A nagy áramlású orrkanül hatása a holttér csökkentésére és a szellőzés regionális eloszlására (HFNC)

Háttér és jelentősége Történelmileg az oxigénes orrkanült használták hipoxémiás betegeknél az artériás oxigénellátás fokozására szolgáló terápiaként. Az újszülöttek közösségében a >2 l/perc és a > 4 l/perc oxigénáramlást ritkán alkalmazták gyermekkorban az orrnyálkahártya túlzott kiszáradása és a hipotermia kialakulásának kockázata miatt. Feltételezések szerint a nagyobb gyermek- és felnőtt betegek jobban tolerálják a 4 l/perc feletti áramlási sebességet, mivel az orrnyálkahártya nagy felülete támogatja a száraz, orvosi minőségű gázok hidratálását. A nagy áramlású orrkanül (HFNC) terápia a légzéstámogatás egyik formája, amely feltételezhetően meghaladja a páciens spontán belégzési és kilégzési sebességét. Az elmúlt évtizedben a fűtött-párásított nagy áramlású orrkanül (HFNC) eszközök elterjedését vezették be a klinikai környezetbe. Ezek az eszközök az orvosi gázok optimális fűtésére és párásítására szolgálnak, függetlenül az áramlás beállításától. Az újszülöttek esetében, amelyek a HFNC-t kapó betegek túlnyomó többsége volt, nyilvánvalóan nincs konszenzus abban, hogy melyik áramlás számít "magasnak" ebben a populációban. Ha a "magas" olyan áramlási sebességet jelent, amely meghaladja a spontán belégzési áramlási sebességet, akkor nincs ésszerű klinikai mérés ennek az összefüggésnek a megállapítására. Így a HFNC valódi meghatározása továbbra is megfoghatatlan kifejezés, és protokollunk reméli, hogy némi fényt derít erre a témára.

Prospektív randomizált vizsgálatunk, amely három különböző oxigén orrkanül áramlási sebességének (alacsony, közepes és magas) hatását vizsgálja a légzésszámra, az SPO2-re, a transzkután CO2-re és a lélegeztetés regionális eloszlására az EIT által mérve, segít a klinikusoknak meghatározni a HFNC áramlási sebességek tartományát. amelyben a holttérkimosás pozitív tágulási nyomás nélkül (alacsony tartomány) és ahol a holttérkimosás pozitív nyomással történik, ami a szellőzésváltozások regionális eloszlását hozza létre.

C. Előzetes vizsgálatok Az egyik újszülöttkori forrás a HFNC-t > 1 l/perc áramlásként határozza meg, a másik pedig a >3 l/perc áramlást HFNC-ként határozza meg.1 A besorolás tovább bonyolódik nagyobb gyermek- és felnőtt betegeknél, ahol a HFNC alatti áramlásokról számoltak be. a hagyományos orrkanüllel használtak közül ~ 6 l/perc) és akár 30-40 l/perc.2 A jobb hő- és páratartalom biztosításának technológiai képességével a klinikusok azt találták, hogy a HFNC képes lehet a betegek nagyobb hányadának támogatására, akik egyébként folyamatos pozitív légúti nyomást (CPAP), noninvazív lélegeztetést (NIV) vagy invazív mechanikus lélegeztetést igényelnek. Számos javasolt mechanizmus létezik, amelyek révén a HFNC nagyobb légzéssegítést nyújthat, mint a hagyományos oxigénszállító eszközök.

A kilégzési áramlási sebességet meghaladó áramlások „ellennyomást” biztosíthatnak az orr légúti nyílásánál a kilégzés során, amely hasonló az orr-CPAP-hoz. Ezenkívül a gázok anatómiai szivárgáson (nazális/orális légutak) keresztül biztosíthatják a szén-dioxid fiziológiás kiürítését az anatómiai holttérből. Ezek a hatások valószínűleg az áramlástól, a percnyi lélegeztetéstől, a páciens méretétől, a szivárgástól és az orr-légúti nyílás/orga méret viszonyától függően változnak. Jelenleg három FDA által jóváhagyott HFNC rendszer létezik. A klinikai elfogadottság összefügg azzal a ténnyel, hogy a HFNC olcsóbb, működése egyszerűbb, és kevésbé bonyolult légúti interfészt igényel, mint egy szabványos CPAP vagy NIV eszköz. Egy másik javasolt előny az, hogy a HFNC horgok általában kevésbé elzáródnak, és kevesebb orr légúti sérülést okozhatnak, mint a CPAP horgok vagy a BiPAP maszkok. Ennek a megközelítésnek a széles körű elfogadását és használatát nagyon kevés kísérleti adattal hajtották végre, hogy támogassák a HFNC áramlási beállításokat, mint biztonságos és hatékony lehetőséget minden hipoxiás légzési elégtelenségben szenvedő betegnél.

