Effektivitet og sikkerhed af en lungerekrutteringsprotokol hos børn med akut lungeskade (Recruitment)

I. Introduktion A. Baggrund Lungeenheder, der deltager i gasudveksling, er kendt som 'rekrutteret' lunge. Patienter med lungeskade lider af en del af enheder, som ikke deltager i gasudveksling (dvs. den derrekrutterede tilstand), hvilket til tider resulterer i svækket gasudveksling. Derekruttering af alveoler kan også forårsage intrapulmonal shunting og forværre lungeskade gennem atelectotrauma7. Resultaterne ved akut respiratorisk distress-syndrom er forbedret betydeligt. Er dette virkelig sandt? siden klinikere er begyndt at anvende lungebeskyttelsesstrategier, herunder lavtidalvolumenventilation og permissiv hyperkapnø8, 9. Det er imidlertid blevet erkendt, at ventilation med lavt tidevandsvolumen reducerer rekrutteret lungevolumen, et fænomen, der fortsætter på trods af den aggressive positive ende-ekspiratoriske tryk (PEEP) strategi, der anvendes i ARDSNet-studier4. Atelektase forbundet med lav-tidal volumenventilation afhjælpes ved brug af såkaldte tegnåndinger eller rekrutteringsåndinger10. Yderligere kan andelen af ​​lunger, der forbliver i den derekrutterede tilstand, bidrage til morbiditeten og dødeligheden forbundet med akut respiratorisk distress syndrom (ARDS)11. Hos voksne er flere strategier blevet brugt til at rekruttere lungen: vedvarende inflation (SI) og den maksimale rekrutteringsstrategi. Den såkaldte åbne lungetilgang (OLA) inkluderer en SI efterfulgt af indstillingen af ​​PEEP til det målte nedre bøjningspunkt for PV-kurven. En alternativ tilgang til indstilling af PEEP er en dekrementel PEEP-titrering, som inkluderer den sekventielle sænkning af PEEP, indtil der forekommer en forudbestemt reduktion i PaO2 eller SaO2. Undersøgelser, som ikke har inkluderet en strategi for at opretholde lungerekruttering efter en rekrutteringsmanøvre, er alle blevet undersøgt.

Virkningen af ​​lungerekruttering i det langsigtede forløb af ARDS er endnu ikke klarlagt. Det er klart, at lungerekruttering er mest effektiv tidligere i løbet af ALI/ARDS. Grasso et al påviste, at patienter, der modtog en rekrutteringsmanøvre på dag 1±0,3 af ARDS, kunne rekrutteres, versus patienter rekrutteret på dag 7±1. Tilsvarende fandt Gattinoni et al11 og Crotti et al5 begrænset rekruttering hos patienter, der var godt på vej i løbet af ARDS. Borges et al,6 Tugrul et al,12 og Girgis et al rekrutterede alle patienter tidligt i forløbet af ARDS, og hver fandt markant lungerekruttering i gennemsnit hos alle de undersøgte patienter. Hver af disse undersøgte demonstrerede en evne til at forbedre iltmætninger og (nogle gange undersøgt) endeekspiratorisk lungevolumen. Selvom ingen undersøgelse har undersøgt effekten af ​​denne ændring på morbiditet eller dødelighed, er hypoxæmi kendt for at være en almindelig årsag til sygelighed hos børn. Det er vigtigt hos børn, at behandling af hypoxi ofte driver eskalerende ventilatorindstillinger, brugen af ​​højfrekvent oscillerende ventilation (HFOV) eller brugen af ​​ekstrakorporal membraniltning (ECMO). Tidlig rekruttering hos børn med ALI/ARDS kan forhindre behovet for eskalering af pleje mod disse mere invasive og risikofyldte terapier.

I øjeblikket er der ingen retningslinjer for klinisk praksis eller standard for pleje vedrørende lungerekrutteringsstrategier for børn med lungeskade. Til dato er der ikke udført undersøgelser af børn, der dokumenterer effektiviteten eller sikkerheden af ​​nogen af ​​de strategier, der anvendes på intensiv pleje. Det primære formål med denne undersøgelse er at demonstrere effektiviteten og sikkerheden af ​​vedvarende inflation og maksimal rekrutteringsmanøvre hos børn med lungeskade.

