Métodos
Se obtuvo la aprobación de la junta de revisión institucional del Hospital Shands de la Universidad de Florida para realizar el estudio en la UCI quirúrgica. Se incluyeron 76 pacientes adultos intubados o traqueostomizados (rango de diámetro interior del tubo de 6,0-8,5 mm) con insuficiencia respiratoria de diversas etiologías (neumonía, edema pulmonar, sepsis, insuficiencia cardíaca congestiva y hemorragia subaracnoidea) en las fases de mantenimiento y destete de los cuidados ventilatorios (Tabla 1). Nueve pacientes tenían lesiones pulmonares directas por traumatismo torácico penetrante y 6 tenían EPOC. Todos los pacientes respiraban espontáneamente, recibían PSV, recibían sedación y analgesia según fuera necesario y estaban hemodinámicamente estables. Se excluyeron los pacientes que estaban hemodinámicamente inestables (p. ej., rango de presión arterial media de 40-80 mm Hg, con cambios irregulares en la frecuencia cardíaca y/o arritmias); muy sedados (p. ej., alto nivel de opiáceos, lo que provoca cambios sustanciales en f y VT); o con patrones respiratorios irregulares (p. ej., lesión de cabeza cerrada con aumentos y disminuciones repentinos de f y VT).
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Datos de los pacientes* en el momento de la inscripción (n = 76)
Todos los pacientes fueron ventilados con el mismo tipo de ventilador (840, Puritan-Bennett, Pleasanton, California), ajustado en los modos PSV y PEEP, que combinamos con ventilación obligatoria intermitente sincronizada (SIMV) ajustada a 2 respiraciones/min y un VT de 6-8 mL/kg de peso corporal ideal. En nuestra UCI quirúrgica, la política de atención al paciente es emplear la SIMV a un mínimo de 2 respiraciones/min cuando se utiliza la PSV y la PEEP, y nuestra junta de revisión institucional exigió que nos ajustáramos a todas las políticas de atención al paciente existentes, por lo que utilizamos la SIMV, con una forma de onda de flujo inspiratorio desacelerada. Para la PSV fijamos el ajuste de «% de aumento» en el rango del 60-80%. Este ajuste controla la salida de la tasa de flujo del ventilador durante la inhalación y afecta a la tasa de aumento de la presión (es decir, la interacción de la salida de la tasa de flujo del ventilador y la demanda de flujo inspiratorio del paciente afectan a la tasa de aumento de la presión o a la forma del perfil de presión durante una respiración con presión).5 Con todos los pacientes establecimos el ajuste de sensibilidad espiratoria (criterio de finalización de la respiración) en el 25%.
Dos componentes constituyen el sistema de asesoramiento de PSV de bucle abierto: un monitor respiratorio disponible en el mercado (NICO, Respironics, Wallingford, Connecticut), y un ordenador portátil. Un sensor combinado de presión/flujo/dióxido de carbono, colocado entre el tubo endotraqueal y la pieza en Y del paciente, dirige los datos al monitor respiratorio para la medición de f, VT, ventilación minuto exhalada, PSV, PEEP y presión parcial de dióxido de carbono al final de la marea (PETCO2) (Fig. 1). La conformidad y la resistencia del sistema respiratorio se calcularon con el método de mínimos cuadrados.6 Las lecturas de SpO2 se recogieron con un sensor de dedo. Los datos de PETCO2 y SpO2 se controlaron para garantizar que los pacientes estuvieran adecuadamente ventilados y oxigenados.
Sistema de asesoramiento de ventilación con soporte de presión (PSV) de bucle abierto. Los datos de los sensores de presión y flujo en la pieza en Y van al monitor respiratorio, y luego al software del sistema de asesoramiento de PSV, que también recoge datos del ventilador. El software de la red neuronal artificial del sistema de asesoramiento de la PSV calcula el trabajo respiratorio por minuto (WOBN/min) medido de forma no invasiva, y el software del sistema de inferencia lógica difusa utiliza el WOBN/min, la frecuencia respiratoria espontánea (f) y el volumen tidal (VT) para formular su recomendación de ajuste de la PSV para descargar adecuadamente los músculos inspiratorios. En esta estrategia de carga y tolerancia, el parámetro de carga, WOBN/min, refleja la carga de los músculos inspiratorios durante la inhalación espontánea, y los parámetros de tolerancia, f y VT, reflejan la tolerancia a la carga de los músculos inspiratorios. En esta figura, el sistema de asesoramiento de la PSV determinó que el ajuste actual de presión de soporte de 10 cm H2O es insuficiente porque la WOBN/min es demasiado alta (17 J/min) y la tolerancia a esa carga está en el límite (f es de 32 respiraciones/min y VT es baja a 5 mL/kg de peso corporal ideal), por lo que el sistema recomienda aumentar la PSV.
