Účinky nosní kanyly s vysokým průtokem na snížení mrtvého prostoru a regionální distribuci ventilace (HFNC)

Pozadí a význam Historicky byly kyslíkové nosní kanyly používány u hypoxemických pacientů jako terapie ke zvýšení arteriální oxygenace. V neonatální komunitě byly průtoky kyslíku >2 l/min a > 4 l/min u pediatrických pacientů používány jen zřídka kvůli možnosti nadměrného vysychání nosní sliznice a riziku rozvoje hypotermie. Spekulovalo se, že větší dětští a dospělí pacienti jsou schopni lépe tolerovat průtoky přesahující 4 l/min, protože velký povrch nosní sliznice může podporovat hydrataci suchých plynů lékařské kvality. Léčba vysokoprůtokovou nosní kanylou (HFNC) je formou podpory dýchání, která poskytuje průtoky, o kterých se předpokládá, že překračují spontánní inspirační a výdechové průtoky pacienta. V posledním desetiletí byla do klinického prostředí zavedena proliferace zařízení s vyhřívanou a zvlhčovanou nosní kanylou s vysokým průtokem (HFNC). Tato zařízení jsou určena k zajištění optimálního ohřevu a zvlhčování medicinálních plynů bez ohledu na nastavení průtoku. V případě novorozenců, kteří byli převládající populací pacientů užívajících HFNC, jasně neexistuje shoda na tom, které toky jsou v této populaci "vysoké". Jestliže "vysoký" znamená průtok, který překračuje spontánní inspirační průtok, pak neexistuje žádné rozumné klinické měření, které by tento vztah zjistilo. Skutečná definice HFNC tedy zůstává nepolapitelným pojmem a náš protokol doufá, že toto téma vnese trochu světla.

Naše prospektivní randomizovaná studie účinků 3 různých průtokových rychlostí kyslíku nazální kanylou (nízká, střední a vysoká) na dechovou frekvenci, SPO2, transkutánní CO2 a regionální distribuci ventilace měřená EIT pomůže lékařům definovat rozsah průtoků HFNC. ve kterém k vymývání mrtvého prostoru dochází bez pozitivního distenčního tlaku (nízký rozsah) a ve kterém k vymývání mrtvého prostoru dochází s pozitivním tlakem, který vytváří regionální rozložení ventilačních změn.

C. Předběžné studie Jeden neonatální zdroj definuje HFNC jako průtoky > 1 l/min a jiný definuje průtoky > 3 l/min jako HFNC.1 Klasifikace je dále komplikovaná u větších dětských a dospělých pacientů, kde byly hlášeny nadměrné průtoky během HFNC z těch, které se tradičně používají se standardní nosní kanylou ~ 6 l/min) a až 30–40 l/min.2 S technologickou schopností poskytovat lepší teplo a vlhkost lékaři zjistili, že HFNC může být schopen podporovat větší část pacientů, kteří by jinak vyžadovali kontinuální pozitivní tlak v dýchacích cestách (CPAP), neinvazivní ventilaci (NIV) nebo invazivní mechanickou ventilaci. Existuje několik navrhovaných mechanismů, pomocí kterých může HFNC poskytovat větší pomoc při dýchání než standardní zařízení pro dodávání kyslíku.

Průtoky, které překračují rychlost výdechového průtoku, mohou způsobit "protitlak" v otvoru nosních dýchacích cest během výdechu, který je podobný nosnímu CPAP. Kromě toho mohou plyny zajistit fyziologické vyprázdnění oxidu uhličitého z anatomického mrtvého prostoru prostřednictvím anatomického úniku (nazální/orální dýchací cesty). Tyto účinky se pravděpodobně budou lišit v závislosti na průtoku, minutové ventilaci, velikosti pacienta, netěsnosti a vztahu mezi otvorem nosních dýchacích cest a velikostí hrotu. V současné době existují tři systémy HFNC schválené FDA. Klinické přijetí souvisí se skutečností, že HFNC je levnější, jednodušší na provoz a vyžaduje méně komplikované rozhraní dýchacích cest než standardní zařízení CPAP nebo NIV. Další navrhovanou výhodou je, že hroty HFNC jsou obecně méně okluzivní a mohou způsobit menší poranění nosních dýchacích cest než hroty CPAP nebo maska ​​BiPAP. Široké přijetí a použití tohoto přístupu bylo implementováno s velmi malým množstvím experimentálních dat na podporu nastavení průtoku HFNC jako bezpečné a účinné možnosti u všech pacientů s hypoxickým respiračním selháním.

