Integrierte Vorhersage des Extubationsergebnisses durch den Spontanatmungsversuch bei Neugeborenen

Eine verlängerte endotracheale mechanische Beatmung hat erhebliche Nebenwirkungen bei Neugeborenen, einschließlich subglottischer Stenose, bakterieller Besiedelung und bronchopulmonaler Dysplasie. Neugeborenenmediziner sind bestrebt, den Zeitraum der mechanischen Beatmung auf die minimal mögliche Dauer zu begrenzen. Die Entscheidung zur Extubation ist in der Regel eine klinische Entscheidung, die auf den aktuellen Einstellungen des Beatmungsgeräts, der Blutgasanalyse und dem klinischen Gesamtzustand des Säuglings basiert. Andererseits scheitern Neugeborene bei der Extubation häufig und benötigen eine Reintubation, die ein traumatisches invasives Verfahren ist, das die Gesamtdauer der invasiven mechanischen Beatmung weiter verlängern könnte. Daher wird eine genaue Vorhersage der Bereitschaft zur Extubation wahrscheinlich zu einer bemerkenswerten Verringerung der respiratorischen Morbidität führen.

Eine Reihe von Studien hat Methoden zur Vorhersage des Extubationsergebnisses evaluiert. Von ihnen hat sich gezeigt, dass der Spontanatmungsversuch (SBT) den höchsten prädiktiven Wert hat: Dabei wird ein Säugling für einen bestimmten Zeitraum von der invasiven mechanischen Druckbeatmung mit begrenzter zeitgesteuerter Beatmung auf endotrachealen kontinuierlichen positiven endexspiratorischen Druck (ET-CPAP) umgestellt von 5 Minuten, während denen Sättigung und Herzfrequenz genau überwacht werden. Der Säugling würde den Test bestehen, wenn während des Tests keine Hypoxie oder Bradykardie auftritt. Ein erfolgreicher SBT hat einen positiven Vorhersagewert von 93 %, eine Sensitivität von 97 % und eine Spezifität von 73 %. Es wurde berichtet, dass die Kombination eines erfolgreichen SBT mit einer erhöhten Variabilität der Atmungsparameter während des SBT die Sensitivität der Studie weiter erhöht; Leider bleibt die Spezifität unter 75%.

Es sollte beachtet werden, dass der SBT am King's College Hospital gemäß den klinischen Richtlinien Teil der klinischen Routineversorgung ist und es im Ermessen des behandelnden Arztes liegt, den Versuch vor der Extubation durchzuführen.

Die Atemarbeit wird von der Atemmuskulatur übernommen. Eine eingeschränkte Funktion der Atemmuskulatur ist mit einem höheren Risiko für Ermüdung der Atemmuskulatur und Atemversagen sowie der Notwendigkeit einer mechanischen Beatmung verbunden. Die Funktion der Atemmuskulatur wurde als unabhängiger Prädiktor für das Extubationsergebnis bei künstlich beatmeten Säuglingen identifiziert. Eine einfache Möglichkeit, die Atemmuskelfunktion zu quantifizieren, ist die Entspannungsrate der Inspirationsmuskulatur, die durch die Abnahmerate des Atemwegsdrucksignals nach einem spontanen Atemzug dargestellt werden kann. Im Konzept manifestiert sich eine ineffiziente Muskelfunktion durch einen allmählicheren Abfall des Atemwegsdrucks auf die Grundlinie im Laufe der Zeit. Das Prinzip, auf dem das Verfahren basiert, besteht darin, dass sich die Skelettmuskulatur bei Kontraktion gegen erhöhte äußere Belastungen aufgrund einer langsameren Kalziumaufnahme durch die Skelettmuskelfasern verlangsamt. In Bezug auf die physikalischen Eigenschaften brauchen ermüdete Muskelfasern länger, um sich nach der Kontraktion zu entspannen, und diese Verringerung der Entspannungsrate kann durch eine Erhöhung der Zeitkonstante der Entspannung und eine Verringerung der maximalen Entspannungsrate quantifiziert werden.

Es hat sich gezeigt, dass die Entspannungsrate der Atemmuskulatur die Funktion der Atemmuskulatur in nicht-neonatalen Populationen genau beschreibt. Die Informationen über die Relaxationsrate des Inspirationsmuskels sind in den Grafiken des Beatmungsgeräts leicht verfügbar, die als Teil der routinemäßigen klinischen Versorgung einen Druckanschluss und einen Durchflusssensor verwenden, um den Atemwegsfluss, das gelieferte Volumen und den Druck über die Zeit aufzuzeichnen. Nach Kenntnis des Forschers wurde der potenzielle Wert dieser Informationen für die Vorhersage des Extubationsergebnisses bei Neugeborenen bisher nicht untersucht.

