Vergleich der pharyngealen Sauerstoffversorgung durch verschiedene Sauerstoffmasken

Unter Sauerstofftherapie versteht man die Verabreichung von Sauerstoff in höheren Konzentrationen als in der Raumluft. Gemäß den neuesten klinischen Praxisrichtlinien der American Association for Respiratory Care umfassen die Indikationen für zusätzlichen Sauerstoff Hypoxämie, schweres Trauma, akuten Myokardinfarkt, Kurzzeittherapie und postoperative Genesung. Obwohl es nur wenige Kontraindikationen für die Sauerstofftherapie gibt, bestehen potenzielle Komplikationen, einschließlich Atmungsdepression bei hyperkarbischen Patienten, Absorptionsatelektase und Sauerstofftoxizität (insbesondere bei einigen Patienten, die bestimmte Chemotherapeutika erhalten). Bei spontan atmenden hypoxämischen Patienten ohne Endotrachealtubus ist es wichtig, hohe Sauerstoffkonzentrationen zuführen zu können, um entweder eine Intubation zu vermeiden oder eine Intubation zu überbrücken. Es ist eine Reihe von Sauerstoffzufuhrvorrichtungen erhältlich, die unterschiedliche Eigenschaften haben, die sie für verschiedene Situationen nützlich machen.

Systeme mit variabler Leistung (Low-Flow): Low-Flow-Geräte sind leistungsvariabel, da die zugeführten Flussraten geringer sind als die maximale inspiratorische Flussrate (PIFR) des Patienten und der Sauerstoff durch Raumluft verdünnt wird, die um die Geräte herum mitgeführt wird. Höherer PIFR (z. B. Atemnot) führt zu einer Abnahme des durch ein Gerät mit variabler Leistung abgegebenen FiO2. Die Rückatmung von Kohlendioxid ist auch mit Low-Flow-Masken bei niedrigeren Sauerstoffflussraten möglich. Zu den Systemen mit variabler Leistung gehören die Nasenkanüle, die einfache Maske, die Maske mit teilweiser Rückatmung und die Maske ohne Rückatmung.

Nasenkanülen werden häufig bei stabilen Patienten verwendet, da sie bequemer sind, die Haut weniger reizen und weniger Angst auslösen als Masken; Sie ermöglichen dem Patienten auch zu essen, zu sprechen und die Incentive-Spirometrie anzuwenden. Die Nasenkanüle kann 24–40 % FiO2 mit Flussraten von bis zu 6 l/min liefern. Die einfache Maske wird üblicherweise in der unmittelbaren postoperativen Umgebung für zusätzlichen Sauerstoff verwendet. Mehrere kleine Löcher auf beiden Seiten der Maske sowie die unvollkommene Abdichtung lassen Raumluft mitreißen und ausgeatmete Luft aus der Maske entweichen. Einfache Masken können 35–50 % FiO2 bei Flussraten von 5–10 l/min liefern.1 Die langfristige Verwendung von Masken kann zu Hautirritationen und Druckstellen führen. Das partielle Rebreather besteht aus einer einfachen Maske mit einem Reservoirbeutel und liefert 40–70 % FiO2 bei Flussraten von 6–10 l/min.1 Der partielle Rebreather wird in vielen Krankenhäusern nicht mehr verwendet, da der Bereich der Sauerstoffzufuhr durch die einfache Maske und den Nicht-Rebreather abgedeckt werden kann. Die Nicht-Rückatmungsmaske ähnelt der partiellen Rebreather-Maske, enthält jedoch Einwegventile, die verhindern, dass ausgeatmete Luft in den Reservoirbeutel zurückkehrt. Der Nicht-Rebreather kann 60-80 % FiO2 bei 10-15 l/min abgeben.1

