Acute Respiratory Failure ( ภาวะการหายใจลมเหลวฉบพลน )

บทน า(Introduction)

การหายใจ(respiration)เปนกระบวนการทเกยวของกบการขนสงกาซออกซเจนไปยงเนอเยอของ

รางกายเพอน าไปใชในการสรางพลงงานและน าเอากาซคารบอนไดออกไซดออกจากเนอเยอเหลาน 1 ซงถาม

ความผดปกตเกดขนในกระบวนการนจะท าใหเกดภาวะการหายใจลมเหลว (respiratory failure) ซงหมายถง

ภาวะทระบบการหายใจไมสามารถท าหนาทในการแลกเปลยนกาซไดเพยงพอกบความตองการของรางกาย

โดยอาจจะท าใหเกดการลดลงของออกซเจนในเลอดแดง (hypoxemia , PaO2 < 60 mmHg)2 หรอมการคง

ของคารบอนไดออกไซดในเลอด (hypercapnia, PaCO2 > 50 and pH < 7.3) หรอทงสองแบบรวมกนได โดย

ภาวะนอาจเกดแบบฉบพลน (acute; มกเกดในระยะเวลาทรวดเรวเปนชวโมงจนถงเปนวน) แบบเรอรง

(chronic; มกเกดในระยะเวลาเปนสปดาหจนถงเปนเดอนหรอเปนป) หรอเกดแบบฉบพลนในผ ปวยทมภาวะ

หายใจลมเหลวแบบเรอรงอยกอน (acute on chronic)

ปญหาทพบบอยทพบในเวชปฏบต ไดแก การลาชาในการวนจฉย และการรอผล investigation ซงอาจ

ท าใหเกดอนตรายแกผ ปวยถาไดรบการรกษาทลาชาเกนไป ดงนนในหวขอตอไปนจะกลาวเนนเกยวกบ

ภาวะการหายใจลมเหลวฉบพลน ซงจ าเปนจะตองไดรบการวนจฉยและรกษาอยางเรงดวน

ชนดของภาวะการหายใจลมเหลว(Type of respiratory failure)

ภาวะการหายใจลมเหลวแบงเปน 4 ชนด (ตารางท 1)3 ไดแก

1. Type I, Acute hypoxic respiratory failure (AHRF)

2. Type II, Ventilatory failure

3. Type III, perioperative respiratory failure

4. Type IV, Shock

ตารางท 1 ชนดของภาวะการหายใจลมเหลว3

Type I Acute hypoxic Type II Ventilatory Type III Perioperative Type IV Shock

Mechanism Qs/Qt VA Atelectasis Hypoperfusion

Etiology Airspace flooding 1.CNS drive

2.N-M coupling

3.Work/dead-space

1.FRC

2.CV

1.Cardiogenic

2.Hypovolemic

3.Septic

Clinical description 1.ARDS

2.Cardiogenic pulmonary edema

3.Alveolar hemorrhage

1.Overdose/CNS injury

2.MG, polyradiculitis/ALS, botulism/curare

3.Asthma/COPD, pulmonary fiborsis, kyphoscoliosis

1.Supine/obese, ascites/peritonitis, upper abdominal incision, anesthesia

2.Age/smoking, fluid overload, bronchospasm, airway secretions

1.MI, pulmonary hypertension

2.Hemorrhage, dehydration, tamponade

3.Endotoxemia, bacteremia

ALS = amyotrophic lateral sclerosis; ARDS = acute respiratory distress syndrome; CNS = central nervous system; COPD = chronic

obstructive pulmonary disease; CV = cardiovascular; FRC = functional residual capacity; N-M = neuromuscular; Qs/Qt =

intrapulmonary shunt; VA = alveolar ventilation

ระบบการหายใจประกอบดวย 2 สวน4 ไดแก ปอด (lung) และ ตวปม (pump)ทผลกดนลมเขา-ออก

จากปอด(ventilate) โดยทสวนปอดประกอบดวยทางเดนหายใจ(airway) และ ถงลม (alveoli) สวนตวปม

(pump) ประกอบดวยผนงทรวงอก(chest wall) กลามเนอทใชในการหายใจ(respiratory muscle) ศนย

