Effets de la canule nasale à haut débit sur la réduction de l'espace mort et la distribution régionale de la ventilation (HFNC)

Contexte et signification Historiquement, les canules nasales à oxygène ont été utilisées chez les patients hypoxémiques comme thérapie pour augmenter l'oxygénation artérielle. Dans la communauté néonatale, les débits d'oxygène > 2 L/min et > 4 L/min chez le patient pédiatrique ont rarement été utilisés en raison du potentiel d'assèchement excessif des muqueuses nasales et du risque de développer une hypothermie. Il a été supposé que les patients pédiatriques et adultes plus grands sont capables de mieux tolérer des débits supérieurs à 4 L/min car la grande surface de la muqueuse nasale peut supporter l'hydratation des gaz secs de qualité médicale. La thérapie par canule nasale à haut débit (HFNC) est une forme d'assistance respiratoire qui fournit des débits supposés supérieurs aux débits inspiratoires et expiratoires spontanés d'un patient. Au cours de la dernière décennie, une prolifération de dispositifs de canule nasale à haut débit chauffés et humidifiés (HFNC) a été introduite dans le cadre clinique. Ces appareils sont destinés à fournir un chauffage et une humidification optimaux des gaz médicaux et quel que soit le réglage du débit. Dans le cas des nouveau-nés, qui ont été la population de patients prédominante recevant des HFNC, il n'y a clairement pas de consensus sur les flux qui constituent « élevés » dans cette population. Si "élevé" signifie un débit qui dépasse le débit inspiratoire spontané, alors il n'y a pas de mesure clinique raisonnable pour déterminer cette relation. Ainsi, la véritable définition de HFNC reste un terme insaisissable et notre protocole espère faire la lumière sur ce sujet.

Notre essai prospectif randomisé des effets de 3 débits de canule nasale à oxygène différents (faible, moyen et élevé) sur la fréquence respiratoire, la SPO2, le CO2 transcutané et la distribution régionale de la ventilation telle que mesurée par l'EIT aidera les cliniciens à définir une gamme de débits HFNC dans lequel le lavage de l'espace mort se produit sans pression de distension positive (gamme basse) et dans lequel le lavage de l'espace mort se produit avec une pression positive qui crée une distribution régionale des changements de ventilation.

C. Études préliminaires Une source néonatale définit le HFNC comme des débits > 1 L/min et une autre définit les débits > 3 L/min comme HFNC.1 La classification est encore plus compliquée chez les patients pédiatriques et adultes de grande taille où les débits pendant le HFNC ont été signalés comme étant excessifs de ceux traditionnellement utilisés avec une canule nasale standard ~ 6 L/min) et jusqu'à 30-40 L/min.2 Grâce à la capacité technologique de fournir une meilleure chaleur et une meilleure humidité, les cliniciens ont découvert que la HFNC pourrait être en mesure de prendre en charge une plus grande fraction de patients qui auraient autrement besoin d'une pression positive continue (PPC), d'une ventilation non invasive (VNI) ou d'une ventilation mécanique invasive. Il existe plusieurs mécanismes proposés par lesquels le HFNC peut fournir une meilleure assistance respiratoire que les dispositifs de distribution d'oxygène standard.

Les débits qui dépassent le débit expiratoire peuvent fournir une «contre-pression» à l'ouverture des voies respiratoires nasales pendant l'expiration qui est similaire à la CPAP nasale. De plus, les gaz peuvent fournir une purge physiologique du dioxyde de carbone de l'espace mort anatomique via une fuite anatomique (voies respiratoires nasales/orales). Ces effets sont susceptibles de varier en fonction du débit, de la ventilation minute, de la taille du patient, de la fuite et de la relation entre l'ouverture des voies respiratoires nasales et la taille de la canule. Il existe actuellement trois systèmes HFNC approuvés par la FDA. L'acceptation clinique est liée au fait que la HFNC est moins coûteuse, plus simple à utiliser et nécessite une interface respiratoire moins compliquée qu'un appareil CPAP ou VNI standard. Un autre avantage proposé est que les broches HFNC sont généralement moins occlusives et peuvent causer moins de lésions des voies respiratoires nasales que les broches CPAP ou un masque BiPAP. L'acceptation et l'utilisation généralisées de cette approche ont été mises en œuvre avec très peu de données expérimentales pour soutenir les paramètres de débit HFNC comme une option sûre et efficace chez tous les patients souffrant d'insuffisance respiratoire hypoxique.