B. Lungerekrutteringsmanøvrer

1. Vedvarende inflation (SI) Vedvarende inflation (SI) bruges almindeligvis på intensivafdelingen som en rekrutteringsmanøvre. Ved SI gives patienten et forlænget positivt tryk åndedræt (normalt mellem 30 og 45 cm H2O), der varer mellem 15 og 40 sekunder. Klinisk udføres denne manøvre efter en derekruttering, såsom sugning, eller når patienten udviser hypoxæmi. Denne strategi anvendes i øjeblikket på Children's Hospital Boston Medical-Surgical Intensive Care Unit hos nogle patienter med lungeskade, selvom der ikke er offentliggjorte beviser for dens sikkerhed eller virkning hos børn. Kunne vi sætte de 3 SI undersøgelser i for tidligt fødte børn, der bruger 20-40 cmH20 efterfulgt af CPAP? 1 var et kaninstudie. De undersøgelser, der er beskrevet nedenfor, vedrører vedvarende inflationsrekruttering.

   1. Tugrul, et al12 undersøgte effekten af ​​SI hos 24 voksne med ARDS. SI inkluderede 45 cm H2O i 30 sekunder, efterfulgt af en dekrementel PEEP-titrering fra 20 cm H2O og ned, titrering til mætninger. P/F-ratio steg >200 hos 11/24 patienter, hvilket varede ved 6 timer efter manøvre hos 9/24 patienter. Barotraume blev ikke observeret hos nogen patienter.
   2. Richard et al undersøgte4 effekten af ​​SI (45 cm H2O i 15 sekunder) hos 10 voksne med ARDS ventileret med en lav-tidalvolumenstrategi. Manøvren inducerede en signifikant stigning i rekrutterede lungevolumener (175±108 ml før manøvre versus 254±137 ml efter manøvre). Denne forbedring var forbundet med en stigning i arteriel iltmætning. Der var ingen rapportering om bæredygtighed af rekruttering eller om negative virkninger.
   3. Lapinski, et al13 undersøgte sikkerheden og effektiviteten af ​​SI-manøvren hos 14 voksne med ARDS. Det anvendte tryk i manøvren var det mindste af 45 cm H2O eller plateautrykket brugt i 12 ml/kg tidalvolumen vejrtrækninger; manøvren blev holdt i 20 sekunder. Iltmætninger steg fra 86,9 ± 5,5 til 94,3 ± 2,3 % med 10 minutter, hvilket blev opretholdt ved 4 timer hos 10/14 patienter. De fire, i hvem mætninger faldt, havde PEEP-niveauer under 10 cm H2O. Det systoliske blodtryk faldt i løbet af 20 sekunders oppustning hos nogle patienter, en gennemsnitlig ændring på 6,9 mm Hg, som vendte hurtigt efter frigivelse af manøvren hos alle patienter. Intet barotraume blev noteret hos nogen patient ved 24 timers opfølgning.
   4. Pelosi, et al10 undersøgte effekten af ​​tre på hinanden følgende 'suk' vejrtrækninger (én med plateautryk på 45 cm H2O, men af ​​normal varighed) hos 10 voksne med ARDS. Efter 1 time med 3 suk vejrtrækninger i minuttet steg endeekspiratorisk lungevolumen (målt ved He-fortynding) fra 1,49±0,58 til 1,91±0,67 L, og en stigning i PaO2 fra 92,8±18,6 til 137,6±23,9 mm Hg, sammenlignet med de samme ventilatorindstillinger uden sukvejr. Lungeelastance og ventilation steg også. Ingen negative virkninger blev noteret.
   5. Toth et al undersøgte de hjerte- og åndedrætsændringer, der forekommer i SI (40 cm H2O i 40 sekunder) hos 18 voksne med ARDS. PaO2 steg fra præ-rekruttering manøvre til at følge opfølgningsperioden på 60 minutter (203±108 vs. 322±101 mm Hg, p < 0,001). Hjerteindeks (CI) og intrathorax blodvolumen (ITBV) faldt efter rekrutteringsmanøvren (CI, 3,90±1,04) vs. 3,62±0,91 L/min/m2, p < 0,05; ITBVI, 832±205 vs. 795±188 ml/m2, p < 0,05). Der var ingen sammenhæng med CI og middelarterielt tryk, og der forekom ingen signifikante ændringer i middelarterielt blodtryk.
   6. I den måske største undersøgelse af vedvarende inflation i den beskyttende ventilationsæra, undersøgte Meade, et al14 983 voksne med ARDS ved at bruge lungebeskyttelsesstrategier (tidevandsvolumener 6 ml/kg) i begge grupper. Forsøgsgruppen benyttede SI rekrutteringsmanøvrer (40 cm H2O i 40 sekunder), højere niveauer af PEEP (14,6±3,4 i den såkaldte 'lunge åben ventilation'-gruppe versus 9,8±2,7 i kontrolgruppen) og højere plateautryk ( 30,2±6,3 versus 24,9±5,1 cm H2O) end kontrolgruppen, som ikke benyttede rekrutteringsmanøvrer. Selvom der ikke var nogen forskel i dødelighed af alle årsager, havde forsøgsgruppen lavere forekomster af refraktær hypoxæmi (4,6 % vs 10,2 %; RR, 0,54), død med refraktær hypoxæmi (4,2 % vs 8,9 %; RR, 0,56) og mindre hyppig brug af eskalerede terapier (defineret som højfrekvent ventilation, inhaleret nitrogenoxid, jetventilation eller ekstrakorporal støtte) (5,1 % mod 9,3 %; RR, 0,6). Dette giver troværdighed til ideen om, at effektiv rekruttering af børn tidligt i akut lungeskade kan afværge eskalering af terapi og nedsætte dødeligheden på grund af alvorlig hypoxi.

