Effetto della ventilazione non invasiva (NIV) sull'ossigenazione cerebrale

SFONDO

La spettroscopia nel vicino infrarosso (NIRS) è un metodo non invasivo per la misurazione del flusso sanguigno nei tessuti, utilizzato per la prima volta per l'ossigenazione dei tessuti cerebrali nel 1977. 1 NIRS è una tecnica spettroscopica che utilizza onde elettromagnetiche (700-950 nm), un emettitore e un rivelatore. Negli ultimi 20 anni c'è stato un enorme sviluppo nella strumentazione e nell'applicazione del NIRS. Questa tecnica consente ora di misurare l'ossigenazione del tessuto cerebrale. 2-13 L'ossimetro cerebrale INVOS (IBO) è un monitor di tendenza affidabile per i cambiamenti nell'ossigenazione cerebrale regionale (rSO2) e si correla con la saturazione dell'emoglobina nel sangue venoso, capillare e arterioso, utilizzando un algoritmo basato sulla legge di Beer-Lambert. 4,14 Il sistema IBO utilizza la luce, con lunghezze d'onda comprese tra 730-810 nm, che penetra negli strati del corpo umano, tra cui la pelle, il cranio e il cervello. È sparso all'interno del tessuto o assorbito dai cromofori presenti. Nella regione piuttosto trasparente del vicino infrarosso, ci sono molti cromofori leggeri assorbenti, ma solo tre sono importanti per quanto riguarda l'ossigenazione, vale a dire l'emoglobina (HbO2), la deossiemoglobina (Hb) e la citocromo ossidasi (CtOx). L'emoglobina ossigenata e deossigenata assorbono la luce a diverse lunghezze d'onda, consentendo una differenziazione di queste due forme di emoglobina.15 I sensori, ("SomaSensors"), vengono applicati alla fronte del paziente con un adesivo medicale integrato.16 Il metodo viene applicato utilizzando due distanze sorgente-rivelatore nel sensore: una "vicina" (poco profonda), a 3 cm dalla sorgente e una "lontana" (profonda), a 4 cm dalla sorgente. Entrambi i campioni penetrano ugualmente bene nel tessuto al di sotto della sorgente luminosa, con la differenza che il rilevatore sorgente da 4 cm misura i segnali più in profondità nel cervello.8,17 La sottrazione del campione vicino da quello lontano dovrebbe lasciare un segnale originato prevalentemente dalla corteccia cerebrale. 16 La corretta gestione dell'ossigenazione cerebrale è una componente essenziale di tutte le procedure anestesiologiche. Tuttavia, il cervello rimane uno degli organi meno monitorati durante la fase perioperatoria e la terapia intensiva. Fino ad ora, l'applicazione anestesiologica del NIRS come metodo per la misurazione dell'ossigenazione cerebrale è stata studiata solo in pazienti sottoposti a cardiochirurgia o chirurgia cerebrovascolare, pazienti anziani sottoposti a chirurgia addominale maggiore e neonati. 18-21 Questi studi indicano che l'ossigenazione cerebrale misurata è influenzata dalla proporzione relativa di sangue nella parte arteriosa o venosa del letto capillare, dalla concentrazione di emoglobina e dalla saturazione sistemica oltre che dalla gittata cardiaca. Le precise conseguenze delle alterazioni della saturazione sistemica (SaO2) sull'ossigenazione cerebrale (rSO2) rimangono sconosciute. È un'ipotesi corrente che rSO2 sia direttamente associato a Sa02, quindi un aumento di SaO2 porta anche ad un aumento di rSO2. La quantità di ossigeno nel sangue arterioso dipende dall'ossigeno inspirato e dallo scambio gassoso polmonare. Questi due parametri sono principalmente influenzati dalla ventilazione respiratoria dell'individuo. I pazienti con insufficienza respiratoria cronica, o solo una temporanea (acuta) carenza respiratoria (ad es. dopo l'anestesia generale), vengono trattati di routine con la terapia a pressione positiva continua delle vie aeree (CPAP). È anche comunemente usato nel trattamento dell'apnea notturna e nei neonati (in particolare i prematuri). In questi pazienti la ventilazione CPAP può prevenire la necessità di (ri)intubazione tracheale o consentire un'estubazione anticipata.

La terapia CPAP è stata sviluppata dal Dr. George Gregory e dai colleghi dell'ICU neonatale dell'Università della California, San Francisco nel 1971 22, e poi modificata dal Professor Colin Sullivan al Royal Prince Alfred Hospital di Sydney, in Australia, nel 1981. 23 Inizialmente la terapia CPAP veniva utilizzata principalmente per il trattamento domiciliare dell'apnea ostruttiva del sonno. Al giorno d'oggi è comunemente applicato nelle unità di terapia intensiva come forma di ventilazione meccanica non invasiva. Lì di solito è riservato a sottogruppi di pazienti in cui il trattamento con ossigeno tramite maschera facciale è insufficiente. I pazienti in terapia CPAP sono attentamente monitorati in terapia intensiva. Il trattamento supporta la respirazione spontanea del paziente costruendo una pressione positiva di fine espirazione (PEEP). La pressione richiesta dalla maggior parte dei pazienti è compresa tra 5 e 12 cmH2O. Il paziente può determinare individualmente la propria frequenza respiratoria e la profondità del respiro.