Elektrická impedanční tomografie (EIT) Elektrická impedanční tomografie využívá změny impedance v prostorech naplněných vzduchem oproti prostorům naplněným tkání k charakterizaci a kvantifikaci regionální distribuce objemu plic u lůžka. Tato technologie byla ověřena na zvířatech3 a lidech4, 5 studií provedených za posledních deset let v Boston Children's Hospital. Technologie využívá sérii 16 elektrod umístěných přes hrudník pacienta (obrázek 1). Když mezi elektrodami procházejí malé proudy, měří se impedance mezi a mezi sérií. Prostřednictvím složitého dotazování a manipulace s těmito hodnotami impedance se vytvoří dvourozměrný obraz (obrázek 2), u kterého bylo prokázáno, že koreluje s klinickými a radiografickými změnami u pacientů4. Schopnost odhadnout objem plic a regionální distribuci plynu neinvazivně a v reálném čase nám může poskytnout představu o tom, který způsob ventilace je účinnější.

Fyziologické účinky a bezpečnost HFNC Existuje několik navrhovaných fyziologických mechanismů, pomocí kterých se předpokládá, že HFNC je účinný. Ty zahrnují: 1) propláchnutí mrtvého prostoru horních dýchacích cest CO2, což umožňuje lepší výměnu alveolárních plynů; 2) zajištění průtoku adekvátního k podpoře inspirace, čímž se sníží inspirační práce při dýchání; 3) zlepšení mechaniky plic a dýchacích cest odstraněním účinků vysoušení/chlazení; 4) snížení nebo odstranění metabolických nákladů na úpravu plynu; a 5) poskytnutí pozitivního exspiračního distenčního tlaku. Zatímco tyto proměnné byly měřeny buď u zvířat, nebo u lidí, krátkodobé studie zahrnovaly pouze malý počet subjektů a nebyly speciálně navrženy tak, aby řešily bezpečnost HFNC.

Hasan et al pozorovali účinky tlaku generovaného na statickém modelu plic novorozence pomocí dvou komerčně dostupných HFNC zařízení s průtoky mezi 0-12 l/min a při různých nastaveních úniku.6 Prokázali na modelu nosu, kde byl únik minimalizován (ústa zavřená), že systematický nárůst simulovaných tracheálních tlaků byl úměrný zvýšeným průtokům. Naměřené tlaky v dýchacích cestách byly podobné tlakům uváděným u nazálního CPAP (~5-6 cmH2O při průtokech ~6-8 l/min).

Frizzola a kolegové měřili tracheální tlaky a výměnu plynů u 13 novorozeneckých selat s poraněním plic podporovaných N-CPAP a HFNC za podmínek vysokého a nízkého úniku.7 Hlavním zjištěním této studie bylo, že HFNC tracheální tlaky byly srovnatelné s CPAP tlaky při stejném průtokovém rozsahu a vymytí nasofaryngeálního mrtvého prostoru je spojeno se zlepšenou ventilací a oxygenací nezávisle na samotném tracheálním tlaku během HFNC.