Systeme mit fester Leistung (High-Flow): Durch die Zufuhr von Sauerstoff mit einer höheren Flussrate als PIFR ermöglichen Systeme mit fester Leistung die Bereitstellung eines bestimmten FiO2 während des gesamten Atemzyklus. Die beiden am häufigsten verwendeten Geräte sind die Venturi-Maske und die OxyMaskTM. Venturi-Masken verwenden das Bernoulli-Prinzip, um Sauerstoff mit hohem Durchfluss durch ein Venturi-Ventil zu liefern, das eine schmale Verengung aufweist, gefolgt von einem breiteren Bereich mit Öffnungen, die Raumluft mitreißen. Aufgrund der relativen Benutzerfreundlichkeit und der konsistenten Sauerstoffzufuhr sind sie für Patienten mit COPD oder anderen Patienten mit chronischer Hypoxämie nützlich. Die Venturi-Maske kann einen FiO2-Wert von 24–50 % liefern.1 Venturi-Masken werden in dieser Studie nicht getestet.

Die OxyMaskTM ist ein relativ neues Gerät, das den Venturi-Diffusor mit einem fünfzackigen offenen Maskendesign verwendet, das dem Patienten das Sprechen ermöglicht und weniger Klaustrophobie verursacht als die geschlosseneren Masken. OxyMaskTM kann 25-80 % FiO2 bei Flussraten von 1,5-15 l/min abgeben. Eine geschlossene Maske mit perfekter Abdichtung könnte theoretisch 100 % FiO2 abgeben. Für die Zwecke dieser Studie wird ein Jackson-Rees-Kreislauf verwendet, um einer Anästhesiemaske Sauerstoff zuzuführen. Der Jackson-Rees-Kreislauf (auch als Mapleson-F-Kreislauf bezeichnet) wird während des Transports routinemäßig verwendet, um intubierten Patienten Sauerstoff aus dem Sauerstofftank zuzuführen. Dieser Kreislauf besteht aus einem Schlauch, der mit einem manuellen Beatmungsbeutel verbunden ist, der zusammengedrückt werden kann, um dem Patienten einen unter Druck stehenden Gasfluss zuzuführen. Der Beutel ist mit einem einstellbaren Druckbegrenzungsventil ausgestattet, das es dem Anbieter ermöglicht, den durch Zusammendrücken des Beutels abgegebenen Druck zu steuern.

Messung von FiO2: Es wurde festgestellt, dass sich das mit einer Nasenkanüle erreichte FiO2 nicht wesentlich davon unterscheidet, ob die Person durch Mund oder Nase atmet. Diese Eigenschaft wurde für Masken nicht festgestellt. Bei geschlossener Maske wäre das erreichte FiO2 auch unabhängig von Mund- oder Nasenatmung gleich. Bei offener Maske muss davon ausgegangen werden, dass die Sauerstoffkonzentration an Nase und Mund gleich ist, um eine Gleichwertigkeit der Mund- und Nasenatmung zu gewährleisten. Außerdem haben frühere Studien zu Sauerstoffzufuhrsystemen eine Vielzahl von Methoden zur Messung von FiO2 verwendet. Aus einer Durchsicht der Literatur der oben diskutierten Sauerstoffabgabevorrichtungen wurde nur die Nasenkanüle durch Messung des Sauerstoffs auf Höhe des Pharynx untersucht, während die anderen Masken durch Messung des Sauerstoffs an den Lippen untersucht wurden.

Begründung der Studie: Die Studien zu OxyMaskTM bestimmten FiO2 basierend auf Gasproben an den Lippen. Aufgrund der Möglichkeit einer Gasvermischung und/oder Nasenatmung mit dem offenen Maskendesign ist es jedoch unklar, ob das an den Lippen entnommene Gas das gleiche Gas ist, das an der Luftröhre ankommt, die die klinisch relevanteste Stelle ist. Das von der Luftröhre eingeatmete Gas ist das, was tatsächlich von den Alveolen gesehen wird und an der Sauerstoffanreicherung des Blutes beteiligt ist. Bei einem offenen Maskendesign wie der OxyMask erscheint eine Gasvermischung wahrscheinlicher. Eine Studie, die das pharyngeale FiO2 zwischen Masken vergleicht, würde das effektive FiO2 genauer zeigen als die derzeit verfügbaren Daten. Dies wiederum informiert perioperative Kliniker besser über den besten Ansatz zur Maximierung der Sauerstoffversorgung unserer kritisch kranken postoperativen Patienten, die zusätzlichen Sauerstoff zur Behandlung oder Vorbeugung einer systemischen Hypoxie benötigen.