Elektromos impedancia tomográfia (EIT) Az elektromos impedancia tomográfia a levegővel töltött térben a szövettel töltött terek impedenciájának változásait használja fel, hogy jellemezze és számszerűsítse a tüdőtérfogat regionális eloszlását az ágy mellett. Ezt a technológiát állatokon3 és embereken4 validálták, 5 vizsgálatot végeztek az elmúlt évtizedben a Bostoni Gyermekkórházban. A technológia 16 elektródából álló sorozatot használ, amelyeket a páciens mellkasán helyeznek el (1. ábra). Mivel kis áramok haladnak át az elektródák között, az impedanciát a sorozatok között és között mérik. Ezen impedanciaértékek komplex lekérdezésével és manipulálásával kétdimenziós kép jön létre (2. ábra), és kimutatták, hogy korrelál a betegek klinikai és radiográfiai változásaival4. A tüdőtérfogat és a gáz regionális eloszlásának non-invazív és valós idejű becslésének képessége betekintést nyújthat abba, hogy melyik lélegeztetési mód a hatékonyabb.

A HFNC élettani hatásai és biztonsága Számos olyan fiziológiai mechanizmus létezik, amelyek alapján a HFNC hatásosnak tekinthető. Ezek a következők: 1) a felső légúti holttér átöblítése CO2-vel, ami jobb alveoláris gázcserét tesz lehetővé; 2) megfelelő áramlás biztosítása a belégzés támogatásához, ezáltal csökkentve a légzés belégzési munkáját; 3) a tüdő és a légutak mechanikájának javítása a szárítás/hűtés hatásainak kiküszöbölésével; 4) a gázkondicionálás metabolikus költségeinek csökkentése vagy megszüntetése; és 5) pozitív kilégzési feszítőnyomás biztosítása. Míg ezeket a változókat akár állatokon, akár embereken mérték, a rövid távú vizsgálatok csak kis számú alanyt vontak be, és nem kifejezetten a HFNC biztonságosságának vizsgálatára tervezték.

Hasan és munkatársai statikus újszülötttüdőmodellben figyelték meg a nyomás hatásait, amelyeket két, kereskedelemben kapható, 0-12 l/perc közötti áramlási sebességű HFNC eszközzel és különböző szivárgási beállítások mellett generáltak. Kimutatták egy orr-modellben, ahol a szivárgást minimálisra csökkentették (zárt száj), hogy a szimulált légcsőnyomás szisztematikus növekedése arányos a megnövekedett áramlásokkal. A mért légúti nyomások hasonlóak voltak a nazális CPAP-nál mértekhez (~5-6 cmH2O ~6-8 L/perc áramlásnál).

Frizzola és munkatársai 13 tüdősérült újszülött malacban mérték a légcsőnyomást és a gázcserét, N-CPAP és HFNC által támogatott nagy szivárgási és alacsony szivárgási körülmények között. A tanulmány fő megállapítása az volt, hogy a HFNC légcsőnyomása hasonló volt a CPAP nyomásához azonos áramlási tartományban, és a nasopharyngealis holttér kimosása a jobb szellőzéshez és oxigénellátáshoz kapcsolódik, függetlenül a légcsőnyomástól a HFNC során.