ควบคมการหายใจ(respiratory center)ทสมองสวนกลาง และ ตวเชอมโยงระหวางศนยควบคมการหายใจกบ

กลามเนอซงประกอบไปดวย ไขสนหลง เสนประสาท(spinal and peripheral nerve) และ neuromuscular

junction การทระบบใดระบบหนงผดปกตไปจะมลกษณะแสดงทผดปกตทจ าเพาะของแตละชนด ถาสาเหต

ภาวะการหายใจลมเหลวเกดจากปอด (lung failure) เชน ปอดบวม (pneumonia) และ interstitial lung

disease จะมออกซเจนในเลอดต า โดยทระดบคารบอนไดออกไซดอาจจะปกตหรอต า (hypoxemia or type I

respiratory failure) แตถาสาเหตเกดจากตวปม(pump failure) เชน drug overdose, neuromuscular

disease จะท าใหเกด alveolar hypoventilation ท าใหระดบคารบอนไดออกไซดในเลอดสง (hypercapnia or

type II respiratory failure) โดยอาจพบออกซเจนในเลอดต ารวมได แตลกษณะทส าคญของ pump failure

คอ การทมระดบคารบอนไดออกไซดในเลอดสง (รปท 1)

รปท 1 จ าแนกชนดของ respiratory failure

อาการทางคลนก (clinical manifestation)

อาการและอาการแสดงของผ ปวยทมาดวยภาวะการหายใจลมเหลวแบงไดเปน 3 กลม(ตารางท 2) ไดแก

1. อาการทเกดจากโรคทท าใหเกดภาวะการหายใจลมเหลว เชน ไข ไอ เหนอย จากโรคปอดบวม ฯลฯ

2. อาการทเกดจากการขาดออกซเจน (Hypoxemia)

3. อาการทเกดจากคารบอนไดออกไซดคง (Hypercapnia)

ตารางท 2 แสดงอาการและอาการแสดงทเกดจากการขาดออกซเจนและคารบอนไดออกไซดคง

Hypoxemia Hypercapnia

Tachycardia Anxiety Diaphoresis Altered mental status Confusion Cyanosis Hypertension Hypotension

Somnolence Restlessness Tremor Slurred speech Headache Asterixis Papilledema Coma

Bradycardia Seizures Coma Lactic acidosis

Diaphoresis

ในทางปฏบตเราอาจพบผ ปวยท lung failure ซงสวนใหญจะมปญหาออกซเจนในเลอดต าเปนหลก

นนอาจจะเกดคารบอนไดออกไซดคงตามมาในภายหลงได ตวอยางเชนในภาวะ respiratory distress ซงม

ความผดปกตของ lung mechanic โดยทมการเพมขนของงานทใชในการหายใจ ( work of breathing ) ทงงาน

ทเกดจากการเอาชนะแรงตานทาน(resistive)การหายใจ และงานทเกดจากการเอาชนะแรงหดตว(elastic)ของ

ระบบการหายใจ รวมทงออกซเจนทขนสงมายงอวยวะทเกยวของกบการหายใจลดลง ผลรวมท าใหเกด

กลามเนอเกดการออนลา(muscle fatique) ท าใหคารบอนไดออกไซดคงตามมาได ในทางเดยวกนผ ปวยทม

โรคทท าให ventilator pump เสย ซงจะท าใหมคารบอนไดออกไซดในเลอดสง อาจจะพบวามออกซเจนต ารวม

ดวย เนองจาก pump ท างานไดอยางไมมประสทธภาพท าใหถงลมทชายปอดเกด atelectasis นอกจากนน

อาจจะมเสมหะอดตนเนองจากแรงไอไมเพยงพอ ถาไมสามารถไอไดอยางมประสทธภาพ พอเสมหะสะสม

มากๆ จนเกดปอดแฟบ (atelectasis) กอาจมภาวะ hypoxemia เกดตามได ดงนนเราอาจพบผ ปวยทมาดวย

ภาวะการหายใจลมเหลวชนดท I หรอ ชนดท II อาจมปญหาทง hypoxemia และ hypercapnia รวมกนได

