Training der Atemmuskulatur bei schwer entwöhnbaren Patienten

1. Einleitung.

Die Entwöhnung umfasst den gesamten Prozess der Befreiung des Patienten von der mechanischen Beatmungsunterstützung (MV) und dem Endotrachealtubus oder der Tracheotomie. Bei der Mehrzahl der beatmeten Patienten kann die Spontanatmung (Weaning) schnell und einfach erfolgreich durchgeführt werden, jedoch ist dies bei 15-30 % der beatmeten Patienten nicht der Fall. Die häufigsten Faktoren, die zu einem Fehlschlagen der Entwöhnung führen, sind i) Ermüdung der Atemmuskulatur ii) Hyperkapnie iii) Dyspnoe und iv) Angstzustände. In diesem Sinne wurde ein Mechanismus vorgeschlagen, der zum Scheitern der Entwöhnung beitragen könnte, nämlich die Theorie des „Stealing-Effekts“. Genauer gesagt geht die „Stealing-Effekt“-Theorie davon aus, dass während des Entwöhnungsprozesses der Energiebedarf der Atemmuskulatur so stark ansteigen kann, dass die Atemmuskulatur anderen Geweben wie dem Gehirn Sauerstoff und Blut entzieht. Zumindest für das Gehirn könnte die Abnahme der Blut- und Sauerstoffzufuhr dieses Organ theoretisch für Funktionsstörungen prädisponieren. Eine Einschränkung der Sauerstoffzufuhr zum Gehirn könnte die Funktion der Atemmuskulatur an sich negativ beeinflussen, indem die Leistung des Atemzentrums und die neuromuskuläre Kompetenz der Beatmungspumpe beeinträchtigt werden, wodurch die Beatmungspumpe nicht mehr in der Lage ist, die Lunge aufzublasen, wodurch die Atmung verstärkt wird Muskelermüdung und führt zu Weaning-Versagen. Inspiratorisches Muskeltraining (ΙΜΤ) ist eine nicht-pharmakologische und kostengünstige Behandlung, die nachweislich die Funktionsfähigkeit der Inspirationsmuskulatur bei Patienten mit Atemmuskelschwäche verbessert und kürzlich als mögliche zusätzliche Komponente von Entwöhnungsstrategien vorgeschlagen wurde. Die Implementierung eines IMT-Programms kann den Energiebedarf der Atemmuskulatur senken, indem einerseits die Atmungseffizienz der Atemmuskulatur verbessert und andererseits die Sauerstoffnutzung der Atemmuskulatur optimiert wird. Eine Verbesserung der Muskelkraft und Kontraktionsfunktion sowie der oxidativen Kapazität als Reaktion auf IMT, die bei Patienten mit chronischen Lungenerkrankungen als Reaktion auf IMT dokumentiert wurden, kann die Sauerstoffnutzung durch die Inspirationsmuskulatur erhöhen und somit den Bedarf an Blutfluss und Sauerstoff verringern zugunsten der Großhirnrinde.

Die Ziele des Projekts sind:

1. Es soll untersucht werden, ob die Atemmuskulatur der Großhirnrinde Blut und Sauerstoff entzieht („Stealing-Effekt“).
2. Untersuchung der Auswirkung der „Stealing-Effect“-Theorie auf die Entwöhnungsergebnisse.
3. Es sollten die Auswirkungen von IMT unter Verwendung eines kürzlich entwickelten TFRL-Geräts auf die Entwöhnungsergebnisse und auf den „Stealing-Effekt“ bei schwer entwöhnbaren Patienten auf der Intensivstation im Vergleich zu einer Schein-Ausdauertrainingsgruppe mit geringer Intensität bewertet werden.