Számos rövid távú tanulmány értékelte a tüdőben fellépő tágulási nyomás nagyságát csecsemők egy kis csoportjában. Sreenan és munkatársai azt találták, hogy hasonló végkilégzési mellhártyanyomások tarthatók fenn a standard oxigént szállító orrkanül (1-2,5 l/perc) és az N-CPAP között egy 40 koraszülöttből álló csoportban, a deszaturáció, a bradycardia és az apnoe tekintetében nem volt különbség. 8 Ez a nyomás azonban valószínűleg erősen változó a szivárgás és a légúti/kanülméret kapcsolat miatt. Lampland hasonló végkilégzési pleurális nyomást figyelt meg a HFNC (2-6 L/perc) és az N-CPAP 6 H2Ocm között koraszülötteknél.9 Egy közelmúltban végzett Cochrane metaanalízis prospektív, randomizált, kontrollált vizsgálatokat értékelt, amelyek a koraszülött populációra korlátozódtak.1 Ennek a metaanalízisnek az elsődleges célja a HFNC biztonságosságának és hatékonyságának meghatározása volt. Amikor születés után elsődleges légzéstámogatásként használták, az egyik vizsgálat hasonló arányt mutatott ki a kezelés sikertelensége HFNC-vel (5-6 l/perc) és orr-CPAP-val kezelt csecsemőknél.10 Az extubációt követően az egyik vizsgálat azt találta, hogy a HFNC-vel (1,8 l/perc) kezelt csecsemőknek szignifikánsan nagyobb szükségük volt reintubációra, mint az orr-CPAP-pal kezelteknél.11 Egy másik vizsgálat hasonló reintubálási sebességet talált párásított és nem párásított HFNC esetén (~ 2-3 l/perc)12, a negyedik kísérlet pedig nem talált különbséget a párásított HFNC szállítására használt két különböző modell között (6 l/perc).13 Kevés beteget vontak be ezekbe a vizsgálatokba, és két vizsgálatban (Woodhead, Miller) rossz módszertani megközelítést alkalmaztak. Az egyik vizsgálatban a beiratkozást az alkalmazott HFNC eszközzel kapcsolatos fertőzések miatt rövid időre leállították.10 Ezen eredmények alapján nem áll rendelkezésre elegendő bizonyíték a HFNC biztonságosságának vagy hatékonyságának megállapítására az általánosan használt áramlási tartományon belül, valamint a koraszülöttek légzéstámogatási formájaként. Ezenkívül ezek az adatok azt mutatják, hogy ha extubációt követően alkalmazzák, a HFNC nagyobb arányú reintubációval járhat, mint az orr-CPAP.14 Nem végeztek olyan vizsgálatokat, amelyek értékelték volna a biztonságosságot és a hatásosságot nagyobb csecsemőknél és más gyermekgyógyászati ​​betegeknél. Az alátámasztó bizonyítékok hiánya ellenére a HFNC-t még mindig sok gyermek intenzív osztályon (PICU) alkalmazzák 20 l/perc ≥ áramlási sebességgel, és kevés felnőttkori vizsgálatot végeztek ezzel a magas áramlással a HFNC során. Ezért nehéz ezeket az eredményeket extrapolálni, hogy elősegítsék a hasonló áramlások használatát gyermekeknél. Nyilvánvaló, hogy a HFNC ugyanazokat a klinikai előnyöket nyújthatja, mint a CPAP vagy akár a NIV kevésbé bonyolult orr-légúti vagy orr-orális interfész esetén. Míg az orr-CPAP az újszülötteknél az oxigénterápia és az invazív lélegeztetés közötti támogatás közvetítő formája, a nagyobb gyermekgyógyászatban és a felnőtteknél gyakoribb, hogy az invazív lélegeztetés alternatívájaként kétszintű NIV-t kapnak. Meggyőző adatok állnak rendelkezésre, amelyek alátámasztják az NIV alkalmazását az újszülött populációban az orr-CPAP lélegeztetési hatásának fokozására. A HFNC nemcsak a CPAP-hoz hasonló alapnyomást biztosít, hanem az alveoláris lélegeztetést is olyan szintre növeli, amely hasonló lehet a NIV-hez.

D. Tervezés és módszerek

1. Dizájnt tanulni

   a. A HFNC három különböző áramlási sebességének prospektív, randomizált vizsgálatában értékeljük az EIT regionális eloszlásának, a bőrön keresztüli CO2-nak és a légzési sebességnek az eredményét.

2. Betegkiválasztás és befogadási/kizárási kritériumok

   a. Bevételi kritériumok i. Minden olyan beteg, aki hipoxia miatt HFNC-t kap ii. Életkor: 1 nap (> 38 hetes GA újszülött vagy idősebb) 17 éves korig. b. Kizárási kritériumok i. Veleszületett szívelégtelenségben szenvedő betegek. ii. Az orvosi csapat véleménye szerint a nem invazív terápia sürgős fokozására vagy küszöbön álló intubációra lehet szüksége.

   iii. Azok a betegek, akiknél a FIO2 > 0,6 a vizsgálatban kínált legmagasabb áramlási szinten.