2. Pressure control ventilation (PCV) rekrutteringsmanøvre I modsætning til en SI er ventilerende patienter med øget plateautryk og øget PEEP-niveau også blevet brugt som rekrutteringsmanøvre. I dette tilfælde placeres patienten midlertidigt på højere ventilatortryk, end der ellers ville blive brugt til at ventilere en patient. En kombination af PEEP og plateautryk hjælper med at rekruttere atelektatiske alveoler. Trykreguleringsventilation er den foretrukne metode hos sådanne patienter, fordi plateautrykket i den er indstillet og derfor holdt konstant (i modsætning til volumenstyret ventilation). Dermed afgives et kendt plateautryk (som deltager i lungerekruttering). Følgende er de fremtrædende undersøgelser, der anvender en PCV rekrutteringsmanøvre. ? Athanasios "TLC-manøvre" hos bedøvede børn? Lille undersøgelse til behandling af intraoperativ atelektise.

   1. Borges, Amato, et al6 har udført den mest overbevisende og komplette undersøgelse af den maksimale rekrutteringsmanøvre til dato. I den undersøgte de 26 voksne tidligt i forløbet af ARDS ved at sammenligne den åbne lungetilgang (inklusive SI på 40 cm H2O i 40 sekunder, efterfulgt af PEEP sat til Pflex + 2 cm H2O, beskrevet nedenfor) med den maksimale rekrutteringsstrategi, udført i rækkefølge. Maksimal rekruttering blev defineret som en PaO2 plus PaCO2 over 400 mm Hg, hvilket indikerer minimal intrapulmonal shunting. Strategien inkluderede trykstyret ventilation på 15 cm H2O, med PEEP øget i intervaller på 5 cm H2O hvert 5. minut (maksimalt PEEP 45 cm H2O), indtil maksimal rekruttering var opnået. Maksimal rekruttering blev opnået hos 24/26 patienter, hvoraf to tredjedele blev opnået ved en PEEP på 30 cm H2O. Ved at bruge en PEEP-titrering til at opretholde lungerekruttering (se nedenfor), forblev PaO2 over 400 (fuldt rekrutteret lunger) hos alle patienter efter 6 timer. Proceduren blev tolereret hæmodynamisk hos alle patienter, og den langsigtede forekomst af barotraume hos undersøgelsespatienter (7,7 %) var lavere end den anerkendte forekomst i ARDSNet-studier (10-11 %)8.
   2. Crotti, et al5 undersøgte fem voksne med ALI/ARDS med varierende plauteautryk (10, 15, 20, 30, 35, 40, 45 cm H2O) og PEEP-niveauer (5, 10, 15, 20 cm H2O). End-inspiratorisk og end-ekspiratorisk thorax CT-billeddannelse blev opnået med hver kombination af plateautryk og PEEP. Procentdelen af ​​rekrutteret lunge (som bestemt radiografisk) steg på en næsten lineær måde med stigende plateautryk (figur 1). Den maksimale åbningsfrekvens forekom ved 20 cm H2O, hvilket tyder på, at plateautryk over 20 cm H2O ville være mest gavnligt ved lungerekruttering. Ingen målinger af gasudveksling eller uønskede hændelser blev undersøgt.