Řada krátkodobých studií hodnotila velikost distenčního tlaku v plicích u malé skupiny kojenců. Sreenan et al zjistili, že podobné koncové exspirační pleurální tlaky by mohly být udržovány mezi standardní nosní kanylou pro dodávání kyslíku (1-2,5 l/min) a N-CPAP ve skupině 40 předčasně narozených dětí bez rozdílů v desaturacích, bradykardii a apnoe. 8 Tento tlak však bude pravděpodobně velmi proměnlivý v důsledku netěsnosti a vztahu velikosti dýchacích cest/kanyly. Lampland pozoroval podobné pleurální tlaky na konci výdechu mezi HFNC (2-6 l/min) a N-CPAP 6 cm H2O u nedonošených novorozenců.9 Nedávná Cochranova metaanalýza hodnotila prospektivní, randomizované kontrolované studie, které byly omezeny na populaci předčasně narozených dětí.1 Primárním cílem této metaanalýzy bylo určit bezpečnost a účinnost HFNC. Při použití jako primární respirační podpora po narození jedna studie zjistila podobnou míru selhání léčby u kojenců léčených HFNC (5-6 l/min) a nosní CPAP.10 Po extubaci jedna studie zjistila, že kojenci léčení HFNC (1,8 l/min) měli významně větší potřebu reintubace než ti, kteří byli léčeni nazálním CPAP.11 Další studie zjistila podobné rychlosti reintubace pro zvlhčený a nezvlhčený HFNC (~ 2-3 l/min)12 a čtvrtá studie nezjistila žádný rozdíl mezi dvěma různými modely zařízení používaných k dodávání zvlhčeného HFNC (6 l/min).13 Do těchto studií bylo zařazeno málo pacientů a ve dvou studiích (Woodhead, Miller) byly použity špatné metodologické přístupy. V jedné studii byl zápis krátce zastaven kvůli infekcím souvisejícím s používaným zařízením HFNC.10 Na základě těchto zjištění neexistují dostatečné důkazy pro stanovení bezpečnosti nebo účinnosti HFNC v rozsahu běžně používaných průtoků a jako formy podpory dýchání u předčasně narozených dětí. Tyto údaje také ukazují, že při použití po extubaci může být HFNC spojeno s vyšší mírou reintubace než nazální CPAP.14 Nebyly provedeny žádné studie hodnotící bezpečnost a účinnost u větších kojenců a jiných pediatrických pacientů. Navzdory nedostatku podpůrných důkazů se HFNC stále zavádí na mnoha dětských jednotkách intenzivní péče (PICU) s průtoky ≥ 20 l/min a bylo provedeno několik studií u dospělých s použitím těchto vysokých průtoků během HFNC. Je tedy obtížné extrapolovat tato zjištění k podpoře používání podobných toků u dětí. Je zřejmé, že HFNC může poskytnout některé ze stejných klinických přínosů jako CPAP nebo dokonce NIV s méně komplikovaným nazálním rozhraním dýchacích cest nebo naso-orálním rozhraním. Zatímco nosní CPAP slouží jako prostřední forma podpory mezi oxygenoterapií a invazivní ventilací u novorozenců, u větších pediatrů a dospělých je běžnější podpora dvouúrovňovou NIV jako alternativou k invazivní ventilaci. Existují přesvědčivé údaje, které také podporují použití NIV u novorozenecké populace ke zvýšení ventilačních účinků nazálního CPAP. HFNC nejenže poskytuje základní tlak podobný CPAP, ale také zvyšuje alveolární ventilaci na úroveň, která může být podobná NIV.

D. Design a metody

1. Studovat design

   A. V prospektivní, randomizované studii tří různých průtoků HFNC budeme hodnotit výsledek regionální distribuce EIT, transkutánního CO2 a respirační frekvence.

