Sauerstoffziele bei Herzchirurgiepatienten – eine Vorher-Nachher-Studie

Hintergrund Sauerstoff ist lebensnotwendig und während der Operation wird routinemäßig eine zusätzliche Sauerstofftherapie verabreicht, um eine lebensbedrohliche Hypoxämie zu vermeiden. Eine ergänzende Sauerstofftherapie wird oft als hoher und fester Anteil des eingeatmeten Sauerstoffs (FiO2) im Bereich von 0,60 bis 1,00 verabreicht. Infolgedessen übersteigt der Partialdruck des arteriellen Sauerstoffs (PaO2) häufig das normale Niveau. Es gibt zunehmend Hinweise auf potenzielle Schäden durch eine großzügig verabreichte Sauerstofftherapie. Daher müssen die Standardregime für die Sauerstofftherapie während der Operation weiter untersucht werden.

Ziel der Studie ist es zu evaluieren, ob ein Regime der Sauerstofftherapie mit dem Ziel normaler PaO2-Spiegel während elektiver Herzoperationen mit Anwendung eines kardiopulmonalen Bypasses (CPB) und am ersten postoperativen Tag auf der Intensivstation (ICU) durchführbar ist. Zusätzlich werden metabolische Veränderungen im ausgeatmeten Atemkondensat und im arteriellen Blut, das vor der Operation, vor und nach CPB, am ersten postoperativen Tag auf der Intensivstation und am dritten postoperativen Tag auf der chirurgischen Station gesammelt wurde, ausgewertet.

Studiendesign Das Studiendesign ist eine Vorher-Nachher-Studie bei Patienten, bei denen eine elektive Herzoperation geplant ist, bei der es sich um eine Koronararterien-Bypasstransplantation oder einen Klappenersatz oder eine Kombination aus beidem handelt. Die ersten 25 Patienten werden in unserer Einrichtung dem Standardregime für eine ergänzende Sauerstofftherapie folgen; d.h. ein FiO2 von mindestens 0,60 während der mechanischen Beatmung und mindestens 3 Liter Sauerstoff pro Minute nach der Entwöhnung vom Beatmungsgerät auf der Intensivstation. Danach erhalten weitere 25 Patienten eine zusätzliche Sauerstofftherapie, um während der Operation und auf der Intensivstation einen normalen PaO2, definiert als 10–12 kPa (75–120 mmHg), zu erreichen.

Ausgeatmete Atemkondensate werden während der Spontanatmung vor der Operation, am ersten und dritten postoperativen Tag über ein Mundstück gesammelt, während die Kondensate während der mechanischen Beatmung über den Trachealtubus gesammelt werden. Arterielle Blutproben werden gleichzeitig gesammelt. Ausgeatmete Atemkondensate und Serumproben werden in Aliquots aufgeteilt und bis zur endgültigen Analyse nach Einschluss aller Patienten in einem -80 Grad Celsius Gefrierschrank gelagert.

Stoffwechselveränderungen in ausgeatmeten Atemkondensaten und in Serumproben werden mittels Kernspinresonanz (NMR)-Spektroskopie und Massenspektrometrie (MS) analysiert. Die Spektren geben eine Momentaufnahme aller Metaboliten in einer bestimmten Probe und verdeutlichen Änderungen in den Stoffwechselprofilen als Reaktion auf Sauerstoffexposition.

Hypothese Die Hypothese ist, dass ein Oxygenierungs-Targeting machbar ist und dass der Wechsel der ergänzenden Sauerstofftherapie zu einem Oxygenierungs-Targeting im Normbereich das FiO2 und damit das PaO2/FiO2-Verhältnis reduziert.

