La maschera di Venturi è probabilmente uno dei dispositivi per ossigenoterapia più riconoscibili in ambito ospedaliero.

Maschera, tubo, adattatore colorato, un determinato flusso di ossigeno. Apparentemente tutto molto semplice.

Ma dietro quel piccolo adattatore c’è un principio molto più interessante: la maschera di Venturi non si limita a portare ossigeno al paziente, ma crea una miscela tra ossigeno proveniente dalla sorgente e aria ambiente, permettendo di ottenere una FiO₂ relativamente prevedibile.

Capire come avviene questa miscelazione permette di utilizzare il dispositivo con maggiore consapevolezza e, soprattutto, di comprendere perché litri al minuto e FiO₂ non sono la stessa cosa.

Prima di tutto: che cos’è la FiO₂?

FiO₂ significa Fraction of Inspired Oxygen, cioè frazione inspirata di ossigeno.

L’aria ambiente contiene approssimativamente il 21% di ossigeno. Possiamo quindi esprimerla come:

FiO₂ = 0,21 = 21%

Se il paziente inspira una miscela contenente il 28% di ossigeno:

FiO₂ = 0,28 = 28%

La FiO₂ descrive quindi la frazione di ossigeno contenuta nel gas inspirato, non la quantità di litri di ossigeno che escono dal flussometro.

È una distinzione fondamentale.

L/min = flusso di ossigeno

FiO₂ = concentrazione di ossigeno nella miscela inspirata

Con alcuni dispositivi a basso flusso, come le cannule nasali convenzionali, la FiO₂ realmente inspirata può variare considerevolmente in funzione del pattern respiratorio del paziente.

La Venturi nasce invece con un obiettivo differente: fornire una miscela gassosa con una concentrazione di ossigeno maggiormente controllabile. Per questo viene generalmente classificata tra i sistemi fixed-performance/high-flow air-entrainment.

Come funziona una maschera di Venturi?

Seguiamo idealmente il percorso dell’ossigeno.

L’O₂ proveniente dalla sorgente raggiunge l’adattatore Venturi e attraversa un orifizio calibrato di piccole dimensioni.

Il passaggio attraverso questo ugello genera un getto di gas ad elevata velocità.

Questo getto interagisce con l’aria presente attorno alle aperture laterali del dispositivo e determina il cosiddetto air entrainment, cioè il trascinamento di aria ambiente all’interno del flusso.

A valle dell’adattatore non abbiamo quindi soltanto l’ossigeno proveniente dalla presa a muro.

Abbiamo:

O₂ dalla sorgente + aria ambiente trascinata = miscela inspiratoria

Ed è il rapporto tra queste due componenti a determinare la FiO₂ finale nominale.

Più aria ambiente viene incorporata rispetto all’ossigeno puro, più bassa sarà la FiO₂ della miscela.

Meno aria viene incorporata, maggiore sarà la concentrazione finale di ossigeno.

È davvero “l’effetto Venturi” ad aspirare l’aria?

Qui possiamo andare un po’ più in profondità.

Nei testi clinici il funzionamento della maschera viene frequentemente spiegato attraverso il principio di Bernoulli e l’effetto Venturi: aumentando la velocità del gas attraverso una restrizione si associa una variazione della pressione statica, favorendo l’ingresso dell’aria circostante. È ancora una descrizione molto diffusa nella letteratura clinica e nei testi di apparecchiature anestesiologiche.

Dal punto di vista della fluidodinamica, tuttavia, descrivere l’air entrainment semplicemente come “una depressione che risucchia l’aria” è una semplificazione.

Il fenomeno può essere descritto più precisamente come jet mixing: un getto ad alta velocità trasferisce quantità di moto al fluido circostante attraverso fenomeni di mescolamento e trascinamento. L’aria ambiente viene progressivamente incorporata nel getto.

Questo dettaglio è interessante perché permette di superare l’immagine un po’ semplicistica della Venturi come una sorta di aspiratore.

Il dispositivo è in realtà un sistema calibrato di miscelazione dei gas.

Il rapporto aria/O₂: il concetto che spiega veramente la Venturi

Questa è probabilmente la parte più utile per comprendere il dispositivo a un livello professionale.

Per ottenere FiO₂ basse, il sistema deve aggiungere molta aria ambiente a una quantità relativamente piccola di ossigeno puro.

Per esempio, un rapporto aria:O₂ approssimativo può essere:

FiO₂ 24% → circa 25:1

Significa che per ogni litro di ossigeno vengono incorporati circa 25 litri di aria.

A FiO₂ maggiori il rapporto diminuisce:

FiO₂ 28% → circa 10:1

FiO₂ 35% → circa 5:1

FiO₂ 40% → circa 3:1

Questi valori sono utili per comprendere il principio fisico, ma non devono essere utilizzati come sostituti delle specifiche del produttore.

Ed ecco perché può verificarsi una situazione apparentemente strana.

