Atemarbeit während der nicht-invasiven Beatmung bei Frühgeborenen

Hintergrund/Begründung:

In der Vergangenheit waren respiratorische Insuffizienz und respiratorisches Versagen häufige Ursachen für Morbidität und Mortalität bei Frühgeborenen. Die Intubation zur invasiven mechanischen Beatmung ist für viele dieser Patienten eine lebensrettende Therapie, aber nicht ohne Risiken. Zu diesen Risiken gehören pulmonale Komplikationen wie Volutrauma, extrapulmonale Luftlecksyndrome und traumatische Verletzungen der großen Atemwege; nicht pulmonale Komplikationen wie Frühgeborenen-Retinopathie; und Langzeitkomplikationen wie bronchopulmonale Dysplasie [Miller, Badiee]. Die Besorgnis über diese Auswirkungen einer verlängerten mechanischen Beatmung hat zur Entwicklung nicht-invasiver Formen der Atemunterstützung geführt.

Die nicht-invasive Beatmung (NIV) ist eine häufig verwendete Modalität der Atemunterstützung für Frühgeborene bei respiratorischer Insuffizienz oder kürzlich erfolgter Entwöhnung von der invasiven Beatmung. Synchronisiertes NIV verringert die Atemanstrengung im Vergleich zu unsynchronisiertem NIV und nasalem kontinuierlichem positivem Atemwegsdruck (NCPAP) [Chang]. Die Synchronisierung der NIV bei Frühgeborenen mit der eigenen Atmungsanstrengung des Patienten ist aufgrund der großen Luftleckagen, schwachen Inspirationsanstrengungen und hohen Atemfrequenzen, die dieser Population eigen sind, schwierig [Vignaux].

Eine neuartige Synchronisationsmethode, die neural angepasste Beatmungsunterstützung (NAVA), verwendet Elektroden an einer funktionellen naso-/orogastralen Sonde (Edi-Katheter), um Zwerchfellkontraktionen zu erkennen und den Beginn, die Dauer und den maximalen Inspirationsdruck unterstützender Atemzüge mit der elektrischen Aktivität der Atemzüge abzustimmen Zwerchfell (Edi) [Sinderby]. NAVA kann sowohl mit invasiven als auch nicht-invasiven Beatmungsmodalitäten verwendet werden, und es wurden mehrere kleine Studien durchgeführt, die invasive NAVA bei Kindern und Erwachsenen untersuchten [Stein, de la Olivia]. Weniger Studien haben NIV NAVA bei diesen Populationen untersucht, und nur zwei klinische Studien haben NIV NAVA bei Frühgeborenen untersucht [Beck, Lee]. Beck und Kollegen in Kanada zeigten die Durchführbarkeit und Erhaltung der Synchronität während NIV NAVA bei Frühgeborenen [Beck]. Lee und Kollegen in Korea zeigten mit NIV NAVA im Vergleich zur nicht-invasiven druckunterstützten Beatmung bei Frühgeborenen weniger asynchrone Ereignisse, eine geringere Auslöseverzögerung und niedrigere Spitzeninspirationsdrücke [Lee]. Keine der Studien untersuchte die Atemarbeit (WOB) bei Frühgeborenen, die mit NIV NAVA beatmet wurden.

Die Atemarbeit während der assistierten Beatmung ist der Anteil des Antriebsdrucks für die Beatmung, der von den Atemmuskeln des Patienten beigesteuert wird. Ein Forschungsteam am Arkansas Children's Hospital konnte zeigen, dass NAVA eine reduzierte Reaktionszeit, Atemarbeit und Asynchronität mit neural getriggerten Atemzügen im Vergleich zu pneumatisch getriggerten Atemzügen in einem Tiermodell erreicht [Heulitt]. Ähnliche Ergebnisse konnte dieses Team auch in einer klinischen Studie an intubierten pädiatrischen Patienten mit Bronchiolitis zeigen [Clement]. Eine kürzlich an dieser Einrichtung abgeschlossene Studie untersuchte die Atemarbeit bei neugeborenen Schweinen und verglich NIV NAVA mit dem unsynchronisierten nasalen intermittierenden Überdruckmodus (NIPPV), der derzeit in diesem Krankenhaus verwendet wird. Unter Verwendung des Druck-Zeit-Produkts (PTP) als Maß für den WOB konnte diese Studie zeigen, dass der WOB mit NAVA niedriger war. Der PTP kann bei Säuglingen mit NIV nicht zuverlässig verwendet werden, da die Nasenprong-Schnittstelle große Luftlecks an Nase und Mund zulässt, die genaue Messungen beeinträchtigen.

