Efectos de la cánula nasal de alto flujo en la reducción del espacio muerto y la distribución regional de la ventilación (HFNC)

Antecedentes y significado Históricamente, las cánulas nasales de oxígeno se han utilizado en pacientes hipoxémicos como terapia para aumentar la oxigenación arterial. En la comunidad neonatal, los flujos de oxígeno > 2 l/min y > 4 l/min en el paciente pediátrico rara vez se han utilizado debido al potencial de sequedad excesiva de las mucosas nasales y al riesgo de desarrollar hipotermia. Se ha especulado que los pacientes pediátricos y adultos más grandes pueden tolerar mejor las tasas de flujo superiores a 4 l/min porque la gran superficie de la mucosa nasal puede soportar la hidratación de los gases secos de grado médico. La terapia con cánula nasal de alto flujo (HFNC) es una forma de apoyo respiratorio que proporciona flujos que se cree que exceden las tasas de flujo espiratorio e inspiratorio espontáneo del paciente. En la última década, se ha introducido una proliferación de dispositivos de cánula nasal de alto flujo humidificado y calentado (HFNC) en el entorno clínico. Estos dispositivos están destinados a proporcionar un calentamiento y una humidificación óptimos de los gases médicos, independientemente de la configuración del flujo. En el caso de los neonatos, que ha sido la población predominante de pacientes que reciben CNAF, claramente no hay consenso sobre qué flujos constituyen "altos" en esta población. Si se pretende que "alto" signifique una tasa de flujo que exceda la tasa de flujo inspiratorio espontáneo, entonces no existe una medición clínica razonable para determinar esta relación. Por lo tanto, la verdadera definición de HFNC sigue siendo un término difícil de alcanzar y nuestro protocolo espera arrojar algo de luz sobre este tema.

Nuestro ensayo aleatorizado prospectivo de los efectos de 3 caudales de cánulas nasales de oxígeno diferentes (bajo, medio y alto) sobre la frecuencia respiratoria, la SPO2, el CO2 transcutáneo y la distribución regional de la ventilación medida por EIT ayudará a los médicos a definir un rango de caudales de HFNC en el que se produce lavado del espacio muerto sin presión de distensión positiva (rango bajo) y en el que se produce lavado del espacio muerto con presión positiva que crea una distribución regional de los cambios de ventilación.

C. Estudios preliminares Una fuente neonatal define HFNC como flujos > 1 l/min y otra define flujos > 3 l/min como HFNC.1 La clasificación se complica aún más en pacientes pediátricos y adultos más grandes en los que se ha informado que los flujos durante HFNC son excesivos. de los utilizados tradicionalmente con una cánula nasal estándar ~ 6 L/min) y hasta 30-40 L/min.2 Con la capacidad tecnológica para proporcionar mejor calor y humedad, los médicos han descubierto que la HFNC puede ayudar a una fracción mayor de pacientes que, de otro modo, requerirían presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP), ventilación no invasiva (NIV) o ventilación mecánica invasiva. Hay varios mecanismos propuestos por los cuales HFNC puede proporcionar una mayor asistencia respiratoria que los dispositivos de suministro de oxígeno estándar.

Los flujos que exceden la tasa de flujo espiratorio pueden proporcionar una "contrapresión" en la apertura de las vías respiratorias nasales durante la exhalación, similar a la CPAP nasal. Además, los gases pueden proporcionar una purga fisiológica del dióxido de carbono del espacio muerto anatómico a través de una fuga anatómica (vía aérea nasal/oral). Es probable que estos efectos varíen según el flujo, la ventilación por minuto, el tamaño del paciente, la fuga y la relación entre la apertura de las vías respiratorias nasales y el tamaño de la cánula. Actualmente hay tres sistemas HFNC aprobados por la FDA. La aceptación clínica está relacionada con el hecho de que la HFNC es menos costosa, más simple de operar y requiere una interfaz de vía aérea menos complicada que un dispositivo CPAP o NIV estándar. Otro beneficio propuesto es que las cánulas HFNC generalmente son menos oclusivas y pueden causar menos lesiones en las vías respiratorias nasales que las cánulas CPAP o una máscara BiPAP. La aceptación y el uso generalizados de este enfoque se han implementado con muy pocos datos experimentales para respaldar los ajustes de flujo de HFNC como una opción segura y eficaz en todos los pacientes con insuficiencia respiratoria hipóxica.

