Piirivirtauksen rooli vastasyntyneiden mekaanisen ilmanvaihdon aikana (E-Flow)

- Hankkeen tausta

Noin 1,5 % vastasyntyneistä tarvitsee koneellista ilmanvaihtoa. Vaikka mekaaninen ventilaatio voi olla hengenpelastus vastasyntyneille, joilla on hengitysvajaus, se voi aiheuttaa keuhkovaurioita, jotka johtuvat liiallisesta hengitysteiden paineesta (barotrauma), suurista hengittävistä tilavuuksista (volutrauma) ja keuhkoyksiköiden toistuvasta sulkemisesta/uudelleenavaamisesta (atelektotrauma)1 . Hyvin keskoset ovat erityisen alttiita hengityslaitteen aiheuttamille keuhkovaurioille. Hengityslaitteeseen liittyvä keuhkovaurio on yksi monista tekijöistä, jotka vaikuttavat kroonisen keuhkosairauden, jota kutsutaan myös bronkopulmonaariseksi dysplasiaksi (BPD), taakkaa.

Tuulettimissa on useita eri tiloja. Yleisimmin käytetty tila on aikajaksotettu, painerajoitettu tila, jossa lääkäri asettaa sisäänhengitetyn hapen tason, huippupaineen (PIP), nopeuden ja hengityslaitteen täyttöajan. Tässä tilassa inflaatiot synkronoidaan yleensä vauvan hengityksen kanssa. Tämä on joko synkronoitu jaksoittainen ylipainehengitys (SIPPV), jossa hengityslaite synkronoi puhallukset kaikkien vauvan hengitysten kanssa, tai synkronoitu jaksottainen pakollinen ventilaatio (SIMV), jossa ventilaattori synkronoituu vain tietyn hengitysmäärän kanssa. Ne voidaan toimittaa joko kohdistamalla vuorovesitilavuus asetettuun arvoon tai ilman sitä säätämällä huipputäyttöpainetta. Tätä tilaa kutsutaan äänenvoimakkuuden takuuksi (VG). Samanlainen ilmanvaihtotapa on virtausjaksollinen tai painetukiventilaatio (PSV), ja se voidaan yhdistää vuorovesitilavuuden kohdistamiseen 2. Tässä tilassa täyttö lopetetaan heti, kun virtausnopeus laskee 15 prosenttiin maksimivirtauksesta täyttön aikana.

Näissä tiloissa on jatkuva kaasuvirtaus ilmanvaihtopiirin läpi. Täyttö alkaa ja paine nousee, kun uloshengitysventtiili suljetaan. Piirin virtausnopeus muuttaa ilmanvaihdon aaltomuotoja. Aikajaksollisessa ventilaatiossa mitä suurempi piirivirtaus, sitä nopeammin paine nousee, keuhkot venyvät ja mahdollisesti loukkaantuvat ja mitä aikaisemmin asetettu PIP saavutetaan. Suuri virtaus suhteellisen pitkällä täyttöajalla johtaa "painetasaanteeseen", toisin sanoen PIP säilyy sen jälkeen, kun virtaus vauvaan on pysähtynyt, koska keuhkojen tilavuus on maksimaalinen käytetyllä PIP:llä (kuva 1). PSV:ssä inflaatio pysähtyy, kun virtaus on laskenut ~15 %:iin huippuinflaatiovirrasta ja siten täyttöaika on lyhyempi. Laitteen virtauksen lisääminen lyhentää täyttöaikaa ja vähentää siten keskimääräistä hengitysteiden painetta.

Huolimatta vaikutuksista hengitystapoihin sekä keuhkojen venymisen ja vamman nopeuteen, piirin virtausta on harvoin otettu huomioon. Protokollan mukaan se on yleensä asetettu 7-10 l/min, kun hengityslaite käynnistetään eikä sitä vaihdeta.

Tämä on suhteellisen korkea ja tuottaa tavallisesti "neliömäisen" paineaaltomuodon, jossa on nopea keuhkojen venyminen ja jatkuva painetasanne. (katso A kuvassa 1) PSV:llä suuri virtaus johtaa suhteellisen lyhyeen täyttöaikaan (~0,2 sekuntia; sen on oltava vähintään 0,3 sekuntia, jotta keuhkojen ilmastus on riittävä). Ei ole näyttöä siitä, että nämä suuret virtaukset olisivat parhaita optimaalisen ilmanvaihdon ja minimaalisen keuhkovaurion kannalta. Ennenaikaisessa karitsamallissa ei ollut haitallisia vaikutuksia kaasunvaihtoon tai sydän- ja verisuoniparametreihin, ennen kuin virtaus laskettiin 3 litraan/min3. Eläinkokeissa ventilaatio suurella virtauksella johti keuhkovaurion histologisiin ja molekulaarisiin muutoksiin 4. Ventilaattoripiirin virtausnopeuden alentamisen vaikutusta ei ole koskaan tutkittu kliinisissä tutkimuksissa.