พยาธสรระวทยาของภาวะการหายใจลมเหลว (pathophysiology of respiratory failure) Hypoxemic (type I) respiratory failure

กลไลทท าใหเกดออกซเจนลดลงสามารถจ าแนกออกเปน 6 ชนด ไดแก

1. ออกซเจนในบรรยากาศต า (low inspired FiO2) เชน ผ ทอาศยอยบนทเขาสง

2. ภาวะ Hypoventilation

3. การแลกเปลยนกาซผดปกต ( diffusion impairment )

4. Ventilation/perfusion mismatch

5. Right to left shunt

6. Low mixed venous oxygen ( P O2)

ซงแตละชนดจะมคา alveolar-arterial oxygen tension difference [(A-a)PO2] และการตอบสนอง

ตอการใหออกซเจนแตกตางกนไป โดยทภาวะทมออกซเจนในบรรยากาศต าและภาวะ hypoventilationจะมคา

(A-a)PO2 ปกตสวนภาวะทเหลอจะมคา(A-a)PO2 เพมสงขน ถาประเมนทการตอบสนองตอออกซเจน จะ

พบวาภาวะ right to left shunt จะไมตอบสนองตอการใหออกซเจน สวนภาวะอนๆทเหลอจะตอบสนองตอการ

ใหออกซเจน

การค านวนหาคา (A-a)PO2 gradient นนอาศยสมการ alveolar gas equation ดงน

PAO2 = PIO2 – (PACO2/RQ)

โดยทสมการไดแสดงความสมพนธระหวาง partial pressure of oxygen in alveolar gas (PAO2),

partial pressure of inhaled oxygen (PIO2), partial pressure of alveolar carbon dioxide (PACO2) ซงม

คาใกลเคยงกบในเลอดแดง จงสามารถแทนไดดวย PaCO2, และคา respiratory quotient (RQ) ซงเทากบ

VCO2/VO2 (VCO2 = carobon dioxide output, VO2 = oxygen uptake) โดยทคาปกตเทากบ 0.8 คา PIO2

ขนอยกบ fractional concentration of inspired oxygen (FIO2), barometric pressure (PB) และ partial

pressure of water vapor (PH2O) in humidified gas ดงสมการ

PIO2 = FIO2 (PB - PH2O)

ส าหรบคนทวไปเมอหายใจทอณหภมหองทระดบน าทะเล FIO2= 0.21, PB= 760 mmHg, PH2O = 47 mmHg,

RQ = 0.8 จะไดคา PAO2 ดงสมการ

PAO2 = 0.21(760-47)-(PaCO2/0.8)

PAO2 = 150 – 1.25PaCO2

คา (A-a)PO2 gradient ขนอยกบอาย(ตารางท3)และคาความเขมขนของออกซเจนทหายใจเขา

(concentration of inspired oxygen) คาปกตของ(A-a)PO2 gradient ในคนปกตทอายนอยกวา 30 ปจะม

คาประมาณ ≤ 10-15 mmHg เมออายเพมขน คา (A-a)PO2 gradient กจะเพมขนเชนเดยวกน โดยจะเพมขน

ประมาณ 3 mmHg ตออายทเพมขนทก ๆ 10 ปหลงจากอาย 30 ปขนไป คาความเขมขนของออกซเจนท

หายใจเขากมผลตอ (A-a)PO2 gradient เชนกนโดยท (A-a)PO2 gradient จะเพมขน 5-7 mmHgตอการ

เพมขนของ FIO2 ทก 10%5

ตารางท 3 แสดงคาปกตของกาซในเลอดแดง

Age (years) PaO2 (mmHg) PaCO2 (mmHg) A-aPO2 (mmHg)

20 84-95 33-47 4-17 30 81-92 34-47 7-21 40 78-90 34-47 10-24 50 75-87 34-47 14-27 60 72-84 34-47 17-31 70 70-81 34-47 21-34 80 67-79 34-47 25-38

ทกคาวดทเมอหายใจอณหภมหอง ระดบน าทะเล FIO2 0.21

Hypercapnic (type II) respiratory failure

จากสมการ PaCO2 = k VCO2/VA (1) k = คาคงท (constant of proportionality) ซงมคาเทากบ 0.863