   iv. Csontvelő-transzplantáció utáni immunhiányos és/vagy állapotú betegek v. Vérnyomás vagy pulzusszám fenntartása érdekében vazoaktív támogatásban részesülő betegek vi. Ismert légúti anomáliában szenvedő betegek, pl. Pierre-Robin, tracheomalacia. vii. 38 hetesnél fiatalabb betegek terhességi kora viii. 3 kilogrammnál kisebb testtömegű betegek ix. Ha az EIT szalag/elektródák nem helyezhetők el megfelelően a mellkason méret/súlykorlátozás miatt x. Ha az orvosi csapat úgy érzi, hogy a beteg nem alkalmas a vizsgálatba való felvételre egészségügyi, szociális vagy érzelmi megfontolások alapján

3. A vizsgálati kezelések vagy expozíciók/előrejelzők leírása A tájékozott beleegyezés után a HFNC-terápiát elrendelő betegeket véletlenszerű besorolják a növekvő áramlások (alacsonytól a magasig) vagy a deeskalációs (magastól az alacsonyig) fokozatig, majd visszaállítják a korábban elrendelt áramlási beállítást. Életkoruk szerint három különböző áramlási beállításra helyezik őket 1 órára, ahogy az 1. táblázatban látható, és az orrkanül külső átmérője nem haladja meg a náris belső átmérőjének 50%-át. Az 1. táblázatot három ismert, 4, 6 és 8 ml/kg légzési térfogat alapján dolgoztuk ki, 33%-os belégzési idővel és legmagasabb normál légzésszámmal. Az SPO2, EIT, TCM CO2 és a légzésszám mérését 15 percenként rögzítjük. A FIO2-t úgy állítják be, hogy az SPO2 90-95% legyen.

   A transzkután CO2-t (TCM) (Sentec) 30 perccel a véletlenszerű besorolás előtt helyezik el, hogy lehetővé tegyék a bőr felszínével való egyensúlyozást. A TCM-et a 15 kg-nál kisebb testtömegű betegeknél a bal felső mellkasra, a 15 kg-nál nagyobb súlyú betegeknél a fülcimpára helyezzük. Az eszköz FDA jóváhagyással rendelkezik, és felmelegíti a bőrt, hogy lehetővé tegye a CO2 diffúzióját a bőr membránján és az érzékelőn. Ez az eszköz lehetővé teszi számunkra egy módosított szellőztetési index kidolgozását.

   EIT mérések – Az EIT méréseket a véletlenszerű besorolás előtt és a három áramlási tartomány változtatása után 1 órával kell elvégezni. Ez magában foglalja egy 16 elektródos szalag elhelyezését a páciens mellkasa körül, közvetlenül a mellbimbó vonala alatt.

   Pulzoximetria és ko-oximetria – Az SpO2, az S/F arány (SpO2/FIO2 arány), az SpHb (nem invazív HGB) és az SpOC (oxigéntartalom) 3 órán keresztül folyamatosan monitorozásra kerül. Az átlagos SpO2, S/F arány és SpOC kiszámítása a Masimo RAD-7 által egy laptopon keresztül gyűjtött adatfolyamból történik. A deszaturációt úgy határozzuk meg, hogy az SpO2 < 85% és jelentse. Ezeket a funkciókat az Excel fogja használni. Az FDA által jóváhagyott eldobható SPO2 szondát helyeznek a betegek ujjára, hüvelykujjára vagy lábujjára.

4. Az elsődleges és másodlagos eredmények/végpontok meghatározása a. Elsődleges i. Oxigénezés 1. Magasabb SPO2 alacsonyabb FIO2-n (S/F arány) 2. SpOC és a deszaturáció gyakorisága ii. Szellőztetés 1. Alacsonyabb légzésszám 2. Alacsonyabb TCM CO2 b. Másodlagos i. Az EIT által mért regionális eloszlási különbség 1. A terület és a felső-alsó arány lesz az elsődleges elemzett adat 2. Összehasonlítjuk a tüdő regionális telítettségét.
5. Adatgyűjtési módszerek, értékelések, beavatkozások és ütemezés (milyen értékeléseket végeztek, milyen gyakran) Az adatok folyamatosan rögzítésre kerülnek az egyes eszközök (Draeger EIT, Sentec TCM, Masimo SPO2) számítógépén. Az adatok USB-meghajtóval vagy PCMC-kártyával töltődnek le, és elemzés céljából egyetlen Excel-táblázatba egyesülnek. Az adatok manuálisan rögzítésre kerülnek 15 percenként a teljes 3 órán keresztül.
6. Tanulmányi idővonal a. Lásd a harmadik ábrát.

