Exspirationsflussbegrenzung und mechanische Beatmung während des kardiopulmonalen Bypasses in der Herzchirurgie

Einleitung Während der Vollnarkose wurde eine Verringerung der funktionellen Residualkapazität (FRC) beobachtet. Die Verringerung der FRC könnte bedeuten, dass die Schließkapazität des Atmungssystems (CC) die FRC übersteigt und zu einem Phänomen führt, das als exspiratorische Flussbegrenzung (EFL) bezeichnet wird. Mehrere Faktoren tragen zum EFL-Phänomen während der Vollnarkose bei, einschließlich der Narkoseeinleitung selbst. Auch hohe Sauerstoffkonzentrationen, Muskelparalyse, Rückenlage, vermehrtes extravaskuläres Wasser durch perioperative Flüssigkeitstherapie und Entzündungsreaktionen spielen in diesem Bild eine Rolle.

Darüber hinaus war der kardiopulmonale Bypass (CPB) mit Aorten-Cross-Clamp, der für die meisten Eingriffe in der Herzchirurgie notwendig ist, mit einer direkten Lungenschädigung verbunden. Pulmonale Atelektase, Apnoe und Ischämie während CPB und die Aktivierung proteolytischer Enzyme im Lungenkreislauf beeinflussen die Inzidenz postoperativer Lungenfunktionsstörungen nach Herzoperationen.

Der Test des positiven endexpiratorischen Drucks (PEEP) ist eine validierte Methode zur Bewertung des Vorhandenseins von EFL während der Anästhesie. Der PEEP-Test ist ein praktikables und absolut sicheres Maß für die Reduzierung der FRC bei mechanisch beatmeten Patienten.

Ziel der Studie wird es sein zu beurteilen, ob die mechanische Beatmung während CPB in der Herzchirurgie die Inzidenz von EFL in der Post-CPB-Phase reduzieren könnte.

Primärer Endpunkt Der primäre Endpunkt ist ein zusammengesetzter Endpunkt aus dem Auftreten von Exspirationsflussbegrenzung nach der Entwöhnung von CPB und postoperativen pulmonalen Komplikationen.

Sekundäre Endpunkte

Zu den sekundären Endpunkten gehören:

• Wiederaufnahme auf die Intensivstation;
• Notwendigkeit einer erneuten Intubation;
• Notwendigkeit einer nicht-invasiven Beatmung;
• Dauer der mechanischen Beatmung;
• Postoperative Infektionen;
• Schwere unerwünschte kardiale Ereignisse;
• Dauer des Intensiv- und Krankenhausaufenthalts;
• 30 Tage und 1 Jahr Sterblichkeit.

Materialien und Methoden Dies wird eine randomisierte, kontrollierte Studie mit einem einzigen Zentrum, einer Einzelblindparallelgruppe sein. Die Patienten werden nach dem Zufallsprinzip vier parallelen Armen mit einem Zuordnungsverhältnis von 1:1:1:1 zugewiesen, um während der CPB eine von vier mechanischen Beatmungsstrategien zu erhalten. Patienten, die bei der präoperativen Bewertung die folgenden Kriterien erfüllen, werden rekrutiert.

Randomisierung und Maskierung Der Patient wird anhand einer computergenerierten Liste zufälliger Nummern randomisiert. Informationen über die Patientenzuordnung werden in verschlossenen undurchsichtigen Umschlägen aufbewahrt, und niemand wird die Patientenzuordnung vor der Randomisierung kennen. Die Patienten sind für die Zuordnung blind.

Beatmungsprotokoll

Jeder Patient wird sowohl hinsichtlich des Beatmungsmanagements vor und nach CPB als auch hinsichtlich des Managements während CPB randomisiert: ein 2-mal-2-Studiendesign. Die Patienten werden zufällig in vier Gruppen eingeteilt:

Gruppe A: Die Patienten werden vor und nach dem kadiopulmonalen Bypass (CPB) mit positivem endexspiratorischem Druck (PEEP) beatmet; während CPB wird kontinuierlicher positiver Atemwegsdruck (CPAP) angenommen.

Gruppe B: Patienten werden ohne PEEP (ZEEP) vor und nach CPB beatmet; während CPB wird CPAP übernommen.

Gruppe C: Patienten werden vor und nach CPB mit PEEP beatmet; während der CPB wird keine mechanische Beatmung (keine MV) angewendet.

Gruppe D: Patienten werden ohne PEEP (ZEEP) vor und nach CPB beatmet; während CPB wird kein MV übernommen.

Die Patienten werden unmittelbar vor der Operation randomisiert und erhalten entweder einen PEEP gleich dem besten PEEP, bewertet mit einem PEEP-Test, unmittelbar nach Einleitung der Anästhesie oder gleich Null. Alle Patienten werden darüber hinaus randomisiert, um während der CPB entweder eine CPAP-Strategie zu erhalten, die dem besten PEEP entspricht, oder eine Null-PEEP-Strategie (mit Trennung vom Anästhesiekreislauf). Die beiden Randomisierungen sind voneinander unabhängig.

Während der CPB wird es unser Ziel sein, den PaO2 zwischen 200 und 250 mmHg zu halten, um eine durch Hyperoxie verursachte Lungenschädigung zu vermeiden; außerdem wird der Hämatokrit über 24 % gehalten.