VCO2 = CO2 production VA= alveolar ventilation

เนองจาก VA = VE – VD โดยท VE = minute ventilation, VD = dead space ventilation ดงนน PaCO2 = k VCO2/ VE – VD (2) PaCO2 = k VCO2/ VE(1- Vd/ VT) VT = tidal volume, Vd/ VT = dead space fraction จากสมการเราจะสงเกตไดวาระดบของ PaCO2 ทสงขนเกดจาก

1. VCO2 เพมขนโดยท VA คงท ภาวะทท าให CO2 production เพมขน ไดแก hyperthermia การสน(shivering) หรอภาวะทมการเพมของ muscle tone เชนทพบในกรณของผ ปวย tetanus ซงในคนปกตเมอ VCO2 เพมขน รางกายจะ compensate โดยทการเพม minute ventilation เพอรกษาระดบของ PaCO2 ใหคงท แตในผ ปวยทม ventilatory capacity แยลง การเพมขนของ VCO2 จะท าให load เพมขน ผลลพธท าให PaCO2 เพมขนได

2. Hypoventilation (VE ลดลง ) เชน neuromuscular weakness, drug-induced respiratory depression, obesity hypoventilation syndrome, hypothyroid

3. VD/ VT (dead space)เพมขน เชน advance emphysema โดยระดบของ PaCO2 มกจะเพมขนเมอ dead space ventilation เกนกวา 50% ของ total ventilation (Vd/ VT > 0.5)

สาเหตของโรคทท าใหเกดภาวะการหายใจลมเหลวฉบพลน (etiology)

1. Acute hypoxemic respiratory failure

สามารถแบงสาเหตการเกดไดเปน 2 ชนด (ตารางท 4) ไดแก diffuse pulmonary abnormalities

และ focal pulmonary abnormalities

2. Acute hypercapnic respiratory failure (ตารางท 5)

ความผดปกตทท าใหเกดการคงของคารบอนไดออกไซดในกระแสเลอดแบบฉบพลน ตามกลไก

ดงกลาวขางตนเกดจากภาวะ hypoventilation หรอ dead space เพมขน สาเหตทท าใหเกด

ภาวะ hypoventilation เกดไดจากความผดปกตของระบบประสาทสวนกลาง neuromuscular

tranmission รปรางของทรวงอกผดปกต และภาวะทท าใหเกดการลาของกลามเนอทใชในการ

หายใจ (respiratory muscle fatique) สวนสาเหตทท าให dead space เพมขน ไดแก upper

airway obstruction หรอโรคถงลมโปงพอง (chronic obstructive airway disease)

ตารางท 4 แสดงสาเหตทท าใหเกด Acute hypoxic respiratory failure

Diffuse pulmonary abnormalities Focal pulmonary abnormalities Cardiogenic pulmonary edema ARDS Diffuse infectious pneumonitis Alveolar hemorrhage Pulmonary alveolar proteinosis

Lobar pneumonia Atelectasis Pulmonary contusion Alveolar and pulmonary hemorrhage Reperfusion pulmonary edema Reexpansion pulmonary edema

ตารางท 5 แสดงสาเหตทท าใหเกด Acute hypercapnic respiratory failure

Decreased central drive Drugs (sedatives) Central nervous system diseases (encephalitis, stroke, trauma)

Altered neural and neuromuscular transmission Spinal cord trauma Transverse myelitis Tetanus

Muscle abnormalities Muscular dystrophy Disuse atrophy Prematurity

Chest wall and pleural abnormalities Acute hyperinflation Chest wall trauma (flail chest, diaphragmatic rupture)

Amyotrophic lateral sclerosis Poliomyelitis Guillain-Barre´ syndrome Myasthenia Gravis Organophosphate poisoning Botulism

Lung and airways diseases Acute asthma Acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease Upper airways obstruction

การวนจฉยและการคนหาสาเหต

การวนจฉยสวนใหญอาศยจากอาการและอาการแสดงเปนหลก ประกอบกบคา arterial blood gas

(ABG) โดยการวนจฉยประกอบดวย

1. การวนจฉย acute respiratory failure โดยอาศยประวตและตรวจรางกาย รวมกบผล ABG(รปท 2)