Studiendesign: Die Forscher messen FiO2 im Steady-State gleichzeitig im Pharynx und an den Lippen bei jedem Probanden, während sie nacheinander jeder der folgenden Sauerstoffzufuhrbedingungen unterzogen werden: 1) Raumluft; 2) Sauerstoff mit hohem Durchfluss und einfache Maske; 3) High-Flow-Sauerstoff- und Nicht-Rebreather-Maske; 4) High-Flow-Sauerstoff und OxyMask; und 5) High-Flow-Sauerstoff- und Anästhesiemaske mit Kopfband und Jackson-Rees-Kreislauf.

Studienpopulation: Die Studie umfasst bis zu 20 Probanden. Ein mittlerer Unterschied von 10 % pharyngealem FiO2 zwischen einer der Masken wird als klinisch relevant betrachtet. Die erwartete Standardabweichung des Innersubjekt-FiO2 beträgt 3,5 %. Bei einem Signifikanzkriterium von 0,05 würden 10 Probanden mehr als 90 % Power liefern, um eine mittlere Differenz von 10 % zu erkennen.

Setting: Die Studie findet in einem voll ausgestatteten Operationssaal mit einem Anästhesiegerät statt, das von der Infektionskontrolle und biomedizinischen Technik für den Patientengebrauch zugelassen wurde. Es befindet sich im Süd-OP-Bereich des Kohler Pavilion an der OHSU und ist mit dem Datex Ohmeda-Anästhesiegerät und dem Dichtgasanalysator ausgestattet, die für die Studie verwendet werden. Die Studie wird außerhalb der Geschäftszeiten durchgeführt, um Konflikte mit der chirurgischen Patientenversorgung zu vermeiden. Die Sauerstoffsensoren werden kalibriert, bevor jedes Subjekt getestet wird.

Rekrutierung: Die Probanden werden aus dem perioperativen Dienst der OHSU rekrutiert. Werbeflyer werden in jedem OP-Standort verteilt.

Zustimmung: Der Zustimmungsprozess wird von Personen mit angemessenem Schutz der menschlichen Subjekte und HIPPA-Ausbildung durchgeführt und persönlich auf dem OHSU-Campus oder am Telefon durchgeführt. Die Probanden können jederzeit von der Studie zurücktreten.

