Механическая мощность в стратегии протективной вентиляции: биомеханическая основа, методы расчета и ограничения концепции

Введение. Механическая мощность (ММ) – интегральный показатель вентиляционной нагрузки, однако многообразие расчетных формул и их различная точность ограничивают клиническое применение концепции.

Цель – провести обзор и сравнительный анализ математических моделей расчета ММ при различных режимах искусственной вентиляции легких, рассмотреть их физические основы, ограничения и возможности практического применения.

Материалы и методы. Нарративный обзор литературы. Поиск публикаций выполнен в базах PubMed, Cochrane Library, Google Scholar, eLibrary за период 1990–2025 гг. Анализировались работы, посвященные геометрическому методу расчета ММ, уравнению Gattinoni, суррогатным формулам для вентиляции с контролем по объему (VCV) и давлению (PCV), валидации формул и клиническим пороговым значениям ММ.

Результаты. Выделены два подхода к расчету ММ: геометрический метод (эталонный, основан на интегрировании площади под кривой «давление-объем») и суррогатные алгебраические уравнения, рассчитываемые по параметрам респиратора. Уравнение Gattinoni (2016) выведено из уравнения движения газа и учитывает эластический и резистивный компоненты работы дыхания. Суррогатные формулы для VCV и PCV демонстрируют приемлемую точность в стандартных условиях вентиляции для большинства формул (bias ~ 1 Дж/мин), однако их точность снижается при экстремальных параметрах вентиляции. По экспериментальным данным, значения ММ выше 12 Дж/мин ассоциируются с ВИПЛ (диффузный отек). В клинических исследованиях значения выше 17 Дж/мин независимо ассоциировались с повышенной госпитальной летальностью.

Заключение. Концепция ММ представляет интерес как интегральный показатель энергетической нагрузки на дыхательную систему. Существующие суррогатные формулы могут использоваться для клинической стратификации риска при условии понимания ограничений каждой из моделей и индивидуализации подхода с учетом антропометрических данных и функционального состояния легких пациента.

1. Кузьков В. В., Лапин К. С., Фот Е. В., Киров М. Ю. Вентилятор-ассоциированное повреждение легких в отделении интенсивной терапии и операционной — что нового? // Вестник анестезиологии и реаниматологии. – 2020. – Т. 17, № 5. – С. 47–61. https://doi.org/10.21292/2078-5658-2020-17-5-47-61.

2. Ярошецкий А. И., Грицан А. И., Авдеев С. Н. и др. Острый респираторный дистресс-синдром (у взрослых пациентов). Клинические рекомендации (пересмотр 2025 г.) // Вестник интенсивной терапии имени А. И. Салтанова. – 2025. – Т. 4. – С. 7–68. https://doi.org/10.21320/1818-474X-2025-4-7-68.

3. Amato M. B. P., Barbas C. S. V., Medeiros D. M. et al. Effect of a protective-ventilation strategy on mortality in the acute respiratory distress syndrome // N Engl J Med. – 1998. – Vol. 338, № 6. – P. 347–354. https://doi.org/10.1056/NEJM199802053380602.

4. Amato M. B. P., Meade M. O., Slutsky A. S. et al. Driving pressure and survival in the acute respiratory distress syndrome // N Engl J Med. – 2015. – Vol. 372, № 8. – P. 747–755. https://doi.org/10.1056/NEJMsa1410639.

5. Becher T., van der Staay M., Schädler D. et al. Calculation of mechanical power for pressure-controlled ventilation // Intensive Care Med. – 2019. – Vol. 45, № 9. – P. 1321–1323. https://doi.org/10.1007/s00134-019-05636-8.

6. Brower R. G., Matthay M. A., Morris A. et al. Ventilation with lower tidal volumes as compared with traditional tidal volumes for acute lung injury and acute respiratory distress syndrome // N Engl J Med. – 2000. – Vol. 342, № 18. – P. 1301–1308. https://doi.org/10.1056/NEJM200005043421801.

7. Cressoni M., Gotti M., Chiurazzi C. et al. Mechanical power and development of ventilator-induced lung injury // Anesthesiology. – 2016. – Vol. 124, № 5. – P. 1100–1108. https://doi.org/10.1097/ALN.0000000000001056.