Impostiamo, per esempio, soltanto 4 L/min di ossigeno, ma il flusso totale che raggiunge il sistema può essere di molte decine di litri al minuto.

Non c’è nessuna contraddizione.

Il flussometro sta misurando l’ossigeno proveniente dalla sorgente.

Il paziente riceve invece:

flusso di O₂ + flusso di aria ambiente trascinata.

Questa distinzione tra flusso di O₂ e flusso totale della miscela è fondamentale per comprendere realmente il funzionamento della Venturi.

Perché gli adattatori sono diversi?

Gli adattatori modificano la geometria attraverso cui avvengono il getto e l’entrainment.

Le dimensioni dell’orifizio, delle aperture attraverso cui entra l’aria e la configurazione complessiva del dispositivo determinano quanto gas ambiente viene incorporato rispetto all’ossigeno.

Di conseguenza:

molto air entrainment → FiO₂ più bassa

poco air entrainment → FiO₂ più alta

Ecco perché non dobbiamo pensare al colore come alla causa della FiO₂.

Il colore è semplicemente un sistema utilizzato dal produttore per permettere di riconoscere rapidamente un determinato adattatore.

Ciò che conta realmente è la geometria e la calibrazione del dispositivo.

Attenzione: i colori non sono una legge universale

Nella pratica molti professionisti finiscono inevitabilmente per associare un colore a una determinata FiO₂.

È comodo, ma non dovrebbe diventare un automatismo.

I codici colore e i flussi richiesti possono variare tra produttori e modelli.

La regola più sicura è molto semplice:

leggere la FiO₂ e il flusso indicati sul dispositivo e seguire le istruzioni del produttore.

Non affidarsi esclusivamente alla memoria del colore.

Se aumento i litri, aumento la FiO₂?

Non necessariamente.

Ed è proprio qui che la Venturi si differenzia concettualmente da altri sistemi.

In un dispositivo correttamente progettato e utilizzato, aumentando il flusso di O₂ aumenta anche la capacità del getto di trascinare aria. Entro il range previsto dal sistema, il rapporto di miscelazione tende quindi a rimanere sostanzialmente determinato dalla geometria dell’adattatore.

In altre parole, aumentare il flusso non equivale automaticamente ad aumentare la FiO₂.

Può invece aumentare il flusso totale della miscela disponibile al paziente.

Naturalmente questo non significa che possiamo impostare arbitrariamente qualsiasi flusso. Il dispositivo deve essere utilizzato secondo i valori e le condizioni previste dal produttore.

Perché viene definita una maschera “ad alto flusso”?

Qui il termine può creare confusione.

Non significa necessariamente che dal flussometro stiamo erogando 40 o 50 L/min di ossigeno.

Significa che, grazie all’aria trascinata, il flusso totale della miscela può essere sufficientemente elevato da soddisfare la richiesta inspiratoria del paziente.

Questo è importante perché, se il flusso disponibile soddisfa la domanda inspiratoria, il paziente ha minore necessità di richiamare ulteriore aria ambiente non controllata, che diluirebbe la miscela.

Ed è proprio questa una delle condizioni che rende la FiO₂ della Venturi più prevedibile rispetto ai sistemi a prestazione variabile.

Cosa succede se la richiesta inspiratoria del paziente supera il flusso disponibile?

Qui passiamo dalla fisica al letto del paziente.

La FiO₂ indicata sull’adattatore è una FiO₂ nominale, ottenibile nelle condizioni previste di funzionamento.

Un paziente tachipnoico, dispnoico o con elevato drive respiratorio può sviluppare una peak inspiratory flow, cioè una richiesta di flusso inspiratorio di picco, molto elevata.

Se la domanda inspiratoria supera ciò che il sistema riesce a fornire, il paziente può richiamare ulteriore aria ambiente e la FiO₂ effettivamente inspirata può diventare meno prevedibile.

Quindi la domanda professionale non dovrebbe essere soltanto:

“Quale adattatore ho montato?”

ma anche:

“Il flusso totale generato dal sistema è adeguato alla richiesta inspiratoria di questo paziente?”

È un passaggio importante perché ci ricorda che nessun dispositivo può essere interpretato separatamente dalla fisiologia respiratoria del paziente.

Perché non bisogna coprire le aperture dell’adattatore?

A questo punto la risposta diventa intuitiva.

Quelle aperture servono all’ingresso dell’aria ambiente necessaria per ottenere il rapporto di miscelazione previsto.

Se vengono ostruite da lenzuola, coperte, indumenti o altri ostacoli, l’air entrainment viene alterato.

Meno aria entra nel sistema, meno l’ossigeno viene diluito e la miscela può quindi discostarsi dalla FiO₂ prevista.

Per questo il corretto funzionamento della Venturi non dipende soltanto dal numero impostato sul flussometro.

Dipende dall’integrità dell’intero sistema.

E la CO₂ espirata?

La maschera presenta aperture attraverso cui i gas espirati possono essere eliminati.

