Effekter af High Flow næsekanyle på dødrumsreduktion og regional distribution af ventilation (HFNC)

Baggrund og betydning Historisk set er iltnæsekanyler blevet brugt til hypoxæmipatienter som en terapi for at øge arteriel iltning. I det neonatale samfund er iltflow >2 l/min og > 4 l/min hos den pædiatriske patient sjældent blevet brugt på grund af muligheden for overdreven udtørring af næseslimhinden og risiko for at udvikle hypotermi. Det er blevet spekuleret i, at større pædiatriske og voksne patienter er i stand til bedre at tolerere strømningshastigheder på over 4 l/min, fordi det store næseslimhindeoverfladeareal kan understøtte hydrering af tørre gasser af medicinsk kvalitet. High flow nasal cannula (HFNC) terapi er en form for respiratorisk støtte, der giver flow, der menes at være over en patients spontane inspiratoriske og ekspiratoriske flowhastigheder. I det sidste årti er en udbredelse af opvarmet-befugtede high flow nasal cannula (HFNC) enheder blevet introduceret i den kliniske setting. Disse enheder er beregnet til at give optimal opvarmning og befugtning af medicinske gasser og uanset flowindstilling. I tilfælde af nyfødte, som har været den overvejende patientpopulation, der modtager HFNC, er der tydeligvis ingen konsensus om, hvilke strømme der udgør "høje" i denne population. Hvis "høj" er beregnet til at betyde en strømningshastighed, der overstiger spontan inspiratorisk strømningshastighed, er der ingen rimelig klinisk måling til at fastslå dette forhold. Således forbliver den sande definition af HFNC et undvigende udtryk, og vores protokol håber at kaste lys over dette emne.

Vores prospektive randomiserede undersøgelse af virkningerne af 3 forskellige oxygen-næsekanyle-flowhastigheder (lav, middel og høj) på respirationsfrekvens, SPO2, transkutan CO2 og regional fordeling af ventilation som målt af EIT vil hjælpe klinikere med at definere en række HFNC-flowhastigheder hvor dødrumsudvaskning sker uden positivt udspilningstryk (lavt område), og hvor dødrumsudvaskning sker med positivt tryk, der skaber regional fordeling af ventilationsændringer.

C. Indledende undersøgelser En neonatal kilde definerer HFNC som flows > 1 L/min og en anden definerer flows >3 L/min som HFNC.1 Klassificering er yderligere kompliceret hos større pædiatriske og voksne patienter, hvor flows under HFNC er blevet rapporteret at være for høje af dem, der traditionelt anvendes med en standard næsekanyle ~ 6 L/min) og så højt som 30-40 L/min.2 Med den teknologiske evne til at give bedre varme og fugtighed har klinikere fundet ud af, at HFNC kan være i stand til at understøtte en større del af patienter, som ellers ville kræve kontinuerligt positivt luftvejstryk (CPAP), non-invasiv ventilation (NIV) eller invasiv mekanisk ventilation. Der er flere foreslåede mekanismer, hvorved HFNC kan give større respiratorisk assistance end standard ilttilførselsanordninger.

Strømme, der overstiger den ekspiratoriske flowhastighed, kan give "modtryk" ved den nasale luftvejsåbning under udånding, der ligner nasal CPAP. Derudover kan gasser give en fysiologisk udrensning af kuldioxid fra det anatomiske døde rum via anatomisk lækage (nasal/oral luftvej). Disse effekter vil sandsynligvis variere afhængigt af flow, minutventilation, patientstørrelse, lækage og forholdet mellem næseluftvejsåbning og -stikstørrelse. Der er i øjeblikket tre FDA-godkendte HFNC-systemer. Klinisk accept er relateret til det faktum, at HFNC er billigere, enklere at betjene og kræver en mindre kompliceret luftvejsgrænseflade end en standard CPAP- eller NIV-enhed. En anden foreslået fordel er, at HFNC-stifter generelt er mindre okklusive og kan forårsage mindre næse-luftvejsskade end CPAP-stifter eller en BiPAP-maske. Den udbredte accept og brug af denne tilgang er blevet implementeret med meget få eksperimentelle data for at understøtte HFNC-flowindstillinger som en sikker og effektiv mulighed for alle patienter med hypoxisk respirationssvigt.

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. Denne teknologi er blevet valideret i dyre3 og mennesker4, 5 undersøgelser udført i løbet af det sidste årti på Boston Children's Hospital. Teknologien anvender en serie på 16 elektroder placeret på tværs af patientens bryst (figur 1). 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 2), og det har vist sig at korrelere med kliniske og radiografiske ændringer hos patienter4. Evnen til at estimere lungevolumen og regional distribution af gas non-invasivt og i realtid kan give os indsigt i, hvilken ventilationsmetode der er mere effektiv.