Los datos del monitor van al ordenador portátil donde el software del sistema de asesoramiento de PSV (Convergent Engineering, Gainesville, Florida) opera una red neuronal artificial para el cálculo inmediato de WOB/min medido de forma no invasiva (WOBN/min)3 y un sistema de inferencia de lógica difusa que procesa la información de WOBN/min, f y VT para evaluar la carga que soportan los músculos inspiratorios para inhalar (WOBN/min) y la tolerancia a esa carga (f y VT) y proporciona recomendaciones para aumentar, mantener o disminuir la presión de apoyo. Lo denominamos estrategia de carga y tolerancia (véase la Fig. 1). La lógica difusa es un proceso que utiliza distribuciones de probabilidad en lugar de simples decisiones de «sí/no», como en un sistema simple basado en reglas, para dirigir la toma de decisiones del ventilador.7,8 Los datos de WOBN/min estaban altamente correlacionados (r = 0,91, P < .02) con el WOB/min medido de forma invasiva (a partir de las mediciones de presión esofágica) y se consideraron un muy buen predictor del WOB/min medido de forma invasiva en adultos tratados con PSV.3 El WOBN/min refleja la carga total de los músculos inspiratorios, que incluye la carga elástica del sistema respiratorio y las cargas de resistencia de las vías respiratorias, el tubo endotraqueal y el aparato de ventilación. Una limitación de la WOBN/min es que no puede diferenciar estos componentes de carga.
Las redes neuronales artificiales -una rama de la inteligencia artificial- se han utilizado para aplicaciones médicas9-12 (p. ej., el reconocimiento de patrones respiratorios durante la respiración espontánea y la PSV).11 Las redes neuronales artificiales son una clase de modelos matemáticos que son programas informáticos de inspiración biológica diseñados para simular el modo en que el cerebro humano procesa la información.13,14 Una red neuronal artificial puede detectar relaciones no lineales complejas entre variables dependientes e independientes en los datos que un cerebro humano puede no detectar. Adquieren conocimientos detectando patrones y relaciones para facilitar el aprendizaje; se entrenan a través de la experiencia. Básicamente, una red neuronal artificial aprende de los datos y capta el conocimiento contenido en ellos. Una red neuronal artificial está formada por cientos de unidades individuales (neuronas artificiales, o elementos de procesamiento) conectadas con coeficientes o pesos (análogos a las conexiones sinápticas del sistema nervioso central), que constituyen el sistema neuronal, y se organizan en capas. La potencia/inteligencia de los cálculos neuronales se consigue a partir de la conexión de las neuronas en una red. Durante el entrenamiento, las conexiones entre unidades se optimizan hasta que los errores en las predicciones se minimizan y la red neuronal artificial alcanza un nivel de precisión determinado. Una vez que la red está entrenada, puede recibir nueva información de entrada para predecir la salida. Un «perceptrón multicapa» (el tipo más común de red neuronal artificial) puede considerarse como una combinación de la suma ponderada de varios modelos de regresión logística. Cada modelo de regresión logística (un «perceptrón» en la terminología de las redes neuronales) tiene su propio conjunto de pesos, y su resultado se pondera y se añade a los resultados de los otros perceptrones para crear la predicción final. WOB/min es la variable de predicción de la red neuronal artificial en nuestro sistema de asesoramiento PSV.
El entrenamiento de nuestra red neuronal artificial se describió previamente.3 Se utilizan cinco elementos de entrada (predictores):
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La ventilación minuto espontánea (sin incluir las respiraciones SIMV) se correlaciona directamente con el WOB/min.
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El aumento de la PEEP intrínseca se asocia con el aumento del WOB/min, y viceversa.
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Una menor profundidad de la presión de disparo inspiratoria justo antes de que el ventilador se dispare durante la PSV se asocia con un mayor WOB/min, y viceversa.