Tomographie par impédance électrique (EIT) La tomographie par impédance électrique capitalise sur les changements d'impédance dans les espaces remplis d'air par rapport aux espaces remplis de tissus pour caractériser et quantifier la distribution régionale du volume pulmonaire au chevet du patient. Cette technologie a été validée chez l'animal3 et chez l'homme4, 5 études réalisées au cours de la dernière décennie au Boston Children's Hospital. La technologie utilise une série de 16 électrodes placées sur la poitrine du patient (Figure 1). Lorsque de petits courants passent entre les électrodes, l'impédance est mesurée entre et parmi les séries. Grâce à une interrogation et à une manipulation complexes de ces valeurs d'impédance, une image bidimensionnelle est formée (Figure 2) et il a été démontré qu'elle est corrélée aux changements cliniques et radiographiques chez les patients4. La capacité d'estimer le volume pulmonaire et la distribution régionale des gaz de manière non invasive et en temps réel peut nous donner un aperçu du mode de ventilation le plus efficace.

Effets physiologiques et innocuité de la HFNC Il existe plusieurs mécanismes physiologiques proposés par lesquels la HFNC est considérée comme efficace. Ceux-ci incluent : 1) le rinçage de l'espace mort des voies respiratoires supérieures de CO2, permettant un meilleur échange de gaz alvéolaire ; 2) fournir un débit adéquat pour soutenir l'inspiration, réduisant ainsi le travail respiratoire inspiratoire ; 3) améliorer la mécanique des poumons et des voies respiratoires en éliminant les effets du séchage/refroidissement ; 4) réduire ou éliminer le coût métabolique du conditionnement des gaz ; et 5) fournir une pression de dilatation expiratoire positive. Bien que ces variables aient été mesurées chez des animaux ou des humains, les études à court terme n'ont recruté qu'un petit nombre de sujets et n'ont pas été spécifiquement conçues pour traiter de la sécurité du HFNC.

Hasan et al ont observé les effets de la pression générée dans un modèle pulmonaire néonatal statique à l'aide de deux dispositifs HFNC disponibles dans le commerce avec des débits compris entre 0 et 12 L/min et à différents réglages de fuite.6 Ils ont démontré dans un modèle de narines où la fuite était minimisée (bouche fermée) qu'une augmentation systématique des pressions trachéales simulées était proportionnelle à l'augmentation des débits. Les pressions des voies respiratoires mesurées étaient similaires à celles rapportées avec la CPAP nasale (~ 5-6 cmH2O à des débits de ~ 6-8 L/min).

Frizzola et ses collègues ont mesuré les pressions trachéales et les échanges gazeux chez 13 porcelets néonataux atteints de lésions pulmonaires et soutenus par N-CPAP et HFNC dans des conditions de fuite élevée et faible.7 La principale conclusion de cette étude était que les pressions trachéales HFNC étaient comparables aux pressions CPAP à la même plage de débit, et le lavage de l'espace mort nasopharyngé est associé à une ventilation et une oxygénation améliorées indépendamment de la pression trachéale seule pendant HFNC.

