Impedanční kardiografie: Klinické hodnocení endotracheálního monitoru srdečního výdeje (ECOM) (ECOM)

Úvod: Srdeční výdej je klíčovým fyziologickým parametrem. Bohužel je často obtížné měřit bez použití invazivních technik s přidruženým rizikem. Katétr do plicnice je od svého zavedení považován za zlatý standard pro měření srdečního výdeje u člověka. Bohužel katétry plicní tepny byly spojeny se závažnými komplikacemi.1,2 Hrudní elektrická bioimpedance (TEB) byla navržena jako možná neinvazivní technika pro měření srdečního výdeje. Přesnost a spolehlivost TEB byla několikrát hodnocena, přičemž některé studie prokázaly dobrou korelaci s termodilucí3-7 a jiné se špatnou korelací.6,8-15. TEB není spolehlivá u pacientů po kardiopulmonálním bypassu8,9, transplantacích ledvin11, městnavém srdečním selhání16, plicním edému14, sepsi12, těhotenství15, břišní operaci11,17 nebo kritickém onemocnění13,14.

Jedním z omezení TEB je poměr signálu k šumu. Systémy TEB běžně používají střídavý proud (1 - 4 ma při 20-100 kHz) aplikovaný na kůži a mají malou kontrolu nad procentem proudu procházejícího cévními strukturami v hrudníku. Změny elektrické impedance plic s dýcháním mění procento celkového proudu procházejícího strukturami obsahujícími krev. Konečně, zpracování všech struktur obsahujících krev v hrudníku jako jediné impedance, která má být měřena, neumožňuje rozdělení signálu na jeho různé složky. Technika, která stabilizuje procento proudu dodávaného do cílové struktury a zaznamenává signály elektrické impedance přímo z této cílové struktury, zlepšuje přesnost a spolehlivost měření srdečního výdeje založeného na impedanci.

Endotracheal Cardiac Output Monitor (ECOM) je systém, který zaznamenává napětí produkované proudem (2 ma 100 khz) přiváděným do sliznice trachey elektrodami na endotracheální trubici. Blízkost ascendentní aorty a průdušnice umožňuje návrh zařízení, které dokáže optimalizovat dodávku proudu a záznam signálu ze změn impedance ve vzestupné aortě. Tato studie bude testovat přesnost a účinnost systému ECOM u pacientů v anestezii.

Význam: Jednoduchá, levná, kontinuální, neinvazivní, přesná, reprodukovatelná metoda měření srdečního výdeje u pacientů by snížila potřebu měření srdečního výdeje katetrem plicní tepny. Taková technika by umožnila rychlou diagnostiku a léčbu hemodynamické nestability u kriticky nemocného pacienta. Udržování srdečního výdeje je zásadní pro prevenci poranění koncových orgánů, které má za následek morbiditu a mortalitu. Technika, která přesně měřila srdeční výdej, by výrazně napomohla léčbě kriticky nemocného pacienta.

Metody:

Navrhujeme porovnat měření srdečního výdeje provedeného endotracheální trubicí Conmed ECOM 6-3D s měřením provedeným pomocí katétru z plicní tepny. Provedeme korelační studie srdečního výdeje s těmi, které byly provedeny standardní termodiluční technikou u pacientů, kteří v běžném průběhu klinické péče mají srdeční výdej měřený termodiluční technikou. Porovnáme srdeční výdej měřený impedanční kardiografií s měřením doby průchodu.

Tyto korelační studie budou provedeny v O.R. a na jednotkách intenzivní péče u pacientů plánovaných na kardiochirurgický výkon, kteří mají rutinně měření srdečního výdeje pomocí standardní termodiluční metody.

Pro převod signálů hrudní impedance na výpočet srdečního výdeje bylo vyvinuto mnoho různých algoritmů, včetně Kubicek18, Bernstein-Sramek19, Shmulewitz20, adaptivních algoritmů.20 Každý z těchto algoritmů vyžaduje nějaký druh empiricky odvozeného faktoru pro převod z měření odporu na měření objemu. Systém ECOM využívá adaptivní víceparametrový algoritmus, který umožňuje snížení variability mezi subjekty. Odvodili jsme empirickou shodu pro prasečí model, ale neučinili jsme tak pro pacienty. Tato studie bude proto rozdělena do dvou částí. První sběr dat od 15 pacientů poskytne data pro empirickou shodu mezi systémem ECOM a skutečným srdečním výdejem. Druhá skupina 300 pacientů bude testovací skupinou pro algoritmus.