Dräger Babylog VN500 -hengityslaitteella on vaihtoehto kaasuvirtauksen asetukselle: käyttäjä voi asettaa sen sijaan kaltevuusajan, joka on aika, joka tarvitaan asetetun paineen saavuttamiseen. Cambridgessa se on aina asetettu arvoon 0,08 sekuntia, mikä johtaa virtaukseen ~7 l/min. Koska käytämme täyttöaikaa välillä 0,33 - 0,45 sekuntia, painetasanne kestää vähintään 0,25 sekuntia ja jatkuva täyttö vähäisellä tai ei lainkaan virtauksella.

Tutkijat ovat ensimmäisiä, jotka kehittävät ainutlaatuisen järjestelmän tietojen lataamiseen ja analysoimiseen Dräger VN500 -vastasyntyneiden ventilaattorista. Dräger Medicalilta hankitun DataGrabber-ohjelmiston avulla tutkijat voivat hakea ventilaattoriparametreja 100 Hz:n taajuudella pitkiä aikoja (tunteja ja jopa päiviä). Suurten aineistojen analysoimiseksi ja visualisoimiseksi tutkijat kehittivät data-analyysin työnkulun käyttämällä Python-ohjelmointikieltä ja sen lisäpaketteja (kuva 2). Tämän työkalun avulla tutkijat voivat nyt tutkia jokaisen inflaation ja spontaanin hengityksen yksityiskohtia. Tutkijat ovat tallentaneet yksityiskohtaiset tiedot 30 vauvasta ja osoittaneet, että se on mahdollista, tarkkaa ja tutkijoilla on asiantuntemusta (Belteki et al, toimitettu).

Tässä hakemuksessa tutkijat ehdottavat erilaisten kaltevuusaikojen (ja siten erilaisten virtaustasojen) vaikutusta ilmanvaihtoparametreihin ja kaasunvaihtoon keskosilla. Tutkijat olettavat, että pidempi kaltevuusaika (= matalampi virtaus) venyttää keuhkoja hellävaraisemmin, mutta ylläpitää ilmanvaihtoa ja kaasunvaihtoa.

• Interventio:

Tutkimus on potilaan sisäinen crossover-suunnitelma, jossa verrataan lyhyitä ventilaatiojaksoja eri kaltevuusajoilla sekä SIPPV-VG- että PSV-VG-tiloissa seuraavilla toimenpiteillä:

Hengityslaitteen lataustyökalu sekä transkutaaniset ja vanhentuneet CO2-monitorit on kiinnitetty hengityslaitteeseen, ja tietojen lataus alkaa, kun vauvaa ventiloidaan kliinisen tiimin käyttämillä parametreilla. Suoritetaan valtimoverikaasu. Tuuletusparametreja muutetaan alla olevan kuvan mukaisesti. Näiden aikakausien järjestys on satunnaistettu. Toinen valtimoverikaasu suoritetaan. Hengityslaite vaihdetaan takaisin alkuperäisiin parametreihin (tai erilaisiin verikaasun mukaan). Hengityslaitteen tietoja ja CO2-tallennusta jatketaan vielä 30 minuuttia.

Interventiot

Kesto Tuuletin Lisää Kaltevuusaika Sisäänhengitysaika[max] 15 min SIPPV-VG 0,08 0,40 15 min PSV-VG 0,08 [0,60] 15 min PSV-VG 0,16 [0,60] 15 min SIPPV-VG 0,16 VG 5 min SIPPV-VG 0,16 VG 0,040404 0,04 min PSV-VG 0,24 [0,60] 15 min PSV-VG 0,32 [0,60] 15 min SIPPV-VG 0,32 0,40 15 min SIPPV-VG 0,40 0,40 115 min PSV-VG 0,40 [0,60]

Opintojen kokonaiskesto on 220 minuuttia. Tutkija on paikalla jatkuvasti. FiO2:ta säädetään tarvittaessa, jotta saturaatiot pysyvät välillä 90-95%. Jos FiO2 nousee > 15 % tai vuoroveden lopun CO2 nousee > 1,5 kPa yli tutkimusta edeltävän tason, interventio hylätään.

Vertailu:

Jokaisella kaltevuusajalla määritetään seuraavat parametrit ja niitä verrataan 0,08 sekunnin kaltevuusajalla tallennettuihin parametreihin: (1) huipputäyttöpaine, (2) täytön kesto, (3) täyttötasannen kesto, (4) kaasuttomuuden kesto. virtaus, (5) uloshengityshengitys- ja minuuttitilavuudet (pakollinen/spontaani, sisään-/uloshengitys, (6) ventilaattorin nopeus, (7) FiO2, (8) transkutaaninen ja/tai hengityksen lopun CO2 ja (9) hengityslaitteen täyttöjen välinen vuorovaikutus ja vauvan hengityksiä. Myös SIPPV:n ja PSV:n arvoja verrataan.