Introducción

Al igual que cualquier intervención farmacológica, la ventilación mecánica (VM) debe ser titulada dentro de una ventana terapéutica con la finalidad de que alcance el objetivo por el cual se inició, mientras se limitan los efectos adversos de su uso.¹ John Fothergill postuló que «los pulmones de un hombre, pueden tolerar, sin lesionarse, una fuerza tan grande como la que puede generar otro hombre, ya que si esta fuerza es entregada por un fuelle, no puede ser determinada la potencia, ni controlada», haciendo referencia al beneficio de la ventilación boca-boca comparándola con la ventilación mecánica.² Fue en 1967 que se acuñó el término «pulmón de respirador» para describir el daño alveolar difuso y las membranas hialinas encontradas en el análisis post mortem de pacientes que habían sido ventilados mecánicamente.³ Las alteraciones pulmonares atribuibles a la VM han sido denominadas lesión pulmonar asociada con la ventilación mecánica (LPAVM).⁴

Clásicamente, se han descrito cuatro mecanismos de LPAVM: barotrauma, volutrauma, atelectotrauma y biotrauma. En fechas recientes, se reconoció que la heterogeneidad regional, la frecuencia de estrés y la falla capilar pulmonar también contribuyen al desarrollo de LPAVM, lo que genera nuevas líneas de investigación con la finalidad de personalizar aún más la VM protectora.⁵

El primer mecanismo identificado para el desarrollo de LPAVM fue el barotrauma, definido como la presión excesiva en la vía aérea, a la cual se le atribuían lesiones macroscópicas secundarias a ruptura del parénquima pulmonar, como neumotórax, neumomediastino y enfisema subcutáneo.⁶ Sin embargo, Dreyfuss y sus colaboradores demostraron que la principal causa de daño pulmonar no eran las altas presiones en la vía aérea de los pacientes, sino más bien la sobredistensión generada por volúmenes altos y su asociación con la presión transpulmonar.⁷

La ventilación mecánica con volúmenes bajos al final de la espiración también puede producir daño debido a los ciclos de apertura y cierre de las vías aéreas distales y unidades alveolares. La lesión por atelectotrauma resulta de eventos de colapso y apertura alveolar repetitivos (reclutamiento y desreclutamiento) durante la VM, que desencadena estrés en la matriz extracelular, células epiteliales y endoteliales.⁸

El concepto clásico de barotrauma implica la lesión que ocurre sólo cuando el estrés/strain es lo suficientemente alto como para condicionar la ruptura de la estructura pulmonar; sin embargo, desde la década de los 90, algunos estudios sugirieron que la presencia de estrés/strain no fisiológico podía promover la síntesis de citocinas proinflamatorias, dando lugar a la respuesta inflamatoria en ausencia de daño estructural.⁹ El término «biotrauma» describe un proceso en el cual fuerzas biofísicas pueden alterar la fisiología normal de las células pulmonares, incrementando los niveles de mediadores inflamatorios y, con esto, promoviendo cambios en los procesos de reparación/remodelamiento del tejido pulmonar.¹⁰

Las diferencias pulmonares regionales inducen estrés mecánico adicional que predispone al desarrollo de LPAVM. El colapso o la ocupación de una unidad alveolar necesariamente induce deformación de las unidades alveolares adyacentes a través del septum interalveolar. Como resultado, los alveolos adyacentes llenos de aire experimentan un inflado no uniforme adicional; esta descripción es la que se atribuye a la inhomogeneidad pulmonar.¹¹

Con la finalidad de limitar la LPAVM secundaria a la inhomogeneidad pulmonar, se ha sugerido disminuir el estrés al utilizar PEEP alto y limitar el strain al programar volúmenes tidales bajos, con lo que se obtiene un beneficio sobre la presión transpulmonar.¹²

Debido a la dificultad para monitorizar la presión transpulmonar, se ha estudiado la presión de distensión como un subrogado de la presión transpulmonar. Análisis retrospectivos de grandes bases de datos obtenidas de ensayos clínicos aleatorizados han mostrado que la presión de distensión es el factor clave en la mortalidad;¹³ sin embargo, los datos son limitados en pacientes que se encuentran con ventilación mecánica sin síndrome de distrés respiratorio agudo (SDRA). Por otro lado, existen ciertas limitantes al interpretar la presión de distensión; por ejemplo, en pacientes que presentan disminución en la distensibilidad de la caja torácica, obesidad o aumento en la presión intraabdominal, ya que en estos casos, la presión transpulmonar calculada podría sólo ser un reflejo de la poca distensibilidad torácica y no necesariamente traducir sobredistensión.¹⁴

El desarrollo de lesión pulmonar asociada con la ventilación mecánica depende de la interacción de dos factores: uno de ellos es la cantidad de energía que entrega el ventilador, mientras que el otro depende de la respuesta del parénquima pulmonar a esa energía.¹⁵