Obiettivi:

L'obiettivo primario dello studio è l'indagine dell'effetto della terapia CPAP su rSO2 in relazione ai parametri vitali, emoglobina, SaO2 (analizzato da BGA) e SpO2. Queste misurazioni combinate possono essere utilizzate per descrivere ulteriormente l'effetto della terapia CPAP sulla rSO2. Finora, questo tipo di studio non è stato eseguito su pazienti in terapia intensiva. Pertanto, questo progetto mira a ottenere nuove informazioni sull'influenza della terapia CPAP sulla saturazione cerebrale. Inoltre, le differenze di SaO2 e dei parametri vitali saranno correlate all'rSO2. Verrà registrato anche il verificarsi di vomito e nausea, mal di testa e agitazione durante la terapia CPAP.

I seguenti parametri saranno misurati, calcolati e annotati nel CRF (case report form):

• Pressione sanguigna (PA)
• Frequenza cardiaca (FC) e ritmo
• rSO2 (emisfero destro e sinistro)
• BGA: pressione arteriosa parziale dell'ossigeno (PaO2)
• BGA: pH, Elettroliti (Na, K, Ca), Glucosio, Lattato, SaO2
• BGA: Hb, Hk, MetHb, CoHb, SO2, pCO2, BE, SBC
• Ventilazione: CPAP, VM, RR, TV, pressione assistita, Pmean
• Classificazione ASA: 1-6
• Disturbi fisici sotto CPAP con sì o no, se sì specificato:

occhi, orecchie, naso, gola respiratorio cardiovascolare muscoloscheletrico genitourinario pelle endocrino neurologico psichiatrico Ipotesi

Ipotesi nulla e alternativa:

H0: NON si verifica alcuna variazione di rSO2 durante la terapia CPAP. H1: C'è un cambiamento di rSO2 durante la terapia CPAP. Errori di tipo I e -II e potenza α = 0,05 Potenza = 0,9 Analisi ad interim

• Metodologia statistica Sperimentazione clinica osservazionale sperimentale monocentrica randomizzata.
• Calcolo della dimensione del campione:

Test t accoppiato, media della differenza: 5%, SD della differenza: 10%; Dimensione dell'effetto di 0,5; una probabilità di errore bilaterale: 0,05; Potenza: 0,9; dimensione totale del campione: 50 pazienti. (Tasso di abbandono del 5% incluso).

METODI Questo studio clinico randomizzato includerà 50 soggetti dai 18 anni in poi sottoposti a trattamento in una terapia intensiva dell'Università di medicina di Vienna (13C1, 13C2, 13C3, 13B1, 13I1, 9D, E11 (Neurosurgical ICU), che richiedono terapia CPAP intermittente. Né il richiedente, né lo sperimentatore clinico saranno coinvolti nella decisione in merito all'indicazione per la terapia CPAP.

Lo studio sarà condotto secondo la Dichiarazione di Helsinki (1964), le linee guida di buona pratica clinica (GCP) e le raccomandazioni del sito Web della rete Equator, comprese le revisioni correnti. Il protocollo di studio sarà sottoposto al Comitato Etico dell'Università di Medicina di Vienna per l'approvazione etica. Lo studio sarà registrato su Clinicaltrials.gov. La partecipazione allo studio clinico avverrà indipendentemente dall'indicazione medica alla permanenza del paziente in terapia intensiva. Prima di essere ammesso allo studio, il soggetto deve aver acconsentito a partecipare, dopo che la natura, la portata e le possibili conseguenze della procedura sono state spiegate in una forma a lui comprensibile. Il paziente deve dare il consenso oralmente e per iscritto. Il consenso dell'individuo sarà confermato con la firma dello sperimentatore. Tutti i nomi dei soggetti saranno tenuti segreti negli archivi degli investigatori. I soggetti saranno identificati dalla documentazione e dalla valutazione in tutto il numero loro assegnato durante lo studio. I partecipanti saranno informati che tutti i dati dello studio saranno archiviati e gestiti in modo confidenziale. Verrà utilizzato un protocollo di dati mediante un modulo di segnalazione del caso.

La durata della prova è di 30 minuti. Lo studio inizia 15 minuti prima della CPAP e termina quando la rSO2 del paziente raggiunge uno stato stazionario (nessuna variazione della rSO2 ± 2% per 3 minuti, massimo 15 minuti) durante la terapia CPAP. I partecipanti non sono tenuti a partecipare ad alcuna visita di follow-up.