Typischerweise tritt eine Funktionsstörung der Atemmuskulatur bei Frühgeborenen aufgrund von Unreife, verminderter Muskelmasse und Frühgeburtlichkeits-assoziierten Komorbiditäten auf. Darüber hinaus wurde auch von Säuglingen mit angeborener Zwerchfellhernie (CDH) und Vorderwanddefekten (AWD) wie Gastroschisis und Exomphalos berichtet, dass sie eine beeinträchtigte Funktion der Atemmuskulatur aufweisen, was wahrscheinlich eine rechtzeitige erfolgreiche Extubation verhindern könnte. Das King's College Hospital versorgt eine große Anzahl von Säuglingen mit CDH und AWD und hat auch eine lange Tradition in der Beurteilung der Atemmuskelfunktion bei Säuglingen, was es zum idealen Ort für die Rekrutierung von Säuglingen mit CDH und AWD macht.

Die Hypothese des Forschers ist, dass die Bewertung der Atemmuskelfunktion anhand der Entspannungsrate der Inspirationsmuskulatur während des SBT das Extubationsergebnis genau vorhersagen kann. Diese Vorhersage könnte unabhängig für die Entspannungsrate oder in Verbindung mit SBT-abgeleiteten Atmungsfunktionsparametern wie dem Ergebnis des SBT und der Variabilität von Atmungsparametern während des SBT stehen. Auf diese Weise könnte ein integrierter Algorithmus erzeugt werden, der Atemmuskelfunktionsdaten enthält. Dies würde in einer großen Kohorte validiert und könnte die Vorhersagegenauigkeit des Extubationsergebnisses erhöhen und somit die mit der Reintubation verbundene respiratorische Morbidität verringern.

Dies wird eine prospektive beobachtende Kohortenstudie sein. Ziele der Studie sind die Messung der Entspannungsrate, des Atemwegsflusses, des Atemwegsdrucks, des Tidalvolumens und der transkutanen Sauerstoffsättigung bei allen geplanten Extubationen in den kommenden 12 Monaten in der Neugeborenenstation des King's College Hospital. Zu den aufzuzeichnenden Daten gehören grundlegende epidemiologische Parameter wie Schwangerschaft bei der Geburt, Geburtsgewicht, korrigiertes Schwangerschaftsalter bei der Messung, Lebenstag, Gewicht bei der Messung, Blutgasparameter innerhalb von 6 Stunden nach dem SBT und damit verbundene Komorbiditäten, die sich auf die Schwangerschaft auswirken könnten Erfolg des SBT wie offener Ductus arteriosus und aktueller Infektionsnachweis. Säuglinge mit bekannten genetischen oder chromosomalen Anomalien, Säuglinge mit anderen angeborenen Anomalien als CDH oder AWD und Säuglinge mit fokaler akuter Lungenpathologie wie Atelektase oder Pneumothorax werden von der Studie ausgeschlossen.

Basierend auf der Aktivität der Abteilung in den letzten zwei chronologischen Jahren gehen die Forscher davon aus, dass es bei einer erfolgreichen Zustimmungsrate von 80 % möglich sein wird, insgesamt 100 Säuglinge zu messen: 40 Frühgeborene, 40 termingeborene Säuglinge und 20 Säuglinge mit CDH und AWD. Da es sich um einen neuartigen Index handelt, kann vor Beginn der Studie keine direkte Leistungsberechnung vorgenommen werden. Nach der Hälfte des Projekts wird nach sechs Monaten eine vorläufige Leistungsberechnung auf der Grundlage von Pilotdaten durchgeführt, um die erforderliche Stichprobengröße zu bestimmen. Die Forscher glauben jedoch, dass die erzielte Stichprobengröße ausreichen wird, um die Ziele der Studie zu erreichen, da frühere Studien mit ähnlichen Ergebnismessungen eine deutlich geringere Anzahl von Teilnehmern umfassten.

Es wird eine schriftliche Zustimmung der Eltern oder Erziehungsberechtigten der Säuglinge eingeholt und der behandelnde Neugeborenenberater wird gebeten, der Studie zuzustimmen.