Un certain nombre d'études à court terme ont évalué l'ampleur de la pression de distension dans les poumons chez un petit groupe de nourrissons. Sreenan et al ont découvert que des pressions pleurales en fin d'expiration similaires pouvaient être maintenues entre une canule nasale standard d'administration d'oxygène (1-2,5 L/min) et la N-CPAP dans un groupe de 40 prématurés sans différences de désaturation, de bradycardie et d'apnée. 8 Cependant, cette pression est susceptible d'être très variable en raison de la fuite et de la relation entre la taille des voies respiratoires et celle de la canule. Lampland a observé des pressions pleurales en fin d'expiration similaires entre HFNC (2-6 L/min) et N-CPAP 6 cm H2O chez les nouveau-nés prématurés.9 Une méta-analyse Cochrane récente a évalué des essais contrôlés randomisés prospectifs limités à la population de nourrissons prématurés.1 L'objectif principal de cette méta-analyse était de déterminer l'innocuité et l'efficacité de la HFNC. Lorsqu'il est utilisé comme assistance respiratoire primaire après la naissance, un essai a trouvé des taux similaires d'échec du traitement chez les nourrissons traités avec HFNC (5-6 L/min) et CPAP nasal.10 Après l'extubation, un essai a révélé que les nourrissons traités par HFNC (1,8 L/min) avaient un besoin significativement plus important de réintubation que ceux traités par CPAP nasale.11 Un autre essai a trouvé des taux similaires de réintubation pour la HFNC humidifiée et non humidifiée (~ 2-3 L/min)12 et le quatrième essai n'a trouvé aucune différence entre deux modèles d'équipement différents utilisés pour administrer la HFNC humidifiée (6 L/min).13 Il y avait peu de patients inscrits dans ces études et dans deux études (Woodhead, Miller), de mauvaises approches méthodologiques ont été utilisées. Dans une étude, le recrutement a été interrompu en raison d'infections liées au dispositif HFNC utilisé.10 Sur la base de ces résultats, il n'y a pas suffisamment de preuves pour établir l'innocuité ou l'efficacité de la HFNC dans la gamme des débits couramment utilisés et en tant que forme d'assistance respiratoire chez les prématurés. De plus, ces données démontrent que lorsqu'elles sont utilisées après l'extubation, les HFNC peuvent être associées à un taux de réintubation plus élevé que la CPAP nasale.14 Il n'y a pas eu d'études évaluant l'innocuité et l'efficacité chez les nourrissons de grande taille et les autres patients pédiatriques. Malgré le manque de preuves à l'appui, la HFNC est toujours mise en œuvre dans de nombreuses unités de soins intensifs pédiatriques (USIP) utilisant des débits ≥ 20 L/min et peu d'études sur les adultes ont été menées en utilisant ces débits élevés pendant la HFNC. Ainsi, il est difficile d'extrapoler ces résultats pour favoriser l'utilisation de flux similaires chez les enfants. Il est évident que la HFNC peut fournir certains des mêmes avantages cliniques que la CPAP ou même la VNI avec des voies respiratoires nasales ou une interface naso-orale moins compliquées. Alors que la CPAP nasale sert de forme intermédiaire de soutien entre l'oxygénothérapie et la ventilation invasive chez les nouveau-nés, il est plus courant que les grands pédiatres et les adultes soient pris en charge avec une VNI à deux niveaux comme alternative à la ventilation invasive. Il existe des données convaincantes pour soutenir également l'utilisation de la VNI dans la population néonatale pour augmenter les effets de ventilation de la CPAP nasale. La HFNC fournit non seulement une pression de base similaire à la CPAP, mais elle augmente également la ventilation alvéolaire à un niveau qui peut être similaire à la VNI.

D. Conception et méthodes

1. Étudier le design

   une. Dans un essai prospectif randomisé de trois débits différents de HFNC, nous évaluerons les résultats de la distribution régionale de l'EIT, du CO2 transcutané et de la fréquence respiratoire.

