I ventilatori polmonari sono utilizzati in tutti i casi in cui si verifica un’insufficienza respiratoria acuta o cronica. Il loro campo di applicazione va dal supporto ai neonati prematuri al recupero di pazienti di cardiochirurgia. Costituiscono la dotazione di base del posto letto di terapia intensiva e rianimazione assieme al monitor e alle pompe di infusione. Alcune tecniche di ventilazione introdotte nell’ultimo decennio facilitano lo svezzamento del paziente dalla macchina dopo lunghi periodi di trattamento.

La contrazione dei muscoli respiratori determina l’afflusso di aria nei polmoni durante la respirazione spontanea. Tale contrazione forza a valori subatmosferici la pressione intra-alveolare e provoca, di conseguenza, un gradiente di pressione tra le vie respiratorie superiori e gli alveoli; questa differenza di pressione determina il travaso di aria nei polmoni. L’espirazione ha luogo normalmente durante la fase passiva della respirazione: il naturale rilascio dei muscoli toracici causa un aumento della pressione alveolare tale da invertire il gradiente di pressione e quindi la pressione sovra-atmosferica fa fuoriuscire l’aria dai polmoni. Quando un paziente si trova in condizioni di insufficienza respiratoria totale o parziale deve affidare la sua sopravvivenza a un supporto meccanico che generi dall’esterno i necessari gradienti di pressione. Tali gradienti possono essere ottenuti sia applicando una pressione subatmosferica attorno al torace (in tal caso si parla di ventilatore polmonare a pressione negativa), sia applicando una pressione sovra-atmosferica alle vie respiratorie superiori (i ventilatori sono detti in questo caso a pressione positiva).

Di vecchia concezione, i ventilatori a pressione negativa hanno un involucro rigido che circonda l’intero corpo (polmone d’acciaio) oppure solamente il torace o l’addome del paziente (corazza o conchiglia). Questo tipo di ventilatore viene attualmente utilizzato solo raramente risultando essere molto costrittivo e immobilizzante per il paziente.

A differenza della respirazione spontanea in cui la pressione delle vie aeree è alternativamente negativa (inspirazione) e positiva (espirazione), durante la ventilazione meccanica la pressione è positiva sia durante l’inspirazione sia durante l’espirazione (IPPV). I ventilatori polmonari attuali possono essere classificati come pressometrici o volumetrici. A loro volta, possono essere controllati a tempo o a flusso a seconda del parametro che l’apparecchio misura per determinare la fine dell’atto inspiratorio.

Molti ventilatori usati in terapia intensiva hanno più di un modo di funzionamento possibile.

Un ventilatore che applica una pressione relativamente costante alle vie respiratorie durante l’inspirazione è detto generatore di pressione. Flusso e volume insufflato variano a seconda delle resistenze dei polmoni e delle vie respiratorie. Il volume corrente inviato è una funzione della pressione applicata e della compliance (la compliance del ventilatore è una misura della distensibilità dell’intero sistema ventilatore-paziente). I generatori di pressione, mediamente semplici e relativamente meno costosi, sono impiegati nei ventilatori per emergenza, in quelli per anestesia e, in genere, nelle realizzazioni meno sofisticate.

Un ventilatore che applica una pressione relativamente costante alle vie respiratorie durante l’inspirazione è detto generatore di pressione. Flusso e volume insufflato variano a seconda delle resistenze dei polmoni e delle vie respiratorie. Il volume corrente inviato è una funzione della pressione applicata e della compliance (la compliance del ventilatore è una misura della distensibilità dell’intero sistema ventilatore-paziente). I generatori di pressione, mediamente semplici e relativamente meno costosi, sono impiegati nei ventilatori per emergenza, in quelli per anestesia e, in genere, nelle realizzazioni meno sofisticate.

Un apparecchio che funzioni a una pressione di lavoro relativamente alta, e che la riduca al livello di quella respiratoria del paziente attraverso elevate resistenze interne, è mediamente insensibile alle variazioni delle più modeste resistenze offerte dal paziente stesso, e di conseguenza produce un flusso stabile. In tal caso è detto generatore di flusso. In virtù della loro stabilità di funzionamento, i generatori di flusso si prestano a essere controllati in volume, flusso, pressione, tempo o da una combinazione di questi parametri. Costituiscono quindi la base dei ventilatori polmonari avanzati e sono di gran lunga le apparecchiature più usate per la ventilazione meccanica degli adulti. Essi sono comunemente indicati come ventilatori volumetrici.

Esistono diverse modalità di ventilazione spesso attuabili con lo stesso ventilatore. Alcune, tra le più diffuse, possono essere così sommariamente elencate: ventilazione controllata (CMV, Controlled Mandatory Ventilation), ventilazione assistita controllata (ACV, Assist-Control Ventilation), ventilazione forzata intermittente (IMV, Intermittent Mandatory Ventilation), ventilazione forzata intermittente sincronizzata (SIMV, Sincronized Intermittent Mandatory Ventilation), ventilazione spontanea assistita (ASB, PS), ventilazione a volume minuto forzato (MMV) e ventilazione ad alta frequenza (HFV).

Ogni ventilatore deve avere un sistema che generi il flusso di gas a pressione positiva: esso può essere a singolo o a doppio circuito a seconda che il gas prodotto vada direttamente al paziente o che sia usato per comprimere altri gas inviati successivamente al paziente.

Molti ventilatori utilizzano gas compressi come forza motrice primaria: il modo più semplice per realizzare ciò è un sistema pneumatico costituito da una sorgente di aria compressa e/o ossigeno ad alta pressione avente una resistenza variabile per controllare la pressione e la velocità del flusso.

Nell’individuo sano, l’aria che viene inspirata è scaldata alla temperatura corporea ed è saturata con vapore acqueo prima di raggiungere i polmoni. Quando si usano tubi endotracheali per la ventilazione meccanica, le funzioni naturali di riscaldamento e umidificazione sono scavalcate. Devono quindi essere utilizzati dei sistemi di umidificazione che suppliscano a tali funzioni.

La parte finale di un ventilatore è costituita dal circuito paziente. Il lato inspiratorio comprende i tubi di connessione, l’umidificatore, il collettore e qualche volta un nebulizzatore. Il lato espiratorio, oltre ai tubi di connessione, comprende una valvola di espirazione il cui controllo può essere affidato direttamente al ventilatore.

Un connettore a forma di Y unisce il lato inspiratorio ed espiratorio al paziente. Alcuni circuiti hanno trappole per raccogliere l’acqua di condensa.