Thông khí cơ học là gì? Các nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và mục tiêu của thông khí cơ học

Thông khí cơ học (mechanical ventilation) là phương pháp hỗ trợ hoặc thay thế hoạt động hô hấp tự nhiên bằng thiết bị y tế nhằm bảo đảm cung cấp oxy và loại bỏ khí carbon dioxide cho bệnh nhân suy hô hấp, hoặc những người không thể tự duy trì hoạt động hô hấp hiệu quả. Thiết bị chính dùng là máy thở (ventilator), có thể vận hành qua ống nội khí quản (intubation) hoặc thông khí không xâm nhập (non‑invasive ventilation). Đây là thủ thuật quan trọng trong chăm sóc tích cực và hồi sức cấp cứu để ổn định tình trạng trao đổi khí, giảm công hô hấp và hỗ trợ cơ thể tập trung điều trị nguyên nhân cơ bản.

Mục tiêu của thông khí cơ học được xác định rõ trong thực hành lâm sàng: (1) duy trì trao đổi khí đầy đủ — cung cấp đủ O₂ và loại bỏ CO₂; (2) giảm công hô hấp và gánh nặng cho cơ hô hấp, giúp bệnh nhân tránh mệt mỏi hô hấp; (3) ổn định khí máu động mạch (PaO₂, PaCO₂, pH) ở mức an toàn; và (4) hỗ trợ bệnh nhân trong khi các biện pháp điều trị nguyên nhân được thực hiện. Vì vậy, thông khí cơ học không chỉ hỗ trợ thở mà còn tạo “thời gian” cho phổi và cơ thể bệnh nhân hồi phục hoặc điều trị hiệu quả.

Với phương pháp này, đội ngũ y tế cần cân nhắc việc lựa chọn giữa hỗ trợ toàn bộ hoặc hỗ trợ một phần, tuỳ theo khả năng tự thở của bệnh nhân và mục tiêu điều trị. Khi bệnh nhân không có khả năng bảo vệ đường thở hoặc đang trong trạng thái nguy kịch (ví dụ ngưng tim, suy hô hấp nặng, ARDS), thông khí cơ học áp dụng có thể hoàn toàn thay thế hô hấp tự phát; ngược lại trong giai đoạn cai máy hoặc giảm hỗ trợ, chế độ hỗ trợ một phần giúp thúc đẩy tự thở và giảm biến chứng.

Nguyên lý hoạt động

Máy thở hoạt động dựa trên nguyên tắc tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa đường thở và phế nang để thúc đẩy luồng khí vào phổi và hỗ trợ thở ra nếu cần. Hầu hết các hệ thống hiện đại sử dụng áp lực dương (positive pressure ventilation) — khí được đẩy vào phổi thông qua áp suất đường thở lớn hơn áp suất ngoại vi, khác với hô hấp tự nhiên vốn là áp lực âm. Theo một nguồn y khoa uy tín, thông khí cơ học giúp duy trì khả năng trao đổi khí cho bệnh nhân bằng cách tạo điều kiện cho phổi giãn nở và ngăn ngừa xẹp phế nang. :contentReference[oaicite:0]{index=0}

Áp suất xuyên phổi (transpulmonary pressure) là yếu tố quan trọng phản ánh sự hiệu quả của thông khí cơ học và được tính bằng công thức: $P_{tp} = P_{alv} - P_{pl}$ trong đó $P_{alv}$ là áp suất phế nang và $P_{pl}$ là áp suất khoang màng phổi. Khi áp suất xuyên phổi đủ lớn, phế nang mở ra và khí trao đổi được đảm bảo; nếu áp lực quá cao hoặc phổi không giãn được thì nguy cơ tổn thương (barotrauma, volutrauma) tăng lên. :contentReference[oaicite:1]{index=1}

Thông khí cơ học sử dụng hai đường truyền khí chính: (1) đường nội khí quản hoặc mở khí quản (invasive), và (2) thông khí không xâm nhập (non‑invasive) qua mặt nạ hoặc ống mũi (CPAP, BiPAP). Trang web Cleveland Clinic mô tả rõ việc “máy thở là máy giúp hít thở khi bạn không thể tự thở” và nhấn mạnh việc giữ đường thở mở, cung cấp O₂ và loại bỏ CO₂. :contentReference[oaicite:2]{index=2}

