Limitazione del flusso espiratorio e ventilazione meccanica durante il bypass cardiopolmonare in cardiochirurgia

Introduzione Durante l'anestesia generale è stata osservata una riduzione della capacità funzionale residua (FRC). La riduzione della FRC potrebbe implicare che la capacità di chiusura del sistema respiratorio (CC) superi la FRC e porti a un fenomeno chiamato limitazione del flusso espiratorio (EFL). Diversi fattori contribuiscono al fenomeno EFL durante l'anestesia generale, inclusa l'induzione dell'anestesia stessa. Anche le alte concentrazioni di ossigeno, la paralisi muscolare, la posizione supina, l'aumento dell'acqua extravascolare dovuto alla fluidoterapia perioperatoria e la risposta infiammatoria giocano un ruolo in questo quadro.

Inoltre il bypass cardiopolmonare (CPB) con clampaggio aortico, necessario per la maggior parte delle procedure in cardiochirurgia, è stato associato a danno polmonare diretto. L'atelettasia polmonare, l'apnea e l'ischemia durante il CPB e l'attivazione degli enzimi proteolitici nella circolazione polmonare influenzano l'incidenza di disfunzione polmonare postoperatoria dopo cardiochirurgia.

Il test della pressione positiva di fine espirazione (PEEP) è un metodo convalidato per valutare la presenza di EFL durante l'anestesia. Il test PEEP è una misura fattibile e completamente sicura della riduzione della FRC nei pazienti ventilati meccanicamente.

Scopo dello studio sarà valutare se la ventilazione meccanica durante il CPB in cardiochirurgia possa ridurre l'incidenza di EFL nel periodo post-CPB.

Endpoint primario L'endpoint primario sarà un endpoint composito dell'incidenza della limitazione del flusso espiratorio dopo lo svezzamento dal CPB e delle complicanze polmonari postoperatorie.

Endpoint secondari

Gli endpoint secondari includeranno:

• Riammissione in terapia intensiva;
• Necessità di reintubazione;
• Necessità di ventilazione non invasiva;
• Durata della ventilazione meccanica;
• Infezioni postoperatorie;
• Eventi cardiaci avversi maggiori;
• Durata della degenza in terapia intensiva e ospedaliera;
• Mortalità a 30 giorni e 1 anno.

Materiali e metodi Questo sarà uno studio controllato randomizzato a gruppo parallelo in singolo cieco a singolo centro. I pazienti verranno assegnati in modo casuale a quattro bracci paralleli con un rapporto di allocazione 1:1:1:1, per ricevere una delle quattro strategie di ventilazione meccanica durante il CPB. Saranno reclutati i pazienti che corrisponderanno ai seguenti criteri alla valutazione preoperatoria.

Randomizzazione e mascheramento Il paziente verrà randomizzato in base a un elenco di numeri casuali generato dal computer. Le informazioni sull'assegnazione dei pazienti saranno conservate in buste opache chiuse e nessuno saprà l'assegnazione dei pazienti prima della randomizzazione. I pazienti saranno ciechi all'assegnazione.

Protocollo di ventilazione

Ogni paziente sarà randomizzato sia per la gestione della ventilazione prima e dopo il CPB sia per la gestione durante il CPB: un disegno di prova 2 per 2. I pazienti saranno casualmente assegnati a quattro gruppi:

Gruppo A: i pazienti saranno ventilati con pressione positiva di fine espirazione (PEEP) prima e dopo il bypass cadiopolmonare (CPB); durante il CPB, verrà adottata la pressione positiva continua delle vie aeree (CPAP).

Gruppo B: i pazienti saranno ventilati senza PEEP (ZEEP) prima e dopo CPB; durante il CPB, verrà adottato il CPAP.

Gruppo C: i pazienti saranno ventilati con PEEP prima e dopo CPB; durante il CPB non sarà adottata alcuna ventilazione meccanica (No MV).

Gruppo D: i pazienti saranno ventilati senza PEEP (ZEEP) prima e dopo CPB; durante il CPB, nessun MV sarà adottato.

I pazienti saranno randomizzati, immediatamente prima dell'intervento chirurgico, per ricevere una PEEP uguale alla migliore PEEP, valutata con un test PEEP, immediatamente dopo l'induzione dell'anestesia o uguale a zero. Tutti i pazienti saranno inoltre randomizzati per ricevere una strategia CPAP pari alla migliore PEEP o una strategia PEEP zero (con disconnessione dal circuito di anestesia) durante CPB. Le due randomizzazioni saranno indipendenti l'una dall'altra.

Durante il CPB il nostro obiettivo sarà mantenere la PaO2 tra 200 e 250 mmHg per evitare danni polmonari indotti da iperossia; inoltre l'ematocrito si manterrà sopra il 24%.