Tomografía de impedancia eléctrica (EIT) La tomografía de impedancia eléctrica aprovecha los cambios en la impedancia en espacios llenos de aire frente a espacios llenos de tejido para caracterizar y cuantificar la distribución regional del volumen pulmonar al lado de la cama. Esta tecnología ha sido validada en animales3 y humanos4, 5 estudios realizados durante la última década en el Boston Children's Hospital. La tecnología utiliza una serie de 16 electrodos colocados en el pecho del paciente (Figura 1). A medida que pasan pequeñas corrientes entre los electrodos, se mide la impedancia entre las series. A través de una interrogación y manipulación complejas de estos valores de impedancia, se forma una imagen bidimensional (Figura 2), y se ha demostrado que se correlaciona con los cambios clínicos y radiográficos en los pacientes4. La capacidad de estimar el volumen pulmonar y la distribución regional del gas de forma no invasiva y en tiempo real puede darnos una idea de qué modo de ventilación es más efectivo.

Efectos fisiológicos y seguridad de HFNC Hay varios mecanismos fisiológicos propuestos por los cuales se cree que HFNC es eficaz. Estos incluyen: 1) purgar el espacio muerto de las vías respiratorias superiores de CO2, lo que permite un mejor intercambio alveolar de gases; 2) proporcionar un flujo adecuado para soportar la inspiración, reduciendo así el trabajo respiratorio inspiratorio; 3) mejorar la mecánica de los pulmones y las vías respiratorias al eliminar los efectos del secado/enfriamiento; 4) reducir o eliminar el costo metabólico del acondicionamiento de gases; y 5) proporcionar una presión de distensión espiratoria positiva. Si bien estas variables se han medido en animales o humanos, los estudios a corto plazo solo reclutaron a un pequeño número de sujetos y no fueron diseñados específicamente para abordar la seguridad de HFNC.

Hasan et al observaron los efectos de la presión generada en un modelo de pulmón neonatal estático usando dos dispositivos HFNC disponibles comercialmente con flujos entre 0-12 L/min y en diferentes configuraciones de fuga.6 Demostraron en un modelo de narinas donde se minimizó la fuga (boca cerrada) que un aumento sistemático en las presiones traqueales simuladas era proporcional al aumento de los flujos. Las presiones medidas en las vías respiratorias fueron similares a las reportadas con CPAP nasal (~5-6 cmH2O a flujos de ~6-8 L/min).

Frizzola y sus colegas midieron las presiones traqueales y el intercambio de gases en 13 lechones recién nacidos con lesión pulmonar apoyados con N-CPAP y HFNC en condiciones de fugas altas y bajas.7 El principal hallazgo de este estudio fue que las presiones traqueales de HFNC fueron comparables a las presiones de CPAP en el mismo rango de flujo, y el lavado del espacio muerto nasofaríngeo se asocia con una mejor ventilación y oxigenación independientemente de la presión traqueal sola durante HFNC.