Die thorakoabdominale Asynchronie (TAA) ist ein wichtiges Korrelat von WOB und erhöhter Atemlast bei Frühgeborenen und kann ohne invasive Überwachung gemessen werden. TAA kann unter Verwendung von respiratorischen Induktionsplethysmographie (RIP)-Bändern um Brust und Bauch des Patienten gemessen werden, um Brustwand- und Bauchbewegungen zu quantifizieren. Der Grad der Asynchronität zwischen den beiden Kompartimenten spiegelt sich im Phasenwinkel (θ) wider, der aus den RIP-Bandmessungen berechnet werden kann.

Diese Studie wird den geschätzten WOB in einer Population von Frühgeborenen mit respiratorischer Insuffizienz untersuchen, die derzeit nicht-invasiv unterstützt werden. Säuglinge dienen als ihre eigenen Kontrollen und werden mit NIV NAVA und NIPPV untersucht. Die Reihenfolge der Zuweisung wird randomisiert. Die Forscher werden RIP-Bänder verwenden, um Brust- und Bauchbewegungen zu messen, und dann den Phasenwinkel (θ) als Schätzung des WOB berechnen. Das Studienpersonal misst andere Atmungsparameter, die mit Beatmung und Gasaustausch korrelieren, einschließlich der folgenden: Tidalvolumen (willkürliche Einheiten, AU), Atemminutenvolumen (AU/min), Atemfrequenz, transkutaner Sauerstoff und Kohlendioxid, Sauerstoffsättigung und FiO2-Bedarf, Peak Einatmungsdruck und abgegebener Ausatmungsenddruck. Die Ermittler werden auch Messungen der Atemasynchronität auswerten, um die Triggerverzögerung (Zeit zwischen dem anfänglichen Anstieg des Edi-Signals und der Einleitung des zugeführten Beatmungsflusses) und den Asynchronieindex (Anzahl der Asynchronieereignisse geteilt durch die Gesamtereignisse in Prozent) einzuschließen.

Studiendesign/Verfahren/Population:

Fünfzehn Frühgeborene mit einem aktuellen Gewicht zwischen 1 und 2 Kilogramm und einem Gestationsalter bei der Geburt zwischen 24 und 34 Wochen, die nicht-invasiv beatmet werden, werden in die Studie aufgenommen. Die Einschlusskriterien lauten wie folgt: respiratorische Insuffizienz, die derzeit eine nicht-invasive Beatmung erfordert (entweder NIPPV oder NAVA), aktueller FiO2-Bedarf von weniger als 0,40 und klinische Stabilität. Ausschlusskriterien sind wie folgt: ionotrope Unterstützung, klinische Instabilität (Temperaturinstabilität, Herzinsuffizienz, Blutung, aktive Infektion, signifikante Apnoe oder Bradykardie), bekannte schwerwiegende angeborene Anomalien (angeborene Herzkrankheit, Bauchwanddefekte, Magen-Darm-Trakt-Defekte, Gaumenspalte, oder neurologische Defekte), bekannte zystische Fibrose, Stickoxidkonsum und angeborene zyanotische Herzfehler.

