Physiologische Auswirkungen von kontrollierter versus assistierter Beatmung bei mittelschwerem bis schwerem ARDS (PEARL-Studie) (PEARL)

Dies ist eine prospektive, monozentrische, physiologische Interventionsstudie, die darauf abzielt, die Atemmechanik und regionale Lungenbelüftungseffekte von assistierter versus vollständig kontrollierter mechanischer Beatmung bei Patienten mit moderatem bis schwerem akuten Atemnotsyndrom (ARDS) zu untersuchen. Die Studie wird auf einer Intensivstation der Tertiärversorgung durchgeführt und konzentriert sich auf kurzfristige physiologische Reaktionen auf verschiedene Beatmungsstrategien unter kontrollierten experimentellen Bedingungen. Die Studie bewertet speziell, wie Beatmungsmodus und Ziel-Tidalvolumen die regionale Lungenaufblähung, die inspiratorische Anstrengung und das Risiko einer beatmungsinduzierten Lungenverletzung beeinflussen, unter Verwendung fortschrittlicher physiologischer Überwachungswerkzeuge, einschließlich Ösophagusdruckmessung und elektrischer Impedanztomographie.

Die wissenschaftliche Begründung basiert auf der Beobachtung, dass assistierte Beatmungsmodi, wie druckunterstützte Beatmung, die Spontanatmung erhalten, Patienten mit hoher Atemanstrengung jedoch übermäßigen Tidalvolumina und transpulmonalen Drücken aussetzen können. Dieser Zustand ist mit patienteninduzierter Lungenverletzung und regionaler Lungenüberdehnung verbunden. Vollständig kontrollierte Beatmung ermöglicht eine strenge Kontrolle von Tidalvolumen und Atemwegsdruck und kann regionalen Lungenstress und -dehnung reduzieren. Jedoch bleiben direkte physiologische Vergleiche zwischen assistierter und kontrollierter Beatmung unter standardisierten Bedingungen begrenzt. Diese Studie bewertet, ob das Umschalten von Patienten mit hoher inspiratorischer Anstrengung auf volumenkontrollierte Beatmung, entweder unter Beibehaltung des Tidalvolumens während assistierter Beatmung oder unter Zielsetzung protektiver Atemwegsdruckwerte, die regionale Ventilationshomogenität verbessert und Marker für Lungenüberdehnung reduziert, während der Gasaustausch erhalten bleibt.

Nach Einschluss durchlaufen die Patienten vier sequenzielle Beatmungsphasen in fester Reihenfolge. Jede Phase dauert 30 Minuten. Die ersten 25 Minuten ermöglichen physiologische Stabilisierung und Anpassung an den Beatmungsmodus. Die letzten 5 Minuten werden für Signalaufnahme und physiologische Messungen genutzt. Die vier Phasen umfassen assistierte Beatmung mit klinisch ausgewählter Druckunterstützung und positivem endexspiratorischem Druck, volumenkontrollierte Beatmung mit einem Ziel von 6 ml pro kg vorhergesagtem Körpergewicht, volumenkontrollierte Beatmung mit an das Tidalvolumen während assistierter Beatmung mit neuromuskulärer Blockade angepasstem Tidalvolumen, und volumenkontrollierte Beatmung mit einem Ziel von 6 ml pro kg vorhergesagtem Körpergewicht mit neuromuskulärer Blockade und Atemwegsdrucktitration, um bei oder unter 14 cmH2O zu bleiben. Während neuromuskulärer Blockadephasen wird die Atemfrequenz basierend auf arterieller Blutgasanalyse angepasst, um physiologische pH- und PaCO2-Ziele aufrechtzuerhalten.

Die Atemmechanik wird mittels kombinierter Atemweg-, Ösophagus- und Magendruckmessungen bewertet, die durch ein Ballonkatheter-Nasogastralsonden-System gewonnen werden. Fluss und Atemwegsdruck werden mittels Pneumotachograph gemessen. Signale werden digital erfasst und für Offline-Analyse gespeichert. Abgeleitete Parameter umfassen inspiratorische Anstrengung, transpulmonale Druckschwankungen, Atemwegs- und Lungenatemwegsdruck, Lungen- und Brustwandcompliance, Atemmuskelaktivität, Druck-Zeit-Produkt und Okklusionsdruckindizes. Statische Atemmechanik wird mittels standardisierter inspiratorischer und exspiratorischer Okklusionsmanöver bewertet. Diese Messungen ermöglichen eine detaillierte Charakterisierung der Patient-Beatmungsgerät-Interaktion, des Lungenstresses und des mechanischen Energieübertrags auf das Atmungssystem.