Varios estudios a corto plazo han evaluado la magnitud de la presión de distensión en el pulmón en un pequeño grupo de lactantes. Sreenan et al encontraron que se podían mantener presiones pleurales espiratorias finales similares entre una cánula nasal de suministro de oxígeno estándar (1-2,5 L/min) y N-CPAP en un grupo de 40 bebés prematuros sin diferencias en desaturaciones, bradicardia y apnea. 8 Sin embargo, es probable que esta presión sea muy variable debido a la relación entre la fuga y el tamaño de la vía aérea/cánula. Lampland observó presiones pleurales al final de la espiración similares entre HFNC (2-6 L/min) y N-CPAP 6 cm H2O en recién nacidos prematuros.9 Un metanálisis reciente de Cochrane evaluó ensayos controlados aleatorios prospectivos que se limitaron a la población de bebés prematuros.1 El objetivo principal de este metanálisis fue determinar la seguridad y la eficacia de la CNAF. Cuando se usó como apoyo respiratorio primario después del nacimiento, un ensayo encontró tasas similares de fracaso del tratamiento en bebés tratados con HFNC (5-6 L/min) y CPAP nasal.10 Después de la extubación, un ensayo encontró que los lactantes tratados con HFNC (1,8 l/min) tenían una necesidad significativamente mayor de reintubación que los tratados con CPAP nasal.11 Otro ensayo encontró tasas similares de reintubación para HFNC humidificado y no humidificado (~ 2-3 L/min)12 y el cuarto ensayo no encontró diferencias entre dos modelos diferentes de equipos utilizados para administrar HFNC humidificado (6 L/min).13 Hubo pocos pacientes reclutados en estos estudios y en dos estudios (Woodhead, Miller) se utilizaron enfoques metodológicos deficientes. En un estudio, la inscripción se detuvo debido a infecciones relacionadas con el dispositivo HFNC que se estaba utilizando.10 Sobre la base de estos hallazgos, no hay pruebas suficientes para establecer la seguridad o la eficacia de la CNAF dentro del rango de flujos comúnmente utilizados y como una forma de asistencia respiratoria en los recién nacidos prematuros. Además, estos datos demuestran que cuando se usa después de la extubación, la HFNC puede estar asociada con una tasa más alta de reintubación que la CPAP nasal.14 No se han realizado estudios que evalúen la seguridad y la eficacia en lactantes más grandes y otros pacientes pediátricos. A pesar de la falta de pruebas que lo respalden, la HFNC todavía se está implementando en muchas unidades de cuidados intensivos pediátricos (UCIP) con flujos ≥ 20 l/min y se han realizado pocos estudios en adultos usando estos flujos altos durante la HFNC. Por lo tanto, es difícil extrapolar estos hallazgos para promover el uso de flujos similares en niños. Es evidente que HFNC puede proporcionar algunos de los mismos beneficios clínicos que CPAP o incluso NIV con una vía aérea nasal menos complicada o una interfaz naso-oral. Si bien la CPAP nasal sirve como una forma intermedia de apoyo entre la oxigenoterapia y la ventilación invasiva en los recién nacidos, es más común que los niños más grandes y los adultos reciban apoyo con NIV de dos niveles como alternativa a la ventilación invasiva. Hay datos convincentes que también respaldan el uso de VNI en la población neonatal para aumentar los efectos de ventilación de la CPAP nasal. HFNC no solo proporciona una presión de referencia similar a la CPAP, sino que también aumenta la ventilación alveolar a un nivel que puede ser similar a la VNI.

D. Diseño y Métodos

1. Diseño del estudio

   una. En un ensayo prospectivo y aleatorizado de tres tasas de flujo diferentes de HFNC, evaluaremos el resultado de la distribución regional de EIT, el CO2 transcutáneo y la frecuencia respiratoria.

2. Selección de pacientes y criterios de inclusión/exclusión

   una. Criterios de inclusión i. Todos los pacientes que están recibiendo HFNC por hipoxia ii. Edad: 1 día (> 38 semanas GA neonato o mayor) a 17 años. b. Criterios de exclusión i. Pacientes que tienen defectos cardíacos congénitos. ii. Paciente que el equipo médico considere que puede requerir una intensificación urgente de la terapia no invasiva o una intubación inminente.

   iii. Pacientes que tienen FIO2 > 0,6 en el nivel más alto de flujo ofrecido dentro del estudio.

