Bestimmung des R/I-Verhältnisses mit der Single-Breath-Methode

Artikel

Autor: Giorgio Iotti, Caroline Brown

Datum: 29.04.2025

Das Verhältnis von Recruitment zu Inflation anhand der Monitoringwerte Ihres Beatmungsgerätes bestimmen.

Das Verhältnis von Recruitment zu Inflation (R/I) ermöglicht es Klinikern, die Rekrutierbarkeit am Patientenbett zu bewerten, damit der PEEP-Wert entsprechend angepasst werden kann. Mithilfe der Single-Breath-Methode, wie sie von Chen et al. (Chen L, Del Sorbo L, Grieco DL, et al. Potential for Lung Recruitment Estimated by the Recruitment-to-Inflation Ratio in Acute Respiratory Distress Syndrome. A Clinical Trial. Am J Respir Crit Care Med. 2020;201(2):178-187. doi:10.1164/rccm.201902-0334OC1, Chen L, Chen GQ, Shore K, et al. Implementing a bedside assessment of respiratory mechanics in patients with acute respiratory distress syndrome. Crit Care. 2017;21(1):84. Published 2017 Apr 4. Doi:10.1186/s13054-017-1671-82) beschrieben wurde, kann das R/I-Verhältnis anhand der auf dem Monitor des Beatmungsgerätes angezeigten Daten berechnet werden.

Im folgenden Abschnitt erläutern wir Schritt für Schritt, wie die Methode am Beatmungsgerät HAMILTON-C6 durchgeführt wird.

Der Patient sollte im (S)CMV-Modus mit einem PEEP von 15 cmH2O für 30 Minuten beatmet werden (siehe Abbildung 1). Die Inspirationspause sollte auf den Minimalwert von 5 % eingestellt sein. Wir empfehlen die Verwendung einer Zeitskala von 30 Sekunden, um sicherzustellen, dass der relevante Teil der Kurven nicht verschwindet, bevor der Bildschirm einfriert.

Stellen Sie die Frequenz nach 30 Minuten auf 6 bpm ein (siehe Abbildung 2).
Stellen Sie anschliessend den PEEP auf 5 cmH2O ein (siehe Abbildung 3).
Während der PEEP auf 5 cmH2O sinkt, setzen Sie die Frequenz schnell auf den ursprünglichen Wert zurück, stellen Sie PEEP auf 15 cmH2O ein und frieren Sie den Bildschirm ein (siehe Abbildung 4).

Screenshot der Kurven im SCMV-Modus mit einem PEEP von 15 — Abbildung 1

Screenshot, der eine auf 6 verminderte Frequenz zeigt — Abbildung 2

Screenshot, der einen auf 5 cmH2O verminderten PEEP zeigt — Abbildung 3

Screenshot des eingefrorenen Bildschirms mit dem Cursor zu Beginn der letzten Inspiration vor der PEEP-Änderung — Abbildung 4

Schritt 1 – PEEP,hoch

Setzen Sie den Cursor am Ende der letzten Exspiration bei dem höheren PEEP-Niveau (siehe Abbildung 5).

Paw = PEEP,hoch = 15 cmH2O

Screenshot mit korrekt platziertem Cursor und Paw bei 15 — Abbildung 5

Schritt 2 – PEEP-Unterschied

Bewegen Sie den Cursor zum Ende der ersten Exspiration beim niedrigeren PEEP-Niveau (siehe Abbildung 6). Hier können Sie den tatsächlichen Wert von PEEP,tief sowie das endexspiratorische Volumen gegenüber dem Ausgangswert ablesen (End-exp Vol, nicht direkt auf der Kurve sichtbar, aber mit dem Cursor erfassbar). Das zusätzliche exspiratorische Tidalvolumen (VTe,plus), das durch Deflation und De-Recruitment bedingt ist, entspricht der Gegenzahl des End-exp. Vol.

Paw = PEEP,tief = 4,9 cmH2O
V = End-exp Vol (endexspiratorisches Volumen) = -429 ml
VTe,plus = 429 ml

Nun können Sie den PEEP-Unterschied berechnen:

PEEP,hoch = 15 cmH2O
PEEP,tief = 4,9 cmH2O
ΔPEEP = 10,1 cmH2O

Screenshot mit korrekt positioniertem Cursor und den entsprechenden Werten — Abbildung 6

Schritt 3 – Driving Pressure und Compliance beim niedrigeren PEEP-Niveau

Positionieren Sie den Cursor am Ende des ersten inspiratorischen Plateaus beim niedrigeren PEEP-Niveau (siehe Abbildung 7). Hier werden der Plateau-Druck (Pplateau,tief) und das inspiratorische Atemvolumen (VTi,tief) gemessen.

