente Pei, o fluxo inspiratório durante o modo PC será:

Fluxo = (PC + Pei - Volume/Csr - PEEP)/Rva

Ou seja, o efeito do esforço inspiratório do paciente é equivalente ao aumento da

pressão controlada, já que esse esforço irá atuar no sentido de aumentar o gradiente de

pressão entre a via aérea e o interior dos pulmões.

Tomando o exemplo numérico anterior, e considerando um esforço inspiratório de

10cmH2O, resulta um fluxo inicial:

Fluxo = (25cmH2O + 10cmH2O - 0L / 0,05L/cmH2O -

5cmH2O)/20cmH2O/L/s

Fluxo = 30cmH2O /20 cmH2O/L/s = 1,5L/s = 90L/min

O ventilador aumentou o fluxo de 60 para 90L/min no início da inspiração para atender

ao esforço do paciente, e evitar a queda de pressão na via aérea observada durante os

ciclos assistidos no modo VC. Assim, o modo PC permite a redução do trabalho

respiratório do paciente durante os ciclos assistidos, não assegurando, entretanto, o

volume corrente56,67

.

Pressão Suporte

O modo de controle Pressão Suporte - PS se aplica exclusivamente aos ciclos

espontâneos nos modos básicos SIMV e CPAP. A modalidade PS pode ser utilizada

conjuntamente com as modalidades VC ou PC, no modo básico SIMV.

O tipo de controle exercido sobre os ciclos espontâneos no modo PS é idêntico ao

exercido sobre os ciclos assistido durante o modo PC, onde a pressão é o parâmetro

controlado (“fixo”) e o fluxo o parâmetro resultante (“livre”). Entretanto, diferente do

modo PC onde o término do ciclo ocorre por tempo, no modo PS o ventilador

continuamente monitoriza o valor do fluxo inspiratório e termina o ciclo quando for


35

atingido um determinado valor mínimo, ou fluxo de corte. Esse valor de fluxo mínimo

para término ciclo pode ser um valor fixo ou uma porcentagem do fluxo inicial. O

tempo inspiratório dos ciclos no modo PS será dependente do esforço e da mecânica

respiratória do paciente.

A equação do movimento pode ser colocada em termos de pressão suporte PS e esforço

do paciente Pei, relacionando os parâmetros controlados (sublinhado) e os resultantes

(duplo sublinhado):

Pva = PS = Fluxo/Rva + Volume/Csr + PEEP - Pei

Fluxo = (PS + Pei - Volume/Csr - PEEP)/Rva

A pressão suporte atua no sentido de complementar o esforço do paciente,

possibilitando que sejam vencidas as forças resistivas e elásticas do sistema respiratório

e de ventilação. Considerando que a soma do esforço inspiratória e da pressão suporte

se constitui na força motriz do ciclo, para uma determinada demanda inspiratória do

paciente, a pressão suporte pode ser ajustada para propiciar desde um suporte total (PS

100%, Pei 0%), até a ausência de suporte (PS 0%, Pei 100%)5, 16,19,20,28,30,54,59,92,95

.


Paciente: Rva 20cmH2O/L/s; Csr 0,05L/cmH2O; Esforço inspiratório 10cmH2O

Ventilador: PS 25cmH2O; PEEP 5cmH2O


36

Flu

xo

(L

/min

)

10

20

30

40

0Pre

ss

ão

(c

mH

O)

2

-10

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tempo (s)


Ciclo espontâneo

30

60

-30

-60

0,75

1,00

90

0,50

0,25

0

Vo

lum

e (

L)

25% Fluxo pico

Fluxo pico


25% Fluxo pico

Fluxo pico

Ciclo espontâneo

MODO PRESSÃO SUPORTE

Figura 19: O modo de controle Pressão Suporte - PS se aplica exclusivamente aos ciclos espontâneos. O

ventilador auxilia a inspiração do paciente aumentando a pressão na via aérea, liberando um fluxo livre

similar ao encontrado no modo Pressão Controlada PC. O ventilador continuamente monitoriza o valor do

fluxo inspiratório e termina o ciclo quando for atingido um determinado valor mínimo, ou fluxo de corte.