2. จ าแนกชนดของ acute respiratory failure

3. อธบายความผดปกตทางพยาธสรรวทยา (pathophysiology)

4. หาโรคหรอภาวะทเปนสาเหต

รปท 2 แนวทางการหาสาเหตของผ ปวยทมภาวะ hypoxemia

การรกษา (treatment)

หลกทวไปในการดแลรกษาผ ปวยทมาดวยภาวะการหายใจลมเหลวประกอบดวย

1. แกไขภาวะ hypoxemia และ hypercarbia

2. แกไขภาวะเลอดเปนกรดถาภาวะทเลอดเปนกรดนนกอใหเกดอนตราย

3. รกษา cardiac output ใหอยในระดบปกตหรอเพม cardiac output ถาต า

4. รกษาโรคทเปนสาเหต

5. ปองกนหรอหลกเลยงภาวะแทรกซอนทอาจเกดขนจากโรคหรอการรกษา

การแกไขภาวะ hypoxemia และ hypercapnia

ในชวงทมการหายใจลมเหลวฉบพลนพลน สงทเกดตามมากคอ เนอเยอของรางกายจะไดรบ

ออกซเจนไมเพยงพอ โดยทการขนสงออกซเจนจากปอดไปสเนอเยอของรางกาย(oxygen delivery,DO2)ขนกบ

cardiac output (Q), hemoglobin (Hb) , oxygen saturation ในเลอดแดง(SaO2) และคา PaO2 ดงสมการ

DO2 = Q (1.34 Hb SaO2 ) + (0.003PaO2)

ซงจะเหนวา PaO2 มความส าคญนอยกวาตวแปรอนเมอพจารณาในดานตวแปรทมผลตอปรมาณออกซเจนใน

เลอดแดง(oxygen content) เพราะ ออกซเจนละลายในน าเลอดต า แตเนองจาก arterial oxygen saturation

และ PaO2 มความสมพนธกนดงแสดงใน oxygen dissociation curve(รปท 3) ซงจะเหนวาคา PaO2 ทเทากบ

60 mmHg จะเทากบคา SaO2 ทประมาณ 90% ซงถา PaO2 ต ากวานลงมาจะเหนวาคา SaO2 จะลดต าลงมา

อยางรวดเรว ดงนนในการรกษาเราจงควรรกษาระดบของ PaO2 ใหสงกวา 60 mmHg เพอทจะท าใหไดคา

SaO2 ทเกน 90% โดยอาจจะใหออกซเจนในผานทาง low flow oxygen device(เชน nasal cannula, simple

face mask, partial rebreathing mask และ non-rebreathing mask ทใชกนทวไป) หรอ high flow oxygen

device (เชน venture mask) หรออาจตองใชเปน positive pressure ventilation (PPV) ซงทงหมดนขนกบ

สภาวะของผ ปวย ซงถาผ ปวยหายใจหอบลก อตราการหายใจไมคงท กไมควรใช low flow oxygen device ซง

จะไดคา FiO2 ไมคงท ควรจะใช high flow device แทน แตถาผ ปวยอยในภาวะ distress หรอ impending

respiratory failure กควรทจะไดรบการใสทอชวยหายใจ (ตารางท 6)และใหการชวยหายใจ (assist

ventilation) (ตารางท 7)

รปท 3 แสดง oxygen dissociation curve

ตารางท 6 ขอบงชในการใสทอชวยหายใจ

ขอบงชทวไปในการใสทอชวยหายใจ

1. Apnea 2. Loss of airway protective mechanisms 3. Inability to clear secretions 4. Upper airway obstruction 5, Progressive hypoventilation and worsening respiratory acidosis 6. Progressive hypoxemia despite supplement oxygen 7. Progressive general fatigue, tachypnea, use of accessory respiratory muscles, or mental status deterioration

Ap

ตารางท 7 ขอบงชในการใชเครองชวยหายใจ

ขอบงชทวไปในการใชเครองชวยหายใจ

1. Inadequate ventilation to maintain pH 2. Inadequate oxygenation 3. Excessive breathing workload 4. Congestive heart failure 5. Circulatory shock