Ergebnisse Primäres Ergebnis ist das PaO2/FiO2-Verhältnis am dritten postoperativen Tag. Sekundäre Ergebnisse sind Änderungen der Stoffwechselprofile in ausgeatmeten Atemkondensaten und Serumproben, Änderungen der Oxygenierungsparameter, des PaO2 und der Sauerstoffsättigung, Änderungen der Zeit bis zur Entwöhnung vom Beatmungsgerät auf der Intensivstation, Änderungen des FiO2 und der zusätzlichen Sauerstofftherapie nach der Entwöhnung Beatmungsgerät und Änderungen der postoperativen Komplikationen, definiert als Lungenentzündung, Arrhythmien, erneute Operation und erneute Aufnahme auf die Intensivstation.

Statistische Analysen Dies ist eine Pilotstudie, die eine Machbarkeits-Vorher-Nachher-Studie ist. Basierend auf institutionellen Daten wird eine Leistungsberechnung durchgeführt, bei der ein Anstieg des PaO2/FiO2-Verhältnisses von 30 ± 7 kPa mit dem Standardregime für die Sauerstofftherapie auf 36 ± 7 kPa mit einem auf die Sauerstoffzufuhr ausgerichteten Ansatz und mit einem Alpha von 0,05 und a geschätzt wird Power von 80 % (1-beta) werden 23 Patienten in jeder Gruppe benötigt. Zur Abdeckung von Studienabbrechern werden insgesamt 50 Patienten, 25 Patienten in jeder Gruppe, rekrutiert.

Die Daten werden auf Normalität bewertet. Kontinuierliche normalverteilte Variablen werden mithilfe von Student-t-Tests verglichen und als Mittelwert und Standardabweichung angegeben, während nicht normalverteilte Daten mithilfe von Wilcoxon-Rangsummentests verglichen und als Median und Interquartilbereich angegeben werden. Alle Analysen werden mit Stata (Metrika Consulting AB, Stockholm, Schweden), Matlab durchgeführt.

Die Zusammensetzung der Metabolomik wird durch multivariable Analyse verglichen. Für die multivariate Analyse werden verschiedene unüberwachte und überwachte Analysen in Matlab- (The MathWorks Inc., Natick, USA) und Python-Software (Python Software Foundation, Delaware, USA) mit hauseigenen Skripten durchgeführt. Die Hauptkomponentenanalyse wird verwendet, um einen vorläufigen Ausblick auf die Daten zu erhalten, um nach Ausreißern zu suchen und Cluster zu erkennen. Schließlich werden partielle Diskriminanzanalysen der kleinsten Quadrate (PLS-DA) in Verbindung mit verschiedenen vvrs-Auswahlalgorithmen verwendet, um eine Datenreduktion und Klassifizierung von Behandlungen durchzuführen. Zu Validierungszwecken wird der Cross-Validation-Ansatz von Venetian-Blinds angewendet.

Ethik Patienten werden aufgenommen, nachdem ein informierter unterzeichneter Inhalt erhalten wurde. FiO2 von 0,60 wird routinemäßig an Patienten verabreicht, die sich im Aalborg University Hospital einer Herzoperation mit CPB unterziehen. Das Anstreben eines physiologischen PaO2-Wertes zwischen 10 und 12 kPa gilt als sicher. Patienten, die sich einer Herzoperation unterziehen, werden während der Operation und auf der Intensivstation routinemäßig maximal überwacht. Der zuständige Herzanästhesist kann das PaO2-Ziel jederzeit aufladen.

Das Sammeln des ausgeatmeten Atemkondensats ist schmerzlos und ohne Beschwerden für den Patienten. Die arterielle Blutentnahme am dritten postoperativen Tag erfolgt durch einen in diesem Eingriff erfahrenen Herzanästhesisten, der vor der Punktion eine subkutane Analgesie mit Lidocain 1% appliziert und so Schmerzen während des Eingriffs vermeidet. Danach wird eine manuelle Kompression für 2 Minuten durchgeführt, um das Risiko eines Hämatoms zu minimieren. Insgesamt werden vier zusätzliche Blutproben für die Metabonomics und eine zusätzliche Blutgasanalyse entnommen. Die Gesamtmenge des in der Studie entnommenen Blutes beträgt 12,5 ml.

Alle anderen Verfahren und Behandlungen folgen den Standardregimen.