   IV. Pacientes inmunocomprometidos y/o en estado posterior a un trasplante de médula ósea v. Pacientes que reciben apoyo vasoactivo para mantener la presión arterial o la frecuencia cardíaca vi. Pacientes con una anomalía conocida de las vías respiratorias, p. Pierre-Robin, traqueomalacia. vii. Pacientes con menos de 38 semanas de edad gestacional viii. Pacientes de menos de 3 kilogramos ix. Si la banda/los electrodos de EIT no pueden colocarse correctamente en el tórax debido a limitaciones de tamaño/peso x. Si el equipo médico considera que el paciente no es apropiado para inscribirse en el estudio debido a preocupaciones médicas, sociales o emocionales.

3. Descripción de los tratamientos del estudio o exposiciones/predictores Después del consentimiento informado, los pacientes a los que se les ordene recibir terapia HFNC serán asignados aleatoriamente a flujos crecientes (de menor a mayor) o desescalado (de mayor a menor) cada hora y luego regresarán a su configuración de flujo de orden anterior. Según la edad, se colocarán en tres configuraciones de flujo diferentes durante 1 hora, como se muestra en la tabla 1, con una cánula nasal con un diámetro exterior no superior al 50 % del diámetro interior de la naris. La tabla 1 se desarrolló en base a tres volúmenes corrientes conocidos de 4, 6 y 8 ml/kg con un tiempo inspiratorio del 33 % y la frecuencia respiratoria normal más alta. Las mediciones de SPO2, EIT, TCM CO2 y frecuencia respiratoria se registrarán cada 15 minutos. FIO2 se ajustará para mantener SPO2 90-95%.

   Se colocará CO2 transcutáneo (TCM) (Sentec) 30 minutos antes de la aleatorización para permitir el equilibrio con la superficie de la piel. Colocaremos el TCM en la parte superior izquierda del tórax en pacientes de menos de 15 Kg y en el lóbulo de la oreja para aquellos > 15 Kg. El dispositivo está aprobado por la FDA y calienta la piel para permitir la difusión de CO2 a través de la membrana de la piel y el sensor. Este dispositivo nos permitirá desarrollar un índice de ventilación modificado.

   Mediciones de EIT: las mediciones de EIT se tomarán antes de la aleatorización y 1 hora después de cada uno de los tres cambios de rango de flujo. Esto implica la colocación de una banda de 16 electrodos alrededor del pecho de los pacientes, justo debajo de la línea de los pezones.

   Pulsioximetría y cooximetría: SpO2, relación S/F (relación SpO2 a FIO2), SpHb (HGB no invasiva) y SpOC (contenido de oxígeno) se monitorearán continuamente durante el período de 3 horas. La SpO2 promedio, la relación S/F y SpOC se calcularán a partir de los datos transmitidos recopilados por el Masimo RAD-7 a través de una computadora portátil. Las desaturaciones se definirán como SpO2 < 85 % y se notificarán. Excel se utilizará para realizar estas funciones. Se aplicará una sonda SPO2 desechable aprobada por la FDA en el dedo índice, pulgar o pie del paciente.

4. Definición de resultados/puntos finales primarios y secundarios a. primaria i. Oxigenación 1. Mayor SPO2 en menor FIO2 (relación S/F) 2. SpOC y frecuencia de desaturaciones ii. Ventilación 1. Frecuencia respiratoria más baja 2. TCM CO2 más bajo b. secundaria i. Diferencia de distribución regional medida por EIT 1. El área y la relación superior a inferior serán los datos primarios analizados 2. Se comparará el llenado regional del pulmón.
5. Métodos de recopilación de datos, evaluaciones, intervenciones y cronograma (qué evaluaciones se realizaron, con qué frecuencia) Los datos se registrarán continuamente en la computadora de cada uno de los dispositivos (Draeger EIT, Sentec TCM, Masimo SPO2). Los datos se descargarán con una unidad USB o una tarjeta PCMC y se fusionarán en una hoja de cálculo de Excel para su análisis. Los datos se registrarán manualmente cada 15 minutos durante las 3 horas completas.
6. Cronología del estudio a. Ver figura tres.

