Die Rolle des Kreislaufflusses während der mechanischen Beatmung von Neugeborenen (E-Flow)

- Hintergrund des Projekts

Etwa 1,5 % der Neugeborenen benötigen eine mechanische Beatmung. Obwohl die mechanische Beatmung für Neugeborene mit respiratorischer Insuffizienz lebensrettend sein kann, kann sie aufgrund von übermäßigem Atemwegsdruck (Barotrauma), Abgabe hoher Atemzugvolumina (Volutrauma) und wiederholtem Schließen/Wiederöffnen von Lungeneinheiten (Atelektotrauma) zu Lungenschäden führen1 . Sehr Frühgeborene sind besonders anfällig für durch Beatmung verursachte Lungenschäden. Eine beatmungsassoziierte Lungenschädigung ist einer von mehreren Faktoren, die zur Belastung durch chronische Lungenerkrankungen im Säuglingsalter, auch bronchopulmonale Dysplasie (BPD) genannt, beitragen.

Beatmungsgeräte haben mehrere verschiedene Modi. Der am häufigsten verwendete Modus ist der zeitgesteuerte, druckbegrenzte Modus, bei dem der Arzt den eingeatmeten Sauerstoffgehalt, den maximalen Aufblasdruck (PIP), die Rate und die Aufblaszeit des Beatmungsgeräts einstellt. In diesem Modus werden die Aufblasvorgänge normalerweise mit der Atmung des Babys synchronisiert. Dies ist entweder die synchronisierte intermittierende positive Druckbeatmung (SIPPV), bei der das Beatmungsgerät die Beatmung mit allen Atemzügen des Babys synchronisiert, oder die synchronisierte intermittierende mandatorische Beatmung (SIMV), bei der das Beatmungsgerät nur mit einer festgelegten Anzahl von Atemzügen synchronisiert. Diese können mit oder ohne Ansteuerung des abgegebenen Atemzugvolumens auf einen eingestellten Wert abgegeben werden, indem der Spitzenfülldruck angepasst wird. Dieser Modus wird Volumengarantie (VG) genannt. Ein ähnlicher Beatmungsmodus ist Flow-Cycled oder Pressure Support Ventilation (PSV) und kann mit Tidalvolumen-Targeting 2 kombiniert werden. In diesem Modus wird die Inflation beendet, sobald die Flowrate während des Inflationsvorgangs auf 15 % des maximalen Flows abfällt.

Diese Modi haben einen kontinuierlichen Gasfluss durch den Beatmungskreislauf. Das Aufblasen beginnt und der Druck steigt, wenn das Exspirationsventil geschlossen ist. Die Durchflussrate des Kreislaufs verändert die Beatmungswellenformen. Bei zeitgesteuerter Beatmung gilt: Je höher der Kreislauffluss, desto schneller steigt der Druck, die Lunge wird aufgebläht und möglicherweise verletzt, und desto früher wird der eingestellte PIP erreicht. Ein hoher Flow mit einer relativ langen Inflationszeit führt zu einem „Druckplateau“, d. h. der PIP wird aufrechterhalten, nachdem der Flow in das Baby aufgehört hat, da das Lungenvolumen beim verwendeten PIP maximal ist (Abbildung 1). Beim PSV stoppt das Aufblasen, wenn der Durchfluss auf ~15 % des Spitzenaufblasdurchflusses gesunken ist und die Aufblaszeit somit kürzer ist. Eine Erhöhung des Geräteflusses verkürzt die Inflationszeit und reduziert dadurch den mittleren Atemwegsdruck.

Trotz der Auswirkungen auf die Beatmungsmuster und die Geschwindigkeit der Lungendehnung und -verletzung wurde dem Zirkulationsfluss selten Beachtung geschenkt. Laut Protokoll ist sie normalerweise auf 7-10 l/min eingestellt, wenn das Beatmungsgerät eingeschaltet ist und nicht geändert wird.

Dies ist relativ hoch und erzeugt normalerweise eine "rechteckige" Druckwellenform mit einer schnellen Ausdehnung der Lunge und einem anhaltenden Druckplateau. (siehe A in Abbildung 1) Bei PSV führt ein hoher Flow zu einer relativ kurzen Inflationszeit (~0,2 Sek.; für eine ausreichende Lungenbelüftung müssen mindestens 0,3 Sek. betragen). Es gibt keinen Beweis dafür, dass diese hohen Flows am besten für eine optimale Beatmung und minimale Lungenschäden geeignet sind. In einem Frühgeborenen-Lamm-Modell gab es keine nachteiligen Auswirkungen auf den Gasaustausch oder kardiovaskuläre Parameter, bis der Fluss auf 3 l/min reduziert wurde 3. In Tierstudien führte die Beatmung mit hohem Flow zu histologischen und molekularen Veränderungen der Lungenschädigung 4. Die Wirkung einer Verringerung der Flussrate des Beatmungskreislaufs wurde nie in klinischen Studien untersucht.