8. Chiumello D., Gotti M., Guanziroli M. et al. Bedside calculation of mechanical power during volume- and pressure-controlled mechanical ventilation // Crit Care. – 2020. – Vol. 24, № 1. – P. 417. https://doi.org/10.1186/s13054-020-03116-w.

9. Collino F., Gattinoni L., Camporota L. Ventilator-induced lung injury: a case for a larger umbrella? // Intensive Care Medicine. – 2024. – Vol. 50, № 2. – P. 275–278. https://doi.org/10.1007/s00134-023-07296-1.

10. Damiani L. F., Basoalto R., Retamal J. et al. Mechanical power of ventilation: from computer to clinical implications // Respir Care. – 2023. – Vol. 68, № 12. – P. 1748–1763. https://doi.org/10.4187/respcare.11462.

11. De Jong A., Wrigge H., Hedenstierna G. et al. How to ventilate obese patients in the ICU // Intensive Care Med. – 2020. – Vol. 46, № 12. – P. 2423–2435. https://doi.org/10.1007/s00134-020-06286-x.

12. Dong Y., Li G., Fu J. et al. Association between time-weighted average mechanical power normalized to compliance and prognosis of critically ill patients: a retrospective cohort study based on the MIMIC-IV database // Med Intensiva (Engl Ed). – 2025. – Vol. 50, № 2. – P. 258–266. https://doi.org/10.1016/j.medine.2025.502258.

13. El-Khatib M., Zeeni C., Shebbo F. M. et al. Intraoperative mechanical power and postoperative pulmonary complications in low-risk surgical patients: a prospective observational cohort study // BMC Anesthesiol. – 2024. – Vol. 24. – P. 182. https://doi.org/10.1186/s12871-024-02449-1.

14. Ferrando C., Soro M., Canet J. et al. Individualised perioperative open-lung approach versus standard protective ventilation in abdominal surgery (iPROVE): a randomised controlled trial // Lancet Respir Med. – 2018. – Vol. 6, № 3. – P. 193–203. https://doi.org/10.1016/S2213-2600(18)30024-9.

15. Gattinoni L., Collino F., Camporota L. Mechanical power: meaning, uses and limitations // Intensive Care Med. – 2023. – Vol. 49, № 4. – P. 465–467. https://doi.org/10.1007/s00134-023-06991-3.

16. Gattinoni L., Pesenti A. The concept of “baby lung” // Intensive Care Med. – 2005. – Vol. 31, № 6. – P. 776–784. https://doi.org/10.1007/s00134-005-2627-z.

17. Gattinoni L., Tonetti T., Cressoni M. et al. Ventilator-related causes of lung injury: the mechanical power // Intensive Care Med. – 2016. – Vol. 42, № 10. – P. 1567–1575. https://doi.org/10.1007/s00134-016-4505-2.

18. Ghiani A., Paderewska J., Sainis A. et al. Mechanical power normalized to lung-thorax compliance predicts prolonged ventilation and weaning failure: a prospective study // BMC Pulm Med. – 2021. – Vol. 21, № 1. – P. 418. https://doi.org/10.1186/s12890-021-01566-8.

19. Giosa L., Busana M., Pasticci I. et al. Mechanical power at a glance: a simple surrogate for volume-controlled ventilation // Intensive Care Med Exp. – 2019. – Vol. 7, № 1. – P. 1–13. https://doi.org/10.1186/s40635-019-0276-8.

20. Lusquinhos J., Tavares M., Abelha F. Postoperative pulmonary complications and perioperative strategies: a systematic review // Cureus. – 2023. – Vol. 15, № 5. – e38786. https://doi.org/10.7759/cureus.38786.

21. Henderson W. R., Chen L., Amato M. B. P. et al. Respiratory mechanics in acute respiratory distress syndrome // Am J Respir Crit Care Med. – 2017. – Vol. 196, № 7. – P. 822–833. https://doi.org/10.1164/RCCM.201612-2495CI.

22. Huerta Arellano G., Zamorano León C. A., Castañeda Ordóñez E. et al. Poder mecánico y supervivencia en pacientes con ventilación mecánica: revisión sistemática y metaanálisis // Med Crítica. – 2023. – Vol. 37, № 8. – P. 707–712. https://doi.org/10.35366/115229.

