Dyspnoe und Aktivierung der Großhirnrinde, gemessen durch fNIRS während des Spontanatmungsversuchs (WEANIRS)

Das Patientenmanagement wird durch die Studie nicht verändert. Patienten werden eingeschlossen, wenn der für den Patienten zuständige Arzt beschlossen hat, eine SBT am Patienten durchzuführen. Die SBT-Bedingungen entsprechen denen der aktuellen Praxis. Die zur Messung der Dyspnoe verwendeten Methoden entsprechen denen, die in unserer Abteilung derzeit in der Praxis verwendet werden (D-VAS und MV-RDOS).

1. Arten der verwendeten Maßnahmen und Techniken Das Vorliegen einer Dyspnoe wird durch eine positive Antwort auf mindestens zwei der folgenden Fragen definiert: „Fühlen Sie sich kurzatmig?“; „Haben Sie das Gefühl, dass Ihnen die Luft fehlt?“; „Haben Sie Atembeschwerden?“; „Haben Sie Schwierigkeiten beim Atmen?“ Die Intensität der Atemnot wird durch das D-VAS bei kommunizierenden Patienten gemessen. Das Dyspnoe-VAS definiert auch Patienten mit klinisch signifikanter Dyspnoe („D-VAS“ > 3) oder nicht klinisch signifikanter Dyspnoe (D-VAS ≤ 3). Die Messung der Dyspnoe anhand der MV-RDOS-Skala wird bei allen Patienten durchgeführt, und bei einem MV-RDOS-Wert ≥ 2,6 wird eine klinisch signifikante Dyspnoe stark vermutet.

   Oberflächen-EMG der extradiaphragmatischen Inspirationsmuskeln (Alae Nasi und Parasternal) werden über selbstklebende Oberflächenelektroden (EKG-Elektroden, HG91TSG 48 x 34 mm Kendall/Arbo, Covidien, Dublin, Irland) erfasst. Die bilaterale Aufzeichnung der parasternalen Muskeln erfolgt über ein Elektrodenpaar, das im zweiten Interkostalraum in der Nähe des Brustbeins platziert wird. Die Aufzeichnung der Alae nasi-Muskeln erfolgt durch Anbringen einer Elektrode an jedem Nasenloch. Elektrische Signale der inspiratorischen Muskelaktivität werden mit dem Labchart Peak Analysis MLS380/8-Modul abgerufen, um den quadratischen Mittelwert (RMS) des EMG (RMS-EMG) zu extrahieren. Diese Hüllkurve des inspiratorischen RMS-EMG-Signals wird zur Berechnung der maximalen EMG-Amplitude (EMGmax) und ihrer Fläche unter der Kurve (EMGAUC) verwendet. Um Artefakte im Zusammenhang mit der EKG-Aktivität zu minimieren, wird das parasternale EMG-Signal vor dem RMS-Mittelungsprozess mithilfe eines Tiefpassfilters (50–400 Hz) gefiltert.

   Die elektroenzephalographische Aktivität wird mit einem aktiven Elektrodensystem gemessen, das aus 30 Elektroden besteht, die gemäß dem internationalen EEG 10-20-System positioniert sind und sich auf FCz beziehen (EEG/NIRS-Gerät, Artinis Medical Systems®, Einsteinweg, Niederlande). Die Impedanz der Elektroden wird unter 5 kΩ gehalten. Die Signale werden mit einer Frequenz von 1000 Hz verstärkt und digitalisiert.