Durante lo svezzamento dal CPB eseguiremo un singolo RM alveolare. Questo RM verrà eseguito manualmente dall'anestesista con una miscela gassosa di ossigeno e aria (con una frazione di ossigeno inspirato inferiore all'80%) al termine della procedura. Dopo il CPB, questa manovra di reclutamento verrà eseguita manualmente, in corrispondenza della procedura chirurgica di disaerazione. La pressione delle vie aeree sarà mantenuta a 40 cmH2O per almeno 10 secondi.

Determinazione della meccanica polmonare

La compliance quasi-statica del sistema respiratorio (Cqst,rs) sarà calcolata come:

Volume corrente / (pressione di plateau di fine inspirazione - PEEPtot (ml/cmH2O) dove PEEPtot è la pressione di fine espirazione nel periodo di assenza di flusso. La misurazione verrà eseguita con una pausa inspiratoria del 60%.

La resistenza delle vie aeree (Rmin,rs) sarà calcolata come:

(Ppicco - P1) / V' dove Ppicco è la pressione inspiratoria di picco, P1 è la pressione delle vie aeree nel punto di flusso zero e V' è il flusso inspiratorio. La misurazione verrà eseguita con una pausa inspiratoria del 60%.

La meccanica polmonare sarà determinata immediatamente dopo ogni esecuzione del test PEEP.

Calcolo dello spazio morto

Il calcolo della frazione dello spazio morto sarà eseguito con la modifica di Enghoff dell'equazione di Bohr:

Vd/Vt = (PaCO2-PECO2)/PaCO2

Dove:

• Vd è lo spazio morto
• Volume corrente Vt
• PECO2 è la pressione della CO2 espirata media

Calcolo della frazione shunt

La frazione di shunt sarà determinata prima dell'intervento e dopo l'intervento in sala operatoria durante l'anestesia generale, prima della dimissione del paziente dalla sala operatoria. La frazione shunt sarà valutata come segue in tutti i pazienti:

Qs/Qt = (PAO2 - PaO2)*0,0031 / C(a-v misto)O2 + [(PAO2 - PaO2)*0,0031]

Dove:

• PAO2 è la concentrazione alveolare di ossigeno;
• PaO2 è la concentrazione arteriosa di ossigeno;
• C(a-v misto)O2 è la differenza arterovenosa nella concentrazione di ossigeno;
• 0,0031 è un fattore di conversione in percentuale di volume per O2.

La misurazione verrà eseguita respirando ossigeno al 100% per 20 minuti, per raggiungere una completa saturazione dell'emoglobina.

Se verrà posizionato un catetere arterioso polmonare (PAC), secondo le indicazioni cliniche, la frazione di shunt sarà calcolata dalla seguente formula:

Qs/Qt = CcO2-CaO2 / CcO2-Cv(misto)O2 * 100

Dove:

• CcO2 è il contenuto di O2 nel sangue capillare polmonare, stimato con la seguente equazione: CcO2 = (Hb * 1.34) + (0.0031 * PAO2);

• CaO2 è il contenuto di ossigeno arterioso;
• Cv(mixed)O2 è il contenuto di ossigeno nei campioni di sangue prelevati dall'arteria polmonare;
• PAO2 è la pressione parziale dell'ossigeno alveolare. Saranno prelevati campioni di sangue dal catetere arterioso e dal catetere arterioso polmonare, sotto una FiO2 del 100% nello stesso momento.

Verranno inoltre eseguite Emogasanalisi (BGA) su sangue arterioso:

• dopo l'induzione dell'anestesia;
• dopo sternotomia, insieme all'eparinizzazione;
• prima della sternosintesi, insieme alla somministrazione di protamina;
• prima della dimissione dalla sala operatoria.

Calcolo della dimensione del campione Il calcolo della dimensione del campione si è basato su un errore α bilaterale di 0,05 e una potenza dell'80% (β). Sulla base della nostra esperienza, prevediamo che il 50% dei pazienti con interruzione della ventilazione durante CPB e nessuna PEEP prima e dopo CPB raggiungerà l'end-point composito di EFL dopo CPB e complicanze respiratorie a 5 giorni, mentre solo il 30% dei pazienti trattati con un ottimale. Per completare lo studio sarà necessario un campione di 93 pazienti per gruppo, 186 in totale. Includendo una frazione di abbandono del 10%, arruoleremo 51 pazienti per gruppo, 204 in totale.

Raccolta e analisi dei dati I dati saranno raccolti sull'apposito Case Report Form (CRF). In particolare verranno raccolte informazioni anamnestiche, dati chirurgici e dati clinici post-operatori, in particolare parametri respiratori. I dati saranno analizzati con un software statistico professionale. Le variabili dicotomiche saranno confrontate con il test Chi quadrato a due code, utilizzando la correzione di Yates quando appropriato. Le variabili continue saranno confrontate mediante l'analisi della varianza o il test non parametrico di Kruskal-Wallis, quando appropriato.

Consenso informato e conduzione dello studio Ciascun paziente fornirà il consenso informato. Tutte le parti di questo studio saranno condotte secondo la dichiarazione di Good Clinical Practice (GCP) e la legge italiana e internazionale sulla ricerca clinica.