E. Nemkívánatos események kritériumai és jelentési eljárások Tekintettel arra, hogy ez egy kísérleti tanulmány, a PI minden jelentős nemkívánatos eseményt áttekint. A következő szövődményeket ellenőrizni fogják, de csak a nagyobb szövődményeket jelentik az IRB-nek. Kisebb események a következők: bradycardia (10%-kal a kiindulási érték alatt), a légzésszám emelkedése > 20%, a TCpCO2 10 Hgmm-es növekedése, a FIO2 > 0,3 emelkedése, hipoventiláció (15 másodpercnél hosszabb légzésvisszatartás) és deszaturáció (

A főbb események, amelyek leállítják a vizsgálatot, és azonnal jelenteni kell az IRB-nek:

• Deszaturáció < 80% (folyamatosan pulzoximetriával követve) 1 percnél tovább.
• Bradycardia < 60 BPM Minden nagyobb és kisebb eseményt a klinikai kutatási koordinátor figyel, és jelent a PI-nek.

F. Adatkezelési módszerek A belépéskor minden páciens egyedi számot kap, amely nem kapcsolódik az orvosi nyilvántartásához a páciens nyomon követése céljából. Ezt a számot egy magántulajdonban lévő BCH, jelszóval védett kutatási meghajtóba írják be, amelyhez csak a BCH tanulmányozói férhetnek hozzá.

Az adatgyűjtési időszak (3 óra) alatt minden manuálisan beírható adatponthoz egy táblázatot kell tartani az ágy mellett.

G. Minőségellenőrzési módszer Az adatok továbbításának minőségéről egy második vizsgáló gondoskodik, aki megerősíti a kézi és elektronikus adatokat. Az SPSS szoftvert az adatok elemzésére és az adatok integritásának biztosítására használjuk, riasztások létrehozásával a ki nem töltött mezőkre, valamint a váratlan vagy esetleg rosszul beírt eredményekre.

H. Adatelemzési terv Szignifikánsnak tekintjük a több mint 10%-os különbséget a légzési sebességben az áramlási beállítások között. Szignifikánsnak tekintjük a TCM CO2 és SPO2 közötti > 20%-os különbséget.

EIT adatok: A tüdő képalkotó rendszer a Dräger EIT Pulmovista 500 (Dräger Medical, Lübeck, Németország). Tizenhat koplanáris elektródát kell elhelyezni egyenlő távolságra a mellkas körül, a parasternális hatodik bordaközi tér szintjén. A referenciaelektródát a has jobb oldalára kell helyezni, közel a derékvonalhoz. Az 1-es és a 16-os elektródák szimmetrikusan vannak elhelyezve a szegycsont bal és jobb oldalán, úgy, hogy a 8-as és a 9-es elektródák a gerincoszlopon terülnek el. Ez a konfiguráció keresztirányú képeket eredményez radiológiai konvencióban, a caudalistól a koponyáig, hasonlóan a macskavizsgálathoz. A tüdőkép rekonstrukciója az elektromos impedancia tomográfiára (GREIT) vonatkozó grazi konszenzus (15) szerint történik az elektromos impedancia és diffúz optikai rekonstrukciós szoftver (16) használatával. Egyszerűen fogalmazva, az ötlet az, hogy megfigyeljük a lélegeztetés középpontjában bekövetkező eltolódásokat úgy, hogy felmérjük a ventrális és a dorsalis impedancia változásainak arányát ( ) a vizsgálat minden része alatt. Az impedancia változásai azt jelzik, mennyire nyitott vagy zárt a tüdő. Ezt a megközelítést kutatócsoportunk korábban részletesen leírta (17).

I. Statisztikai teljesítmény és a minta megfontolások A teljesítményelemzés három különböző áramlás betegenkénti ismételt mérése alapján azt mutatja, hogy 35 betegre (életkoronként 7) van szükség a 0,2-es hatásmérethez, az alfa 0,05-ös és a 0,8-as teljesítményhez. Az oxigenizáció (SPO2 és S/F arány), a lélegeztetés (TCM CO2) és az EIT (U/L arány) átlagértékeinek különbségeit az egyes kezelési csoportok között óránként összehasonlítják a véletlenszerű besorolást követő három órás tesztelési időszak során, ANOVA és Tukey post segítségével. -hoc teszt.

J. Tanulmányszervezés Egyintézményes kísérleti vizsgálat.