Fysiologiske virkninger og sikkerhed af HFNC Der er flere foreslåede fysiologiske mekanismer, hvorved HFNC menes at være effektiv. Disse omfatter: 1) udskylning af den øvre luftvejs dødrum for CO2, hvilket muliggør bedre alveolær gasudveksling; 2) tilvejebringelse af et flow, der er tilstrækkeligt til at understøtte inspiration, hvilket reducerer det inspiratoriske arbejde med vejrtrækningen; 3) forbedring af lunge- og luftvejsmekanikken ved at eliminere virkningerne af tørring/afkøling; 4) at reducere eller eliminere de metaboliske omkostninger ved gaskonditionering; og 5) tilvejebringelse af positivt udåndingstryk. Mens disse variabler er blevet målt i enten dyr eller mennesker, indskrev korttidsstudier kun et lille antal forsøgspersoner og var ikke specifikt designet til at adressere sikkerheden ved HFNC.

Hasan et al observerede virkningerne af tryk genereret i en statisk neonatal lungemodel ved hjælp af to kommercielt tilgængelige HFNC-enheder med flow mellem 0-12 l/min og ved forskellige lækageindstillinger.6 De demonstrerede i en nares-model, hvor lækage blev minimeret (munden lukket), at en systematisk stigning i simulerede luftrørstryk var proportional med øgede flows. De målte luftvejstryk svarede til dem, der blev rapporteret med nasal CPAP (~5-6 cmH2O ved strømninger på ~6-8 L/min).

Frizzola og kolleger målte luftrørstryk og gasudveksling i 13 lungeskadede neonatale pattegrise understøttet af N-CPAP og HFNC under forhold med høj lækage og lav lækage.7 Hovedresultatet af denne undersøgelse var, at HFNC-luftrørstrykket var sammenligneligt med CPAP-tryk ved samme flowområde, og udvaskning af nasopharyngeal dødrum er forbundet med forbedret ventilation og iltning uafhængigt af luftrørstrykket alene under HFNC.

En række korttidsundersøgelser har evalueret størrelsen af ​​udspilende tryk i lungen hos en lille gruppe spædbørn. Sreenan et al fandt, at lignende endeekspiratoriske pleurale tryk kunne opretholdes mellem en standard ilttilførsels-næsekanyle (1-2,5 l/min) og N-CPAP i en gruppe på 40 for tidligt fødte spædbørn uden forskelle i desaturationer, bradykardi og apnø. 8 Imidlertid vil dette tryk sandsynligvis være meget variabelt på grund af lækage og forholdet mellem luftveje og kanylestørrelse. Lampland observerede lignende ende-ekspiratoriske pleuratryk mellem HFNC (2-6 L/min) og N-CPAP 6 cm H2O hos præmature nyfødte.9 En nylig Cochrane-metaanalyse evaluerede prospektive, randomiserede kontrollerede forsøg, der var begrænset til den præmature spædbørnspopulation.1 Det primære formål med denne metaanalyse var at bestemme sikkerheden og effektiviteten af ​​HFNC. Når det blev brugt som primær respiratorisk støtte efter fødslen, fandt et forsøg lignende hyppigheder af behandlingssvigt hos spædbørn behandlet med HFNC (5-6 l/min) og nasal CPAP.10 Efter ekstubation viste et forsøg, at spædbørn behandlet med HFNC (1,8 l/min) havde et signifikant større behov for reintubation end dem, der blev behandlet med nasal CPAP.11 Et andet forsøg fandt lignende hastigheder af reintubation for befugtet og ikke-befugtet HFNC (~ 2-3 L/min)12, og det fjerde forsøg fandt ingen forskel mellem to forskellige modeller af udstyr, der blev brugt til at levere befugtet HFNC (6 L/min).13 Der var få patienter indskrevet i disse undersøgelser, og i to undersøgelser (Woodhead, Miller) blev der brugt dårlige metodiske tilgange. I en undersøgelse blev tilmeldingen stoppet kort på grund af infektioner relateret til den HFNC-enhed, der blev brugt.10 Baseret på disse resultater er der ikke tilstrækkelig evidens til at fastslå sikkerheden eller effektiviteten af ​​HFNC inden for rækkevidden af ​​almindeligt anvendte flows og som en form for respiratorisk støtte hos præmature spædbørn. Disse data viser også, at når det anvendes efter ekstubation, kan HFNC være forbundet med en højere reintubationshastighed end nasal CPAP.14 Der har ikke været undersøgelser, der evaluerer sikkerhed og effekt hos større spædbørn og andre pædiatriske patienter. På trods af manglen på støttende beviser bliver HFNC stadig implementeret på mange pædiatriske intensivafdelinger (PICU) ved hjælp af flows ≥ 20 l/min, og få voksne undersøgelser er blevet udført med disse høje flows under HFNC. Det er således vanskeligt at ekstrapolere disse resultater for at fremme brugen af ​​lignende flows hos børn. Det er tydeligt, at HFNC kan give nogle af de samme kliniske fordele som CPAP eller endda NIV med en mindre kompliceret nasal luftvej eller naso-oral grænseflade. Mens nasal CPAP fungerer som en mellemform for støtte mellem iltbehandling og invasiv ventilation hos nyfødte, er det mere almindeligt, at større pædiatriske læger og voksne støttes med bi-niveau NIV som et alternativ til invasiv ventilation. Der er overbevisende data til også at understøtte brugen af ​​NIV i den neonatale befolkning for at øge ventilationseffekterne af nasal CPAP. HFNC giver ikke kun et basistryk svarende til CPAP, men det øger også alveolær ventilation til et niveau, der kan svare til NIV.