Ap

สวนกรณของ hypoxemia ทม hypercapnia ซงอาจจะอยในกลม hypoventilation หรอพวก COPD

จะตอบสนองดตอการไดรบออกซเจน แตกไมควรใหออกซเจนมากจนเกนไปเนองจากจะท าใหเกด

คารบอนไดออกไซดคงได ในผ ปวยกลมนถารกษาโดยใหออกซเจนแลวอาการแยลง PaCO2 เพมขน เลอด

เปนกรดมากขน กควรใสทอชวยหายใจและใหการชวยหายใจเชนกน

ในปจจบนมการใช noninvasive ventilation ( เชน CPAP, BiPAP) ในผ ปวยทมาดวยการหายใจ

ลมเหลวฉบพลนบอยขน(ตารางท 8) โดยมหลกฐานสนบสนนการใชมากขนวาสามารถลดอบตการการใสทอ

ชวยหายใจ โดยเฉพาะผ ปวย COPD, acute cardiogenic pulmonary edema และกลมผ ปวยทมภมคมกน

ผดปกต(immunocompromised patients) สวนในกลม hypoxic respiratory failure ทนอกเหนอจาก

cardiogenic pulmonary edema เชน pneumonia, acute lung injury/ARDS พบวามอตราการลมเหลวสง

จงยงไมแนะน าใหใชกนทวไปในกรณเชนน ในกลมทไดท าการชวยการหายใจโดยการใช NIV จะตองไดรบการ

ดแลรกษาและตดตามอยางใกลชด(ตารางท 9) ถาไมดขนควรจะตองใสทอชวยหายใจและใสเครองชวยหายใจ

ตามล าดบ

ตารางท 8 แนวทางทวไปในการคดเลอกผ ปวยทเหมาะสมตอการใช noninvasive ventilation(NIV)

1. Need for ventilatory assistance? Moderate to severe dyspnea Tachypnea (>24 for hypercapnic, >30 for hypoxemic) Accessory muscle use Abdominal paradox PaCO2 >45 mm Hg, pH <7.35 PaO2/FIO2 <200

2. Contraindications for NIV? Respiratory arrest Medically unstable Unable to protect airway Excessive secretions Agitated, uncooperative Recent UGI or airway surgery Unable to fit mask

UGI = upper gastrointestinal

ตารางท 9 การตดตามและเฝาระวงในผ ปวยภาวะการหายใจลมเหลวทใช noninvasive ventilation

Subjective Mask comfort Tolerance of ventilator settings Respiratory distress

Physical findings Respiratory rate Other vital signs Accessory muscle use Abdominal paradox

Ventilator parameters Air leaking Adequacy of pressure support Adequacy of PEEP Tidal volume (5–7 mL/kg) Patient-ventilator synchrony

Gas exchange Continuous oximetry (until stable) ABGs, baseline and 1–2 hrs, then as indicated

เอกสารอางอง

1. Hudson LD, Slutsky AS. Acute respiratory failure. In: Goldman L, Ausiello D, editors. Cecil medicine, 23rd ed. Philadelphia: Elsevier Saunders, 2007, 731-34. 2. Lee WL, Slutsky AS. Hypoxemic respiratory failure, including acute respiratory distress syndrome. In: Mason RJ, Murray JF, Broaddus VC, Nadel JA, editors. Textbook of respiratory medicine, 4th ed. Pennsylvania: Elsevier Saunders, 2005, 2352-78. 3. Wood LDH. Pathophysiology and differential diagnosis of acute respiratory failure. In: Hall FB, Schmidt GA, Wood LDH, editors. Principle of critical care, 3rd ed. New York: McGraw-Hill, 2005, 417-26. 4. Roussos C, Koutsoukou A. Respiratory failure. Eur Respir J 2003; 22: Suppl. 47, 3s–14s. 5. Marino PL. Hypoxemia and hypercapnia. In: Marino PL, editor. The ICU book, 3rd ed. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2007, 367-383. 6. Hill NS, Brennan J, Garpestad E, et al: Noninvasive ventilation in acute respiratory failure. Crit Care Med 2007; 35:2402–2407