2. Výběr pacientů a kritéria pro zařazení/vyloučení

   A. Kritéria pro zařazení i. Všichni pacienti, kteří dostávají HFNC pro hypoxii ii. Věk: 1 den (> 38 týdnů novorozence GA nebo starší) do 17 let. b. Kritéria vyloučení i. Pacienti, kteří mají vrozené srdeční vady. ii. Pacient, o kterém se lékařský tým domnívá, že může vyžadovat naléhavou eskalaci neinvazivní terapie nebo bezprostřední intubaci.

   iii. Pacienti, kteří jsou na FIO2 > 0,6 na nejvyšší hladině průtoku nabízené v rámci studie.

   iv. Pacienti s oslabenou imunitou a/nebo stavem po transplantaci kostní dřeně v. Pacienti s vazoaktivní podporou k udržení krevního tlaku nebo srdeční frekvence vi. Pacienti se známou anomálií dýchacích cest, např. Pierre-Robin, tracheomalacie. vii. Pacientky mladší než 38 týdnů gestačního věku viii. Pacienti vážící méně než 3 kilogramy ix. Pokud pásek/elektrody EIT nelze správně umístit na hrudník z důvodu omezení velikosti/hmotnosti x. Pokud se lékařský tým domnívá, že pacient není vhodný pro zařazení do studie na základě zdravotních, sociálních nebo emocionálních obav

3. Popis studijní léčby nebo expozice/prediktory Po informovaném souhlasu budou pacienti, kteří jsou objednáni k léčbě HFNC, randomizováni do eskalujících průtoků (od nízkých k vysokým) nebo deeskalujících (z vysokých na nízké) každou hodinu a poté se vrátí k předchozímu nastavení průtoku. Podle věku budou umístěny na tři různá nastavení průtoku po dobu 1 hodiny, jak je uvedeno v tabulce 1, s vnějším průměrem nosní kanyly ne větším než 50 % vnitřního průměru narisu. Tabulka 1 byla vyvinuta na základě tří známých dechových objemů 4, 6 a 8 ml/kg s 33% inspirační dobou a nejvyšší normální dechovou frekvencí. Měření SPO2, EIT, TCM CO2 a frekvence dýchání budou zaznamenávána každých 15 minut. FIO2 bude upraveno tak, aby udrželo SPO2 90-95%.

   Transkutánní CO2 (TCM) (Sentec) bude umístěn 30 minut před randomizací, aby se umožnila rovnováha s povrchem kůže. TCM umístíme na levou horní část hrudníku u pacientů s hmotností nižší než 15 kg a ušní lalůček u pacientů s hmotností > 15 kg. Zařízení je schváleno FDA a zahřívá pokožku, aby umožnila difúzi CO2 přes membránu pokožky a senzoru. Toto zařízení nám umožní vyvinout modifikovaný ventilační index.

   Měření EIT - Měření EIT se provedou před randomizací a 1 hodinu po každé ze tří změn rozsahu průtoku. To zahrnuje umístění pásku 16 elektrod kolem hrudníku pacienta, těsně pod linii bradavky.

   Pulzní oxymetrie a kooxymetrie - SpO2, poměr S/F (poměr SpO2 k FIO2), SpHb (neinvazivní HGB) a SpOC (obsah kyslíku) budou monitorovány nepřetržitě po dobu 3 hodin. Průměrný SpO2, poměr S/F a SpOC se vypočítá ze streamovaných dat shromážděných Masimo RAD-7 přes přenosný počítač. Desaturace budou definovány jako SpO2 < 85 % a hlášeny. K provedení těchto funkcí bude použit Excel. Jednorázová sonda SPO2 schválená FDA bude pacientovi aplikována na prst, palec nebo palec na noze.

4. Definice primárních a sekundárních výstupů/koncových bodů a. Primární i. Oxygenace 1. Vyšší SPO2 na nižší FIO2 (poměr S/F) 2. SpOC a frekvence desaturací ii. Ventilace 1. Nižší dechová frekvence 2. Nižší TCM CO2 b. Sekundární i. Rozdíl regionální distribuce měřený pomocí EIT 1. Primárními analyzovanými daty bude plocha a poměr horní k dolní části. 2. Bude porovnána regionální náplň plic.
5. Metody sběru dat, hodnocení, zásahy a harmonogram (jaká hodnocení byla prováděna, jak často) Data budou průběžně zaznamenávána na počítači každého zařízení (Draeger EIT, Sentec TCM, Masimo SPO2). Data budou stažena buď pomocí USB disku nebo PCMC karty a sloučena do jedné excelové tabulky pro analýzu. Data budou ručně zaznamenávána každých 15 minut po celé 3 hodiny.
6. Časová osa studia a. Viz obrázek tři.