D. Design og metoder

1. Studere design

   en. I et prospektivt, randomiseret forsøg med tre forskellige flowhastigheder af HFNC vil vi evaluere resultatet af EIT regional distribution, transkutan CO2 og respirationsfrekvens.

2. Patientudvælgelse og inklusions-/eksklusionskriterier

   en. Inklusionskriterier i. Alle patienter, der modtager HFNC for hypoxi ii. Alder: 1 dag (> 38 uger GA nyfødt eller ældre) til 17 år. b. Eksklusionskriterier i. Patienter, der har medfødte hjertefejl. ii. Patient, som det medicinske team føler, kan kræve akut optrapning af ikke-invasiv terapi eller forestående intubation.

   iii. Patienter, der er på FIO2 > 0,6 på det højeste flowniveau, der tilbydes i undersøgelsen.

   iv. Patienter, der er immunkompromitterede og/eller status efter knoglemarvstransplantation v. Patienter, der er på vasoaktiv støtte for at opretholde blodtryk eller hjertefrekvens vi. Patienter med kendt luftvejsanomali, f.eks. Pierre-Robin, tracheomalaci. vii. Patienter under 38 ugers gestationsalder viii. Patienter under 3 kg ix. Hvis EIT-båndet/elektroderne ikke kan placeres korrekt på brystet på grund af størrelses-/vægtbegrænsninger x. Hvis det medicinske team føler, at patienten ikke er passende til at tilmelde sig undersøgelsen baseret på medicinske, sociale eller følelsesmæssige bekymringer

3. Beskrivelse af undersøgelsesbehandlinger eller eksponeringer/prædiktorer Efter informeret samtykke vil patienter, der er beordret til at modtage HFNC-terapi, blive randomiseret til eskalerende flows (lavt til højt) eller deeskalerende (højt til lavt) hver time og derefter returneret til deres tidligere ordreflowindstilling. Alt efter alder vil de blive placeret på tre forskellige flowindstillinger i 1 time som vist i tabel 1 med en næsekanyle udvendig diameter, der ikke er større end 50 % af den indvendige diameter af naris. Tabel 1 blev udviklet baseret på tre kendte tidalvolumener på 4, 6 og 8 ml/kg med en 33 % indåndingstid og højeste normale respirationsfrekvens. Målinger af SPO2, EIT, TCM CO2 og respirationsfrekvens vil blive registreret hvert 15. minut. FIO2 vil blive justeret for at opretholde SPO2 90-95%.

   Transkutan CO2 (TCM) (Sentec) vil blive placeret 30 minutter før randomisering for at muliggøre ækvilibrering med overfladen af ​​huden. Vi vil placere TCM på venstre øvre bryst på patienter under 15 kg og øreflippen for dem > 15 kg. Enheden er FDA-godkendt og opvarmer huden for at tillade diffusion af CO2 over membranen af ​​huden og sensoren. Denne enhed vil give os mulighed for at udvikle et ændret ventilationsindeks.

   EIT-målinger - EIT-målinger vil blive taget før randomisering og 1 time efter hver af de tre flowområdeændringer. Dette involverer placering af et 16 elektroder bånd omkring patientens bryst, lige under brystvorten.

   Pulsoximetri og co-oximetri - SpO2, S/F-forhold (SpO2 til FIO2-forhold), SpHb (ikke-invasiv HGB) og SpOC (iltindhold) vil blive overvåget kontinuerligt i 3 timers perioden. Det gennemsnitlige SpO2, S/F-forhold og SpOC vil blive beregnet ud fra de streamede data indsamlet af Masimo RAD-7 via en bærbar computer. Desaturationer vil blive defineret som en SpO2 < 85 % og rapporteret. Excel vil blive brugt til at udføre disse funktioner. En FDA-godkendt engangs SPO2-sonde vil blive påført på patientens finger, tommelfinger eller tå.