Questo studio sarà condotto su pazienti con un buon accesso alla fronte. La misurazione NIRS (IBO) sarà eseguita sulla corteccia frontale su entrambi i lati della testa. Le sonde di emissione e rilevamento devono essere collegate dopo aver pulito la fronte del paziente con un panno morbido o un batuffolo di cotone. Durante l'intera indagine verranno registrati la SaO2, la pressione arteriosa (continuamente invasiva o non invasiva a intervalli di 3 minuti) e l'ECG. Questi segni vitali fanno parte del monitoraggio di routine in terapia intensiva. La prova sarà composta da due parti, cioè con o senza assistenza ventilatoria. L'ordine di inizio dello studio con o senza terapia CPAP sarà randomizzato. Durante ogni parte le misurazioni verranno eseguite fino al raggiungimento di uno stato stazionario (nessuna variazione di rSO2 ± 2% per 3 min) ma con una durata massima di 15 min. L'esame è sicuro, non invasivo, indolore e può essere eseguito in modo molto flessibile, rapido ed economico con apparecchiature portatili. I dati vengono raccolti sia dall'emisfero destro che da quello sinistro.

Il sistema del dispositivo deve essere utilizzato solo in conformità con il piano sperimentale approvato e il certificato CE, su soggetti che ricevono la terapia CPAP e hanno firmato un modulo di consenso informato. L'uso del dispositivo è limitato ai ricercatori dello studio approvati. Dopo ogni intervallo di esame verrà eseguito un BGA.

Il motivo per cui questo studio è condotto su pazienti in terapia intensiva è il seguente. I pazienti che soffrono di deficienze respiratorie e necessitano di assistenza ventilatoria sono raramente collocati nei normali reparti ospedalieri poiché l'installazione di una macchina ventilatoria con modalità CPAP aggiuntiva deve essere eseguita da personale specializzato. Inoltre, questi pazienti richiedono un attento monitoraggio, che può essere garantito in un ambiente di terapia intensiva.

Le donne in gravidanza, così come le persone con gravi malattie valvolari o neurologiche non saranno incluse nello studio di osservazione.

Dopo che l'indicazione per la terapia CPAP è stata verificata e i criteri di inclusione ed esclusione sono stati controllati, i pazienti verranno reclutati per lo studio.

Lo studio sarà suddiviso in due parti di raccolta dati, entrambe svolte in un'unica sessione.

1. 15 minuti prima della CPAP:

   • iniziando a raccogliere i dati della misurazione continua della pressione arteriosa (ABP)
   • o non invasivo (NIBP) fino alla fine dello studio
   • iniziare la misurazione NIRS su entrambi gli emisferi cerebrali (INVOS 5100C) fino al completamento della procedura
   • prelevare un campione di sangue arterioso o venoso (secondo gli accessi disponibili) per un'emogasanalisi (BGA)

2. 15 minuti con CPAP:

   • continueranno le misurazioni effettuate al punto 1. (ABP/NIBP, NIRS).
   • prelievo di un altro campione di sangue arterioso o venoso (secondo la linea disponibile) per un BGA

L'ordine del punto 1. e 2. (senza o con CPAP) sarà randomizzato nel gruppo 1 e nel gruppo 2 nello stesso paziente.

OBIETTIVI OPERATIVI

1. I anno: Stesura della proposta di studio. Obiettivi: - Ricerca e revisione della letteratura

   • Stesura della proposta di studio
   • Pianificazione dettagliata della realizzazione del progetto

   Breve descrizione: Verrà esaminata la letteratura attuale sulla terapia CPAP, NIRS e rSO2. L'esatta pianificazione della realizzazione dello studio inizierà dopo che il comitato etico avrà ricevuto il voto positivo. Dopo la revisione della letteratura e l'esecuzione delle misurazioni preliminari, verrà redatto un protocollo di studio dettagliato.

2. 2° anno: Avvio del progetto

   Obiettivi: - Esecuzione di misurazioni preliminari e messa a punto del protocollo di studio

   • Esecuzione dello studio
   • Valutazione dei risultati

   Breve descrizione: Verranno eseguite misurazioni preliminari con NIRS, dopodiché verrà affinato il protocollo di studio. Secondo il protocollo adattato, lo studio sarà condotto sulle unità di terapia intensiva della MUW.

3. III anno: Finalizzazione del progetto, valutazione statistica; Interpretazione dei dati e stesura della tesi.

Obiettivi: - Valutazione dei dati

• analisi statistica
• Interpretazione dei risultati
• Stesura di una versione preliminare della tesi
• Revisione della tesi ai commenti dei relatori
• Scrivere un documento di ricerca per pubblicare i risultati dello studio

Breve descrizione: Dopo il completamento dello studio, tutti i dati raccolti saranno valutati e sottoposti ad analisi statistica. Futuri studi di follow-up basati su questi risultati saranno redatti. Al richiedente sarà concesso del tempo per lavorare al suo progetto di ricerca come parte del gruppo di ricerca "polmone".

Accordi di cooperazione Il progetto sarà svolto presso il Dipartimento di Anestesia, Terapia Intensiva Generale e Terapia del Dolore, MUW.

Prospettive e ulteriori progetti

Sono possibili diversi progetti incentrati sugli effetti delle alterazioni di rSO2 in altri contesti:

• terapia dell'unità di terapia intensiva
• anestesia generale

RIFERIMENTI 1-23