Il ruolo del flusso del circuito durante la ventilazione meccanica dei neonati (E-Flow)

- Contesto del progetto

Circa l'1,5% dei neonati necessita di ventilazione meccanica. Sebbene la ventilazione meccanica possa essere salvavita per i neonati con insufficienza respiratoria, può causare lesioni polmonari a causa dell'eccessiva pressione delle vie aeree (barotrauma), erogazione di volumi correnti elevati (volutrauma) e chiusura/riapertura ripetuta delle unità polmonari (atelectotrauma)1 . I neonati molto pretermine sono particolarmente vulnerabili al danno polmonare indotto dal ventilatore. Il danno polmonare associato al ventilatore è uno dei numerosi fattori che contribuiscono al peso della malattia polmonare cronica dell'infanzia, chiamata anche displasia broncopolmonare (BPD).

I ventilatori hanno diverse modalità. La modalità utilizzata più di frequente è, a ciclo temporale, a pressione limitata, in cui il medico imposta il livello di ossigeno inspirato, la pressione di picco di gonfiaggio (PIP), la frequenza e il tempo di gonfiaggio del ventilatore. In questa modalità le insufflazioni sono solitamente sincronizzate con la respirazione del bambino. Si tratta della ventilazione intermittente sincronizzata a pressione positiva (SIPPV), in cui il ventilatore sincronizza le insufflazioni con tutti i respiri del bambino, o della ventilazione obbligatoria intermittente sincronizzata (SIMV), in cui il ventilatore si sincronizza solo con un determinato numero di respiri. Questi possono essere erogati con o senza targetizzare il volume corrente erogato a un valore impostato regolando la pressione di gonfiaggio di picco. Questa modalità è chiamata garanzia del volume (VG). Una modalità di ventilazione simile è la ventilazione a ciclo di flusso o Pressure Support Ventilation (PSV) e può essere combinata con il volume corrente mirato 2. In questa modalità il gonfiaggio viene interrotto non appena la portata scende al 15% del flusso massimo durante il gonfiaggio.

Queste modalità hanno un flusso continuo di gas attraverso il circuito di ventilazione. Il gonfiaggio inizia e la pressione aumenta quando la valvola espiratoria è chiusa. La portata del circuito altera le forme d'onda della ventilazione. Con la ventilazione a ciclo temporale, maggiore è il flusso del circuito, più velocemente aumenta la pressione, il polmone è disteso e potenzialmente danneggiato e prima viene raggiunta la PIP impostata. Un flusso elevato, con un tempo di gonfiaggio relativamente lungo, si tradurrà in un "plateau pressorio", ovvero la PIP viene mantenuta dopo che il flusso, nel bambino, si è interrotto perché il volume polmonare è massimo alla PIP utilizzata (Figura 1). Nel PSV l'inflazione si interrompe quando il flusso è sceso a circa il 15% del flusso di picco dell'inflazione e quindi il tempo di inflazione è più breve. L'aumento del flusso del dispositivo accorcia il tempo di gonfiaggio e quindi riduce la pressione media delle vie aeree.

Nonostante gli effetti sui modelli di ventilazione e la velocità della distensione polmonare e delle lesioni, raramente è stata prestata attenzione al flusso del circuito. Per protocollo, di solito è impostato a 7-10 L/min quando il ventilatore è acceso e non viene modificato.

Questo è relativamente alto e di solito produce una forma d'onda di pressione "quadrata" con una rapida distensione dei polmoni e un plateau di pressione sostenuto. (vedere A nella figura 1) Con PSV un flusso elevato si traduce in un tempo di gonfiaggio relativamente breve (~0,2 sec; deve essere di almeno 0,3 sec per un'adeguata aerazione polmonare). Non ci sono prove che questi flussi elevati siano i migliori per una ventilazione ottimale e un danno polmonare minimo. In un modello di agnello pretermine non si sono verificati effetti avversi sullo scambio gassoso o sui parametri cardiovascolari fino a quando il flusso non è stato ridotto a 3 l/min3. Negli studi sugli animali la ventilazione con un flusso elevato ha determinato alterazioni istologiche e molecolari del danno polmonare 4. L'effetto dell'abbassamento della portata del circuito del ventilatore non è mai stato studiato negli studi clinici.

