Mesin Anestesi dilengkapi dengan Ventilator

Mesin Anestesi - Ventilator

Ventilator digunakan secara ekstensif di ruang operasi (OK) dan di Intensive Care Unit (ICU).  Semua mesin anestesi modern dilengkapi dengan ventilator.  Dari sejarahnya, ventilator OK lebih sederhana dan lebih kecil dibantingkan yang di ICU.  Perbedaannya menjadi makin tak jelas karena perkembangan teknologi dan adanya kebutuhan “ventilator model ICU” untuk pasien-pasien sakit kritis yang datang ke OK.  Ventilator dari beberapa mesin anestesi modern sudah sama canggihnya dengan ventilator ICU dan hampir memiliki kemampuan yang sama.   Setelah mendiskusikan beberapa prinsip dasar ventilator, bagian ini akan mengulas penggunaan ventilator berhubungan dengan mesin anestesi.

Ventilator menghasilkan aliran gas dengan menciptakan perbedaan gradien tekanan antara jalan nafas proximal dan alvoli.  Ventilator terdahulu mengandalkan dari  pemberian tekanan negatif disekitar ( dan didalam) dada (cth. Iron lung), dimana ventilator modern menciptakan tekanan positif dan aliran gas pada jalan nafas atas.  Fungsi ventilator paling baik dijelaskan dalam empat fase dari siklus ventilasi; inspirasi, transisi dari inspirasi ke ekspirasi, ekspirasi, dan transisi dari ekspirasi ke inspirasi.  Meskipun terdapat beberapa klasifikasi skema,  yang paling umum berdasarkan karakteristik fase inspirasi dan metode siklus dari inspirasi ke ekspirasi.  Klasifikasi yang lain  seperti sumber tenaga (cth. Pneumatic-high pressure, pneumatic-Venturi, atau elektrik), desain (single-circuit system, double-circuit system, rotary piston, linear piston), dan mekanisme kontrol (cth. Elektronik timer dan mikroprosessor).

A. Fase Inspirasi

Selama inspirasi, ventilator menghasilkan volume tidal dengan memproduksi aliran gas melewati sebuah gradien tekanan.  Mesin menghasilkan tekanan konstan (generator tekanan konstan) atau aliran gas konstan (generator aliran konstan) selama inspirasi tanpa memandang perubahan pada mekanika paru.  Generator non konstan menghasilkan tekanan atau aliran gas yang bervariasi selama siklus tetapi tetap konsisten dari nafas ke naas.  Sebagai contoh, ventilator yang menghasilkan pola aliran yang menyerupai setengah siklus dari gelombang sine (cth. Ventilator rotary piston), akan diklasifikasikan sebagai generator aliran non konstan. 

B. Fase Transisi dari Inspirasi ke Ekspirasi

Penghentian dari fase inspirasi dapat dicetuskan oleh batasan waktu yang sudah ditentukan (durasi tetap), tekanan inspirasi yang harus dicapai, atau tidal volume yang harus diberikan.  Ventilator siklus-waktu dapat memberikan volume tidal dan tekanan puncak ekspirasi yang bervariasi tergantung dari komplian paru.  Vlume tidal di sesuaikan dengan mengeset durasi  dan derajat aliran inspirasi.  Ventilator siklus-tekanan tidak akan berlanjut dari fase inspirasi ke fase ekspirasi sampai tekanan yang sudah diset sebelumnya tercapai.  Jika terdapat kebocoran sirkuit yang besar akan menurunkan tekanan puncak secara signifikan, sebuah bentilator siklus-tekanan akan tetap dalam fase inspirasi.  Dilain sisi, kebocoran yang sedikit tidak akan menurunkan volume tidal, karenan siklus akan terhambat hingga batasan tekanan dicapai.  Ventilator siklus-volume akan memberikan volume yang ditentukan dengan waktu dan tekanan yang bervariasi.  Dalam realitasnya, ventilator modern dapat mengatasi berbagai kekurangan ventilator klasik dengan memakai parameter siklus sekunder atau mekanisme pembatas yang lain.  Contohnya ventilator siklus-waktu dan siklus-volume biasanya memakai alat pembatas-tekanan yang menghentikan inspirasi ketika batasan tekanan aman yang dapat disesuaikan telah tercapai.  Hampir sama dengan itu, sebuah kontrol volume yang telah ditentukan membatasi kompresi bellow yang mengakibatkan ventilator siklus-waku dapat berfungsi seperti ventilator siklus-volume, tergantung dari kecepatan ventilator dan kecepatan aliran inspirasi (cth. Draeger AV2+)