Wenn das klinische Team entscheidet, dass ein Säugling zur Extubation bereit ist, schaltet der Prüfarzt das Beatmungsgerät auf ET-CPAP mit dem gleichen Druck wie der positive endexspiratorische Druck während der mechanischen Beatmung um. Luftfluss, integriertes Tidalvolumen und Atemwegsdruck werden mit dem Atemfunktionsmonitor NM3 (Philips Respironics, Connecticut, USA) aufgezeichnet. Der Monitor wird an einen Laptop (Dell Latitude, Dell, Bracknell, UK) mit angepasster Spectra-Software (3.0.1.4) angeschlossen. (Grove Medical, London, Vereinigtes Königreich). Der Atemprofilmonitor NM3 verfügt über einen kombinierten Druck-, Fluss- und Kohlendioxidsensor, der zwischen dem Inspirationsschenkel des Beatmungskreislaufs und dem Endotrachealtubus platziert wird. Der NM3-Monitor wird automatisch für Durchfluss und Druck kalibriert. Der Durchfluss wird unter Verwendung eines Pneumotachographen mit fester Öffnung gemessen. Einer der Schläuche des Pneumotachographen wird mit einem zweiten Druckwandler verbunden, um den Atemwegsdruck zu messen. Sauerstoffsättigung und Herzfrequenzüberwachung werden ebenfalls durchgeführt.

Ein fehlgeschlagener SBT wird aufgezeichnet, wenn der Säugling entweder länger als 15 Sekunden eine Bradykardie hat und/oder der SpO2 trotz eines Anstiegs des FIO2 um 15 % unter 85 % fällt. An diesem Punkt wird die Studie beendet und die Beatmung wird neu gestartet.

Säuglinge werden nach Ermessen des Arztes entweder mit nasalem CPAP oder High-Flow-Nasenkanülen-Sauerstoff extubiert.

Das primäre Studienergebnis ist die Reintubation innerhalb von 72 Stunden nach der Extubation. Die Indikationen für eine Reintubation sind: (a) mehr als sechs Apnoe-Episoden, die eine Stimulation in sechs Stunden erfordern, oder mehr als eine signifikante Apnoe-Episode, die eine Beutel- und Maskenbeatmung erfordern; (b) respiratorische Azidose: PaCO2 > 8,5 kPa und pH 7,25; (c) FIO2 > 0,60, um SpO2 im Bereich von 90–95 % zu halten.

Wenn der Säugling entweder Bradykardie für mehr als 15 Sekunden hat und/oder der SpO2 trotz eines Anstiegs des FIO2 um 15 % unter 85 % fällt, wird die Studie abgebrochen und die Beatmung wieder aufgenommen. Strenge Infektionskontrollrichtlinien werden gemäß den Richtlinien der Einheit befolgt.

Die Daten werden gespeichert, bis das Kind 25 Jahre alt ist. Kontinuierliche Ergebnisse werden zwischen Früh- und Reifgeborenen sowie zwischen Reifgeborenen und Säuglingen mit CDH/AWD verglichen. Der Student-t-Test wird verwendet, wenn die Daten normalverteilt sind, und der Mann-Whitney-U-Test, wenn sie verzerrt sind. Kategoriale Daten werden mit dem zweiseitigen exakten Fisher-Test bewertet. P < 0,05 wird als signifikant betrachtet. Die Fähigkeit der respiratorischen Variablen, genau zwischen erfolgreicher und fehlgeschlagener Extubation zu unterscheiden, wird anhand von Empfängerbetriebskennlinien bewertet. Ein Wert der Fläche unter der Kurve von 0,5 zeigt keinen diskriminierenden Wert an, und ein Wert > 0,8 deutet auf einen hohen Vorhersagewert hin. Standardformeln werden verwendet, um Sensitivität, Spezifität und positive und negative Vorhersagewerte und Wahrscheinlichkeitsverhältnisse zu berechnen. Statistische Analysen werden mit SPSS-Software (SPSS Inc, Chicago, Illinois, USA) durchgeführt.

Die Forscher gehen davon aus, dass es durch die Einbeziehung von Informationen über die Funktion der Atemmuskulatur während des SBT möglich sein wird, einen Algorithmus zu erstellen, der das Extubationsergebnis bei mechanisch beatmeten Säuglingen genau vorhersagt. Die Forscher wollen auch zeigen, dass die Entspannungsrate der Atemmuskulatur bei Frühgeborenen, bei termingerechten Säuglingen und bei Säuglingen mit chirurgisch korrigierten Anomalien wie CDH und AWD unterschiedlich sein kann. Diese Ergebnisse werden in die lokale klinische Praxis einfließen und eine Richtlinie dazu bilden, „wann Säuglinge bei mechanischer Beatmung sicher extubiert werden sollten“. Dadurch wird die respiratorische Morbidität verringert, die sowohl mit längerer Beatmung als auch mit fehlgeschlagener Extubation und Re-Intubation verbunden ist.