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Different Flow Rates on Gas Exchange in Children During Apnea

11 ottobre 2026 aggiornato da: Yasser S Mostafa, MD

Effect of Nasal Oxygen at 2, 4, and 8 L/Min on PaCO₂ and PaO₂ During Apneic Oxygenation in Anesthetized Children: A Prospective Randomized Trial

Background: Children desaturate rapidly during apnea following anesthetic induction. The optimal apneic oxygenation flow rate and its effect on CO2 accumulation remain unclear.

Objective: To compare nasal oxygen at 2, 4, and 8 L/min on the rise in arterial partial pressure of CO2 (PaCO2) between minutes 2 and 3 of apnea (primary outcome), oxygenation, and safety in anesthetized children.

Panoramica dello studio

Stato

Completato

Condizioni

Intervento / Trattamento

Descrizione dettagliata

Introduction Patients undergoing general anesthesia with neuromuscular blockade experience a period of apnea between cessation of mask ventilation and initiation of mechanical ventilation. This interval is particularly critical in infants and toddlers, who are prone to rapid desaturation because of higher oxygen consumption and lower functional residual capacity than older children and adults [1]. Accordingly, hypoxemia during induction and airway manipulation is associated with an increased incidence of postoperative complications and serious adverse events, including death [2,3].

Apneic oxygenation refers to the continuous insufflation of oxygen into the airway during apnea [4]. Several studies have shown that this approach effectively maintains oxygenation and reduces the risk of hypoxemia during tracheal intubation [5,6]. An ongoing challenge in pediatric anesthesia is to ensure adequate oxygenation while limiting lung volume loss and carbon dioxide accumulation during apnea, particularly during airway manipulation. Therefore, techniques that extend the duration of safe apnea without introducing additional risks are of considerable clinical relevance [7]. Accordingly, apneic oxygenation has gained attention as an adjunctive technique, with similar benefits reported in children using both low-flow and high-flow nasal oxygen, although pediatric data remain more limited [8].

Multiple studies have examined low-flow apneic oxygenation in children, showing that it reduces the incidence of hypoxemia and extends the duration of safe apnea, in some reports by up to several minutes, compared with no apneic oxygenation. Comparative data on CO2 kinetics across different low-flow rates in children are limited [9-11]. Therefore, this study aimed to examine the effect of different flow oxygen rates applied during a standardized 6-minute period of apnea on the increase in arterial partial pressure of CO2 (PaCO2) in anesthetized, paralyzed children.

Sample size No previous data were available for the primary outcome, the rise in PaCO₂ between the 2nd and 3rd minutes of apnea (ΔPaCO₂, mmHg), so a pilot study of five children per group was performed. These pilot children were a separate, non-randomized cohort and were excluded from the modified intention-to-treat analysis. The mean ± SD ΔPaCO₂ was 4.2 ± 1.6, 3.4 ± 1.5 and 2.8 ± 1.4 mmHg at 2, 4 and 8 L/min. The largest difference (2 vs 8 L/min) was 1.4 mmHg, a one-third reduction, considered clinically meaningful as it would delay hypercapnia and respiratory acidosis during apnea; the pooled SD for these two groups was 1.5 mmHg (Cohen's d = 0.93). For three pairwise comparisons with 1:1:1 allocation, a two-sided alpha of 0.0167 (0.05/3) and 80% power, at least 26 children per group were required (independent-samples t-test, G*Power 3.1.9.7), used as an approximation for the three-group ANOVA design. Allowing for 15% loss of data, 30 children were enrolled per group (90 total).

Tipo di studio

Interventistico

Iscrizione (Effettivo)

90

Fase

  • Non applicabile

Contatti e Sedi

Questa sezione fornisce i recapiti di coloro che conducono lo studio e informazioni su dove viene condotto lo studio.

Luoghi di studio

    • Faiyum Governorate
      • Al Fayyum, Faiyum Governorate, Egitto, 63514
        • Fayoum University Hospital

Criteri di partecipazione

I ricercatori cercano persone che corrispondano a una certa descrizione, chiamata criteri di ammissibilità. Alcuni esempi di questi criteri sono le condizioni generali di salute di una persona o trattamenti precedenti.

Criteri di ammissibilità

Età idonea allo studio

Da 1 anno a 6 anni (Bambino)

Accetta volontari sani

No

Sessi ammissibili allo studio

Tutto

Descrizione

Inclusion Criteria:

  • Children aged 1 to 6 years old weighting 10-20 kg.
  • American Society of Anesthesiologists (ASA) physical status I or II.
  • Children will be scheduled for elective surgery under general anesthesia.

Exclusion Criteria:

  • Parent refusal
  • Patient required nasal intubation
  • Children with a cardio-respiratory disease like asthma or recent upper respiratory infection.
  • Anemia.
  • Obstructive sleep apnea, sepsis.
  • Children prone to hypoxia or hypercarbia, and upper airway obstruction.
  • Children reported to have nasal obstruction .

Piano di studio

Questa sezione fornisce i dettagli del piano di studio, compreso il modo in cui lo studio è progettato e ciò che lo studio sta misurando.

Come è strutturato lo studio?

