Abstract
The effect of PEEP on airway smooth muscle tone is difficult to assess using standard lung resistance and compliance techniques. In this study we isolated the extrathoracic trachea from lower airway pressure by performing a low cervical tracheostomy in dogs. We then measured the pressure (PTE) within a water-filled cuff of an endotracheal tube which was placed in the isolated extra-thoracic tracheal segment above the tracheostomy as a measure of tracheomotor tone.
Sudden application of 10 cm H20 PEEP in normocapneic animals (PaC02 = 5.6 ± 0.2 kPa) caused an immediate dilation in this extrathoracic tracheal segment (PTE decreased from 5.7 ± 0.3 kPa to 2.4 ± 0.4 kPa). This decrease in tracheomotor tone was transient, returning to control level by four minutes in spite of 10 cm H2O PEEP maintained on the lower airway.
With zero end-expiratory pressure the respiratory rate was increased from 9 to 19 breaths per minute andPaCO2 reduced to 3.9 ± 0.2 kPa. No detectable tracheomotor dilation was observed after the application of 10 cm H2O PEEP to the lower airway. When exogenous CO2 was added to the inspired gas mixture at a respiratory rale of 19/min, the PaCO2 increased from 4.2 ± 0.2 kPa to 6.7 ± 0.4 kPa and a tracheomotor dilation in response to PEEP was again detectable.
Finally, a 0.1 N infusion of HCl was infused into hypocapneic animals (PaCO2 = 3.7 ± 0.3 kPa; pH = 7.47 ± 0.02). After 30-70 minutes, pH decreased to 7.26 ± 0.02 and PaCO2 remained 3.5 ± 0.3 kPa. A detectable, but reduced tracheomotor response to 10 cm H20 PEEP was then observed. We conclude that:
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1.
sudden application of 10 cm H2O PEEP causes transient relaxation of tracheomotor tone (< 4 minutes).
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2.
this tracheomotor relaxation is diminished by hyperventilation with hypocapnia.
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3.
the reduced responsiveness to PEEP of tracheal smooth muscle during hyperventilation is partially returned by either adding C02 to the inspired gas mixture or systemic acidification with 0.1 N HCl.
This study suggests that the tracheal dilation resulting from increased lung volume after PEEP is transient and is variable depending on such factors as systemic acid-base status, alveolar and arterial PaCO2, lung volumeas well as the existing balance of autonomie influences on airway tone.
Résumé
L’influence de la pression positive de fin d’expiration (PEEP) sur le tonus des muscles lisses des voies aériennes est difficile à apprécier par les techniques usuelles de mesure des résistances et compliance pulmonaires. Dans cette étude, grà2;ce à une trachéotomie cervicale basse, nous avons pu isoler la partie extrathoracique de la trachée des pressions des voies aériennes basses. Un ballonnet de tube endotrachéal, préalablement rempli d’eau, était placé dans le segment isolé de la trachée extrathoracique. La pression enregistrée dans ce ballonnet était considérée comme une mesure du tonus de la motricité trachéale (Pte).
L’application subite d’une PEEP de 10 cmH2O chez des animaux normocapniques a entraîné une dilatation immédiate dans ce segment trachéal extrathoracique (Pte réduite de 5.7 ± 0.3 kPa à 2.4 ± 0.4 kPa). Cette réduction du tonus trachéomoteur était fugace et retournait au niveau de contrôle en moins de quatre minutes en dépit du maintien de la PEEP dans les voies aériennes basses.
Dans un autre temps, la fréquence respiratoire était augmentée à 19 par minute, la PCO2 réduite à 3.9 ± 0.2 kPa au cours d’une ventilation sans PEEP. Dans ces conditions, l’application de 10 cmH20 de PEEP aux voies aériennes basses ne provoque aucune dilatation trachéale. Si on ajoutait du CO2 au cours de cette hyperventilalion de 19 par minute, la PaCO2 augmentait de 4.2 ± 0.2 kPa à 6.7 ± 0.4 kPa et on voyait réapparaître une dilatation trachéale en réponse de l’application de la PEEP.
Finalement une infusion de HCL à 0.1 N a été administrée à des animaux hypocapniques (PaCO23.7 ± 0.3 kPa et pH = 7.47 ± 0.02). Cette infusion, après30 à 70 minutes, a diminué le pH à 7.26 ± 0.02 et la PaCO2 est demeurée à 3.5 ± 0.3 kPa. Dans ces conditions l’application d’une PEEP 10 cmH20 a provoqué une trachéodilatation détectable mais de moindre intensité.
Nous en concluons que:
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1.
L’application soudaine d’une PEEP à 10 cmH20 provoque une réduction transitoire du tonus trachéomoteur (<4 minutes).
-
2.
Cette réduction du tonus trachéomoteur est partiellement éliminée par l’hyperventilation avec hypocapnie.
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3.
Cette diminution de la réponse du muscle trachéal à la PEEP par l’ hyperventilation est partiellement corrigée par l’addition de CO2 aux gaz inspirés ou l’acidification systémique par le HCL.
Ces résultats suggèrent que la dilatation trachéale résultant de l’ augmentation du volume pulmonaire par la PEEP est fugace et variable; elle dépend de facteurs tels que l’équilibre acido-basique systémique, les PCO2 alvéolaire et artérielle et les volumes pulmonaires. Ces facteurs ont autant d’influence sur le tonus moteur des voies aériennes que les influx sympathiques et parasympathiques du système nerveux autonome.
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Byrick, R.J. Relaxation of tracheomotor tone by PEEP: Influence of hypocapnia and acidemia. Can. Anaesth. Soc. J. 32, 12–19 (1985). https://doi.org/10.1007/BF03008532
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DOI: https://doi.org/10.1007/BF03008532