1. Obecný návrh studie

   Dvousložková studie: Dvousložková studie. První část je studie s 15 pacienty, která poskytne údaje pro empirickou shodu mezi signálem ECOM a skutečným srdečním výdejem. Druhá část je studie s 300 pacienty, která poskytne testovací data pro validaci algoritmu.

   Měření srdečního výdeje: Srdeční výdej měřený impedančním zařízením bude porovnán s měřením z termodilučního katetru. Primární srovnání bude mezi měřeními ECOM a měřením termodiluce.

   Bezpečnostní údaje: Při použití systému ECOM u dosud studovaných pacientů nebyly zjištěny žádné komplikace. Navzdory tomuto bezpečnostnímu profilu bychom rádi identifikovali jakékoli potenciální problémy s použitím trubice ECOM. Tyto problémy mohou potenciálně zahrnovat stenózu trachey, poranění hrtanu, poranění hlasivek a změny hlasu. Hledali jsme tyto komplikace s klinickou anamnézou a sledováním. Zahrnuli jsme také obsáhlejší pooperační rozhovor, abychom zjistili jakékoli poranění dýchacích cest.

2. Metody analýzy dat

   Primárním porovnáním výsledků bude korelace mezi termodilučním srdečním výdejem a měřením impedance ECOM. Bude provedena jak lineární regrese, tak Bland-Altmanova statistika měření termodilučního srdečního výdeje versus impedanční kardiografie. Významnost bude p < 0,05.

   Výpočty výkonu:

   Velikost vzorku 15 pacientů nám dává 90% sílu ukázat korelaci R2 0,75. Ve studii ECOM na prasatech máme R2 0,77 až 0,84. Druhá část pro 300 pacientů nám poskytne dostatečnou variabilitu pacientů (velký, malý, muž, žena, mladý, starý, ateroskleróza aorty, aortální regurgitace) k posouzení techniky napříč širokým spektrem pacientů.

3. Výběr předmětu

   1. Kdo a proč:

      Pacienti plánovaní na kardiochirurgický výkon s použitím mimotělního oběhu a střední sternotomie budou schváleni. V rámci běžné kardiochirurgické péče budou tito pacienti intubováni a zavedeny katétry do plicnice. Měření navržená v této studii proto přinesou malé dodatečné riziko. Pacienti ve studii budou intubováni endotracheální trubicí, která umožní měření endotracheální elektrodou (ECOM 6-3D). Rutinně se měří termodiluční srdeční výdej, což umožní korelaci mezi měřením ECOM a termodilučním srdečním výdejem při minimálním dodatečném riziku.

   2. Celkový počet/počet na skupinu Bude studováno tři sta (300) pacientů podstupujících srdeční operaci se střední sternotomií.

4. Nábor subjektu 1) Zdroj: Pacienti plánovaní na srdeční operaci v nemocnici San Francisco Veterans Affairs Medical Center (VAMC).

   2) Způsob počátečního kontaktu: Potenciální subjekty budou osloveny lékařem studie a souhlas bude získán na anesteziologické předoperační (preop) klinice před přijetím do nemocnice nebo v nemocnici, pokud je pacient již hospitalizován. Subjekty budou osloveny studijním lékařem, který získá souhlas.

5. Proces souhlasu a dokumentace Veškerý souhlas získají lékaři studie, kteří pacientovi vysvětlí rizika. Využije se populace VA. Nebudou zahrnuti žádní nezletilí nebo neanglicky mluvící osoby. Nebudou zahrnuti žádní pacienti, kteří jsou duševně nezpůsobilí dát souhlas. Použije se pouze podepsaný, písemný, ověřený a informovaný souhlas.