2. Primäre Methoden

Patienten mit schwieriger Entwöhnung werden gemäß den Einschlusskriterien aufgenommen. Darüber hinaus wird eine Gruppe von "einfachen Weanings", definiert als Patienten, die im ersten Weaning-Versuch erfolgreich waren, als Kontrollgruppe für die Adressierung des 1. und 2. Ziels der Studie verwendet. Einfache Entwöhnungspatienten, schwer entwöhnbare und verlängerte Entwöhnungspatienten werden nach Kriterien klassifiziert, die in der jüngsten WIND-Studie vorgeschlagen wurden. Insbesondere werden die Patienten in Gruppe 1 eingestuft (d. h. Patienten mit einfacher Entwöhnung – Entwöhnung erfolgreich beim ersten Entwöhnungsversuch, die zu einer erfolgreichen Extubation innerhalb von 1 Tag führt. Patienten werden eingeschlossen, wenn sie in Gruppe 2 (d. h. schwer zu entwöhnen – Entwöhnung erfolgreich nach mehr als 1 Tag, aber in weniger als 1 Woche nach dem ersten Trennungsversuch (erfolgreiche Trennung oder Tod) oder Gruppe 3 (d. h. verlängerte Entwöhnung – Entwöhnung 7 Tage nach dem ersten Trennungsversuch noch nicht durch Erfolg oder Tod beendet). Nachdem sie über die Studie informiert wurden, wird von allen Patienten, sofern sie wach und angemessen sind, oder von einem Familienmitglied, falls sie bewusstlos sind, eine schriftliche Einverständniserklärung eingeholt. Um das 3. Ziel der Studie zu erreichen, werden die Patienten dann in eine der beiden Gruppen randomisiert: IMT-Gruppe oder Ausdauertrainingsgruppe (SHAM). Es wird eine Block-Randomisierung durchgeführt, bei der nach zwei Faktoren stratifiziert wird: Score auf dem APACHE II und das Vorhandensein von COPD. Umschläge werden vorbereitet und versiegelt (80 für die Behandlungsgruppe und 80 für die Ausdauertrainingsgruppe). Stapel von Umschlägen werden in APACHE<18, APACHE>18, Nicht-COPD oder COPD und deren Kombinationen (20 für jede Erkrankung) getrennt, wobei 10 IMT-Umschläge und 10 Ausdauertrainingsumschläge für jeden Stapel berücksichtigt werden.

2.1. Regionale Blutfluss-, Sauerstoffzufuhr- und Sauerstoffverfügbarkeitsmessungen durch NIRS-ICG-abgeleiteten BFI.

Inspiratorischer und zerebraler Kortex-Durchblutungsindex (BFI) werden gleichzeitig durch Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) in Kombination mit Injektionen des Tracers Indocyaningrün (ICG) gemessen. ICG, das weithin als hämodynamischer Tracer verwendet wird, löst einen Absorptionspeak bei 805 nm aus und ist nach intravenöser Infusion durch >95 % Bindung an Plasmaproteine ​​auf das intravaskuläre Kompartiment beschränkt. Der von NIRS-ICG abgeleitete BFI als relatives Maß der lokalen Durchblutung in Atemwegs- und peripheren Muskeln und der Großhirnrinde wird berechnet, indem die Muskel-ICG-Spitzenkonzentration (bewertet durch die NIRS-ICG-Kurve) durch die Anstiegszeit von 10 bis 90 % der Spitze dividiert wird. Um die ICG-Konzentrationen der Inspirationsmuskulatur und der Großhirnrinde zu messen, werden vier Sätze von NIRS-Optoden wie folgt transkutan positioniert: für das Gehirn über dem präfrontalen Kortexbereich (in einem angemessenen Abstand, um eine Interferenz mit dem Mittelliniensinus zu vermeiden), auf den Skalenusmuskeln und weiter der obere gerade Bauchmuskel. Eine zusätzliche Sonde (4.) wird an einer nicht arbeitenden Muskelgruppe (d. h. dem Daumenballen) platziert, die als Kontrollmesspunkt verwendet wird. Die Sauerstoffversorgung von Skelettmuskeln und Gehirngewebe wird berechnet, indem der BFI mit dem arteriellen Sauerstoffgehalt multipliziert wird; letzteres wird aus arteriellen und venösen Blutgasproben berechnet. Die Sauerstoffsättigung der inspiratorischen und Thebarmuskulatur und der Großhirnrinde (Stio2,%) – ein nicht-invasiver Index der lokalen Sauerstoffverfügbarkeit im Gewebe, der das Gleichgewicht zwischen Sauerstoffversorgung und -verbrauch widerspiegelt – wird kontinuierlich von NIRS aufgezeichnet.