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Un menor tiempo de aumento del flujo inspiratorio durante una respiración de PSV se asocia con un aumento del WOB/min, y viceversa.
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Una mayor presión del músculo respiratorio (presión = (VT/conformidad del sistema respiratorio) + (tasa de flujo inspiratorio × resistencia del sistema respiratorio) se asocia con un aumento del WOB/min, y viceversa.15,16
Un objetivo del sistema de asesoramiento de la PSV es mantener la WOBN/min, f y VT en los rangos verdes que se muestran en la Figura 1, que se derivaron, en parte, de los valores normales de WOB,3,15 un estudio de resultados de WOB,2 y nuestra experiencia clínica.3 En adultos, el rango normal de WOB/min es de 4-8 J/min.15 Basándonos en 15 años de experiencia en la medición de WOB en pacientes que reciben soporte ventilatorio, los adultos tratados con PSV toleran una WOB/min máxima de hasta unos 10-12 J/min. Los valores de WOB/min superiores a 12-15 J/min en adultos no se toleran bien y requieren un nivel de presión de soporte superior. En adultos tratados con PSV se observó que un WOB de 2-8 J/min era bien tolerado.3 Otro estudio clínico2 informó de que el WOB mantenido en un rango bastante normal durante la PSV era bien tolerado.
Los rangos de f y VT objetivo de nuestro sistema de asesoramiento de PSV son congruentes con los aplicados a los adultos que respiran espontáneamente y reciben PSV: 10-25 respiraciones/min, y 6-8 mL/kg, respectivamente.1,17 Es razonable aplicar la PSV de modo que no se produzcan f inadecuadamente bajas (p. ej., 4-6 respiraciones/min) o f altas (p. ej., 30-40 respiraciones/min) y VT bajas (p. ej., < 4 mL/kg) o VT altas (p. ej., > 12 mL/kg). El sistema de asesoramiento trata los rangos más amplios de WOBN/min, f y VT (las áreas amarillas de la Figura 1) como de precaución. El sistema de asesoramiento evalúa la probabilidad de que los parámetros de carga muscular inspiratoria (WOBN/min) y de tolerancia (f y VT) varíen entre sí en todos los rangos y, a continuación, proporciona una recomendación adecuada para aumentar, mantener o reducir la PSV. El sistema utiliza un filtro de promedio de 5 minutos para actualizar su recomendación.
La PSV se fijó inicialmente según lo ordenado por los médicos tratantes. Posteriormente, se permitieron las recomendaciones de soporte de presión de los RRT durante el estudio. A intervalos periódicos se pidió a los RRT que evaluaran al paciente para determinar si la PSV debía aumentarse, mantenerse o reducirse. Sus recomendaciones se basaron en el enfoque tradicional de evaluar los datos del patrón respiratorio espontáneo (es decir, f 15-25 respiraciones/min, VT 6-8 mL/kg de peso corporal ideal), la ausencia de contracción del músculo esternocleidomastoideo y la apariencia de una respiración cómoda. Los TRR estaban cegados a los datos respiratorios medidos y a las recomendaciones del sistema de asesoramiento.
Los ajustes de PEEP y FIO2, determinados por los médicos de cabecera (véase la Tabla 1), se mantuvieron constantes durante el período de estudio, que se extendía a lo largo de un turno de trabajo de 8 horas. No hubo diferencias clínicamente importantes en la PEEP, la PETCO2 o la SpO2 al inicio o durante el estudio, y no hubo variaciones clínicamente importantes en los parámetros hemodinámicos en ningún paciente a lo largo del estudio.
Evaluamos la relación entre las PSV establecidas por los médicos y las PSV recomendadas por el sistema de asesoramiento. Cuando los RRT recomendaron un aumento o una disminución de la PSV, generalmente el cambio fue de 5 cm H2O con respecto al ajuste actual. Cuando el sistema de asesoramiento recomendaba «Aumentar la PSV» o «Disminuir la PSV», se interpretaba como un cambio de 5 cm H2O hacia arriba o hacia abajo, respectivamente, con respecto al ajuste actual. Entendiendo esto, los ajustes de PSV recomendados por los RRT se regresaron con los ajustes recomendados por el sistema de asesoramiento de PSV.
Analizamos los datos con chi-cuadrado, análisis de regresión y la estadística kappa.18 El alfa se fijó en 0,05 para la significación estadística.