Paw = Pplateau,tief = 17 cmH2O
V = VTi,tief = 467 ml

Nun können Sie den Driving Pressure und die Compliance beim niedrigeren PEEP-Niveau berechnen:

ΔP,tief = Pplateau,tief – PEEP,tief = 17 – 4,9 = 12,1
C,tief = VTi,tief/ΔP,tief = 467/12,1 = 38,6

Nachdem Sie die Cursor-Messungen in den Schritten 1, 2 und 3 durchgeführt haben, prüfen Sie die PEEP-Einstellung. Für die Messung des R/I-Verhältnisses ist nur ein Atemzug beim niedrigeren PEEP-Niveau erforderlich. Wenn die Beatmung beim niedrigeren PEEP-Niveau verlängert wird, kann dies zu einem umfassenden Alveolarkollaps führen, der den Gasaustausch massiv beeinträchtigen könnte.

Screenshot mit korrekt positioniertem Cursor, der die Werte wie oben anzeigt — Abbildung 7

Schritt 4 – Inflatiertes und rekruitiertes Volumen

Mit den erfassten Werten können Sie nun die Änderung im Volumen berechnen, die bei der untersuchten PEEP-Änderung nur durch die alveoläre Inflation (Vinflated) und die durch das alveoläre Recruitment (Vrecruited) entsteht.

Vinflated = C,tief x ΔPEEP = 38,6 x 10,1 = 390 ml
Vrecruited = VTe,plus – Vinflated = 429 – 390 = 39 ml

Diese beiden Werte ergeben das Verhältnis von Recruitment zu Inflation.

R/I = Vrecruited/Vinflated = 39/390 = 0,10 ml

Was sagt uns das?

R/I-Werte unterhalb von 0,3 – 0,4 weisen auf eine niedrige Rekrutierbarkeit hin. Hier könnte ein niedriger PEEP-Wert im Bereich von 5 bis 8 cmH2O wie im vorliegenden Beispiel die geeignetere Wahl sein. Demgegenüber wurde ein PEEP-Niveau von mindestens 12 cmH2O für Fälle vorgeschlagen, bei denen R/I-Werte über 0,6 – 0,7 eine hohe Rekrutierbarkeit anzeigen. Mittlere PEEP-Werte wurden vorgeschlagen, wenn sich der R/I-Wert in der Nähe von 0,5 befindet (Rosà T, Bongiovanni F, Michi T, et al. Recruitment-to-inflation ratio for bedside PEEP selection in acute respiratory distress syndrome. Minerva Anestesiol. 2024;90(7-8):694-706. doi:10.23736/S0375-9393.24.17982-53).

Paw – Atemwegsdruck
V – Volumen
End-exp Vol – Endexspiratorisches Volumen
VTe,plus – Zusätzliches exspiratorisches Tidalvolumen, das mit dem abrupten Abfall des PEEP verbunden ist
Pplateau,tief – Plateau-Druck beim niedrigeren PEEP
VTi,tief – Inspiratorisches Volumen beim niedrigeren PEEP
C,tief – Compliance beim niedrigeren PEEP

Fußnoten

Referenzen

1. Chen L, Del Sorbo L, Grieco DL, et al. Potential for Lung Recruitment Estimated by the Recruitment-to-Inflation Ratio in Acute Respiratory Distress Syndrome. A Clinical Trial. Am J Respir Crit Care Med. 2020;201(2):178-187. doi:10.1164/rccm.201902-0334OC
2. Chen L, Chen GQ, Shore K, et al. Implementing a bedside assessment of respiratory mechanics in patients with acute respiratory distress syndrome. Crit Care. 2017;21(1):84. Published 2017 Apr 4. doi:10.1186/s13054-017-1671-8
3. Rosà T, Bongiovanni F, Michi T, et al. Recruitment-to-inflation ratio for bedside PEEP selection in acute respiratory distress syndrome. Minerva Anestesiol. 2024;90(7-8):694-706. doi:10.23736/S0375-9393.24.17982-5

Potential for Lung Recruitment Estimated by the Recruitment-to-Inflation Ratio in Acute Respiratory Distress Syndrome. A Clinical Trial.

Chen L, Del Sorbo L, Grieco DL, et al. Potential for Lung Recruitment Estimated by the Recruitment-to-Inflation Ratio in Acute Respiratory Distress Syndrome. A Clinical Trial. Am J Respir Crit Care Med. 2020;201(2):178-187. doi:10.1164/rccm.201902-0334OC

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Rationale: Response to positive end-expiratory pressure (PEEP) in acute respiratory distress syndrome depends on recruitability. We propose a bedside approach to estimate recruitability accounting for the presence of complete airway closure.Objectives: To validate a single-breath method for measuring recruited volume and test whether it differentiates patients with different responses to PEEP.Methods: Patients with acute respiratory distress syndrome were ventilated at 15 and 5 cm H2O of PEEP. Multiple pressure-volume curves were compared with a single-breath technique. Abruptly releasing PEEP (from 15 to 5 cm H2O) increases expired volume: the difference between this volume and the volume predicted by compliance at low PEEP (or above airway opening pressure) estimated the recruited volume by PEEP. This recruited volume divided by the effective pressure change gave the compliance of the recruited lung; the ratio of this compliance to the compliance at low PEEP gave the recruitment-to-inflation ratio. Response to PEEP was compared between high and low recruiters based on this ratio.Measurements and Main Results: Forty-five patients were enrolled. Four patients had airway closure higher than high PEEP, and thus recruitment could not be assessed. In others, recruited volume measured by the experimental and the reference methods were strongly correlated (R2 = 0.798; P < 0.0001) with small bias (-21 ml). The recruitment-to-inflation ratio (median, 0.5; range, 0-2.0) correlated with both oxygenation at low PEEP and the oxygenation response; at PEEP 15, high recruiters had better oxygenation (P = 0.004), whereas low recruiters experienced lower systolic arterial pressure (P = 0.008).Conclusions: A single-breath method quantifies recruited volume. The recruitment-to-inflation ratio might help to characterize lung recruitability at the bedside.Clinical trial registered with www.clinicaltrials.gov (NCT02457741).