O tempo inspiratório e volume dos ciclos no modo PS serão dependentes do esforço e da mecânica

respiratória do paciente.


pressão da via aérea PEEP 5cmH2O. Ao detectar o esforço do paciente, o ventilador

fecha a válvula de exalação e abre a válvula de fluxo. Através de algoritmos de controle

o ventilador irá estabelecer o fluxo requerido para atingir a pressão suporte ajustada PS

25cmH2O. O fluxo requerido, no início da fase inspiratória, quando o volume inspirado

é zero:

Fluxo = (PS + Pei - Volume/Csr - PEEP)/Rva

Fluxo = (25cmH2O +10cmH2O - 0L / 0,05L/cmH2O - 5cmH2O) /

20cmH2O/L/s

Fluxo = 30cmH2O /20 cmH2O/L/s = 1,5L/s = 90L/min


37

No instante inicial, o fluxo inspiratório será 90L/min. No próximo instante, com a

entrada de um volume inicial, ocorre o aumento da pressão no interior dos pulmões, e a

conseqüente diminuição do fluxo, e assim sucessivamente.

Caso não se utilizasse a pressão suporte (PS=PEEP), para o mesmo nível de esforço o

paciente receberia o seguinte fluxo:

Fluxo = (5cmH2O +10cmH2O - 0L / 0,05L/cmH2O - 5cmH2O) / 20cmH2O/L/s

Fluxo = 0,5 L/s = 30L/min

Para manter o fluxo de 90L/min o paciente deveria exercer um esforço inspiratório três

vezes maior do que o requerido com o uso da pressão suporte.

Durante os ciclos espontâneos ocorre uma inspiração ativa, o enchimento dos pulmões

será influenciado tanto pela constante de tempo, conforme durante o modo PC, como

pelo esforço do paciente. Visualizando-se que o esforço do paciente atua no mesmo

sentido do aumento da pressão suporte, já que esse esforço reflete em uma diminuição

da pressão intrapulmonar e conseqüente aumento do gradiente que gera o fluxo, a

mesma equação que rege o enchimento dos pulmões durante o modo PC se aplica.

Entretanto o esforço do paciente não se mantém em um valor constante e fixo durante

toda a inspiração, o que irá influenciar o tempo de enchimento em relação a uma

inspiração passiva.

No caso do exemplo, como o fluxo inspiratório inicial foi de 90 L/min, adotando-se um

critério de 25% para término do ciclo resultaria:

Fluxo término = 25% . 90 L/min = 22,5L/min = 0,375L/s

O volume inspirado irá depender tanto dos níveis de pressão suporte, da mecânica

respiratória e do esforço inspiratório do paciente.

Os protocolos clínicos adotam geralmente como pressão suporte mínima o valor de

5cmH2O, que seria a requerida para vencer as resistências intrínsecas do sistema de

ventilação. Quando o paciente, conseguir manter a ventilação com esse nível de suporte

seria possível à retirada do suporte ventilatório31,40,44,54-56

.

Os ciclos com pressão suporte apresentam o fluxo, volume e tempo inspiratório

totalmente dependentes do esforço inspiratório e da mecânica respiratória do paciente.

Os efeitos observados sobre o fluxo, volume e tempo inspiratório durante o modo PS,

apesar de poderem ser definidos teoricamente com relativa precisão, são influenciados

na prática pelas características específicas de cada dos ventilador. A seguir são

apresentadas algumas relações, em função de alterações nos principais parâmetros de

controle e na mecânica respiratória do paciente (Tabela 3).

Ventilador Paciente

PS Esforço R C Fluxo Volume Tinsp

() - - - () () ?

- () - - () () ?

- - () - () ? ?

- - - () () () ()


do paciente e os parâmetros ventilatórios resultantes no modo Pressão Suporte.