   Die zerebrale Perfusion wird mit einem 27-Kanal-fNIRS-Tool (EEG/NIRS-Gerät, Artinis Medical Systems®, Einsteinweg, Niederlande) beurteilt. Dieses fNIRS-Gerät verwendet zwei Wellenlängen von Nahinfrarotlicht (695 und 830 nm), um relative Veränderungen von Oxyhämoglobin und Desoxyhämoglobin mit einer Abtastrate von 10 Hz zu messen. Die Optoden des Senders und des Detektors sind im Abstand von 3 cm angeordnet. Die kortikalen Bereiche zwischen jedem Paar von Sendern und Detektoren werden Kanäle genannt. Anatomisch gesehen entsprechen die Kanäle den kortikalen Regionen, die 2–3 cm unter der Haut- und Kopfhautoberfläche liegen. Die Optoden werden auf Stirn und Kopfhaut platziert, wobei die untersten Optoden entlang der T4-Fpz-T3-Linie platziert werden, die durch das 10/20-System definiert wird. Die fNIRS-Signale werden wie von Schecklmann et al. beschrieben verarbeitet. Oxyhämoglobin, Desoxyhämoglobin und Gesamthämoglobin werden aus den optischen Dichten mithilfe des modifizierten Beer-Lambert-Gesetzes abgeleitet. Es werden Korrekturfaktoren angewendet, um Bewegungsartefakte zu entfernen. Für jeden Kanal wird eine durchschnittliche Oxyhämoglobin- und Desoxyhämoglobin-Wellenform generiert. Die interessierenden Regionen sind die prämotorischen kortikalen Bereiche (ergänzender motorischer Bereich).

   Ein SBT-Versagen wird durch das Auftreten und Fortbestehen eines der folgenden Kriterien für mindestens 5 Minuten definiert: SpO2 ≤ 90 % oder PaO2 ≤ 50 mmHg mit FiO2 ≥ 50 %, PaCO2 > 50 mmHg, pH < 7,32, Atemfrequenz > 35/ min, Herzfrequenz > 140/min, systolischer Blutdruck > 180 mmHg oder < 90 mmHg.

2. Abfolge der experimentellen Schritte Die Patienten werden einem Beatmungsentwöhnungstest mit 0 cmH2O Druckunterstützung und 0 cmH2O endexspiratorischem Druck unterzogen. Eine Quantifizierung der Dyspnoe wird für alle Patienten anhand des MV-RDOS-Scores und mittels Dyspnoe-VAS (D-VAS) für kommunikative Patienten vor Beginn der SBT, alle 10 Minuten während der SBT und am Ende der SBT durchgeführt. Die Aufzeichnungen von Atembewegungen, Atemwegsfluss, EMG und EKG werden gleichzeitig alle 10 Minuten vor Beginn des Entwöhnungstests, während des 30-minütigen Entwöhnungstests und 10 Minuten nach Ende des Entwöhnungstests durchgeführt .
3. Statistische Analyse Die beiden Gruppen klinisch signifikanter vs. nicht klinisch signifikanter Dyspnoe werden anhand ihrer Gehirnaktivierungsindizes (HbO2 und HbR) unter Verwendung des nichtparametrischen Mann-Whitney-Tests für kontinuierliche Variablen und des Chi2-Tests für kategoriale Variablen verglichen. Die beiden SBT-Gruppen „Erfolg“ und „Misserfolg“ werden hinsichtlich ihrer Gehirnaktivierungsindizes unter Verwendung derselben Modalitäten verglichen. Die Korrelationen zwischen ihren Gehirnaktivierungsindizes und der Dyspnoeintensität, zwischen ihren Gehirnaktivierungsindizes und ihrem EEG sowie zwischen ihren Gehirnaktivierungsindizes und ihrem Oberflächen-EMG werden mithilfe des Korrelationskoeffizienten nach Spearman getestet. Die Leistung der Gehirnaktivierungsindizes und des modifizierten MV-RDOS bei der Vorhersage von Dyspnoe oder SBT-Versagen wird durch Berechnung der Fläche unter der Kurve der ROC-Kurven geschätzt. Ein beobachteter Unterschied wird als signifikant angesehen, wenn die Wahrscheinlichkeit „p“ eines Fehlers vom Typ I ≤ 0,05 ist.