Modello matematico di interazione tra emodinamica e ventilazione meccanica ad alta frequenza respiratoria in neonati pretermine

High Frequency Oscillatory Ventilation (HFOV) is potentially a lung protective ventilation modality as it consists in applying oscillations with reduced tidal volume superimposed to a high mean airway pressure (Paw). Recruitment maneuvers (RMs) during HFOV of preterm newborns result in improved oxygenation and lung compliance, but may be critical for hemodynamic stability. The aim of this study was to evaluate which hemodynamic variables are mostly influenced by RMs during HFOV in premature newborns. Moreover, we aimed at simulating the time course of variables which are not commonly measured in clinical practice (right and left ventricular outputs and flow through the ductus arteriosus, when present) and of variables which cannot be monitored for invasiveness reasons (pressures in pulmonary artery and cardiac volumes). A model of mechanical interaction between the hemodynamic system and ventilation of the lungs was developed in JSim software, and its parameters scaled to be set specifically for a preterm newborn of 27 weeks of gestational age (GA), 7 days of post-natal age (PNA) and of 1000 g of body weight (BW). A RM was simulated by applying a Paw that varied from 8 to 18 cmH2O in steps of 2 cmH2O. To validate the influence of the RM on the intrathoracic pressure and, in turn, on the hemodynamics of intrathoracic structures, simulated data at each Paw step were compared to clinical data obtained from 7 newborns with mean characteristics as described above.

La ventilazione oscillatoria ad alta frequenza (HFOV) è considerata una modalità di ventilazione protettiva per i polmoni, applicando oscillazioni con volumi tidali ridotti, sovrapposte a un’elevata pressione media delle vie aeree (Paw). Le manovre di reclutamento (RM) svolte durante l’HFOV su neonati prematuri producono miglioramenti dell’ossigenazione e della complianza polmonare, ma possono essere critiche per la stabilità emodinamica. Lo scopo del lavoro è quello di valutare quali variabili emodinamiche siano maggiormente influenzate dalle RM durante l’HFOV nei neonati prematuri. Inoltre, si vuole simulare l’andamento temporale di variabili che non sono comunemente misurate in ambito clinico (output ventricolari destro e sinistro e flusso attraverso il dotto arterioso, se presente) e di variabili che non possono essere monitorate per motivi di invasività (pressione in arteria polmonare e volumi cardiaci). Un modello di interazione meccanica tra il sistema emodinamico e la ventilazione polmonare è stato sviluppato nell’ambiente di lavoro JSim, e i suoi parametri sono stati scalati per modellizzare un neonato pretermine medio di 27 settimane di età gestazionale (GA), 1 settimana di età postnatale (PNA) e 1000 g di peso (BW). La RM è stata simulata applicando una Paw che varia da 8 a 18 cmH2O in gradini di 2 cmH2O. Per validare l’influenza delle RM sulla pressione intratoracica e, di conseguenza, sull’emodinamica delle strutture intratoraciche, le simulazioni ottenute a ogni step di Paw sono state paragonate a dati clinici ottenuti da 7 neonati con caratteristiche medie come quelle sopra descritte.