23. Kallet R. H. Pressure control surrogate formula for estimating mechanical power is sufficiently accurate to assess mortality in ARDS, even when using VC ventilation // Respir Care. – 2025. – Vol. 70, № 4. – P. 427–433. https://doi.org/10.4187/respcare.12269.

24. Kim W. Y., Chung C. R., Nam M. et al. Associations of mechanical power, ventilatory ratio, and other respiratory variables with ICU mortality in ARDS patients undergoing pressure-controlled ventilation // Front Med (Lausanne). – 2025. – Vol. 12. – 1553672. https://doi.org/10.3389/fmed.2025.1553672.

25. Lagier D., Vidal Melo M. F. Protective ventilation during surgery: do lower tidal volumes really matter? // Anaesth Crit Care Pain Med. – 2021. – Vol. 40, № 1. – P. 100807. https://doi.org/10.1016/j.accpm.2021.100807.

26. Maia L. de A., Fernandes M. V. S., Santos R. S. et al. Effects of protective mechanical ventilation with different PEEP levels on alveolar damage and inflammation in a model of open abdominal surgery: a randomized study in obese versus non-obese rats // Front Physiol. – 2019. – Vol. 10. – P. 1513. https://doi.org/10.3389/fphys.2019.01513

27. Marini J. J., Rocco P. R. M., Gattinoni L. Static and dynamic contributors to ventilator-induced lung injury in clinical practice: pressure, energy, and power // Am J Respir Crit Care Med. – 2020. – Vol. 201, № 7. – P. 767–774. https://doi.org/10.1164/RCCM.201908-1545CI.

28. Marini J. J., Crooke P. S., Rocco P. R. M. Mechanical power of ventilation: tracking the damaging component // Crit Care. – 2026. – Vol. 30. – P. 129. https://doi.org/10.1186/s13054-025-05679-y.

29. Massari D., Montaruli C., Gotti M. et al. Determinants of energy dissipation in the respiratory system during mechanical ventilation // Crit Care. – 2015. – Vol. 19. – P. 247. https://doi.org/10.1186/cc14327.

30. Nieman G. F., Satalin J., Andrews P. et al. Lung stress, strain, and energy load: engineering concepts to understand the mechanism of ventilator-induced lung injury (VILI) // Intensive Care Med Exp. – 2016. – Vol. 4, № 1. – P. 16. https://doi.org/10.1186/s40635-016-0090-5.

31. Nieman G. F., Kollisch-Singule M., Ramcharran H. et al. Unshrinking the baby lung to calm the VILI vortex // Crit Care. – 2022. – Vol. 26, № 1. – P. 242. https://doi.org/10.1186/s13054-022-04105-x.

32. Paudel R., Trinkle C. A., Waters C. M. et al. Mechanical power: a new concept in mechanical ventilation // Am J Med Sci. – 2021. – Vol. 361, № 5. – P. 537–545. https://doi.org/10.1016/j.amjms.2021.09.004.

33. Pelosi P., van der Poll T., Schultz M. J. et al. Personalized mechanical ventilation in acute respiratory distress syndrome // Crit Care. – 2021. – Vol. 25, № 1. – P. 250. https://doi.org/10.1186/s13054-021-03686-3.

34. Protti A., Andreis D. T., Monti M. et al. Lung stress and strain during mechanical ventilation: any difference between statics and dynamics? // Crit Care Med. – 2013. – Vol. 41, № 4. – P. 1046–1055. https://doi.org/10.1097/CCM.0b013e31827417a6.

35. Rallabhandi U., Walker C., Ann Davis F. et al. Mechanical power is an early predictor of mortality in mechanically ventilated patients with COVID-19 // BMJ Open Respir Res. – 2025. – Vol. 12, № 1. – e003131. https://doi.org/10.1136/bmjresp-2024-003131.

36. Rezoagli E., Laffey J. G., Bellani G. Monitoring lung injury severity and ventilation intensity during mechanical ventilation // Semin Respir Crit Care Med. – 2022. – Vol. 43, № 3. – P. 346–368. https://doi.org/10.1055/s-0042-1748917.