   3. Foti, et al15 sammenlignede ændringer i oxygenering og endeekspiratoriske lungevolumener ved stigende PEEP-niveauer med overlejret volumenkontrolleret ventilation versus en vedvarende inflationsmanøvre hos 15 voksne med ARDS. Selvom rekrutteringen var variabel (på grund af brugen af ​​VCV, deraf variable plateautryk), fandt han, at maksimal stigning i iltningen forekom ved høje vedvarende niveauer af PEEP (gennemsnitlig 16 cm H2O i 30 minutter) sammenlignet med 30 sekunders rekrutteringsmanøvrer og lave PEEP (gennemsnit af 9 cm H2O). PEEP/plateau-protokollen var ikke forbundet med nogen hæmodynamiske ændringer, som med den vedvarende inflationsmanøvre.
   4. Villagra, et al., undersøgte en rekrutteringsmanøvre, der brugte 2 minutters ventilation ved hjælp af trykstyret ventilation (PCV) hos 18 voksne med tidlig ARDS. For RM blev PEEP indstillet 3 cm H2O over det øvre bøjningspunkt af PV-kurven, og spidstrykket sat til 50. Det er vigtigt, at RM-spidstryk ikke afveg signifikant fra baseline-ventilation (43,6±7,6 før RM, 47±4,5 under RM og 42,8±7,1 cm H2O efter RM), selvom PEEP gjorde det (14±1,3) præ-RM vs 30±4,9 cm H2O). Efterforskerne fandt ikke en signifikant forskel i PaO2 efter rekrutteringsmanøvren (127±63 pre-RM, 162±108 under og 149±85 cm H2O post-RM). Denne konstatering indebærer flere vigtige fund vedrørende lungerekruttering. For det første repræsenterer spidstrykket en væsentlig determinant i lungerekruttering. Derimod var Borges et al i stand til fuldt ud at rekruttere alle 18 ARDS-patienter ved at bruge drivtryk, der adskilte sig væsentligt fra præ-RM i den maksimale rekrutteringsfase (50-60 cm H2O under rekruttering mod 30 cm H2O ved baseline). Yderligere var rekrutteringsmanøvren, der blev brugt her, kun 2 minutter, versus den trinvise titrering, som blev brugt af Borges, som varede 4 minutter i hver fase. Selvom det ikke er systematisk undersøgt, tyder manglen på signifikant forbedring i PaO2 efter-RM fundet i denne undersøgelse, at rekruttering ved hjælp af PCV kan være en funktion af tid og spidstryk, der anvendes i RM.
   5. Medoff,3 et al. præsenterede en enkelt patient med refraktær hypoxæmi. Ledelsen inkluderede gentagne vedvarende inflation med PEEP sat lige over Pflex baseret på PV-kurven. En rekrutteringsmanøvre omfattende 20 cm H2O PEEP og 40 cm H2O udspilningstryk i 2 minutter blev udført. Patienten udviste markant forbedring i oxygenering og næsten fuldstændig rekruttering af lungen ved CT-scanning (se figur 2).
   6. Mens alle de førnævnte undersøgelser opnåede vellykket rekruttering, undersøgte Gattinoni, et al11 68 voksne med sen ARDS (5±6 dages ventilation ved tilmelding), som ikke lykkedes med at rekruttere. Rekrutteringsmanøvrer omfattede trykstyret ventilation med spidstryk på 45 cm H2O, PEEP på 5 cm H2O og respirationsfrekvens på 10. PEEP-niveauer blev efterfølgende påført i tilfældig rækkefølge, mellem 5 og 15 cm H2O. Han fandt ud af, at undersøgelsespatienter kun havde 13±11% rekrutterbar lunge ved CT-scanning. Blandt alle patienter fandt han, at 24 % af lungevævet ikke kunne rekrutteres, selv ved luftvejstryk på 45 cm H2O. Ingen markører for gasudveksling blev målt.