38

O aumento do nível de pressão suporte ou do esforço inspiratório representam um

aumento tanto no fluxo como no volume inspirados. O tempo inspiratório será

predominantemente influenciado pela constante de tempo do sistema respiratório e pela

duração do esforço inspiratório.

O aumento da resistência diminui o fluxo inspiratório, retardando o enchimento dos

pulmões. Dependendo do valor de fluxo definido pelo ventilador para término do ciclo,

poderão ocorrer efeitos distintos sobre o tempo inspiratório e o volume. Se o ventilador

utilizar uma porcentagem do fluxo inicial para término do ciclo, a diminuição do fluxo

inicial, irá resultar na diminuição do fluxo de término, com o conseqüente

prolongamento, à vezes excessivo, do tempo inspiratório. Teoricamente, o

prolongamento do tempo inspiratório, compensaria de certa forma a diminuição do

fluxo, mantendo o volume constante. Entretanto na prática o paciente exerce um esforço

expiratório, abreviando tempos inspiratórios longos. Outras vezes, dependendo do tipo

de controle exercido pelo respirador, devido ao aumento da resistência da via aérea,

ocorre uma pressurização repentina do circuito respiratório, observando-se valores

significativos de fluxo, que irão distender apenas o espaço morto do circuito. A partir

desse valor de fluxo inicial, o ventilador irá definir um critério de término relativamente

elevado, causando um término prematuro do ciclo, com diminuição de volume e tempo

inspiratório. Existem ventiladores onde é possível atenuar o fluxo inspiratório inicial de

forma a evitar oscilações de pressão e ciclagem prematura do ciclo. A ocorrência de

auto-PEEP, decorrente de aumento do tempo inspiratório, também contribui para a

diminuição de volume. Nos ventiladores onde o critério de término é um valor de fluxo

fixo, o pico de fluxo inicial não iria interferir na duração do ciclo. A duração do tempo

inspiratório iria depender do fluxo resultante na via aérea, e do valor definido pelo

ventilador para término do ciclo. Por exemplo, caso o paciente apresente um valor de

complacência normal, o fluxo inspiratório irá decair lentamente, mantendo-se

provavelmente acima do valor de fluxo de término, resultando em um prolongamento

do tempo inspiratório, e possivelmente manutenção do volume corrente.

A diminuição da complacência resultaria em uma queda mais acentuada do fluxo,

devido à elevação mais acentuada da pressão intrapulmonar. O fluxo inicial não seria

afetado, já que é influenciado basicamente pela resistência. Os efeitos observados nesse

caso seriam a diminuição do tempo inspiratório e do volume corrente.

Pressão Limitada

O modo de Pressão Limitada é comumente encontrado nos ventiladores neonatais, e se

aplica aos ciclos controlados e assistidos, nos ventiladores que permitem a ventilação

sincronizada (Assistida e/ou SIMV). Nesse modo, o ventilador mantém um fluxo

contínuo na via aérea através de uma válvula de fluxo ou de um simples fluxômetro12

.

Durante a fase expiratória o fluxo contínuo é desviado para o ambiente através da

válvula de exalação que permanece aberta, ou parcialmente fechada de forma a gerar

uma pressão expiratória positiva. Os ciclos são iniciados pelo fechamento da válvula de

exalação, quando o fluxo contínuo é dirigido para o interior dos pulmões. O

enchimento dos pulmões se dá de forma semelhante ao que ocorre no modo VC, com a

pressão na via aérea sendo o parâmetro resultante, obedecendo a equação do

movimento.

Pva = Fluxo.Rva + Volume/Csr + PEEP


39

No modo VC, a válvula de exalação é fechada a uma pressão de 120cmH2O, e o ciclo é

terminado quando for atingido o volume programado. Isso significa, que a menos que

seja ativado um limite de alarme, a pressão na via aérea pode se elevar até 120cmH2O.