Fase Ekspirasi

Fase ekspirasi dari ventilator biasanya menurunkan tekanan jalan nafas hingga level atmosfir atau volume yang ditentukan dari PEEP.  Ekshalasi adalah pasif.  Aliran keluar dari paru ditentukan oleh hambatan jalannafas dan komplians paru.  PEEP biasanya dihasilkan dengan mengubah mekanisme  katup pegas atau penekanan pneumatik dari katup ekshalasi (spill).

Fase Transisi dari Ekspirasi ke Inspirasi

Transisi menuju fase inspirasi berikutnya dapat berdasar pada interval waktu yang telah ditentukan atau perubahan tekanan.  Perilaku ventilator dalam fase ini bersama dengan tipe siklus dari inspirasi ke ekspirasi menentukan mode ventilator.

        Selama ventilasi kontrol, mode paling dasar dari semua ventilator, nafas berikutnya selalu terjadi setelah interval waktu yang telah ditentukan.  Jadi volume tidal dan kecepatan aliran adalah tetap pada ventilasi volume kontrol, dimana tekanan puncak inspirasi  adalah tetap pada ventilasi  tekanan kontrol.  Mode ventilasi kontrol tidak didesain untuk pernafasan spontan.  Pada mode volume kontrol, ventilator menyesuaikan aliran gas dan waktu inspirasi berdasarkan kecepatan ventilasi dan rasio I:E yang telah ditetapkan.  Pada volume tekanan-kontrol, waktu inspirasi juga berdasarkan kecepatan ventilator dan rasio I:E, tetapi aliran gas disesuaikan untuk menjaga tekanan inspirasi yang konstan.

        Kebalikannya, Intermitten Mandatory Ventilation (IMV) mengijinkan pasien untuk bernafas spontan antara nafas yang dikontrol. Synchronized Intermitten Mandatory Vantilation (SIMV) adalah penyempurnaan yang lebih lanjut untuk mencegah "fighting the ventilator" dan "breath stacking",  kapanpun mungkin, ventilator akan mencoba untuk memberikan nafas mekanis mandatory dengan adanya penurunan tekanan jalan nafas yang terjadi ketika pasien akan memulai nafas spontan. 

Desain Sirkuit Ventilator

Ventilator tradisional pada mesin anestesi memiliki desain double-circuit system dan ditenagai secara pneumatis dan dikontrol secara elektronik.  Mesin baru jugga memakai kontrol mikroprosessor yang bergantung pada sensor aliran dan tekanan yang canggih.  Kemampuan ini melahirkan banyak mode ventilator, elektronik PEEP, modulasi volume tidal, dan perbaikan alat keamanan.  Beberapa mesin anestesi (Draeger Fabius Gs dan6400) memiliki ventilator yang menggunakan desain piston sirkuit tunggal.

Ventilator Sistem Sirkuit Ganda

Pada desain sistem sirkuit ganda, volume tidal diberikan dari seperangkat bellow yang berisi bahan karet atau bebas latex didalam tabung plastik yang transparan.  Bellow berdiri (naik ke atas) lebih disukai karena cepat menarik perhatian pada adanya diskoneksi sirkuit dengan mengempes.  Bellow tergantung (menurun) jarang digunakan dan tidak boleh diberi pemberat.  Ventilator yang terdahulu dengan bellow tergantung yang diberi pemberat akan tetap terisi oleh gravitasi mesikupun terjadi diskoneksi pada sirkuit pernafasan.