Các loại chế độ thông khí

Các chế độ thông khí cơ học được chia thành hai nhóm chính: kiểm soát hoàn toàn (CMV – Controlled Mechanical Ventilation) và hỗ trợ một phần (SIMV – Synchronized Intermittent Mandatory Ventilation, PSV – Pressure Support Ventilation). Mỗi chế độ được lựa chọn dựa trên tình trạng lâm sàng, khả năng tự thở và mục tiêu điều trị của bệnh nhân. Một nguồn hướng dẫn lâm sàng “StatPearls” nêu rõ các chế độ thường dùng gồm: Volume‑limited assist control, Pressure‑limited assist control, SIMV, PSV và các chế độ ít dùng hơn như APRV. :contentReference[oaicite:3]{index=3}

Ví dụ cụ thể: chế độ AC (Assist Control) — bệnh nhân có thể khởi phát nhịp nhưng máy hỗ trợ toàn bộ thể tích hoặc áp lực; SIMV — máy hỗ trợ xen kẽ với nhịp tự phát của bệnh nhân; PSV — mỗi nhịp tự phát được hỗ trợ bằng áp lực cố định. Việc chọn chế độ đúng giúp đồng bộ bệnh nhân‑máy, giảm tình trạng "dyssynchrony", giảm công hô hấp và tăng hiệu quả điều trị.

Việc lựa chọn các thông số đi kèm như thể tích khí lưu thông (tidal volume, $V_T$), tần số thở (RR), áp lực dương cuối thì thở ra (PEEP), và mức FiO₂ (fraction of inspired oxygen) là nền tảng để thiết lập chế độ thông khí. Điều chỉnh phù hợp với chiều cao, cân nặng, tình trạng phổi và bệnh lý nền của bệnh nhân giúp giảm nguy cơ tổn thương phổi do máy thở. :contentReference[oaicite:4]{index=4}

Chỉ định và chống chỉ định

Thông khí cơ học được chỉ định trong các tình huống cấp cứu và chăm sóc tích cực như: suy hô hấp cấp tính (ví dụ ARDS, COPD rất nặng), hôn mê hoặc ngưng thở, mất khả năng bảo vệ đường thở, sau phẫu thuật lớn hoặc khi bệnh nhân cần ổn định trao đổi khí và công hô hấp. Nguồn AMBOSS nhấn mạnh rằng thông khí cơ học được dùng khi bệnh nhân cần hỗ trợ hoặc thay thế hô hấp nhằm đảo ngược trạng thái suy hô hấp nghiêm trọng. :contentReference[oaicite:5]{index=5}

Chống chỉ định tương đối hoặc cần cân nhắc kỹ trong các trường hợp như: bệnh nhân đã có chỉ định từ chối điều trị máy thở (advance directive), khi mục tiêu điều trị là chăm sóc cuối đời và không đặt mục tiêu kéo dài cuộc sống. Ngoài ra, thông khí cơ học không nên được áp dụng một cách tự phát trong những trường hợp bệnh nhân chỉ cần hỗ trợ nhẹ và có thể sử dụng phương pháp nhẹ nhàng hơn như thông khí không xâm nhập.

Việc thiết lập chỉ định cần được xem xét toàn diện — bao gồm tình trạng huyết động, khả năng tự thở của bệnh nhân, dòng khí và đồ thị thông khí, mức độ oxy hóa và CO₂, khả năng bảo vệ đường thở và mục tiêu điều trị dài hạn. Sự phối hợp giữa bác sĩ hồi sức, bác sĩ phổi và chuyên viên vật lý trị liệu hô hấp là yếu tố then chốt để đảm bảo thông khí cơ học đạt mục tiêu mà không gây thiên tai hô hấp hoặc tim mạch.