2. Sélection des patients et critères d'inclusion/exclusion

   une. Critères d'inclusion i. Tous les patients qui reçoivent HFNC pour l'hypoxie ii. Âge : 1 jour (> 38 semaines GA nouveau-né ou plus) à 17 ans. b. Critères d'exclusion i. Les patients qui ont des malformations cardiaques congénitales. ii. Le patient qui, selon l'équipe médicale, peut nécessiter une escalade urgente d'un traitement non invasif ou une intubation imminente.

   iii. Les patients qui sont sur FIO2> 0,6 au niveau de débit le plus élevé offert dans l'étude.

   iv. Patients immunodéprimés et/ou en état post-greffe de moelle osseuse v. Patients sous assistance vasoactive pour maintenir la tension artérielle ou la fréquence cardiaque vi. Les patients présentant une anomalie connue des voies respiratoires, par ex. Pierre-Robin, trachéomalacie. vii. Patients de moins de 38 semaines d'âge gestationnel viii. Patients de moins de 3 kilogrammes ix. Si la bande/les électrodes EIT ne peuvent pas être correctement positionnées sur la poitrine en raison de limitations de taille/poids x. Si l'équipe médicale estime que le patient n'est pas approprié pour s'inscrire à l'étude en raison de préoccupations médicales, sociales ou émotionnelles

3. Description des traitements ou des expositions/prédicteurs de l'étude Suite au consentement éclairé, les patients à qui l'on ordonne de recevoir un traitement HFNC seront randomisés pour des débits croissants (bas à élevés) ou désescalades (élevés à bas) chaque heure, puis ramenés au réglage de débit de leur commande précédente. Selon l'âge, ils seront placés sur trois réglages de débit différents pendant 1 heure, comme indiqué dans le tableau 1, avec un diamètre extérieur de canule nasale ne dépassant pas 50 % du diamètre intérieur des narines. Le tableau 1 a été élaboré sur la base de trois volumes courants connus de 4, 6 et 8 mL/Kg avec un temps inspiratoire de 33 % et une fréquence respiratoire normale la plus élevée. Les mesures de SPO2, EIT, TCM CO2 et de la fréquence respiratoire seront enregistrées toutes les 15 minutes. La FIO2 sera ajustée pour maintenir la SPO2 à 90-95 %.

   Le CO2 transcutané (TCM) (Sentec) sera placé 30 minutes avant la randomisation afin de permettre l'équilibrage avec la surface de la peau. Nous placerons le TCM sur le haut de la poitrine gauche pour les patients de moins de 15 kg et le lobe de l'oreille pour ceux > 15 kg. L'appareil est approuvé par la FDA et réchauffe la peau pour permettre la diffusion du CO2 à travers la membrane de la peau et du capteur. Ce dispositif nous permettra de développer un indice de ventilation modifié.

   Mesures EIT - Les mesures EIT seront prises avant la randomisation et 1 heure après chacun des trois changements de plage de débit. Cela implique le placement d'une bande de 16 électrodes autour de la poitrine du patient, juste en dessous de la ligne du mamelon.

   Oxymétrie de pouls et co-oxymétrie - SpO2, le rapport S/F (rapport SpO2 sur FIO2), SpHb (HGB non invasif) et SpOC (teneur en oxygène) seront surveillés en continu pendant la période de 3 heures. La SpO2 moyenne, le rapport S/F et la SpOC seront calculés à partir des données diffusées en continu collectées par le Masimo RAD-7 via un ordinateur portable. Les désaturations seront définies comme une SpO2 < 85 % et rapportées. Excel sera utilisé pour exécuter ces fonctions. Une sonde SPO2 jetable approuvée par la FDA sera appliquée sur le doigt, le pouce ou l'orteil du patient.

4. Définition des résultats/points finaux primaires et secondaires a. Primaire I. Oxygénation 1. SPO2 plus élevée sur FIO2 plus faible (rapport S/F) 2. SpOC et fréquence des désaturations ii. Ventilation 1. Fréquence respiratoire inférieure 2. CO2 TCM inférieur b. Secondaire I. Différence de distribution régionale mesurée par EIT 1. La surface et le rapport supérieur à inférieur seront les données primaires analysées 2. Le remplissage régional du poumon sera comparé.
5. Méthodes de collecte de données, évaluations, interventions et calendrier (quelles évaluations ont été effectuées, à quelle fréquence) Les données seront enregistrées en continu sur l'ordinateur de chacun des appareils (Draeger EIT, Sentec TCM, Masimo SPO2). Les données seront téléchargées avec une clé USB ou une carte PCMC et fusionnées dans une feuille de calcul Excel pour analyse. Les données seront enregistrées manuellement toutes les 15 minutes pendant les 3 heures entières.
6. Chronologie de l'étude a. Voir figure trois.