Zu Beginn der Studie werden RIP-Bänder um Brust und Bauch des Säuglings gelegt. Ein Edi-Katheter wird platziert und der aktuelle Magenkatheter kann entfernt werden oder nicht. Säuglinge werden mit dem Servo i-Beatmungsgerät beatmet, das mit der NIV NAVA-Software ausgestattet ist {Maquet, Solna, Schweden}. Die Daten werden kontinuierlich und simultan mit dem Datenerfassungssystem MP100 Biopac erfasst. Folgende Daten werden erfasst: Herzfrequenz, Sauerstoffsättigung, transkutanes CO2 und O2, PIP, PEEP, Brustkorb- und abdominale RIP-Signale, summiertes Atemzugvolumen und Edi. Säuglinge erhalten 15-minütige Versuche mit NIV NAVA und NIPPV in zufälliger Reihenfolge, wobei die ersten 10 Minuten nach dem Wechseln als Auswaschphase betrachtet werden und die letzten 5 Minuten für die Datenerfassung verwendet werden. Die von den beiden RIP-Bändern aufgezeichneten Daten werden verwendet, um den Phasenwinkel (θ) als Schätzung von WOB zu berechnen.

Risiken und Vorteile:

Säuglinge haben oft Würgen und Erbrechen, wenn eine Magensonde, wie z. B. der NAVA-Katheter, entfernt oder ersetzt wird. In seltenen Fällen kann bei Patienten eine Magensonde an einer anderen Stelle als dem Magen oder einer Spirale in der Speiseröhre eingeführt werden. Forscher sollten mithilfe des Platzierungsbildschirms am Beatmungsgerät feststellen können, ob dies auftritt, da der NAVA-Katheter über Elektroden verfügt, die die elektrische Aktivität des Herzens und des Zwerchfells erfassen, die zur Bestimmung der Position verwendet werden kann.

Bei Säuglingen mit extrem niedrigem Geburtsgewicht können transkutane Monitore (TCOMs) Hautverbrennungen verursachen. Diese Effekte werden bei größeren Babys wie den in dieser Studie eingeschlossenen nicht beobachtet.

Bei jeder Forschung besteht ein geringes Risiko des Verlusts der Vertraulichkeit. Die Ermittler werden alles tun, um die Vertraulichkeit der Teilnehmer zu wahren.

Es kann einen direkten medizinischen Nutzen für die an dieser Studie beteiligten Säuglinge geben oder auch nicht. Die Säuglinge werden während der Studie kontinuierlich auf Kohlendioxid und Sauerstoff überwacht, und wenn ein Patient irgendwelche Probleme hat, kann das Studienpersonal dies schnell erkennen und darauf reagieren. Wenn ein Patient während der Anwendung von NAVA eine Besserung zeigt, können die Prüfärzte dem Behandlungsteam möglicherweise vorschlagen, diesen Modus fortzusetzen. Wenn die Verwendung von NAVA die Atemarbeit bei Babys verbessert, hoffen die Forscher, dass die aus dieser Studie gewonnenen Informationen anderen Säuglingen zugute kommen, die in Zukunft eine Atemunterstützung benötigen.

Datenverarbeitung/Aufbewahrung:

Der Hauptforscher wird die Studienverfahren sorgfältig überwachen, um die Sicherheit der Forschungsteilnehmer, die Qualität der Daten und die Integrität der Studie zu schützen. Jedem Patienten wird ein eindeutiger Identifikationscode oder eine eindeutige Nummer zugewiesen. Der Schlüssel zum Code wird in einer verschlossenen Akte im Büro des leitenden Ermittlers aufbewahrt. Nur der Hauptforscher und die Co-Forscher haben Zugriff auf den Code und die Informationen, die den Probanden in der Studie identifizieren.

Datenanalyse:

Die primäre Hypothese ist, dass der Phasenwinkel (θ) unter Verwendung von respiratorischer Induktivitätsplethysmographie durch die Verwendung von NAVA im Vergleich zu NIPPV in unserer Studienstichprobe verringert wird.