Während der Entwöhnung von CPB führen wir eine einzelne alveoläre RM durch. Diese RM wird am Ende des Eingriffs vom Anästhesisten manuell mit einem Gasgemisch aus Sauerstoff und Luft (mit einem eingeatmeten Sauerstoffanteil von weniger als 80 %) durchgeführt. Nach der CPB wird dieses Rekrutierungsmanöver entsprechend dem chirurgischen Entlüftungsverfahren manuell durchgeführt. Der Atemwegsdruck wird für mindestens 10 Sekunden auf 40 cmH2O gehalten.

Bestimmung der Lungenmechanik

Die quasistatische Compliance des Atmungssystems (Cqst,rs) wird wie folgt berechnet:

Tidalvolumen / (endinspiratorischer Plateaudruck – PEEPtot (ml/cmH2O) wobei PEEPtot der endexspiratorische Druck in der Zeit ohne Flow ist. Die Messung wird mit einer Inspirationspause von 60 % durchgeführt.

Der Atemwegswiderstand (Rmin,rs) wird wie folgt berechnet:

(Ppeak - P1) / V' wobei Ppeak der Inspirationsspitzendruck, P1 der Atemwegsdruck am Punkt des Nullflows und V' der Inspirationsflow ist. Die Messung wird mit einer Inspirationspause von 60 % durchgeführt.

Die Lungenmechanik wird unmittelbar nach jeder Ausführung des PEEP-Tests bestimmt.

Totraumberechnung

Die Berechnung des Totraumanteils erfolgt mit der Enghoff-Modifikation der Bohr-Gleichung:

Vd/Vt = (PaCO2-PECO2)/PaCO2

Woher:

• Vd ist der Totraum
• Vt Atemzugvolumen
• PECO2 ist der Druck des mittleren ausgeatmeten CO2

Berechnung des Shunt-Anteils

Die Shunt-Fraktion wird vor der Operation und nach der Operation im Operationssaal während der Vollnarkose bestimmt, bevor der Patient aus dem Operationssaal entlassen wird. Die Shuntfraktion wird bei allen Patienten wie folgt beurteilt:

Qs/Qt = (PAO2 - PaO2)*0,0031 / C(a-v gemischt)O2 + [(PAO2 - PaO2)*0,0031]

Woher:

• PAO2 ist die alveoläre Sauerstoffkonzentration;
• PaO2 ist die arterielle Sauerstoffkonzentration;
• C(a-v gemischt)O2 ist die arterovöse Differenz der Sauerstoffkonzentration;
• 0,0031 ist ein Umrechnungsfaktor in Volumenprozent für O2.

Die Messung wird durchgeführt, während 20 Minuten lang 100 % Sauerstoff eingeatmet wird, um eine vollständige Hämoglobinsättigung zu erreichen.

Wenn ein Pulmonalarterienkatheter (PAC) platziert wird, wird die Shuntfraktion gemäß den klinischen Indikationen anhand der folgenden Formel berechnet:

Qs/Qt = CcO2-CaO2 / CcO2-Cv(gemischt)O2 * 100

Woher:

• CcO2 ist der O2-Gehalt im Lungenkapillarblut, geschätzt mit der folgenden Gleichung: CcO2 = (Hb * 1,34) + (0,0031 * PAO2);

• CaO2 ist der arterielle Sauerstoffgehalt;
• Cv(mixed)O2 ist der Sauerstoffgehalt in Blutproben, die aus der Pulmonalarterie entnommen wurden;
• PAO2 ist der alveoläre Sauerstoffpartialdruck. Blutproben werden aus dem Arterienkatheter und dem Pulmonalarterienkatheter unter einem FiO2 von 100 % im selben Moment entnommen.

Weiterhin werden Blutgasanalysen (BGA) an arteriellem Blut durchgeführt:

• nach Narkoseeinleitung;
• nach Sternotomie, zusammen mit Heparinisierung;
• vor Sternosynthese, zusammen mit Protamingabe;
• vor der Entlassung aus dem Operationssaal.

Berechnung der Stichprobengröße Die Berechnung der Stichprobengröße basierte auf einem zweiseitigen α-Fehler von 0,05 und einer 80 %-igen Trennschärfe (β). Aufgrund unserer Erfahrung gehen wir davon aus, dass 50 % der Patienten mit Beatmungsstopp während CPB und ohne PEEP vor und nach CPB den zusammengesetzten Endpunkt aus EFL nach CPB und Atemwegskomplikationen nach 5 Tagen erreichen, während nur 30 % der mit einem Optimum behandelten Patienten. Eine Stichprobengröße von 93 Patienten pro Gruppe, insgesamt 186, ist erforderlich, um die Studie abzuschließen. Einschließlich einer Drop-out-Fraktion von 10 % werden wir 51 Patienten pro Gruppe aufnehmen, insgesamt 204.

Datenerfassung und -analyse Die Daten werden auf dem entsprechenden Fallberichtsformular (CRF) erfasst. Insbesondere werden anamnestische Informationen erhoben, Operationsdaten und postoperative klinische Daten, insbesondere respiratorische Parameter. Die Daten werden mit einer professionellen Statistiksoftware analysiert. Dichotome Variablen werden mit dem zweiseitigen Chi-Quadrat-Test verglichen, gegebenenfalls unter Verwendung der Yates-Korrektur. Kontinuierliche Variablen werden gegebenenfalls durch Varianzanalyse oder den nichtparametrischen Kruskal-Wallis-Test verglichen.

Einverständniserklärung und Studiendurchführung Jeder Patient gibt eine Einverständniserklärung nach Aufklärung ab. Alle Teile dieser Studie werden gemäß der Erklärung zur guten klinischen Praxis (GCP) sowie den italienischen und internationalen Gesetzen zur klinischen Forschung durchgeführt.