Dettagli di progettazione

  • Scopo principale: Terapia di supporto
  • Assegnazione: Randomizzato
  • Modello interventistico: Assegnazione parallela
  • Mascheramento: Doppio

Armi e interventi

Gruppo di partecipanti / Arm
Intervento / Trattamento
Comparatore attivo: Low group

Low flow 100% O2 AT 2 L/min

After induction, bag-mask ventilation with 100% oxygen and flow rates of 6 L/ min will be carried out until the expired oxygen concentration will be >90%, saturation of oxygen was 100%, and end tidal carbon dioxide was 30-40 mmHg. Once this will be reached, bag-mask ventilation will be stopped and apneic oxygenation will be initiated for 3 minutes

Altri nomi:
  • cannula nasale per ossigeno
Comparatore attivo: Moderate group

Low flow 100% O2 AT 4 L/min

After induction, bag-mask ventilation with 100% oxygen and flow rates of 6 L/ min will be carried out until the expired oxygen concentration will be >90%, saturation of oxygen was 100%, and end tidal carbon dioxide was 30-40 mmHg. Once this will be reached, bag-mask ventilation will be stopped and apneic oxygenation will be initiated for 3 minutes

Altri nomi:
  • cannula nasale per ossigeno
Comparatore attivo: High group

Low flow 100% O2 AT 8 L/min

After induction, bag-mask ventilation with 100% oxygen and flow rates of 6 L/ min will be carried out until the expired oxygen concentration will be >90%, saturation of oxygen was 100%, and end tidal carbon dioxide was 30-40 mmHg. Once this will be reached, bag-mask ventilation will be stopped and apneic oxygenation will be initiated for 3 minutes

Altri nomi:
  • cannula nasale per ossigeno

Cosa sta misurando lo studio?

Misure di risultato primarie

Misura del risultato
Misura Descrizione
Lasso di tempo
rise of arterial pressure of carbon dioxide
Lasso di tempo: between 120s and 180s time points of apnea

mmHg

between 120s and 180s time points of apnea

Misure di risultato secondarie

Misura del risultato
Misura Descrizione
Lasso di tempo
Time to oxygen desaturation
Lasso di tempo: 5 seconds after the onset of apnea

below 95%

5 seconds after the onset of apnea
Number of patients reached 6 minutes of apnea
Lasso di tempo: 1 minute after end of apneic oxygenation

Count number of patients in each group

1 minute after end of apneic oxygenation
Pressure difference between the end-tidal carbon dioxide and the arterial carbon dioxide
Lasso di tempo: Between the end of apnea and the preceding blood gas

mmHg

Between the end of apnea and the preceding blood gas
Mean difference in arterial pressure of oxygen
Lasso di tempo: at the beginning of apnea

mmHg

at the beginning of apnea
Mean difference in arterial pressure of oxygen
Lasso di tempo: at the end of apnea time

mmHg

at the end of apnea time
Lowest recorded oxygen saturation
Lasso di tempo: throughout the apneic oxygenation

in percentage (%)

throughout the apneic oxygenation
Heart rate
Lasso di tempo: Before anaesthetizing child

beat/minute

Before anaesthetizing child
Mean arterial blood pressure
Lasso di tempo: Before anaesthetizing child

mmHg

Before anaesthetizing child
Heart rate
Lasso di tempo: During apnea time

beat/minute

During apnea time
Mean arterial blood pressure
Lasso di tempo: During apnea time

mmHg

During apnea time
Occurence of sore throat
Lasso di tempo: in first postoperative day

Yes or no

in first postoperative day

Altre misure di risultato

Misura del risultato
Misura Descrizione
Lasso di tempo
Age
Lasso di tempo: 1 hour preoperatively

Years

1 hour preoperatively
Weight
Lasso di tempo: 1 hour preoperatively

Kilogram

1 hour preoperatively

Collaboratori e investigatori

Qui è dove troverai le persone e le organizzazioni coinvolte in questo studio.

Investigatori

  • Direttore dello studio: Safaa G Ragab, MD, Fayoum University
  • Direttore dello studio: Ahmed A Lotfy, MD, Fayoum University

Pubblicazioni e link utili

La persona responsabile dell'inserimento delle informazioni sullo studio fornisce volontariamente queste pubblicazioni. Questi possono riguardare qualsiasi cosa relativa allo studio.

Pubblicazioni generali

Studiare le date dei record

Queste date tengono traccia dell'avanzamento della registrazione dello studio e dell'invio dei risultati di sintesi a ClinicalTrials.gov. I record degli studi e i risultati riportati vengono esaminati dalla National Library of Medicine (NLM) per assicurarsi che soddisfino specifici standard di controllo della qualità prima di essere pubblicati sul sito Web pubblico.

Studia le date principali

Inizio studio (Effettivo)

1 novembre 2024

Completamento primario (Effettivo)

1 maggio 2026

Completamento dello studio (Effettivo)

1 giugno 2026

Date di iscrizione allo studio

Primo inviato

24 ottobre 2024

Primo inviato che soddisfa i criteri di controllo qualità

24 ottobre 2024

Primo Inserito (Effettivo)

26 ottobre 2024

Aggiornamenti dei record di studio

Ultimo aggiornamento pubblicato (Effettivo)

13 ottobre 2026

Ultimo aggiornamento inviato che soddisfa i criteri QC

11 ottobre 2026

Ultimo verificato

1 ottobre 2026

Maggiori informazioni

Termini relativi a questo studio

Piano per i dati dei singoli partecipanti (IPD)

Hai intenzione di condividere i dati dei singoli partecipanti (IPD)?

NO

Informazioni su farmaci e dispositivi, documenti di studio

Studia un prodotto farmaceutico regolamentato dalla FDA degli Stati Uniti

No

Studia un dispositivo regolamentato dalla FDA degli Stati Uniti

No

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