Det er vigtigt at bemærke tre aspekter af denne undersøgelse, som sandsynligvis er ansvarlige for den alt for høje procentdel af ikke-rekruterbare lunger, i modsætning til den meget succesrige rekrutteringsstrategi skitseret af Borges, et al. Først undersøgte Borges patienter tidligt i ARDS-forløbet (median, 2 dage), mens Gattinoni studerede sen ARDS. For det andet brugte Borges spidstryk så højt som 60 cm H2O, mens Gattinoni brugte tryk op til 45 cm H2O. Endelig øvede Gattinoni ikke en PEEP-titrering, men sænkede PEEP til 5 cm H2O efter rekrutteringsmanøvrer. Gattinonis undersøgelse fremhæver således vigtigheden af ​​høje toptryk i lungerekruttering, af rekruttering tidligt i ARDS og af en dekrementel PEEP-titrering for at opretholde lungerekruttering.

C. Strategier til opretholdelse af rekruttering Anvendelsen af ​​positivt slutekspiratorisk tryk er kendt for at forhindre gentagne derekruttering-rekruttering stress på lungevæv. I en dyremodel for akut lungeskade viste Farias histologiske og biokemiske beviser for atelektotrauma afværges, når PEEP påføres efter lungerekruttering7. De to vigtigste strategier til at forhindre derekruttering efter en rekrutteringsmanøvre inkluderer den åbne lungetilgang og dekrementel PEEP-titrering.

1. Åben lungetilgang I den åbne lungetilgang er PEEP indstillet lige over det nedre bøjningspunkt (også kendt som Pflex) af patientens tryk-volumen-kurve. Dette forhindrer teoretisk, at PEEP falder under zonen med underudspænding.

   1. I en anden del af undersøgelsen nævnt ovenfor undersøgte Richard, et al4 også effekten af ​​at øge PEEP i forhold til den målte LIP (LIP + 4 cm H2O, ingen SI) sammenlignet med PEEP sat ved det nedre bøjningspunkt efter SI. Hos 10 voksne ventileret med lavtidalvolumenventilation var målte lungevolumener 175±108 ved PEEPLIP mod 332±91 ml ved PEEPLIP+4. Denne stigning var endnu mere bemærkelsesværdig hos patienter ventileret med høje tidalvolumener (10 ml/kg), hvilket viser rollen af ​​plateautryk (udover PEEP) i alveolær rekruttering (se figur 3).
   2. Amato, et al16 undersøgte virkningerne af en 'beskyttende ventilationsstrategi' hos 53 patienter med ARDS. Den beskyttende ventilationsgruppe modtog rekrutteringsmanøvrer via vedvarende oppustning (35-40 cm H2O i 40 sekunder) efterfulgt af PEEP sat til LIP + 2 cm H2O. Kontrolgruppen modtog en PEEP titreret til saturationer, ingen rekrutteringsmanøvrer. Den beskyttende ventilationsgruppe havde et dramatisk fald i 28 dages dødelighed af alle årsager (38 % vs. 71 %, p<0,001). Kontrolgruppen modtog dog også ventilation med højt tidalvolumen (12 ml/kg), som senere viste sig at være en signifikant determinant i ARDS-dødelighed.8 Derfor er bidraget fra RM og åben lungetilgang til den forbedrede dødelighed af denne undersøgelse, hvis nogen, vanskelig at konkludere.