E. Critères d'événement indésirable et procédures de déclaration Étant donné qu'il s'agit d'une étude pilote, l'IP examinera chaque événement indésirable majeur. Les complications suivantes seront surveillées, mais seules les complications majeures seront signalées à la CISR. Les événements mineurs incluent : bradycardie (10 % sous le niveau de référence), augmentation de la fréquence respiratoire > 20 %, augmentation de la TCpCO2 de 10 mmHg, augmentation de la FIO2 > 0,3, hypoventilation (apnée pendant plus de 15 secondes) et désaturation (

Les événements majeurs qui arrêteront l'étude et seront immédiatement signalés à l'IRB sont :

• Désaturation < 80 % (surveillée en continu par oxymétrie de pouls) pendant plus d'une minute.
• Bradycardie < 60 BPM Tous les événements majeurs et mineurs seront surveillés et signalés au PI par le coordinateur de la recherche clinique.

F. Modalités de gestion des données Dès son entrée, chaque patient se verra attribuer un numéro unique et dissocié de son dossier médical à des fins de suivi du patient. Ce numéro sera saisi dans un lecteur de recherche privé du BCH, protégé par un mot de passe, accessible uniquement au personnel de l'étude du BCH.

Une feuille de calcul sera conservée au chevet du patient pendant la période de collecte des données (3 heures) pour chaque point de données à saisir manuellement.

G. Méthode de contrôle de la qualité La qualité du transfert des données sera assurée par un deuxième enquêteur, qui confirmera les données manuelles et électroniques. Le logiciel SPSS sera utilisé pour aider à analyser les données et assurer l'intégrité des données en établissant des alertes pour les champs non remplis ainsi que pour les résultats inattendus ou éventuellement mal saisis.

H. Plan d'analyse des données Nous considérerons que > 10 % de différences de fréquence respiratoire entre les paramètres de débit sont considérées comme significatives. Nous considérerons qu'une différence > 20 % de TCM CO2 et SPO2 est considérée comme significative.

Données EIT : Le système d'imagerie pulmonaire est le Dräger EIT Pulmovista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Allemagne). Seize électrodes coplanaires seront placées à égale distance autour du thorax au niveau du sixième espace intercostal parasternal. L'électrode de référence sera placée sur le côté droit de l'abdomen près de la taille. Les électrodes #1 et #16 sont placées symétriquement à gauche et à droite du sternum, respectivement, de sorte que les électrodes #8 et #9 chevauchent la colonne vertébrale. Cette configuration conduit à des images transversales dans la convention radiologique, caudale à crânienne, similaires à un cat scan. La reconstruction de l'image pulmonaire sera effectuée conformément au consensus de Graz pour la tomographie par impédance électrique (GREIT) (15) à l'aide du logiciel de reconstruction d'impédance électrique et de reconstruction optique diffuse (16). En termes simples, l'idée est d'observer tout déplacement du centre de ventilation en évaluant le rapport des changements d'impédance ventrale à dorsale ( ) au cours de chaque partie de l'étude. Les changements d'impédance indiquent à quel point le poumon est ouvert ou fermé. Cette approche a déjà été décrite en détail par notre groupe de recherche (17).

I. Puissance statistique et considérations d'échantillon L'analyse de puissance révèle, sur la base de mesures répétées de trois flux différents par patient, que 35 patients (7 par catégorie d'âge) sont nécessaires pour une taille d'effet de 0,2, un alpha de 0,05 et une puissance de 0,8. Les différences dans les valeurs moyennes d'oxygénation (SPO2 et rapport S/F), de ventilation (TCM CO2) et d'EIT (rapport U/L) entre chaque groupe de traitement seront comparées toutes les heures sur la période de test de trois heures après la randomisation à l'aide de l'ANOVA avec Tukey post -test ponctuel.

J. Organisation de l'étude Étude pilote dans un seul établissement.