Con base en esto, Cressoni y su grupo conceptualizaron esta entrega de energía en términos de poder mecánico, en donde se conjuntan variables que están asociadas al desarrollo de LPAVM, como el estrés, strain, flujo inspiratorio y frecuencia respiratoria.¹⁶

En 2016, Gattinoni y sus colegas derivaron la fórmula del poder mecánico de la ecuación del movimiento, observando a través de estudios experimentales que un valor mayor de 12 Joules/minuto determina el desarrollo de LPAVM en sujetos sanos y empeoramiento clínico en pacientes con SDRA.¹⁷ La fórmula obtenida para el cálculo del PM es la siguiente:

Poder mecánico:

0.098 x Vt x Fr x P pico -(Pplat-PEEP/2)

Desde su descripción a la fecha, a través de análisis secundarios de datos de ensayos clínicos, se ha determinado asociación entre un PM mayor a 12 J/min con desenlaces poco favorables en pacientes con ventilación mecánica y síndrome de distrés respiratorio agudo.⁹

A pesar de estas descripciones, aún hacen falta estudios prospectivos en los que se evalúe el punto de corte a partir del cual se pueda correlacionar, o incluso predecir, desenlaces en los pacientes ventilados mecánicamente.

Con base en esta premisa, desarrollamos el presente estudio, con la finalidad de examinar la asociación entre PM y días libres de ventilación mecánica invasiva en los pacientes ingresados en la unidad de terapia intensiva. De igual forma, nos propusimos evaluar mediante el análisis de la curva de características operativas del receptor ROC, la capacidad predictiva del poder mecánico, estableciendo el mejor punto de corte a partir de los valores entregados en las coordenadas de la curva.

Material y métodos

Estudio prospectivo, observacional, transversal y analítico, realizado en una unidad de terapia intensiva (UTI) polivalente, en el periodo comprendido del 1 de mayo al 31 de julio de 2017. El protocolo del estudio fue presentado al comité de ética e investigación de la unidad hospitalaria, y fue aprobado con número de folio: EHE 004.

Se incluyeron pacientes que cumplieron con los siguientes criterios: mayores de 18 años, ingresados a la UTI, que requirieron ventilación mecánica por más de 24 horas. Los criterios de exclusión fueron: pacientes que tenían ventilación mecánica en modo espontáneo y aquéllos que se encontraban con ventilación mecánica domiciliaria antes de su ingreso a la UTI. Los criterios de eliminación incluyeron: pacientes que fueron trasladados a otra unidad hospitalaria antes cumplir las primeras 24 horas de ingreso a la UTI y aquéllos en quienes se firmó formato de voluntad anticipada.

Debido a que el presente estudio posee un riesgo bajo para el paciente, no se solicitó carta de consentimiento informado y se ha cuidado tanto la privacidad como la integridad de cada paciente, manejando con discreción su información y evitando utilizar identificadores internacionales; el reconocimiento de los datos de cada paciente se correlacionó con un número de folio consecutivo en las hojas de recolección de datos.

Se analizaron las características generales de la población realizando un análisis univariado, describiendo las variables cuantitativas con distribución normal en media y desviación estándar, mientras que las variables cuantitativas con distribución no normal fueron reportadas en mediana y rango intercuartílico; las variables categóricas se describieron en porcentajes.

Se comparó la diferencia de medias para dos muestras independientes utilizando la prueba t de Student, las medianas se compararon con la U de Mann Whitney y las variables cualitativas mediante χ² o la prueba exacta de Fisher.

Se aplicó la prueba rho de Spearman para determinar la asociación entre PM y DLVMI.

Se realizó un análisis multivariado de regresión logística binaria para determinar aquellas variables que se asociaran de forma independiente con la variable desenlace. Se estableció que una variable se asociaba de manera independiente cuando se obtuvo un valor de p ≤ 0.05. Las variables con significancia estadística en este análisis se utilizaron para calcular la ecuación de regresión y sustituirla en la ecuación 1/1+e^-(logit) para cada uno de los pacientes y así, determinar la capacidad para predecir los días libres de ventilación mecánica invasiva de esta variable compuesta mediante el análisis de la curva de características operativas del receptor (ROC).

Una vez obtenidas la coordenadas por debajo de la curva se aplicó el índice de Youden (J = especificidad + sensibilidad -1) para seleccionar el valor de corte óptimo de las variables evaluadas en la curva ROC, para determinar más o menos días libres de ventilación mecánica invasiva.

El análisis estadístico fue realizado usando el programa estadístico SPSS versión 22.0 (IBM Corporation).

