Microcirculatory dysfunction and dead-space ventilation in early ARDS: a hypothesis-generating observational study - 08/01/26

Doi : 10.1186/s13613-020-00651-1 
Gustavo A. Ospina-Tascón 1, 2 , Diego F. Bautista 1, Humberto J. Madriñán 1, Juan D. Valencia 1, William F. Bermúdez 1, Edgardo Quiñones 1, Luis Eduardo Calderón-Tapia 1, Glenn Hernandez 3, Alejandro Bruhn 3, Daniel De Backer 4
1 Department of Intensive Care, Fundación Valle del Lili - Universidad ICESI, Av. Simón Bolívar Cra. 98, Cali, Valle del Cauca, Colombia 
2 Translational Medicine Laboratory for Critical Care and Advanced Trauma Surgery, Fundación Valle del Lili - Universidad Icesi, Cali, Colombia 
3 Departamento de Medicina Intensiva, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile 
4 Department of Intensive Care, CHIREC Hospitals, Université Libre de Bruxelles, Brussels, Belgium 

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Abstract

Background

Ventilation/perfusion inequalities impair gas exchange in acute respiratory distress syndrome (ARDS). Although increased dead-space ventilation ( VD / VT ) has been described in ARDS, its mechanism is not clearly understood. We sought to evaluate the relationships between dynamic variations in VD / VT and extra-pulmonary microcirculatory blood flow detected at sublingual mucosa hypothesizing that an altered microcirculation, which is a generalized phenomenon during severe inflammatory conditions, could influence ventilation/perfusion mismatching manifested by increases in VD / VT fraction during early stages of ARDS.

Methods

Forty-two consecutive patients with early moderate and severe ARDS were included. PEEP was set targeting the best respiratory-system compliance after a PEEP-decremental recruitment maneuver. After 60 min of stabilization, hemodynamics and respiratory mechanics were recorded and blood gases collected. VD / VT was calculated from the CO 2 production (   ) and CO 2 exhaled fraction (   ) measurements by volumetric capnography. Sublingual microcirculatory images were simultaneously acquired using a sidestream dark-field device for an ulterior blinded semi-quantitative analysis. All measurements were repeated 24 h after.

Results

Percentage of small vessels perfused (PPV) and microcirculatory flow index (MFI) were inverse and significantly related to VD / VT at baseline (Spearman’s rho = − 0.76 and − 0.63, p   <  0.001; R2  = 0.63, and 0.48, p   <  0.001, respectively) and 24 h after (Spearman’s rho = − 0.71, and − 0.65; p   <  0.001; R2  = 0.66 and 0.60, p   <  0.001, respectively). Other respiratory, macro-hemodynamic and oxygenation parameters did not correlate with VD / VT . Variations in PPV between baseline and 24 h were inverse and significantly related to simultaneous changes in VD / VT (Spearman’s rho = − 0.66, p   <  0.001; R2  = 0.67, p   <  0.001).

Conclusion

Increased heterogeneity of microcirculatory blood flow evaluated at sublingual mucosa seems to be related to increases in VD / VT , while respiratory mechanics and oxygenation parameters do not. Whether there is a cause–effect relationship between microcirculatory dysfunction and dead-space ventilation in ARDS should be addressed in future research.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Acute respiratory distress syndrome, Dead-space ventilation, V D /V T, Ventilation/perfusion mismatch, Microcirculation, Microcirculatory blood flow


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