        Bellow pada desain ventilator sirkuit ganda menggantikan fungsi kantong pernafasan pada sirkuit anestesi.  Oksigen bertekanan atau udara dari ventilator power outlet (45-50psig) dialirkan ke ruangan antara dinding dalam dari penutup plastik dan dinding luar dari bellow.  Penekanan dari penutup plastik akan menekan bellow kedalam, memaksa gas didalamnya menuju ke sirkuit pernafasan lalu ke pasien.  Sebuah katup kontrol aliran pada ventilator mengatur aliran gas menuju ruangan bertekanan.  Katup ini dikontrol oleh setting ventilator pada kotak kontrol.  Ventilator dengan mikroprosessor juga menggunakan aliran balik dan sensor tekanan.  Jika oksigen digunakan untuk mentenagainya secara pneumatis, oksigen akan dikonsumsi pada derajat paling tidak sama dengan ventilasi semenit.  Jadi, jika aliran oksigen segar 2L/mnt dan ventilator memberikan 6L/mnt ke sirkuit, sebanyak 8L gas/mnt paling tidak dikonsumsi,.  Harap diingat bahwa jika sistem gas rumah sakit gagal dan silinder oksigen dibutuhkan.  Beberapa mesin anestesi menurunkan konsumsi oksigen dengan memakai alat Venturi yang menarik udara ruangan untuk menyediakan tenaga pneumatis udara/oksigen.  Mesin baru memberikan pilihan untuk menggunakan udara bertekanan untuk tenaga pneumatis.  Kebocoran pada bellow ventilator  dapat mentransmisikan tekanan gas yang tinggi ke jalan nafas pasien, yang berpotensi mengakibatkan barotrauma paru. Hal ini dapat diindikasikan dengan adanya peningkatan konsentrasi oksigen inspirasi lebih tinggi dari yang diharapkan (jika oksigen adalah gas tunggal yang memberikan tekanan). Beberapa mesin ventilator sudah mempunyai regulator gas yang menurunkan tekanan (cth ke 25 psig) untuk tambahan pengaman.

        Ventilator desain sirkuit ganda juga memiliki katup bernafas bebas yang mengijinkan udara dar4i luar untuk memasuki ruangan yang kaku dan bellow akan kempes jika pasien menghasilkan tekanan negatif dengan melakukan pernafasan spontan selama pernafasan mekanis.

Ventilator Piston

Pada desain piston, ventilator menggantikan piston yang digerakkan secara elektris.  Keuntungan utama dari ventilator piston ialah kemampuannya untuk memberikan volume tidal yang akurat pada pasien dengan komplians paru yang buruk dan kepada pasien yang sangat kecil.  Selama ventilasi kontrol volume, piston bergerak dalam kecepatan konstan dimana selama ventilasi kontrol tekanan, piston bergeral dengan kecepatan yang menurun. Seperti bellow, piston terisi dengan gas dari sirkuit pernafasan.  Untuk mencegah dihasilkannya tekanan negatif yang signifikan selama downstroke dari piston,  konfigurasi sistem lingkar dari diubah.  Ventilator juga harus memiliki katup relief tekanan negatif (Draeger Fabius GS) atau mampu untuk menghentikan downstroke piston jika tekanan negatif dideteksi (Draeger Narkomed 6400).  Pemasangan dari katup relief tekanan negtarif pada sirkuit pernafasan dapat memberikan resiko  terperangkapnya udara dan potensi  pelarutan oksigen dan konsentrasi volatil anestetik jika pasien bernafas selama ventilasi mekanis dan aliran fresh gas rendah.

Katup Buang

Ketika ventilator digunakan pada mesin anestesi, katup APL pada sistem lingkar harus dihilangkan fungsinya atau diisolasi dari sirkuit.  Sebuah switch “bag/ventilator” menyelesaikan masalah ini.  Ketika switch ke tipe “bag”, ventilator dikeluarkan dan ventilasi spontan/manual dapat dilakukan.  Ketika diputar ke “ventilator’ kantong pernafasan dan APL dikeluarkan dari sirkuit pernafasan.  Katup APL dapat secara otomatis dikeluarkan pada beberapa mesin baru ketika ventilator dihidupkan. Ventilator memiliki katup pressure-relief (pop-off) yang disebut katup buang, yang secara pneumatis akan tertutup selama inspirasi, jadi tekanan positif dapat dihasilkan.  Selama ekshalasi, gas bertekanan akan diventilasikan keluar dan katup buang ventilator tidak lagi tertutup, bellow ventilator atau piston terisi selama ekspirasi dan katup buang terbuka ketika tekanan sistem lingkar meningkat.  Perlengketan pada katup ini menyebabkan terjadinya peningkatan tekanan jalan nafas yang abnormal selama ekshalasi.