Resultados

Características de los pacientes. Se incluyeron 40 pacientes para el estudio; de ellos, 21 eran del género masculino (52.5%); la mediana para la edad fue de 66.5 (49.2-77.2) años (Cuadro I). La mediana para SOFA fue de 6 (5-8), mientras que para Vt/kg fue de 8.2 (7.3-8.6) mL/kg. La media y desviación estándar de presión meseta fue de 17.4 ± 2.0 cmH₂O, mientras que para presión de distensión fue de 12 ± 1.4 cmH₂O. Del total de la población, nueve pacientes fallecieron (22.5%). En el análisis bivariado, ninguna característica demográfica fue diferente; tanto la edad como la gravedad definida por SOFA y SAPS II fueron similares. La mediana del Vt/kg en el grupo con más DLVMI fue de 7.3 (6.7-8.2) mL/kg, mientras que en el grupo con menos DLVMI fue de 8.6 (8.2-8.8) mL/kg, con una p = 0.0001. Los pacientes con más DLVMI tenían frecuencia respiratoria menor con respecto a aquéllos con menos DLVMI (18 ± 2 versus 24 ± 4 respiraciones por minuto, p = 0.0001). Los pacientes con menos DLVMI presentaron un mayor PM (14.2 ± 2.2 versus 12.2 ± 2.3 Joules/minuto, p = 0.007), así como más días de estancia en la UTI, con significancia estadística [21 (8-23) versus 8 (5-13) días, p = 0.006]. La mortalidad en la UTI sólo se presentó en el grupo de pacientes con menos DLVMI (45% versus 0%, p = 0.001) (Cuadro I).

Cuadro I: Características generales de la población. 

Se representan las características del total de la población, del grupo con más días libres de ventilación mecánica y del grupo con menos días libres de ventilación mecánica.

Vt/kg peso predicho: mL/kg peso predicho, FR: frecuencia respiratoria/min, PEEP: presión positiva al final de la espiración, PaCO₂: presión parcial de dióxido de carbono, IO: índice de oxigenación, PaO₂/FiO₂: presión parcial de oxígeno/fracción inspirada de oxígeno, días UTI: días de estancia en UTI.

* Mediana y rango intercuartílico, ^§ media y desviación estándar.

Desenlaces. Para el análisis de correlación entre PM y DLVMI, se aplicó la prueba rho de Spearman, obteniendo un coeficiente de correlación r = -0.41, p = 0.008, con lo que se determinó una asociación inversa con magnitud intermedia (Figura 1).

Días libres de ventilación mecánica (DLVM), poder mecánico (PM). Rho de Spearman = -0.41, p = 0.008.

Figura 1: Correlación entre el poder mecánico y días libres de ventilación mecánica invasiva. 

En el análisis de regresión múltiple binaria se incluyeron las variables con valor de p < 0.20 y la variable Vt/kg se dividió en dos grupos: pacientes con Vt/kg menor o igual a 8 mL y pacientes con Vt/kg mayor a 8 mL. Se encontró significancia estadística para PM, Vt/kg (≤ 8.2 mL) y frecuencia respiratoria, por lo que se determinó asociación de forma independiente con los DLVMI (Cuadro II).

Cuadro II: Análisis multivariado. Regresión logística binaria. 

OR: Odds ratio, IC 95%: intervalo de confianza de 95%, Vt/kg: volumen tidal por peso predicho.

Se evaluó la capacidad discriminativa de cada una de estas variables de forma independiente expresada en la curva ROC; para el PM se obtuvo un área bajo curva de 0.75, IC 95% (0.59-0.90), p = 0.007; para la frecuencia respiratoria se obtuvo un área bajo la curva 0.71, IC 95% (0.54-0.88), p = 0.01; mientras que para el Vt/kg, un área bajo la curva 0.92, IC (0.83-1.0), p = 0.0001. Posteriormente, se calculó la probabilidad de presentar más o menos días libres de ventilación mecánica para cada uno de los sujetos de estudio utilizando la ecuación de regresión logística, sustituyendo su valor en la fórmula 1/1+e^-(logit) para, también, representar la capacidad discriminativa en una curva ROC, obteniendo un área por debajo de la curva, de esta asociación de variables, de 0.85, IC (0.74-0.97), p = 0.001 (Figura 2).

PM: poder mecánico, Vt: volumen tidal por kilogramo de peso predicho, Fr: frecuencia respiratoria, ABC: área bajo la curva, IC 95%: intervalo de confianza de 95%.

Figura 2: Curva de características operativas del receptor (curva ROC). 

Al aplicar el índice de Youden en el PM, Vt/kg y frecuencia respiratoria, se definieron los siguientes puntos de corte: PM 13.1 J/min (sensibilidad 80% y especificidad 65%), Vt/kg 8.2 mL/kg (sensibilidad 85% y especificidad 75%), mientras que para la frecuencia respiratoria, fue de 19 respiraciones por minuto (sensibilidad 70% y especificidad 60%).