Thông số cài đặt cơ bản

Việc thiết lập các thông số máy thở là yếu tố quyết định để đạt được hiệu quả điều trị tối ưu và hạn chế biến chứng. Các thông số cơ bản bao gồm tỷ lệ oxy hít vào (FiO₂), thể tích khí lưu thông ($V_T$), áp lực dương cuối thì thở ra (PEEP), và tần số thở (RR). FiO₂ thường bắt đầu từ 1.0 (100%) trong cấp cứu, sau đó giảm dần để duy trì độ bão hòa oxy (SpO₂) trong khoảng 92–96%. PEEP được điều chỉnh nhằm duy trì phế nang không xẹp, giảm shunt phổi và cải thiện trao đổi khí. Tùy bệnh cảnh, PEEP dao động từ 5–15 cmH₂O, đặc biệt trong hội chứng suy hô hấp cấp (ARDS) có thể cần PEEP cao hơn để đạt hiệu quả oxy hóa.

Thể tích khí lưu thông được tính theo trọng lượng cơ thể lý tưởng (PBW – Predicted Body Weight), với công thức: $V_T = 6–8\,ml/kg_{PBW}$ Điều này giúp tránh hiện tượng “volutrauma” – tổn thương phổi do thể tích quá mức. Bảng ví dụ sau minh họa giá trị tham khảo cho bệnh nhân người lớn:

Chiều cao (cm)	Trọng lượng lý tưởng (kg)	Thể tích khí lưu thông (ml)
160	54	325–430
170	63	380–500
180	72	430–580

Thời gian hít vào (I-time), tỷ lệ I:E (Inspiration:Expiration ratio) và lưu lượng dòng khí cũng là yếu tố cần điều chỉnh. Ở bệnh nhân ARDS, tỷ lệ I:E thường chọn 1:1 hoặc 1:1.5 để cải thiện oxy hóa, trong khi ở bệnh nhân COPD, I:E có thể 1:3 hoặc 1:4 để tránh khí bẫy (auto‑PEEP). Việc theo dõi biểu đồ dạng sóng áp lực‑thể tích (pressure‑volume loop) và lưu lượng‑thời gian giúp đánh giá tình trạng tương thích giữa máy và bệnh nhân, từ đó điều chỉnh thông số thích hợp. (NEJM, 2013).

Biến chứng và nguy cơ

Mặc dù thông khí cơ học là biện pháp cứu sống quan trọng, song việc sử dụng kéo dài hoặc cài đặt không phù hợp có thể gây ra nhiều biến chứng nguy hiểm. Biến chứng thường gặp nhất là tổn thương phổi do máy thở (VILI – Ventilator‑Induced Lung Injury), bao gồm các dạng: barotrauma (tổn thương do áp lực cao), volutrauma (do thể tích lớn), và atelectrauma (do xẹp phế nang lặp lại). Các nghiên cứu đã chứng minh rằng giảm $V_T$ xuống 6 ml/kg và giới hạn áp lực cao nguyên (plateau pressure) < 30 cmH₂O làm giảm tỷ lệ tử vong trong ARDS. (ARDSNet Trial, NEJM 2000).

Viêm phổi liên quan đến máy thở (VAP – Ventilator‑Associated Pneumonia) là biến chứng nhiễm trùng phổ biến, xảy ra sau 48 giờ thở máy. Nguyên nhân thường do vi khuẩn xâm nhập từ miệng, dạ dày hoặc ống nội khí quản. Biện pháp phòng ngừa gồm: nâng đầu giường 30–45°, hút dịch tiết thường xuyên, vệ sinh răng miệng, và đánh giá sớm để cai máy khi có thể. (CDC Guidelines 2023).

Các biến chứng khác gồm: giảm cung lượng tim do tăng áp lực lồng ngực, loạn nhịp do thiếu oxy hoặc kiềm hô hấp, tổn thương khí quản, và yếu cơ hô hấp sau thời gian dài hỗ trợ. Việc theo dõi huyết động, điện giải, và kiểm tra khí máu động mạch thường xuyên là cần thiết để phát hiện sớm và xử trí kịp thời.

Cai máy thở

Quá trình cai máy (weaning) nhằm đánh giá khả năng tự thở của bệnh nhân và giảm dần sự hỗ trợ của máy. Trước khi bắt đầu, cần đảm bảo các điều kiện sinh lý: bệnh nhân tỉnh táo, huyết động ổn định, SpO₂ ≥ 92%, FiO₂ ≤ 0.4, PEEP ≤ 5 cmH₂O, và pH > 7.35. (Thille et al., 2019).