37. Santer P., Wachtendorf L. J., Suleiman A. et al. Mechanical power during general anesthesia and postoperative respiratory failure: a multicenter retrospective cohort study // Anesthesiology. – 2022. – Vol. 137, № 1. – P. 41–54. https://doi.org/10.1097/ALN.0000000000004256.

38. Santos R. S., Maia L. de A., Oliveira M. V. et al. Biologic impact of mechanical power at high and low tidal volumes in experimental mild acute respiratory distress syndrome // Anesthesiology. – 2018. – Vol. 128, № 6. – P. 1193–1206. https://doi.org/10.1097/ALN.0000000000002143.

39. Scharffenberg M., Rocco P. R. M., Pelosi P. et al. Respiratory mechanics and mechanical power during low vs high positive end-expiratory pressure in obese surgical patients – a sub-study of the PROBESE randomized controlled trial // J Clin Anesth. – 2024. – Vol. 92. – 111242. https://doi.org/10.1016/j.jclinane.2023.111242.

40. Serpa Neto A., Deliberato R.O., Johnson A. E. W. et al. Mechanical power of ventilation is associated with mortality in critically ill patients: an analysis of patients in two observational cohorts. Intensive Care Med. – 2018. – Vol. 44, № 11. – P. 1914–1922. https://doi.org/10.1007/s00134-018-5375-6.

41. Snoep J. W. M., Rietveld P. J., Riemsma R. et al. Mechanical power in pressure-controlled ventilation: a simple and reliable bedside method // Crit Care Explor. – 2025. – Vol. 7, № 3. – e1224. https://doi.org/10.1097/CCE.0000000000001224.

42. Tontu F., Birtane D. Dynamic mechanical power at the bedside: a validation study in volume-controlled and pressure-controlled ventilation modes // J Crit Care. – 2026. – Vol. 91. – 155314. https://doi.org/10.1016/j.jcrc.2025.155314.

43. Tonetti T., Marini J. J. Mechanical power and VILI modelling: limits and unknowns // Intensive Care Med Exp. – 2025. – Vol. 13, № 1. – P. 11–12. https://doi.org/10.1186/s40635-024-00712-w.

44. von Düring S., Liu K., Munshi L. et al. Mechanical power and development of lung injury: understanding ventilator-induced lung injury // J Crit Care. – 2025. – Vol. 85. – P. 154902. https://doi.org/10.1016/j.jcrc.2024.154902.

45. Walkey A. J., Goligher E. C., van der Meijden S. et al. Higher PEEP versus lower PEEP strategies for patients with acute respiratory distress syndrome: a systematic review and meta-analysis // Ann Am Thorac Soc. – 2017. – Vol. 14, Suppl 4. – S297–S303. https://doi.org/10.1513/AnnalsATS.201704-338OT.

46. Yan Y., Luo G., Chai X. et al. Mechanical power is associated with weaning outcome in critically ill mechanically ventilated patients // Sci Rep. – 2022. – Vol. 12, № 1. – 19634. https://doi.org/10.1038/s41598-022-21609-2.

47. Yan Y., Luo G., Chai X. et al. Mechanical power of ventilation and survival in critically ill obese patients // Am J Emerg Med. – 2025. – Vol. 93. – P. 160–164. https://doi.org/10.1016/j.ajem.2025.03.066.

48. Zhang C., Li J., Wei H. et al. Driving pressure-guided individualized positive end-expiratory pressure in abdominal surgery: a randomized controlled trial // Anesth Analg. – 2021. – Vol. 133, № 5. – P. 1197–1205. https://doi.org/10.1213/ANE.0000000000005575.

49. Zheng H., Zhou C., Li X. et al. The accuracy of simplified calculation of mechanical power: a simulation study // J Thorac Dis. – 2023. – Vol. 15, № 6. – P. 3237–3244. https://doi.org/10.21037/jtd-22-1409.

50. Zhu Y., Peng W., Zhen S., Jiang X. Mechanical power normalized to predicted body weight is associated with mortality in critically ill patients // BMC Anesthesiol. – 2021. – Vol. 21, № 1. – P. 278. https://doi.org/10.1186/s12871-021-01497-1.