Die regionale Ventilationsverteilung wird mittels elektrischer Impedanztomographie bewertet. Ein spezieller Elektrodengurt, der auf mittlerem Thoraxniveau positioniert ist, zeichnet kontinuierlich Impedanzänderungen mit hoher zeitlicher Auflösung auf. Die Offline-Analyse umfasst Berechnung der Tidalventilationsverteilung zwischen abhängigen und unabhängigen Lungenregionen, Schätzung des regionalen Tidalvolumens, Ventilationshomogenitätsindizes, Pixel-Ebene-Ventilationsheterogenität, endexspiratorische Lungenimpedanzänderungen und Erkennung des Pendelluftphänomens. Rekrutierungsvolumen wird durch Vergleich der endexspiratorischen Impedanz bei verschiedenen positiven endexspiratorischen Druckniveaus geschätzt. Diese Messungen liefern hochauflösende funktionelle Bildgebung der regionalen Lungenbelüftung und Ventilationsverteilung während jeder Beatmungsphase.

Physiologische und Gasaustauschparameter, die während jeder Phase gesammelt werden, umfassen Tidalvolumen, Atemfrequenz, Atemwegsdrücke, arterielle Blutgase und Atemanstrengungsindizes. Die Datenerfassung ist über alle Studienphasen standardisiert, um Vergleichbarkeit zwischen Beatmungsstrategien sicherzustellen.

Die Studie folgt einem physiologischen Messwiederholungsdesign. Kontinuierliche Variablen werden mittels Median und Interquartilsabstand zusammengefasst. Kategoriale Variablen werden als Proportionen ausgedrückt. Aufgrund der geringen Stichprobengröße und erwarteten nicht-normalen Verteilung physiologischer Variablen werden nichtparametrische statistische Tests verwendet. Globale Vergleiche über Studienphasen werden mittels Friedman-Test durchgeführt. Paarweise Vergleiche werden mittels Wilcoxon-Vorzeichen-Rang-Test oder McNemar-Test durchgeführt, wenn angemessen. Statistische Signifikanz wird mittels zweiseitiger p-Werte kleiner oder gleich 0,05 definiert. Statistische Analysen werden mit validierter statistischer Software durchgeführt.

Wegen des physiologischen explorativen Designs und fehlender vorheriger Daten, die das regionale Lungenaufblähungsverhalten unter identischen experimentellen Bedingungen beschreiben, wurde keine formale Power-Berechnung durchgeführt. Das geplante Einschlussziel sind 20 Patienten. Diese Stichprobengröße ist konsistent mit früheren physiologischen Crossover-Studien, die Atemmechanik und regionale Lungenbelüftung mit fortschrittlichen Überwachungstechniken untersuchen. Die ausgewählte Stichprobengröße wird als ausreichend angesehen, um klinisch bedeutsame physiologische Unterschiede zwischen Beatmungsstrategien zu erkennen und hypothesengenerierende Daten für zukünftige klinische Ergebnisstudien zu generieren.

Sicherheitsüberwachung wird während der gesamten Studie durchgeführt. Alle während Studienverfahren auftretenden unerwünschten Ereignisse werden aufgezeichnet. Unerwünschte Ereignisse im Zusammenhang mit Medizinprodukten werden gemäß anwendbarer europäischer Medizinprodukteverordnungen klassifiziert. Vorfälle, Gerätemängel und schwerwiegende Vorfälle werden gemäß regulatorischen Anforderungen der zuständigen nationalen Behörde und dem Gerätehersteller gemeldet. Schwerwiegende Vorfälle umfassen Ereignisse, die zu Tod, schwerwiegender Verschlechterung des Gesundheitszustands oder schwerwiegendem öffentlichen Gesundheitsrisiko führen. Gerätebezogene Sicherheitsüberwachung umfasst Bewertung von Geräteleistung, Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit während Studienverfahren.

Daten werden mittels standardisierter Datenerfassungswerkzeuge gesammelt und in sicheren institutionellen Systemen gespeichert. Rohphysiologische Wellenformen werden für Offline-Analyse gespeichert. Datenqualität wird durch vordefinierte Erfassungsprotokolle, standardisierte Messverfahren und zentralisierte Offline-Analyse durch geschulte Untersucher sichergestellt. Physiologische Signale unterziehen sich vor der Analyse einer Qualitätsprüfung, um Signalintegrität und Messgenauigkeit sicherzustellen.

Die Studie ist über einen 12-monatigen Einschlusszeitraum geplant. Nachverfolgungsdaten umfassen Krankenhausüberlebensstatus, der nach Abschluss der Studienverfahren aufgezeichnet wird. Die Studie wird gemäß institutionellen klinischen Forschungsstandards und anwendbaren regulatorischen Anforderungen für physiologische Interventionsstudien durchgeführt.