6. Postupy 1) Postupy studie Pacient podstoupí rutinní umístění monitoru kvůli operaci. Zařazeni budou pouze pacienti, kteří by měli kvůli operaci zaveden katétr do plicnice. Budou provedeny následující výjimky ve standardní anesteziologické přípravě, indukci, údržbě a vynoření.

   1. Budou umístěny dodatečné EKG elektrodové záplaty.

   2. Endotracheální trubice bude mít 7 plastových elektrod dopovaných stříbrem (Conmed ECOM Tube).

   3. Pulzní oxymetrie bude měřena a zaznamenávána pomocí měření pulzní oxymetrie na prstu, nose a na čele nepřetržitě. Hodnoty pulzní oxymetrie budou porovnány mezi třemi místy a porovnány s měřením srdečního výdeje. Vypočte se procento času, po který je signál získán ze tří míst. Přesnost měření pulzní oxymetrie bude porovnána s rutinně odebraným měřením saturace krve. Během operace je nutná pulzní oxymetrie. Tento přídavek zaznamená hodnoty získané při běžné péči. Pokud existují rozdíly mezi značkami nebo typy senzorů, mohou být tyto výsledky hlášeny.

   4. Srdeční výdej bude měřen ledovou termodilucí a impedanční kardiografií. Veškerý personál zapojený do studie chápe, že léčba pacienta bude prováděna pouze pomocí měření srdečního výdeje odvozeného z termodiluce. Měření endotracheálního srdečního výdeje ECOM jsou pouze pro výzkumné účely a nebudou použita při léčbě pacienta.

   5. ECOM Impedanční kardiografie bude měřena na JIP, když se budou provádět rutinní termodiluční měření srdečního výdeje. Měření endotracheální impedance (ECOM) bude pokračovat až do tracheální extubace. Korelace s termodilučními měřeními bude zastavena po odstranění endotracheální trubice nebo termodilučního katétru (rutinně po operaci 0).

   6. S pacientem bude proveden pohovor a lékařské záznamy budou přezkoumány na případné nepříznivé výsledky studie. Pohovory budou probíhat před propuštěním z nemocnice, jeden měsíc po propuštění a poté každý rok.

   7. Studii provede výzkumný tým a shromáždí údaje.

   2) Čas: Studie bude provedena během operace a pobytu na JIP. Operace by neměla zdržet více než 5 minut. Umístění elektrodových záplat je rychlé. Endotracheální elektrody jsou připojeny k endotracheální trubici a umístění trubice je rutinní. Záznam srdečních výdejů a údajů o impedanci nezdrží operaci. Umístění a vyjmutí aortální průtokové sondy je rychlé, ale může oddálit operaci o několik minut. Údaje shromážděné na JIP budou pouze korelace mezi termodilucí a údaji o impedanci, protože mimo operační sál nelze shromažďovat žádné údaje o době přepravy. Údaje z JIP nezdrží JIP ani propuštění z nemocnice.

   3) Místo studie: Všechny studie budou prováděny na VAMC buď na operačních sálech nebo na JIP.

7. Rizika/nepohodlí

   1. Další EKG elektrodové náplasti představují minimální riziko. Všechny obvody budou mít elektrickou izolaci a budou schváleny biomedicínským inženýrstvím, aby se zabránilo zemním smyčkám a svodovým proudům. Vždy existuje možnost popálení nebo úrazu elektrickým proudem, ale ty jsou vzácné.
   2. Endotracheální trubice bude mít sedm plastových elektrod dopovaných stříbrem. Kromě elektrických rizik existuje možnost poranění tracheální sliznice elektrodami. Elektrody jsou biokompatibilní, lékařsky schválený, plast dopovaný stříbrem. Jsou hladké a neměly by představovat riziko pro sliznici průdušnice. Všechny endotracheální kanyly budou po výrobě sterilizovány.
   3. Měření pulzní oxymetrie budou zaznamenávána. Během operace je nutné měření pulzní oxymetrie. Nepřidávají žádné další riziko.
   4. Srdeční výdej bude měřen ledovou termodilucí a impedanční kardiografií každých deset minut během operace. Vzorky se získají v objemu 10 cm3 ledového fyziologického roztoku. Pětihodinový provoz by měl celkový objem 800 cm3 tekutiny. V případě srdečních případů pacientům běžně podáváme 1000 cm3 fyziologického roztoku, takže pouze omezíme rutinní podávání tekutin, abychom zohlednili tento extra objem z měření srdečního výdeje. Ledový injektát nemá žádný vliv na teplotu pacienta, protože aktivní zahřívání pacienta pokračuje po celou dobu studie.
   5. Impedanční kardiografická měření budou vysokofrekvenční (100 Khz), nízkoproudá (4 mA), se vstupní impedancí 1 mOhm. Všechny obvody budou elektricky izolované a schválené biomedicínským inženýrstvím. Vždy existuje riziko popálení nebo šoku, ale ty jsou vzácné.