Implementing a bedside assessment of respiratory mechanics in patients with acute respiratory distress syndrome.

Chen L, Chen GQ, Shore K, et al. Implementing a bedside assessment of respiratory mechanics in patients with acute respiratory distress syndrome. Crit Care. 2017;21(1):84. Published 2017 Apr 4. doi:10.1186/s13054-017-1671-8

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BACKGROUND Despite their potential interest for clinical management, measurements of respiratory mechanics in patients with acute respiratory distress syndrome (ARDS) are seldom performed in routine practice. We introduced a systematic assessment of respiratory mechanics in our clinical practice. After the first year of clinical use, we retrospectively assessed whether these measurements had any influence on clinical management and physiological parameters associated with clinical outcomes by comparing their value before and after performing the test. METHODS The respiratory mechanics assessment constituted a set of bedside measurements to determine passive lung and chest wall mechanics, response to positive end-expiratory pressure, and alveolar derecruitment. It was obtained early after ARDS diagnosis. The results were provided to the clinical team to be used at their own discretion. We compared ventilator settings and physiological variables before and after the test. The physiological endpoints were oxygenation index, dead space, and plateau and driving pressures. RESULTS Sixty-one consecutive patients with ARDS were enrolled. Esophageal pressure was measured in 53 patients (86.9%). In 41 patients (67.2%), ventilator settings were changed after the measurements, often by reducing positive end-expiratory pressure or by switching pressure-targeted mode to volume-targeted mode. Following changes, the oxygenation index, airway plateau, and driving pressures were significantly improved, whereas the dead-space fraction remained unchanged. The oxygenation index continued to improve in the next 48 h. CONCLUSIONS Implementing a systematic respiratory mechanics test leads to frequent individual adaptations of ventilator settings and allows improvement in oxygenation indexes and reduction of the risk of overdistention at the same time. TRIAL REGISTRATION The present study involves data from our ongoing registry for respiratory mechanics (ClinicalTrials.gov identifier: NCT02623192 . Registered 30 July 2015).

Recruitment-to-inflation ratio for bedside PEEP selection in acute respiratory distress syndrome.

Rosà T, Bongiovanni F, Michi T, et al. Recruitment-to-inflation ratio for bedside PEEP selection in acute respiratory distress syndrome. Minerva Anestesiol. 2024;90(7-8):694-706. doi:10.23736/S0375-9393.24.17982-5

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In acute respiratory distress syndrome, the role of positive end-expiratory pressure (PEEP) to prevent ventilator-induced lung injury is controversial. Randomized trials comparing higher versus lower PEEP strategies failed to demonstrate a clinical benefit. This may depend on the inter-individually variable potential for lung recruitment (i.e. recruitability), which would warrant PEEP individualization to balance alveolar recruitment and the unavoidable baby lung overinflation produced by high pressure. Many techniques have been used to assess recruitability, including lung imaging, multiple pressure-volume curves and lung volume measurement. The Recruitment-to-Inflation ratio (R/I) has been recently proposed to bedside assess recruitability without additional equipment. R/I assessment is a simplified technique based on the multiple pressure-volume curve concept: it is measured by monitoring respiratory mechanics and exhaled tidal volume during a 10-cmH2O one-breath derecruitment maneuver after a short high-PEEP test. R/I scales recruited volume to respiratory system compliance, and normalizes recruitment to a proxy of actual lung size. With modest R/I (<0.3-0.4), setting low PEEP (5-8 cmH2O) may be advisable; with R/I>0.6-0.7, high PEEP (≥15 cmH2O) can be considered, provided that airway and/or transpulmonary plateau pressure do not exceed safety limits. In case of intermediate R/I (≈0.5), a more granular assessment of recruitability may be needed. This could be accomplished with advanced monitoring tools, like sequential lung volume measurement with granular R/I assessment or electrical impedance tomography monitoring during a decremental PEEP trial. In this review, we discuss R/I rationale, applications and limits, providing insights on its clinical use for PEEP selection in moderate-to-severe acute respiratory distress syndrome.

Hilfsmittel zur Beurteilung der (De-)Rekrutierbarkeit am Patientenbett

Was versteht man unter Rekrutierbarkeit und wie lässt sie sich messen?