Ablauf: Die Fächer nehmen jeweils an einem Studientag teil und benötigen pro Fach eine Stunde. Die Probanden bleiben vor ihrem Studienzeitraum mindestens 6 Stunden lang NPO. Subjektmerkmale werden aufgezeichnet. Das Anästhesiegerät wird eingeschaltet und der Sauerstoffsensor am Gasanalysator wird kalibriert. Die Grundlinien-Vitalzeichen (HR, BP, SpO2) werden gemessen. FEV1 und FVC werden mit dem Anästhesiegerät und einem Standardkreislauf gemessen, wobei das Y-Stück als Mundstück verwendet wird. Das folgende Protokoll für die Gasentnahme wird verwendet: Eine Gasentnahmeleitung wird an einem Ende an den Gasanalysator und am anderen Ende an einen 8 French-Absaugkatheter angeschlossen, der mit 2 % Lidocain-Gel geschmiert wird. Dieser Nasenkatheter wird durch eine Nasenöffnung eingeführt, wobei die Spitze direkt hinter dem Zäpfchen positioniert wird. Die Platzierung wird bestätigt, indem die Spitze des Katheters mit einer Stiftlampe sichtbar gemacht wird und die Person den Mund weit öffnen und „Ah“ sagen muss. Bei Bedarf wird ein Zungenspatel verwendet. Wenn der Katheter nicht sichtbar ist, wird er in einer Standardtiefe von 9–10 cm eingeführt. Der Nasenkatheter wird auf das Gesicht des Probanden geklebt. Eine zweite Gasentnahmeleitung wird mit Klebeband am Gesicht des Probanden befestigt und so positioniert, dass die Entnahme an den Lippen des Patienten erfolgt. Nachdem die Platzierung der beiden Probenahmekatheter bestätigt wurde, atmet der Proband 90 Sekunden lang normal Raumluft und FiO2 wird über einen Zeitraum von 30 Sekunden gemessen. Die Person wird nicht angewiesen, ihre Nase oder ihren Mund zum Atmen zu verwenden, da Patienten im Krankenhaus typischerweise nicht angewiesen werden, wie sie atmen sollen. Anschließend werden die Tests der verschiedenen Sauerstoffmasken mit einem hohen Sauerstofffluss (15 l/min) durch eine einfache Maske, eine Nicht-Rebreather-Maske, eine OxyMask und eine Anästhesiemaske mit Kopfband und Jackson-Rees-Kreislauf durchgeführt. Da der Hilfssauerstoffregler am Anästhesiegerät nur bis zu 10 l/min reicht, wird ein auf 15 l/min einstellbares Sauerstoffventil direkt an die Hauptsauerstoffversorgungsleitung im Operationssaal angeschlossen. Nach dem Aufsetzen jeder Maske und dem Starten des hohen Sauerstoffflusses atmet der Proband 90 Sekunden lang normal und dann wird FiO2 in den nächsten 30 Sekunden ähnlich wie bei der Raumluftkontrolle gemessen. Am Ende jeder Versuchsperiode wird jeder Proband gebeten, einen einzigen Atemzug mit vitaler Kapazität zu nehmen (beginnend mit maximaler Ausatmung und gefolgt von maximaler Einatmung). Zwischen dem Testen jeder Maske wird als Auswaschphase und zur Bestätigung der Stabilität des hämodynamischen Status (Messung von Blutdruck und Herzfrequenz) fünf Minuten lang Raumluft eingeatmet. Die zu erhaltenden demografischen Daten umfassen Größe (cm), Gewicht (kg), Alter, Geschlecht und selbsterklärte ethnische Zugehörigkeit. Blutdruck, Herzfrequenz und Sauerstoffsättigung werden zu Studienbeginn sowie vor und nach jedem Maskentest aufgezeichnet. Bei allen Patienten wird vor Beginn der Studie eine Baseline-FEV1/FVC-Messung durchgeführt und aufgezeichnet. FiO2-Daten werden digital vom Gasanalysator in eine Excel-Tabelle heruntergeladen. Wenn dies nicht möglich ist, wird der Sauerstoffprozentsatz bei jedem Atemzug manuell aufgezeichnet, um den Bereich der Sauerstoffprozentsätze (Minimum und Maximum) während beider Beatmungsphasen während der 30-sekündigen Messperiode zu bestimmen. Die Atemfrequenz während der Messzeit wird ebenfalls aufgezeichnet. Am Ende des 30-Sekunden-Probenahmezeitraums wird eine letzte Messung während eines forcierten Vitalkapazitäts-Atemzugs durchgeführt.

Datenanalyse: Die Beatmungsphase wird anhand der Kapnographie-Kurve definiert, die gleichzeitig mit der Messung des eingeatmeten Sauerstoffs angezeigt wird. Die maximale und minimale Sauerstoffkonzentration werden für die Inspiration während des 30-Sekunden-Maskenatmungsversuchs für jeden Probanden gemittelt. Diese Werte werden für jede Intervention über die Gruppe gemittelt, um Statistiken für die gesamte Gruppe zu erstellen. Die während der normalen Atemzugvolumenbeatmung aufgezeichneten Werte werden getrennt von den Werten analysiert, die während jeder forcierten Vitalkapazitätsbeatmung aufgezeichnet wurden. Der Varianzanalyse-Test und eine entsprechende Post-hoc-Analyse werden verwendet, um den Unterschied zwischen FiO2 zu bestimmen, das von jeder getesteten Maske verabreicht wird.