2. Dekrementel PEEP-titrering I en dekrementel PEEP-titrering, efter en rekrutteringsmanøvre, sættes PEEP på et højt niveau, ofte mellem 20 og 26 cm H2O. PEEP falder trinvist, og markører for lungeoppustning (f.eks. gasudveksling eller målt lungevolumen) følges. Når der opstår tegn på atelektase, holdes PEEP på eller lige over dette niveau, ofte kaldet 'optimal PEEP'.

   1. Borges, Amato, et al6 beskriver en PEEP-titrering efter en maksimal rekrutteringsprotokol og sammenligner den med den åbne lungetilgang (PEEP sat til Pflex + 2 cm H2O). Efter en maksimal rekrutteringsstrategi (beskrevet ovenfor) blev PEEP sat til 25 cm H2O og reduceret med 2 cm H2O hvert 4. minut indtil PaO2 + PaCO2 < 380 mm Hg, derefter øget med 2 cm H2O (optimal PEEP, gennemsnit 20±5 cm H2O). Ved at bruge denne strategi blev PaO2 opretholdt ved niveauer over 400 mm Hg ved 30 minutters opfølgning hos alle 24 patienter (se figur 4 øverst), og over 450 hos de 16 patienter, der blev fulgt i 6 timer. Dette korrelerede med en masseprocent af kollapset væv som målt ved CT-scanning på <5 % ved slutningen af ​​PEEP-titreringen og ved 30 minutters opfølgning (se figur 4, nederst).
   2. Toth, et al17 beskrev en dekrementel PEEP-titrering efter en SI-rekrutteringsmanøvre. Efter SI ved 40 cm H2O i 40 sekunder, blev PEEP indstillet til 26 cm H2O, derefter reduceret med 2 cm H2O hvert 4. minut, indtil PaO2 faldt med >10% af dets topværdi. PEEP 2 cm H2O over dette blev defineret som optimal PEEP. Optimal PEEP viste sig faktisk at være lavere end patienternes baseline PEEP (før protokolinitiering, 17±3 vs. 15±4 cm H2O). PaO2 efter rekrutteringsmanøvren (203±108 ved baseline PEEP vs 328±132 cm H2O) holdt ved 30 minutters opfølgningsperiode (266±121 cm H2O, p<0,05 sammenlignet med baseline).

D. Estimering af lungevolumener I øjeblikket udledes evnen til at bestemme, om en patient er på, under eller over deres ideelle funktionelle restkapacitet, ud fra surrogatmålinger, herunder lungeudseende på røntgenbilledet af thorax, vitale tegntendenser (især iltning) og tryk- volumen (P-V) kurver genereret af moderne ventilatorer. I denne undersøgelse vil vi bruge en etableret metode til at bestemme lungevolumen (MBNW) til at studere lungevolumener.

1. Tryk-volumen-kurver Tryk-volumen-kurven repræsenterer det kontinuerlige forhold mellem ændringer i tryk og ændringer i volumen af ​​lungen. Hældningen af ​​linjen repræsenterer lungens compliance. I figur 5 skal du notere de tre linjer, der omfatter det inspiratoriske lem (nedre kurve). Linjen længst til venstre repræsenterer ikke-kompatibel, atelektatisk lunge. Det punkt, hvor hældningen ændres, er kendt som det nedre infektionspunkt, også kendt som Pflex. I den åbne lungetilgang (omtales senere) sættes PEEP til et tryk lige over det nedre bøjningspunkt. Fysiologisk antages det, at dette er det punkt, hvor alle atelektatiske lungesegmenter rekrutteres, og at at forhindre at ventilatortrykket falder under dette på noget tidspunkt (ved at sætte PEEP over dette niveau) minimerer atelektase. Det punkt, der adskiller den anden ændring i hældningen af ​​linjen (der bliver flad igen) er kendt som det øvre bøjningspunkt (UIP). Tryk over dette punkt repræsenterer overudspilede, ikke-kompliante alveoler, og dette punkt repræsenterer således det tryk, ved hvilket lungens compliance falder dramatisk. I denne protokol vil PV-kurven blive målt for hver patient, og UIP anvendes som lofttrykket på ethvert punkt i protokollen. På denne måde vil vi rekruttere kompatible områder af lungen uden risiko for overdistension.