2.2 Hämodynamischer Status

Das Herzzeitvolumen wird kontinuierlich durch Pulskonturanalysen mit einem Sensor (Pulsioflex Monitor, Pulsion Medical Systems SE) bewertet, der an einen vorhandenen arteriellen Katheter32 angeschlossen ist (siehe Online-Ergänzung). Die Berechnung des Herzzeitvolumens erfolgt Schlag für Schlag durch einfaches Multiplizieren des Schlagvolumens, das durch die Wellenformanalyse des arteriellen Drucks berechnet wird, mit der aufgezeichneten Herzfrequenz. Die Methode der Pulskonturanalyse wurde anhand von Berechnungen des Herzzeitvolumens unter Verwendung von Goldstandardmethoden validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Methode bei hämodynamisch stabilen Patienten auf der Intensivstation eine klinisch akzeptable Trendbewertung des Herzzeitvolumens liefern kann. Herzzeitvolumen- und Herzfrequenzdaten werden während jeder BFI-Bestimmung über 60 Sekunden gemittelt.

2.3. Trainingsprogramm für die Atemmuskulatur

Beide Gruppen (d. h. die IMT-Gruppe oder die Ausdauertrainingsgruppe (SHAM)) nehmen an Trainingsinterventionen der üblichen Versorgung teil, die darauf abzielen, die Ausdauer der Atemmuskulatur zu verbessern, wie z. CPAP), T-Tube sowie Frühmobilisation. Nach der Aufnahme und Randomisierung beginnen die Patienten in beiden Gruppen das Training mit dem TFRL-Gerät (POWERBREATHE KH2, HaB International Ltd, UK). Vor und nach jeder Sitzung werden Atemfrequenz, Herzfrequenz, Sauerstoffhämoglobinsättigung und Blutdruck aufgezeichnet. Die Sitzungen bestehen aus 4 Sätzen mit mindestens 6 und maximal 10 Atemzügen pro Satz mit Ruhephasen von mindestens 2 Minuten, in denen der Patient in eine sitzende Position (45 Grad) gebracht, bei Bedarf aspiriert und die Manschette aufgeblasen wird, um dies zu verhindern Luftverlust. Die Patienten werden angewiesen, bei jedem Atemzug eine vollständige Inspiration und Exspiration zu erreichen und eine schnelle und kraftvolle Inspiration durchzuführen. Anweisungen und Ermutigungen während der Sitzungen sind standardisiert. Ein Feedback-Bildschirm auf dem Computer wird für Patienten in der IMT-Gruppe verfügbar sein, um die Leistung der Patienten während des Trainings anzuzeigen (BreatheLink Software, HaB International Ltd, UK). Die Trainingseinheit wird unterbrochen, wenn der Patient Symptome von Dyspnoe, Angst oder Husten, Unwohlsein oder wenn die transkutane Sauerstoffentsättigung unter 85 % fällt. Die Trainingsbelastung in der Krafttrainingsgruppe wird angepasst, um die höchstzulässige Intensität während des gesamten Studienverlaufs bis zur Entwöhnung von MV aufrechtzuerhalten. Patienten in der Ausdauertrainingsgruppe führen das gleiche Trainingsprogramm ohne Anpassungen des Trainingswiderstands (< 10 % MIP) durch. Nach den Sitzungen werden Werte auf der Borg-Skala zur wahrgenommenen Atemanstrengung und Dyspnoe aufgezeichnet. Erfahrene Physiotherapeuten führen die Sitzungen in allen Gruppen durch. Das Training dauert 28 Tage oder bis der Patient erfolgreich von MV entwöhnt ist. Patienten, die nach 28 Tagen IMT immer noch in MV sind, werden als nicht entwöhnt betrachtet. MIP und VC werden wöchentlich gemessen, um den Fortschritt der Lungenfunktion und den angemessenen Trainingswiderstand zu verfolgen.