No modo Pressão Limitada, o valor de pressão com que a válvula de exalação é fechada

não é fixo, mas pode ser ajustado pelo operador, se constituindo em um limite de

pressão inspiratória. Se durante a fase inspiratória a pressão na via aérea se mantiver

abaixo do limite ajustado, a válvula de exalação permanecerá fechada, e todo o fluxo

ajustado será dirigido ao paciente, resultando em um padrão análogo ao encontrado no

modo VC. Caso contrário irá limitar a pressão na via aérea permitindo que parte do

fluxo contínuo escape para o ambiente. A partir do instante em que o limite de pressão é

atingido, o fluxo inspiratório irá diminuir de forma exponencial, com o mesmo padrão

apresentado no modo PC, de acordo com a equação do movimento. A pressão passa a

ser o parâmetro controlado e o fluxo e volume os parâmetros resultantes.

Pva = Plimite = Fluxo.Rva + Volume /C + PEEP

No modo Pressão Limitada, da mesma forma que no modo PC, o tempo inspiratório é

controlado diretamente, ou seja, o ciclo é terminado quando for atingido o tempo

inspiratório programado. O volume inspirado será resultante dos ajustes de fluxo, do

limite de pressão inspiratória, do tempo inspiratório e da mecânica respiratória do

paciente.

É importante perceber a diferença fundamental entre o modo PC e o Pressão Limitada.

No primeiro o fluxo é livre, ou seja, o valor ajustado de pressão será necessariamente

atingido e mantido pelo ventilador através do controle da válvula de fluxo, de forma a

adequar a oferta de fluxo em situações de demanda variável. No modo Pressão Limitada

o fluxo é fixo, não sendo necessariamente atingido o valor ajustado como limite de

pressão através do controle da válvula de exalação. Na presença de esforço inspiratório

do paciente, irá ocorrer o mesmo efeito observado no modo VC, ou seja, queda de

pressão na via aérea e aumento do trabalho respiratório (Fig 20).


40

Flu

xo

(L

/min

)

10

20

30

40

0Pre

ss

ão

(c

mH

O)

2

-10

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tempo (s)


30

60

-30

-60

0,75

1,00

90

0,50

0,25

0

Vo

lum

e (

L)

MODO PRESSÃO LIMITADA

Limitede

Pressão

Fluxo constante(fixo)Fluxo

decrescente

Fluxoconstante

Figura 20: No modo Pressão Limitada o fluxo é fixo, e o limite de pressão é realizado pela válvula de

exalação. Na presença de esforço inspiratório do paciente, irá ocorrer o mesmo efeito observado no modo

VC, ou seja, queda de pressão na via aérea e aumento do trabalho respiratório.

Nas aplicações neonatais e pediátricas, a utilização de fluxos inspiratórios mais

elevados, que excedam a demanda inspiratória do paciente, pode reproduzir o efeito do

fluxo livre. Nesse caso a reserva de fluxo é o excesso que escapa pela válvula de

exalação.

VAPS

O modo de controle VAPS - Ventilação Volumétrica Assistida com Pressão Suporte se

aplica aos ciclos controlados e assistidos nos modos básicos Controlado, Assistido e

SIMV.

Os modos de ventilação Volume Controlado e Pressão Controlada se distinguem pela

forma como é exercido o controle de fluxo. De forma sucinta no modo VC o fluxo é o

parâmetro controlado (“fixo”) e a pressão na via aérea é resultante (“livre”); no modo

PC a pressão na via aérea é controlada (“fixa”) e o fluxo é resultante (“livre”).


41

Conforme discutido, a equação do movimento relaciona os parâmetros controlados

(sublinhado) e os resultantes (duplo sublinhado).

No modo VC:

Pva = Rva.Fluxo + Vol/Csr + PEEP + Pei

No modo PC:

Pva= PC = Rva.Fluxo + Vol/Csr + PEEP + Pei

No modo VAPS o ventilador exerce um duplo controle, de forma a assegurar que,

durante a fase inspiratória dos ciclos controlados e assistidos, até que seja atingido o

volume controlado:

1- O fluxo resultante na via aérea seja maior ou igual ao Fluxo Controlado;

2- A pressão resultante na via aérea seja maior ou igual à Pressão Controlada.