2. Nitrogen Multiple Breath Washout Technique (MBNW)

   MBNW er blevet brugt i en række kliniske undersøgelser og anses for at være en guldstandard i måling af lungevolumen18-21. I øjeblikket er den mest nøjagtige måde at måle lungens volumen på gennem fortynding af en kendt mængde af en gas med lav opløselighed ved at genånde i et lukket system. Ændringerne i koncentrationen med sekventielle vejrtrækninger muliggør en beregning af gassens distributionsvolumen. En gas, der er blevet brugt til dette formål, er nitrogen22, der tiltrækker på grund af dens allestedsnærværende tilstedeværelse i miljøet. Måling af nitrogengaskoncentrationer er dog kun tilgængelig ved hjælp af gaskromatografi eller massespektrometri, hvoraf ingen er klinisk praktisk. For nylig er der blevet valideret en teknik, hvorved partialtrykket af nitrogen beregnes som resten af ​​partialtrykket af oxygengas, kuldioxidgas og nitrogengas, som tilsammen udgør de eneste tre vigtige gasser i et ventilatorkredsløb. De to førstnævnte gasser kan let måles i et ventilatorkredsløb i realtid, men varierer naturligvis meget med patientens metaboliske tilstand. Stenqvist har udviklet NMBW-teknikken til at beregne FRC ved hjælp af ændringerne i udåndet O2 og CO2, ved at manipulere indåndet iltkoncentration for at ændre fraktionen af ​​indåndet nitrogen23. FRC beregnes som følger:

   FiN2 = 1-FiO2 (indstillet af ventilator) FeO2 = 1-FeO2 (målt)-FeCO2 (målt)

   Inspirerede og udløbne alveolære tidalvolumener beregnes ved hjælp af O2-forbrug (VO2) og CO2-produktion (VCO2) som beregnet ved indirekte kalorimetri24:

   Volumener af indåndet og udåndet nitrogengas, der er forbundet med et enkelt åndedræt, beregnes ud fra sluttidal nitrogenindhold (EtN2, udledt fra målt udåndet CO2 og oxygenindhold), indåndet nitrogenfraktion (FiN2) og indåndings- og ekspiratorisk alveolær tidalvolumen som følger:

   Inden der foretages den trinvise ændring på 10 % i FiN2 via manipulation af FiO2, laves basislinjeværdier for VO2, VCO2 og ETN2. VO2 og VCO2 antages at være konstante under hele målingen. FiN2 manipuleres derefter, og FRC estimeres som følger:

   Måling af FRC ved hjælp af denne metode i en lungemodel af kendt iltforbrug og lungevolumener23 afslørede fremragende præcision (gennemsnitlig FRC 103 5%), selv når der blev brugt trinvise ændringer i FiO2 fra 0,9 til 1,0. Præcision hos voksne patienter med respiratorisk insufficiens viste fremragende præcision blandt målingerne.