E. Kritéria nežádoucích příhod a postupy hlášení Vzhledem k tomu, že se jedná o pilotní studii, výzkumný pracovník posoudí každou významnou nežádoucí příhodu. Následující komplikace budou monitorovány, ale pouze závažné komplikace budou hlášeny IRB. Mezi méně závažné příhody patří: bradykardie (10 % pod výchozí hodnotou), zvýšení dechové frekvence > 20 %, zvýšení TCpCO2 o 10 mmHg, zvýšení FIO2 > 0,3, hypoventilace (zadržení dechu delší než 15 sekund) a desaturace (

Hlavní události, které zastaví studii a budou okamžitě hlášeny IRB, jsou:

• Desaturace < 80 % (průběžně monitorováno pulzní oxymetrií) po dobu delší než 1 minuta.
• Bradykardie < 60 BPM Všechny větší a menší události budou monitorovány a hlášeny PI koordinátorem klinického výzkumu.

F. Metody správy dat Po zadání bude každému pacientovi přiděleno jedinečné číslo, které nebude propojeno s jeho zdravotním záznamem pro účely sledování pacienta. Toto číslo bude zadáno na soukromě vlastněnou BCH, heslem chráněnou výzkumnou jednotku přístupnou pouze pracovníkům studie BCH.

Během doby sběru dat (3 hodiny) bude u lůžka uložena tabulka pro každý datový bod, který se má zadat ručně.

G. Způsob kontroly kvality Kvalitu přenosu dat zajistí druhý zkoušející, který potvrdí manuální a elektronická data. Software SPSS pomůže analyzovat data a zajistit integritu dat vytvořením upozornění na nevyplněná pole a také na neočekávané nebo možná chybně zadané výsledky.

H. Plán analýzy dat Budeme uvažovat, že >10% rozdíly v dechové frekvenci mezi nastavením průtoku jsou považovány za významné. Za významný budeme považovat > 20% rozdíl v TCM CO2 a SPO2.

Údaje EIT: Systémem zobrazování plic je Dräger EIT Pulmovista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Německo). Šestnáct koplanárních elektrod bude umístěno ekvidistantně kolem hrudníku na úrovni parasternálního šestého mezižeberního prostoru. Referenční elektroda bude umístěna na pravé straně břicha v blízkosti pasu. Elektrody č. 1 a č. 16 jsou symetricky umístěny vlevo a vpravo od hrudní kosti, takže elektrody č. 8 a č. 9 obkročují páteř. Tato konfigurace vede k příčným obrazům v radiologické konvenci, kaudálním až kraniálním, podobně jako skenování koček. Rekonstrukce plicního obrazu bude provedena podle Grazského konsenzu pro elektrickou impedanční tomografii (GREIT) (15) za použití softwaru Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction Software (16). Jednoduše řečeno, myšlenkou je pozorovat jakékoli posuny ve středu ventilace posouzením poměru ventrálních a dorzálních změn impedance ( ) během každé části studie. Změny impedance ukazují, jak jsou plíce otevřené nebo zavřené. Tento přístup byl již dříve podrobně popsán naší výzkumnou skupinou (17).

I. Statistická síla a úvahy o vzorku Analýza výkonu ukazuje na základě opakovaných měření tří různých průtoků na pacienta, že pro velikost účinku 0,2, alfa 0,05 a sílu 0,8 je zapotřebí 35 pacientů (7 na věkovou kategorii). Rozdíly ve středních hodnotách oxygenace (poměr SPO2 a S/F), ventilace (TCM CO2) a EIT (poměr U/L) mezi každou léčebnou skupinou budou porovnány každou hodinu během tříhodinového testovacího období po randomizaci pomocí ANOVA s Tukey post -hoc test.

J. Organizace studie Pilotní studie jedné instituce.