In condizioni di funzionamento corretto, l’elevato flusso di gas fresco contribuisce inoltre al washout della maschera, limitando il rebreathing significativo della CO₂ espirata.

Anche questo aspetto distingue la Venturi da ciò che potremmo immaginare osservando semplicemente una maschera appoggiata sul volto.

Perché è particolarmente utile quando vogliamo controllare la FiO₂?

La Venturi è particolarmente interessante quando vogliamo evitare una somministrazione di ossigeno poco prevedibile e mantenere una concentrazione inspirata relativamente controllata.

L’esempio classico è rappresentato dai pazienti a rischio di insufficienza respiratoria ipercapnica, nei quali l’ossigenoterapia deve essere titolata verso un target appropriato e rivalutata clinicamente e, quando indicato, mediante emogasanalisi.

Ma il concetto è più ampio.

L’ossigenoterapia non consiste nel cercare il numero di saturazione più alto possibile.

Consiste nel somministrare la quantità di ossigeno necessaria per raggiungere il target appropriato a quel paziente, evitando sia l’ipossiemia sia un impiego non necessario o eccessivo dell’ossigeno.

Un livello ancora più profondo: FiO₂ impostata e FiO₂ realmente inspirata

Quando leggiamo “28%” sull’adattatore stiamo parlando della concentrazione che il sistema è progettato per fornire nelle condizioni previste.

Ma nella pratica clinica dobbiamo distinguere sempre tra:

FiO₂ nominale

e

FiO₂ effettivamente inspirata dal paziente.

La seconda può essere influenzata dal corretto montaggio del dispositivo, dall’ostruzione delle aperture, dal flusso impostato, dalle caratteristiche dello specifico sistema e soprattutto dall’interazione tra flusso totale disponibile e domanda inspiratoria del paziente.

Questo è il motivo per cui il monitoraggio clinico rimane indispensabile.

La Venturi può controllare una variabile tecnica.

Non controlla il paziente.

Chi era Venturi?

Giovanni Battista Venturi nacque nel 1746 a Bibbiano, in Emilia, e fu un fisico italiano che studiò il comportamento dei fluidi e gli effetti prodotti dalle variazioni di sezione dei condotti.

Il suo nome è rimasto legato al cosiddetto effetto Venturi.

La moderna maschera per ossigenoterapia, però, non fu inventata da Giovanni Battista Venturi: venne sviluppata molto più tardi. Il dispositivo porta il suo nome per il principio fisico tradizionalmente associato al suo funzionamento.

Nella pratica: cosa controllare quando utilizziamo una Venturi

Prima di considerare correttamente impostata l’ossigenoterapia dovremmo verificare almeno alcuni elementi.

Target di SpO₂: quale saturazione vogliamo ottenere in quel paziente?

FiO₂ selezionata: quale concentrazione vogliamo somministrare?

Flusso di O₂: è quello previsto per quello specifico adattatore?

Air entrainment: le aperture sono completamente libere?

Montaggio: adattatore, tubo e maschera sono collegati correttamente?

Paziente: qual è la frequenza respiratoria? C’è aumento del lavoro respiratorio? Il flusso disponibile è adeguato alla sua domanda?

Risposta: la SpO₂ sta raggiungendo il target? Il quadro clinico sta migliorando?

EGA: quando indicata, cosa ci stanno dicendo PaO₂, PaCO₂ e pH?

È proprio quest’ultimo passaggio a trasformare l’uso della Venturi da un gesto tecnico a un vero ragionamento clinico.

Il concetto da portarsi a casa

La maschera di Venturi non è semplicemente una maschera alla quale colleghiamo “un certo numero di litri”.

È un sistema di air entrainment e miscelazione controllata.

L’ossigeno attraversa un ugello calibrato generando un getto ad alta velocità. Il getto trascina aria ambiente attraverso specifiche aperture e le due componenti si mescolano secondo un rapporto determinato dalle caratteristiche del dispositivo.

Da questo rapporto deriva la FiO₂ nominale.

Per questo:

flusso di O₂ ≠ flusso totale

e

L/min ≠ FiO₂

Una volta compreso questo, anche adattatori, aperture e flussi smettono di essere elementi da imparare a memoria e iniziano ad avere un significato fisiologico e fisico.

Ed è probabilmente questo il modo più utile di imparare a utilizzare un dispositivo che vediamo praticamente ogni giorno.

Fonti essenziali

European Respiratory Society – Oxygen devices and delivery systems.

Bateman NT, Leach RM – Acute oxygen therapy.

Al-Shaikh B, Stacey S – Essentials of Anaesthetic Equipment, sezione sui dispositivi Venturi.

Scacci R – lavori sul meccanismo di jet mixing e air entrainment nelle maschere per ossigenoterapia.

Nota: contenuto a scopo informativo e formativo rivolto a professionisti sanitari. L’impiego dell’ossigenoterapia deve essere adattato alle condizioni cliniche del paziente e alle indicazioni, procedure locali e istruzioni del dispositivo utilizzato.