Um exemplo didático para compreensão do tipo de controle exercido no modo VAPS é

a comparação entre um ciclo assistido no modo VC com a ocorrência de um esforço

inspiratório do paciente e um ciclo assistido no modo VAPS com o mesmo esforço

inspiratório (Fig. 21).

Flu

xo

(L

/min

)

10

20

30

40

0Pre

ss

ão

(c

mH

O)

2

-10

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Tempo (s)

30

60

-30

-60

0,75

1,00

90

0,50

0,25

0

Vo

lum

e (

L)

MODO VAPS



Volume constante(controlado)



Fluxo variável(livre)

CICLO ASSISTIDOVOLUME CONTROLADO

CICLO ASSISTIDOVAPS

Queda de pressão

PressãoSuporte


42

Figura 21: No modo VAPS, aplicável aos ciclos controlados e assistidos, o ventilador controla

simultaneamente os níveis de fluxo e pressão na via aérea. Nos ciclos assistidos no modo Volume

Controlado, o esforço do paciente ocasiona uma depressão na curva de pressão, indicando que o paciente

assumiu uma parcela do trabalho respiratório. No modo VAPS, através de um duplo controle,

combinando-se os algoritmos do modo VC e PS, o ventilador evita a queda observada de pressão nos

ciclos assistidos, elevando o fluxo inspiratório “livre” além do fluxo controlado “fixo”.

No primeiro ciclo, na ausência de esforço inspiratório, o ventilador realiza todo o

trabalho respiratório, e a pressão na via aérea apresenta a morfologia típica do modo

VC. No segundo ciclo, o esforço do paciente ocasiona uma diminuição da pressão

intrapulmonar, que é refletida na pressão da via aérea. Observa-se uma depressão na

curva de pressão em relação ao ciclo controlado, indicando que o paciente assumiu uma

parcela do trabalho respiratório. Na presença de esforços elevados por parte do paciente

e fluxos insuficientes por parte do respirador, as quedas de pressão no decorrer do ciclo

poderão apresentar valores acentuados, representando aumentos significativos de

trabalho respiratório do paciente. Essa situação obviamente é indesejada nos ciclos

assistidos, quando se pretende aliviar a carga sobre os músculos respiratórios,

geralmente em uma fase aguda da insuficiência respiratória.

No modo VAPS, através de um duplo controle, combinando-se os algoritmos do modo

VC e PS, o ventilador evita a queda observada de pressão nos ciclos assistidos, elevando

o fluxo inspiratório “livre” além do fluxo controlado “fixo”, sempre que a pressão na

via aérea estiver abaixo de um nível mínimo ajustado. O modo VAPS requer o ajuste de

fluxo, volume e pressão suporte, e o ciclo resultante será uma combinação dos ciclos do

modo VC e PC ou PS. Se em função dos ajustes dos controles de fluxo e volume, a

pressão resultante na via aérea for superior ao valor ajustado de pressão suporte,

prevalecerá o controle tipo VC, caso contrário prevalecerá o controle tipo PS.

o ventilador irá automaticamente acionar o fluxo “livre” em complementação ao fluxo

“fixo” impedindo a queda de pressão abaixo do nível ajustado.

Na concepção original do modo VAPS2, 11,13-15

, os ciclos são terminados da mesma

forma que o ciclo no modo VC, ao ser atingido o volume programado, sendo possível

também à programação de pausa inspiratória. Nesse caso, a pausa mantém o controle da

pressão na via aérea, permitindo a ocorrência do fluxo “livre”. Existem variações, onde

o término do ciclo segue o critério de término do modo PS, através de um valor de fluxo

de corte. Nesse caso pode ocorrer aumento do volume inspirado em relação ao

controlado18,36,38,45,57

.


44

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Livro Bonassa