Il ventilatore Dräger Babylog VN500 offre un'alternativa all'impostazione di un flusso di gas: l'utente può invece impostare il tempo di pendenza, ovvero il tempo necessario per raggiungere la pressione impostata. A Cambridge è invariabilmente impostato su 0,08 sec, il che si traduce in un flusso di ~7 L/min. Poiché utilizziamo un tempo di gonfiaggio compreso tra 0,33 e 0,45 sec, si verifica un plateau di pressione della durata di almeno 0,25 sec e un gonfiaggio sostenuto con flusso scarso o nullo.

I ricercatori sono i primi a sviluppare un sistema unico per scaricare e analizzare i dati dal ventilatore neonatale Dräger VN500. Utilizzando il software DataGrabber ottenuto da Dräger Medical, i ricercatori possono recuperare i parametri del ventilatore a una frequenza di 100 Hz per lunghi periodi (ore e persino giorni). Per analizzare e visualizzare i grandi set di dati, i ricercatori hanno sviluppato un flusso di lavoro di analisi dei dati utilizzando il linguaggio di programmazione Python e i suoi pacchetti aggiuntivi (Figura 2). Con questo strumento gli investigatori possono ora studiare i dettagli di ogni inflazione e respiro spontaneo. Gli investigatori hanno registrato dati dettagliati di 30 bambini e hanno dimostrato che è fattibile, accurato e gli investigatori hanno l'esperienza (Belteki et al, presentato).

In questa applicazione i ricercatori propongono di studiare l'effetto di diversi tempi di pendenza (e quindi diversi livelli di flusso del circuito) sui parametri di ventilazione e sullo scambio di gas nei neonati prematuri. I ricercatori ipotizzano che un tempo di pendenza più lungo (= flusso del circuito inferiore) distenda i polmoni in modo più delicato pur mantenendo la ventilazione e lo scambio di gas.

• Intervento:

Lo studio è un progetto crossover all'interno del paziente che confronta brevi periodi di ventilazione con diversi tempi di pendenza sia in modalità SIPPV-VG che PSV-VG con i seguenti interventi:

Uno strumento di download del ventilatore e monitor di CO2 transcutanei e scaduti sono collegati al ventilatore e il download dei dati inizia mentre il bambino viene ventilato con i parametri utilizzati dal team clinico. Viene eseguita un'emogasanalisi arteriosa. I parametri ventilati vengono modificati come mostrato di seguito. L'ordine di queste epoche è casuale. Viene eseguita un'altra emogasanalisi arteriosa. Il ventilatore viene riportato ai parametri originali (o diversi a seconda del gas sanguigno). I dati del ventilatore e la registrazione della CO2 continueranno per altri 30 minuti.

Interventi

Durata Ventilatore Più Tempo di pendenza Tempo inspiratorio [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 0,40 15 min SIPPV-VG 0,24 0,40 15 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]

La durata totale dello studio è di 220 minuti. Un ricercatore sarà presente in modo continuativo. Se necessario, la FiO2 verrà regolata per mantenere le saturazioni tra il 90 e il 95%. Se la FiO2 aumenta >15% o la CO2 di fine espirazione aumenta >1,5kPa rispetto al livello pre-studio, tale intervento verrà abbandonato.

Confronto:

Ad ogni tempo di pendenza, i seguenti parametri saranno determinati e confrontati con quelli registrati a 0,08 sec di tempo di pendenza: (1) pressione massima di gonfiaggio, (2) durata del gonfiaggio, (3) durata del plateau di gonfiaggio, (4) durata dell'assenza di gas flusso, (5) volume corrente e minuto espirato (obbligatorio/spontaneo, inspiratorio/espiratorio, (6) frequenza del ventilatore, (7) FiO2, (8) CO2 transcutanea e/o di fine espirazione e, (9) interazione tra le insufflazioni del ventilatore e i respiri del bambino. Saranno confrontati anche i valori per SIPPV e PSV.