3. Elektrisk impedanstomografi (EIT) Elektrisk impedanstomografi udnytter ændringer i impedans i luftfyldte versus vævsfyldte rum for at karakterisere og kvantificere regional fordeling af lungevolumen ved sengekanten. Der er blevet udført betydeligt arbejde i det seneste årti for at validere teknologien i dyr25 og i mennesker26, 27. Teknologien anvender en serie på 16 elektroder placeret på tværs af patientens bryst (Figur 6). Da små strømme føres mellem elektroderne, måles impedansen mellem og mellem serierne. Gennem en kompleks undersøgelse og manipulation af disse impedansværdier dannes et todimensionelt billede (figur 7), og det har vist sig at korrelere med kliniske og radiografiske ændringer hos patienter27. Hos ti mekanisk ventilerede voksne med ARDS korrelerede endeekspiratorisk lungevolumen som bestemt ved nitrogenudvaskning godt med endeekspiratorisk lungeimpedans med en r2 på 0,95,26 Evnen til at estimere lungevolumen non-invasivt og i realtid kan signifikant forbedre resultaterne hos patienter med lungeskade. Specifikt kan evnen til at bestemme en patients ideelle funktionelle restkapacitet og ventilere dem mod dette mål forbedre ilttilførsel ved at maksimere pulmonal compliance og minimere pulmonal vaskulær modstand. Denne undersøgelse søger at bruge forskellige niveauer af PEEP til at ændre slutekspiratorisk volumen ved at bruge EIT og andre surrogatforanstaltninger til at bekræfte effektiviteten, måle oxygenering og shuntfraktion som de kliniske endepunkter. Hvis denne undersøgelse viser evnen til effektivt at rekruttere lunger og minimere shuntfraktioner ved hjælp af en aggressiv PEEP-strategi, vil yderligere undersøgelser af klinisk fordel heraf være berettiget.
4. Udåndet åndedrætskondensat (som mål for lungesundhed) Der er en voksende mængde af beviser vedrørende ændringer i luftvejsslimhindevæskens (ALF) pH ved akutte og kroniske luftvejssygdomme, der i det mindste delvist er karakteriseret ved inflammation. Det er blevet påvist, at pH-værdien af ​​ALF er lav (sur) ved flere lungebetændelsessygdomme, herunder astma28, cystisk fibrose29, lungebetændelse og ARDS30-32, og at denne pH kan detekteres kontinuerligt, sikkert og ikke-invasivt i udåndet kondensat. (EBC)33. pH-værdien af ​​EBC kan være et sikkert, ikke-invasivt screeningsværktøj til progression af ARDS og lungerekruttering. Det har anekdotisk vist sig at forudsige respirationssvigt og forestående luftvejsinfektion (upublicerede data). Som det ses i figur 4 (til venstre), er EBC pH en markør, der udviser hurtig omsætning og kan derfor være værdifuld til realtidsovervågning af lungepatologi.

Kontinuerligt udåndet udåndingskondensat pH-opsamling og assaysystem (ALFA-monitor, Respiratory Research, Inc., Austin, Texas) består af en kondensator, der er fastgjort til respiratorens ekspiratoriske ben. Udåndingskondensat opsamles kontinuerligt fra udåndingsporten, kondenseres i et kølekammer, CO2 fjernes og opsamles i et lavere kammer, hvor pH aflæses kontinuerligt. Dette giver et kontinuerligt, responsivt mål fra ventilerede patienter, som (1) tager prøver fra en udstødningsport på ydersiden af ​​ventilatorkredsløbet, og (2) ikke tilføjer nogen målbar modstand til ventilatorkredsløbet. Målingen af ​​EBC hos patienter med lungeskade kan tjene som en tidlig markør for derekruttering.

II. Undersøgelsesmål Specifikt mål 1: At demonstrere effektiviteten af ​​en maksimal rekrutteringsstrategi til at øge lungevolumen og forbedre iltningen hos børn med akut lungeskade, ved at bruge multiple breath nitrogen wasout (MBNW) og elektrisk impedanstomografi (EIT) som mål for lungevolumen . (Hypotese: Lungevolumener og iltning vil stige efter den maksimale rekrutteringsprotokol sammenlignet med dem under 'baseline-ventilation' eller 'åben lungetilgang'). Specifikt mål 2: At sammenligne lungevolumener målt ved MBNW og EIT ved varierende endeekspiratoriske lungevolumener. (Hypotese: Lungevolumener målt ved MBNW vil korrelere med dem opnået af EIT.)