4. Definition af primære og sekundære resultater/endepunkter a. Primær i. Iltning 1. Højere SPO2 på lavere FIO2 (S/F-forhold) 2. SpOC og frekvens af desaturationer ii. Ventilation 1. Lavere respirationsfrekvens 2. Lavere TCM CO2 b. Sekundær i. Regional fordelingsforskel målt ved EIT 1. Areal og øvre til nedre forhold vil være de primære analyserede data 2. Regional fyldning af lungen vil blive sammenlignet.
5. Dataindsamlingsmetoder, vurderinger, indgreb og tidsplan (hvilke vurderinger udføres, hvor ofte) Data vil blive registreret kontinuerligt på hver af enhedernes (Draeger EIT, Sentec TCM, Masimo SPO2) computer. Data vil blive downloadet med enten et USB-drev eller PCMC-kort og slået sammen til ét excel-regneark til analyse. Data vil blive registreret manuelt hvert 15. minut i hele 3 timer.
6. Studietidslinje a. Se figur tre.

E. Kriterier for uønskede hændelser og rapporteringsprocedurer På grund af det faktum, at dette er et pilotstudie, vil PI gennemgå hver større uønsket hændelse. Følgende komplikationer vil blive overvåget, men kun større komplikationer vil blive rapporteret til IRB. Mindre hændelser omfatter: bradykardi (10 % under baseline), stigning i respirationsfrekvens > 20 %, stigning i TCpCO2 med 10 mmHg, stigning i FIO2 på > 0,3, hypoventilation (åndedrætsstop længere end 15 sekunder) og desaturation (

Større begivenheder, der vil standse undersøgelsen og straks rapporteres til IRB er:

• Desaturation < 80 % (kontinuerligt overvåget med pulsoximetri) i mere end 1 minut.
• Bradykardi < 60 BPM Alle større og mindre hændelser vil blive overvåget og rapporteret til PI af den kliniske forskningskoordinator.

F. Datahåndteringsmetoder Ved indrejse vil hver patient blive tildelt et unikt nummer, som ikke er forbundet med deres journal med henblik på patientsporing. Dette nummer vil blive indtastet i et privatejet BCH, adgangskodebeskyttet forskningsdrev, som kun er tilgængeligt for BCH-studiepersonale.

Et regneark vil blive opbevaret ved sengekanten i dataindsamlingsperioden (3 timer) for hvert datapunkt, der skal indtastes manuelt.

G. Kvalitetskontrolmetode Kvaliteten af ​​overførslen af ​​data vil blive sikret af en anden investigator, som vil bekræfte de manuelle og elektroniske data. SPSS-software vil blive brugt til at hjælpe med at analysere dataene og sikre dataintegritet ved at etablere advarsler for ikke-udfyldte felter samt uventede eller muligvis fejlagtige resultater.

H. Dataanalyseplan Vi vil betragte, at >10 % forskelle i respirationsfrekvens mellem flowindstillinger anses for at være signifikante. Vi vil betragte en forskel på > 20 % i TCM CO2 og SPO2 for at blive betragtet som signifikant.

EIT-data: Lungebilleddannelsessystemet er Dräger EIT Pulmovista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Tyskland). Seksten koplanære elektroder vil blive placeret ækvidistant omkring thorax på niveau med det parasternale sjette interkostale rum. Referenceelektroden vil blive placeret på højre side af maven nær taljen. Elektroderne #1 og #16 er symmetrisk placeret til henholdsvis venstre og højre for brystbenet, så elektroderne #8 og #9 skrævede over rygsøjlen. Denne konfiguration fører til tværgående billeder i den radiologiske konvention, caudal til kraniel, svarende til en kattescanning. Lungebilledrekonstruktion vil blive udført i henhold til Graz-konsensus for elektrisk impedanstomografi (GREIT) (15) ved hjælp af Electrical Impedance and Diffuse Optical Reconstruction Software (16). Enkelt sagt er ideen at observere eventuelle skift i ventilationscentret ved at vurdere forholdet mellem den ventrale og dorsale impedansændring ( ) under hver del af undersøgelsen. Impedansændringer indikerer, hvor åben eller lukket lungen er. Denne tilgang er tidligere beskrevet i detaljer af vores forskergruppe (17).

I. Statistisk effekt og prøveovervejelser Effektanalyse afslører baseret på gentagne målinger af tre forskellige flows pr. patient, at der kræves 35 patienter (7 pr. alderskategori) for en effektstørrelse på 0,2, alfa på 0,05 og effekt på 0,8. Forskelle i middelværdier iltning (SPO2 og S/F-forhold), ventilation (TCM CO2) og EIT (U/L-forhold) mellem hver behandlingsgruppe vil blive sammenlignet hver time i løbet af den tre timers testperiode efter randomisering ved hjælp af ANOVA med Tukey-post -hoc test.

J. Studieorganisation Pilotundersøgelse af en enkelt institution.