Thử nghiệm thở tự nhiên (SBT – Spontaneous Breathing Trial) là bước quan trọng để đánh giá khả năng cai máy. Bệnh nhân được chuyển sang chế độ PSV hoặc T‑piece trong 30–120 phút, theo dõi các chỉ số như tần số thở, nhịp tim, huyết áp, SpO₂, và chỉ số RSBI (Rapid Shallow Breathing Index): $RSBI = \frac{f}{V_T}$ RSBI < 105 l/phút/l được coi là dấu hiệu tiên lượng tốt cho việc rút nội khí quản thành công. Sau khi đạt các tiêu chí, bác sĩ tiến hành đánh giá phản xạ ho và khả năng bảo vệ đường thở trước khi rút ống nội khí quản.

Trong các trường hợp thất bại cai máy, nguyên nhân thường là yếu cơ hô hấp, tăng gánh hô hấp, rối loạn điện giải, hoặc rối loạn ý thức. Chiến lược cai máy hiệu quả là tiếp cận đa ngành, kết hợp bác sĩ hồi sức, chuyên viên hô hấp và vật lý trị liệu, đồng thời sử dụng các công cụ hỗ trợ như “protocolized weaning” để giảm thời gian thở máy trung bình. (UpToDate 2024).

Thông khí không xâm nhập

Thông khí không xâm nhập (NIV – Non‑Invasive Ventilation) là phương pháp hỗ trợ thở bằng mặt nạ hoặc gọng mũi mà không cần đặt ống nội khí quản. NIV thường được chỉ định cho bệnh nhân đợt cấp COPD, phù phổi cấp do tim, hoặc suy hô hấp nhẹ‑trung bình. Phương pháp này giúp tránh biến chứng nhiễm trùng và rút ngắn thời gian nằm ICU. (ATS/ERS Guidelines 2018).

Các chế độ phổ biến gồm CPAP (Continuous Positive Airway Pressure) – duy trì áp lực dương suốt chu kỳ thở, và BiPAP (Bilevel Positive Airway Pressure) – cung cấp áp lực khác nhau khi hít vào và thở ra. Ưu điểm của NIV là dễ áp dụng, chi phí thấp, giảm nguy cơ tổn thương phổi và đường thở. Tuy nhiên, NIV không thích hợp cho bệnh nhân hôn mê, ngưng thở, chấn thương mặt hoặc mất khả năng bảo vệ đường thở. (Cochrane Review 2021).

Việc giám sát hiệu quả NIV cần theo dõi SpO₂, tần số thở, khí máu động mạch và dấu hiệu giảm công hô hấp. Nếu sau 1–2 giờ không cải thiện, nên chuyển sang thông khí xâm nhập để đảm bảo an toàn. Nghiên cứu đã chứng minh NIV làm giảm tỷ lệ tử vong và nhu cầu đặt nội khí quản ở bệnh nhân COPD cấp từ 30% xuống 15%. (JAMA 2024).

Tài liệu tham khảo

1. Slutsky AS, Ranieri VM. “Ventilator‑Induced Lung Injury.” N Engl J Med. 2013; 369:2126–2136. NEJM
2. Thille AW et al. “Weaning from Mechanical Ventilation.” Intensive Care Med. 2019; 45(6):844–856. DOI
3. ARDSNet Trial. “Ventilation with lower tidal volumes as compared with traditional tidal volumes.” NEJM, 2000; 342:1301–1308.
4. CDC. “Guidelines for Preventing VAP.” 2023. CDC Manual
5. UpToDate. “Overview of Mechanical Ventilation in Adults.” 2024. UpToDate
6. ATS/ERS Task Force. “Noninvasive Ventilation in Acute Respiratory Failure.” Am J Respir Crit Care Med. 2018; 198:120–133.
7. Cochrane Database Systematic Review. “Non‑invasive positive pressure ventilation for acute respiratory failure.” 2021. Cochrane