Das Beatmungsgerät Dräger Babylog VN500 bietet eine Alternative zur Einstellung eines Gasflusses: Der Benutzer kann stattdessen die Slope-Zeit einstellen, d. h. die Zeit, die zum Erreichen des eingestellten Drucks benötigt wird. In Cambridge ist sie immer auf 0,08 Sekunden eingestellt, was zu einem Durchfluss von ~7 l/min führt. Da wir eine Aufblaszeit zwischen 0,33 - 0,45 Sekunden verwenden, gibt es ein Druckplateau, das mindestens 0,25 Sekunden andauert, und ein anhaltendes Aufblasen mit wenig oder keinem Fluss.

Die Forscher sind die ersten, die ein einzigartiges System zum Herunterladen und Analysieren von Daten aus dem Neugeborenen-Beatmungsgerät Dräger VN500 entwickelt haben. Mit der DataGrabber-Software von Dräger Medical können die Forscher Beatmungsparameter bei einer Frequenz von 100 Hz über lange Zeiträume (Stunden und sogar Tage) abrufen. Um die großen Datensätze zu analysieren und zu visualisieren, entwickelten die Forscher einen Datenanalyse-Workflow unter Verwendung der Programmiersprache Python und ihrer Add-on-Pakete (Abbildung 2). Mit diesem Tool können die Ermittler nun Details zu jeder Inflation und jedem spontanen Atemzug untersuchen. Die Ermittler haben detaillierte Daten von 30 Babys aufgezeichnet und gezeigt, dass es machbar und genau ist und dass die Ermittler über das Fachwissen verfügen (Belteki et al., eingereicht).

In dieser Anwendung schlagen die Forscher vor, die Wirkung unterschiedlicher Slope-Zeiten (und damit unterschiedlicher Niveaus des Kreislaufflusses) auf die Beatmungsparameter und den Gasaustausch bei Frühgeborenen zu untersuchen. Die Forscher vermuten, dass eine längere Slope-Zeit (= niedrigerer Zirkulationsfluss) die Lunge sanfter ausdehnt, aber die Ventilation und den Gasaustausch aufrechterhält.

• Intervention:

Die Studie ist ein Crossover-Design innerhalb des Patienten, das kurze Beatmungsperioden mit unterschiedlichen Anstiegszeiten sowohl im SIPPV-VG- als auch im PSV-VG-Modus mit den folgenden Interventionen vergleicht:

Ein Download-Tool für das Beatmungsgerät sowie transkutane und abgelaufene CO2-Monitore werden an das Beatmungsgerät angeschlossen, und der Datendownload beginnt, während das Baby mit den vom klinischen Team verwendeten Parametern beatmet wird. Es wird eine arterielle Blutgasentnahme durchgeführt. Die Beatmungsparameter werden wie unten gezeigt geändert. Die Reihenfolge dieser Epochen ist randomisiert. Eine weitere arterielle Blutgasabnahme wird durchgeführt. Das Beatmungsgerät wird auf die ursprünglichen Parameter zurückgestellt (oder je nach Blutgas unterschiedlich). Beatmungsdaten und CO2-Aufzeichnung werden für weitere 30 Minuten fortgesetzt.

Eingriffe

Dauer Beatmungsgerät Mehr Anstiegszeit Inspirationszeit [max] 15 min SIPPV-VG 0,08 0,40 15 min PSV-VG 0,08 [0,60] 15 min PSV-VG 0,16 [0,60] 15 min SIPPV-VG 0,16 0,40 15 min SIPPV-VG 0,24 0,40 15 min PSV-VG 0,24 [0,60] 15 min PSV-VG 0,32 [0,60] 15 min SIPPV-VG 0,32 0,40 15 min SIPPV-VG 0,40 0,40 115 min PSV-VG 0,40 [0,60]

Die Gesamtstudiendauer beträgt 220 Minuten. Ein Forscher wird ständig anwesend sein. FiO2 wird bei Bedarf angepasst, um Sättigungen zwischen 90 und 95 % aufrechtzuerhalten. Wenn der FiO2 um mehr als 15 % oder das endtidale CO2 um mehr als 1,5 kPa über das Vorstudienniveau ansteigt, wird dieser Eingriff abgebrochen.

Vergleich:

Bei jeder Anstiegszeit werden die folgenden Parameter bestimmt und mit denen verglichen, die bei einer Anstiegszeit von 0,08 Sekunden aufgezeichnet wurden: (1) Spitzenaufblasdruck, (2) Aufblasdauer, (3) Dauer des Aufblasplateaus, (4) Dauer ohne Gas Flow, (5) ausgeatmete Tidal- und Minutenvolumina (obligatorisch/spontan, inspiratorisch/exspiratorisch, (6) Beatmungsfrequenz, (7) FiO2, (8) transkutanes und/oder endtidales CO2 und (9) Interaktion zwischen Beatmungsinflation und Atem des Babys. Werte für SIPPV und PSV werden ebenfalls verglichen.