Die gesammelten Daten werden auf Ausreißer und Extremwerte sowie Verteilungsannahmen der parametrischen statistischen Tests überprüft. ANOVA mit wiederholten Messungen wird verwendet, um die primären und sekundären Ergebnisse unter den beiden Beatmungsmethoden zu vergleichen, wenn diese Annahmen erfüllt sind. Wenn eine signifikante Abweichung von den Annahmen auftritt, werden nichtparametrische Alternativen verwendet. Statistische Analysen werden mit der Statistiksoftware Stata (College Station, TX) durchgeführt.

Stichprobengröße, Leistungsberechnung:

Die Ermittler planen, 15–20 Neugeborene mit respiratorischer Insuffizienz in der 24.–34. Schwangerschaftswoche zu rekrutieren. Basierend auf den Ergebnissen im Tiermodell wird eine Reduktion des primären Outcomes um 30 % erwartet. Da festgestellt wurde, dass der durchschnittliche Phasenwinkel bei Frühgeborenen variabel ist (zwischen 2,8 und 162,9), es werden mehrere Szenarien der Stichprobenumfangs- und Powerberechnung zur Analyse vorgestellt [Ulm]. Eine Stichprobengröße von 15 Neugeborenen erreicht eine Trennschärfe von 82 %, um eine 30 %ige Änderung des primären Ergebnisses mit einer geschätzten Standardabweichung der Differenzen von 18,8, 37,5 bzw. 56,3 für einen durchschnittlichen Phasenwinkel von 50, 100 und 150 Grad zu erkennen Verwendung von NIPPV. Alle Berechnungen gehen von einem Signifikanzniveau von 0,05 unter Verwendung eines zweiseitigen gepaarten t-Tests aus.

Ethische Überlegungen:

Diese Studie wird in Übereinstimmung mit allen geltenden staatlichen Vorschriften und den Forschungsrichtlinien und -verfahren der University of Arkansas for Medical Sciences (UAMS) durchgeführt. Dieses Protokoll und alle Änderungen werden vom UAMS Institutional Review Board (IRB) eingereicht und genehmigt. Die formelle Zustimmung jedes Probanden unter Verwendung des vom IRB genehmigten Einverständnisformulars wird eingeholt, bevor dieser Proband einem Studienverfahren unterzogen wird. Alle Probanden für diese Studie erhalten eine Einverständniserklärung, die diese Studie beschreibt und ausreichende Informationen in einer Sprache enthält, die für die Probanden geeignet ist, um eine fundierte Entscheidung über ihre Teilnahme an dieser Studie zu treffen. Die Person, die die Zustimmung erhält, wird jedes Element des Dokuments ausführlich erläutern und die Risiken und Vorteile, alternative Behandlung(en) und Anforderungen der Studie skizzieren. Das Zustimmungsverfahren findet in einem ruhigen und privaten Raum oder per Telefon statt, und die Probanden können sich so viel Zeit wie nötig nehmen, um eine Entscheidung über ihre Teilnahme zu treffen. Die telefonische Zustimmung wird mit einem Zeugen eingeholt und die Zustimmung wird an die Eltern gefaxt. Eine telefonische Einwilligung wird nur eingeholt, wenn die Eltern nicht anwesend sein können.

Die Privatsphäre der Teilnahme wird gewahrt und Fragen zur Teilnahme werden beantwortet. Im Zustimmungsverfahren wird kein Zwang oder unangemessene Beeinflussung angewendet. Die Einwilligungserklärung muss von der betroffenen Person, dem Elternteil und der Person, die die Einwilligung erhält, unterschrieben werden. Dem Teilnehmer wird eine Kopie der unterschriebenen Einwilligung ausgehändigt, und der Prozess der informierten Einwilligung wird im Forschungsprotokoll jedes Probanden dokumentiert.

Verbreitung von Daten:

Die Ergebnisse dieser Studie können für Präsentationen, Poster oder Veröffentlichungen verwendet werden. Die Veröffentlichungen enthalten keine identifizierbaren Informationen, die einem Teilnehmer zugeordnet werden könnten.