Monitoring Tekanan dan Volume

Tekanan puncak inspirasi adalah tekanan sirkuit tertinggi yang terjadi selama siklus inspirasi, dan memberikan indikasi adanya komplians yang dinamis.  Tekanan plateau adalah tekanan yang diukur selama jeda inspirasi (waktu ketika tidak ada aliran gas), dan mencerminkan komplians statik.  Selama ventilasi normal pada pasien tanpa penyakit paru, tekanan puncak inspirasi sama dengan atau ahanya sedikit lebih tinggi dari tekanan plateau.  Peningkatan pada tekanan puncak inspirasi dan tekanan plateau menggambarkan adanya peningkatan volume tidal atau penurunan komplians paru.  Peningkatan tekanan puncak inspirasi tanpa perubahan tekanan plateau menunjukkan adanya hambatan jalan nafas atau kecepatan aliran gas (Table 4-5).  Jadi, bentung dari gelombang tekanan sirkuit pernafasan dapat memberikan informasi penting mengenai jalan nafas.  Banyak mesin anestesi menggambarkan secara grafik mengenai tekanan sirkuit pernafasan.  Sekresi jalan nafas atau kinking dari ETT dapat disingkirkan dengan mudah dengan menggunakan catheter penghisap.  Bronkoskopi fiberoptik fleksibel akan memberikan diagnosis pasti.

Alarm ventilator

Alarm adalah bagian integral dari seluruh ventilator mesin anestesi modern.  Kapanpun ventilator digunakan “alaram diskoneksi” harus teraktifasi secara pasif.  Mesin anestesi seharusnya memiliki paling tidak tiga alarm diskonek; tekanan puncak inspirasi yang rendah, volume tidal ekshalasi yang rendah, dan Karbon dioksida ekshalasi yang rendah.  Yang pertama selalu ada di ventilator, dimana yang dua lagi terdapat pada modul yang terpisah.  Kebocoan kecil atau diskoneksi sirkuit pernafasan parsial mungkin terdeteksi dengan penurunan yang sedikit dari tekanan puncak inspirasi, volume ekshalasi, atau karbon dioksida akhir ekspirasi sebelum batas alaram tercapai. Alarm ventilator lainnya yang ada seperti tekanan puncak inspirasi yang tinggi, PEEP tinggi, tekanan tinggi jalan nafas yang menetap, tekanan negatif, dan tekanan suplai oksigen yang rendah.  Hampir semua ventilator mesin anestesi modern  juga memiliki spirometer dan analyzer oksigen yang mempunyai alaram tambahan.

Masalah yang berhubungan dengan ventilator mesin anestesi

A. Ventilator Fresh Gas Coupling

Dari diskusi sebelumnya, penting untuk diperhatikan karena katup buang ventilator tertutupo selama inspirasi, aliran gas segar dari common gas outlet mesin secara normal berkontribusi terhadap volume tidal yang diberikan pada pasien.  Sebagai contoh, jika aliran gas segar 6L/mnt,  rasio I:E 1:2, dan frekuensi respirasi 10x/mnt, setiap tidal volume akan mengikutsertakan tambahan 200ml, sebagai tambahan pada output ventilator

(6000ml/mnt) (33%) = 200ml/nafas

10 nafas/mnt

Jadi, peningkatan aliran gas segar meningkatkan volume tidal, ventilasi semenit dan tekanan puncak inspirasi.  Untuk menghindari masalah dengan ventilator-fresh gas flow coupling, tekanan jalan nafas dan volume tidal ekshalasi harus dimonitor secara ketat dan aliran gas segar berlebihan harus dihindari.