3. Statistischer Analyseplan

3.1. Statistischer Analyseplan für das 1. und 2. Ziel der Studie

Für die Berechnung der Stichprobengröße dieser Studie verwendeten wir die Veränderung des BFI der Großhirnrinde von MV zu SBT zwischen Patienten mit SBT-Erfolg und SBT-Versagen. Eine erwartete Effektgröße [Cohens d] von 0,467 wurde aus der mittleren Differenz des BFI der Großhirnrinde (d. h. 6,70 nM/s) und der entsprechenden gepoolten Standardabweichung (d. h. 14,0 nM/s) aus einer früheren Studie berechnet, die interhemisphärische Werte untersuchte Unterschiede im BFI der Großhirnrinde bei kritisch kranken Patienten. Dementsprechend wird unter Verwendung dieser Effektgröße die kritische Stichprobengröße auf 20 Patienten mit SBT-Versagen auf der Grundlage der Verwendung einer ANOVA als statistisches Analyseverfahren berechnet. Unter der Annahme, dass voraussichtlich nur 1 von 5 Patienten (20 %-Rate)1 den SBT nicht besteht, wird eine geschätzte Anzahl von (d. h. 20 x 5 = 100) Patienten insgesamt berücksichtigt, um die 20 Entwöhnungen zu identifizieren Versagenspatienten. Kontinuierliche Variablen werden als Mittelwerte mit Standardabweichungen dargestellt, wenn sie normalverteilt sind, oder als Median mit einem Interquartilbereich, wenn dies nicht der Fall ist. Kategoriale Werte werden als Zahlen und Proportionen dargestellt. Für Vergleiche zwischen SBT-Erfolgs- oder Misserfolgsgruppen werden kontinuierliche Variablen anhand des Student-t-Tests oder des Mann-Whitney-U-Tests basierend auf der Verteilung der Variablen verglichen. Kategoriale Werte werden je nach Bedarf mit dem Chi-Quadrat-Test oder dem exakten Test nach Fisher verglichen. Eine Zwei-Wege-Varianzanalyse (ANOVA) wird angewendet, um die Wechselwirkung zwischen respiratorischen, hämodynamischen, Blutgas- und peripheren Kreislauf- und Oxygenierungsreaktionen und verschiedenen Zeitpunkten (d. h. T1-T4, siehe Tabelle 1) zwischen SBT-Erfolg und SBT-Versagen zu untersuchen Gruppe. Eine einfache ANOVA mit wiederholten Messungen wird für den Vergleich der verschiedenen Zeitmessungen (d. h. T1-T4, siehe Tabelle 1) für jede Gruppe verwendet. Die unabhängige Assoziation zwischen Änderungen des BFI der Großhirnrinde von MV zu verschiedenen Zeitmessungen während SBT und SBT-Ergebnissen (Versagen, Erfolg) wird durch logistische Regressionsanalyse untersucht. Eine weitere Untersuchung unabhängiger Zusammenhänge zwischen SBT-Ergebnissen (Versagen, Erfolg) und allen respiratorischen, hämodynamischen, Blutgas- und peripheren Kreislauf- und Oxygenierungsvariablen wird auch durch logistische Regressionsanalyse untersucht. Schließlich wird eine multiple logistische Regressionsanalyse einschließlich aller signifikanten unabhängigen Prädiktoren (nachdem sie auf Kollinearität überprüft wurden) durchgeführt, um Determinanten von SBT-Ergebnissen zu identifizieren. Die Daten werden mit der SPSS-Software (Chicago, IL, USA) analysiert. Die statistische Signifikanz wird als p < 0,05 definiert. Zusätzlich werden analoge Analysen für die Weaning-Outcomes (Misserfolg, Erfolg) durchgeführt.

3.2. Statistischer Analyseplan für das 3. Ziel der Studie

Die Berechnung der Stichprobengröße für die Wirksamkeit von IMT (IMT-Gruppe versus Ausdauertrainingsgruppe) auf das Ergebnis der Entwöhnung basiert auf einer früheren Literaturrecherche, die die Auswirkungen von IMT bei schwer zu entwöhnenden Patienten bewertete. Entsprechend den in dieser Meta-Analyse beobachteten Anteilen des Absetzerfolgs, 78 % in der IMT-Gruppe und 50 % in der Kontrollgruppe, und unter der Annahme von [a]- und [β]-Risiken von 5 % und 20 %, eine Stichprobe von 45 Patienten sollten in die IMT-Gruppe und 45 in die Ausdauertrainingsgruppe aufgenommen werden. Für die Datenanalyse in Bezug auf das erste Ziel dieser Studie – Vergleich zwischen IMT-Gruppe x Ausdauertrainingsgruppe – wird der Chi-Quadrat-Test verwendet, um den Entwöhnungserfolg zwischen den Gruppen zu vergleichen, und es wird ein unabhängiger Stichproben-t-Test (oder ein entsprechender nicht-parametrischer Test) verwendet verwendet, um die Entwöhnungsdauer zwischen Gruppen zu vergleichen. Andere kontinuierliche Variablen werden ebenfalls durch dieselben Tests bewertet. Vergleiche der Atmungsmustermerkmale innerhalb des Patienten werden durch t-Tests für gepaarte Messungen oder Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Tests gemäß der Normalität der Probenverteilung durchgeführt. Die statistische Signifikanz wird auf p < 0,05 festgelegt.