   Nedochází k žádnému rušení jiných elektrických zařízení na pacientovi (např. EKG, kardiostimulátor atd.), ani k vnímání nízkého výstupního proudu pacientem. Impedanční kardiografické přístroje se používají více než 30 let. Jsou plně schváleny FDA a některé jsou komerčně dostupné pro klinické použití.

   6. Rozhovor s pacientem a kontrola lékařských záznamů zvýší bezpečnost pacienta tím, že odhalí problémy způsobené studií.

8. Léčba a kompenzace zranění: Tato studie přináší pro pacienta minimální rizika. Pokud došlo ke zranění ze studie, bude k dispozici léčba. Pokud má pacient nárok na dávky pro veterány, náklady na takovou léčbu uhradí ministerstvo pro záležitosti veteránů. Pokud ne, náklady na takovou léčbu může v závislosti na řadě faktorů uhradit ministerstvo pro záležitosti veteránů nebo Kalifornská univerzita. Ministerstvo pro záležitosti veteránů a univerzita běžně neposkytují žádnou jinou formu odškodnění za zranění. Pro další informace o tom může pacient zavolat V.A. Okresní rada na čísle (415) 750-2288 nebo kancelář výboru UCSF pro lidský výzkum na čísle (415) 476-1814.
9. Alternativy: Souhlas nebo odmítnutí účasti ve studii nebude mít žádný vliv na pacientovu péči, typ péče nebo přístup k péči.

Informovaný souhlas: Informovaný písemný souhlas je třeba získat od každého subjektu studie před zahájením jakýchkoli postupů souvisejících se studií. Úplné zveřejnění povahy studie má být provedeno v souladu s pokyny popsanými v Kodexu federálních předpisů (21CFR 50.20).

Odstoupení: Pacient se může rozhodnout, že bude ze studie nebo bude odvolán z jakéhokoli důvodu, včetně:

A. Odmítnutí pacienta dále se účastnit; b. Odmítnutí lékaře umožnit účast pacienta. j. Náklady subjektu: Žádné náklady subjektu nebudou. Náklady na všechna testování související se studií uhradí společnost Conmed.

k. Úhrada předmětů: Žádná nebude poskytnuta.

l. Důvěrnost záznamů: Všechny záznamy budou důvěrné. Všechna data budou analyzována pouze podle číselného kódu. Čísla kódů budou uchovávána ve VAMC pod kontrolou hlavního výzkumníka. Žádné zprávy nebudou obsahovat identifikátory pacientů.

5. Kvalifikace vyšetřovatelů: Dr. Arthur Wallace, M.D., Ph.D. od roku 1978 provádí lékařský výzkum včetně klinických studií na velkých zvířatech, na lidech a fyziologických měření u lidí. Má titul Ph.D. v biomedicínském inženýrství a absolvoval lékařskou stáž, anesteziologický pobyt a stáž v srdeční anesteziologii. Od roku 1992 je členem fakulty anesteziologie na UCSF a během této doby byl PI v několika klinických studiích u vysoce rizikových pacientů včetně Afterload, Warm Cardioplegie, Atenolol, Clonidin, EDRF Intraop, L-ARG, AVD Study, PCRRT a Aneurysm Trials. Dr. Wallace pracuje s impedančními zařízeními od roku 1991 a od jejich založení v roce 1996 je hlavním vědeckým poradcem projektů ECOM. Byl zodpovědný za design trubek, vývoj algoritmů, elektronický design, experimenty in vivo, stejně jako pokusy na zvířatech a lidech.