E. Criterios de eventos adversos y procedimientos de notificación Debido al hecho de que este es un estudio piloto, el PI revisará cada evento adverso importante. Las siguientes complicaciones serán monitoreadas pero solo las complicaciones mayores serán reportadas al IRB. Los eventos menores incluyen: bradicardia (10 % por debajo del valor inicial), aumento de la frecuencia respiratoria > 20 %, aumento de la TCpCO2 de 10 mmHg, aumento de la FIO2 > 0,3, hipoventilación (retención de la respiración superior a 15 segundos) y desaturación (

Los principales eventos que detendrán el estudio y se informarán de inmediato al IRB son:

• Desaturación < 80 % (controlada continuamente por oximetría de pulso) durante más de 1 minuto.
• Bradicardia < 60 BPM Todos los eventos mayores y menores serán monitoreados e informados al PI por el coordinador de investigación clínica.

F. Métodos de gestión de datos Al ingresar, a cada paciente se le asignará un número único y desvinculado de su registro médico con el fin de realizar un seguimiento del paciente. Este número se ingresará en una unidad de investigación protegida por contraseña del BCH de propiedad privada a la que solo puede acceder el personal del estudio del BCH.

Se mantendrá una hoja de cálculo al lado de la cama durante el período de recopilación de datos (3 horas) para que cada punto de datos se ingrese manualmente.

G. Método de Control de Calidad La calidad de la transferencia de datos será asegurada por un segundo investigador, quien confirmará los datos manuales y electrónicos. El software SPSS se utilizará para ayudar a analizar los datos y garantizar la integridad de los datos mediante el establecimiento de alertas para campos no completados, así como para resultados inesperados o posiblemente ingresados ​​incorrectamente.

H. Plan de análisis de datos Consideraremos que las diferencias >10 % en la frecuencia respiratoria entre los ajustes de flujo se consideran significativas. Consideraremos una diferencia > 20% en TCM CO2 y SPO2 como significativa.

Datos de EIT: El sistema de imágenes pulmonares es el Dräger EIT Pulmovista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Alemania). Se colocarán dieciséis electrodos coplanares equidistantes alrededor del tórax al nivel del sexto espacio intercostal paraesternal. El electrodo de referencia se colocará en el lado derecho del abdomen cerca de la cintura. Los electrodos #1 y #16 se colocan simétricamente a la izquierda y la derecha del esternón, respectivamente, de modo que los electrodos #8 y #9 estén a ambos lados de la columna vertebral. Esta configuración conduce a imágenes transversales en la convención radiológica, caudal a craneal, similar a una tomografía computarizada. La reconstrucción de la imagen pulmonar se realizará de acuerdo con el consenso de Graz para tomografía de impedancia eléctrica (GREIT) (15) utilizando el software de reconstrucción óptica difusa e impedancia eléctrica (16). En términos simples, la idea es observar cualquier cambio en el centro de la ventilación evaluando la relación entre los cambios de impedancia ventral y dorsal ( ) durante cada parte del estudio. Los cambios de impedancia indican qué tan abierto o cerrado está el pulmón. Este enfoque ha sido previamente descrito en detalle por nuestro grupo de investigación (17).

I. Poder estadístico y consideraciones de la muestra El análisis de poder revela, basado en medidas repetidas de tres flujos diferentes por paciente, que se requieren 35 pacientes (7 por categoría de edad) para un tamaño del efecto de 0,2, alfa de 0,05 y poder de 0,8. Las diferencias en los valores medios de oxigenación (SPO2 y relación S/F), ventilación (TCM CO2) y EIT (relación U/L) entre cada grupo de tratamiento se compararán cada hora durante el período de prueba de tres horas después de la aleatorización mediante ANOVA con Tukey post. -prueba hoc.

J. Organización del estudio Estudio piloto de una sola institución.