Discusión

En nuestro estudio se observó que el PM tiene una correlación inversa con magnitud intermedia con los DLVMI. Las variables que se asociaron de forma independiente con los DLVMI, al controlar las variables SOFA y edad, fueron el PM, la frecuencia respiratoria y el Vt/kg (< 8.2 mL/kg); mientras que las variables que no se asociaron de forma independiente con los DLVMI fueron la presión meseta y la PEEP; destaca que la relación PaO₂/FiO₂, el índice de oxigenación (IO) y la presión de distensión -variables que expresan de forma directa la gravedad de la falla respiratoria- no fueron diferentes en ambos grupos. Ninguna variable se asoció a mortalidad en un análisis de regresión logística, determinado fundamentalmente por el número de pacientes.

En el análisis multivariado es relevante la fuerza de asociación que se encontró entre el Vt/kg < 8.2 mL con más DLVMI y, debido al número de pacientes en nuestro estudio, el intervalo de confianza es amplio. Al analizar el Vt/kg en su forma continua en la curva ROC, observamos que el área bajo la curva es adecuada, encontrando el mejor punto de corte en 8.2 mL, a partir del cual predice más o menos DLVMI. Estos hallazgos son compatibles con dos revisiones sistemáticas y metaanálisis publicados por Serpa Neto y sus colaboradores, en los que se observa una tendencia a favor de la ventilación mecánica programada con Vt bajos (6-8 mL/kg peso predicho) en pacientes sin SDRA, para disminuir el riesgo de mortalidad, duración de la ventilación mecánica y desarrollo de SDRA.¹²

Con los resultados obtenidos de nuestro trabajo podemos determinar que las dos variables que más influyen en el valor del PM son el Vt y la frecuencia respiratoria, además de que se asocian de forma independiente con la variable desenlace (DLVMI); estos resultados son compatibles de forma parcial con lo reportado por Gattinoni y su grupo, que a partir de la ecuación del movimiento sintetizaron la ecuación del PM, con la finalidad de unir en un solo dato todas las variables que pueden determinar el desarrollo de lesión pulmonar asociada con la ventilación mecánica, encontrando que el Vt, presión de distensión, flujo y la frecuencia respiratoria incrementan exponencialmente el valor del PM.¹⁸

En nuestro estudio se observó que el aumento, tanto en el PM como en la frecuencia respiratoria, incrementa el riesgo en dos y 1.5 veces, respectivamente, de tener menos DLVMI, lo cual ha sido evidenciado en estudios experimentales. Recientemente, Cressoni y sus colegas llevaron a cabo un estudio con modelos porcinos sanos: en él observaron deterioro en la dinámica pulmonar de aquellos modelos ventilados con un PM mayor de 12 J/min y frecuencia respiratoria mayor de 35 respiraciones por minuto; lo cual también determinó el desarrollo de lesión pulmonar asociada con la ventilación mecánica, evidenciado en tomografía computarizada.¹⁹

En el análisis de la curva ROC se observa que el PM tiene un área por debajo de la curva de 0.75 para la predicción de días libres de ventilación mecánica, con significancia estadística, con un punto de corte en 13 Joules/min, similar a lo descrito en un análisis secundario de dos bases de datos de pacientes con SDRA realizado por Guerin y su equipo, donde observaron que en aquéllos con un PM menor de 12 Joules/min medido al primer día del estudio aumentaba la supervivencia a 90 días (log-rank p = 0.001).²⁰ De esta forma, nuestro estudio es el primero que reporta la capacidad de predicción del PM para DLVMI en pacientes sin SDRA, con un punto de corte similar al reportado en la literatura para otros desenlaces. Esto es relevante, ya que sugiere que el PM, que es de fácil medición a la cabecera del paciente, puede orientar acerca de la evolución y los desenlaces en pacientes con ventilación mecánica invasiva.

Dentro de las fortalezas de nuestro trabajo podemos destacar que es el primer estudio prospectivo que se enfocó en evaluar la asociación entre DLVMI y el PM en pacientes sin SDRA. De igual forma, pudimos determinar la capacidad discriminativa de las variables asociadas de forma independiente a los DLVMI en esta población.

Las limitantes que encontramos en nuestra investigación son atribuibles, principalmente, al tamaño de la población, ya que derivado de ello, no pudimos determinar la relación entre el PM y otras variables desenlace de impacto, como la mortalidad. Además, se desarrolló en un solo centro hospitalario, por lo que los resultados no son extrapolables a otra población. Por lo tanto, se requieren más estudios prospectivos, multicéntricos, con mayor población para corroborar los hallazgos obtenidos.

Conclusión

El poder mecánico se correlaciona de forma inversa con los días libres de ventilación mecánica, con adecuada capacidad predictiva para días libres de ventilación mecánica invasiva, con un punto de corte en 13 Joules/min.