B. Tekanan Positif Berlebihan

Tekanan inspirasi tinggi (>30mmHg) yang intermiten atau menetap selama ventilasi tekanan positif meningkatkan resiko barotrauma paru (cth. Pneumotoraks) dan/atau kompromi hemodinamik selama anestesi.  Tekanan tinggi yang berlebihan dapat terjadi karena penyetelan yang tidak benar dari ventilator, malfungsi ventilator, fresh gas flow coupling, atau aktivasi dariflush oksigen selama fase inspirasi dari ventilator.  Penggunaan flush oksigen selama siklus inspirasi dari ventilator harus dihindari karena katup buang ventilator akan tertutup dan katup APL dikeluarkan.  Hembusan oksigen (600-1200ml/s) dan tekanan sirkuit akan ditransfer ke paru pasien.

        Sebagai tambahan terhadap alaram tekanan tinggi, semua ventilator memiliki katup APL otomatis.  Mekanismi pembatasan tekanan dapat sesederhana ketika treshold katup yang terbuka pada tekanan tertentu atau sensor elektronik yang akan menghentikan fase inspirasi ventilator dengan segera.

C. Perbedaan Volume Tidal

Perbedaan yang besar antara volume tidal yang di set dan yang sebenarnya diterima pasien sering terjadi di ruangan operasi selama ventilasi volume kontrol.  Penyebab termasuk komplians sirkuit pernafasan, kompresi gas, ventilator-fresh gas coupling, dan kebocoran di mesin anestesi, sirkuit pernafasan atau jalan nafas pasien.

        Komplians standar untuk sirkuit pernafasan dewasa sekitar 5mL/cmH2O.  Jadi jika tekanan puncak inspirasi 20 cm H2O, sekitar 100ml dari volume tidal yang telah ditetapkan hilang ke sirkuit yang membesar.  Untuk alasan ini, sirkuit poernafasan untuk pasien pediatrik didesain jauh lebih kaku, dengan komplians hingga 1,5-2,5 ml/cm H2O

        Kehilangan kompresi, normalnya sekitar 3%,dikarenakan karena kompresi gas didalam bellow ventilator tergantung dari volume sirkuit pernafasan.  Jadi, jika volume tidal 500ml, sebesar 15 ml dari gas tidal yang telah ditetapkan akan hilang.  Sampling gas untuk kapnografi dan pengukuran gas anestetik menambah kehilangan dalam bentuk kebocoran gas kecuali gas sample dikembalikan ke sirkuit pernafasan, seperti yang terjadi di beberapa mesin.

        Deteksi yang akurat dari perbedaan volume tidal tergantung dimana spirometer diletakkan.  Ventilator canggih mengukur volume tidal inspirasi dan ekspirasi.  Penting untuk dicatat, kecuali jika spirometer diletakkan di Y connector di sirkuit pernafasan, kehilangan komplian dan kompresi tidak akan terlihat.

        Beberapa mekanisme telah dibuat untuk mesin anestesia yang baru untuk menurunkan perbedaan volume tidal.  Selama self-checkout elektronis yang awal, beberapa mesin mengukur komplians total dari sistem dan pengukuran ini digunakan untuk menyesuaikan pergerakan bellow dan piston; kebocoran juga diukur tapi biasanya tidak dikompensasi.  Metode pengkompensasian atau modulasi dari volume berbeda tergantung model dan pabrik pembuatnya.  Dalam sebuah desain (Datex-Ohmeda Aestiva/5), sensor aliran mengukur volume tidal yang diberikan pada katup inspirasi untuk beberapa nafas pertama dan menyesuaikan aliran volume gas berikutnya untuk (penyesuaian preemptive).  Sebagai penggantinya, mesin yang menggunakan kontrol elektronik dari aliran gas dapat memisahkan aliran gas segar dari volume tidal dengan pemberian aliran gas segar  selama ekshalasi (Draeger Julian).  Terakhir, fase inspirasi dari aliran gas segar ventilator dapat dipisahkan melalui katup decoupling menuju kantong pernafasan, yang dikeluarkan dari sistem lingkar selama ventilasi (Draeger Fabius GS dan Narkomed 6400).  Selama ekshalasi katup decoupling terbuka,  dan mengizinkan fas segar yang disimpan sementara di kantong pernafasan memasuki sirkuit pernafasan.